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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
15、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，皮筋的安装难以进行。由于轨道下面的圆周大，所以在安装时皮筋不可能自己已经轨道下方，所以该方案行不通。至此，我们初步决定就采用先前的皮筋释放装置。那么就需要在机箱的四个角分别安装该机构，将皮筋从塑料袋的四个角分别抽出一小段即可。（3）传动系统设计解决的机构中最难的皮筋的放置、释放与安装，接下来要解决机构的传动系统，怎样将力传递下去呢？经过上面的分析，我们知道，我们现在需要的运动是，是带凹槽的小圆柱体每周期内完成左
16、侧的逆时针旋转90，右侧的顺时针旋转90，然后回复初始状态。现在以左侧的机构为例。从此处开始我们开始采用前后结合的方式确定机构。我们输入的是脚向下踩的力，而我们最终需要的是小圆柱体的转动，而且左右两侧对称。首先，对向下的力进行转化。由于机构的限制，竖直方向的力必须向水平方向转换，于是我们从所有能完成此运动转换的机构中进行逐个筛选。由于皮筋释放机构的左右对称性，决定了我们所有的传动系统也必然的左右对称。此过程中我们参考了网上鞋套机图片中唯一显示出的一部分机构，即如右图所示，其实这一机构很容易想出，而且运动轨迹很容易掌握，仅仅利用了我们大家都很熟悉的齿轮啮合和传力，所以没有经过太多的讨论，这一机构
17、就被初步确定了。但是在接下来的机构中，我们面临多个选择，与齿轮啮合传力，可选择的有齿轮，齿条，蜗杆等，到底取哪个需要我们进行讨论。于是经过分析后我们得到以下两种方案。 方案（1） 方案（2）以上两种方案都满足我们的要求，而且两者相比都没有明显的相对劣势，于是我们决定先将两个方案都保留下来，看在之后的传力过程中哪个更优一些。接下来我们先将方案（1）与皮筋装置合成，分析力的传递。如下图所示，我们现在要解决的是蜗杆与小圆柱体的连接。以左半边分析为例，我们需要的是小圆柱体逆时针转动90，当小圆柱体被安装在齿轮轴上时，小圆柱体与蜗杆不能直接相连，需要再加一个齿轮来改变方向，是小圆柱体逆时针旋转90。将转
18、向齿轮加上后，左半边的示意图如下。转向齿轮只画出了示意图，实际中转向 齿轮是全齿的，此处仅作示意用。在一个运动周期中，下踩的力F使踏板下移，压动半齿轮顺时针转动，齿轮和蜗杆啮合，蜗杆和转向齿轮啮合，于是转向齿轮也顺时针旋转，齿轮轴和转向齿轮啮合，于是齿轮轴逆时针旋转，于是运动得以传递，完成了鞋套的释放。当脚离开踏板后，需要一个回复力使整个机构回到初始状态，由于蜗杆难以控制回复，所以该机构仍在讨论中，于是我们又将方案（2）进行模拟。方案（2）的示意图如下所示。方案（2）各个机构之间力的传递与方案（1）类似，但是不同于方案（1），方案（2）中齿条是可以左右直线运动的，所以在左右两齿条之间或在齿条与
19、箱体之间加装弹簧即可完成机构的回复运动，此时，方案（2）显示出了它优于方案（1）之处，所以我们将方案（2）作为了传动系统的初步确定机构。至此，整个机构的大体模型已经出现，如下图所示。（3）实体搭接实体建模在初步确定了机构之后，我们对机构进行了搭接。如下图所示图中所示仅仅是机构的四分之一，是机构右侧部分的示意图。由于没有半齿轮所以用整齿轮代替，皮筋轨道等由于零件不齐全难以表现。由于搭接时，我们仅仅只是完成了机构的初步确定，所以搭接和最终的机构有差别，在后来的工作中，我们对机构进行了多次优化。在搭接过程中我们发现了机构的横向尺寸太大的问题，由于是齿轮传动为了保证机构在竖直方向的高度，水平方向也就会
20、变得太宽。怎么样改进呢？齿轮传动有着传动精确的优点，这是我们设计机构最重要的技术要求，有没有一个传动机构可以实现从水平到竖直方向的传动，在保证竖直方向尺寸足够大的情况下横向尺寸又很小，而且还要保证机构的传动精度。曲柄滑块机构就这样进入了我们的设计。最终机构示意图如下初始位置：连杆与齿条垂直，拨动长杆的凹槽正对橡皮筋导轨出口处，两齿条间的初始距离为90mm，大齿轮起始与铅垂线夹角为49，66，工作过程中转过18。运动过程：当脚踩踏板时，踏板下降20mm，导致大齿轮转动5个齿，从而齿条移动5个齿（横向移动23，55mm），齿条和带杆齿轮1间相当于一个曲柄滑块机构，齿条向外侧移动会导致齿轮1转动5个
21、齿（角度为60），小齿轮2和带杆齿轮1啮合也转过5个齿（小齿轮有20个齿，及转过了90），进而带动和它同轴的杆转动，凹槽在转动过程中使得橡皮筋滑出导轨从而收缩实现套袋，以达到运动要求。机构的恢复采用在齿条间加一个弹簧，当人的脚离开踏板后，弹簧要恢复形变从而带动其他机构恢复为初始位置。五、主要设计计算过程1. 半圆齿轮初始与铅垂线夹角及与踏板配合的计算设定机构在工作过程中踏板下降20mm，半圆齿轮转过5个齿，而选用的整个齿轮是100个齿，模数为1.5，故在下图，半圆齿轮要转过的度数 Y=5100 x 360=18即运动过程中转过18度其次，要求踏板下降20mm，而半径D=mz=1.5x100=1
22、50mm，R=D/2=75mm 再设半圆切掉的角度为x度。则有以下方程R x cos（18+x）-R x cos 18 =20 解得 x=49.66度。所以中央的齿轮是半圆齿轮切掉49.66度，半径为75mm 对于踏板，取为120mm长7mm高，故在理想条件下（不考虑机构装配大小）L1=2R- 2R x sin（18+49.66）L2=2R- 2R x sin 49.66解得 L1=11.26mm L2=38.66mm2.曲柄滑块机构中转轴位置的确定如图：机构要实现齿条向右移动23.55mm时带杆齿轮（图中与连杆连接的齿轮）转动5个齿的角度及60（齿轮齿数为30）。可抽象为如下的曲柄滑块机构：
23、图中实线为起始位置（连杆与曲柄和 水平面分别垂直），虚线为末位置，连杆长度为73.48，要保证滑块向右滑动23.55mm时，曲柄转过60。设曲柄长为xL1=23.55-x+x*cos(60)；L2=73.48-x*sin(60)；又有L1+L2=73.48带入计算可得：X1=3.77, x2=147.05带杆齿轮半径为22.5mm，取 x=3.77mm。3.复位弹簧长度和精度系数的确定预紧力的计算，我们选取密度最大的材料铁来进行预紧力计算。半圆齿：踏板：假设重力平均作用在四个半圆齿上，则每一个所承载的假设力的作用点为齿轮最外缘，即保证其最大安全。则由力矩平衡条件，在安全假设的基础上， 齿条所需
24、要的最初预紧力取安全系数则可得预紧力为15N。由于在踏板上已存在限位装置，即人的最大体重踏上后不需要回复弹簧来保证限位，故弹簧只需满足回复要求，并承担部分限位装置负载。为防止对限位装置正常工作情况下的冲击，假设弹簧承载正常工作下的大部分负载。假设 则由力矩平衡可得 设弹簧弹性系数为k，初始长度为l，则可解得圆整结果取 六、SolidWorks计算机建模我们这次选择的建模工具主要是Solidworks。因为之前曾经学过一门机械设计软件应用的课程，也接触过Solidworks，所以这次建模起来会比较容易上手。而且Solidworks功能强大，还可以应力分析以及运动仿真。这为后面机构受力分析及运动模
25、拟等工作提供了帮助。建模时，首先得确定每一个机构部件的具体尺寸参数。我们组负责计算的几、组员参考网上现有的产品，初步确定了鞋套机整体的大致尺寸，然后根据我们自己确定的机构，参考了许多相关的文献，查到了计算中所要用到的一些参数，最终定下了每个机构部件的大体尺寸。然后就开始根据确定的尺寸参数开始建模。建模过程就是一个发现问题解决问题的过程，主要是模型之间的配合问题，我们不得不重新确定尺寸建模。在经过一次次的修改之后，终于达到了满意的结果。其实建模本身不难，关键是过程中要不断地修改。但是也正是在不断地修改重建模型的过程中，我们对Solidworks。这款建模软件的使用变得熟练起来。而且最后做出来的模
26、型也正确表达了我们的设计初衷。机构最终零部件配合和空间尺寸如图：一些零部件的参数底座：长360mm，宽450mm，厚25mm，前后对称有深10mm，宽10mm的槽（约束齿条运动），槽两侧有凸版用以固定半圆齿轮。踏板：长400mm，宽120mm，厚3mm，踏板上有了两个对称分布的凸台，上面有槽用以约束半圆齿轮的运动半圆齿轮：半齿模数1.5，齿数100，直径150mm，齿厚8mm；孔径10mm，深16mm；凸台直径为20mm，中间打孔，厚16mm；在半齿的一侧有一个与踏板配合的圆柱，其轴线与分度圆相交，圆柱直径为3mm，长12mm。齿条：模数1.5，长105mm，高15mm，厚10mm有齿部分长7
27、5mm，右侧凸起叶片有直径为3mm的孔（用来和连杆配合），孔的轴线在齿条分度面上，左端面为97.75mm。带杆齿轮：齿轮模数1.5，齿数30，直径45mm；厚8mm两侧有直径14mm的圆柱凸台，凸台上有直径为4mm的通孔，总厚为16mm；在距中心轴3.77mm处对称伸出细杆（用于和连杆配合），细杆直径为3mm，总长40mm。连杆：用于连接齿条和带杆齿轮，配合处采用铰接孔直径均为3mm，轴线间距离为73.48mm。小齿轮：齿轮模数1.5，齿数20，直径30mm，厚10mm；前后均有直径为10mm的圆柱凸台，上面有直径为6mm的通孔，凸台总厚度为16mm。细杆：和小齿轮固连；一段直径6mm长120
28、mm的圆柱细杆端部连接着一个轴向带有3mm*3mm槽的圆柱，该圆柱直径为12mm，高3mm。侧板：长450mm，高265mm，厚20mm；伸出的凸台用于固定带杆齿轮和小齿轮凸台上另外伸出的薄板用于固定皮筋导轨。皮筋导轨：导轨中间空隙为3mm，为一个橡皮筋的直径，壁厚取为2mm，长为140mm；内壁面有深为1mm的导槽，一块薄板在弹簧和橡皮筋的共同作用下在导槽上前后滑动。前后盖和上盖：前后盖上均有提手，长490mm，高265mm，厚20mm；上端盖上留有一个脚形状的孔，长490mm，宽400mm，厚20mm。注：各配合处的轴、齿条间的复位弹簧、橡皮筋导轨上的弹簧与薄板未写出。机构Solidwor
29、ks和Adams运动仿真见视频。我们的产品机械式自动鞋套机这次实验，我们组的设计目标是一件产品而非仅仅局限于实现机构，最后的产品如右图所示。产品尺寸：长490mm*宽400mm*高285mm产品质量：45.54kg一次最多套袋数：30个工作时踏板下降高度：20mm对鞋套的要求：橡皮筋直径为3mm，橡皮筋和鞋套分离七对踏板的应力应变静态分析经过受力分析，整个机构中踏板的硬度和强度视为危险截面变量。为此主要对踏板进行静态应力分析，首先要选择材料，然后分析在相应的应力作用下，其强度、刚度、位移、变形量是否满足要求，若是不能满足要求，则需要从新更换材料。一选用铝合金进行分析。 其强度、刚度、应力、应变
30、在附录中有，而其位移变形结果如下图所示：如上图：踏板受力为24500 N/m2，即受到30kg*9.8kg/m的向下压力，其最大形变位移为1.11208mm，其余参数见附录（踏板的静态应力分析导出结果）。可知，铝合金的强度和刚度满足要求，但是其唯一变形量太大：踏板顶部厚度即为3mm，可是其唯一变形却为1个多毫米，故不满足要求。二 选用铸造不锈钢其强度、刚度、应力、应变在附录中有，而其位移变形结果如下表所示：如上图：踏板受力为24500 N/m2，即受到30kg*9.8kg/m的向下压力，其最大形变位移为0.000255891 mm，其余参数见附录（踏板的静态应力分析导出结果）。可知，铸造不锈钢
31、的强度和刚度满足要求，变形很小，满足要求。八对部分机构的优化1.对曲柄滑块机构的优化通过对曲柄滑块机构分析，我们决定先取两齿轮的夹角为45度，经过计算得出以上结论。现在开始优化： 设小齿轮直径为d1，大齿轮d2，则：所以，中心距则 设则即对于我们可取范围x的图像放大分析 由第一个图的曲线知，函数在027.4递减，在大于27.4递增。由于自变量为X，而X的最大范围为（022.5），所以函数在可取区间内为递减函数。而sin最大值为1，因此 Y的最小值为62.55mm，故对x也有一约束。代入上式得 或 x最大值取4.35mm，力偶最大代入 可得 y=62.524mm。则 得 2. 出套机构优化出套机
32、构是整个装置的核心，最开始的机构设定为（1）图所示，由于机构为顺时针旋转所以左边的一部分（即1部位）为线接触，这样会产生应力集中，且极不稳定，为了延长机构的使用寿命，我们决定将这一部分优化为面接触，见图（2）左半部分（即2部位）这样就完成了机构1部位的优化。而由于机构为顺时针旋转，故在出套时，如继续按照（1）图的右半部分设计，则会产生干涉，故在导轨的一半处切掉斜向上的一块，方便出套。见3部位。具体尺寸计算如下： 设（2）图中下面的圆转动角度设为1，则 1/2=arcsin（1.5/6）=14.48； 1=28.96； 故在图（2）时，下方圆转过28.96度。设（3）图中下面的圆转动角度设为2，
33、则 2/2=arcsin（2.5/6）=24.62； 1=49.25；因此，3部位切掉的一块，它的切割线与铅垂线程49.25度而在出套时，为了避免橡皮筋与高过干涉，在4部位取R=2的圆角。九、任务分工经过组员之间几次激烈讨论之后最终确定了机械式自动鞋套机这个方案。然后针对不同同学的特长，小组讨论确定了个人工作的重点，但并不是说每个人只负责一项。为了让同学们能积极参与并了解整个设计过程，基本上每个同学对每一部分的工作都有或多或少的参与，但同时每人又都有所侧重。此外每一项任务至少交给两位组员去做，这样大家可以及时沟通，一些好的想法可以随时加进来、容易犯的错误也可以及时的找出来。这样做效率也会提高不
34、少，促进组员之间相互交流督促，可以更好的完成任务。前期实验对象和运动机构的确定小组采用头脑风暴的方法，大家全部参与。这个阶段小组细分为2、2、3人一组讨论，然后半小时左右汇总一次，这样既可以保证效率又可以及时沟通开拓思路。机构确定之后，机构的运动计算、构件大小尺寸以及空间配合的计算主要由白淳驿、高方明和温晓荣三位同学负责，蒋会明和杨帆也有一定的参与。计算机Solidworks建模主要由杨帆、潘厚雄和蒋梦龙三位同学负责，然后潘厚雄同学对踏板做了应力分析及强度校核。在运动仿真环节Solid works运动仿真由蒋梦龙同学完成， Adams机构运动仿真由高方明同学完成。之后对部分机构的优化由白淳驿和
35、高方明两位同学完成，产品使用参数计算由白淳驿同学负责，最终报告论文的撰写由蒋会明和杨帆同学负责。后期动画制作由潘厚雄同学负责，PPT制作由白淳驿同学负责，答辩则交给了组长温晓荣。就这样每个人都积极参与了产品设计的整个过程，最后我们的机械式自动鞋套机终于出来了，大家对这门课程和本次小组的实验都有了很深的了解，大家在其中也得到了锻炼。这一切的成果离不开每一位同学，大家都是真心付出的，都把团队利益放在第一位，这是我们共同的胜利。十、团队及个人小结团队小结从确定小组成员，到拟定设计题目，定出产品设计要求，再到机构设计、实体搭接建模、分析计算，到最终的设计模型和分析校核、优化，我们一起体验了一件产品从无
36、到有的过程，大家在其中有卡在瓶颈的落寞，有得出机构时的欢笑，有过激烈的矛盾分歧也有互相的帮助。我们在一起共同为了团队的荣誉而战，促进了相互间的了解加强了友谊，体验到了团队的力量，最终经过每位组员的努力，顺利完成了这次的大作业。首先是实验对象的确定，小组采用头脑风暴的方法，大家集思广益最终确定为做一个自动鞋套机，主要是针对学校网络中心机房。然后便是联系实际确定机构要实现的运动要求，等设计要求出来之后，便是最重要的机构设计阶段。为了提高团队的工作效率，在这个阶段我们采取了2、2、3分组的形式，两三个人一组讨论半个小时左右然后团队汇总一下，这样一来可以避免一群人讨论时七嘴八舌效率不高的问题，又可以及
37、时汲取其他人的好的思路想法。我们上网查阅了相关信息后发现，市场上已经存在的自动鞋套机都是电动的，于是我们就想到设计一个纯机械式的鞋套机，但是却发现几乎没有关于这方面的参考资料。这是一个漫长而艰辛的阶段，想到了一个可以实现的机构却又会伴随着种种的新问题与麻烦，这段时间正是团队在整个设计过程中最难熬的时间。大家先从简单的入手，首先是如何实现自动套一个鞋套的机构，从动力源，传动系统到最后的实现系统，一个一个往下走。其次便是鞋套分离，如果有50个鞋套如何实现使得这些鞋套每一次都有且仅有一个逃脱束缚然后顺利套到鞋上。这是整个设计过程的瓶颈，大家苦思冥想经过了两周的坚持终于得出了一个比较满意的机构，那个时
38、候整个团队都欣喜非常。这个难题得到解决，给了大家极大地鼓舞，此后其他机构设计和各个机构间配合、机构空间位置的确定都进展得很顺利。在建模阶段首先是实体搭接，在实体搭接阶段我们意识到了机构横向尺寸太大的问题，于是决定对机构进行改进，把原来的两齿轮啮合传动改为一个曲柄滑块机构，这样一则可以减小横向的尺寸，还可以增高纵向的高度。在计算机建模时我们选取了Solidworks工具，在建模过程中也遇到了一些困难，其中一个就是做出来的齿轮和齿条不能按预想的一样啮合。但是通过向班里精通这款软件的同学们请教以及到图书馆查找了相关的工具书之后，最终解决了这一难题。接下来的一些建模方面的小问题在不断地思考修改及尝试之
39、后，也一一迎刃而解了。建模完成之后就进入了机构的装配和运动仿真环节。装配过程中倒是没遇到太大的问题，但是之后的运动仿真又成了横在我们面前的一座山。估计是之前计算的问题，导致机构在运动中会发生干涉。只好将一些零部件的尺寸进行了修改，重新进行机构运动仿真，最后终于顺利的迈过这一难关。之后我们选取了机构中的踏板进行受力分析及强度校核。在校核后发现一开始选的铝合金材料不能满足强度要求，就改为了铸造不锈钢。分析后得出结论，铸造不锈钢满足强度要求。虽然得出的机构是经过大家思考讨论后的结果，但有些地方还是不够完美，有待进一步优化。于是在机构优化这一环节我们选取了两个主要部分进行优化。一个是对出套机构进行优化
40、，最终实现了出套快捷无干涉。另外还有对曲柄滑块机构中两齿轮的夹角进行了优化。这次的大作业对我们每个人来说都是一个锻炼。自动鞋套机从一个简单的设想到最终成为一个产品得以实现，凝结着我们每一位组员的辛苦和汗水。在几乎没有任何参考资料的情况下，遇到了多少难题可想而知。但是我们抱着决不放弃的信念，充分运用所学知识，最终解决了一个个的难题。一次次面对困难停滞不前。一回回的激烈分歧，但这都是为了同一个目标让我们的自动鞋套机更加趋于完美。这是一段苦并快乐着的旅程。让我们体会了团队作战的力量，享受到成功的喜悦，也对未来更加充满了信心。从鞋套机方案的初步确定到最后的产品完成过程中，老师给了我们许多极具方向性的指
41、导和建议，让我们避免了设计过程中的一些弯路。在这里，衷心感谢老师对我们的悉心指导和帮助！蒋会明：从开始这门课程到现在结束，自己才终于感受到大家一起做出一个产品是一件多么艰难、漫长、曲折而又充满乐趣的事情。这门课要结束了我才开始喜欢上，事情往往都是这样。在这次的设计中，我们组一共7个人，大家各自发挥自己的长处，负责自己擅长的一部分，最终的成果虽然称不上一个完美的产品，但是是我们大家齐心协力共同努力的结果。我们组每个人都努力地把自己的任务做到最好，在过程中遇到了种种困难，我们都努力去解决，遇到矛盾与争吵，组长也努力地化解，大家都本着为集体的成果而奋斗，从磨合到默契，从愁眉不展到柳暗花明，我们随着成
42、果的产生自身也在不断成长。在具体的工作中，我主要参与了参数计算、论文书写和视频制作上。在参数计算过程中，开始时我们从最终的要求出发，按释放塑料袋的袋数设计皮筋轨道，然后一步步往前推。要想参数计算准确，我们几个就不得不对已确定的机构有清楚的认识，从前面的论文中可以看到，我们最终的机构确定经过了许多次的优化和改良，所以计算过程就不得不多次重复。就像我们在计算皮筋轨道时，我和白淳驿有分别提出了新的设想，带凹槽的圆柱体的旋转方向是逆时针还是顺时针好？皮筋从上面释放还是从下面释放？于是我们不得不搁浅计算，再一次进入机构的分析阶段。而且有时我们三个的意见都不一样，于是我们需要从三个方案中分别分析利弊，于是
43、计算的过程就进一步复杂化了。虽然这样使我们在计算上花了比预计要长的时间，但是却对机构有了新的改进，使我们的成果更接近我们的理想。最终我们将结果交给温晓荣后，温晓荣又对结果进行了新的修改，最后的优化辛苦了白淳驿。终于在最后的阶段我们的参数在大家都认可的基础上确定下来了。参数的计算过程，使我认识到，其实数学是个极其严谨的学科，它完成的不仅仅是计算的精准无误，它与其他任何学科一样，要求完整和严密。这让我不得不重新端正自己的学习态度，我必须认识到要成为合格的机械设计工程师我的路还很漫长。在结束了计算过程后，我们组就进入了建模阶段，建模阶段就辛苦了他们几个了，从前面的论文中，我们也可以看到他们做的很认真
44、，成果也很漂亮。在建模初步完成后，我开始做论文部分。论文中最让我头疼的就是机构确定部分。在刚开始着手做论文时，组长给了我们三天的时间来完成初步论文。按照组长要求涵盖的方面，我按照力的传递，分别按反推和正推来说明我们机构的确定过程，由于对建模软件不上手，我充分利用对CAD的熟练掌握，将力的传递用CAD图表示出来 ，在文字叙述中将机构的优缺点和选择的根据进行叙述，加班加点终于在最后完成了。可是当我把结果带给大家看时，却遭到了大家的重重打击，文字太多，图片不够形象，机构的确定不够完善，等等等等。开始时，我那个伤心啊，自己辛辛苦苦的劳动成果被大家这么快就否定了，不过当我静下心来，认真去听大家的修改理由
45、时，发现自己的考虑果然欠周到，于是我让大家把有意见的地方都在论文中用红线标出，自己回去逐个修改。初次的论文就这么以失败告终。在第二次的论文书写中，我充分吸取上一次的教训，进行了思路转换。如大家所说的那样，皮筋放置机构的确定是我们最艰难的过程，中间经过了很多次的试验，在机构确定中必须有所体现。于是，我这次的书写按照“鞋套的放置”“皮筋的释放与安装”“传动系统设计”三个部分来叙述。文字太多会让读者厌烦，于是我先用CAD将所有示意图画出来，配上彩色标注，看起来果然比第一次的要清楚很多。由于我们在确定机构时，有太多次的修改，在大论文中如果每次都写出来就显得很冗杂，所以我挑了重点的几次转换将机构的确定进行了描述。最重要的“鞋套的放置”部分，我也花了最大的功夫，把每一部的确定和筛选过程都用示意图进行表示，这样，如果对论文进行大致浏览，仅看图形，配以图旁的少量文字就可以对我们的整体思路有个大致的了解，所以最后完成后组长看了也很满意。由于机构的确定下面紧跟的是模型搭接，所以最终机构的优化就没有在机构确定中叙述，而是放到了后面的优化部分，因此这部分确定的机构图和最终机构图会有所不同。加上其