家用自动洗鞋机设计说明书

1、-第五届全国大学生机械创新设计大赛慧鱼组参赛作品家用自动洗鞋机设计说明书设计者：袁洋 马路 邓帅杜思超 涛 设计单位： 中原工学院 设计部门： 机电学院 指导教师： 付晓莉伟杰 时间：2021年2月 ·. z-目 录1.研制背景及意义 12.设计方案 23.运动、动力分析 94.工作原理及主要功能指标 205.控制设计226.创新点267.应用前景26参考文献27附录一 作品实物照片28附录二装配关系图 附录二 装配流程图 . z-家用自动洗鞋机设计者：袁洋 马路 邓帅 杜思超 涛指导教师：付晓莉 伟杰中原工学院 机电学院 450007摘要：以简便、实用、清洁，能解决洗鞋过程鞋子清洁

2、除菌问题设备为研究对象，提出横向刷洗机构，竖向刷洗机构，鞋底刷洗机构，鞋刷洗机构等四种刷洗机构，再结合空水、挤水机构，设计了一种家用洗鞋机，实验结果说明，设备工作稳定，性能可靠，功能实现效果良好。关键词：洗鞋；家用洗鞋机；清洁作品容简介本作品根据本届机械创新设计大赛的主旨要求而设计，属于“家庭清洁类机械。本产品自动完成洗鞋全过程，包括清洗、空水、挤水、烘干杀菌等功能，构造简单，操作方便，清洗快捷，小型化，适合家用。自动洗鞋机采用鞋子静止，刷子相对鞋子运动的刷洗方式，清洗局部由横向刷洗机构、竖向刷洗机构、鞋底刷洗机构、鞋刷洗机构等机构组成，对鞋子进展全方位的刷洗，刷洗简便、快捷，解决了现有洗鞋机

3、清洁度不够、鞋底污物形成污水对鞋子造成二次污染等问题，并且降低洗鞋机工作过程中对鞋子造成损坏的可能性；空水功能使刷洗过程中鞋的积水顺利流出；挤水机构解决了刷洗后，鞋体残留积水难以挤出的问题，确保鞋体无残留；烘干、杀菌功能使鞋子取出后即可使用，消除有害细菌，保证脚部安康。 联系人：付晓莉 联系：:f*lzzti163.1 研制背景及意义据世界卫生机构调查，全世界有74.6%的人对鞋的卫生程度不在意，这是影响人体安康的主要因素，经常洗鞋可以预防脚气，防止细菌滋生，有效保护脚部安康。对鞋的清洗是重要的，是消费者所急需的。通过调研和查阅资料我们发现，国市场的洗鞋机较大型化，主要满足商业需求，价格昂贵，

4、占用空间较大，不适于一般家庭使用。且普遍存在自动化程度不高、刷洗不干净、对鞋造成损伤等缺陷。目前市场上洗鞋机，多为滚筒式和波轮式两种，通过旋转摩擦到达清洗目的，此种刷洗方式，仅能对鞋子外部进展刷洗，且大量鞋底污泥溶于洗涤水中，对鞋部较干净局部造成二次污染，同时旋转摩擦的刷洗方式还会对鞋体本身造成一定的损伤。人工手洗虽具有较高的灵活性，但消耗体力，且刷洗完成后，无法将鞋帮水分完全挤出，导致洗涤剂残留，影响穿着舒适度及人体安康。经过我们创新设计成员对所存在问题认真分析，我们认为应该考虑如下几点：1采用鞋子不动，刷子动的方式，解决鞋底污物形成污水对鞋子造成二次污染以及鞋体翻转损伤问题。2鞋子形状面多

5、且不规则，为使刷洗快捷、到位，需要进展动作分解。3鞋子刷洗完成后需要进展空水和挤干，需要参加空水和挤水机构。4产品小型化，智能化，以适合家用。此家用自动洗鞋机旨在解决鞋子清洗难题，以简便、实用、清洁为原则，设计过程中应结合实际，做到以人为本，结合慧鱼构件，比照论证，合理巧妙选用机构，在功能上突出自动化，智能化以及功能的集成化。2 设计方案家用自动洗鞋机由六大局部构成，分别是外侧清洗局部鞋底刷洗机构、横向刷洗机构、竖向刷洗机构、空水及部刷洗机构、挤水机构、烘干杀菌局部、气动装置、智能控制局部以及一些辅助部件等。2.1撑鞋机构撑鞋机构图1主要负责鞋的撑起固定。该机构由气动装置提供动力，分别由气缸1

6、和气缸2将撑杆1和撑杆2撑起，到达固定鞋子的目的。图1 撑鞋机构机构简图2.2外侧清洗局部清洗局部，由横向刷洗机构、竖向刷洗机构和鞋底刷洗机构组成，对鞋子外侧进展全方位的刷洗，使刷洗简便、快捷。鞋帮鞋底鞋侧面鞋跟鞋面图2 鞋子示意图2.2.1横向刷洗机构横向刷洗机构图3主要负责对鞋子鞋面的刷洗。该机构由电机电机1驱动，通过链条驱动双丝杠螺母进展运动，再带动横向刷子做竖直方向的运动，使刷子能贴合鞋子倾斜的鞋面进展刷洗。气缸带动机构沿导轨做横向移动，刷子在旋转刷洗的同时做往复摆动的刷洗，从而使刷洗更加干净。工作完成后鞋面刷洗完成，横向刷洗机构复位，为下一次刷洗做准备。图3横向刷洗机构机构简图图4

7、横向刷洗机构三维零件建模示意图2.2.2竖向刷洗机构竖向刷洗机构图5主要负责对鞋子两外侧面的刷洗。水平位移电机通过变速齿轮箱在齿条导轨上做往复移动，使刷子贴合鞋面，竖直刷洗电机带动刷子旋转，对鞋侧面进展刷洗，机构上部固接于水平移动架，带动竖向刷洗机构沿鞋体两外侧面进展从前到后的刷洗。工作完成后鞋两侧面刷洗完成，竖向刷洗机构复位，为下一次刷洗做准备。 图5 竖向刷洗机构示意图2.2.3鞋底刷洗机构鞋底刷洗机构图6主要负责对鞋底以及对鞋跟一局部竖向刷洗机构清洗不到的局部进展清洗。该机构固接于升降机构，由电机驱动，通过输出轴带动链轮1、2、3和一个大齿轮1进展运动，这一对主动链轮1、2、3通过链条带

8、动从动链轮4、5、6运动，刷毛固定于链条上，从而形成一个大刷子对鞋底进展刷洗。大齿轮1带动从动齿轮2进展运动，使得横向固定刷子对鞋跟进展旋转刷洗。图6鞋底刷洗机构2.3 空水及部刷洗机构空水及部刷洗机构图7主要负责使鞋子在进入工作位置后进展空水和部刷洗等功能。由蜗杆带动齿轮，使机构旋转，图示位置即为洗鞋工作位置，蜗杆带动齿轮旋转180度，使鞋与水平面翻转一定角度，实现空水。部刷洗，由电机驱动通过齿轮带动刷子旋转，对鞋刷洗。初始状态下，机构处于空水位置，程序运行，机构翻转180度，鞋子进入工作位置，电机启动，刷子对鞋进展清洗，同时外测清洗局部启动，对鞋外侧进展刷洗。清洗完成，各刷洗机构刷子停顿，

9、复位。空水及部刷洗机构再次翻转180度，鞋子回到空水位置，进展空水。空水完毕，机构复位，进展下一步骤，同时为下一次刷洗做准备。图7 空水及部刷洗机构图8 空水及部刷洗机构三维零件建模示意图2.4 挤水机构挤水机构图9主要负责实现对鞋帮水分挤出。该机构固接于升降机构，由气缸带动实现机构的顶出和拉回，电机通过减速齿轮箱带动凸轮，推动夹板对鞋帮进展挤压，复位弹簧对夹板进展复位，与凸轮配合，从而实现对鞋帮的反复挤压。挤水阶段，气缸将机构推至鞋帮两侧，电机运转，对鞋帮进展挤水，挤水完毕，气缸将机构拉出置初始位置，工作完毕。图9 挤水机构图10 挤水机构三维零件建模示意图2.5 升降机构升降机构图8主要负

10、责使底部刷洗机构与鞋底贴合以及将挤水机构送至鞋帮两侧等工作。该机构由电机驱动，由蜗杆通过惰轮齿轮1带动齿轮 2运动，将动力传递给丝杠，丝杠带动螺母做竖直方向运动，实现升降。鞋底刷洗机构一端与螺母相连，另一端与机架相连，由升降机构带动升降。图11 升降机构2.6 烘干、杀菌局部洗鞋机底部安装热风烘干系统和红外杀菌系统，以保证将鞋快速烘干和消灭细菌，到达保护脚的目的。烘干采用热循环气流，冷热风交替排除鞋子本身的湿度，从而到达均匀烘干效果，有效果防止了鞋子在下晾晒或风筒吹干对鞋子造成的损伤。杀菌采用臭氧发生器与循环气液结合，对每个角落进展全面杀菌。2.7 智能控制局部智能控制局部：慧鱼二代编程接口板

11、基于Windows7环境下ROBOpro编程控制。在工作时,当接通工作开关后程序自动运行，各个局部无需单独操作。计数齿轮与限位开关联配合使用,实现对各部件运动的准确控制。3 运动、动力分析3.1 运动分析3.1.1 撑鞋机构分析计算图12 气动回路示意图储气罐输出气压至各气缸，由能量守恒可知储气罐储存的能量。图13 气缸部受力示意图由得出力气缸气体压强大气压强气缸截面面积牛顿第三定律，推杆力和反推力是一对作用力和反作用力，故图14 撑鞋受力分析图由受力分析可知：联立得：摩擦力抑制重力，使得鞋子被固定而不会掉下，即：鞋子重量摩擦系数即要满足设计要求所需参数：3.1.2 横向刷洗机构分析计算机构自

12、由度计算如下： 图15机构自由度如图示，空间活动构件,五级副，四级副，一级副，由公式：得运动链的自由度大于零，且等于原动件的数目，此运动链能构成一个合理机构。计算螺杆螺母升速，由 联立得螺杆导程螺杆转动角度螺母升程螺杆转速3.1.3 刷洗力计算分析图16 齿轮箱传动示意图电机额定功率,转速,减速箱局部齿轮传动比:毛刷的转速毛刷的功率传动效率由转矩计算公式关于合理选择刷洗力的计算，毛刷在转动的过程中，主要是靠毛刷和鞋面的摩擦力，而摩擦力的计算可简化为毛刷的圆周力，在毛刷转矩和毛刷杆半径的情况下，易求得：，在实际洗刷过程中，只需毛刷圆周力满足：，即满足了刷洗干净的要求，又防止了刷力过大损坏鞋子。3

13、.1.4 空水及部刷洗机构强度分析计算受力分析：图17 受力分析图: 得：其剪力图如下：图18 *方向剪力图: 得：其剪力图如下：图19Y方向剪力图: 得：其弯矩图如下：图20弯矩图对于高为,宽为的矩形截面其抗弯模量计算如下：图21抗弯模量计算图满足设计强度要求需：即设计参数需满足：鞋子重量悬臂梁外伸长度悬臂梁倾斜角度截面宽度截面高度弯曲许用应力3.1.5 挤水机构分析计算图22 凸轮推力受力分析图绝对运动：板做摆线运动；相对运动：沿凸轮外廓的曲线运动；牵连运动：凸轮绕转动中心O的转动。作速度平行四边形，由集合关系知：凸轮受力分析计算：图23 弹簧作用受力图弹簧形变量弹簧拉力力矩平衡有：得：弹

14、簧劲度系数Pro/ENGINEER下运动仿真得夹板运动曲线图如下：图24 夹板位置曲线图25 夹板角速度曲线图26 夹板角加速度曲线3.1.6 升降机构分析计算原动件传动到螺杆，依次由减速箱固定装置小齿轮组，减速传动装置蜗杆，齿轮1，齿轮2减速，其传动比：电机转速经过减速装置，速度降为：电机功率经过传动装置，功率变为：由转矩计算公式：得螺杆转矩由此转矩而产生的升力 ：图27 升降受力分析图满足顺利升起倾斜的工作平面重量，需有 : 得 ：参数：电机转速电机功率减速箱传动效率蜗杆蜗轮传动效率齿轮传动效率螺杆半径螺旋升角当量摩擦角3.2 动力分析本作品主要采用蜗杆蜗轮机构、螺旋传动机构、气压传动机构

15、、齿轮齿条机构、链传动机构、摇杆滑块机构等多种机构，构成具有各种功能的模块。作品的动力供应主要采用蓄电池或220V交流电源。自动洗鞋机在工作过程中由电动机提供动力，主要由9伏电动机通过过齿轮减速箱将动力提供应各运动机构，以实现各个机构动作。气动动力装置由电机提供动力，通过皮带轮带动曲柄使气缸的活塞作往复运动，实现吸气、压气，到达提高气体压力的目的。压缩的气体首先送入储气罐中，储气罐的作用是储存一定压力的空气，保证气动回路压力的稳定，电磁阀控制气体的流动方向，从而驱动各个机构完成动作。图28 气动动力装置示意图4 工作原理及主要功能指标4.1工作原理1刷洗原理：通过横向刷洗机构，竖向刷洗机构，鞋

16、底刷洗机构和鞋刷洗机构，分别对鞋子的各个外表进展全方位的刷洗。刷洗原理示意图如下列图：图29 刷洗原理示意图2空水原理：由特殊构造蜗杆齿轮组成与悬挂架组成，蜗杆齿轮中间平面与水平面成角度，悬挂架与水平面平行。蜗杆带动齿轮旋转，鞋子翻转180度，使鞋子与水平面成角度，鞋积水空出。由几何关系可知。图30 空水原理示意图3挤水原理：凸轮推动夹板，使夹板压向鞋帮，对鞋帮施加压力F1，同时撑鞋机构撑杆对鞋帮施加力F2，F1和F2同时作用，将鞋水分挤出。图31 挤水原理示意图4.2 主要功能指标刷洗力刷洗速度刷洗时间2030N40mm/min1525min5 控制设计洗鞋机控制系统由一个主控接口板和三个扩

17、展板组成，及假设干个限位开关，通过程序控制各个机构运动。其运动流程图如下列图：将鞋放入洗鞋机内支架按动开关启开工作开场刷洗鞋面鞋跟鞋内刷洗完成各刷洗机构开场工作升降机构开场工作刷洗机构复位空水机构开场工作空水挤水机构工作刷洗、空水机构定位撑鞋机构展开洗刷完成，各机构复位图32 工作流程图控制程序如下：刷洗阶段子程序空水挤水阶段子程序初始化子程序6 创新点1小型化，家庭化。使得群众家庭足不出户就能享受到洗鞋效劳；2通过横向刷洗机构、竖向刷洗机构、鞋底刷洗机构、鞋刷洗机构等机构组成清洗局部，对鞋子进展全方位的刷洗，使刷洗更加到位，快捷；3鞋底刷洗机构，采用传送带式刷子，对鞋底进展大面积清洗，确保鞋

18、底刷洗干净；鞋底泥污从洗鞋机底部流出，使得污水不会对鞋子造成二次污染；4参加部刷洗机构，对鞋进展刷洗，解决鞋不便刷洗问题；5参加挤水机构，使得平时不好挤出的鞋帮中的水得以挤出，重复的漂洗加挤水，使得鞋中无残留；6刷子参加简单的气动构件，使得刷子在旋转刷洗的同时可以做往复摆动的刷洗，使得清洗更加干净。7 应用前景7.1 模型本钱自动洗鞋机模型所用材料主要为各种慧鱼创意组合模型的相关构件，以及制作作品展示台和其它相关辅助材料。自动洗鞋机模型的合计本钱：5000元左右7.2实际本钱估算本模型转化为实际产品需要的主要部件有：数个电机、控制电路板、定位传感器、钢架构造用来固定各局部组件、金属或熟料外壳以及其它相关材料。根据市场上现有产品和相关设备及材料价格作为参考，以及我们产品的设计指标性能需求进展综合分析，家用自动洗鞋机整套设备单件造价约为2000元左右，实际