家用玻璃清洁器的虚拟设计及运动仿真

家用玻璃清洁器的虚拟设计及运动仿真摘要：玻璃清洁一直是人们生活中的一个难题，尤其对于高层住户，它的危险性很大。所以，本论文设计了一种玻璃清洁器专门解决这种问题，它不仅能把危险性降低，还能提高擦窗效率。论文先介绍了玻璃清洁器的整体结构和它的工作原理，然后对整体结构进行了受力分析，对零件进行了材料的选取和强度校核，同时对其中几个关键结构进行了计算和分析，确保了设计的合理；运用proe软件对零件进行了虚拟设计和装配，最后进行了运动仿真；运用cad软件绘制了零件图和装配图。最终，设计的玻璃清洁器符合设计要求和规范，人们可以安全，高效的完成玻璃内外窗的清洁工作。关键词：玻璃清洁器，Proe，Cad，强度校核IVirtualDesignandMovementSimulationofHouseholdGlassCleanerAbstract：Inpeopleslife,cleaningglassisalwaysadifficultproblem,especiallyforhigh-levelresident,anditisverydangerous.So,thisarticledesignsakindofglasscleanerthatcansolvethisproblem.itnotonlycanreducethedanger,butalsocanimprovetheefficiencyofcleaningwindows.Firstly,thearticleintroducesthewholestructureofglasscleanerandtheworkingprincipleofit,thenthearticleintroducesthestressanalsisofthewholestructure,theselectionofpartsmaterialsandthestrengthcheckofparts,atthesametime,thearticleintroducesthecalculationandanalysisofthekeystructure,itcanensurethatthedesignisreasonable;Conductingvirtualdesignandassemblyofpartsbyusingproesoftware,finallytocarryonthemovementsimulation;Drawingthepartdrawingandassemblydrawingbyusingcadsoftware.Intheend,thedesignofglasscleanercancomplywiththedesignrequirementsandspecifications,peoplecanfinishthecleaningworkofglasswindowsafeiyandefficiently.Keywords:Glasscleaner，Proe，Cad，StrengthcheckII目录1前言.11.1设计的目的及意义.11.2国内外研究进展.12方案设计.42.1结构组成和工作原理.42.1.1结构组成.42.1.2工作原理.42.1.3结构设计优点.52.2结构设计计算.52.2.1电动机的选择.52.2.2伸缩杆受力分析和强度校核.62.2.3伸缩结构的设计与计算.92.2.4伸缩杆与电动机连接结构.122.2.5电动机与清洁盘连接结构.142.2.6清洁盘及清洁布的设计.152.2.7电源的选择.172.2.8本章小结.183产品造型与运动仿真.193.1pro/e软件简介.193.2产品造型.203.3零件装配.283.4运动仿真.333.5本章小结.334结论.34参考文献.35致谢.3611前言1.1设计的目的及意义随着人们生活水平的提高，人对生活的要求也不断提高。目前来看，各类玻璃窗在家庭中得到了广泛的应用，但是，随着时间的加长，空气中的灰尘和风吹雨打，玻璃窗就蒙上了一层灰尘，所以需要人们对其进行清洗。但由于工作的繁忙、生活节奏的不断加快，玻璃外窗的清洗越来越成为一大生活问题。目前对于高层建筑玻璃的清洁主要是靠人工操作，有清洗工人乘坐吊篮进行高空作业。一不小心就会出现事故，危险性很大。而且人工的工作效率很差，时间很长。而家庭的玻璃清洁工作，主要是靠人把手伸出窗外或者直接站在窗外进行擦洗，发生以外的可能性很大，所以急需一种玻璃清洁器。为此，在分析总结现有的产品的基础上，我准备设计玻璃清洁器。可以帮助人们实现玻璃窗清洁工作，降低人们的劳动强度，减少了危险性，尤其是对居住在高层建筑的家庭。其既要简单实用，又要结构合理，经济实惠。通过本次毕业设计，使我对大学四年所学的专业知识有了充分的应用，加强了对专业知识的掌握。对产品的设计过程和步骤有了一些了解，学会了对产品整体结构进行了分析，各部分零件材料的选取和零件的强度的校核，并且通过零件三维造型及运动仿真，使我对pro/e的使用更加熟练。这次设计最重要的是让我明白了产品设计的方法，对我以后的工作会有很大帮助。1.2国内外研究进展目前市场上主要有撑杆式玻璃清洁器和磁性双面玻璃清洁器。玻璃清洁器有两种发展方向；一种是大型化和自动化，主要用于清洗大面积的玻璃幕和玻璃墙的爬壁机器人，其动力结构和控制装置都需要精密设计。14另一种是小型化和简易化，这类需要人工操作，不能自动工作，抓哟用于家庭个人使用。6国外研究进展：擦窗机：人们用来擦窗户的机器。但是现在它已经有了很大的变化，不在是简单的擦洗玻璃，而是代表擦洗整个建筑外墙的大型机器的统称。还可以进行外墙的2修补和玻璃幕的更换。全自动擦窗机可以自动工作，不需要人工操作，而其它类型的擦窗机都只是提供一个擦窗平台，需要工人在上面清洗玻璃。5为了把人从清洗玻璃劳动中解救出来，壁面清洁机器人应运而生。1966年日本首次成功研制壁面机器人，随后出现各种爬壁机器人，到80年代末期，开始开始在产品中应用，日本清水建设公司将其应用于玻璃清洗行业，随后出现离各种各样的壁面清洗机器人，其中有两种最有代表性，一种为基于移动机械装置设计的，另一种是基于轨道机械装置设计的。7玻璃清洁机器人有几个技术难题，第一是，面对复杂的壁面环境，吸附技术不完善。第二是，在壁面上的自由灵活移动达不到要求。第三是，清洗机构效果不是很好。第四是，传感控制系统不是很精确。这些都是需要克服的难题。10国内研究进展：随着城市的不断发展，各种各样的高楼不断建起，但是对于高层玻璃的清洗却没有同步发展，导致成为一个问题。基本上是清洗工人通过垂吊进行清洗。危险性很大，而且清洗效率非常低。基于这种现状，北京航空航天大学率先研发了一款玻璃棚顶清洁机器人。我国的清洁机器人虽然起步晚，但是发展很迅速。哈工大，北航，上交大在这方面一直处于领先地位。许多科研机构都研发了自己的清洁机器人。（1）.悬吊式擦玻璃机器人。它由哈工大研发，有三部分组成。本体吸附机构、驱动控制系统和清洗作业机构。这个机器人类似于擦窗机，通过把机器人悬吊在窗外，然后吸附在玻璃上进行擦玻璃。（2）吸附式擦玻璃机器人。9真空吸附机构和系统具有体积小，结构轻，可靠性高和结构紧凑等特点，是爬壁机器人的关键技术。这种机器人主要就是依靠这种系统才能实现，并连接清洁结构，通过驱动进行擦洗窗户。（3）轮式永磁式擦玻璃器。11这个安全性能高，不必人把手伸出窗外。适合家庭个人擦窗使用。其结构是类似于轮子在在玻璃上滚动，轮子外层是清洁布，通过在玻璃上运动进行擦洗玻璃。我国的擦窗器现在分为四类，都是在擦头上进行创新。第一种是伸缩拉杆擦玻璃器。它的特点是，伸缩拉杆与水箱相连，水箱与水泵相连，擦头与伸缩拉杆相连。其伸缩拉杆可以调节长度，水泵提供动力使水箱供水，摇动杆件进行擦洗玻璃。3第二种是磁性双面玻璃擦。这是目前市场上高层住户擦玻璃外窗最常用的清洁器，它是用磁性材料的吸力达到相互吸引，玻璃窗内外各一块，移动里面带动外面达到擦双面的目的，但是这种玻璃擦，磁性不稳定，磁力不够大，运动过程中会掉落，很不安全，而且现在很多楼层都是中控玻璃，磁性双面擦基本不起作用。第三种是电磁摆动机器人。由电磁铁产生的磁力磁场变化带动杆的摆动，转头也随之转动，是整个玻璃都可以擦到，这种机器人虽然简单，效率高，但是相对价钱高，一般人很难负担的起，而且市面上很难见到。第四种是万向节式擦玻璃器。12这种是人可以站在室内调节转头方向进行各个方向清洗，并且转头可以伸出窗外，调整方向，进行擦玻璃。它的特点是方便，节省体力，清洁效率高，而且还安全，但是不适合普通高层住户使用，适合一些办公楼使用。42方案设计2.1结构组成和工作原理2.1.1结构组成根据设计要求和设计目的，玻璃清洁器的其整体三维造型图如下：图2.1玻璃清洁器整体结构1清洁盘2电机3螺栓4伸缩杆25弧形手柄和伸缩杆16手柄外套除了各部件的设计，还有几个重点连接结构需要设计：4和5伸缩杆之间的伸缩机构设计、4伸缩杆与2电动机螺栓连接结构设计（这是一个可调节转头方向的旋转结构）、2电动机与1清洁盘连接结构设计（这是采用紧定螺钉连接）。2.1.2工作原理5在使用玻璃清洁器前，清洁盘上需要安装清洁布，固定好清洁布后，调节合适转头的方向，使转盘方向朝向玻璃窗，然后双手拿起玻璃清洁器，一手握住弧形手柄，另一手握住手柄与伸缩杆连接处当做支撑点，现在开启电动机，电动机转动带动清洁盘转动，通过移动伸缩杆把清洁盘靠近窗户，手摇动手柄，清洁盘通过杆件也随之运动，开始进行擦玻璃。当遇到距离太远，擦不到时，可以通过调节伸缩杆，使其达到适合的距离，然后继续进行擦玻璃，使用完毕后，关闭电机，并取下清洁布进行清洗，保证其干净整洁，确保下次可以再用。2.1.3结构设计优点玻璃清洁器的设计主要有三个优点;（1）弧形手柄与伸缩杆连接，对于居住在高层的住户，擦玻璃外窗一直是个难题，这个连接结构可以使人们站在室内就可以擦窗户外窗，避免了传统的把手伸出窗外或者站在窗外擦窗的危险性，使人更加安全，而且设计简单，使用方便。（2）伸缩杆的设计，伸缩杆由一节60cm杆和一节80cm的杆组成，再加上清洁盘的直径为20cm，最大可擦到150cm的高度，而且可以调节杆的长度，根据使用情况，自由调节，基本保证了可以擦到窗户的任何地方，非常方便便利。（3）电动机的加入，使人们不必用力擦拭窗户，只需摇动手柄既可以擦拭窗户，省却了人力，降低了人的工作强度，缩短了工作时间，提高了擦窗的效率，玻璃也能擦得更加干净。2.2结构设计计算2.2.1电动机的选择电动机的选择，首先得知道负载转矩，及必须知道负载的质量和转动半径，才能求出负载转矩，其次的知道需要多大的电动机转速，由这两个条件进行选择计算，求出电动机的功率和电压参数，就可以确定电动机了。首先确定电动机负载转矩。电动机负载为清洁盘，其质量为500克，半径R为0.1m。6Md=mg*R=0.5*9.8*0.1=0.49N*m(2-1)根据公式T=9550*p/n可求得电动机功率p。T等于Md。(2-2)其中转速n，根据我的设计要求，其转速不宜太大，范围在240-300r/min即可。选取300进行计算。则p=T*n/9550=0.49*300/9550=0.015kw=15w（2-3）所以选取电动机功率为15w。从而选取电压为12v。表2.1电动机选择参数表：电动机参数额定功率额定电压额定转速大小15w12v240-300r/min2.2.2伸缩杆受力分析和强度校核（1）受力分析4玻璃清洁器在工作过程中，主要是伸缩杆受力，主要受转头的重力和手摇动手柄的力，其在水平位置，同时伸缩杆拉伸到最大距离时，重力对点O的力矩最大。所以以这种情况分析杆的受力。整体结构受力可以简化为如下图;图2.2杆件整体受力图玻璃清洁器整体整体以O为支点，受转头重力Fa，和手给手柄的力Fb。重力Fa对支点O的力矩m（Fa）=Fa*OA(2-4)OA为伸缩杆最长为150厘米，最短为70厘米。转头的重量为1千克所以m（Fa）最大为1.5N*m，最小为0.7N*m。7而手给手柄的力Fb对O点的力矩m（Fb）=Fb*OB(2-5)OB的长度等于=64224050所以m（Fb）=0.64*Fb。由于整个杆件受力平衡，所以m（Fa）=m(Fb)Fb=Fa*OA/OB(2-6)因此求出Fb最大为2.343N，最小为1.093N。所以，此力在人的承受范围，可以轻松使用其进行清洁玻璃。（2）强度校核伸缩杆在受转头重力和手给的拉力作用下，会产生弯曲应力，同时还存在剪切应力，需对其进行校核。3表2.2常用材料的在常温下的许用应力根据常用材料的许用应力和各种材料的重量，选取铝合金管常用材料硬铝2A11。图2.3杆件受力图根据分析，伸缩杆受转头重力Fa，手的拉力Fa和支点的向上的力F。(1)弯曲正应力强度校核材料不锈钢304工程塑料ABS硬铝2A11硬铝2A12硬铝2A13许用应力137MPa24.5MPa370MPa390-420MPa315-345MPa8此杆是受集中载荷作用的杆。要对其进行强度校核，须先求出杆产生最大弯矩的位置，即工作最不利情况。作出杆的弯矩图。图2.4伸缩杆受力弯矩图可以从弯矩图中看见，在B点时达到最大弯矩。Mmax=Fa*AB=11N*m(2-7)伸缩杆的抗弯截面系数Wz=D/32(1-4)伸缩杆外径D为40mm，内径d为37mm。则抗弯截面系数Wz=6.28立方厘米。根据强度条件max=Mmax/Wz=11/6.28=1.75MPa（2-8）硬铝2A11的许用弯曲应力为370MPa。则最大正应力远远小于其许用应力370MPa。(2)弯曲切应力强度校核杆的受力通常不是纯弯曲，在弯曲截面上还存在剪力，还要进行切应力强度校核。伸缩杆的最大切应力作用在B点杆件B点受力分析图如下9图2.5杆件应力图max=KFq/A（2-9）其中K是根据截面形状进行选取，因为是空心管，所以截面为环形，K选取2.剪切力Fq=F=2.343N,截面面积A=（40-37）=28.26mm则max=2*2.343/28.26=0.166MPa而材料的许用弯曲切应力=0.8=0.8*370=296MPa而max（2-10）所以，选择硬铝2A11，弯曲正应力和弯曲切应力都符合设计要求。2.2.3伸缩结构的设计与计算伸缩杆的伸缩结构设计思路，在细杆中安装圆柱螺旋压缩弹簧，在弹簧末端加一个圆柱键，当细杆在粗杆中滑动时，圆柱键遇到粗杆壁上的孔弹出，从而固定。粗杆上在不同距离有三个孔，可以调节不同的距离。其具体结构如下。图2.6伸缩结构示意图(1)弹簧的设计首先要求弹簧中径D=8mm，外径D2小于等于10mm。在一般载荷下工作。在最大压力下Fmax=20N,最大压缩距离为max=15mm。10选用材料并确定其许用应力因其在一般情况下工作，可以选类弹簧，其受载荷作用次数在10以下。选用碳素弹簧钢丝C级。并根据弹簧钢丝的直径d=D2-D2mm，先取弹簧丝直径d为1mm。根据下表2.3选拉伸许用应力为1960MPa，根据表2.4选取许用切应力=0.8*0.5*1960=784MPa。表2.3弹簧钢丝的拉伸许用应力B钢丝直径d/mmBCD0.701710-21102060-24502450-28400.801710-20602010-24002400-28400.901710-20602010-23502350-27501.001660-20101960-23602300-26901.201620-19601910-22502250-25501.401620-19101860-22102150-24501.601570-18601810-21602110-24001.801520-18101760-21102010-23002.001470-17601710-20101910-2200表2.4弹簧材料及其许用应力材料及代号许用切应力/MPa许用弯曲切应力b/MPa类弹簧II类弹簧类弹簧II类弹簧类弹簧弹性模量E/MPa切变模量G/HBC碳素弹簧钢丝B、C、D级0.3B0.4B0.5B0.5B0.625B0.5d4207500-20500d42000000.5d483000-80000D480000根据强度条件计算弹簧钢丝直径根据表3.5选取旋绕比C=6，表2.5常用旋绕比C11d/mm0.2-0.40.45-11.1-2.22.5-67-1618-42C7-145-125-104-94-84-6则根据K=(4C-1)/(4C-4)+0.615/C=1.25(2-11)根据得；(2-12)1.6MAXFKCdd0.699所以，选取d=0.7mm，通过查表，不变，所以D=8mm，C=11.4，计算K=1.1则d0.6，符合原值。所以d=0.7mm，D=8mm则外径D2=8.7mm10mm。符合题中限制条件。确定弹簧几何参数。根据设计要求弹簧自由高度H=20mm。节距p=0.3D=2.4mm。根据式H=pn+2d得弹簧圈数n=（H-2d）/p=(20-1.4)/2.4=7.75圈（2-13）具设计情况，8圈也符合情况。弹簧的螺旋升角=arctanp/d=6度。（2-14）验算稳定性对于压缩弹簧，其长度较大时，则受力容易失去稳定，造成失稳现象。所以当弹簧一端固定，另一端自由时，弹簧的长细比b应小于3.7b=H/D=2.43.7所以，本弹簧稳定，不会出现失稳现象。（2-15）疲劳强度及应力计算本设计的弹簧载荷作用次数N小于等于10，载荷变化不大，所以只用计算静应力强度计算，不用进行疲劳强度计算。疲劳强度计算只有在循环次数较多，在变应力情况下进行计算。静应力强度计算12max=8KDFmax/d=473MPa（2-16）Ssca=s/max=1.65（2-17）静应力强度设计的设计安全系数，当弹簧的设计计算和材料的力学性精确时，取Ss=1.3-1.7，当精确性低时，取Ss=1.8-2.2.取Ss=1.5，则SscaSs。所以弹簧的静应力强度符合要求。弹簧的工作结构设计如伸缩结构示意图所示，虽然弹簧的稳定性已经过验算，但是为了固定弹簧，还是在其外部加了一个圆柱套筒，更加保证了其稳定性，弹簧的一端固定在套筒上，另一端自由，整个弹簧就在其中自由伸缩。终上所述，整个弹簧的设计就已经设计完成，弹簧的各个部分都进行了充分的考虑和设计。（2）伸缩固定键的强度校核固定键的受力分析图如下;图2.7固定键应力图此键受剪切力作用，在剪切面产生了内力，如图沿剪切面假想的将键分为两部分，并取左边部分作为研究对象对象。在剪切面上合力必然为0，受力平衡。物体的重量为1千克，得F-Fq=0，则F=Fq=G=mg=10N（2-18）切应力在剪切平面上是均匀分布的，则有=Fq/A（2-19）13固定键的直径为d=5mm，则A=（d/2）=3.14*2.5=19.625mm则剪切力=10/19.625=0.50MPa选取固定键的材料，以下为几种材料的许用应力。表2-6常用材料许用应力材料碳素钢Q215碳素钢Q235碳素钢Q27545号钢许用应力100MPa110MPa120MPa175MPa通过表格，选取45号钢，其许用应力为175MPa。而175MPa，所以选取45号钢符合设计要求。2.2.4伸缩杆与电动机连接结构设计此连接结构，采用螺栓连接。螺栓连接两个零件，因为是螺栓连接，所以必须考虑预紧力，还有螺栓所受的剪切力和挤压力。1这个连接结构是可以经常松紧，以调节转头的方向，以便擦拭各个方向的窗户。其连接结构示意图如下;图2.8连接结构示意图(1)预紧力的计算螺栓连接属于螺纹连接的一种，在装配时必须拧紧，在工作之前，预先受到预紧力。预紧可以增强连接的牢固性，避免连接松动，不紧固。15所以在装配时，必须控制预紧力不得超过材料屈服极限的80%，F00.6sA（2-20）14选取材料为45号钢，其s=175MPa，A=（d/2）=3.14*5=78.5mm。则F0=0.6*175*78.5=8242.5MPa螺栓在拧紧过程中，预紧力产生的为拉伸应力，所以螺栓的预紧拉伸应力为=F0/(d/2)=842.5/78.5=105MPa（2-21）则螺栓在预紧状态下还受扭转切应力所以总的计算应力ca=1.3=1.3*105=136.5MPa(2-22)而材料的许用应力=175MPaca.所以此预紧力作用下，符合材料的强度极限。(2)剪切力和挤压力作用的强度校核螺栓连接连接两个零件，两个零件给螺栓以剪切作用的剪切力，和分别对其的挤压作用下的挤压力。其受力示意图如下：图2.9螺栓所受应力图剪切力的强度校核剪切力在剪切面上是平均分配的，剪切力来源为物体重力。重力为G=10N,A=78.5mm其剪切应力=G/A=0.127MPa（2-23）15材料的许用应力为175MPa，则剪切许用应力为=0.8*175=140MPa而,符合材料的剪切强度条件。挤压力的强度校核挤压力的作用是半圆柱面，展开面是长方形，面积A=hd=9*3.14*10=282.6mm挤压力同样来源于重力，F=G=10N则挤压应力=F/A=10/282.6=0.035MPa(2-24)所以同样符合材料的挤压强度条件。2.2.5电动机与清洁盘连接结构首先，因为选择的电动机功率较小，属于微型电机，电动机主轴较短，所以在主轴要作长一点，然后主轴与清洁盘连接，连接结构是通过紧定螺钉固定两个零件的外置，使其固定，不滑动，因为电机功率较小，所以传递的力矩不大，可以选择紧定螺钉连接。连街连接结构示意图如下：图2.10连接结构示意图紧定螺钉连接属于螺栓连接的一种，所以也要计算预紧力，防止装的太紧，损伤零件，降低零件的强度，装的太松，则会装配不牢固，在运动过程中脱落。2(1)紧定螺钉预紧力计算首先选取紧定螺钉的材料为45号钢，其许用应力=175MPa，预紧力作用下的作用平面面积为A=（d/2）=7.065mm16则预紧力F0=0.6*A=0.6*175*7.065=741.825N（2-25）预紧力产生的效果拉伸效果，拉伸应力=0.6=105MPa则预紧力状态下中的应力ca=1.3=136.5MPa（2-26）ca所以预紧力作用下，符合材料的强度极限。紧定螺钉同时还受剪切力和挤压力的作用，此时剪切力和挤压力都等于清洁盘重力，G=mg=0.5*10=5N(2)剪切力的强度校核计算=G/A=5/7.065=0.708MPa（2-27）而剪切许用应力=0.8=140MPa很明显(3)挤压力的强度校核计算挤压力的作用面积为半圆柱面A=d=3.14*5=15.7mm=G/A=5/15.7=0.318MPa（2-28）所以，材料在剪切力和挤压力作用下，都符合强度要求。2.2.6清洁盘及清洁布的设计清洁盘形状的确定清洁盘选择圆形，在上面镂空以保证质量最轻，减小工作时电机的负荷，使人更省力，其直径为20cm，保证了清洁面积不是太小，确保了清洁效率。清洁盘材料的选择清洁盘材料和电机外壳以及手柄的材料都选择ABS工程塑料，这是一种无毒无害，同时材料的刚度和韧性都很好，坚固，耐磨，耐腐蚀，其它各种性能都很好，一般塑料外壳都选择这种材料。17图2.11工程塑料ABS清洁布的选择清洁布得有两部分组成，海绵和百洁布。选择优质吸水海绵，细孔吸附清洁力强，耐用易洗涤，外部套百洁布，清洁布四周连接6个塑料小圆柱。主要是里面的海绵储存水分，外面的百洁布擦拭玻璃。清洁布和清洁盘的连接清洁海绵可以直接连在清洁盘正面，清洁布覆盖清洁海绵包住清洁盘，塑料小圆柱插到清洁盘背部的圆柱孔以固定。图2.12优质海绵18图2.13百洁布2.2.7电源的选择因为玻璃清洁器设计中要涉及电动机的选择，而其功率和电压都较小，所以需要选择电源，转换电压到电动机适合的电压。电源有两个选择第一个是选择电源适配器，它可以很方便的完成电流的转换，很多电器都选用电源适配器，它的缺点是擦窗时不方便，需要拉很长的电线，而且成本比较高。第二种是选择充电电池，电池可以很方便的安装，玻璃清洁器工作时，也可以很舒适的使用，由于是充电电池可以很方便充电，而且成本很低。通过比较，最终选择了充电电池，电动机的额定电压为12v，选择12v的电池，就可以确保电动机正常工作了。19图2.14充电电池2.2.8本章小结本章是设计很重要的一部分，首先对对整体结构进行了设计，说明了产品的工作原理和产品的设计优点，然后进行了电动机的选择，整体杆件的受力分析，伸缩杆的内力强度校核，伸缩装置的设计和其中的部件校核，还有伸缩杆和电动机连接结构的设计和强度校核，电动机和清洁盘连接结构的设计和强度校核，清洁盘和清洁布的设计和电源适配器的选择。通过本章的设计，是我对结构有了更加清晰地认识，通过一系列的材料选择和强度校核，确保了结构的强度和稳定性，是玻璃清洁器在工作过程中不会出现差错，保证了其正常工作。本章对整体和部分结构都进行了设计，为下一章的的pro/e三维建模打下了良好的基础，下一步的设计工作将会省力很多，节省时间，加快了设计进程，确保了设计可以及时完成。3产品造型与运动仿真3.1pro/e软件简介Pro/ENGINEER软件是我们机电专业学生产品造型和运动仿真常用到的一种软件，已经得到了业界普遍的认可和使用。而我在设计过程中使用的版本是pro/e野火版5.0版本。而在我的毕业设计中所用到的包括proe的产品造型设计和装配，以及运动仿真功能。（1）产品设计首先，我们要确定我们所要设计的产品的结构和个部分组成，然后对各个零件20进行造型设计，要熟悉proe产品设计的各个功能和命令，对常用的拉伸，旋转，扫描，螺纹扫描等命令要掌握。对各种命令的不同用法也要熟悉。（2）产品装配其次，当我们把产品的各个零件设计完成后，要对其进行装配。装配时，要选择装配命令，要对要装配的零件进行约束，有对齐，匹配，插入等约束条件，满足约束条件后，才能装配成功。（3）运动仿真最后，当我们把零件装配成产品后，我们可以对其进行运动仿真，可以演示产品工作效果。运动仿真需要对要相对运动的两个零件进行连接定义，然后根据情况，进行定义伺服电机，产生运行效果，然后保存仿真动画。以上是产品设计和运动仿真所用到的功能，proe还具有其它的特点和功能，它有几个特点：基于特征的，关联的，参数化的，构造曲面，在装配图中构造实体；同时还具有逆向设计，自动测量，有限元分析，产品数据库管理等功能，广泛应用于电子，机械，模具，工业设计，汽车，航天，家电，玩具等行业，大大缩短了产品开发设计的时间和简化了开发的流程，设计的质量和速度也大大提高，尤其是结合快速还原技术，可以大大缩短产品设计生产上市的时间。总之，随着proe的不断完善和发展，越来越多的问题将被解决，越来越多的理想将会被实现，工业生产水平也会不断提高，各种各样的产品也会被设计生产出来，将会对我们的生活有很大的帮助。3.2产品造型(1)伸缩杆和手柄首先，打开pro/e软件，新建文件，选择类型为零件，同时选择缺省模板。现在，开始零件设计，先用拉伸命令，选取top平面，进入草绘平面，画一个40的圆，完成草绘，拉伸长度为600，拉伸出一个圆柱。再用扫描命令，扫描伸出项，选择front为草绘平面，先画扫描轨迹，在圆柱右一端画一条半径400的弧，再接100的直线段做手柄部分，再画扫描图形直径40的圆，然后选择合并端点，确定，扫描出弧形手柄，再用壳命令，选择厚度为3，选中杆件，确定，抽壳完成，在伸缩杆右端拉伸命令，把杆拉空，再用拉伸命令拉伸一个2的凹槽，以保证另一根杆件不滑出，然后再在杆上front平面上的200.400.588位置拉伸3个直径为4的孔，这是伸缩21杆调节距离的三个点。最后对连接处进行倒圆角，进行渲染染色，使零件效果明亮。图3.1手柄和伸缩杆1其次另一根伸缩杆的设计，新建文件，选择类型为零件，同时选择缺省模板。开始设计零件，选择拉伸命令，选择TOP平面进行草绘，草绘一个直径30的圆，然后选择拉伸长度为800，确定，拉伸出800的圆柱杆；在选择拉伸命令，选择先前平面，草绘一个直径24的圆，设拉伸长度为750，选择切除材料，确定，在杆中拉伸出一个圆柱孔；然后把圆柱实心端设计成连接端，先用拉伸命令，选择TOP平面，草绘留下圆中间9的距离，拉伸把其它切除，把留下的两端弧形也切除，就成为一个长方体平台；在其上用拉伸命令，选择圆与三边相切，把多出部分切除，再以其圆心拉伸一个直径10的孔；最后在杆另一端拉伸一个伸缩杆固定键，进行渲染着色。22图3.2伸缩杆2最后再加一个手柄塑料外套，方便手握。新建文件，选择类型为零件，同时选择缺省模板。进入零件设计工作环境，选择拉伸命令，在TOP平面，进行草绘，草绘一个直径46的圆，拉伸长度为110，确定，拉伸出一个圆柱；在用拉伸命令，使用先前草绘平面，画一个直径10的圆，选择切除材料，拉伸长度为100，了在圆柱中拉伸出一个孔,；最后利用旋转命令，选择right平面进行草绘，先以轴线画一条中心线为旋转中心，再在圆柱边上画3*1的小矩形，间隔3画满一条边，然后确定，选择切除材料，旋转角度360度，确定，旋转出一圈圈凹槽，增加摩擦。最后进行渲染染色。23图3.3手柄外套（2）弹簧首先，打开pro/e软件，新建文件，选择类型为零件，同时选择缺省模板。进入零件设计工作环境，选择螺纹扫描，伸出项选项，选择可变的节距，穿过轴，右手定则，点击完成，选择TOP平面进行草绘，先画一条中心线，在画一条巨中心线距离4的直线为扫描轨迹，轨迹为长度20，在轨迹上用选点工具，选3个任一点，点勾完成草绘，然后开始设置节距，先设置起始点节距为弹簧丝直径0.7，在设置终点节距为弹簧丝直径0.7，在设置轨迹上的三个点的节距为2.4，完成后，开始画截面，以起始点为圆心画一个直径0.7的圆。完成草绘，然后点确定，螺旋扫描出弹簧，最后对弹簧进行渲染染色。24图3.4弹簧（3）电动机和电机外壳首先，打开pro/e软件，新建文件，选择类型为零件，同时选择缺省模板。进入零件设计工作环境，先用拉伸命令，选择TOP平面草绘一个直径40的圆，拉伸长度为70，确定拉伸出一个圆柱；再用扫描命令，扫描伸出项，选择front为草绘平面，草绘轨迹，以原点距离26，与y角度为75度，画出一条直线，终点距离x轴为7，然后确定，选择合并端点，截面画一个直径30点的圆，确定完成扫描，扫描出一个斜伸出的圆柱；接着在其上用拉伸命令拉伸连接端，先拉伸出一个厚度为9的长方体，把其在拉伸切除成一个半圆形头，再在其上拉伸一个直径为10的圆孔作为连接孔，连接端就画好了；再在另一个圆柱上拉伸一个直径20长度为35的圆柱孔，放电动机；在这个端面，拉伸一个12*12的高为5的面，在其四周拉伸四个直径为2的孔来固定电机；再在端面上拉伸四个直径为4的孔来连接另一个机壳；最后对另一头倒圆角，渲染染色。另一个机壳的设计，先使用拉伸命令，拉伸一个直径40的高度为5的圆柱，燃豆对其到0.6的圆角，在中间拉伸一个直径为5的孔来让轴穿过，再在其上四周拉伸4个直径为4，高度为5的圆柱，用来插入另一个机壳。25图3.5电动机外壳1图3.6电动机壳2首先，打开pro/e软件，新建文件，选择类型为零件，同时选择缺省模板。26开始进入零件设计工作环境，选用拉伸命令，拉伸一个边长12，高位5的的长方体，对四条高倒圆角，高度为1，接着在长方体上拉伸一个直径20和长度25的圆柱；再接着把长方体拉伸出一个直径20高度3的凹槽；再在凹槽上拉伸一个直径8高度1的圆柱凸台，在凸台上，拉伸主轴，直径为4长度为27，在其上旋转一个凹槽。接着在四个角，拉伸四个直径为2的圆柱孔，以来固定电动机。在电动机身上，拉伸一个凸台，在其中拉伸一字螺钉，用来固定定子铁芯。图3.7电动机（4）清洁盘首先，打开pro/e软件，新建文件，选择类型为零件，同时选择缺省模板。进入零件设计工作环境，先拉伸整体，选择TOP平面，拉伸一个外径为200内径为170，高度为40的圆环；用旋转命令在圆环内旋转一个凸起的锥体，草绘图形为梯形，边分别为10和40，旋转中心为中轴，确定旋转完成；在其中拉伸切除四个扇形，在剩下的四条骨架切除10的高度，再在中轴拉伸一个圆柱凸台，在其上在拉伸一个10的圆柱，在圆柱上拉伸一个直径4高度15的的圆柱孔以来连接电动机主轴；最后在大圆盘圆周拉伸6个直径为5的圆柱孔以来固定清洁布，最后进行渲染染色。27图3.8清洁盘（5）螺栓和螺母螺栓的设计首先，打开pro/e软件，新建文件，选择类型为零件，同时选择缺省模板。开始进入零件设计工作界面，首先用拉伸命令，在TOP平面进行草绘，画一个直径20的圆，拉伸长度为10，拉深伸出圆柱体；再在其上拉伸出一个直径为10，长度为30的圆柱体；用调色板命令，选择六边形，相切与大圆柱圆周，拉伸出六角螺栓，再对其边进行倒圆角；接下来进行螺纹扫描，选择螺纹扫描，切口选项，选择不变的螺距，右旋，穿过轴线，然后进行草绘螺纹扫描轨迹，定义节距为1.5，继续草绘切口截面，最后确定方向为材料侧，确定开始扫描，螺纹出现，但螺纹头部不是那样子，所以需要在之前倒角，按住在此插入拖动到第二步后，对圆柱进行倒斜角，确定即可。最后把在此插入再拖会最后，再对螺栓进行渲染。28图3.9螺栓蝶形螺母首先，打开pro/e软件，新建文件，选择类型为零件，同时选择缺省模板。开始进入零件设计工作界面，首先用旋转命令，选择TOP平面进行草绘，先画一条中心线作为旋转中心，在离在中心线5的距离画梯形，上底为3，下底为5，高位10，完成草绘，旋转的角度为360，确定旋转完成，主体完成；建立手柄，用拉伸命令，同样选择先前平面，草绘手柄外形，然后镜像到另一边，草绘完成，拉伸距离为2，另一侧也拉伸，确定，螺母手柄拉伸成功；最后进行螺母内螺纹扫描，选用螺纹扫描，切口，选择不变的螺距，右旋，穿过轴线，然后进行草绘螺纹扫描轨迹，定义节距为1.5，继续草绘切口截面，最后确定方向为材料侧，确定开始扫描，内螺纹出现；然后渲染染色。29图3.10蝶形螺母3.3零件装配首先，打开pro/e软件，新建文件，选择类型为组件，创建完成。进入装配工作环境，选用装配功能，选择伸缩杆1，设为缺省，完成如下。图3.11装配第1步30再点装配，选择手柄文件，通过匹配和插入，完成装配，如下图。图3.12装配第2步再点装配，选择伸缩杆2文件，通过对齐和匹配，完成装配，如下图图3.13装配第3步再点装配，选择电机壳1文件，通过对齐和匹配，完成装配，如下图所示。31图3.14装配第4步再点装配，选择螺栓文件，通过对齐和匹配完成装配，如下图所示。图3.15装配第5步再点装配，选择蝶形螺母文件，通过对齐和匹配完成装配，如下图所示。32图3.16装配第6步再点装配，选择电动机文件，通过对齐和匹配完成装配，如下图所示。图3.17装配第7步33再点装配，选择电机壳2文件，通过对齐和匹配完成装配，如下图所示。图3.18装配第8步再点装配，选择清洁盘文件，通过对齐和匹配完成装配，如下图所示。图3.19装配第9步34整体装配图如下：图3.20整体装配图3.4运动仿真玻璃清洁器的运动仿真包括三个部分，清洁盘的转动，转头方向的调节，伸缩杆的滑动，需要定义前两个运动连接为梢钉连接，然后定义伺服电机，完成旋转仿真，定义伸缩杆为