基于UG软件的自动黑板擦清理器设计方案探讨

杨伟伟

摘 要：研究设计一台环保节能，快捷高效的黑板擦清理器，可以有效的解决擦黑板粉尘积累的问题，达到无粉尘扩散，彻底告别粉笔灰尘漫天飞舞的时代。此设计运用基本的带轮传动、凸轮机构和杠杆原理，来驱动拍打板拍打黑板擦，达到清洁的目的。本文我们将运用UG软件的建模与装配模块对此设备各部件的设计合理性做一定的探讨。

关键词：UG；自动黑板擦清理器；建模；装配；探讨

中图分类号：TP391 文献标识码：A

1 方案设计

经过反复研究考虑，首先需要方法使积累粉尘从黑板擦的容尘面上脱离；并对脱离的粉笔粉尘进行有效收集与捕获；在收集的粉尘达到一定量之后，需要有较方便的方式处理所收集的粉尘。运用UG软件的建模模块，我们初步设计了黑板擦清洁器的大致结构，如图1所示。

黑板擦清洁器主要由机架1、拍打板2、触点3、挡块4、传动轴5、收纳盒6、皮带7、带轮8、电动机9、套筒10、开关11、凸轮轴12、弹簧13、轴承座14等组成。其中由机架1支撑整个设备，带轮8通过传动轴5安装在轴承座14上面，轴承座14通过螺栓固定在机架1上面。皮带7安装在带轮8上，在皮带7上面安装有挡块4和限位触点3，分别控制带轮的旋转时间，电机Ⅱ通过套筒10与传动轴5连接，电机Ⅱ旋转带动皮带7运行。凸轮轴12两侧分别通过轴承座14安装在基座1上面。电动机9通过套筒10与凸轮轴12连接，电动机9旋转带动凸轮轴12旋转，拍打板2安装在机架1上面，拍打板2一端安装在凸轮轴下方通过弹簧13与机架1连接，凸轮轴12旋转，可以实现拍打板上下拍打的效果，弹簧13起到复位的效果。在机架下方设有收纳盒6，起到可以收纳粉笔粉尘的作用，开关11主要控制两个电机的运转、停止。

2 UG软件设计建模

2.1 机架的设计

根据电动机和皮带轮的设计所用到的空间，再加上放置黑板擦拍打板的空间，初步确定了机架的形状和尺寸。底座的厚度为10mm，长320mm，宽200mm，机架的壁厚为2mm，高位200mm；顶端则是一个端盖起封闭作用，采用的是5mm的铝合金，根据设计参数，运用UG建立模型，如图2、图3所示。

2.2 带传动系统的设计

皮带轮是传送黑板擦的零件，带轮是由两个等大的带轮和皮带组成，带轮的最大外径为60.0mm，轮毂半径为10mm。建模如图4所示。

2.3 凸轮机构的设计

凸轮轴主要分两个部分，一部分是轴，另一部分是凸轮，让凸轮与轴成为一个整体，最后在轴的一端做一个键槽，其尺寸为深度4mm，圆心距6mm，半径3mm。建模过程如图5所示。

2.4 拍打板的设计

拍打板是清理粉笔灰尘的主要工具，其主要是由电动机和复位弹簧控制，达到反复拍打黑板擦的效果，从而保持黑板擦的持久清洁，拍打板的尺寸：长为230mm，宽为30mm和长为110mm，宽为52mm的两个矩形组成，其中较小的矩形上有18个直径为5mm的圆，然后在焊接在一起，形成前端带有孔的拍打板；一个直径为10mm，高度为200mm的圆柱作为支撑杆。最后在拍打板的尾端打了兩个同心圆，直径分别为18mm、15mm.其设计目的是为了固定复位弹簧，以便弹簧复位。建模成型如图6所示。

2.5 收纳盒设计

收纳盒是用来收集粉笔灰尘的必要工具，它的设计很简单，就像平时我们用的抽屉一样壁厚与底面为2mm，为了方便清理粉尘，我们特意设计的收纳盒和抽屉很相似，后端设计了一个凸台，凸台是由半径为4mm的圆拉伸、6mm的圆台和半径为5mm的球组成，用来从机架抽出，方便操作，建模如图7所示。

3 UG软件的模拟装配

3.1 模拟装配过程

3.1.1 将准备好的机架底座用螺钉紧固，同时将触点设置在机架的一端，如图8所示。

3.1.2 在底部安装凸轮轴，然后用轴承座安装在轴的两端固定，防止轴向攒动，左端轴要伸出一部分为下面连接套筒做准备。

3.1.3 首先将轴承座的地面与相应位置的机架进行对齐，然后轴承座一侧与机架的距离为5mm，这样装配好两个轴承座，接着将轴的中心与两个轴承座的中心对齐，从而完成凸轮轴的装配，如图9所示。

3.1.4 然后将隔板用螺钉固定在设计的位置，同时把拍打板的固定杆安装在对应的位置，将拍打板安装在对应的支点上，俩支点中的转轴两端由销固定，防止轴向攒动。确保凸轮在拍打板下方紧贴着，可确保凸轮旋转时可以带动拍打板围绕支点做上下运动，同时在拍打板的位置安装复位弹簧复位拍打板，从而实现拍打板的复位，如图10所示。

3.1.5 安装带轮，安装带轮前，必须按传动轴和轮毅孔的键槽来修配建，然后清理安装面并涂上润滑油，把带轮安装在轴上时，通常采用木锤敲击，螺旋压力机或油压力机压装。

3.1.6 将安装好的带轮的传动轴安装在轴承座上，传动轴的一端穿插安装在由固定在机架上的轴承座上，轴承座有四个螺栓安放在轴承座四角固定在机架上，安装时要按相应标准操作，防止安装不当，无法做圆周运动或无法转动。安装传动轴时注意轴应与机架外壁持平，记得要抹润滑油进一步减小摩擦，便于传递能量，减小阻力。而传动轴的另一端连接的轴承座是固定在与机架链接的固定板上。按此方法安装好两个带轮，其中左端的轴应要伸出一部分为连接套筒做准备。同时将皮带安装在带轮上，皮带的底端分别安上一个挡块，在皮带运动后挡块将触及触点带动拍打板运动，同时在皮带上安装黑板擦固定板，装配如图11所示。

3.1.7 用轴套连接传动轴轴和凸轮轴，联轴器的另一端连接电动机。最终达到电动机带动轴转动，在连接时要抹上润滑油减小摩擦，便于传递能量，减小阻力。在电动机的带动下，皮带在运动，所以我们将黑板擦固定板设置在皮带上，从而让黑板擦运动，最终达到黑板擦被拍打板拍打的效果。同时将开关固定在机架上，最后将收纳盒装配在机架的底端，像抽屉一样可以自由运动，以便于可以随时清理，并且将黑板擦装配完成，装配完成，内部效果图如图12所示。

结语

通过运用UG软件建模模块、装配模块，可以实现对产品由构想到实体的一个转化过程，通过对实体零件模型的装配及仿真运动可以鉴定产品设计参数的合理性，在产品设计过程中发挥着重要的作用。

参考文献

[1]何铭新，钱可强.机械制图[M].北京：高等教育出版社，2006.

[2]程崇恭.机械原理[M].北京：北京高等教育出版社，1999.

[3]马光全.机械设备装配安装与维修[M].北京大学出版社，2012.