機械原理課程設(shè)計

1、機械原理課程設(shè)計自動黑板擦的設(shè)計專業(yè)：機械工程及其自動化班級：2013級組員：蔣汝恒 目錄摘要3緒論4方案8詳細設(shè)計方案10設(shè)計圖11結(jié)論.24參考文獻25摘 要設(shè)計了一種使用于我國教育系統(tǒng)的黑板擦，提出了一種可自動將黑板上的字跡擦出干凈且可減少粉塵擴散的機構(gòu)創(chuàng)新的設(shè)計方案，該設(shè)計方案利用了絲杠通過電動機帶動自動進給的原理，并且對這一設(shè)計方案進行了包括其機構(gòu)組成和某些重要結(jié)構(gòu)在內(nèi)的具體設(shè)計。介紹了該機構(gòu)工作原理，推導(dǎo)出了黑板擦的運動形式與結(jié)構(gòu)參數(shù)的關(guān)系。該分析機構(gòu)對研究黑板擦的運動規(guī)律具有重要意義。該黑板擦由外殼、齒輪、軸、軸承、毛氈等組成。本文所設(shè)計的黑板擦具有收塵效率高，結(jié)構(gòu)簡單，清灰方便

2、，成本低，可靠性高等特點。 緒論1.1 研究背景 黑板歷來是各級各類學(xué)校必備的教學(xué)工具，傳統(tǒng)黑板，人工擦拭效率低，粉塵污染嚴重。粉筆，是傳播文化的工具，也是殘害身體的毒品。多少靈魂的工程師因為反反復(fù)復(fù)的粉塵污染、吸進氣管而患疾病，過早離開了講臺。雖然國家一直用補貼金來彌補這種職業(yè)病對教師的危害，但生命是難以用金錢去補償?shù)?。坐在前排的學(xué)生，同樣受到粉塵的威脅。同時大量粉塵也影響了電腦等多媒體教學(xué)設(shè)備的使用壽命, 這是科學(xué)界長期無法攻克的難關(guān)。從所謂無塵粉筆、微塵粉筆到新型黑板的研制，無不滲透著一種深深的人文關(guān)懷和無奈 最新專利產(chǎn)品自動無塵黑板擦給這個世紀(jì)難題提交了完美答卷，全自動黑板擦的產(chǎn)生很好

3、的解決了上述問題, 它自動擦拭無污染，外觀設(shè)計優(yōu)美，使用方便快捷，更適合多媒體教學(xué)的需要 。每當(dāng)我們輕輕走過教師的窗前，希望看到的不再是疲倦的臉龐。1.2 研究的目的意義1.2.1 研究的目的眾所周知，黑板是我們?nèi)粘W(xué)習(xí)中必不可少的一樣教具，而黑板擦是與黑板如影隨形的另一樣教具。無論是從小學(xué)還是到大學(xué)，教室里都會使用到黑板和黑板擦，而一般我們平時使用的人工黑板擦不但要用力、費時，還有粉塵污染空氣的缺點。每當(dāng)下課了擦完黑板的時候教室里就粉塵飛揚，影響了下堂課的教學(xué)。這樣，不僅危害了老師和學(xué)生的健康，同時也給教學(xué)帶來很大的不便，有時候老師在上面講課，拿黑板擦轉(zhuǎn)身擦黑板的時候，學(xué)生可能會乘

4、機在下面搗亂，因而擾亂課堂秩序，影響了教學(xué)質(zhì)量，因此，就有全自動黑板擦的誕生。為了解決教學(xué)工作中的困難和人工黑板擦給老師和同學(xué)帶來的不便，這樣一種自動黑板擦的生產(chǎn)將是教育行業(yè)的一大福音。1.2.2 研究的意義空氣中的粉塵對人類健康的威脅是一個全球性的問題，空氣中的粉塵進入人的呼吸道會引起各種疾病，給青少年們創(chuàng)造一個無塵的學(xué)習(xí)環(huán)境尤為迫切。學(xué)校教室粉塵產(chǎn)生的原因，很大一部分是由于用人工擦黑板，很多改進黑板的措施應(yīng)用而生，但是這些設(shè)計方案或是不能從根本上解決問題，或是成本太高，從而是這些設(shè)計方案在現(xiàn)行的生活中不能普及。為此，設(shè)計了一種無塵自動擦黑板機構(gòu)，該機構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)完全自動自動擦黑板，并且能防止

5、粉塵擴散，具有良好的應(yīng)用前景。粉筆灰是傳統(tǒng)黑板黑板擦粉筆構(gòu)架中普遍存在的問題，統(tǒng)計分析表明粉筆粉塵的90%來源于黑板擦的積累粉塵的飛揚與黑板擦清灰過程的粉塵飛揚，黑板擦在清除黑板過程中摩擦起塵僅占10%，因此，清除積累在黑板擦上的粉塵具有現(xiàn)實意義。最近推出的白板白板擦白板筆構(gòu)架雖然可以回避這一問題，但是使用成本高，對傳統(tǒng)黑板黑板擦粉筆構(gòu)架的替換所需的投入大。目前在我國絕大多數(shù)場合的應(yīng)用條件還不成熟，我國的教育系統(tǒng)仍主要采用傳統(tǒng)黑板黑板擦粉筆構(gòu)架模式。近二十年來，我國科技工作者對傳統(tǒng)黑板黑板擦粉筆購架及其組成中的黑板、黑板擦亦試圖做較多的改進出現(xiàn)了若干設(shè)想和設(shè)計，如無塵粉筆、無塵黑板、電動黑板擦

6、等，有些設(shè)計甚至已成為商品，然而，直到目前還沒有一項設(shè)計或產(chǎn)品真正普及開來，主要問題在于實用性差，應(yīng)用效果不佳等。粉筆灰塵影響了教育系統(tǒng)廣大師生的身心健康，以影響了使用場合的公共環(huán)境衛(wèi)生。1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.3.1電動黑板擦黑板板體上下邊緣各設(shè)有一組鏈輪鏈條組，兩組鏈輪鏈條組各有一個鏈輪連接，有可驅(qū)動其傳動的電機。電動清潔黑板，在板面頂邊安裝電機，電機轉(zhuǎn)軸橫向架設(shè)在板面頂邊，緊貼板面在其底邊安裝橫板狀清潔器。一種徹底清潔黑板的黑板擦，將條形黑板擦來回滑動，由于磁鐵的作用使黑板擦的擦毛緊貼黑板，從而徹底清潔正面黑板。一種自動清潔黑板，在黑板被自動粉擦清潔的過程中向下關(guān)閉，在老師授課的時候向

7、上打開。兩個清潔器分別固定于黑板兩側(cè)，在黑板清潔的的過程中進行空氣清潔。全自動清潔黑板擦，擦板的下表面有氈絨，在擦板下表面四周設(shè)有滾輪，擦板中間設(shè)有吸塵層，在吸塵層上方還有電池倉，該電池層通過觸摸按鈕與電路動力裝置連接。帶腕套的黑板刷，由黑板刷和腕套組成的帶腕套的黑板刷，在黑板刷的背部設(shè)置一腕套。新型電動黑板裝置只要打開開關(guān)就可以擦字，使用安全，無污染，用電少，壽命長。1.3.2吸塵黑板擦 擦黑板時能夠?qū)⒎酃P屑吸收，避免飄塵，污染環(huán)境。吸塵粉筆擦，小型吸塵器主體的吸塵口處安裝有毛刷。小型吸塵器主體頂部設(shè)置有除塵口，擦黑板的同時將粉筆塵吸收，避免粉筆塵污染環(huán)境。板擦體下部固定設(shè)置海綿體，板擦體側(cè)

8、面設(shè)置刷子，板擦體上部設(shè)置防滑條，刷子可以將粉筆灰全部刷掉。軟皮背擦拭自動清潔黑板，用軟面皮做成書寫面套，下襯鐵皮托板，取代傳統(tǒng)黑板的硬質(zhì)板面，面套可前后滾動循環(huán)書寫使用。全自動黑板擦，黑板擦是用四個電動機作動力，其中兩個電動機裝在一個與黑板同樣大的框架上，另外兩個電動機使一排軟毯做圓周運動。彈性黑板擦，可以將黑板擦里的粉筆灰輕松弄掉。無塵黑板擦，利用物理中的大氣壓的原理和杠桿原理，充分地吸收擦黑板時產(chǎn)生的灰塵。健康黑板擦，安裝于黑板左側(cè)，外形類似磁卡電話，用完放回除塵徹底，免清除，粉塵隨氣體直接排出室外，無二次污染。1.3.3 集塵式黑板刷 在擦干凈黑板的同時又能將粉筆灰收集起來，和普通的黑

9、板刷使用方法相同。集塵式黑板擦，本技術(shù)簡單合理，擦、吸、濾、排一氣完成，設(shè)計了最合理的適用于不同粗糙度的黑板和帶孔的毛刷擦板。鍍膜粉筆，本產(chǎn)品不脫粉，耐潮濕。新型電動無粉塵黑板，用電源控制，完成工作后，粉塵能被收集到底部的小盒內(nèi)，利用電動和電磁感應(yīng)原理。微型吸塵器該吸塵器可做成無塵黑板擦，還可以做成廣泛用于機關(guān)、企業(yè)、賓館和家庭等的除塵工具。1.3.4 自動吸塵黑板刷 吸塵黑板擦，利用高速電機旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的真空將粉筆灰吸進，濾去粉塵，然后排出干凈的空氣。自動吸塵黑板刷，使用過程中，利用電能做動力，既擦拭了粉塵，又減輕了使用者的勞動強度，同時還將所擦落的粉塵自動吸入粉塵收集袋中，不是粉塵在室內(nèi)飛揚，

10、從而保證了室內(nèi)空氣的清潔。電動吸塵黑板擦，在擦黑板時，不但能使黑板表面清潔，還能把所有被接觸的塵灰吸進機內(nèi)，避免塵灰再次污染，從而起到保護工作環(huán)境的作用。自動吸塵黑板擦，使用時動力傳動黑板擦擦體在導(dǎo)軌引導(dǎo)下做緊貼黑板的橫向運動，擦體兩側(cè)的擦條同時做上下運動，將黑板上的粉筆字跡擦去。集塵式快速清潔黑板刷，長度和黑板的高度一樣，寬略比一般的黑板刷寬幾厘米，掛在黑板上，可自由滑動，集塵一次性把黑板上的粉筆灰擦干凈。防塵清潔黑板，由黑板一塊、有小孔的鋁合金擋板、一個裝粉筆的長方形槽、兩個鋁合金扣組成。1.3.5 衛(wèi)生黑板 使用時把粉筆安插在粉筆槽內(nèi)，為師生使用提供便利，板面底邊的粉筆槽可收集師生在板面

11、書寫粉筆字所掉落的粉筆灰。具有粉筆灰收集裝置的組合式黑板，包括黑板外框，固定板面A，固定板面B，活動板面和集塵裝置等。便于攜帶提取粉筆的黑板擦，盒體的下部裝有刷體，盒體上部有一盒蓋，盒蓋和盒體一邊鉸鏈連接，盒體和盒蓋的另一邊接觸邊分別都裝有磁鐵。自動清潔黑板，有板面接灰槽，接灰槽安裝在板面下方，板面上端設(shè)置儲水管，儲水管下部安裝指向板面的噴嘴，板面兩側(cè)安裝可擺動的清潔刷1.4 本設(shè)計的內(nèi)容自動清潔黑板擦選用電動機來驅(qū)動，電機軸上帶一個小齒輪，小齒輪為主動輪，由它帶動從動輪大齒輪做旋轉(zhuǎn)運動，大齒輪的軸端帶有毛氈，毛氈旋轉(zhuǎn)可以擦去黑板上的筆跡，旋轉(zhuǎn)的毛氈分上下兩排，可以把黑板擦得很干凈。黑板兩側(cè)，

12、左邊是一根光杠，右邊是絲杠，絲杠也是由電動機帶動來帶著黑板擦做上下進給運動，而左邊的光杠只起一個導(dǎo)向的作用。當(dāng)擦完黑板，黑板擦是停留在最上面的，需要的時候再讓它做進給運動。黑板擦的周圍是密封圈，同時還裝有吸塵口，在黑板擦的右邊有一個總的出口，用來把粉塵吸到積塵盒里面，當(dāng)積塵盒滿了再把它打開倒掉里面的粉塵。二、方案創(chuàng)新點1. 采用直角坐標(biāo)系中X,Y向坐標(biāo)定位，利用了合成運動 。 2. 齒輪齒條嚙合改變運動形式。 3. 黑板擦采用了螺旋副及連桿機構(gòu)壓緊，自鎖性好。 4. 無塵采用了易實現(xiàn)的罩殼集塵裝置，復(fù)雜度低。

13、60;5. 采用標(biāo)準(zhǔn)件設(shè)計，為后期實物設(shè)計提供很大便利。 6. 機電一體化控制，操作更加人性化，簡單化。 7. 精準(zhǔn)擦除指定區(qū)域，更加靈活。 8. 配合使用原始黑板，白板，減少了更換黑板的浪費。自由度計算F=3n-(2p1+Ph)機構(gòu)簡圖三、詳細設(shè)計方案方案一：方案采用滑輪傳動的方式，電機軸上繞線通過滑輪繞線進而對黑板擦進行牽引；控制電機正反轉(zhuǎn)可以實現(xiàn)黑板擦的往復(fù)運動。方案二：方案采用汽車雨刷的原理，即在黑板底部安裝一擺桿，擺桿上固定黑板擦，通過電機控制擺桿往復(fù)運動，以達到擦拭黑板的目的。方案三：在黑板一端固定一個電機，通過

14、曲柄搖桿機構(gòu)連接到菱形架一端，電機帶動菱形架伸縮，進而實現(xiàn)黑板擦在豎直面上的往復(fù)擦拭。方案的終確定1.1 裝置各結(jié)構(gòu)的簡要介紹外殼采用了可以伸縮的裝置，這不但保證了其能夠很好的擋住粉塵的外泄，同時也可以保證其與黑板的摩擦適中，從而達到了即能達到設(shè)計要求，也不影響具體工作的目的。板擦裝在離外殼有一定距離的地方，而且板擦位置固定，材料也和普通黑板擦完全一樣，只是在板擦四周，裝有四個小輪子（輪子的具體作用，后面會具體說明）。吸塵裝置是此次設(shè)計的重點，絕大多數(shù)的工作量都在這上面，下面分四個方面來對此點進行說明：1）動力源：在黑板擦四周有四個輪子，在擦黑板時，輪子會和黑板接觸，轉(zhuǎn)動2）傳動裝置

15、：齒輪和傳動桿。輪子的轉(zhuǎn)動，通過斜齒輪將動力傳給傳動桿（此時斜齒輪起到的作用是改變力的方向），傳到板擦后面的齒輪中. 3 單向齒輪的運用在吸塵過程中，風(fēng)扇轉(zhuǎn)動以后，必須保證輸入的動力與原來的動力轉(zhuǎn)向相同，但是在擦黑板時，輪子的軸是各個方向轉(zhuǎn)動的，所以移動過程中輪子可以正轉(zhuǎn)也可以反轉(zhuǎn)，為了解決這一問題想到了運用單向齒輪這一辦法。單向齒輪的基本原理：單向齒輪的主要結(jié)構(gòu)是內(nèi)齒和外齒。如圖一所示，外齒與齒輪固定；內(nèi)齒和千斤嚙合。每個單向齒輪內(nèi)都有兩個千斤，端頭安裝在芯子兩邊的圓柱形凹槽內(nèi)。千斤以圓柱體的端頭為圓心而轉(zhuǎn)動. 千斤的齒尖端被千斤簧撐起，和外套的內(nèi)齒相嚙合。千斤簧是用直徑

16、只有4.03mm0.35mm的彈簧鋼絲做成的。千斤簧的AB段插進芯子凹槽底部的小孔內(nèi)(小孔在裝千斤的圓柱梢對面)；另一瑞抵在千斤背面的凹槽內(nèi)。這樣使得單向齒輪只能朝一個方向轉(zhuǎn)動。單向齒輪是本項設(shè)計項目的又一創(chuàng)新部分，它的制造主要是模仿自行車飛輪的制造原理，齒輪的外部形狀及尺寸沒有改變而內(nèi)部利用滾動軸承和制動棘爪實現(xiàn)齒輪的單方向傳動，在壓力作用下使該內(nèi)環(huán)體側(cè)面變形，直達到滾珠軸承的規(guī)定的軸承間隙，接著把該夾緊圓盤與內(nèi)環(huán)體鉚接。這樣就完成了正轉(zhuǎn)正常而反轉(zhuǎn)齒輪絕對打滑的現(xiàn)象。4.總體結(jié)構(gòu)定點擦除黑板擦固定部分動力部分壓緊機構(gòu)控制部分固定部分固定部分，考慮了開式鏈機構(gòu)活動性比較好，但是壓緊力不太好控制

17、。并且黑板擦的移動比較規(guī)律，不需要很多的自由度的機構(gòu)。 因此采用了橫梁作為黑板擦的機架部分。動力部分動力部分采用齒輪齒條機構(gòu)。優(yōu)化:為減少摩擦力對橫梁單側(cè)受力產(chǎn)生偏斜而致使橫梁卡死的影響，采用對稱布置電機的方式，對稱受力以減小這種不良影響。動力部分 黑板擦沿Y軸的快速往復(fù)移動采用了 工業(yè)燕尾槽結(jié)構(gòu)使黑板擦固定到橫梁 上。驅(qū)動仍采用了齒輪齒條機構(gòu)。壓緊機構(gòu)黑板擦的壓緊機構(gòu) 因此采用了連桿機 構(gòu)壓緊。靈感來源 于螺旋起重的千斤 頂。利用螺桿轉(zhuǎn)動 改變四桿機構(gòu)的一 邊長，從而使得黑 板擦壓緊黑板。螺 桿傳動的自鎖使得 機構(gòu)自鎖，黑板擦 的壓緊力不會改變， 擦除效果不受外界 影響?？刂品绞娇刂品绞娇刹捎脝纹瑱C進行控制，采用類似于數(shù)控機 床的編程控制方式，可以擦除特定區(qū)域的字跡。在到 達工作指定點之前抬起黑板擦進行快進，工作時放下黑板擦，壓緊黑板慢進，整體提高工作效率。四、設(shè)計圖齒條大齒輪電機電機架黑板黑板檫螺母螺釘軸1軸2成品 五、結(jié)論本實用新型的有益效果是：當(dāng)在使用本實用新型擦拭黑板時，其不但能將黑板擦拭得非常干凈，同時其內(nèi)的吸塵器也會將擦拭時所產(chǎn)生的粉塵全部吸入。使其實現(xiàn)擦拭黑板干凈，自動擦拭黑板