毕业设计论文脚踏式充气泵设计.docx
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毕业设计论文脚踏式充气泵设计
毕业设计（论文）-脚踏式充气泵设计
摘要:
在我们当代生活中，越来越多的家庭在使用汽车，汽车而如何简单方便快捷的给汽车轮胎充气这个问题一直没有能够很好的解决，本次设计为了解决汽车轮胎充气的普遍问题，提出了一种简单、方便、快捷、省力的脚踏式充气泵设计方案，改良了以往现有的充气泵的结构和实现方式，完美的解决了家用汽车使用过程中可能存在的胎压不足的问题。
本次设计是依据充气泵的基本工作原理，制定完整的设计方案，并对充气泵缸体、压气装置的活塞、底座支架梁的扭转弹簧、底座支架梁及活动支架梁等进行具体的设计。
关键词:
充气泵;汽车;扭转弹簧
I
Abstract
Inmodernlife,theuseofcarfamiliesbecomemoreandmore,andhowsimpleandconvenienttothecartireinflationthisproblemhasnotbeenabletosolvethispaperinordertosolvethegeneralproblemsofcartireinflation,putforwardAsimple,convenient,fastandlabor-savingfoot-typeinflatablepumpdesign,improvedthestructureoftheexistinginflatablepumpandthewaytoachieveaperfectsolutiontotheuseofdomesticcarsmayexistintheprocessoftirepressureproblems.Thispaperisbasedonthebasicworkingprincipleoftheinflatablepump,todevelopacompletedesignscheme,andtheinflatablepumpcylinder,thecompressorpiston,thebasebracketbeamtorsionspring,thebasebracketbeamandthemovablesupportbeamandsoonthespecificdesign.
Keywords:
Inflator,car,Torsionspring
II
Abstract...........................................................................................................................................II目录..........................................................................................................................................III1.1引言........................................................................................................................................11.2充气泵的发展概况..................................................................................................................11.3Solidwork软件的介绍..............................................................................................................11.4课题研究的意义及目的..........................................................................................................3第二章脚踏式充气泵的设计.......................................................................................................42.1脚踏式充气泵的设计要求.....................................................................................................42.2脚踏式充气泵的设计概述...................................................................................................4
2.2.1脚踏式充气泵与其他类型充气泵原理的对比....................................................................4
2.2.2脚踏式充气泵与其他类型充气泵特点的对比....................................................................6
2.2.3脚踏式充气泵的设计参数.................................................................................................72.3脚踏式充气泵的具体设计...................................................................................................7
2.3.1充气泵缸体的设计..........................................................................................................8
2.3.2压气装置活塞杆的设计................................................................................................13
2.3.3销轴的设计.....................................................................................................................14
2.3.4脚踏式充气泵的受力分析...............................................................................................17
2.3.5底座支架梁扭转弹簧的设计...........................................................................................18
2.3.6底座支架梁及活动支架梁的设计...............................................................................242.4脚踏式充气泵的辅助元件设计..........................................................................................26
2.4.1气压表的设计..................................................................................................................26
2.4.2气管的设计.....................................................................................................................26
2.4.3橡皮碗的设计.................................................................................................................27第三章总结与展望....................................................................................................................28参考文献.........................................................................................................................................29附图:
............................................................................................................................................29
III
1.1引言
随着现代人们生活水平逐渐提升，汽车的使用变得越来越普及，相应的我们不仅对汽车的使用功能要求很高，对汽车上随车必备的辅助工具的使用功能需要也是越来越高，低价格、高品质、使用便捷等等，只有具备更加优良性价比的产品才会被广大使用者所接受。
目前市场上已经有很多种类型的充气泵，大多数为各类手动式机械充气泵，这些常规功能的充气泵花费时间长，花费力气大，而且一般不配备气压表，导致其使用起来不方便，产品结构设计的不合理。
为了让消费者觉得充气泵的各项性能满足其使用要求，我们需要从以下方面入手:
加工生产成本低，质量安全稳定，使用寿命长，结构简单，使用方便，省力便捷。
1.2充气泵的发展概况
在过去的国内，那时候自行车是国人出门办事最重要的交通工具，自行车充气的主要工具是传统的手动式机械充气泵，而手动式机械充气泵存在着许多缺点，最主要的两点就是携带不方便，充气花费大量力气。
现在随着社会的进步，大家的生活水平变得越来越高，使用者对充气泵的材质、品质、外形、方便性以及使用安全稳定性等性能提出了更高的要求。
现如今，很多厂家经过多年的研发创新、市场调研，设计出了一些能够满足各种需求的充气泵配套系列产品，这些充气泵可以对自行车、摩托车、小型汽车进行充气
、篮球以及其他小型充气玩具进行充气作业。
作业，也能对足球
随着现代人们生活水平逐渐提高，汽车逐渐取代了自动车的交通工具中的领导地位，广泛走进普通家庭的日常生活中，市场上再次出现了汽车轮胎充气的各类需求，传统的手动式机械充气泵已然不能满足汽车轮胎充气的基本功能，又经过很多年不断地发展创新，出现了目前最新型的脚踏式充气泵，这种新型的脚踏式充气泵在充气作业时的气压可以满足各种球类、自行车及摩托车的需要，还能满足小型汽车的气压需求。
现如今，脚踏式充气泵的使用范围非常广泛，可供各种球类、自行车、摩托车以及小型汽车的轮胎充气作业。
充气泵的实现方式也越来越繁多，充气泵的品质、外形、结构、功能以及安全稳定性都有了很大程度上地提升和改良。
1.3Solidwork软件的介绍
SolidWorks为达索系统（DassaultSystemesS.A）下的子公司，专门负责研发与销售机械设计软件的视窗产品。
达索公司是负责系统性的软件供应，并为
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制造厂商提供具有Internet整合能力的支援服务。
该集团提供涵盖整个产品生命周期的系统，包括设计、工程、制造和产品数据管理等各个领域中的最佳软件系统，著名的CATIAV5就出自该公司之手，目前达索的CAD产品市场占有率居世界前列。
SolidWorks公司成立于1993年，由PTC公司的技术副总裁与CV公司的副总裁发起，总部位于马萨诸塞州的康克尔郡（Concord,Massachusetts）内，当初的目标是希望在每一个工程师的桌面上提供一套具有生产力的实体模型设计系统。
从1995年推出第一套SolidWorks三维机械设计软件至今至2010年已经拥有位于全球的办事处，并经由300家经销商在全球140个国家进行销售与分销该产品。
1997年，Solidworks被法国达索（DassaultSystemes）公司收购，作为达索中端主流市场的主打品牌。
SolidWorks的主要模块包括:
（1）零件建模
SolidWorks提供了无与伦比的、基于特征的实体建模功能。
通过拉伸、旋转、薄壁特征、高级抽壳、特征阵列以及打孔等操作来实现产品的设计。
通过对特征和草图的动态修改，用拖拽的方式实现实时的设计修改。
三维草图功能为扫描、放样生成三维草图路径，或为管道、电缆、线和管线生成路径。
（2）曲面建模
通过带控制线的扫描、放样、填充以及拖动可控制的相切操作产生复杂的曲面。
可以直观地对曲面进行修剪、延伸、倒角和缝合等曲面的操作。
（3）钣金设计
SolidWorks提供了顶尖的、全相关的钣金设计能力。
可以直接使用各种类型的法兰、薄片等特征，正交切除、角处理以及边线切口等钣金操作变得非常容易。
用户化SolidWorks的API为用户提供了自由的、开放的、功能完整的开发工具。
开发工具包括MicrosoftVisualBasicforApplications（VBA）、VisualC++，以及其他支持OLE的开发程序。
（4）特征识别
FeatureWorks是第一个为CAD用户设计的特征识别软件。
与其它CAD系统共享三维模型，充分利用原有的设计数据，更快将向SolidWorks系统过渡，这就是特征识别软件FeatureWorks所带来的好处。
FeatureWorks同SolidWorks完全集成。
当引入其它CAD软件的三维模型时，FeatureWorks能够重新生成新的模型，引进新的设计思路。
FeatureWorks对静态的转换文件进行智能化处理，获取有用的信息，减少了重建模型所化的时间。
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FeatureWorks最适合识别带有长方形、圆锥形、圆柱形的零件和钣金零件。
FeatureWorks提供了崭新的灵活功能，包括在任何时间按任意顺序交互式操作以及自动进行特征识别。
FeatureWorks提供了在新的特征树内进行再识别和组合多个特征的能力，新增功能还包含识别拔模特征和筋特征的能力。
1.4课题研究的意义及目的
从目前全球市场需求布局来看，欧、美地区成为款式新、小巧、质量好、环保的充气泵的主要销售市场;中东、非洲地区主要选择老款式、简单实用价格便宜的充气泵;还有以俄罗斯为代表的高寒国家则更喜欢能耐寒，机械结构牢固的充气泵以适应当地的地理气候条件;日韩则主要关注产品的品质与安全;国内消费市场和非洲差不多能打气就行。
目前充气泵的整体状况还是比较良好，已由原来的单一打气功能，不注重外观，逐渐演变为汽车或自行车充气艺术品，以外观精美结构巧妙，打气省力等特点成为新的发展方向。
为进一步适应汽车产业的发展，市场上还出现了电动充气泵。
现如今随着健康环保的观念不断深入人心，骑行自动车低碳出行的生活方式已成为新潮流，骑行队伍不断壮大，脚踏式充气泵行业前景可观。
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第二章脚踏式充气泵的设计
现有市场上常见的脚踏式充气泵结构基本上都是根据手动式机械充气泵的原理进行改良、优化结构衍生出来的产品，两者之间原理一样，区别在于两者结构不同、实现方式不同，使用方法也不相同。
本篇论文中的脚踏式充气泵设计依然运用了传统手动式机械充气泵最原始的原理工作，我们在原有的理论基础上改良原有的结构和使用方法，使得本次设计的脚踏式充气泵更加优化，综合材质的选择、结构的简化，让消费者更加便捷省力的使用该充气泵，这是本篇论文脚踏式充气泵的设计初衷。
2.1脚踏式充气泵的设计要求
（1）本设计中的脚踏式充气泵主要用于自行车、小型汽车轮胎等充气作业。
（2）本设计之前综合考虑，该脚踏式充气泵应该具有以下功能:
加工生产成本低，质量安全稳定，使用寿命长，结构简单，使用方便，省力便捷;（3）对充气泵缸体、压气装置的活塞杆、销轴、底座支架梁的扭转弹簧、底座支架梁及活动支架梁等进行具体的设计。
2.2脚踏式充气泵的设计概述
2.2.1脚踏式充气泵与其他类型充气泵原理的对比
（1）脚踩式充气泵的工作原理
脚踩式充气泵的工作原理是通过脚踩活塞杆压缩空气，通过一个气管将充气的轮胎连接起来，把空气充入，然后达到我们使用的需要。
脚踩式充气泵的缸体底部有一个小阀门，它只能向下做开启动作。
同时活塞杆上也有一个阀门，它也只能向下做开启动作。
整个实现过程如下，当我们用脚踩活塞杆后，活塞杆上的阀门关闭，而缸体底部的阀门开启，完成打气作业，然而当活塞杆在压缩弹簧的作用下，自行向上运动回到初始位置时，缸体底部的阀门关闭，活塞杆上的阀门开启，这时缸体内部又重新充满了空气。
当我们使用脚踩式充气泵时，要将它的气管接到轮胎的气门上，气门的作用是只允许空气从充气泵进入轮胎，而不允许空气从轮胎回流进入充气泵中。
脚踩式充气泵的活塞杆和缸体之间有着很小的空隙，活塞杆的末端装有一个向下凹的橡皮碗。
当我们向上拉动活塞杆的时候，活塞杆下方的空气体积会突然增大，致使充气泵缸体内部压强突然减小，这样活塞杆上方的空气就会从橡皮碗与缸
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体四周的空隙之间挤到下方。
当我们向下压动活塞杆的时候，活塞杆下方的空气体积会突然缩小，致使充气泵缸体内部压强突然增大，使得橡皮碗紧贴着缸体的内壁运动且空气不会漏到活塞杆的上方去，我们继续向下挤压活塞杆，当缸体内部的空气压强足以顶开轮胎上的气门芯时，压缩后的空气便进入了轮胎当中。
图1脚踩式充气泵三维简图
（2）脚踏式充气泵的工作原理
当我们用脚踩充气泵脚踏打气时，通过杠杆原理来使得充气泵缸体
充气，我们事先将充气泵的气管接到汽车或者自行车的轮胎气门上，轮
胎上的气门的作用是只允许空气从充气泵进入轮胎，而不允许空气从轮
胎回流进入充气泵中。
充气泵的活塞杆和充气泵缸体之间有着很小的空
隙，活塞杆的末端装有一个向下凹的橡皮碗。
当我们向上拉动活塞杆的
时候，活塞杆下方的空气体积会突然增大，致使充气泵缸体内部压强突
然减小，这样活塞杆上方的空气就会从橡皮碗与缸体四周的空隙之间挤
到下方。
当我们向下压动活塞杆的时候，活塞杆下方的空气体积会突然
缩小，致使充气泵缸体内部压强突然增大，使得橡皮碗紧贴着缸体的内
壁运动且空气不会漏到活塞杆的上方去，我们继续向下挤压活塞杆，当
缸体内部的空气压强足以顶开轮胎上的气门芯时，压缩后的空气便进入
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了轮胎当中。
同时缸体外部的空气从缸盖上面的空隙之间进入活塞杆的
上方，当脚收缩后，扭转弹簧带动活动支架梁复位,这时装在活塞杆末
端的橡皮碗收缩,空气随即从活塞杆与缸体的空隙较大处进入到充气泵
缸体内,我们再将活塞杆往下压的时候,橡皮碗扩张而贴紧着缸体内壁
运动将空气往下压，空气只能从活塞杆顶部的一个小孔眼（孔眼里有小
铁珠）顺着气管进入到轮胎的气门。
当我们再一次将活塞杆往上提的时
候,橡皮碗再次收缩.这时小铁珠落下,堵住小孔眼,使得我们第一次还
没有完全注入到轮胎内的空气不会被抽出，如此往复循环，最终达到将
轮胎充满气的目的。
我们在活塞杆的顶部还安装有一个Y型普通气压表，
通过它我们可以间接监控测量出轮胎的气压值，防止充气过量导致轮胎
爆胎。
图2脚踏式充气泵三维设计图
2.2.2脚踏式充气泵与其他类型充气泵特点的对比
传统手动式机械充气泵的缺点:
使用过程中抽拉活塞杆费力，且活塞杆上的机油容易弄脏衣物、不方便使用者携带。
充气泵缸体本身铁皮易变形，寿命较短。
脚踏式充气泵的优点:
1.产品结构简洁易折叠收纳;
2.脚踏高压设计，科学时尚。
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3.脚踏便能充气，轻松省力。
4.配有气压表，压力大小一目了然。
脚踩式充气泵的缺点:
1.脚踩式充气泵相比脚踏式充气泵来说，要费力的多，其机构并没有采用像脚踏
式充气泵那样的杠杆省力结构;
2.脚踩式充气泵的工作性质只是将传动手动式机械充气泵中的用手充气改进成为
用脚充气，其根本工作方式并未彻底改变。
而本篇论文中的脚踏式充气泵通过巧妙的设计，将普通手动式机械充气泵的原理和杠杆原理充分结合起来，从而大大降低了操作者的使用强度，达到了安全、省力、便捷的目的。
2.2.3脚踏式充气泵的设计参数
产品类别:
单筒普通气压表
材质:
合金钢+优质塑胶
重量:
1.6kG
规格（MM）:
L300×W95×H250（展开时）
气管长度（不带气夹）:
60CM
最高工作气压:
0.3MPa
2.3脚踏式充气泵的具体设计
脚踏式充气泵主要从五个方面进行具体设计:
包括充气泵缸体、压气装置的活塞杆、销轴、底座支架梁的扭转弹簧、底座支架梁及活动支架梁;
（1）充气泵缸体
依照我们现有的普通手动式机械充气泵的缸体外形，本篇论文中的充气泵缸体设计依然采用圆柱形缸体。
作为常见缸体结构的一种，圆柱形缸体相对于其它形状的缸体具有加工简单、节省材料、安全系数高的特点，该缸体的材质选用普通碳钢加表面喷塑的处理方式。
（2）压气装置的活塞杆
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由于我们使用脚踏式充气泵的时候经常需要挤压，上提压气装置的活塞杆，所以我们需要对活塞杆的稳定性进行计算校核，判断其在工作过程中保持稳定的条件。
（3）底座支架梁的扭转弹簧
该扭转弹簧安装于底部销轴上，将底部支架梁和活动支架梁连接起来，它的作用在于当我们用脚踩充气泵脚踏打气时，活动支架梁被踩到最低点时，脚放开后，扭转弹簧能够让活动支架梁回复到最初的状态。
（4）底座支架梁及活动支架梁
底座支架梁支撑着整个脚踏式充气泵，我们需要考虑其尺寸、质量、材质的强度等等因素，既要让它的结构轻便，尺寸合适，也要让其使用起来安全系数高，并结合人机工程学的基本原理，让整个充气泵的结构使用起来更加人性化合理化。
2.3.1充气泵缸体的设计
缸体的结构简洁，工作可靠，与杠杆，连杆，齿轮齿条、棘轮棘爪，凸轮等机构配合使
用还能实现多种机械运动或与其他传动形式组合满足各种要求，因此在气压传动系统中
得到了广泛的运用。
缸体有多种实现方式，按照其结构的特点不同它可分为活塞式，柱塞式和摆动式三大类;
按照其作用方式又可以分为单作用和双作
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