機械創(chuàng)新課程設(shè)計——自動化垃圾桶套袋裝置說明書

1、自動化垃圾桶套袋裝置說明書一：設(shè)計背景 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，通常人們在使用垃圾桶時習(xí)慣在垃圾桶上套上一層塑料袋，一是為了倒垃圾時更方便一些，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題。但在使用垃圾桶時需要時常給垃圾桶套袋不免會讓人覺得麻煩，那么可不可以設(shè)計一種機械裝置能自動給垃圾桶套上塑料袋呢？既能方便的給垃圾桶套上塑料袋，又不會讓人覺得不麻煩，自動化垃圾袋套袋裝置正是基于這個背景而設(shè)計的解決垃圾筒套袋問題的生活機械。二：設(shè)計思路將塑料袋套在垃圾桶上需要完成兩個動作，一是要將折疊的塑料袋拉

2、開，二是要將打開的塑料袋套在垃圾桶上，才能實現(xiàn)自動套袋。因此可以大致分為水平和豎直方向的運動，水平運動將折疊的塑料袋拉開，豎直的運動將打開的塑料袋套在垃圾桶上，因為絲杠螺母裝置可以實現(xiàn)將電機的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為絲杠的水平運動，故相關(guān)運動的實現(xiàn)可以使用絲杠螺母機構(gòu)。套袋的整個過程為首先將折疊的成卷塑料袋卷在卷筒上，卷筒的電機運動將垃圾袋移動至指定位置，然后水平絲杠裝置相向運動同時垃圾袋兩邊類似吸塵器的裝置工作形成負壓吸住折疊的塑料袋的兩面，接著卷筒反向轉(zhuǎn)動將連在一起的折疊塑料袋分開一個，然后負壓裝置向兩邊水平運動，將折疊的塑料袋拉開，最后被拉開的塑料袋豎直向下運動，套在垃圾桶上，完成自動化套袋。三：

3、作品簡介自動化垃圾袋套袋裝置大體結(jié)構(gòu)如下圖所示：該裝置整個工作過程為：1. 將折疊的成卷塑料袋卷在卷筒上à2. 豎直絲杠電機反向工作，水平絲杠向上運動，將類吸塵器裝置由初始位置上升至適當(dāng)位置à3.卷筒電機工作，卷筒轉(zhuǎn)動將垃圾袋移動至指定位置，卷筒電機停止工作à4.控制水平運動絲杠運動電機工作，類吸塵器裝置相對移動，將折疊的塑料袋壓緊后電機停止工作à5. 類吸塵器裝置風(fēng)扇電機工作，風(fēng)扇轉(zhuǎn)動，在折疊的塑料袋兩側(cè)形成負壓將塑料袋夾緊，該電機繼續(xù)工作à6. 卷筒電機工作卷筒反向轉(zhuǎn)動將連在一起的折疊塑料袋分開一個，該電機停止工作à7. 控制水平

4、運動絲杠運動電機反向工作，水平絲杠相向運動，將折疊的單個塑料袋拉開至一定程度，該電機停止工作à8.控制豎直方向運動的電機運動，拉開的塑料袋隨將其夾緊的類吸塵器裝置向下運動，至將拉開的塑料袋套在垃圾桶上后，類吸塵器裝置風(fēng)扇電機停止工作，風(fēng)扇停止轉(zhuǎn)動，完成套袋工作，類吸塵器裝置回到初始位置，一個工作循環(huán)結(jié)束。自動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桿，支撐卷筒電機放置的肋板結(jié)構(gòu)以及安裝電機的底板結(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)可以實現(xiàn)將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動的原理，達到水

5、平運動和豎直運動的結(jié)果。圖中紅色部分為控制水平絲杠運動的電機，該電機固定在關(guān)節(jié)部分零件上（圖中標(biāo)示為藍色部分，藍色部分零件結(jié)構(gòu)如下圖所示），該電機轉(zhuǎn)動，然后通過一對嚙合齒輪以及齒輪和水平絲杠的配合，實現(xiàn)水平絲杠的直線運動。豎直絲杠通過底部電機和帶傳動機構(gòu)實現(xiàn)轉(zhuǎn)動，然后通過與之配合的藍色零件和底座部分的兩根細桿的限制作用實現(xiàn)水平絲杠的豎直運動。 關(guān)節(jié)部分零件結(jié)構(gòu)圖（上圖中藍色部分零件）該關(guān)節(jié)部分零件的兩個大的通孔軸線互相垂直，其中一個有內(nèi)螺紋，和豎直絲杠形成配合，而另一個通孔無內(nèi)螺紋，與水平絲杠配合，有內(nèi)螺紋的大通孔旁邊有一個小的通孔，該通孔與底板上細桿配合，起輔助限制豎直絲杠裝置中關(guān)節(jié)零件的作

6、用，此外該關(guān)節(jié)部分零件還有安裝固定電機的底板和輔助水平絲杠運動的曲面結(jié)構(gòu)。3. 類吸塵器裝置部分類吸塵器裝置由帶有許多細孔結(jié)構(gòu)和帶風(fēng)扇葉的電機構(gòu)成。通過扇葉轉(zhuǎn)動在細孔處形成負壓，從而達到吸緊塑料袋的目的。4. 電機部分該自動套袋裝置一共使用了6個電機（在總的裝配圖上標(biāo)示為紅色部分）。其中帶動豎直絲杠轉(zhuǎn)動的電機固定在底座上，通過帶傳動機構(gòu)，垃圾筒兩邊絲杠共用一個電機，控制水平絲杠水平運動的電機有兩個，分別控制兩個水平絲杠的運動，這兩個電機固定在關(guān)節(jié)部分零件上，隨水平絲杠一起運動，控制轉(zhuǎn)筒的電機固定在底座的肋板裝置上，然后類吸塵器裝置中控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)動的兩個電機固定在該裝置上。各電機在不同時刻工作具體

7、情況如下表所示，為簡化表達，工作過程依次編號18，電機編號AF,其中控制豎直絲杠運動的電機，即底座部分下邊的電機編號A,控制水平絲杠水平移動的兩個電機依次編號B，C，控制類吸塵器裝置中風(fēng)扇轉(zhuǎn)動的兩個電機依次編號D，E，控制轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)動的電機編號F，此外“+”表示電機正轉(zhuǎn)，“-”表示電機反轉(zhuǎn)，“”表示電機停止工作，各電機具體工作狀態(tài)如下表所示：電機編號工作過程ABCDEF12-3+4+5+6+-7-+8-+四：數(shù)據(jù)處理齒輪的設(shè)計與校核:此設(shè)計的齒輪是控制絲杠沿左右方向移動的，驅(qū)動齒輪的電機為步進電機，齒輪不做減速之用，傳動比為1，且為開式齒輪傳動。設(shè)水平絲杠所受最大軸向力為F=100N。1. 選定齒

8、輪類型，精度等級，材料，齒數(shù)。1） 如圖所示傳動方案，選用直齒圓柱齒輪傳動。2） 機器轉(zhuǎn)速不高，故選用7級精度（GB 1009588）。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=1×28=28。2. 按齒根彎曲強度校核齒根彎曲強度的校核公式為 m32kT1dZ12YFaYSaF1） 計算齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩T1=Fd2tan+v2=100×19×tan15°+57.22°2=2962.5Nmmd2為螺旋傳動中徑，d2=19mm; 為螺紋在中徑處的升角; v為當(dāng)量摩擦角，v=tan-1f

9、cos=tan-11.5cos15°=57.22°2） 由機械設(shè)計圖10-20c查得大小齒輪的彎曲強度極限FE=380MPa；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=5×104。4） 由表10-7選取齒寬系數(shù)d=1。5） 計算彎曲疲勞許用應(yīng)力。取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，由式（10-12）得F=kFNFES=2×3801.4MPa=542.86MPa6） 計算載荷系數(shù)K。K=KAKVKFKF=1×1.1×1×2.5=2.757） 查齒形系數(shù)。由表10-5查得 YFa1=YFa2=2.55。8）

10、查取應(yīng)力矯正系數(shù)。由表10-5查得 YSa1=YSa2=1.61。9） 設(shè)計計算m32×2.75×2962.50.5×2822.55×1.61542.86mm=0.68mm模數(shù)滿足設(shè)計要求3. 幾何尺寸計算（1） 計算分度圓直徑d1=d2=zm=28×1=28mm（2） 計算中心距a=d1+d22=28mm（3） 計算齒輪寬度b=dd1=0.5×28=14mm五：作品評價該自動化垃圾袋套袋裝置具有自動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，想法獨特，有一定的實用價值，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及其協(xié)調(diào)控制裝置，所以裝置整體造價較高，經(jīng)濟型不好。3. 該裝置對塑料垃圾帶大小規(guī)格有一定使用限制。4. 整個裝置總體占地面積較大，有一定的不方便性。5. 對于套袋過程中意外停電，塑料垃圾袋破損等意外事故缺乏較好的補救機制。6.該裝置中各個伺服電機的協(xié)調(diào)運