毕业设计（论文）-基于缩放变形机构的桌面装饰机械的设计与研究（全套图纸三维）.pdf

毕业设计毕业设计(论文论文) 基于缩放变形机构的桌面装饰机械的 设计与研究 学学 号：号： 姓姓 名：名： 专专 业：业： 机械设计制造及其自动 化 系系 别：别： 机械工程系 指导教师：指导教师： XXX 讲师 XXX 副教授 二一五年四月二一五年四月 i 摘摘 要要 本课题来源于当今社会机械工业桌面装饰机械的创新和更新换代基础之上， 通过设计出桌面装饰机械，从而来满足当今社会桌面装饰机械不足的缺陷。 国内桌面装饰机械的研发及制造要与全球号召的高效经济、缩放形态好等主 题保持一致。近期对机械行业中桌面装饰机械的使用情况进行了调查，发现在机 械行业中，饰品的使用非常普遍。自然而然在机械设备中它们的装饰也非常重要， 因为一个好的桌面装饰机械，更能陪衬出饰品的独特的美。 本文运用大学所学的知识，提出了桌面装饰机械的结构组成、工作原理以及 主要零部件的设计中所必须的理论计算和相关强度校验，构建了桌面装饰机械总 的指导思想，从而得出了该桌面装饰机械的优点是美观，大气，牢固的结论。 关键词：桌面装饰机械；结构；缩放；结论 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 ii ABSTRACT In nature and human society, humans can not reach the place and special occasions may endanger human life, such as websites, many areas such as disaster relief. continuous exploration on these complex environment often requires the intervention of robot. Micro walking robot is an important branch of robot,walking robots and more than six feet, compared to the Eight Legged Robot, because of strong bearing capacity, good stability, has the advantages of simple. This paper mainly to the four bar mechanism as the main execution elements to design of micro walking the whole scheme of the four bar mechanism. The mechanism uses diagonal consistent principle, through the crank rocker mechanism to drive the motion of the legs, left front leg and the right foreleg consistent action,.it is the concrete embodiment of linkage curve feature, when the curve trajectory diagonal straight line segment, the robot on the ground is fixed, the motion trajectory when the diagonal curve is slanting line do the walking motion, robot. The miniature walking robot is mainly driven by DC servo motor, so as to drive the leg action driven synchronous belt wheel by a crank and rocker mechanism. Key word: pneumatic manipulator； cylinder； pneumatic loop； Four degrees of freedom iii 目目 录录 摘摘 要要 . i ABSTRACT . ii 目目 录录 . iii 1 绪论 . 1 2 课题的来源与研究的目的和意义 . 2 3 本课题研究的内容 . 9 4 Solidworks 设计基础 . 4 4.1.1 草图绘制 . 5 4.1.2 基准特征，参考几何体的创建 . 6 4.1.3 拉伸、旋转、扫描和放样特征建 . 7 4.1.4 工程图的设计 . 10 4.1.5 装配设计 . 11 5 基于缩放变形机构的桌面装饰机械总体结构的设计 . 12 5.1 桌面装饰机械的总体方案图 . 12 5.2 桌面装饰机械的工作原理 . 15 5.3 机械传动部分的设计计算 . 17 5 .3.1 伺服电机的选型计算 . 18 5.3.2 转动轴的设计计算 . 19 5.3.3 轴承的设计计算 . 21 5.3.4 齿轮传动的设计计算 . 25 6 各主要零部件强度的校核 . 25 6.1 轴的校核计算 . 26 6.2 伞齿轮的校核计算 . 26 结论 . 27 致致 谢谢 . 25 参考文献参考文献 . 29 iv 附录附录 一一 . 41 附录附录 二二 . 43 北京交通大学 XX 学院毕业设计（论文） 1 1 绪论绪论 机械工业是国民的装备部，是为国民经济提供装备和为人民生活提供耐 用消费品的产业。不论是传统产业，还是新兴产业，都离不开各种各样的机 械装备，机械工业所提供装备的性能、质量和成本，对国民经济各部门技术 进步和经济效益有很大的和直接的影响。 机械工业的规模和技术水平是衡量 国家经济实力和科学技术水平的重要标志。因此，世界各国都把发展机械工 业作为发展本国经济的战略重点之一。机械工程的服务领域广阔而多面，凡 是使用机械、工具，以至能源和材料生产的部门，都需要机械工程的服务。 概括说来，现代机械工程有五大服务领域：研制和提供能量转换机械、研制 和提供用以生产各种产品的机械、研制和提供从事各种服务的机械、研制和 提供家庭和个人生活中应用的机械、研制和提供各种机械武器。 不论服务于哪一领域，机械工程的工作内容基本相同，主要有：建立和 发展机械工程的工程理论基础。 例如， 研究力和运动的工程力学和流体力学； 研究金属和非金属材料的性能，及其应用的工程材料学；研究热能的产生、 传导和转换的热力学；研究各类有独立功能的机械元件的工作原理、结构、 设计和计算的机械原理和机械零件学； 研究金属和非金属的成形和切削加工 的金属工艺学和非金属工艺学等等。 研究、设计和发展新的机械产品，不断改进现有机械产品和生产新一代 机械产品，以适应当前和将来的需要。机械产品的生产，包括：生产设施的 规划和实现；生产计划的制订和生产调度；编制和贯彻制造工艺；设计和制 造工具、模具；确定劳动定额和材料定额；组织加工、装配、试车和包装发 运；对产品质量进行有效的控制。机械制造企业的经营和管理。机械一般是 由许多各有独特的成形、加工过程的精密零件组装而成的复杂的制品。生产 批量有单件和小批，也有中批、大批，直至大量生产。销售对象遍及全部产 业和个人、家庭。而且销售量在社会经济状况的影响下，可能出现很大的波 动。因此，机械制造企业的管理和经营特别复杂，企业的生产管理、规划和 经营等的研究也多是肇始于机械工业。 机械产品的应用。这方面包括选择、订购、验收、安装、调整、操作、 维护、修理和改造各产业所使用的机械和成套机械装备，以保证机械产品在 长期使用中的可靠性和经济性。 机械产品的应用。这方面包括选择、订购、验收、安装、调整、操作、维护、 修理和改造各产业所使用的机械和成套机械装备， 以保证机械产品在长期使 北京交通大学 XX 学院毕业设计（论文） 2 用中的可靠性和经济性。研究机械产品在制造过程中，尤其是在使用中所产 生的环境污染，和自然资源过度耗费方面的问题，及其处理措施。这是现代 机械工程的一项特别重要的任务， 而且其重要性与日俱增。 机械的种类繁多， 可以按几个不同方面分为各种类别，如：按功能可分为动力机械、物料搬运 机械、粉碎机械等；按服务的产业可分为农业机械、矿山机械、纺织机械等； 按工作原理可分为热力机械、流体机械、仿生机械等。另外，机械在其研究、 开发、设计、制造、运用等过程中都要经过几个工作性质不同的阶段。按这 些不同阶段，机械工程又可划分为互相衔接、互相配合的几个分支系统，如 机械科研、机械设计、机械制造、机械运用和维修等。 这些按不同方面分成的多种分支学科系统互相交叉，互相重叠，从而使 机械工程可能分化成上百个分支学科。例如，按功能分的动力机械，它与按 工作原理分的热力机械、流体机械、透平机械、往复机械、蒸汽动力机械、 核动力装置、内燃机、燃气轮机，以及与按行业分的中心电站设备、工业动 力装置、 铁路机车、船舶轮机工程、 汽车工程等都有复杂的交叉和重叠关系。 船用汽轮机是动力机械，也是热力机械、流体机械和透平机械，它属于船舶 动力装置、蒸汽动力装置，可能也属于核动力装置等等。19 世纪时，机械 工程的知识总量还很有限， 在欧洲的大学院校中它一般还与土木工程综合为 一个学科，被称为民用工程，19 世纪下半叶才逐渐成为一个独立学科。进 入 20 世纪，随着机械工程技术的发展和知识总量的增长，机械工程开始分 解，陆续出现了专业化的分支学科。这种分解的趋势在 20 世纪中期，即在 第二次世界大战结束的前后期间达到了最高峰。 由于机械工程的知识总量已扩大到远非个人所能全部掌握， 一定的专业化是 必不可少的。但是过度的专业化造成知识过分分割，视野狭窄，不能统观和 统筹稍大规模的工程的全貌和全局，并且缩小技术交流的范围，阻碍新技术 的出现和技术整体的进步，对外界条件变化的适应能力很差。封闭性专业的 专家们掌握的知识过狭，考虑问题过专，在协同工作时配合协调困难，也不 利于继续自学提高。因此自 20 世纪中、后期开始，又出现了综合的趋势。 人们更多地注意了基础理论，拓宽专业领域，合并分化过细的专业。械工程 以增加生产、提高劳动生产率、提高生产的经济性为目标来研制和发展新的 机械产品。在未来的时代，新产品的研制将以降低资源消耗，发展洁净的再 生能源，治理、减轻以至消除环境污染作为超经济的目标任务。 机械可以完成人用双手和双目，以及双足、双耳直接完成和不能直接完 成的工作，而且完成得更快、更好。现代机械工程创造出越来越精巧和越来 越复杂的机械和机械装置，使过去的许多幻想成为现实。 北京交通大学 XX 学院毕业设计（论文） 3 人类现在已能上游天空和宇宙，下潜大洋深层，远窥百亿光年，近察细胞和 分子。新兴的电子计算机硬、软件科学使人类开始有了加强，并部分代替人 脑的科技手段，这就是人工智能。这一新的发展已经显示出巨大的影响，而 在未来年代它还将不断地创造出人们无法想象的奇迹。 人类智慧的增长并不减少双手的作用，相反地却要求手作更多、更精巧、更 复杂的工作，从而更促进手的功能。手的实践反过来又促进人脑的智慧。在 人类的整个进化过程中，以及在每个人的成长过程中，脑与手是互相促进和 平行进化的。 人工智能与机械工程之间的关系近似于脑与手之间的关系， 其区别仅在 于人工智能的硬件还需要利用机械制造出来。过去，各种机械离不开人的操 作和控制，其反应速度和操作精度受到进化很慢的人脑和神经系统的限制， 人工智能将会消除了这个限制。计算机科学与机械工程之间的互相促进，平 行前进，将使机械工程在更高的层次上开始新的一轮大发展。19 世纪时， 机械工程的知识总量还很有限， 在欧洲的大学院校中它一般还与土木工程综 合为一个学科，被称为民用工程，19 世纪下半叶才逐渐成为一个独立学科。 进入 20 世纪，随着机械工程技术的发展和知识总量的增长，机械工程开始 分解，陆续出现了专业化的分支学科。这种分解的趋势在 20 世纪中期，即 在第二次世界大战结束的前后期间达到了最高峰。 由于机械工程的知识总量已扩大到远非个人所能全部掌握， 一定的专业 化是必不可少的。但是过度的专业化造成知识过分分割，视野狭窄，不能统 观和统筹稍大规模的工程的全貌和全局，并且缩小技术交流的范围，阻碍新 技术的出现和技术整体的进步，对外界条件变化的适应能力很差。封闭性专 业的专家们掌握的知识过狭，考虑问题过专，在协同工作时配合协调困难， 也不利于继续自学提高。因此自 20 世纪中、后期开始，又出现了综合的趋 势。人们更多地注意了基础理论，拓宽专业领域，合并分化过细的专业。综 合-专业分化-再综合的反复循环，是知识发展的合理的和必经的过程。不同 专业的专家们各具有精湛的专业知识，又具有足够的综合知识来认识、理解 其他学科的问题和工程整体的面貌，才能形成互相协同工作的有力集体。综 合与专业是多层次的。在机械工程内部有综合与专业的矛盾；在全面的工程 技术中也同样有综合和专业问题。在人类的全部知识中，包括社会科学、自 然科学和工程技术，也有处于更高一层、更宏观的综合与专业问题。 北京交通大学 XX 学院毕业设计（论文） 4 2 课题的来源与研究的目的和意义课题的来源与研究的目的和意义 考虑到当前市场上可以变换大小的桌面装饰机械大多数采用的折叠的 方法，由正方形展开变为圆形，不仅不是很方便，而且也不够美观，变换的 前后改变了桌子的形状，有时候不足以实现我们的要求。所以我们选择了旋 转开合式桌子，仅仅通过旋转桌子就可以实现桌子大小的变化，操作简单实 用，而且变化的比例也可以在制作时在较大范围内变化，解除了从前的正方 形变圆形对尺寸变化比例的限制。 因此，将桌面装饰机械作为研究成果，融入到新型的桌面装饰机械的结 构设计与控制中，开发具有卓越缩放能力的桌面装饰机械，对于其技术的研 究与应用都具有重要的理论和现实意义。 3 本课题研究的内容本课题研究的内容 本论文主要研究运用 SolidWorks 对基于缩放变形机构的桌面装饰机 械进行设计,在设计过程中，了解桌面变形机械的结构特征和三维软件的使 用要领。 本文的设计目标是设计一种桌面装饰机器。该桌面装饰机械能够变形， 缩放，上面可以放置不同的饰品，便于饰品的多样化观看， 其研究内容包括： （1）功能分析与方案设计； （2）结构设计与三维造型； （3）编写设计说明书； 4 Solidwroks 设计基础设计基础 本论文主要研究运用 SolidWorks 对基于缩放变形机构的桌面装饰机械进 行设计。在设计过程中，了解 SolidWorks 的各种功能。 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（Dassault Systemes）公司收购，作为达索中端主流市场 的主打品牌。 SolidWorks 软件是世界上第一个基于 Windows 开发的三维 CAD 系统。 北京交通大学 XX 学院毕业设计（论文） 5 由于技术创新符合 CAD 技术的发展潮流和趋势，SolidWorks 公司于两年间成为 CAD/CAM 产业中获利最高的公司。良好的财务状况和用户支持使得 SolidWorks 每 年都有数十乃至数百项的技术创新，公司也获得了很多荣誉。该系统在 1995-1999 年获得全球微机平台 CAD 系统评比第一名。从 1995 年至今，已经累计获得十七项 国际大奖。其中仅从 1999 年起，美国权威的 CAD 专业杂志 CADENCE 连续 4 年授予 SolidWorks最佳编辑奖， 以表彰SolidWorks的创新、 活力和简明。 至此， SolidWorks 所遵循的易用、稳定和创新三大原则得到了全面的落实和证明，使用它，设计师 大大缩短了设计时间，产品快速、高效地投向了市场。 由于 SolidWorks 出色的技术和市场表现，不仅成为 CAD 行业的一颗耀眼的明 星，也成为华尔街青睐的对象。终于在 1997 年由法国达索公司以三亿一千万美元 的高额市值将 SolidWorks 全资并购。公司原来的风险投资商和股东，以一千三百 万美元的风险投资，获得了高额的回报，创造了 CAD 行业的世界纪录。并购后的 SolidWorks 以原来的品牌和管理技术队伍继续独立运作，成为 CAD 行业一家高素 质的专业化公司。SolidWorks 三维机械设计软件也成为达索企业中最具竞争力的 CAD 产品。 由于使用了 Windows OLE 技术、直观式设计技术、先进的 parasolid 内核（由 剑桥提供）以及良好的与第三方软件的集成技术。SolidWorks 成为全球装机量最 大、最好用的软件。资料显示，目前全球发放的 SolidWorks 软件使用许可约 28 万，涉及航空航天、机车、食品、机械、国防、交通、模具、电子通讯、医疗器 械、娱乐工业、日用品/消费品、离散制造等分布于全球 100 多个国家的约 3 万 1 千家企业。在教育市场上，每年来自全球 4，300 所教育机构的近 145，000 名学 生通过 SolidWorks 的培训课程。 据世界上著名的人才招聘网站检索，与其它 3D CAD 软件相比，SolidWorks 相 关的招聘广告比其它软件的总合还要多，这一事实说明了越来越多的工程师和设 计者使用 SolidWorks 三维软件，越来越多的企业需要 SolidWorks 人才。 Solidworks 软件功能强大，易于操作，界面人性化，技术创新，组件繁多是 SolidWorks 的五大特点。使得 SolidWorks 三维软件成为目前全球领先的三维 CAD 解决方案。SolidWorks 在设计时能够为用户提供不同的设计方案，通过方案的筛 选，工程师能从中选择合适的方案，从而在设计过程中降低设计的错误以及提高 产品质量。在目前市场上所见到的三维 CAD 解决方案中，SolidWorks 是设计过程 比较简便又通俗易懂的软件之一。它不仅提供如此人性化的系统，同时对每个工 程师和设计者，乃至整个机械行业提供了良好的发展基础。SolidWorks 软件是世 界上第一个基于 Windows 开发的三维 CAD 系统，由于技术创新符合 CAD 技术的发 展潮流和趋势，SolidWorks 公司于两年间成为 CAD/CAM 产业中获利最高的公司。 北京交通大学 XX 学院毕业设计（论文） 6 良好的财务状况和用户支持使得 SolidWorks 每年都有数十乃至数百项的技术创 新，公司也获得了很多荣誉。该系统在 1995-1999 年获得全球微机平台 CAD 系统 评比第一名；从 1995 年至今，已经累计获得十七项国际大奖，其中仅从 1999 年 起，美国权威的 CAD 专业杂志 CADENCE 连续 4 年授予 SolidWorks 最佳编辑奖，以 表彰 SolidWorks 的创新、活力和简明。至此，SolidWorks 所遵循的易用、稳定和 创新三大原则得到了全面的落实和证明，使用它，设计师大大缩短了设计时间， 产品快速、高效地投向了市场。由于 SolidWorks 出色的技术和市场表现，不仅成 为 CAD 行业的一颗耀眼的明星，也成为华尔街青睐的对象。终于在 1997 年由法国 达索公司以三亿一千万美元的高额市值将 SolidWorks 全资并购。公司原来的风险 投资商和股东，以一千三百万美元的风险投资，获得了高额的回报，创造了 CAD 行业的世界纪录。并购后的 SolidWorks 以原来的品牌和管理技术队伍继续独立运 作，成为 CAD 行业一家高素质的专业化公司，SolidWorks 三维机械设计软件也成 为达索企业中最具竞争力的 CAD 产品。 由于使用了 Windows OLE 技术、直观式设计技术、先进的 parasolid 内 （由剑桥提供）以及良好的与第三方软件的集成技术，SolidWorks 成为全球装机 量最大、最好用的软件。资料显示，目前全球发放的 SolidWorks 软件使用许可约 28 万，涉及航空航天、机车、食品、机械、国防、交通、模具、电子通讯、医疗 器械、娱乐工业、日用品/消费品、离散制造等分布于全球 100 多个国家的约 3 万 1 千家企业。在教育市场上，每年来自全球 4，300 所教育机构的近 145，000 名学 生通过 SolidWorks 的培训课程。 据世界上著名的人才网站检索， 与其它 3D CAD 系统相比， 与 SolidWorks 相关的招聘广告比其它软件的总和还要多，这比较客观地说明了越来越多的工程 师使用 SolidWorks，越来越多的企业雇佣 SolidWorks 人才。据统计，全世界用户 每年使用 SolidWorks 的时间已达 5500 万小时。 在美国， 包括麻省理工学院 （MIT） 、 斯坦福大学等在内的著名大学已经把 SolidWorks 列为制造专业的必修课，国内的 一些大学（教育机构）如哈尔滨工业大学、清华大学、浙江工业大学、浙江大学、 华中科技大学、北京航空航天大学、大连理工大学、北京理工大学、武汉理工大 学等也在应用 SolidWorks 进行教学。Solidworks 软件功能强大，组件繁多。 Solidworks 有功能强大、易学易用和技术创新三大特点，这使得 SolidWorks 成 为领先的、主流的三维 CAD 解决方案。SolidWorks 能够提供不同的设计方案、减 少设计过程中的错误以及提高产品质量。SolidWorks 不仅提供如此强大的功能， 而且对每个工程师和设计者来说，操作简单方便、易学易用。 SolidWorks 在现今社会阶段逐渐广泛应用， 并且 SolidWorks 公司对中国 市场重点开发，日后 SolidWorks 应用将会更加完善，更加普遍。通过前文对 北京交通大学 XX 学院毕业设计（论文） 7 SolidWorks 的深入了解后，往后会对 SolidWorks 进行个别应用的分析，如建模， 装配，工程图，力学分析等。 4.1 草图绘制草图绘制 掌握点、直线、矩形、弧度圆等基本图形的绘制方法；掌握样条、文字等高级 几何图形的绘制方法；理解集合约束的概念并在草图绘制中熟练应用几何约束； 熟练应用阵列、实体转换等草图绘制工具；能综合应用各种草图绘制实体和利用 草图绘制工具完成草图绘。 4.2 基准特征基准特征-参考几何体的创建参考几何体的创建 清楚明白基于特征的建模方式、参数化思想等概念；灵活运用各种建立基准点 的方法；灵活运用各种建立基准轴方法；灵活运用各种建立基准面的方法；灵活 运用坐标系的建立方法；能根据建模需要综合应用各种参考几何体。 4.3 拉伸、旋转、扫描和放样特征建模拉伸、旋转、扫描和放样特征建模 灵活运用拉伸特征的概念与建立方法；灵活运用旋转特征的概念与建立方法； 掌握扫描特征的概念与建立方法；灵活运用放样特征的概念与建立方法；通过实 践能够准确分析零件的特征，灵活运用拉伸和旋转也正建立三维模型。综合应用 扫描、放样、弯曲、镜向、阵列等特征建立各种实体。 4.4 工程图设计工程图设计 灵活运用用户自定义工程图格式文件的方法；灵活运用建立标准三视图，剖视 图，断面图，局部图，辅助视图等方法；灵活运用各种注释的方法。 4.5 装配设计装配设计 灵活运用自底向上的装配方法；灵活运用生成装配体爆炸图的方法；灵活运用 SolidWorks 智能装配技术；灵活运用装配体零部件的状态和属性控制，并能够在 装配体中设计子装配体；灵活运用干涉检查；灵活运用自上向下的装配方法；灵 活运用在装配模型工程图中添加零件序号；灵活运用生成装配体材料明细表的方 法。 5 基于缩放变形机构的桌面装饰机械总体结构的设计基于缩放变形机构的桌面装饰机械总体结构的设计 5.1 桌面装饰机械的总体方案图桌面装饰机械的总体方案图 本次设计的基于缩放变形机构的桌面装饰机械总体结构的设计采取的方案 是：电机通过圆锥伞齿轮传动带动上层的行星齿轮传动，从而带动了螺杆的转动， 北京交通大学 XX 学院毕业设计（论文） 8 而螺杆是与系杆通过螺纹连接的，这样就带动了系杆的移动，花键轴、套的配合 保证了桌面能顺利地上下滑动。当同时旋转到高点时，桌面升起；高点错开后桌 面下降。中间的轴保持桌面轴与支柱同心，使机构更稳定。虽然花键结构有些复 杂，但该机构能很好的保证三层桌面转动的同时性，故最后选用了该方案。 其具体方案布局图如下： 5.2 桌面装饰机械的工作原理桌面装饰机械的工作原理 本次设计的桌面装饰机械的工作原理是：电机通过圆锥伞齿轮传动带动上层 的行星齿轮传动，从而带动了螺杆的转动，而螺杆是与系杆通过螺纹连接的，这 样就带动了系杆的移动，花键轴、套的配合保证了桌面能顺利地上下滑动。当同 时旋转到高点时，桌面升起；高点错开后桌面下降。中间的轴保持桌面轴与支柱 同心，使机构更稳定。 北京交通大学 XX 学院毕业设计（论文） 9 5.3 机械传动部分的设计计算机械传动部分的设计计算 5.3.1 伺服电机的选型计算伺服电机的选型计算 已知整个机构的总重量 150KG,其他重量 50KG，我们取总重量为 200Kg，转 动速度为 12r/min。即： mm s G = mg = 200 10 = 2000N V = 1 - 2m/min = 16.6 - 33.3/ 具体的电机设计计算如下: 1、确定运行时间 本次设计加速时间 01 (t - t ) 60 = Vl l Vl负载速度（m/min） 有速度可知每秒上升 50mm， 0.033 1.2=1.2 360 = ls 电机转速 电机 = Vl n PB 2 400 /min 0.005 电机 = Vl nr PB 3.负载转矩 0.3 10 200 0.005 1.73 . 220.9 = B gMP TLN m 式中： 4.电机转矩 启动转矩 1 2()2636.9(0.00032) 1.25 . 6060 1.2 + = S NM JMJLJM TN m t 必须转矩 ()2.36.=+=TMTLTS SN m 北京交通大学 XX 学院毕业设计（论文） 10 S 为安全系数，这里取 1.0。 根据以上得出数据，我们选用电机型号为 160BL-A，此电机厂家为机电产 品。根据电机的特性曲线以及参数表如下： 根据计算和特性曲线以及电机基本参数表，我们选用电机型号为 160BL-4030H1-LK-B，电机额定功率为 0.1KW，额定转矩为 7.62N.m，最大转矩为 北京交通大学 XX 学院毕业设计（论文） 11 9N.m，额定转速为 3000r/min。 5.3.2 转动轴的设计计算转动轴的设计计算 轴是组成机械的重要零件之一，它是安装各种传动零件，使之绕其轴线转动传 动转矩或回转运动，并通过轴承与机座相联接。轴与其上的零件组成一个组合体 轴系部件，在轴的设计中不能只考虑轴本身，必须和轴系零、不见的整个结构 密切联系起来。 轴与其上的零件组合成一个组合体，在轴的设计中不能只考虑轴本身，必须 和轴系零部件的整个结构密切联系起来。轴的结构设计是在初算轴径的基础上进 行的。为满足轴上零件的定位、紧固要求和便于轴的加工和轴上零件的装拆，通 常将轴设计成阶梯轴。轴的结构设计的任务是合理确定阶梯轴的形状和全部结构 尺寸。轴的材料选用 45 号钢，为保证其力学性能，进行调质或正火处理。 1、初步计算轴的直径 按照扭 转强度 估算 轴的最小直径，写 成设计公式，轴的 最小直径 6 3 3 min 9.55 10 0.2 Pp dc nn =mm，查表 16.2，c=112, p=20.35, n=851,代入设计公 式得 min d=17.26mm。考虑到轴上有键槽以及其他因素的影响，应适当增加轴径以 补偿键槽对轴强度的削弱。取轴的直径 d 为 20mm，即最右端装带轮处的直径为 20mm。装有密封元件和滚动轴承处的直径，应与密封元件和轴承的内孔径尺寸保 持一致。轴上两个支点的轴承，应尽量采用相同的型号，便于轴承座孔的加工。 相临轴段的直径不同形成轴肩。当轴肩用于轴上零件定位和承受轴向力时，应具 有一定的高度， 轴肩处的直径差一般取 510mm， 这里轴肩出的直径差选择 5mm， 然后协调各段轴的长度，考虑到要装轴承座和机构的合理性，还有螺钉等的长度 及其他各方面的因素，初步确定轴的各段长度。 5.3.3 轴承的设计计算轴承的设计计算 根据根据条件，轴承预计寿命163658=48720小时； （1）已知n=458.2r/min 两轴承径向反力：FR1=FR2=500.2N； 初先两轴承为深沟球轴承6205型。 根据课本P265（11-12）得轴承内部轴向力FS=0.63FR则FS1=FS2=0.63FR1=315.1N； (2)FS1+Fa=FS2Fa=0 故任意取一端为压紧端，现取1端为压紧端 北京交通大学 XX 学院毕业设计（论文） 12 FA1=FS1=315.1N FA2=FS2=315.1N； (3)计算当量载荷 P1、P2根据课本P263表（11-9）取f P=1.5;根据课本P262（11-6）式得 P1=fP(x1FR1+y1FA1)=1.5(1500.2+0)=750.3N； P2=fp(x2FR1+y2FA2)=1.5(1500.2+0)=750.3N； (4)轴承寿命计算 P1=P2故取P=750.3N； 深沟球轴承 =3； 5.3.4 齿轮传动的设计计算齿轮传动的设计计算 （1）材料选择 因传动尺寸无严格限制，批量较小，故小齿轮用 40Cr(调质），硬度 241HB286HB，平均取为 280HB，大齿轮用 45 钢（调质），硬度 229HB286HB,平 均取为 240HB。选齿轮精度为 7 级。 （2）节锥角的计算 1 cot=i （3.11） 1 06222266 . 1 cotcot o =arciarc （3.12） 2 54676706222290 ooo = （3.13） 由文献2表3314可知， 8 . 15062222cos 20sin 12 cos sin 2 2 1 2 min = = oa a h z （3.14） 式中， a h 齿顶高系数，1= a h。 取小齿轮齿数30 1= z， 8 . 493066 . 1 12 = izz （3.15） 取大齿轮齿数50 2 =z。 （3）根据工作条件的要求，大端模数为 12=m （3.16） （4）齿轮分度圆的直径 3603012 11 = mzdmm （3.17） 6005012 22 = mzdmm （3.18） 北京交通大学 XX 学院毕业设计（论文） 13 （5）锥距 86.349 2 600 2 360 22 222 2 2 1 = + = + = dd Rmm （3.19） （6）齿轮齿顶、齿根圆直径 由文献3表910可知， 齿顶高 12121 * =mhh aa mm （3.20） 齿顶圆直径 382062222cos122360cos2 111 =+=+= o aa hddmm （3.21） 610546767cos122600cos2 222 =+=+= o aa hddmm （3.22） 齿根高 ()() 4 . 14122 . 01 * =+=+=mchh af mm （3.23） 齿轮基圆直径 ()()95.31328 . 0 5 . 013605 . 01 11 = Rm ddmm （3.24） ()()52828 . 0 5 . 016005 . 01 22 = Rm ddmm （3.25） （7）齿宽 由文献2表3314可知， 96.9786.34928 . 0 =Rb R mm （3.26） （8）节圆周速度 48.10 1060 55636014 . 3 1060 33 11 = = = nd v m/s （3.27） 6 各主要零部件强度的校核各主要零部件强度的校核 6.1 轴的校核计算轴的校核计算 轴的强度计算一般可分为三种：1）按扭转强度或刚度计算；2）按弯扭合成 强度计算；3）精确强度校核计算。 北京交通大学 XX 学院毕业设计（论文） 14 当轴的支撑位置和轴所受的载荷大小、方向、作用点及载荷种类均已确定， 支撑反力及弯矩可求得时，可按照弯曲或者弯扭合成强度进行轴的强度计算。作 用在轴上的载荷一般按集中载荷考虑，如本设计中的带传动对轴的力，其作用点 取在轮缘宽度的中点。计算时，通常把轴当作置于铰链支座上的双支点梁，一般 轴的支点近似取为轴承宽度中点。 由于本设计所用轴主要是受弯曲强度，很少的扭转强度，是根据扭转强度设 计，应校核轴的弯曲强度，首先分析轴的受力，左端受的是圆锥筛的重力，右端 是带轮对轴的力，中间是轴承座的两个支撑力。 左端的作用力包括筛自身的重力、物料的重力、物料旋转产生的离心力。所 以考虑圆锥筛对轴产生作用力时，仅是一个经验数据。在这里，假设圆锥筛为实 心，对轴的作用力取其重力的 4 1 。 筛的材料为不锈钢，密度是 a F =7.38 /,锥筛大端直径为 D= mm850 ，小端直径是 d=360mm， H=1140mm， h=510mm， 所以锥筛的体积 22 ()( ) 3232 Dd VHh = 即 223 850360 ()1140()510198327172.7 3232 Vmm = 0.2 3 m ; 所以,筛的重力约为 3 0.2 7.85 101570mVpKg= 15709.8/15386GKgN KgN= 故取 G= G 4 1 =3846.5N。 轴径是按扭转强度初步设计的，所以要校核轴的弯曲强度，轴的强度校核也 就是找出危险截面，看危险截面是否满足轴径条件，如果危险截面满 足，那么别 的轴径肯定满足；根据轴的实际尺寸，承受的弯矩、扭矩图考虑应力集中，表面 状态，尺寸影响等因素，及轴材料的疲劳极限，计算危险截面的情况是否满足条 件。我所校核的轴是根据许用弯曲应力校核的，即由弯矩产生的弯曲应力 b 不超 过许用弯曲应力 b ， 一般计算顺序是先画出轴的空间受力图， 将轴上作用力分解 为水平面受力图和垂直面受力图，并求出水平面上和垂直面上的支承点反作用力。 然后作出水平面上的弯矩和垂直面上的弯矩图，作出合成弯矩图和转矩图应用公 式 22 ()MMT=+绘出当量弯矩图，式中 是根据转矩性质而定的应力校正系 北京交通大学 XX 学院毕业设计（论文） 15 数。对于不变的转矩，取 1 1 = b