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1、机械工程实验机械式自动鞋套机 机自72机械工程实验机械式自动鞋套机 班级： 机自72班 指导老师：蔡书萍 2009年12月24日小组成员组长：0701045 温晓荣组员：07011028 蒋会明 07011029 杨 帆 07011031 白淳驿 07011033 高方明 07011043 潘厚雄 07014027 蒋梦龙组员分工：蒋会明：计算、建模及论文撰写杨 帆： 计算、建模及论文撰写白淳驿：计算、使用参数确定、ppt和机构优化高方明：计算、机构优化及Adams运动仿真潘厚雄：建模、应力分析及强度校核、动画制作温晓荣：计算、装配及PPT制作蒋梦龙：建模及Solid works运动仿真姓名蒋
2、会明杨帆白淳驿高方明潘厚雄温晓荣蒋梦龙成绩目录一、 方案的确定（1）二、 自动鞋套机的优点（1）三、 总体设计要求的确定 （2）四、 机构的确定 （2）五、 主要设计计算过程（11）六、 Solidworks计算机建模（14）七、 对踏板的应力应变静态分析（18）八、 对部分机构的优化（19）九、 任务分工（22）十、 小组及个人总结（23）十一、 附录（36）一、方案的确定在我们小组初定题目时，大家都有很多非常有想法的建议，比如说捶背机、发泄机、运动器械等等，大家进行了非常活跃的讨论。我们大学生临近考试压力大，捶背机在锻炼身体的同时可以捶捶背；大家考试紧张，情绪没处发泄或是遇上让人极其郁闷的
3、事情，这时发泄机将大有用途。然而恰逢当时雨天不断，有人提醒说，注意到进商店时店员会给顾客的伞套上塑料袋子，以防雨伞上的水滴落在地板上，造成地面湿滑且影响美观，但是结果往往不是很理想，因为大家脚上沾有泥水，一样很难保持地面清洁。于是我们想是不是他们更需要一台鞋套机呢？同时大家提到学校机房要求大家上机前先套上鞋套，由于人多而且大家都要手动套，所以常常造成大家排队等候的现象；在其他一些高级实验室或手术房，大家也常见到相关人员要带鞋套的现象。既然这么多地方都需要它的存在，我们深入研究一下也是值得的，于是大家最终敲定机械式鞋套机机构。大家意见统一后，也得到了老师的认可，当我们各自回去之后，通过上网，发现
4、网上已经有鞋套机的相关产品，于是我们大家就有进行了讨论题目的更换的问题。我们通过阅读网上有关鞋套的介绍，发现现在市场上流通的大多都是电子式鞋套机，于是我们想能不能大家齐心协力做一个机械式的鞋套机呢？这时我们的目标已经从发明一个新产品转移到研究一个机构，用自己的力量做出来模型。于是题目就这么定下来了。而且我们发现网上做鞋套机的厂家很多，这也说明这个产品很有市场，题目很值得我们研究，它之所以经过这么多代的更新说明机构还存在问题，这也正是我们研究的空间所在。二、自动鞋套机的优点 自动鞋套机越来越多的出现在人们的生活之中。它的最大优点就是能够有效的保持室内地面清洁，解决了人们进屋换鞋的烦恼，是居家生活
5、的必备品。同时也越来越广泛地适用于医院、实验室、机房室等场所。现在随着国家经济的快速发展，人们在不断追求高质量的生活，而一个干净清洁的生活环境成了人们对生活的第一要求。但是有时候面对进门换鞋这个看似平常的情况，却常常让人伤透脑筋。尤其对于老年人来说，每次进门都要弯腰换鞋，这其实对他们的身体存在一定的危险隐患。因为人们弯腰时，腰部承受的压力是站立时的好几倍，如果太快直起腰，不仅会产生头晕的感觉，严重时甚至可能会拉伤腰部肌肉，产生难以预想的后果。这时候，就显示出拥有一台自动套鞋机的必要性。仔细一留意，你会发现生活中因为换鞋导致的问题还有不少。比如说，同事登门拜访时，你要为换拖鞋易发生脚气交叉传染而
6、担心，以至于经常失去与同事联络感情的机会；从家乡远道而来的老乡来访，因为你过分的“讲究”而误认为你忘本，而使得你挂上了“脱离乡亲”的罪名。孩子的朋友要来你家玩耍聚会，你却得考虑到家中拖鞋不够，换鞋麻烦而苦恼，拒绝做客，孩子因此失去许多小朋友。这对孩子来说，可算是一个大损失，因为在孩子的成长过程中，朋友对他们来说是很重要的一部分。还有些个子有些矮的女孩子，为了身材显得高一点而穿高跟鞋，她们经常会因为在一些特殊情况下不得不换鞋，导致“低人一等”而心里纠结。这次的设计最重要的就是要做到鞋套机的使用要很方便，只须在客人进门后把穿着鞋的脚往鞋套机里轻轻一踏，就会有一只可爱的鞋套套在你的脚上，既卫生又美观
7、，同时还要考虑到价格的问题，尽量做到实惠。最重要的是它的出现，使我们彻底解除了进门脱鞋换鞋的烦恼与不便，也消除了脱鞋时带来的脚气传播隐患，同时还避免了朋友登门时因袜子穿孔或脚臭而带来的拘束与尴尬。我们设计的最终目的，就是能够应用我们所学知识，设计出一个机械式的自动鞋套机，使它能够解决人们生活中的实际问题。真正做到学有所用！三、总体设计要求的确定我们要做的是家用机械式自动鞋套机，首先为了不占太大空间尺寸应该尽量取小，为了便于搬动质量应该尽量取轻，材料未经说明为铝合金。还要考虑到耐用性等方面的要求，这些使用方面的要求成为了机构设计中的种种约束。其次是机构要实现的运动要求，要满足每当有人给予机构一个
8、向下的力时便可以实现对鞋的自动套袋功能，这就包括要实现动力的传递，鞋套的选择，鞋套的释放和机构恢复。我们设定一些初始参数设定如下：所使用的鞋套的橡皮筋直径为3mm，由于对于鞋套的控制主要是对上面橡皮筋的控制，橡皮筋适当取粗可以便于机构的实现，并且鞋套机一次最多可以容纳3050个鞋套机。人的质量取为30kg80kg之间，并且为单脚套袋机，及每次只对一只脚进行套袋，这样一来即可以简化机构又可以减少对机构强度和硬度的要求。四、机构的确定（1）鞋套的放置机构的确定最开始我们面对的问题就是鞋套怎么放。因为，鞋套机的最基本的运动就是每踩一下就释放一个鞋套，可是塑料袋子本身没有固定的形状想要把它们一个个区别
9、开的确是个难题。我们试着提出了很多的解决方案。首先，我们想到的是将所有塑料袋撑起来，在两边各抽出一角，这样用带钩的齿轮可以每次钩住一个使其套在脚上。如下图所示。那么皮筋需固定在一个辐板上，塑料袋的皮筋被一个个夹在辐板的右板和左板之间，右板被连接在辐板上的弹簧施以向左的力。在辐板的最左边开槽，齿轮每转一圈，就从辐板上钩住一个皮筋。左边的辐板如右图所示。不过这个方案很快被我们否定了，因为辐板需要横放，齿轮也在横向上，会使机构庞大，浪费材料而且也不美观。 然后，我们大家觉得，既然塑料袋这么难以控制，不妨用纸袋吧。但是纸袋其实更 不容易控制，因为塑料袋虽然形状难以控制，但是它的韧性好，易变形，不易破坏
10、，纸袋则不同。我们开始时只觉得纸袋比塑料袋形状固定，而且环保，于是在纸袋的研究上浪费了很长一段时间，不过最终没有得到很好的解决方案，所以纸袋的想法终于被放弃了。 于是，我们又回到了方案一的改良上，既然横着板子占地大，那么将板子斜放不就可以了么？于是我们设想到如下机构。于是我们设想到如右图机构。我们可以再把齿轮做小一些，就可以解决占地空间大的问题了，但是先前的问题并未完全解决，我们该怎么将一个个塑料袋套在辐板上，并保证它们可以方便地释放呢？于是我们初步确定了这个方案，但是改良还在进行中，最核心的就是塑料袋在辐板上的放置。主要是两个观点：是将塑料袋整个套上还是仅仅抽出皮筋。首先，我们讨论了不将塑料
11、袋与皮筋分离开的方案。经过多次试验，我们发现此方案可行，模拟结果如左图所示。蓝色和灰色模拟塑料袋，只截取了左半边的机构示意图，齿轮未画出，仅表示出了齿轮钩。如图中所示。我们试图将所有的塑料袋的皮筋卡在辐板上，最外面塑料袋的皮筋卡在最左边，保证每次被钩出即被释放的都是最上面即最外面的塑料袋。图中仅仅表示出了左半边的示意图，在整个机构中，在箱体中的四个方向上都各有一个图中机构。多次讨论后，我们发现该结构可行。终于，我们的鞋套机有了初步的进展。很显然，不分离橡皮筋我们也可以完成机构运动，但是，假如将橡皮筋与塑料袋分离是不是会有更好的机构呢？虽然现在的机构可以满足我们的基本要求，但是我们总觉得还不够完
12、美，于是大家又进入新的头脑风暴期。 分离皮筋会给现在的机构带来什么变化呢？首先，分离皮筋后我们就不能用现在的辐板了。分离皮筋，我们只可能是从塑料袋的四个角分别抽出皮筋，这样的话我们就可以把辐板做小，做窄。如右图所示，显然这个机构比上面的要节省材料和空间，于是我们很快就接受了这个新的改良。 至此为止，皮筋的安放问题就告一段落了，现在的解决方案大家基本上都达到了共识。（2）皮筋的释放与安装通过上一步，我们基本上确定了皮筋的放置，然而回过头来才发现，其实机构还存在问题。如上图所示，由于皮筋的收缩，它不会自己向下移动，导致在没有齿轮钩的情况下出现释放现象，然而弹簧的弹力使皮筋有向下运动的趋势，此时我们
13、就难以保证皮筋不会自己释放了。由于在皮筋的放置我们大家都达到了共识，所以此阶段我们决定从释放机构上改良，暂时保留皮筋放置机构。那么接下来，我们需要一个机构 ，它要满足每周期的运动中，将一个皮筋与其他皮筋分离，且是其他皮筋不得释放。有了目标，我们就开始在我们学过的机构中寻找满足要求的机构。经过多次讨论后，凹槽的小圆柱体进入了我们的视线，经过多此试验，我们初步肯定了它的作用。如上图，左图是释放前，右图是释放后，很显然，带凹槽的圆柱体正是我们一直寻找的机构。在每个运动周期中，小圆柱体的凹槽里都有一个皮筋被抓住，运动开始后小圆柱体转过90，将一个皮筋转出皮筋轨道，同时将其他皮筋挡在轨道中，皮筋一旦被旋
14、出轨道就没有了弹簧的推力，但是皮筋的收缩力仍然存在，于是皮筋得以释放。而且将塑料袋装进轨道时，我们可以将塑料袋的皮筋卡在圆柱槽内，将其旋紧轨道，由于轨道下面圆周大，上面圆周小，在弹力的作用下，皮筋自己会向轨道内部移动，因此我们在解决皮筋的释放问题时，也一并解决了皮筋的安装问题。 虽然带凹槽的小圆柱体满足了我们的运动要求，但是各个组员都希望能得到更好的方案，因为我们对以释放机构的研究并未就此结束，在接下来的几天里我们讨论了各种其他的机构。首先，我们试图不用弹簧，因为在模型搭接时弹簧难以模拟。经讨论后得到以下机构。如左图所示，去掉弹簧后，皮筋导轨需要倒置，皮筋的收缩力可以代替弹簧的弹力，所以去掉它后机构仍能满足既定的运动要求 ，而且与先前的机构相比，它更方便简单。当时我们大家都认为这个机构更好，于是打算换掉之前的机构，可是当我们讨论到怎样将皮筋装进轨道时，发现这个机构存在着问题，皮筋的
