擦鞋机的创新设计2.docx

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擦鞋机的创新设计2

宁夏广播电视大学毕业设计

节能环保式擦鞋机的创新设计

1绪论

1.3课题研究内容和目标

本课题的研究内容是在原有擦鞋机的基础上对擦鞋机进行了创新和改进，主要包括擦鞋机的原理设计和结构设计。

擦鞋机的原理设计包括：

（1）动力能源即太阳能电池板和电动机的设计

（2）擦鞋底装置的设计

（3）供油装置的设计

擦鞋机的结构设计包括：

（1）交椅的设计

（2）滑轮的设计

（3）橱柜的设计

通过对擦鞋机的创新设计，使擦鞋机达到更加节能环保和多功能化的目标。

1.4论文的组织结构

论文的组织结构如图1-1所示。

2节能环保式擦鞋机的原理设计

本课题的主要目的是节能环保式擦鞋机的创新设计，本章主要对擦鞋机的原理进行设计。

2.1节能环保式擦鞋机的鞋面刷设计

2.1.1鞋面刷的原理设计

擦鞋机的鞋面刷由一根横向平行于水平地面的电动机连接轴和鞋面刷轮组成，电动机带动轴旋转，人通过抬腿调整将鞋面的各个部位依次去接触鞋面刷的毛刷面，以此来达到清洁擦刷鞋面的目的。

该节能环保式擦鞋机依照擦鞋机鞋面刷的设计原理将鞋面刷轮设计为圆柱形鞋刷，刷轮由刷轮轴和刷毛组成，刷毛绕刷轮轴做回转运动，鞋刷所在的轴与电动机连接轴联结，当电动机工作时，会带动鞋刷所在的轴一块儿旋转，这样鞋刷轴上的刷毛就会成回转运动，从而对鞋面进行清洁，进而上油，打光。

2.2节能环保式擦鞋机的擦鞋底鞋刷设计

2.2.1概述

随着人们对室内地板清洁度要求的提高，当今社会上形成了一种为了保证室内地板的清洁，从而入室需要换鞋的做法。

其实这种做法有很多的缺点：

（1）室内需要备有许多拖鞋，不仅占地、而且费钱；

（2）拖鞋的通用容易传播疾病；

（3）有脚气、脚臭的人不敢轻易访友；

（4）访友时入室更换拖鞋既费时、又费力。

为了解决入室换鞋的问题，市场上出现一种擦鞋用具，就是放置在门口地板上的可以用来擦拭鞋底的方形辅垫，但是这种铺垫不仅容易重复污染鞋底，而且擦拭鞋底时比较费力，并且铺垫还不便于清洗。

普通的用于宾馆、商店等场所的电动擦鞋机，主要由壳体、电动机、机械传动部分和鞋面擦鞋刷组成，但是它一般仅仅用于对皮鞋上表面的擦拭，当需要清洁鞋底时就相当麻烦，如脱鞋或翻转脚底。

所以难以很好的解决入室换鞋的问题。

该擦鞋机鞋底刷的设计可使人们不需要脱鞋，只要把脚踏在其挡脚护栏上，接通电源，就能清洁鞋底，从而达到入室不用换鞋的目的。

2.2.2鞋底刷的原理设计

鞋底擦鞋刷的侧面设有踏脚用的挡脚护栏。

擦鞋刷的杆部要低于挡脚护栏的外侧，而刷毛部分则要高出，以保证鞋踏在挡脚护栏上时，即不会防碍擦鞋刷杆部的运动，又可以使刷毛起到清洁鞋底的作用。

鞋底擦鞋刷设计成鞋刷朝上方作用的平置式刷轮，当人们需要使用时只要将脚踏在挡脚护栏上，就可以完成清洁鞋底的目的。

擦鞋刷的下部设置一个贮灰槽，可以方便地收集、清扫清洁鞋底后留下的灰尘，从而达到环保的目的。

这个贮灰槽可以设计成能够装卸的活动件，这样贮灰槽就能够方便的清洁和更换。

鞋底擦鞋刷的机械传动的部分，设计成装有刷毛的皮带轮。

在踏脚用的挡脚护栏的设计上，为了方便人们的操作以及对踏脚用的挡脚护栏的清洁，将挡脚护栏设计成能够装卸的活动件，这样既可以方便人们更换挡脚护栏，又能达到环保的目的。

将机械传动部分和擦鞋刷之间的连接方式设计成能够装卸的连接方式，可以方便人们替换擦鞋刷，擦鞋刷的杆部和刷毛之间也设计成能够装卸的连接方式。

这样人们就能够方便的更换所需要更换的零件，从而大大的提高了该擦鞋机的通用性。

本鞋底擦鞋刷的优点在于：

（1）适用性广，如宾馆、居室、电梯口等对地板清洁度要求高的场所均可以安放。

（2）该鞋底擦鞋刷使用方便，只需要将脚踏在脚护栏上，就可以达到清洁鞋底的目的。

2.3节能环保式擦鞋机的供油装置的原理设计

为了方便操作而设计了鞋油储量显示装置，该装置可由推动头控制的另一推动元件驱动其工作，显示鞋油储量，显示装置有小型照明装置清晰显示。

压板带有与腔体内壁相配台的导向凸缘，保证压板平稳前进，为加强压板平稳性。

推动头可设置多个，与压板同时接触。

贮油腔的出油口为多条缝，出油口为多列排列。

出油口直接与刷体毛触面接触，向毛触面供油，再由毛触面将鞋油涂敷予鞋面。

综上所述，本鞋油供油装置采用棘轮加压机构，在加油间隙能对腔体保持恒定压力使每次加油动作均能可靠地注出鞋油，其注出量由棘轮转过的齿数较准确地控制．采用条排孔状出油口保证鞋油较均匀地注出，巧妙利用细缝或小孔中鞋油干结对脏内鞋油的自动隔离作用、有效地防止因鞋油大量干结而无法使用。

带有小型照明装置的鞋油储量显示装置使其操作十分直观。

2.4节能环保式擦鞋机的光电感应器的选择

为了响应国家节约能源的号召，擦鞋机越来越向节能环保的方向发展，擦鞋机使用光电感应器装置，光电传感器工作原理即红外线光电传感器原理是：

光电传感器是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的。

光电传感器在一般情况下，有三部分构成，它们分别为：

发送器、接收器和检测电路。

节能环保式擦鞋机该擦鞋机使用光电感应器装置，它的启闭采用红外控制自动控制，也就是说当使用者将脚部放置在擦鞋位置时，红外线被阻断，接收装置启动电机，使鞋刷刷轮转动，将鞋擦净。

当擦鞋者的脚离开擦鞋机的刷轮时，擦鞋机就会停止工作，这样就能够达到节能的目的。

轮子旁边装有红外探测接收器,当鞋伸进擦鞋机时,探测器接收到信号就把电机接通,开始工作,鞋取出时,自动关闭。

2.5节能环保式擦鞋机的动力装置

2.5.1太阳能电池的使用

原则上，太阳能可以转化为任何形式的能量。

太阳能——电能转换，称为光伏效应，就是通常所说的太阳能电池，简称太阳电池。

太阳能发电系统由太阳能电池板组、太阳能控制器、蓄电池、逆变器组成。

各部分的作用为：

（1）太阳能电池板：

太阳能电池板是太阳能发电系统中的核心部分，也是太阳能发电系统中价值最高的部分。

其作用是将太阳的辐射能力转换为电能，或送往蓄电池中存储起来，或推动负载工作。

太阳能电池板的质量和成本将直接决定整个系统的质量和成本。

（2）太阳能控制器：

太阳能控制器的作用是控制整个系统的工作状态，并对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的作用。

在温差较大的地方，合格的控制器还应具备温度补偿的功能。

其他附加功能如光控开关、时控开关都应当是控制器的可选项。

（3）蓄电池：

一般为铅酸电池，小微型系统中，也可用镍氢电池、镍镉电池或锂电池。

其作用是在有光照时将太阳能电池板所发出的电能储存起来，到需要的时候再释放出来。

（4）逆变器：

在很多场合，都需要提供220VAC、110VAC的交流电源。

由于太阳能的直接输出一般都是12VDC、24VDC、48VDC。

为能向220VAC的电器提供电能，需要将太阳能发电系统所发出的直流电能转换成交流电能，因此需要使用DC-AC逆变器。

在某些场合，需要使用多种电压的负载时，也要用到DC-DC逆变器，如将24VDC的电能转换成5VDC的电能[10]。

有了电池组件和其他辅助设备，就可以组成发电系统。

电流转换器将直流电转化为交流电。

发电后可用蓄电池存储，也可输入公共电网。

发电系统成本中，电池组件约占50％，电流转换器、安装费、其他辅助部件以及其他费用占另外50％。

该节能环保式擦鞋机使用的是太阳能电池板，太阳能是取之不竭的，并且没有污染，所以非常环保。

所以，在该节能环保式擦鞋机的设计上，从节约能源和环保方面以及长远利益来看，可以考虑使用太阳能电池。

2.5.2电动机的选择

当采用太阳能电池装置来储存转化能量后，还需要使用电动机从太阳能电池板中获取电能转化为机械能，以带动节能环保式擦鞋机正常工作。

正确选择电动机，是电动机安全使用的前提条件，一般在选择时要考虑三个因素，即电动机周围的环境条件，为电动机提供的电源条件以及负载条件。

这三个条件要综合考虑，作为选择电动机应遵循的依据。

按照国际标准和我国现行标准，小功率电动机系指折算至1500r/min时连续额定功率不超过1.1kw的电动机，其几何尺寸机壳外径不大于160mm，或轴心高不大于90mm。

根据以上两点要求，用于擦鞋机的电动机只须短时工作，且起动转矩较低，对效率要求不高；电动机要求功率小，因此电动机选用罩极异步电动机。

2.6节能环保式擦鞋机的安全防漏电开关

漏电电流保护开关，简称漏电开关，在低压电路中，漏电开关是必不可少的低压开关电器。

当用电设备可导电部分如外壳出现故障电压冰产生一定数值的漏电电流时，它能够自动切断电源，从而有效防止发生触电事故，保护人身安全。

它在低压防触电保护方面得到广泛的应用。

所以，为了保证擦鞋着的人身安全，在节能环保式擦鞋机的结构中，应该使用安全防漏电开关。

3节能环保式擦鞋机的结构设计

节能环保式擦鞋机的内部结构包括太阳能电池板，电动机，鞋面刷，鞋底刷，鞋油供油装置，光电感应器，安全防漏电开关等。

在外部结构中，擦鞋机还设有交椅、滑轮、橱柜。

3.1节能环保式擦鞋机的外观设计

通过调查将节能环保式擦鞋机的整体外观即外壳设计成长方体，具体尺寸如下：

长625mm、宽400mm、高1150mm。

3.1.1交椅的设计

人们在使用擦鞋机擦鞋面的时候，需要抬脚，并且转动脚来配合鞋刷的转动，从而达到将鞋擦干净并上油打光的效果。

当人们抬脚擦鞋的时候，时间稍微长的话，就会感到腿有点酸疼，这对人们的身体有很大的损害。

在节能环保式擦鞋机的设计上，设计一个与节能环保擦鞋机相连的交椅，使交椅与节能环保式擦鞋机成为一个整体。

这样的话，人们在擦鞋面的时候，就可以把交椅打开，坐在交椅上擦鞋，另外人们也可以趁擦鞋的这个时间稍做休息。

3.1.2滑轮的设计

节能环保式擦鞋机的机壳底部设计有四个滑轮，这样人们就能够推着擦鞋机移动，使它的可移动性大大提高。

3.1.3橱柜的设计

该节能环保式擦鞋机整体外观设计成柜体状，上部设计为鞋柜，下部设有自动擦鞋机，结构合理，使用方便。

如果该节能环保式擦鞋机是在家里使用的话，那么上部的橱柜就可以存放鞋子，如果该节能环保式擦鞋机是在公共场所如宾馆、酒店等地方使用时，那么橱柜就可以放些书刊杂志，这样人们在擦鞋的时候可以翻阅，既能消磨时间，又能使人们增加阅读的时间。

该橱柜采用简单的长方体结构，并在设有门扇，在门扇上还设有扶手。

长625mm，宽400mm，高510mm。

3.2节能环保式擦鞋机的鞋面刷轮的尺寸设计

3.2.1刷轮轴的设计

做回转运动的零件都要装在轴上来实现其回转运动，所以，刷轮轴可以设计为直轴。

轴的材料可以取为碳素钢[15]。

因为擦鞋机鞋面刷轮轴的结构简单，所以不需要考虑轴设计过程中的主要问题，比如进行轴设计时应该按工作能力准则进行设计计算或校核计算等；在结构设计上也不需要考虑太多的问题，另外，现在市场上已经有很多关于擦鞋机鞋面刷轮的产品，价格也不高，所以可以购买。

对擦鞋机的鞋面刷轮轴的尺寸分析表明，可将节能环保式擦鞋机的鞋面刷轮轴设计为大径D=60mm，小径d=30mm，轴径过渡圆角可以取为R=4mm。

3.2.2刷毛的设计

擦鞋机所用的刷毛由猪鬃或其它纤维（粗细和刚度与猪鬃相近）的材料制成，其中刷毛长度L=50mm，刷毛所在的轴长为160mm，大直径为60mm，小直径为30mm。

3.3节能环保式擦鞋机的鞋底刷的结构设计

该鞋底刷包括机械传动部分、擦鞋刷、挡脚护栏、贮灰槽。

擦鞋刷的杆部低于挡脚护栏的外侧，而刷毛部分则高于挡脚护栏的外侧。

使用时只须将脚踏在挡脚护栏上，利用擦鞋刷的转动，达到清洁鞋底的目的，而灰尘即落入贮灰槽中。

机械传动部分采用三角皮带传动的方式；挡脚护栏制成可方便装卸的栅板；擦鞋刷的杆部低于挡脚护栏的外侧，而刷毛则要露出；为方便擦鞋刷的替换，机械传动部分的传动杆和擦鞋刷杆部之间，制成方便装卸的连接方式；安装时将其平置在地板上，使用时只须站在挡脚护栏上，利用擦鞋刷的转动，就能达到清洁鞋底的目的，而灰尘即落入贮灰槽中。

机械传动的部分和擦鞋刷，装有刷毛的宽式带轮替代；贮灰槽制成了方便装卸的抽屉。

擦鞋刷的刷毛部分和杆部之间，制成方便装卸的紧箍式。

带有刷毛的刮灰板，通过擦鞋刷依照箭头方向的自转，将擦鞋刷刷毛的灰尘刮落，

综上所述，可以看出该鞋底刷包括机械传动部分、擦鞋刷、挡脚护栏、贮灰槽。

其特征在于：

（1）所述的擦鞋刷的侧面设有挡脚护栏，擦鞋刷的杆部要低于挡脚护栏的外侧，而刷毛部分则要高于挡脚护栏的外侧；所述的擦鞋刷用于清洁鞋底。

（2）机械传动的部分和擦鞋刷，由装有刷毛的皮带轮替代。

（3）擦鞋刷是朝上方作用的平置式电动擦鞋机。

（4）挡脚护栏是可以装卸的活动件。

（5）擦鞋刷的下部有贮灰槽。

（6）贮灰槽是可同壳体分开的活动件。

（7）机械传动部分的传动杆和擦鞋刷的杆部之间，为可装卸的连接方式。

（8）擦鞋刷的杆部和刷毛之间，为可装卸的连接方式。

（9）擦鞋刷旁边设有刮灰板。

擦鞋机的机械传动部分可以使用齿轮传动、蜗轮蜗杆传动、链传动等机械传动方式，该节能环保式擦鞋机的机械传动部分采用链传动方式。

3.4节能环保式擦鞋机的供油装置的结构设计

长期以来，国内居民擦皮鞋大多数都是直接用手和鞋刷进行刷鞋，市场上出现的一种擦鞋机，也是通过电机带动刷头转动擦鞋，但是每次擦鞋时，必须由人工将鞋油涂到刷子上，使用不方便。

这种擦鞋方式既费时又容易使手袖受到污染。

为了解决这个难题，国内的许多专业人士在电动擦鞋机及其鞋油供油装置上作出了很大的努力，并且也取得了不错的成绩。

现如今，已经设计出来的鞋油供油装置有桂塞式、斜楔加压式、手动泵式和离心式等。

但是这些鞋油供油装置存在着许多不足之处：

（1）加油的可靠性差，容易出现加油过多和不足的情况；

（2）鞋油难以均匀涂敷;

（3）结构复杂，操作不便;

（4）故障率较高。

该节能环保式擦鞋机擦鞋机的鞋油供油装置对需要涂抹鞋油的鞋面能够均匀涂油，并且出油可靠．出油量也能够准确可控。

供油装置的壳体由塑料注塑而成，形状为条盒式，其内部可直接储油成单腔体，该腔体由塑料吹塑而成，为便于压出鞋油，制成波纹管式结构。

单腔体后部的压板同时也可起到支撑腔体底面的作用以减化结构，须加密封圈防止漏油。

腔体进油孔设置有内、外螺纹。

需要上油时，将市售管状鞋油管口直接旋进进油孔内螺纹便可方便注入鞋油，完毕后将密封盖旋入进油孔外螺纹。

为满足不同规格鞋油注入，可配有不同螺纹的连接件，压板上的簧安装在压板与壳体底板之间，以保证弹力与压板推进方向相反，使压板与推动头良好接触防止压板晃动和窜动所引起的漏油。

腔体出油口开成多排的小孔，小孔不能过大或过小，充填其中的鞋油在空气中首先干结后将孔缝堵塞，自动将腔体内鞋油与空气隔离，有效地防止其干结，而小孔中的鞋油在出油时很容易被顶出与其它鞋油混合使用，出油完毕后小孔中留下的鞋油再次干结堵塞其中，此时巧妙地应用鞋油自堵塞特点解决了众多擦鞋机方案中鞋油干结不能使用的问题。

4总结

4.1总结

本次对节能环保式擦鞋机所进行了创新设计。

首先，在内部结构中不仅使用了供能装置太阳能电池板，还在性能上设计了滚轮形鞋刷，擦鞋底装置，供油装置；其次，在外部结构上也采用了折叠椅和滑轮的设计以及橱柜的构造。

通过对内部结构和外部结构的创新设计，是该节能环保式擦鞋机向多功能化发展，使其能更好的节能、环保。

这些装置的具体优点如下：

（1）使用太阳能电池板，从长远利益来看，可以更加地节约能源和环保。

（2）节能环保式擦鞋机的鞋刷设计成滚轮形鞋刷，这样就能够运行简单，不仅有利于能源的节省，而且还便于更换。

（3）擦鞋机鞋底刷的设计可使人们不需要脱鞋，只要把脚踏在其挡脚护栏上，接通电源，就能清洁鞋底，从而达到入室不用换鞋的目的。

（4）节能环保式擦鞋机擦鞋机的鞋油供油装置对需要涂抹鞋油的鞋面能够均匀涂油，并且出油可靠．出油量也能够准确可控。

（5）在节能环保式擦鞋机的结构中使用安全防漏电开关，可以保证擦鞋着的人身安全。

（6）节能环保式擦鞋机的交椅的设计，可以使人们坐着擦鞋，并且还能短暂的进行休息。

（7）节能环保式擦鞋机的滑轮的设计，可以使人们更加方便省时省力的移动擦鞋机，将擦鞋机安置在需要的位置上。

（8）节能环保式擦鞋机的橱柜的设计优点如下：

节能环保式擦鞋机在家里使用的话，那么上部的橱柜就可以存放鞋子；节能环保式擦鞋机是在公共场所如宾馆、酒店等地方使用时，那么橱柜就可以放些书刊杂志，这样人们在擦鞋的时候可以翻阅，既能消磨时间，又能使人们增加阅读的时间。

当然，这个擦鞋机也存在着许多不足，比如在擦鞋面的时候需要抬脚，并且还要转动脚才能使鞋的各个部位都擦拭干净，另外，在对鞋缝的清洁上，也没有进行处理，给人们带来不便，这是今后学习的过程中需要注意的问题

致谢

经过忙碌的三个多月，我的毕业设计终于告一段落。

为了完成这次设计任务,我阅读了很多资料，虚心地向同学和老师请教。

在这个过程中，培养了我独立思考问题的能力，使我清醒认识到自己知识的浅薄。

在整个毕业设计过程中，我的指导老师对我的学习和工作严格要求，尤其是最后几天每天都给我们做详细的指导，并在百忙之中对论文进行了详细认真的审阅，提出了许多宝贵的修改意见。

导师忘我的工作精神、严谨的科学学风，渊博的学术知识，求实的工作态度，都对我产生了深远的影响。

最后，感谢这三年来曾经教育过我的每一位老师和所有关心我和帮助我的老师和同学们。

衷心祝福你们！

2012.4.20

参考文献

[1]李建勇.机电一体化技术[M].北京:

科学出版社,2004.

[2]李运华.机电控制[M].北京:

北京航空航天大学出版社,2003.

[3]洪钟洲.数控系统的发展现状和趁势.机电一体化.1996

[4]项占琴.微电子机械的发展现状及前景.机电工程.1997，

[5]张建民.机电一体化系统设计[M].北京：

北京理工大学出版社，1996

[6]陈瑜.国外机电一体化技术发展趋势[J].国外机电一体化技术.2000，5