机械创新设计课程
设计说明书
题目： 窗户玻璃清洁
设计者： 谭 畅 20082721
唐 滨 20082726 班级： 机自4班
指导老师： 秦 伟
时间： 2011.05
“小螃蟹”自动窗户玻璃清洗机设计说明书 一. 设计题目
设计一个机器，完成以下任务：窗户玻璃清洁。
二. 设计背景
随着城市的发展，越来越多的高楼拔地而起，外层玻璃清洗成为随之而来的一大难题。目前应用较多的是人工清洗，将工人用绳子吊着从楼顶自上而下清洗。但是这样的方法危险，低效而且昂贵，生产一种高效实用的玻璃清洗机迫在眉睫。
三. 设计思想
本设计小组的设计目标即是要设计一个可广泛用于建筑外层玻璃清洗，能够批量生产且高效实用的机器，并且和传统的玻璃清洗机相比要有机构上的创新。
四. 功能实现
机器的本质是能够减轻或替代人类劳动，提高生产率和质量的机械。功能是机械产品的本质，“小螃蟹”自动窗户玻璃清洗机就是采用功能分析法设计得来，具体内容将通过与传统玻璃清洗机的对比来阐述。典型的传统玻璃清洗机可称之为“飞梭式”清洗机。即将一个擦子与各种传动机构（如四杆机构）相连接，使其在一定的距离上贴合玻璃往复运动，与人手工擦洗玻璃类似，是一种典型的生物仿真技术。该方式受到了经验定势和定向思维的影响，具有以下局限性：
1. 效率低下——“飞梭式”清洗机只有一个相对较小的擦子，与人的手类似，而且往复行程较大。人擦玻璃时觉得慢是因为只用一只手，手掌的大小有限，手臂的长度也有限。但机器没有这种限制，也理应突破这种限制，故“小螃蟹”将许多擦子固定在一个较长的滑块上，同时有多个擦子擦洗，往复行程很小且速度非常快，效率大大提高。
2. 不能大量生产。以四杆传动机构为例，针对不同尺寸的窗户玻璃需要设计不同的四杆机构，玻璃越宽大，机构也将越庞大，机构的适应性差。而“小螃蟹”结构紧凑，其导轨，滑块，不完全齿轮和擦子都可以设计
制造成特定的几个型号，不同的型号的各零件能够组合搭配，互换性好。其中导轨和滑块甚至可以设计成拼接式，这样清洗数米甚至十多米的玻璃都是完全可行的。
“小螃蟹”所用机构的创新点：1. 采用不完全齿轮与上下齿条配合，可将齿轮的旋转运动快速转变为擦子的往复运动，传动方式简单，效率很高；2. 运用转换原理将传统设计中的短擦子配合长行程转变为长擦子配合短行程，优化了运动特性。3. 竖直方向采用四杆与螺纹孔的配合，四杆转动带动导轨缓慢上升。擦子与玻璃表面贴合，运动范围覆盖整块玻璃，靠擦子的摩擦和吸附功能将玻璃表面清洗干净。
五．设计参数确定
“小螃蟹”的主体部分主要包括三个零件：一个与轴相连的不完全齿轮，一个带齿条与擦子的滑块和一个带螺纹孔的导轨（详见零件图与装配图）。设计对象为一块650mm*1400mm的玻璃，以此进行参数设计。
1. 不完全齿轮的大小在很大程度上决定了整个机构的大小，首先设计与之对应的标准渐开线直齿圆柱齿轮。通过对其运动和受力的分析，主要的失效形式为齿面疲劳点蚀，则应取较大的分度圆直径d ，初定d=60mm，单向行程H=π*d/2=94.25mm，较为合适；取模数m=2.5，则齿数z=24，为防止齿轮与齿条干涉，取不完全齿轮的齿数z ˆ=11；齿轮厚度取16mm ；轴的直径取20mm ，轴的长度要足够伸出导轨，取30mm 。
2. 取导轨的长度L=700mm（导轨的长度应大于窗户的宽度），深20mm ，宽80mm ；导轨所在零件的总长取800mm ，厚40mm ，宽100mm ；两端各钻一个直径20mm 的螺纹孔，孔轴线距边缘20mm ；导轨中心钻一个直径20mm 的通孔。
3. 为防止滑块与导轨干涉，滑块总长应小于L-H=605.75mm，取600mm ；滑块厚度与导轨深度对应，取20mm ；擦子尺寸取40mm*60mm*20mm，具体分布参见零件图（擦子的间隔小于滑块与导轨的长度之差，保证了横向的玻璃表面都能擦到）；齿条置于滑块的一个槽内，槽与齿条的长度应大于H 与齿底圆半径之和，约150mm ，取160mm ，齿条宽度和槽的深度度与
齿轮的厚度对应，取16mm ，槽的位置关于滑块中心对称；齿条在宽度方向的位置以与齿轮能够较好啮合为准，齿条底部厚度等于
（80-60-2.5*2.5）/2=6.875mm，取6.5mm 。
六．结语
本次课程设计主要对玻璃清洗机的关键机构进行了设计，计算和说明，重点在于机构的创新。方案的不成熟以及不合理之处敬请老师见谅并给予指正，谢谢。
附件：
1. 零件图一张；
2. 装配图一张；
3. Prt 文件五个(Proe制作) ；
4. 动画视频文件一个（Adams 制作，附Adams 源文件）。
参考文献：
1. 机械创新设计，吕仲文主编，机械工业出版社；
2. 机械原理第二版，黄茂林，秦伟主编，机械工业出版社；
3. 机械设计，李良军主编，高等教育出版社。
机械创新设计课程
设计说明书
题目： 窗户玻璃清洁
设计者： 谭 畅 20082721
唐 滨 20082726 班级： 机自4班
指导老师： 秦 伟
时间： 2011.05
“小螃蟹”自动窗户玻璃清洗机设计说明书 一. 设计题目
设计一个机器，完成以下任务：窗户玻璃清洁。
二. 设计背景
随着城市的发展，越来越多的高楼拔地而起，外层玻璃清洗成为随之而来的一大难题。目前应用较多的是人工清洗，将工人用绳子吊着从楼顶自上而下清洗。但是这样的方法危险，低效而且昂贵，生产一种高效实用的玻璃清洗机迫在眉睫。
三. 设计思想
本设计小组的设计目标即是要设计一个可广泛用于建筑外层玻璃清洗，能够批量生产且高效实用的机器，并且和传统的玻璃清洗机相比要有机构上的创新。
四. 功能实现
机器的本质是能够减轻或替代人类劳动，提高生产率和质量的机械。功能是机械产品的本质，“小螃蟹”自动窗户玻璃清洗机就是采用功能分析法设计得来，具体内容将通过与传统玻璃清洗机的对比来阐述。典型的传统玻璃清洗机可称之为“飞梭式”清洗机。即将一个擦子与各种传动机构（如四杆机构）相连接，使其在一定的距离上贴合玻璃往复运动，与人手工擦洗玻璃类似，是一种典型的生物仿真技术。该方式受到了经验定势和定向思维的影响，具有以下局限性：
1. 效率低下——“飞梭式”清洗机只有一个相对较小的擦子，与人的手类似，而且往复行程较大。人擦玻璃时觉得慢是因为只用一只手，手掌的大小有限，手臂的长度也有限。但机器没有这种限制，也理应突破这种限制，故“小螃蟹”将许多擦子固定在一个较长的滑块上，同时有多个擦子擦洗，往复行程很小且速度非常快，效率大大提高。
2. 不能大量生产。以四杆传动机构为例，针对不同尺寸的窗户玻璃需要设计不同的四杆机构，玻璃越宽大，机构也将越庞大，机构的适应性差。而“小螃蟹”结构紧凑，其导轨，滑块，不完全齿轮和擦子都可以设计
制造成特定的几个型号，不同的型号的各零件能够组合搭配，互换性好。其中导轨和滑块甚至可以设计成拼接式，这样清洗数米甚至十多米的玻璃都是完全可行的。
“小螃蟹”所用机构的创新点：1. 采用不完全齿轮与上下齿条配合，可将齿轮的旋转运动快速转变为擦子的往复运动，传动方式简单，效率很高；2. 运用转换原理将传统设计中的短擦子配合长行程转变为长擦子配合短行程，优化了运动特性。3. 竖直方向采用四杆与螺纹孔的配合，四杆转动带动导轨缓慢上升。擦子与玻璃表面贴合，运动范围覆盖整块玻璃，靠擦子的摩擦和吸附功能将玻璃表面清洗干净。
五．设计参数确定
“小螃蟹”的主体部分主要包括三个零件：一个与轴相连的不完全齿轮，一个带齿条与擦子的滑块和一个带螺纹孔的导轨（详见零件图与装配图）。设计对象为一块650mm*1400mm的玻璃，以此进行参数设计。
1. 不完全齿轮的大小在很大程度上决定了整个机构的大小，首先设计与之对应的标准渐开线直齿圆柱齿轮。通过对其运动和受力的分析，主要的失效形式为齿面疲劳点蚀，则应取较大的分度圆直径d ，初定d=60mm，单向行程H=π*d/2=94.25mm，较为合适；取模数m=2.5，则齿数z=24，为防止齿轮与齿条干涉，取不完全齿轮的齿数z ˆ=11；齿轮厚度取16mm ；轴的直径取20mm ，轴的长度要足够伸出导轨，取30mm 。
2. 取导轨的长度L=700mm（导轨的长度应大于窗户的宽度），深20mm ，宽80mm ；导轨所在零件的总长取800mm ，厚40mm ，宽100mm ；两端各钻一个直径20mm 的螺纹孔，孔轴线距边缘20mm ；导轨中心钻一个直径20mm 的通孔。
3. 为防止滑块与导轨干涉，滑块总长应小于L-H=605.75mm，取600mm ；滑块厚度与导轨深度对应，取20mm ；擦子尺寸取40mm*60mm*20mm，具体分布参见零件图（擦子的间隔小于滑块与导轨的长度之差，保证了横向的玻璃表面都能擦到）；齿条置于滑块的一个槽内，槽与齿条的长度应大于H 与齿底圆半径之和，约150mm ，取160mm ，齿条宽度和槽的深度度与
齿轮的厚度对应，取16mm ，槽的位置关于滑块中心对称；齿条在宽度方向的位置以与齿轮能够较好啮合为准，齿条底部厚度等于
（80-60-2.5*2.5）/2=6.875mm，取6.5mm 。
六．结语
本次课程设计主要对玻璃清洗机的关键机构进行了设计，计算和说明，重点在于机构的创新。方案的不成熟以及不合理之处敬请老师见谅并给予指正，谢谢。
附件：
1. 零件图一张；
2. 装配图一张；
3. Prt 文件五个(Proe制作) ；
4. 动画视频文件一个（Adams 制作，附Adams 源文件）。
参考文献：
1. 机械创新设计，吕仲文主编，机械工业出版社；
2. 机械原理第二版，黄茂林，秦伟主编，机械工业出版社；
3. 机械设计，李良军主编，高等教育出版社。