毕业设计（论文）-投射式自动投石机的设计（全套图纸三维）.pdf

本科毕业设计 题题 目：目： 投射式自动投石器的设计投射式自动投石器的设计 英文题目：英文题目：Design of projection type automatic projection 学学 院：院： 机电工程学院机电工程学院 专专 业：业： 机械设计制造及其自动化机械设计制造及其自动化 姓姓 名：名： 学学 号：号： 指导教师：指导教师： 2016 年年 3 月月 20 日日 毕业设计独创性声明毕业设计独创性声明 该毕业设计是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。文 中除了特别加以标注和致谢的地方外， 不包含其他人或其他机构已经发表或撰 写过的研究成果。 其他同志对本研究的启发和所做的贡献均已在论文中作了明 确的声明并表示了谢意。 作者签名： 日期： 年 月 日 毕业设计使用授权声明毕业设计使用授权声明 本人完全了解青岛滨海学院有关保留、使用毕业设计的规定，即：学校有权 保留送交毕业设计的复印件，允许被查阅和借阅；学校可以公布全部或部分内容， 可以采用影印、缩印或其他复制手段保存该毕业设计。保密的毕业设计在解密后 遵守此规定。 作者签名： 导师签名： 日期： 年 月 日 I 摘摘 要要 可归入“投石器”的武器技术有许多种,其中包括投石器、弩炮以及抛石机。 在古代，投石器本身也是一种武器，其工作原理是利用杠杆的工作原理，当人们 把石头放在投石器的装石头的位置的时候，电机带动曲柄摇杆机构运动，从而将 石头投到预定的位置，过程中采用传感器感应投射点。 本次设计在题目是投射式自动投石器的设计，通过设计它的主体部分，以及 动力源和执行机构，来对该自动投石器进行结构设计和完善，此种类型的投射器 将会大大地提高以往投石器的能力，给后续的投石器项目的研发和设计起到一定 的参考作用。 关键词：关键词：投石器 杠杆 制造 参考 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 II Abstract May be included in the sling weapon technology has many kinds, including catapults, trebuchets and ballista. In ancient times, the sling itself is a weapon, its working principle is using leverage work principle, when people put the stone in the cast stone stone with the position, the motor drives the crank and rocker mechanism movement, which will be a stone cast into a predetermined position, in the process of the sensor projection point. This design topic is projection type automatic catapult design, and by it the main part of the design, as well as the power source and the actuator to the automatic sling structure design and improve, this type of projector will greatly improve previous sling capacity, to the follow- up investment play a certain reference role in the research and design of the stone project. Key words: cast stone lever manufacturing reference III 目目 录录 1 绪论 . 1 1.1 课题的来源与研究的目的和意义 . 1 1.2 本课题研究的内容 . 2 1.3 研究的意义 . 3 2 投射式自动投石器总体结构的设计 . 3 2.1 投射器的设计方案 . 4 2.2 投射部分的工作原理 . 5 3 机械传动部分的设计计算 . 7 3.1 旋转电机的选型计算 . 8 3.2 齿轮传动的设计计算 . 8 3.3 轴承的设计计算 . 9 3.4 传动轴的设计计算 . 10 4 投射式自动投石器中主要零件的三维建模 . 10 4.1 投射器的三维建模 . 10 4.2 飞轮盘的三维建模 . 12 4.3 传动齿轮的三维建模 . 11 4.4 投射式自动投石器的三维建模 . 15 5 投射式自动投石器中主要零件的强度分析与校核 . 17 5.1 滚动轴承强度的校核计算 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 6 设计总结 . 11 结 论 . 21 参考文献 . 22 致 谢 . 23 1 青岛滨海学院机械设计制造及其自动化专业毕业设计 1 绪论 1.1 课题的来源与研究的目的和意义 与弹射器不同，抛石机是利用重锤的重力发射。出现于中世纪初期，使用至 十五世纪，主要用于围攻和防守要塞。抛石机的机架两支柱间有固定横轴，上有 与轴垂直的杠杆，可绕轴自由转动。杠杆短臂上固定一个重物，长臂末端有弹袋 （类似投石带的套子）用于装弹。发射时，用绞车把长臂向后拉至几乎水平，突 然放开，石袋即迅速升起。当短臂重锤完全落下时，投射物从弹袋中沿约 45 度 角飞出。 30 公斤的石弹射程约 140-210 米， 100 公斤的石弹射程约 40-70 米。 当 世界上第一门火炮在中国诞生之前， 我们的祖先使用的重型武器之一就是这种抛 掷石弹的石砲抛石机。所以古代的“砲”字偏旁是“石”而不是“火”。又 叫抛车、发石车等，总之是用来攻守城堡，以石头当炮弹的远程抛射武器。 这种器械，比起古代希腊人和罗马人所使用得投石机和弩砲来，是一种相当 晚近的发明了。据说，是由法国人在 12 世纪将其引入围城作战的。而投石机和 弩砲则在基督纪元前数世纪就已被人使用。1280 年左右，埃吉迪奥科伦纳曾对 这种器械做了相当精确的描写，当时配重式投石机(以下为省称并和 CATAPULT 区别， 目前国外特别是西方资本主义国家正在考虑发展投射式自动投石器的功率 最大化，产能最优化的问题。自“九五”期间投射式自动投石器的开发和研制 已经被列入美国的重大科技攻关计划， 以跟踪世界技术的发展和开发适合美国机 械工业发展的投射式自动投石器。 我国从 1953 年开始生产投射式自动投石器， 于 1958 年自行设计制造投射直 径在 50、70、90、120、500 等规格的投射式自动投石器之后，继而推出了更大 射程的自动投射器。 目前机械式投射式自动投石器将逐渐被全自动投射式自动投石器所代替。 传 统的机械式的投射式自动投石器已经不能完全满足当今市场的需要， 迫切需要各 种多功能的投射式自动投石器来满足市场需求， 如是福建金明公司加大人力开发 出了五个规格十四种类型的投射式自动投石器， 然而我国机械人业所需的投射式 自动投石器全部依赖进口，这使得国产机械人配备投射式自动投石器后，成本增 2 青岛滨海学院机械设计制造及其自动化专业毕业设计 加很大，而装备自行开发生产投射式自动投石器，其成本提高不大，说明投射式 自动投石器的市场前景令人乐观。传统的投射式自动投石器的产品图如下图 1、 图 2 所示： 图 1 3 青岛滨海学院机械设计制造及其自动化专业毕业设计 图 2 1.2 本课题研究的内容 本次设计主要针对投射式自动投石器进行设计， 从投射式自动投石器的整体 方案出发，然后具体细化出具体内部结构，其具体内部结构主要包括以下几个方 面： （1）通过网络和图书馆查找各种关于石头投射机的相关资料，对投射式自动投 石器进行方案的比较和预定。 （2）分析投射式自动投石器的结构与参数 （3）确定设计总体方案 （4）确定具体设计方案 （5）投射式自动投石器的三维图的绘制、CAD 装配图、零件图的绘制。 （6）说明书的整理 1.3 研究的意义 本论文主要研究运用 SolidWorks 对投射式自动投石器进行设计。通过对投 4 青岛滨海学院机械设计制造及其自动化专业毕业设计 射式自动投石器进行设计，来了解投射式自动投石器的结构组成、工作原理以及 以后的发展趋势和现状。通过设计出投射式自动投石器，从而来掌握投射式自动 投石器的整个设计生产流程，培养工程意识。 我国生产的投射式自动投石器结构简陋，投射效率始终不高，虽然经过几十 年的发展，近期产品的质量较早期有所提高。但受国产配套件质量及设计水平等 的影响， 我国目前生产的投射式自动投石器的总体水平与进口产品及港口用户的 要求仍有较大差距，投射式自动投石器的生产也是如此，为满足市场需求，开发 出一种新型的投射式自动投石器势在必行！本文运用大学所学的知识，提出了投 射式自动投石器的结构组成、 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，构建了投射式自动投石器总的指导思想，从而得出了该投射 式自动投石器的优点是高效，经济，并且校正质量高，运行平稳的结论。 通过设计投射式自动投石器，要求学生掌握大学四年所学到的知识，了解机 械原理，机械设计，以及传动机构设计等方面的知识，综合运用三维绘图软件， 二维绘图软件对机械设备进行设计。通过本次毕业设计，综合提高学生的实际应 用水平和设计能力。 相信此种投射式自动投石器的出现将会大大提高石头的投射能力和质量， 为 企业的生产的年产能方面，以及经济效益方面能够带来显著的进步，同时也在某 种程度上推进了机械工业的不断发展。 2 投射式自动投石器总体结构的设计 2.1 投射器的设计方案 本次设计的头射式自动投石器主要是利用杠杆的工作原理， 当人们把石头放 在投石器的装石头的位置的时候，电机带动曲柄摇杆机构运动，从而将石头投到 预定的位置，过程中采用传感器感应投射点。本次设计的投射部分方案简图如下 图 3 所示： 5 青岛滨海学院机械设计制造及其自动化专业毕业设计 图 3 2.2 投射部分的工作原理 主要是利用杠杆的工作原理， 当人们把石头放在投石器的装石头的位置的时 候，电机带动曲柄摇杆机构运动，从而将石头投到预定的位置，过程中采用传感 器感应投射点。其具体原理简图如下图 4 所示： 6 青岛滨海学院机械设计制造及其自动化专业毕业设计 图 4 3 机械传动部分的设计计算 3.1 旋转电机的选型计算 根据投射系统的要求，应考虑电动机的种类、型式、额定电压、额定转速和 额定功率、工作方式，在决定电动机功率时考虑到电动机的发热，允许过载能力 启动能力等问题，现选用比较适合的 Y 系列三相异步电动机，这是由于 Y 系列三 相异步电动机的功率等级和安装尺寸与国外同类型的先进产品相当， 因而具有与 国外同类型产品之间良好的互换性，供配套出口及引进设备替换。选取功率为 1.0KW，额定电压：380V， 频率：50HZ ,额定转速为 1440rpm，额定转矩 2.3N .m， 型号为 Y100-2，电动机选用三角型启动方法启动。 7 青岛滨海学院机械设计制造及其自动化专业毕业设计 3.2 机械传动部分的设计计算 3.2.1 齿轮传动的设计计算 1） 选择齿轮材料为 45（调质），硬度为 280HBS. 2） 精度等级选用 7 级精度； 3）小齿轮齿数 z150，大齿轮齿数 z275 的； 4） 齿轮模数都为 2 的直齿轮 按齿面接触强度设计 因为低速级的载荷大于高速级的载荷，所以通过低速级的数据进行计算 1） 确定公式内的各计算数值 （1） 试选 Kt1.6 （2）选取区域系数 ZH2.433 （3）选取尺宽系数d1 （4）查得10.75，20.87，则121.62 （5）查得材料的弹性影响系数 ZE189.8Mpa （6） 按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限Hlim1600MPa；大齿轮的解 除疲劳强度极限Hlim2550MPa； （7）计算应力循环次数 N160n1jLh601921（283005）3.3210e8 N2N1/56.64 107； （8） 查得接触疲劳寿命系数 KHN10.95； KHN20.98 ； （9） 计算接触疲劳许用应力 ； 取失效概率为 1，安全系数 S1，由得： H10.95600MPa570MPa H20.98550MPa539MPa HH1H2/2554.5MPa； 8 青岛滨海学院机械设计制造及其自动化专业毕业设计 3.3 轴承的设计计算 滚动轴承为双列圆锥滚子轴承350324B， 由文献2表242 .39得862= r CKN， 1490= or CKN，83. 0=e，8 . 0 1 =Y。 3.3.2 寿命验算 轴承所受支反力合力 74.150502.136813.629 2222 =+=+= BZBYB RRRN （4.1） 对于双列圆锥滚子轴承，派生轴向力互相抵消。 0= Ba F，57.712= aCa FFN 由文献2表242 .39得， e R F B Ba ， 74.150508 . 074.1505 1 =+=+= BaBBr FYRPN （4.2） 按轴承 B 的受力大小验算 9 3 10 366 1078 . 4 74.1505 10862 55660 10 60 10 = = = Br h P C n Lh （4.3） 9 1078 . 4 = h Lh= 5 1046 . 5 年 由于投石器的运转平稳，必须选择较大寿命的轴承，轴承能达到所计算的寿 命。 经审核后，此轴承合格。 9 青岛滨海学院机械设计制造及其自动化专业毕业设计 3.4 传动轴的设计计算 估算轴径d，选材料为 45 钢， B =650 MPa， S =360MPa。取 C=112，则 轴的最小直径 d40 184 337 . 0 112 2 . 0 1055 . 9 33 3 6 = n P C n P T mm 该轴特点是：上端连接旋转台，下端敲入轴承，中间是齿轮传动。所以用两 个轴承来支撑，设计轴的结构图如下： 同上，该轴无须进行强度计算，只须齿轮部分满