小型的自動洗勺機結構設計及仿真-帶開題報告【三維PROE】【7張CAD圖紙及說明書全套】【YC系列】
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北京理工大學珠海學院
畢業(yè)設計（論文）
題 目： 自動洗勺機的結構設計
學 院： 機械與車輛學院
專 業(yè)： 機械工程及自動化
學生姓名： 黃偉栓
指導教師： 曾亮華、周旭東
北京理工大學珠海學院畢業(yè)設計（論文）
摘 要
洗勺是一項必不可少的家務活動，然而過多的油漬讓人對洗勺很是厭煩，洗勺機的出現(xiàn)將會使這項家務活動變得簡單而有趣。本洗勺機主要由傳送機構、提升機構、平移機構、清洗系統(tǒng)。
本文講述了洗勺機的設計。首先，通過查閱資料了解現(xiàn)有洗勺機的清洗方法和工序，分析其存在的不足；然后，構思新型自動洗勺機的基本原理和操作工序并提出了洗勺機設計方案；接著，對主要零部件進行了設計與強度校核；最后，通過AutoCAD制圖軟件繪制了本洗勺機裝配圖及主要零件圖，并用Pro/E進行了三維設計。
通過本次設計，鞏固了大學所學專業(yè)知識，如：機械原理、機械設計、材料力學、公差與互換性理論、機械制圖等；掌握了起重機械產(chǎn)品的設計方法并能夠熟練使用AutoCAD制圖軟件，對今后的工作于生活具有極大意義。
關鍵字：洗勺機，傳送，氣缸，設計
Abstract
Washing the spoon is an essential household activities, however too much grease for washing the spoon is very tired, wash spoon machine will make the housework activities become simple and interesting. The machine is mainly composed of a transmission mechanism, a lifting mechanism, a translation mechanism, and a cleaning system.
In this paper, the design of the machine is described. First, access to information through understanding existing washing the spoon machine cleaning methods and processes, analysis of the shortcomings of its existence; then, conceived a new type automatic washing the spoon machine basic principle and operation process and puts forward the washing the spoon machine design scheme; and then, the design and strength check of the main parts is discussed. Finally, by means of AutoCAD drawing software drawn the spoon washing machine assembly drawing and the main parts of the map, and Pro / e three dimensional design.
Through the design, the consolidation of the University of the professional knowledge, such as: mechanical principles, mechanical design, mechanics of materials, tolerance and interchangeability theories, mechanical drawing; master the design method of hoisting machinery products and be able to skillfully use AutoCAD drawing software, for the future work in life is of great significance.
Key words: Machine, Transfer, Cylinder, Design
目 錄
摘 要 I
Abstract II
第1章 緒論 1
1.1研究背景及意義 1
1.2國內(nèi)外研究及發(fā)展現(xiàn)狀 1
第2章 總體方案設計 3
2.1設計要求 3
2.2現(xiàn)有洗勺機分析 3
2.3方案設計 3
2.3.1清洗流程設計 3
2.3.2結構方案確定 4
第3章 主要零部件的設計 5
3.1傳送電動機的選擇 5
3.1.1選擇電動機類型 5
3.1.2電動機容量的選擇 5
3.1.3電動機轉(zhuǎn)速的選擇 5
3.1.4運動和動力參數(shù)計算 6
3.2 V帶傳動設計 7
3.2.1 V帶的基本參數(shù) 7
3.2.2帶輪結構的設計 9
3.3傳送帶的設計 9
3.3.1帶型選擇 9
3.3.2 滾筒設計 10
3.4氣缸設計 10
3.4.1確定主要參數(shù) 10
3.4.2主要尺寸的設計與校核 12
3.4.3氣缸的結構設計 15
3.5其他輔助裝置設計 17
3.5.1滑板 17
3.5.2吊具 17
3.5.3裝具 18
第4章 基于Pro/E的三維設計 19
4.1 Pro/E軟件概述 19
4.2三維模型設計 20
4.2.1氣缸 20
4.2.2傳送裝置 21
4.2.3滑板 21
4.2.4吊具 21
4.2.5裝具 22
4.3三維裝配設計 22
總 結 23
參考文獻 24
致 謝 25
26
第1章 緒論
1.1研究背景及意義
洗勺是一項必不可少的家務活動，然而過多的油漬讓人對洗勺很是厭煩，洗勺機的出現(xiàn)將會使這項家務活動變得簡單而有趣。有一點值得注意的是，普通洗勺機需要加入大量的洗滌劑才能達到洗滌干凈的要求，浪費大量水資源且對環(huán)境構成污染。
因為超聲波可以穿透固體物質(zhì)，而且污染很小，因此人們想到使用超聲波來清洗餐具，于是就出現(xiàn)了現(xiàn)在的超聲波洗勺機。這種超聲波洗勺機的原理是：當超聲波經(jīng)過液體介質(zhì)時，將以極高的頻率壓迫液體介質(zhì)振動，使液體分子產(chǎn)生正負交變的沖擊波。當聲強達到一定數(shù)值時，液體中急劇生長微小空化氣泡并瞬時強烈閉合，產(chǎn)生強烈的微爆炸和沖擊波使被清洗物表面的污物遭到破壞，并從被清洗表面脫落下來。雖然每個空化氣泡的作用并不大，但每秒鐘有上億個空化氣泡在作用，就具有很好的清洗效果和超高的潔凈度。
影響超聲清洗效果的因素有很多。除了聲強必須大于空化閥（即使液體產(chǎn)生空化的最低聲強或聲壓幅值）外，還與被清洗物等有關。超聲清洗對聲反射強烈的材料，如金屬、玻璃、塑料等其清洗效果好，而對聲吸收較大的材料，如橡膠、布料等清洗效果較差，勺、盤、盆、碟等從物理學角度來看屬彈性介質(zhì)物體，用超聲清洗其表面再合適不過了!在洗滌液選用方面，水的粘度不大，有利于清洗，假如把水溫加熱到60℃，此時的空化最活躍，效果也就最好，因而利用超聲波來洗勺是完全可以的。
本次設計的洗勺機結構緊湊適用于各類小型餐廳、酒店等場所，本洗勺機的研制有以下意義：
（1）降低洗勺人員的勞動強度；
（2）節(jié)水省電、低噪音；
（3）清潔度高、沒有死角；
（4）不需用專用洗滌劑，環(huán)保。
1.2國內(nèi)外研究及發(fā)展現(xiàn)狀
1929年德國的米勒公司制造出了歐洲第一臺電動家用洗勺機。1954年美國GE公司生產(chǎn)了第一臺電動臺式洗勺機，在洗滌性能和整機體積外形上都有所改善。1978年米勒公司又制造出了世界上第一臺微電腦控制型洗勺機，使人機關系更為密切，洗勺機的家用性得到了更好的體現(xiàn)。于是越來越多的洗勺機進入西方家庭。在亞洲最早從事洗勺機的研究的是日本，到了九十年代中后期，日本已發(fā)展了微電腦全自動臺式洗勺機。所代表的企業(yè)有松下（National）、 三洋（SANY）、 三菱（MITSUB ISHI）、東芝（TOSHIBA）等。與此同時，歐美則已經(jīng)把家用洗勺機發(fā)展成具有統(tǒng)一形象的廚房家電。歐美所代表的企業(yè)有米勒、 西門子（SIEMENS）、 惠而浦（Whirlpool）等公司。國外很多家庭都擁有家用洗勺機，并且家用洗勺機的普及率還在不斷的增大。良好的市場促進了企業(yè)對新型洗勺機的研制和開發(fā)，這種良性循環(huán)使國外的洗勺機產(chǎn)業(yè)煥發(fā)出蓬勃的生機。
目前傳統(tǒng)的噴臂式和渦輪式洗勺機在西方仍然很受歡迎，因為這類洗勺機制造成本低，售價不高，而且很適用于西方餐具的特點，有很好的清洗效率。歐美一些國家開發(fā)出的新型超聲波洗勺機有著低能耗、高效率和環(huán)保的特點，在注重節(jié)能環(huán)保生活的發(fā)達國家也產(chǎn)生了很大的影響。
我國于80年代開始研制洗勺機，但是洗勺機在國內(nèi)并沒有很好的普及。究其原因，首先是因為很多企業(yè)直接引進了國外的洗勺機生產(chǎn)線，雖然在結構上有所改進但是其結構特點和清洗方式仍然不太適合中餐餐具的特性。其次是因為清洗效率低，為了達到效果，增加洗勺機的工作時間，使耗電量太大，不適合普通家庭使用。最后，因為洗勺機普遍體積較大，在房價高昂寸土寸金的中國很難為其提供安放的場所。我國目前生產(chǎn)洗勺機的企業(yè)有海爾、小天鵝、美的等。價格一般在2000元以上。根據(jù)作者在成都市中心幾家國美和蘇寧電器的調(diào)研。商場里僅有海爾的一款家用洗勺機在銷售，其類型是傳統(tǒng)的噴臂式洗勺機，售價在3000元左右。整體來說，中國的洗勺機產(chǎn)業(yè)還處在技術落后、市場開發(fā)不全的狀態(tài)里。
第2章 總體方案設計
2.1設計要求
通過查閱資料，了解現(xiàn)有洗勺機的清洗方法和工序，分析其存在的不足，然后構思新型自動洗勺機的基本原理和操作工序，完成針對勺子的自動清洗機的結構設計。
2.2現(xiàn)有洗勺機分析
國內(nèi)市場上現(xiàn)有洗勺機的特點與不足：
以海爾洗勺機為代表分析。市場上相對比較受歡迎的海爾4和6系列。
4系列 包括WQP4—2、WQP4—3和WQP4—2000A三個型號。采用了上下雙噴淋器使餐具上下部分同時受到噴射水流的直接沖擊，可以得到很好的清洗的效果，并且可以加快洗滌速度，整個過程只有6分鐘。切其過濾網(wǎng)外置于洗勺機前方，方便消費者整理清潔。而且采用了臭氧消毒，提供了很好的衛(wèi)生條件。在運行有故障或門沒有關好的時候發(fā)出蜂鳴聲。此外，還提供開門保護功能。
6系列洗勺機 包括WQP6—2、WQP6—2B、WQP6—3型。都采用了800MM高度的設計。內(nèi)膽為正方體，能讓噴射覆蓋的面積比例達到最大。設有上下兩個餐具架，可以分別進行清洗，節(jié)約水電。采用的是內(nèi)循環(huán)式干燥系統(tǒng)，消除了濕熱空氣的影響。利用新型磁化技術，能防垢、除垢。設有溢水保護系統(tǒng)，可靠安全。臭氧消毒，健康環(huán)保。 總體來說，國內(nèi)的洗勺機已經(jīng)基本能保證清洗效果，并實現(xiàn)了自動化和安全化。
國內(nèi)的洗勺機生產(chǎn)線大多從國外進口，雖然在結構性能上有一定的改良，但仍然不適合我國餐具的特點。洗滌效果并不如想象中好。這是國內(nèi)洗勺機不能占領市場的主要原因。其次是耗電量和耗水量大。一臺洗勺機完成洗勺、消毒、烘干耗時長。且洗勺機的功率從600W到2300W不等，消費者將承受更多的電費。國內(nèi)的洗勺機品牌，如海爾、小天鵝、美的等，最低價格都在2000元左右，加上專用的洗滌劑，不僅價格高，而且不環(huán)保。最后是結構設計、材料有缺陷。國內(nèi)洗勺機多為塑料內(nèi)膽，長時間使用之后，內(nèi)膽會變得有異味而且油膩難清洗，出現(xiàn)“洗勺機洗勺，人洗洗勺機”的問題。要想在中國普及洗勺機，開拓市場。必須要結合中國人的飲食結構、衛(wèi)生習慣和生活觀念等各種因素。開發(fā)出在清洗技術和結構材料都合適的新型洗勺機。
2.3方案設計
2.3.1清洗流程設計
清洗槽旁邊加個傳送帶，勺子裝在裝具里放著傳送帶運動，當裝具運動到清洗槽那里時傳送帶停止，氣壓桿下降，把裝具夾起移動到清洗槽正上面下降放進清洗槽里洗，自來水通過進水電磁閥流入清洗槽，達到一定水位時，進水電磁閥關閉，加熱器工作，當達到一定溫度時，加熱器停止工作，超聲波系統(tǒng)開啟，進行超聲波清洗，在超聲空化作用下，油污與餐具剝離，一定時間后超聲波系統(tǒng)關閉，排水電磁閥導通進行排水，當排水到低水位時觸動低水位開關，噴臂電磁閥導通進行噴臂輔助清洗，一定時間后洗滌完畢，噴臂閥關閉，剩余水量由排水閥排出。，洗好后氣壓桿把洗好的 裝具夾起放回傳送帶運出來。
2.3.2結構方案確定
根據(jù)上述洗勺機清洗流程，確定如下洗勺機機構方案：
圖3-1 洗勺機總體結構方案圖
本次設計要求對洗勺機結構進行設計，因此超聲波發(fā)生、清洗、漂洗、風切、烘干等裝置及控制系統(tǒng)不在本文設計范圍。
第3章 主要零部件的設計
3.1傳送電動機的選擇
3.1.1選擇電動機類型
電動機是標準部件。因為室內(nèi)工作，運動載荷平穩(wěn)，所以選擇Y系列一般用途的全封閉自扇冷鼠籠型三相異步電動機。
3.1.2電動機容量的選擇
1）運輸機所需要的功率為：
洗勺機傳送帶傳送負載不大，傳送速度也不能過高，本次選擇：F=200N，V=0.15m/s得
2）電動機的輸出功率為
——電動機至鼓輪軸的傳動裝置總效率。
取V帶傳動效率，軸承效率，滾筒傳動效率，電動機至鼓輪軸的傳動裝置總效率為：
3）電動機所需功率為：
因有輕微震動 ，電動機額定功率只需略大于即可，查《機械設計手冊》表19-1選取電動機額定功率為0.55kw。
3.1.3電動機轉(zhuǎn)速的選擇
滾筒軸工作轉(zhuǎn)速：
取滾筒直徑D=60mm，則滾筒軸工作轉(zhuǎn)速：
V帶的傳動比為：
所以電動機實際轉(zhuǎn)速的推薦值為：
符合這一范圍的同步轉(zhuǎn)速為1000、1500r/min。
綜合考慮傳動裝置機構緊湊性和經(jīng)濟性，選用同步轉(zhuǎn)速1000r/min的電機。
型號為Y80-4，滿載轉(zhuǎn)速，功率0.55。
3.1.4運動和動力參數(shù)計算
（1）總傳動比
滿載轉(zhuǎn)速。故V帶傳動比為：
（2）運動和動力參數(shù)計算
各軸的轉(zhuǎn)速：
電機軸
滾筒軸 ；
各軸的輸入功率：
電機軸
滾筒軸 ；
各軸的輸入轉(zhuǎn)矩：
電機軸 ；
滾筒軸 ；
整理列表：
軸名
功率
轉(zhuǎn)矩
轉(zhuǎn)速
傳動比
電機軸
0.33
3.28
960
滾筒軸
0.31
6.17
480
2
3.2 V帶傳動設計
3.2.1 V帶的基本參數(shù)
1）確定計算功率：
已知：；；
查《機械設計基礎》表13-8得工況系數(shù)：；
則：
2）選取V帶型號：
根據(jù)、查《機械設計基礎》圖13-15選用A型V帶,
3）確定大、小帶輪的基準直徑
（1）初選小帶輪的基準直徑：
；
（2）計算大帶輪基準直徑：
；
圓整取，誤差小于5%，是允許的。
4）驗算帶速：
帶的速度合適。
5）確定V帶的基準長度和傳動中心距：
中心距：
初選中心距
（2）基準長度：
對于A型帶選用
（3）實際中心距：
6）驗算主動輪上的包角：
由
得
主動輪上的包角合適。
7）計算V帶的根數(shù)：
，查《機械設計基礎》表13-3 得：；
（2），查表得：；
（3）由查表得，包角修正系數(shù)
（4）由，與V帶型號A型查表得：
綜上數(shù)據(jù)，得
取合適。
8）計算預緊力（初拉力）：
根據(jù)帶型A型查《機械設計基礎》表13-1得：
9）計算作用在軸上的壓軸力：
其中為小帶輪的包角。
10）V帶傳動的主要參數(shù)整理并列表：
帶型
帶輪基準直徑(mm)
傳動比
基準長度(mm)
A
2
630
中心距（mm）
根數(shù)
初拉力(N)
壓軸力(N)
195
1
85.43
168.3
3.2.2帶輪結構的設計
1）帶輪的材料：
采用鑄鐵帶輪（常用材料HT200）
2）帶輪的結構形式：
V帶輪的結構形式與V帶的基準直徑有關。小帶輪接電動機，較小，所以采用實心式結構帶輪；大帶輪接減速器，，所以采用孔板式結構帶輪。
3.3傳送帶的設計
3.3.1帶型選擇
本設計為了實現(xiàn)自動化，節(jié)省人力、物力和提高效率，在板料輸送方面擬采用帶傳動。在實際工作環(huán)境下有平帶傳動、齒形帶和同步帶等形式。齒形帶在傳送有幾何規(guī)則輪廓的零件時有很大的優(yōu)勢，而且當帶高速運動時，采用齒形帶能夠較好的定位所傳送的零件保證零件不會在帶上移動，齒形帶不是標準件，一般需要在平帶上自己安裝齒形，制造不方便；同步帶傳動，屬于嚙合傳動，高速、高精度，適合在高精度儀器裝置中使用，帶比較薄，比較輕，同步帶一般采用伺服電機驅(qū)動。
平帶傳動具有如下的特點：
（1）結構簡單，傳動平穩(wěn)，具有過載保護的作用
（2）有緩沖吸震的作用
（3）運動平穩(wěn)無噪聲
（4）適用于遠距離傳輸（Smax=15m）
（5）制造、安裝精度要求不高
雖然平帶傳動由于帶的彈性形變會傳動比不穩(wěn)定；張緊力和軸向力較大；軸向尺寸較大比、不易安裝等缺點，但是考慮到在本方案的設計中帶傳動的作用是實現(xiàn)PCB板的傳送，不需要在帶上實現(xiàn)板的定位，因此，在此方案中可以采用平帶裝置。在裝置中采用伺服電機控制可以實現(xiàn)帶的及時啟停。傳送皮帶（尺寸1100×430mm）的示意圖如圖5.1所示。
3.3.2 滾筒設計
本次傳送裝置采用滾筒確定平帶的結構，在使用平帶傳動時，由于平帶會因為自身的重量在整根平帶的中間發(fā)生凹陷，如果不采取措施減少這種變形，當加工的PCB板傳送到中間時會因為帶的變形使板中間懸空，所以，在本方案設計中，采用中間增加輔助支撐滾輪裝置減少平帶的變形。
滾筒采用灰鐵鑄造后機加工成型，主滾筒結構尺寸如圖3.3所示：
圖3.3 主滾輪
3.4氣缸設計
以提升氣缸設計為例，平移氣缸設計過程類似。
3.4.1確定主要參數(shù)
（1）工作壓力的確定
執(zhí)行元件的工作壓力可以根據(jù)負載循環(huán)圖中的最大負載來選取，也可以根據(jù)主機的類型了確定（見表3-1和表3-2）。
表3-1 按負載選擇執(zhí)行元件的工作壓力
負載/ KN
<5
510
1020
2030
3050
>50
工作壓力/MPa
<0.81
1.52
2.53
34
45
≥5
表3-2 各種機械常用的系統(tǒng)工作壓力
設備
類型
機 床
農(nóng)業(yè)機械或中型
工程機械
氣壓機、重型
機械等
磨床
組合
機床
龍門
刨床
拉床
工作壓力
0.8~2.0
3~5
2~8
8~10
10~16
20~32
所設計的洗勺機在工進時負載最大，其值為200N，其它工況時的負載都相對較低，參考表3-1和表3-2按照負載大小或按照氣壓系統(tǒng)應用場合來選擇工作壓力的方法。
初選氣缸的工作壓力：，背壓：
（2）氣缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑d的確定
為了節(jié)省能源宜選用較小流量的油源。利用單活塞缸差動連接滿足快進速度的要求，由此求得氣缸無桿腔面積為:
由計算所得的氣缸內(nèi)徑D按表3-4圓整到相近的標準直徑，以便采用標準的密封元件。
表3-4 氣缸內(nèi)徑尺寸系列 (GB2348--1980) (mm)
8
10
12
16
20
25
32
40
50
63
80
（90）
100
（110）
125
（140）
160
（180）
200
（220）
250
320
400
500
630
注：括號內(nèi)數(shù)值為非優(yōu)先選用值
故氣缸內(nèi)徑取標準值：
活塞桿的直徑：
由計算所得的活塞桿直徑按表3-5圓整到相近的標準直徑，以便采用標準的密封元件。
表3-5 活塞桿直徑系列 (GB2348--1980) (mm)
4
5
6
8
10
12
14
16
18
2
22
25
28
32
36
40
45
50
56
63
70
80
90
100
110
125
140
160
180
200
220
250
280
320
360
400
故氣缸內(nèi)徑取標準值：
3.4.2主要尺寸的設計與校核
氣缸工作壓力主要根據(jù)氣壓設備的類型來確定，對不同用途的氣壓設備，由于工作條件不同，通常采用的壓力范圍也不同。所以設計時，可用類比法來確定。
同上，以提升氣缸為例進行設計。前述已確定氣缸的工作壓力，缸筒內(nèi)徑 D=50mm，活塞桿外徑d=20mm。
（1）氣缸壁厚和外徑的計算
氣缸的壁厚一般指氣缸中最薄處的厚度。從材料力學可以知道，承受內(nèi)壓力的圓筒，其內(nèi)應力分別規(guī)律因為壁厚的不同而各異。一般計算時可以分為薄壁圓筒和厚壁圓筒。
氣缸的內(nèi)徑D與其壁厚的比值D/≥10的圓筒稱為薄壁圓筒。起重運輸機械和工程機械的氣缸，一般采用無縫鋼管，大多屬于薄壁圓筒結構，其壁厚按薄壁圓筒壁厚公式計算
≥
式中 ——氣缸壁厚（m）。
D——氣缸內(nèi)徑（m）。
——試驗壓力，一般取最大工作壓力的（1.25~1.5）倍（MPa）。額定壓力≤16Mpa,取=1.5 MPa。
——缸筒材料的許用應力。 = ，其中為材料抗拉剛度，n為安全系數(shù)，一般取n = 5。的值為：鍛鋼： = 110~120 MPa；鑄鋼： = 100~110 MPa；無縫鋼管： = 110~110 MPa；高強度鑄鐵： = 60MPa；灰鑄鐵： = 25MPa。
對于D/＜10時，應該按材料力學中的厚壁圓筒公式進行壁厚的計算。
對于脆性材料以及塑性材料
≥
式中的符號意思與前面相同。
氣缸壁厚算出后，即可以求出缸體的外徑為：
≥ +
式中值應該按無縫鋼管標準，或者按有關標準圓整為標準值。
在設計中，取試驗壓力為最大工作壓力的1.5倍，即 = 1.5×0.5MPa =0.75MPa。而缸筒材料許用應力取為= 100 MPa。
應用公式 ≥ 得， ≥
下面確定缸體的外徑，缸體的外徑 ≥ + = 50+2×4mm =58mm。在氣壓傳動設計手冊中查得選取標準值=60mm。在根據(jù)內(nèi)徑D和外徑重新計算壁厚：==mm =5mm
（2）氣缸工作行程的確定
氣缸工作行程長度，可以根據(jù)執(zhí)行元件機構實際工作的最大行程來確定，并且參照表3-1中的系列尺寸來選取標準值。
表3-1氣缸活塞行程參數(shù)系列 （mm）
Ⅰ
25
50
80
100
125
160
200
250
320
400
500
630
800
1000
1250
1600
2000
2500
3200
4000
Ⅱ
40
63
90
110
140
180
220
280
360
450
550
700
900
1100
1400
1800
2200
2800
3900
Ⅲ
240
260
300
340
380
420
480
530
600
650
750
850
950
1050
1200
1300
1500
1700
1900
2100
2400
2600
3000
3800
注：氣缸活塞行程參數(shù)依Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ次序優(yōu)先選用。
由已知條件知道最大工作行程為400mm，參考上表系列Ⅱ，取氣缸工作行程為400mm。
（3）缸蓋厚度的確定
一般氣缸多為平底缸蓋，其有效的厚度t按強度要求可以用下面兩式進行進似計算。
無孔時：
有孔時：
式中 ——缸蓋有效厚度（m）。
——缸蓋止口內(nèi)徑（m）。
——缸蓋孔的直徑（m）。
在此次設計中，利用上式計算可取t=15mm
（4）最小導向長度的確定
對于一般的氣缸，最小導向長度H應滿足以下要求
式中 ——氣缸的最大行程。
——氣缸的內(nèi)徑。
為了保證最小導向長度H，如果過分增大和B都是不適宜的，必要時可以在缸蓋和活塞之間增加一個隔套K來增加H的值。隔套的長度C由需要的最小導向長度H決定，即
在此設計中，氣缸的最大行程為400mm，氣缸的內(nèi)徑為50mm，所以應用公式的 =mm =45mm。
活塞的寬度B一般取得B=（0.6~1.0）D；缸蓋滑動支撐面的長度，根據(jù)氣缸內(nèi)徑D而定。
當D＜80mm時，??；
當D＞80mm時，取。
活塞的寬度B =（0.6~1.0）D=30~50mm，取40mm
（5）缸體長度的確定
氣缸缸體內(nèi)部長度應等于活塞的行程與活塞的寬度之和。缸體外形長度還要考慮到兩端端蓋的厚度。一般氣缸缸體長度不應該大于內(nèi)徑的20~30倍。
缸體長度：L = 400+40mm=440mm
（6）固定螺栓得直徑
氣缸固定螺栓直徑按照下式計算
式中 F——氣缸最大負載。
Z——固定螺栓個數(shù)。
k——螺紋擰緊系數(shù)，k = 1.121.5。
根據(jù)上式求得
= =4.7mm
（7）氣缸強度校核
。
。
前面已經(jīng)通過計算得：D =50mm, =5mm。則有≤10，所以為厚壁缸。
=5mm≥==3.8mm
可見缸筒壁厚滿足強度要求。
3.4.3氣缸的結構設計
（1）缸體與缸蓋的連接形式
缸體與缸蓋常見連接方式有法蘭連接式（圖4-1a）、半環(huán)連接式（圖4-1b） 、螺紋連接式（圖4-1c、f） 、拉桿連接式（圖4-1d） 、焊接式連接（圖4-1e）等。
圖4-1常見的缸筒和缸蓋結構
缸體端部與缸蓋的連接形式與工作壓力、缸體材料以及工作條件有關。通過綜合考慮，在此設計中，缸體端部與缸蓋采取法蘭連接的形式。
（2）活塞桿與活塞的連接結構
活塞和活塞桿的結構形式有很多，常見的有一體式、錐銷式連接外、還有螺紋式連接和半環(huán)式連接等多種形式，如圖4-2所示。半環(huán)式連接結構復雜，裝卸不便，但是工作可靠。
圖4-2 活塞桿與活塞的結構
此外，活塞和活塞桿也有制成整體式結構的，但是它只能適應于尺寸較小的場合。經(jīng)過綜合考慮，在此設計中，活塞桿與活塞的連接采取螺紋連接的形式，如圖4-3所示。
（3）活塞桿導向部分的結構
活塞桿導向部分的結構，包括活塞桿與端蓋、導向套的結構，以及密封、防塵和鎖緊裝置等。導向套的結果可以做成端蓋整體式直接導向，也可以做成與端蓋分開的導向套導向結構。后者導向套磨損后便于更換，所以應用比較普遍。
此設計經(jīng)過綜合考慮，采取端蓋直接導向。
（4）密封裝置
氣缸中常見的密封裝置有間隙密封，摩擦環(huán)密封，密封圈密封等。間隙密封依靠運動件間的微笑間隙來防止泄露；摩擦環(huán)密封依靠活塞上的摩擦環(huán)（尼龍或者其他高分子材料制成）在“O”形圈彈力作用下貼緊缸壁而防止泄露；氣缸主要采用密封圈密封，密封圈有O形、V形、Y形及組合式等數(shù)種，其材料為耐油橡膠、尼龍、聚氨脂等。它結構簡單，制造方便，磨損后有自動補償能力，性能可靠，在缸筒和活塞之間、活塞和活塞桿之間、缸筒和缸蓋之間都能使用。此設計經(jīng)過綜合考慮，采用O形密封圈密封。
（5）緩沖裝置
氣缸帶動質(zhì)量較大的部件作快速往復運動時，由于運動部件具有很大的動能，因此當活塞運動到氣缸終端時，會與端蓋碰撞，而產(chǎn)生沖擊和噪聲。這種機械沖擊不僅引起氣缸的有關部分的損壞，而且會引起其它相關機械的損傷。為了防止這種危害，保證安全，應采取緩沖措施，對氣缸運動速度進行控制。當活塞移至端部，緩沖柱塞開始插入缸端的緩沖孔時，活塞與缸端之間形成封閉空間，該腔中受困擠的剩余油液只能從節(jié)流小孔或緩沖柱塞與孔槽之間的節(jié)流環(huán)縫中擠出，從而造成背壓迫使運動柱塞降速制動，實現(xiàn)緩沖。 氣缸中常用的緩沖裝置有節(jié)流口可調(diào)式（如圖4-3）和節(jié)流口變化式（如圖4-4）兩種。
圖4-3 節(jié)流口可調(diào)式緩沖裝置 圖4-4 節(jié)流口變化式緩沖裝置
在此設計中，為了適當?shù)臏p輕加工難度，決定采取節(jié)流口變化式緩沖裝置，這種緩沖裝置可以調(diào)節(jié)。
3.5其他輔助裝置設計
3.5.1滑板
由于負載較小，不涉及強度計算，結構尺寸采用AutoCAD匹配得到滑板的結構尺寸如下圖示：
3.5.2吊具
由于負載較小，不涉及強度計算，結構尺寸采用AutoCAD匹配得到滑板的結構尺寸如下圖示
3.5.3裝具
由于負載較小，不涉及強度計算，結構尺寸采用AutoCAD匹配得到滑板的結構尺寸如下圖示
第4章 基于Pro/E的三維設計
4.1 Pro/E軟件概述
Pro/Engineer操作軟件是美國參數(shù)技術公司（PTC)旗下的CAD/CAM/CAE一體化的三維軟件。Pro/Engineer軟件以參數(shù)化著稱，是參數(shù)化技術的最早應用者，在目前的三維造型軟件領域中占有著重要地位。Pro/Engineer作為當今世界機械CAD/CAE/CAM領域的新標準而得到業(yè)界的認可和推廣，是現(xiàn)今主流的CAD/CAM/CAE軟件之一，特別是在國內(nèi)產(chǎn)品設計領域占據(jù)重要位置。
Pro/Engineer和WildFire是PTC官方使用的軟件名稱，但在中國用戶所使用的名稱中，并存著多個說法，比如ProE、Pro/E、破衣、野火等等都是指Pro/Engineer軟件，proe2001、proe2.0、proe3.0、proe4.0、proe5.0、creo1.0\creo2.0等等都是指軟件的版本。
Pro/E第一個提出了參數(shù)化設計的概念，并且采用了單一數(shù)據(jù)庫來解決特征的相關性問題。另外，它采用模塊化方式，用戶可以根據(jù)自身的需要進行選擇，而不必安裝所有模塊。Pro/E的基于特征方式，能夠?qū)⒃O計至生產(chǎn)全過程集成到一起，實現(xiàn)并行工程設計。它不但可以應用于工作站，而且也可以應用到單機上。Pro/E采用了模塊方式，可以分別進行草圖繪制、零件制作、裝配設計、鈑金設計、加工處理等，保證用戶可以按照自己的需要進行選擇使用。
（1）參數(shù)化設計
相對于產(chǎn)品而言，我們可以把它看成幾何模型，而無論多么復雜的幾何模型，都可以分解成有限數(shù)量的構成特征，而每一種構成特征，都可以用有限的參數(shù)完全約束，這就是參數(shù)化的基本概念。但是無法在零件模塊下隱藏實體特征。
（2）基于特征建模
Pro/E是基于特征的實體模型化系統(tǒng)，工程設計人員采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、殼、倒角及圓角，您可以隨意勾畫草圖，輕易改變模型。這一功能特性給工程設計者提供了在設計上從未有過的簡易和靈活。
（3）單一數(shù)據(jù)庫（全相關）
Pro/Engineer是建立在統(tǒng)一基層上的數(shù)據(jù)庫上，不像一些傳統(tǒng)的CAD/CAM系統(tǒng)建立在多個數(shù)據(jù)庫上。所謂單一數(shù)據(jù)庫，就是工程中的資料全部來自一個庫，使得每一個獨立用戶在為一件產(chǎn)品造型而工作，不管他是哪一個部門的。換言之，在整個設計過程的任何一處發(fā)生改動，亦可以前后反應在整個設計過程的相關環(huán)節(jié)上。例如，一旦工程詳圖有改變，NC（數(shù)控）工具路徑也會自動更新；組裝工程圖如有任何變動，也完全同樣反應在整個三維模型上。這種獨特的數(shù)據(jù)結構與工程設計的完整的結合，使得一件產(chǎn)品的設計結合起來。這一優(yōu)點，使得設計更優(yōu)化，成品質(zhì)量更高，產(chǎn)品能更好地推向市場，價格也更便宜。
Pro/Engineer是軟件包，并非模塊，它是該系統(tǒng)的基本部分，其中功能包括參數(shù)化功能定義、實體零件及組裝造型，三維上色，實體或線框造型，完整工程圖的產(chǎn)生及不同視圖展示（三維造型還可移動，放大或縮小和旋轉(zhuǎn)）。Pro/Engineer是一個功能定義系統(tǒng)，即造型是通過各種不同的設計專用功能來實現(xiàn)，其中包括：筋（Ribs）、槽（Slots）、倒角（Chamfers）和抽殼（Shells）等，采用這種手段來建立形體，對于工程師來說是更自然，更直觀，無需采用復雜的幾何設計方式。這系統(tǒng)的參數(shù)比功能是采用符號式的賦予形體尺寸，不象其他系統(tǒng)是直接指定一些固定數(shù)值于形體，這樣工程師可任意建立形體上的尺寸和功能之間的關系，任何一個參數(shù)改變，其他相關的特征也會自動修正。這種功能使得修改更為方便和可令設計優(yōu)化更趨完美。造型不單可以在屏幕上顯示，還可傳送到繪圖機上或一些支持Postscript格式的彩色打印機。Pro/Engineer還可輸出三維和二維圖形給予其他應用軟件，諸如有限元分析及后置處理等，這都是通過標準數(shù)據(jù)交換格式來實現(xiàn)，用戶更可配上 Pro/Engineer軟件的其它模塊或自行利用 C語言編程，以增強軟件的功能。它在單用戶環(huán)境下（沒有任何附加模塊）具有大部分的設計能力，組裝能力（運動分析、人機工程分析）和工程制圖能力（不包括ANSI， ISO， DIN或 JIS標準），并且支持符合工業(yè)標準的繪圖儀（HP，HPGL）和黑白及彩色打印機的二維和三維圖形輸出。Pro/Engineer功能如下：
（1）特征驅(qū)動（例如：凸臺、槽、倒角、腔、殼等）；
（2）參數(shù)化（參數(shù)=尺寸、圖樣中的特征、載荷、邊界條件等）；
（3）通過零件的特征值之間，載荷/邊界條件與特征參數(shù)之間（如表面積等）的關系來進行設計；
（4）支持大型、復雜組合件的設計（規(guī)則排列的系列組件，交替排列，Pro/PROGRAM的各種能用零件設計的程序化方法等）。
（5）貫穿所有應用的完全相關性（任何一個地方的變動都將引起與之有關的每個地方變動）。其它輔助模塊將進一步提高擴展 Pro/ENGINEER的基本功能。
4.2三維模型設計
4.2.1氣缸
平移氣缸如下圖示：
圖4-1 平移氣缸
升降氣缸如下圖示：
圖4-2 升降氣缸
4.2.2傳送裝置
傳送裝置如下圖示：
圖4-3傳送裝置
4.2.3滑板
滑板如下圖示：
圖4-4滑板
4.2.4吊具
吊具如下圖示：
圖4-5吊具
4.2.5裝具
裝具如下圖示：
圖4-6裝具
4.3三維裝配設計
采用Pro/E的裝配模塊進行模擬裝配，結果如下：
圖4-7 洗勺機裝配
總 結
這次畢業(yè)設計幾乎用到了我們大學所學的所有專業(yè)課程，可以說是我們大學所學專業(yè)知識的一次綜合考察和評定.通過這次畢業(yè)設計，使我們對以前所學的專業(yè)知識有了一個總體的認識與融會貫通.例如我們在設計過程當中需要用到所學的工程制圖、材料力學、機械工程材料、機械設計、極限配合與公差以及CAD計算機輔助制圖等基礎的專業(yè)知識.在做畢業(yè)設計的過程中，不僅使我們熟悉了舊的的知識點，還使我們發(fā)現(xiàn)了許多以前沒有注意的細節(jié)問題，而這些細節(jié)問題恰恰是決定我們是否能夠成為一名合格的機械技術人才的關鍵所在。
此外，我感覺兩個月的畢業(yè)設計極大的豐富了我們的知識面，使我學到了許多知識，不僅僅局限于多學的專業(yè)知識.在做設計的過程中，由于需要用到課本外的知識，這要求我們上網(wǎng)或者到圖書館等查閱資料。例如在設計方案時就需要我們對洗勺機設計的工作環(huán)境和工作能力等由一定的了解才能選用合適的方案。由于以前沒有注意此方面的問題，所以必須通過實踐認識和查閱資料才能做到更好。
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致 謝
大學生活即將結束，在這短短的四年里，讓我結識了許許多多熱心的朋友、工作嚴謹教學相幫的教師。畢業(yè)設計的順利完成也脫離不了他們的熱心幫助及指導老師的精心指導，在此向所有給予我此次畢業(yè)設計指導和幫助的老師和同學表示最誠摯的感謝。
首先，向本設計的指導老師表示最誠摯的謝意。在自己緊張的工作中，仍然盡量抽出時間對我們進行指導，時刻關心我們的進展狀況，督促我們抓緊學習。老師給予的幫助貫穿于設計的全過程，從借閱參考資料到現(xiàn)場的實際操作，他都給予了指導，不僅使我學會書本中的知識，更學會了學習操作方法。
其次，要向給予此次畢業(yè)設計幫助的老師們，以及同學們以誠摯的謝意，在整個設計過程中，他們也給我很多幫助和無私的關懷，更重要的是為我們提供不少技術方面的資料。
另外，也向給予我?guī)椭乃型瑢W表示感謝。
總之，本次的設計是老師和同學共同完成的結果，在設計的一個月里，我們合作的非常愉快，教會了大我許多道理，是我人生的一筆財富，我再次向給予我?guī)椭睦蠋熀屯瑢W表示感謝！
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