機(jī)械創(chuàng)新課程設(shè)計(jì)——自動(dòng)化垃圾桶套袋裝置說(shuō)明書(shū)

1、自動(dòng)化垃圾桶套袋裝置說(shuō)明書(shū)一：設(shè)計(jì)背景垃圾桶作為我們?nèi)粘Ｉ钪斜貍涞臇|西已成為家庭生 活的一部分，通常人們?cè)谑褂美皶r(shí)習(xí)慣在垃圾桶上套上 一層塑料袋，一是為了倒垃圾時(shí)更方便一些，二是給垃圾桶 套上塑料袋可以避免垃圾直接與垃圾桶接觸導(dǎo)致部分殘留 在垃圾桶上，既不衛(wèi)生，又導(dǎo)致垃圾桶難以清洗的問(wèn)題。但 在使用垃圾桶時(shí)需要時(shí)常給垃圾桶套袋不免會(huì)讓人覺(jué)得麻 煩，那么可不可以設(shè)計(jì)一種機(jī)械裝置能自動(dòng)給垃圾桶套上塑 料袋呢？既能方便的給垃圾桶套上塑料袋，又不會(huì)讓人覺(jué)得 不麻煩，自動(dòng)化垃圾袋套袋裝置正是基于這個(gè)背景而設(shè)計(jì)的 解決垃圾筒套袋問(wèn)題的生活機(jī)械。二：設(shè)計(jì)思路將塑料袋套在垃圾桶上需要完成兩個(gè)動(dòng)作，一是要

2、將折 疊的塑料袋拉開(kāi)，二是要將打開(kāi)的塑料袋套在垃圾桶上，才 能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)套袋。因此可以大致分為水平和豎直方向的運(yùn)動(dòng)， 水平運(yùn)動(dòng)將折疊的塑料袋拉開(kāi)，豎直的運(yùn)動(dòng)將打開(kāi)的塑料袋 套在垃圾桶上，因?yàn)榻z杠螺母裝置可以實(shí)現(xiàn)將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn) 動(dòng)轉(zhuǎn)換為絲杠的水平運(yùn)動(dòng)，故相關(guān)運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)可以使用絲杠 螺母機(jī)構(gòu)。套袋的整個(gè)過(guò)程為首先將折疊的成卷塑料袋卷在 卷筒上，卷筒的電機(jī)運(yùn)動(dòng)將垃圾袋移動(dòng)至指定位置，然后水 平絲杠裝置相向運(yùn)動(dòng)同時(shí)垃圾袋兩邊類(lèi)似吸塵器的裝置工 作形成負(fù)壓吸住折疊的塑料袋的兩面，接著卷筒反向轉(zhuǎn)動(dòng)將 連在一起的折疊塑料袋分開(kāi)一個(gè)，然后負(fù)壓裝置向兩邊水平 運(yùn)動(dòng)，將折疊的塑料袋拉開(kāi)，最后被拉開(kāi)的塑料袋豎直向下

3、運(yùn)動(dòng)，套在垃圾桶上，完成自動(dòng)化套袋。三：作品簡(jiǎn)介自動(dòng)化垃圾袋套袋裝置大體結(jié)構(gòu)如下圖所示:該裝置整個(gè)工作過(guò)程為：1.將折疊的成卷塑料袋卷在卷筒上2.豎直絲杠電機(jī)反向工作，水平絲杠向上運(yùn)動(dòng)，將類(lèi)吸塵器裝置由初始位置上 升至適當(dāng)位置3.卷筒電機(jī)工作，卷筒轉(zhuǎn)動(dòng)將垃圾袋移動(dòng)至指定位置，卷筒電機(jī)停止工作4.控制水平運(yùn)動(dòng)絲杠運(yùn)動(dòng)電機(jī)工作，類(lèi)吸塵器裝置相對(duì)移動(dòng)，將折疊的塑料袋壓緊后電 機(jī)停止工作 5.類(lèi)吸塵器裝置風(fēng)扇電機(jī)工作，風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)，在折疊的塑料袋兩側(cè)形成負(fù)壓將塑料袋夾緊，該電機(jī)繼續(xù)工作6.卷筒電機(jī)工作卷筒反向轉(zhuǎn)動(dòng)將連在一起的折疊塑料袋 分開(kāi)一個(gè)，該電機(jī)停止工作7.控制水平運(yùn)動(dòng)絲杠運(yùn)動(dòng)電機(jī)反向工作，水平絲杠

4、相向運(yùn)動(dòng)，將折疊的單個(gè)塑料袋拉開(kāi)至 一定程度，該電機(jī)停止工作8.控制豎直方向運(yùn)動(dòng)的電機(jī)運(yùn)動(dòng)，拉開(kāi)的塑料袋隨將其夾緊的類(lèi)吸塵器裝置向下運(yùn)動(dòng)，至 將拉開(kāi)的塑料袋套在垃圾桶上后，類(lèi)吸塵器裝置風(fēng)扇電機(jī)停 止工作，風(fēng)扇停止轉(zhuǎn)動(dòng)，完成套袋工作，類(lèi)吸塵器裝置回到 初始位置，一個(gè)工作循環(huán)結(jié)束。自動(dòng)化垃圾袋套袋裝置部分結(jié)構(gòu)介紹如下：1.底座垃圾桶部分底座垃圾桶部分為一個(gè)整體結(jié)構(gòu)。除底座和垃圾桶部分外，還有限制豎直絲杠的兩根細(xì)桿，支撐卷筒電機(jī)放置 的肋板結(jié)構(gòu)以及安裝電機(jī)的底板結(jié)構(gòu)。2.絲杠螺母裝置部分絲杠螺母裝置利用絲杠螺母結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)將旋轉(zhuǎn)運(yùn) 動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)的原理，達(dá)到水平運(yùn)動(dòng)和豎直運(yùn)動(dòng)的結(jié) 果。圖中紅色部分

5、為控制水平絲杠運(yùn)動(dòng)的電機(jī)，該電機(jī)固 定在關(guān)節(jié)部分零件上（圖中標(biāo)示為藍(lán)色部分，藍(lán)色部分零 件結(jié)構(gòu)如下圖所示），該電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，然后通過(guò)一對(duì)嚙合齒 輪以及齒輪和水平絲杠的配合，實(shí)現(xiàn)水平絲杠的直線運(yùn)動(dòng)豎直絲杠通過(guò)底部電機(jī)和帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)，然后通過(guò)與之配合的藍(lán)色零件和底座部分的兩根細(xì)桿的限制 作用實(shí)現(xiàn)水平絲杠的豎直運(yùn)動(dòng)。關(guān)節(jié)部分零件結(jié)構(gòu)圖（上圖中藍(lán)色部分零件）該關(guān)節(jié)部分零件的兩個(gè)大的通孔軸線互相垂直，其中一 個(gè)有內(nèi)螺紋，和豎直絲杠形成配合， 而另一個(gè)通孔無(wú)內(nèi)螺紋， 與水平絲杠配合，有內(nèi)螺紋的大通孔旁邊有一個(gè)小的通孔，該通孔與底板上細(xì)桿配合，起輔助限制豎直絲杠裝置中關(guān)節(jié) 零件的作用，此外該關(guān)節(jié)部分零件還

6、有安裝固定電機(jī)的底板 和輔助水平絲杠運(yùn)動(dòng)的曲面結(jié)構(gòu)。類(lèi)吸塵器裝置由帶有許多細(xì)孔結(jié)構(gòu)和帶風(fēng)扇葉的電機(jī) 構(gòu)成。通過(guò)扇葉轉(zhuǎn)動(dòng)在細(xì)孔處形成負(fù)壓，從而達(dá)到吸緊塑料 袋的目的。4. 電機(jī)部分該自動(dòng)套袋裝置一共使用了 6個(gè)電機(jī)（在總的裝配圖 上標(biāo)示為紅色部分）。其中帶動(dòng)豎直絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)的電機(jī)固定 在底座上，通過(guò)帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，垃圾筒兩邊絲杠共用一個(gè)電 機(jī)，控制水平絲杠水平運(yùn)動(dòng)的電機(jī)有兩個(gè)，分別控制兩個(gè) 水平絲杠的運(yùn)動(dòng)，這兩個(gè)電機(jī)固定在關(guān)節(jié)部分零件上，隨 水平絲杠一起運(yùn)動(dòng)，控制轉(zhuǎn)筒的電機(jī)固定在底座的肋板裝 置上，然后類(lèi)吸塵器裝置中控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)的兩個(gè)電機(jī)固定在該裝置上。各電機(jī)在不同時(shí)刻工作具體情況如下表所示，為簡(jiǎn)化表達(dá)

7、，工作過(guò)程依次編號(hào)18，電機(jī)編號(hào) AF,其中控制豎直絲杠運(yùn)動(dòng)的電機(jī)，即底座部分下邊的電機(jī)編號(hào) A,控制 水平絲杠水平移動(dòng)的兩個(gè)電機(jī)依次編號(hào)B，C，控制類(lèi)吸塵器裝置中風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)的兩個(gè)電機(jī)依次編號(hào)D，E，控制轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)動(dòng)的電機(jī)編號(hào) F，此外“ +”表示電機(jī)正轉(zhuǎn)，“-”表 示電機(jī)反轉(zhuǎn)，“”表示電機(jī)停止工作，各電機(jī)具體工 作狀態(tài)如下表所示：電機(jī) 編號(hào) 工作 過(guò)程"ABCDEF12-3+4+5+6+7+8-+四：數(shù)據(jù)處理齒輪的設(shè)計(jì)與校核：此設(shè)計(jì)的齒輪是控制絲杠沿左右方向移動(dòng)的， 驅(qū)動(dòng)齒輪的電機(jī)為 步進(jìn)電機(jī)，齒輪不做減速之用，傳動(dòng)比為 1，且為開(kāi)式齒輪傳動(dòng)。設(shè) 水平絲杠所受最大軸向力為 F=100N。

8、1. 選定齒輪類(lèi)型，精度等級(jí)，材料，齒數(shù)。1) 如圖所示傳動(dòng)方案，選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)。2) 機(jī)器轉(zhuǎn)速不高，故選用7級(jí)精度(GB 10095 88)。3) 材料選擇。大小齒輪都選45鋼(調(diào)質(zhì))硬度為240HBS。4) 選小齒輪齒數(shù)Z1=28，大齒輪齒數(shù)Z2=1 X28=28 。2. 按齒根彎曲強(qiáng)度校核齒根彎曲強(qiáng)度的校核公式為m 中(涪?=F?ta n(?+ ?)2100 x19 xtan (15 °+ 57.22°2=2962.5?d2為螺旋傳動(dòng)中徑，d2=19mm;為螺紋在中徑處的升角?応為當(dāng)量摩擦角，？?= tan- 計(jì)算齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 由機(jī)械設(shè)計(jì)圖10-20c查得大小

9、齒輪的彎曲強(qiáng)度極限？e二= tan- 1= 57.22 °cos ?cos 15380MPa ;3) 由圖10-18取彎曲疲勞壽命系數(shù) Kfn=2，取應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N=5 X10 2 X2.75 X2962 .5 2.55 X1.61 m > V() mm0.5 X 282542.86模數(shù)滿足設(shè)計(jì)要求3. 幾何尺寸計(jì)算(1) 計(jì)算分度圓直徑?=?= ? 28 X1 = 28?。4) 由表10-7選取齒寬系數(shù)?= 1。5) 計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力。取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，由式(10-12 )得? = ? 2 X 380 萬(wàn)=14? 542.86?6) 計(jì)算載荷系數(shù)K。K = ?

10、 ?= 1 X 1.1 X1 X 2.5 = 2.757) 查齒形系數(shù)。由表 10-5 查得？?a1 = ?a2 = 2.55。8) 查取應(yīng)力矯正系數(shù)。由表 10-5 查得?a1 = ?a2 = 1-61。=0.68mm9) 設(shè)計(jì)計(jì)算(2) 計(jì)算中心距?+ ?a 二一 -=28? 2(3) 計(jì)算齒輪寬度b = ?刃？ = 0.5 X28 = 14?五：作品評(píng)價(jià)該自動(dòng)化垃圾袋套袋裝置具有自動(dòng)給塑料桶套袋的作用，可以解決人工給垃圾桶套袋的麻煩， 更加方便人們的生活，想法獨(dú) 特，有一定的實(shí)用價(jià)值，但也有一些不足之處，主要表現(xiàn)以下方 面：1. 該裝置的部分零件比較難以加工，比如底座垃圾筒部分，關(guān) 節(jié)部分零件等。2. 由于該裝置使用較多伺服電機(jī)及其協(xié)調(diào)控制裝置，所以裝置 整體造價(jià)較高，經(jīng)濟(jì)型不好。3. 該裝置對(duì)塑料垃圾帶大小規(guī)格有一定使用限制。4. 整個(gè)裝置總體占地面積較大，有一定的不方便性。5. 對(duì)于套袋過(guò)程中意外停電，塑料垃圾袋破損等意外事故缺乏 較好的補(bǔ)救機(jī)制。6. 該裝置中各個(gè)伺服電機(jī)的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)控制比較復(fù)雜。六：參考文獻(xiàn)1. 機(jī)械設(shè)計(jì) （八版）. 濮良貴等 .北京:高等