基于UG軟件的自動黑板擦清理器設計方案探討

楊偉偉

摘 要：研究設計一臺環保節能，快捷高效的黑板擦清理器，可以有效的解決擦黑板粉塵積累的問題，達到無粉塵擴散，徹底告別粉筆灰塵漫天飛舞的時代。此設計運用基本的帶輪傳動、凸輪機構和杠桿原理，來驅動拍打板拍打黑板擦，達到清潔的目的。本文我們將運用UG軟件的建模與裝配模塊對此設備各部件的設計合理性做一定的探討。

關鍵詞：UG；自動黑板擦清理器；建模；裝配；探討

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A

1 方案設計

經過反復研究考慮，首先需要方法使積累粉塵從黑板擦的容塵面上脫離；并對脫離的粉筆粉塵進行有效收集與捕獲；在收集的粉塵達到一定量之后，需要有較方便的方式處理所收集的粉塵。運用UG軟件的建模模塊，我們初步設計了黑板擦清潔器的大致結構，如圖1所示。

黑板擦清潔器主要由機架1、拍打板2、觸點3、擋塊4、傳動軸5、收納盒6、皮帶7、帶輪8、電動機9、套筒10、開關11、凸輪軸12、彈簧13、軸承座14等組成。其中由機架1支撐整個設備，帶輪8通過傳動軸5安裝在軸承座14上面，軸承座14通過螺栓固定在機架1上面。皮帶7安裝在帶輪8上，在皮帶7上面安裝有擋塊4和限位觸點3，分別控制帶輪的旋轉時間，電機Ⅱ通過套筒10與傳動軸5連接，電機Ⅱ旋轉帶動皮帶7運行。凸輪軸12兩側分別通過軸承座14安裝在基座1上面。電動機9通過套筒10與凸輪軸12連接，電動機9旋轉帶動凸輪軸12旋轉，拍打板2安裝在機架1上面，拍打板2一端安裝在凸輪軸下方通過彈簧13與機架1連接，凸輪軸12旋轉，可以實現拍打板上下拍打的效果，彈簧13起到復位的效果。在機架下方設有收納盒6，起到可以收納粉筆粉塵的作用，開關11主要控制兩個電機的運轉、停止。

2 UG軟件設計建模

2.1 機架的設計

根據電動機和皮帶輪的設計所用到的空間，再加上放置黑板擦拍打板的空間，初步確定了機架的形狀和尺寸。底座的厚度為10mm，長320mm，寬200mm，機架的壁厚為2mm，高位200mm；頂端則是一個端蓋起封閉作用，采用的是5mm的鋁合金，根據設計參數，運用UG建立模型，如圖2、圖3所示。

2.2 帶傳動系統的設計

皮帶輪是傳送黑板擦的零件，帶輪是由兩個等大的帶輪和皮帶組成，帶輪的最大外徑為60.0mm，輪轂半徑為10mm。建模如圖4所示。

2.3 凸輪機構的設計

凸輪軸主要分兩個部分，一部分是軸，另一部分是凸輪，讓凸輪與軸成為一個整體，最后在軸的一端做一個鍵槽，其尺寸為深度4mm，圓心距6mm，半徑3mm。建模過程如圖5所示。

2.4 拍打板的設計

拍打板是清理粉筆灰塵的主要工具，其主要是由電動機和復位彈簧控制，達到反復拍打黑板擦的效果，從而保持黑板擦的持久清潔，拍打板的尺寸：長為230mm，寬為30mm和長為110mm，寬為52mm的兩個矩形組成，其中較小的矩形上有18個直徑為5mm的圓，然后在焊接在一起，形成前端帶有孔的拍打板；一個直徑為10mm，高度為200mm的圓柱作為支撐桿。最后在拍打板的尾端打了兩個同心圓，直徑分別為18mm、15mm.其設計目的是為了固定復位彈簧，以便彈簧復位。建模成型如圖6所示。

2.5 收納盒設計

收納盒是用來收集粉筆灰塵的必要工具，它的設計很簡單，就像平時我們用的抽屜一樣壁厚與底面為2mm，為了方便清理粉塵，我們特意設計的收納盒和抽屜很相似，后端設計了一個凸臺，凸臺是由半徑為4mm的圓拉伸、6mm的圓臺和半徑為5mm的球組成，用來從機架抽出，方便操作，建模如圖7所示。

3 UG軟件的模擬裝配

3.1 模擬裝配過程

3.1.1 將準備好的機架底座用螺釘緊固，同時將觸點設置在機架的一端，如圖8所示。

3.1.2 在底部安裝凸輪軸，然后用軸承座安裝在軸的兩端固定，防止軸向攢動，左端軸要伸出一部分為下面連接套筒做準備。

3.1.3 首先將軸承座的地面與相應位置的機架進行對齊，然后軸承座一側與機架的距離為5mm，這樣裝配好兩個軸承座，接著將軸的中心與兩個軸承座的中心對齊，從而完成凸輪軸的裝配，如圖9所示。

3.1.4 然后將隔板用螺釘固定在設計的位置，同時把拍打板的固定桿安裝在對應的位置，將拍打板安裝在對應的支點上，倆支點中的轉軸兩端由銷固定，防止軸向攢動。確保凸輪在拍打板下方緊貼著，可確保凸輪旋轉時可以帶動拍打板圍繞支點做上下運動，同時在拍打板的位置安裝復位彈簧復位拍打板，從而實現拍打板的復位，如圖10所示。

3.1.5 安裝帶輪，安裝帶輪前，必須按傳動軸和輪毅孔的鍵槽來修配建，然后清理安裝面并涂上潤滑油，把帶輪安裝在軸上時，通常采用木錘敲擊，螺旋壓力機或油壓力機壓裝。

3.1.6 將安裝好的帶輪的傳動軸安裝在軸承座上，傳動軸的一端穿插安裝在由固定在機架上的軸承座上，軸承座有四個螺栓安放在軸承座四角固定在機架上，安裝時要按相應標準操作，防止安裝不當，無法做圓周運動或無法轉動。安裝傳動軸時注意軸應與機架外壁持平，記得要抹潤滑油進一步減小摩擦，便于傳遞能量，減小阻力。而傳動軸的另一端連接的軸承座是固定在與機架鏈接的固定板上。按此方法安裝好兩個帶輪，其中左端的軸應要伸出一部分為連接套筒做準備。同時將皮帶安裝在帶輪上，皮帶的底端分別安上一個擋塊，在皮帶運動后擋塊將觸及觸點帶動拍打板運動，同時在皮帶上安裝黑板擦固定板，裝配如圖11所示。

3.1.7 用軸套連接傳動軸軸和凸輪軸，聯軸器的另一端連接電動機。最終達到電動機帶動軸轉動，在連接時要抹上潤滑油減小摩擦，便于傳遞能量，減小阻力。在電動機的帶動下，皮帶在運動，所以我們將黑板擦固定板設置在皮帶上，從而讓黑板擦運動，最終達到黑板擦被拍打板拍打的效果。同時將開關固定在機架上，最后將收納盒裝配在機架的底端，像抽屜一樣可以自由運動，以便于可以隨時清理，并且將黑板擦裝配完成，裝配完成，內部效果圖如圖12所示。

結語

通過運用UG軟件建模模塊、裝配模塊，可以實現對產品由構想到實體的一個轉化過程，通過對實體零件模型的裝配及仿真運動可以鑒定產品設計參數的合理性，在產品設計過程中發揮著重要的作用。

參考文獻

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