0168-三面翻广告牌传动系统设计【全套11张CAD图+说明书】
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三面翻
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11
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摘要：户外广告是一种典型的城市广告形式，随着社会经济的发展，户外广告已不仅仅是广告业发展的一种传播媒介手段，而是现代化城市环境建设布局中的一个重要组成部分。本设计为三面翻广告牌的传动系统，三面翻广告牌是由一组并排的三棱柱组成，三棱柱可由铝型材制成，且可围绕自身中心轴转动，将三种广告画面分别设置在改组三棱柱的三个面上，从而利用三棱柱的三个侧面可形成三副画面，转动三棱柱即可变换广告画面。
本文介绍了三面翻广告牌传动系统方案，能够实现多种翻动效果，实现非单一的翻动效果，并完成三面翻广告牌传动系统中关键零部件的结构参数设计，包括传动部件的设计，轴的设计与校核，电机的选择等。运用CAD软件完成了三面翻广告牌结构装配图与相关零件图，并运用Pro/e软件对三面翻广告牌传动系统进行三维造型设计。
关键字：三面翻、传动系统、广告牌、设计
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一、选题的意义 户外广告是一种典型的城市广告形式，随着社会经济的发展，户外广告已不仅仅是广告业发展的一种传播媒介手段，而是现代化城市环境建设布局中的一个重要组成部分。本设计为三面翻广告牌的传动系统，三面翻广告牌是由一组并排的三棱柱组成，三棱柱可由铝型材制成，且可围绕自身中心轴转动，将三种广告画面分别设置在改组三棱柱的三个面上，从而利用三棱柱的三个侧面可形成三副画面，转动三棱柱即可变换广告画面。因此，三面翻广告牌具有同一面积可三陪表现的空间和视觉感的优点。现有三面翻广告牌通常由传动装置来实现其不断变换画面的功 能，但现有的传动装置结构复杂，复杂的结构使其制造成本较高，而且使用上容易出现故障，使得三面翻广告牌的工作可靠性降低。针对上述现有技术的不足，本设计的主要目的是提供三面翻广告牌的传动装置，其结构简单、成本低且工作可靠度高。为实现上述目的，本三面翻广告牌传动装置包括一用于连接电机的第一传动轴、一用于连接广告牌的第二传动轴，连接在第一传动轴的第一传动轮及连接在第二传动轴的第二传动轮垂直设置，第一传动轮可以带动第二传动轮转动，而第二传动轮的转动带动第二传动轴及广告牌进行转动，所述述第二传动轮包括一第一齿轮于一第二齿 轮，所述凸起可推动第一齿轮转动，而所述凹槽则可配合且以其侧壁带动第二齿轮转动，且在凹槽和凸起分别于第一和第二齿轮完成一次啮合后，第二传动轮绕第二传动轴转动 120。 三面翻广告牌的传动装置，其中，所述第一于第二齿轮分别具有三个等角度间隔设计的齿，且第一于第二齿轮分别呈三角形状。第一与第二齿轮沿其中心线重叠设计，且六个齿为等角度间隔设计。凹槽与凸起沿第一传动轮的径向设计，凸起大致呈圆弧状，且其两端设有导引面；凹槽的相对两壁设有导引面，且大致呈八字状。 传动装置包括数个第一、第二传动轮及第二传动轴，且所 述第一传动轮的凹槽与凸起排列在同一条直线上，沿广告牌中心将数个第一传动轮分成呈镜像对称设置的两部分，且每一部分的凹槽与凸起依次沿一条曲线排列设置。 国内外三面翻广告的发展趋势： 日前，由国家发改委工业司牵头编制的专项研究报告国际装备三面翻业的最新发展动态与趋势出炉。该报告对 2000 2006 年美国、日本、德国、法国、意大利、韩国、巴西、印度和国九个国家的装备三面翻业总产值、增加值等数据进行了全面统计，以定量分析的方法研究了国际装备三面翻业的发展现状、动态及趋势，以及国际装备三面翻业的技术发展趋势与组织 结构调整演变。 该报告预测，在国内需求拉动与国际产业转移的 “双重动力 ”带动下，我国装 备三面翻业将继续保持快速稳定增长的良好势头，预计未来五年内利润增长率仍可持续在 30%左右，而行业发展也将体现以下四个方面的特征： 第一 、 产业总规模进一步扩大，基础地位不断增强。作为为国民经济发展和国防建设提供技术装备的基础性、支柱性和战略性的产业，装备三面翻业目前已成为我国规模最大的产业门类之一。据统计， 2007 年我国装备三面翻业总产值首次突破 7 万亿元，比 2006 年增长近 32%，连续 5 年以超过 20%的速度持续快速发展；国内规 模以上装备三面翻企业实现利润 元，同比增长 第二、 研发投入进一步增加，创新能力不断提高。今后一段时期，我国增强自主创新能力、振兴装备三面翻业的一系列重大项目将继续实施，对于引导企业等社会各方面加大对装备三面翻业的研发投入，提升装备三面翻企业的创新能力，具有十分重要的意义。报告预测，未来 5 年内我国装备三面翻企业研发投入占销售收入的比重将由现在的 右增长到 2%左右。 第三、 创造的自主知识产权总量进一步增大，核心竞争力不断提升。我国装备三面翻业九大重点领域（发电设备、石化设备、 冶金设备、机床、仪器仪表、煤炭机械、工程机械、农业机械、环保设备）的国内单位或个人，在华申请专利数量呈现出持续增长的态势。报告预测，未来 5 年内装备三面翻业九大重点领域的国内单位或个人在华发明专利授权总量、发明专利申请总量和实用新型专利总量的增长率都将达到 30%以上；我国装备三面翻业被授予国驰名商标的数量仍会进一步增加，年均增长率将达到 30%以上。 第四 、 国家重大工程项目进一步实施，一大批重大技术装备不断实现自主化。报告预测，未来 5 年内，依托国家重大工程，在能源、材料、机械三面翻等领域，加快研制开发大容量高水头水电机组、百万千瓦压水堆核电关键设备、大型石油天然气长输管线成套装备、大型煤矿综合采掘及洗选成套装备、百万吨级大型乙烯成套设备、大型煤化工成套设备、大型宽带薄板及宽厚钢板生产关键装备、新型船舶和海洋石油工程设备等，一大批重大技术装备必将逐步实现自主化。 二、研究的主要内容 要是间隙传动为主，辅以其他传动方式），要 求能实现多种翻动效果（也就是说能不能利用所设计结构，可以通过方便的调整，实现非单一的翻动效果）； 括传动部件 的设计（齿轮，间隙机构等），轴的设计与校核，电机的选择等 张） 维造型（选作简单控制系统） 三、设计步骤、方法及措施 1设计准备阶段 2 周 2拟定总体方案 2 周 3. 绘制图纸 5 周 4 传动系统的设计 3 周 5设计说明书撰写 3 周 6准备答辩讲稿、进行答辩 1 周 四、毕业论文 提纲 1前言 2 总体方案的论证 3 传动方案的论证 4 选用电动机 5 机械传动装置的总体设计与计算 6 机械传动件的设计计算 7 间隙机构方案的选择 8 不完全齿轮效果造型 9 轴的设计计算 10 轴承的选择和润滑 11 轴承盖的设计计算 12 结论 参考文献 致 谢 五、主要参考文献 1 王旭 , 王积森 . 机械设计课程设计 M械工业出版社， 2003. 2 成大先 . 机械设计手册 单行版 机械传动 M工工业出版社，2004. 3 成大先 . 机械设计手册 单行版 轴及其联接 M工工业出版社，2004. 4 成大先 . 机械设计手册 单行版 轴承 M工工业出版社， 2004. 5 钱志峰，刘苏 M学出版社， 2001. 6 沈世德 . 机械原理 M械工业出版社， 2001. 7 瞿燕南 ,机械制造技术 M. 北京：机械工业出版社， 2001. 8 徐 灏 . 机械设计手册 M. 北京：机械工业出版社， 1991. 9 机械工程手册，电机工程手册编辑委员会 . 机械工程手册 M. 北京：机械工业出版社， 1995. 10 徐 灏 . 新编机械设计师手册 M. 北京：机械工业出版社， 1995. 11 胡家秀 . 机械零件设计实用手册 M. 北京：机械工业出版社， 1999. 12 李益民 . 机械制造工艺设计手册 M. 北京：机械工业出版社， 1995. 13 张耀宸 . 机械加工工艺设计手册 M. 北京：航空工业出版社， 1987. 14 孟宪源 . 现代机构手册 M. 北京：机械工业出版社， 1994. 15 徐锦康 . 机械设计 M等教育出版社， 2004. 16 吉卫喜 . 机械制造技术 M. 北京：机械工业出版社， 2001. 摘要 ： 户外广告是一种典型的城市广告形式，随着社会经济的发展，户外广告已不仅仅是广告业发展的一种传播媒介手段，而是现代化城市环境建设布局中的一个重要组成部分。本设计为三面翻广告牌的传动系统，三面翻广告牌是由一组并排的三棱柱组成，三棱柱可由铝型材制成，且可围绕自身中心轴转动，将三种广告画面分别设置在改组三棱柱的三个面上，从而利用三棱柱的三个侧面可形成三副画面，转动三棱柱即可变换广告画面。 本文介绍了 三面翻广告牌传动系统方案， 能够实现多种翻动效果，实现非单一的翻动效果，并 完成三面翻广告牌传动系统中关键零部件的结构 参数设计，包括传动部件的设计，轴的设计与校核，电机的选择等。运用 件完成了三面翻广告牌结构装配图与相关零件图，并运用 e 软件对三面翻广告牌传动系统进行 三维造型设计。 关键字 ： 三面翻 、传动 系统 、 广告牌 、 设计 is a of is of as a of of is an in by by a of be of ad up in he to of be to a of to in of of AD to of e on 1 机械设计理论 机械设计是一门通过设计新产品或者改进老产品来满足人类需求的应用技术科学。它涉及工程技术的各个领域，主要研究产品的尺寸、形状和详细结构的基本构思，还要研究产品在制造、销售和使用等方面的问题。 进行各种机械设计工作的人员通常被称为设计人员或者机械设计工程师。机械设计是一项创造性的工作。设计工程师不仅在工作上要有创造性，还必须在机械制图、运动学、工程材料、材料力学和机械制造工艺学等方面具有深厚的基础知识。 如前所诉，机械设计的目的是生产能够满足人类需求的产品。发明、发现和科技知识本身并不一定能给 人类带来好处，只有当它们被应用在产品上才能产生效益。因而，应该认识到在一个特定的产品进行设计之前，必须先确定人们是否需要这种产品。 应当把机械设计看成是机械设计人员运用创造性的才能进行产品设计、系统分析和制定产品的制造工艺学的一个良机。掌握工程基础知识要比熟记一些数据和公式更为重要。仅仅使用数据和公式是不足以在一个好的设计中做出所需的全部决定的。另一方面，应该认真精确的进行所有运算。例如，即使将一个小数点的位置放错，也会使正确的设计变成错误的。 一个好的设计人员应该勇于提出新的想法，而且愿意承担一定的风险， 当新的方法不适用时，就使用原来的方法。因此，设计人员必须要有耐心，因为 所花费的时间和努力并不能保证带来成功。一个全新的设计，要求屏弃许多陈旧的，为人们所熟知的方法。由于许多人墨守成规，这样做并不是一件容易的事。一位机械设计师应该不断地探索改进现有的产品的方法，在此过程中应该认真选择原有的、经过验证的设计原理，将其与未经过验证的新观念结合起来。 新设计本身会有许多缺陷和未能预料的问题发生，只有当这些缺陷和问题被解决之后，才能体现出新产品的优越性。因此，一个性能优越的产品诞生的同时，也伴随着较高的风险。应该强 调的是，如果设计本身不要求采用全新的方法，就没有必要仅仅为了变革的目的而采用新方法。 2 在设计的初始阶段，应该允许设计人员充分发挥创造性，不受各种约束。即使产生了许多不切实际的想法，也会在设计的早期，即绘制图纸之前被改正掉。只有这样，才不致于堵塞创新的思路。通常，要提出几套设计方案，然后加以比较。很有可能在最后选定的方案中，采用了某些未被接受的方案中的一些想法。 心理学家经常谈论如何使人们适应他们所操作的机器。设计人员的基本职责是努力使机器来适应人们。这并不是一项容易的工作，因为实际上并不存在着一个对所有人来 说都是最优的操作范围和操作过程。 另一个重要问题，设计工程师必须能够同其他有关人员进行交流和磋商。在开始阶段，设计人员必须就初步设计同管理人员进行交流和磋商，并得到批准。这一般是通过口头讨论，草图和文字材料进行的。为了进行有效的交流 ，需要解决下列问题： （ 1） 所设计的这个产品是否真正为人们所需要？ （ 2） 此产品与其他公司的现有同类产品相比有无竞争能力？ （ 3） 生产这种产品是否经济？ （ 4） 产品的维修是否方便？ （ 5） 产品有无销路？是否可以盈利？ 只有时间能对上述问题给出正确答案。但是， 产品的设计、制造和销售只能在对上述问题的初步 肯定答案的基础上进行。设计工程师还应该通过零件图和装配图，与制造部门一起对最终设计方案进行磋商。 通常 ，在制造过程中会出现某个问题。可能会要求对某个零件尺寸或公差作一些更改，使零件的生产变得容易。但是，工程上的更改必须要经过设计人员批准，以保证不会损伤产品的功能。有时，在产品的装配时或者装箱外运前的试验中才发现设计中的某种缺陷。这些事例恰好说明了设计是一个动态过程。总是存在着更好的方法来完成设计工作，设计人员应该不断努力，寻找这些更好的方法。 近些年来，工程材料的选择已经显得重要。此外，选择过程应该是一个 对材料的连续不断的重新评价过程。新材料不断出现，而一些原有的材料的能够 3 获得的数量可能会减少。环境污染、材料的回收利用、工人的健康及安全等方面经常会对材料选择附加新的限制条件。为了减轻重量或者节约能源，可能会要求使用不同的材料。来自国内和国际竞争、对产品维修保养方便性要求的提高和顾客的反馈等方面的压力，都会促使人们对材料进行重新评价。由于材料选用不当造成的产品责任诉讼，已经产生了深刻的影响。此外，材料与材料加工之间的相互依赖关系已经被人们认识得更清楚。因此，为了能在合理的成本和确保质量的前提下获得满意的结果， 设计工程师的制造工程师都必须认真仔细地选择、确定和使用材料。 制造任何产品的第一步工作都是设计。设计通常可以分为几个明确的阶段：（ a）初步设计；（ b）功能设计；（ c）生产设计。在初步设计阶段，设计者着重考虑产品应该具有的功能。通常要设想和考虑几个方案，然后决定这种思想是否可行；如果可行，则应该对其中一个或几个方案作进一步的改进。在此阶段，关于材料选择唯一要考虑的问题是：是否有性能符合要求的材料可供选择；如果没有的话，是否有较大的把握在成本和时间都允许的限度内研制出一种新材料。 在功能设计和工程设计阶段，要做 出一个切实可行的设计。在这个阶段要绘制出相当完整的图纸，选择并确定各种零件的材料。通常要制造出样机或者实物模型，并对其进行试验，评价产品的功能、可靠性、外观和维修保养性等。虽然这种试验可能会表明，在产品进入到生产阶段之前，应该更换某些材料，但是，绝对不能将这一点作为不认真选择材料的借口。应该结合产品的功能，认真仔细地考虑产品的外观、成本和可靠性。一个很有成就的公司在制造所有的样机时，所选用的材料应该和其生产中使用的材料相同，并尽可能使用同样的制造技术。这样对公司是很有好处的。功能完备的样机如果不能根据预期的销售量经济地制造出来，或者是样机与正式生产的装置在质量和可靠性方面有很大不同，则这种样机就没有多大的价值。设计工程师最好能在这一阶段完全完成材料的分析、选择和确定工作，而不是将其留到生产设计阶段去做。因为，在生产设计阶段材料的更换是由其他人进行的，这些人对产品的所有功能的了解不如设计工程师。 4 在生产设计阶段中，与材料有关的主要问题是应该把材料完全确定下来，使它们与现有的设备相适应，能够利用现有设备经济地进行加工，而且材料的数量能够比较容易保证供应。 在制造过程中，不可避免地会出现对使用中的材料做一些更改的情 况。经验表明，可采用某些便宜材料作为替代品。然而，在大多数情况下，在进行生产以后改换材料要比在开始生产前改换材料所花费的代价要高。在设计阶段做好材料选择工作，可以避免多数这样的情况。在生产制造开始后出现了可供使用的新材料是更换材料的最常见的原因。当然，这些新材料可能降低成本、改进产品的性能。但是，必须对新材料进行认真的评价，以确保其所有性能都满足要求。应当记住，新材料的性能和可靠性很少像现有材料那样为人们所了解。大部分的产品失效和产品责任事故案件是由于在选用新材料作为替代材料之前，没有真正了解它们的长期使用 性能而引起的。 产品的责任诉讼迫使设计人员和公司在选择材料时，采用最好的程序。在材料过程中，五个最常见的问题为：（ a）不了解或者不会使用关于材料应用方面的最新最好的信息资料； (b)未能预见和考虑擦黑年品可能的合理用途（如有可能，设计人员还应进一步预测和考虑由于产品使用方法不当造成的后果。在近年来的许多产品责任诉讼案件中，由于错误地使用产品而受到伤害的原告控告生产厂家，并且赢得判决）； (c)所使用的材料的数据不全或是有些数据不确定，尤其是当其长期性能数据是如此的时候； (d)质量控制方法不适当和未经验证；(e)由一些完全不称职的人员选择材料。 通过对上述五个问题的分析，可以得出这些问题是没有充分理由存在的结论。对这些问题的研究分析可以为避免这些问题的出现指明方向。尽管采用最好的材料选择方法也不能避免发生产品责任诉讼，设计人员和工业界按照适当的程序进行材料选择，可以大大减少诉讼的数量。 从以上的讨论可以看出，选择材料的人们应该对材料的性质，特点和加工方法有一个全面而基本的了解。 1 he is or to It in so on on of to be or is a in in so on If is to on to on in a do of as is on a to to is is to in a On be on if a to A to is to is to to to A 2 of is an A of in it to a is at is a if to is to In to to of if in in of is to up of in in to s is to is an to to in is be to on In to to on on is is In to on to 3 (1) is (2) (3) of is (4) is (5) is to be to to in on to on of to in to or to in to to in of or in in of is a a to to be In be to so on s to of In to or to s so on to on to 4 In is by in to in to to to of is (a) (b) (c) In of is If is to or In of to to to be to If a in in of In to a up in of or on to so of in to in in be as as to if to 5 to or is in is of is in is it to is on in by to to I n is to to on be to In to to to in in on to to in to to to to be of in to to is on to to on of by is in to in of In (a) or (b) 6 to to to be to In to (c) as is in (d) is (e) is by to is to of to be to on of to to 毕业设计（论文）任务书 I、毕业设计 (论文 )题目： 三面翻广告牌传动系统设计 业设计 (论文 )使用的原始资料 (数据 )及设计技术要求： 课题针对 三个不同画面在同一个 三棱柱上的 广告牌 。 通过 设计 传动 装置，使 多支三棱 柱有规律地反复转动， 让 各三棱柱 能 按预先设置好的方式进行不同形式、顺序的翻转，定 格后分别组成三幅画面。 要求： 1） 确定三面翻广告牌传动系统方案 2） 完成三面翻广告牌传动系统中关键零部件的结构参数设计，包括传动 机构 的设计，轴 的设计与校核，电机的选择等 3） 完成三面翻广告牌结构装配图与相关零件图 4） 三面翻广告牌传动系统三维造型（选作简单控制系统） 业设计 (论文 )工作内容及完成时间： 1. 查阅相关资料，外文资料翻译（ 6000 字符以上），撰写开题报告。 第 1 周 第 2 周 2. 整体方案设计和绘制机构运动简图 第 3 周 第 4 周 3. 主要构件的强度等设计计算 第 5 周 第 8 周 4. 绘制装配图及其各零件工作图 第 9 周 第 11 周 5. 编制设计说明书 第 12 周 第 13 周 6. 撰写毕业论文 第 14 周 第 16 周 7. 答辩准备及毕业答辩 第 17 周 、主 要参考资料： 1 机械设计实用手册编委会编 . 机械设计实用手册 . 北京 : 机械工业出版社 , 2009 2 吴宗泽主编 . 机械设计师手册 . 北京 : 机械工业出版社 , 2009 3 胡坚 . 中板翻板机典型结构的运动分析 . 中国重型装备 , 2008(2): 464 张锡玉 , 刘建波 , 汤武初 . 曲柄摇杆式翻板机的仿真设计及改进 . 一重技术 , 2009(2): 95 o., 1985 航空与机械工程 系 机械设计制造及其自动化 专业类 0781051 班 学生（签名）： 袁新宽 填写日期： 2011 年 01 月 03 日 指导教师（签名）： 助理指导教师 (并指出所负责的部分 )： 机械设计制造及其自动化 系主任（签名）： 附注 :任务书应该附在 已完成的毕业设计说明书首页。 目 录 1 前言 . 1 介 . 1 内外三面翻广告牌发展趋势 . 1 2 总体方案的论证 . 3 3 传动方案的论 .案一 齿轮传动 . 4 案二 带传动 . 5 案三 链传动 . 6 4 选用电动机 . 6 5 机械传动装置的总体设计与计算 . 7 6 机械传动件的设计计算 . 9 轮传动的设计与计算 . 9 . 9 要失效形式 . 14 7 间 隙机构方案的选择 . 17 8 不完全齿轮效果造型 . 18 9 轴的设计计算 . 20 10 轴承的选择和润滑 . 23 . 23 . 24 11 轴承盖的设计计算 . 25 12结论 . 26 参考文献 . 27 致 谢 . 28 三面翻广告牌传动系统设计说明书 1 1. 前言 户外广告是一种典型的城市广告形式，随着社会经济的发展，户外广告已不仅仅是广告业发展的一种传播媒介手段，而是现代化城市环境建设布局中的一个重要组成部分。本 设计为三面翻广告牌的传动系统，三面翻广告牌是由一组并排的三棱柱组成，三棱柱可由铝型材制成，且可围绕自身中心轴转动，将三种广告画面分别设置在改组三棱柱的三个面上，从而利用三棱柱的三个侧面可形成三副画面，转动三棱柱即可变换广告画面。因此，三面翻广告牌具有同一面积可三陪表现的空间和视觉感的优点。现有三面翻广告牌通常由传动装置来实现其不断变换画面的功能，但现有的传动装置结构复杂，复杂的结构使其制造成本较高，而且使用上容易出现故障，使得三面翻广告牌的工作可靠性降低。针对上述现有技术的不足，本设计的主要目的是提供三面翻 广告牌的传动装置，其结构简单、成本低且工作可靠度高。为实现上述目的，本三面翻广告牌传动装置包括一用于连接电机的第一传动轴、一用于连接广告牌的第二传动轴，连接在第一传动轴的第一传动轮及连接在第二传动轴的第二传动轮垂直设置，第一传动轮可以带动第二传动轮转动，而第二传动轮的转动带动第二传动轴及广告牌进行转动，所述述第二传动轮包括一第一齿轮于一第二齿轮，所述凸起可推动第一齿轮转动，而所述凹槽则可配合且以其侧壁带动第二齿轮转动，且在凹槽和凸起分别于第一和第二齿轮完成一次啮合后，第二传动轮绕第二传动轴转动 120。 三面翻广告牌的传动装置，其中，所述第一于第二齿轮分别具有三个等角度间隔设计的齿，且第一于第二齿轮分别呈三角形状。第一与第二齿轮沿其中心线重叠设计，且六个齿为等角度间隔设计。凹槽与凸起沿第一传动轮的径向设计，凸起大致呈圆弧状，且其两端设有导引面；凹槽的相对两壁设有导引面，且大致呈八字状。 传动装置包括数个第一、第二传动轮及第二传动轴，且所述第一传动轮的凹槽与凸起排列在同一条直线上，沿广告牌中心将数个第一传动轮分成呈镜像对称设置的两部分，且每一部分的凹槽与凸起依次沿一条曲线排列设置。 国内外三面 翻广告的发展趋势： 2 日前，由国家发改委工业司牵头编制的专项研究报告国际装备三面翻业的最新发展动态与趋势出炉。该报告对 2000 2006年美国、日本、德国、法国、意大利、韩国、巴西、印度和国九个国家的装备三面翻业总产值、增加值等数据进行了全面统计，以定量分析的方法研究了国际装备三面翻业的发展现状、动态及趋势，以及国际装备三面翻业的技术发展趋势与组织结构调整演变。 该报告预测，在国内需求拉动与国际产业转移的 “ 双重动力 ” 带动下，我国装备三面翻业将继续保持快速稳定增长的良好势头，预计未来五年内利润增长率仍可持续在 30%左右，而行业发展也将体现以下四个方面的特征： 第一，产业总规模进一步扩大，基础地位不断增强。作为为国民经济发展和国防建设提供技术装备的基础性、支柱性和战略性的产业，装备三面翻业目前已成为我国规模最大的产业门类之一。据统计， 2007 年我国装备三面翻业总产值首次突破 7万亿元，比 2006 年增长近 32%，连续 5年以超过 20%的速度持续快速发展；国内规模以上装备三面翻企业实现利润 元，同比增长 第二，研发投入进一步增加，创新能力不断提高。今后一段时期，我国增强自主创新能力、 振兴装备三面翻业的一系列重大项目将继续实施，对于引导企业等社会各方面加大对装备三面翻业的研发投入，提升装备三面翻企业的创新能力，具有十分重要的意义。报告预测，未来 5年内我国装备三面翻企业研发投入占销售收入的比重将由现在的 右增长到 2%左右。 第三，创造的自主知识产权总量进一步增大，核心竞争力不断提升。我国装备三面翻业九大重点领域（发电设备、石化设备、冶金设备、机床、仪器仪表、煤炭机械、工程机械、农业机械、环保设备）的国内单位或个人，在华申请专利数量呈现出持续增长的态势。报告预测，未来 5 年内装备三面 翻业九大重点领域的国内单位或个人在华发明专利授权总量、发明专利申请总量和实用新型专利总量的增长率都将达到 30%以上；我国装备三面翻业被授予国驰名商标的数量仍会进一步增加，年均增长率将达到 30%以上。 第四，国家重大工程项目进一步实施，一大批重大技术装备不断实现自主化。报告预测，未来 5年内，依托国家重大工程，在能源、材料、机械三面翻等领域，加快研制开发大容量高水头水电机组、百万千瓦压水堆核电关键设备、大型石油天然气长输管线成套装备、大型煤矿综合采掘及洗选成套装备、百万吨级大型乙烯成套设备、大型煤化工成套设备 、大型宽带薄板及宽厚钢板生产关键装备、新型船舶和海洋石油工程设备等，一大批重大技术装备必将逐步实现自主化。 三面翻广告牌传动系统设计说明书 3 2 三面翻广告牌传动机构性能的好坏直接影三面翻广告牌的使用效果，其主要体现在一下几方面： 1、 安装更简单，将所有程序输入微电脑控制系统，整个广告牌只需三根电线连接，即可实现全部功能，不需任何调试即可正常工作；更换元件非专业人员只需 几 分钟； 2、 性能更稳定，内设三级自动保护系统，几乎无须维护，无故障连续工作时间可达 3，使用寿命可达 20 年； 3、 结构更稳定，电机内部设力矩自锁系 统，抗风可达 10级，不会出现三棱柱敌乱序现象，由于电机定位装置全部采用模具生产，各三棱柱（画面）排序也更平整。 主要传动方案： 方案一： 单电机传动， 主要结构为每个三面翻由对应的电机控制其相应的转动，其结构较复杂，成本较高等； 方案二： 包括有 一 电机、输出轴、传动轴和设在三面广告柱传动中心轴处的转动轴，在传动轴与转动轴之间设有配合连接传动机构，配合连接传动机构包括有固定安装在传动轴上的缺口圆盘和固定在传动轴上的双三角传动块，其中双三角传动块有小三角形块和大三角形块错位叠加为一体结构，小三角形块的顶角正对于大三角形 块的边中线位置，大三角形块的边缘贴在缺口圆盘的侧面，缺口圆盘一位置开有一缺口，并且缺口能容纳大三角形块的角，在缺口圆盘的缺口旁靠近圆心处设有凸块，其特征在于缺口圆盘与传动轴之间设有可移动定位机构。 方案二结构紧凑，布局合理，传动简单，可靠性高，使用寿命可以得到保障，制造成本低，加工简单。方案一 结构较复杂，成本较高，安装不方便 。经过二个方案的比较，选用方案二。 4 图 2部图 3. 传动方案的论证 案一 齿轮传动 图 3轮传动 齿轮传动的主要优点是：瞬时传动比恒定，工作平稳，传动 准确可靠，可传递空间任意两轴之间的运动和动力；适用于功率和速度范围广，功率从接近于零的微小值到数万千瓦，圆周速度从很低到 300m/s；传动效率高， =常用的机械传动中，齿轮的传动效率较高；工作可靠，使用寿命长；外廓尺寸小，结构紧凑。 齿轮传动的主要缺点：制造和安装精度要求较高，需专门设备制造，成本较三面翻广告牌传动系统设计说明书 5 高，不宜用于较远距离两轴之间的传动。 齿轮传动应满足的基本要求是：瞬时传动比不变，冲击、振动和噪声小，能保证较好的传动平稳性和较高的运动精度；在尺寸小、质量轻的前提下，轮齿 的强度高，耐磨性好，承载能力大，能达到预期的工作寿命。 案二 带传动 图 3传动 带传动的主要优点：缓冲和吸振，传动平稳、噪声小；带传动靠摩擦力传动，过载时带与带轮接触面间发生打滑，可防止损坏其他零件；适用于两轴中心矩较大的场合；结构简单，制造、安装和维护等均较为方便，成本低廉。 带传动的缺点：不能保证准确的传动比；需要较大的张紧力，增大了轴和轴承的受力；整个传动装置的外廓尺寸较大，不够紧凑；带的寿命较短，传动效率较低。 鉴于上述特点，带传动主要适用于：速度 较高的场合，多用于原动机输出的第一级传动。中小功率传动，通常不超过 50 传动比一般不超过 7，最大用到 10。传动比不要求十分准确。 6 案三 链传动 图 3传动 链传动具有带传动和啮合传动的一些特点，其优点是：链传动没有弹性滑动和打滑，能保持准确的平均传动比；传动尺寸比较紧凑；不需要很大的张紧力，作用在轴上的载荷较小；承载能力大；效率高（ =同时；链传动能吸振与缓和冲击，结构简单，加工成本低廉，安装精度要求低，适合较大中心距的传动，并能在温度较高、湿度较大、油 污较重等恶劣环境中工作。 链传动的缺点是：高速运转时不够平稳；传动中有冲击和噪声；不宜在载荷变化很大和急促反向的传动中使用；只能用于平行轴间的传动；安装精度和制造费用比带传动高。 链传动的适用场合：广泛应用于中心距较大、多轴、平均传动比要求准确的传动。环境恶劣的开式传动、低速重载传动及润滑良好的高速传动，均可采用链传动。滚子链传递的功率通常在 100速在 15m/动比 锥齿轮传动； 交错轴 斜齿轮 传动。 结合本次设计的设计情况，选择圆柱齿轮传动； （ 2）根据齿轮的工作条件，可分为： 开式齿轮传动式齿轮传动，齿轮暴露在外，不能保证良好的润滑。 半开式齿轮传动，齿轮浸入油池，有护罩，但不封 闭。 闭式齿轮传动，齿轮、轴和轴承等都装在封闭箱体内，润滑条件良好，灰沙不易进入，安装精确，齿轮传动有良好的工作条件，是应用最广泛的齿轮传动。 根据本次设计的条件选择开式齿轮传动； 针对齿轮五种失效形式，应分别确立相应的设计准则。但是对于齿面磨损、塑性变形等，由于尚未建立起广为工程实际使用而且行之有效的计算方法及设计数据，所以目前设计齿轮传动时，通常只按保证齿根弯曲疲劳强度及保证齿面接触疲劳强度两准则进行计算。对于高速大功率的齿轮传动（如 航空发动机 主传动、汽轮发电机组传动等），还要按保证齿面抗胶合能力的准则进行计算（参阅 1986）。至于抵抗其它失效能力，目前 10 虽然一般不进行计算，但应采取的措施，以增强轮齿抵抗这些失效的能力。 开式（半开式）齿轮传动，按理应根据保证齿面抗磨损及齿根抗折断能力两准则进行计算，对齿面抗磨损能力的计算方法迄今尚不够完善，故对开式（半开式）齿轮传动，目前仅以保证齿根弯曲疲劳强度作为设计准则。为了延长开式（半开式）齿轮传 动的寿命，可视具体需要而将所求得的模数适当增大。 对于齿轮的轮圈、轮辐、轮毂等部位的尺寸，通常仅作结构设计，不进行强度计算。 三面翻广告牌传动系统设计说明书 11 图 6轮啮合图 1 选择齿轮材料和热处理方法 查表 7定两齿轮的材料都用 45钢调质处理，齿面硬度为 215240 由图 9 9 10 75 10 75 按齿面接触疲劳强度设计主要参数 按齿面接触强度公式试算，即 3 211） 试选载荷系数） 由机械设计实用手册表 8算参数的选择）选取齿宽系数都为 d 3） 由机械设计实用手册表 8性系数 ）查材料的弹性影响系数 4） 计算齿轮转矩 550*P/n=9550*0=m 5） 确定齿形系数 由图 7） 确定齿根应力集中系数 由图 7)确定齿数比 u U=n1/0/60=1 8)计算应力循环次数：由式 7911 03008(17206060 0*60*1*(2*8*300*10) = 08 8912 1/u=08 /1=08 12 9） 由机械设计实用手册图 8触强度的寿命系数）查得接触疲劳寿命系数 10）计算接触疲劳许用应力 取失效概率为 1，安全系数 S 1,则： 10=549 9 21 1 5 75=1） 试算齿轮分度圆直径 3 21 取 0） 计算圆周速度 100060 111 0*60/(60*1000)=s 3） 计算齿宽 b td 0=244） 确定齿数和其他参数 现在取 7， m=dt/0/27= m= 则 d1=7=） 确定重合度系数 由式 7 =1/） =1/27+1/27） =式 7 ） 计算载荷系数 K 已知载荷平稳，所以由机械设计实用手册表 8用系数）查的得 K 1； 根据 1v =s； 8级精度，由机械设计书查得动载系数 K； 由机械设计实用手册表 8硬齿面齿轮）查的硬齿面， 三面翻广告牌传动系统设计说明书 13 故载荷系数： 4按齿根弯曲强度设计 由齿根弯曲强度公式试算 2 =2*4352/(72*=查表 7= 由图 7则： =610*99以 499 F1 , F2 安全 6计算中心距 1902304762 211 2=各齿轮参数如下表 表 3有齿轮几何参数 参数 主动齿轮 从动齿轮 模数 数 27 27 齿宽 24 24 分度圆直径 顶圆直径 14 齿根圆直径 齿高 根高 顶高 力角 20 20 传动比 1 中心矩 81 齿形及主 要参数分布图 6. 2 主要失效形式 齿轮传动的失效主要发生在轮齿部分，其常见失效形式有：轮齿折断、齿面点蚀、齿面磨损、齿面胶合和塑性变形等五种。齿轮其他部分（如齿圈、轮辐、轮毂等）失效很少发生，通常按经验设计。 轮齿间的接触压力通常是很大的，而且是一种高副线接触，在接触线上将产生很大的接触应力 (即局部挤压应力 )，并且也是脉冲交变应力。 三面翻广告牌传动系统设计说明书 15 1. 轮齿折断 轮齿在工作过程中，齿根部受较大的交变弯曲应力，并且齿根圆角及切削刀痕产生应力集中。当齿根弯曲应力超过材料的弯曲疲劳极限时，轮齿在受拉一侧将产生疲劳裂纹，随着 裂纹的逐渐扩展，导致轮齿疲劳折断。齿宽较小的直齿轮常发生整齿折断。齿宽较大的直齿轮，因制造装配误差易产生载荷偏置一端，导致局部折断。斜齿轮及人字齿轮的接触线是倾斜的，也容易产生局部折断。轮齿受到短期过载或冲击载荷的作用，会发生过载折断。 采用正变位齿轮，增大齿根过渡圆角半径，提高齿轮制造精度和安装精度，采用表面强化处理（如喷丸、碾压）等，都可以提高轮齿的抗折断能力。 2 齿面点蚀 齿轮工作时，在循环变化的接触应力、齿面摩擦力及润滑剂的反复作用下，轮齿表面或次表层出现疲劳裂纹，裂纹逐渐扩展，导致齿面金属 剥落形成麻点状凹坑，这种现象称为齿面疲劳点蚀。 齿面疲劳点蚀首先出现在齿面节线偏齿根侧。这是因为节线附近齿面相对滑动速度小，油膜不宜形成，摩擦力较大； 且节线处同时参与啮合的轮齿对数少，接触应力大。点蚀的发展，会产生振动和噪声，以至不能正常工作而失效。 软齿面（ 350新齿轮，开始会出现少量点蚀，但随着齿面的跑合，点蚀可能不再继续扩展，这种点蚀称为收敛性点蚀。硬齿面（ 350轮，不会出现局限性点蚀，一旦出现点蚀就会继续发展，称为扩展性点蚀。 16 对于润滑良好的闭式齿轮传动，点蚀是主要失效形式。而在开式传动中，由于齿面磨损较快，一般不会出现点蚀。 提高齿面硬度，降低齿面粗糙度值，合理选择润滑油的粘度及采用正变位齿轮传动等，都可以提高齿面抗点蚀能力。 3 齿面磨损 由于粗糙齿面的摩擦或有砂粒、金属屑等磨料落入齿面之间，都会引起齿面磨损。磨损引起齿廓变形和齿厚减薄，产生振动和噪声，甚至因轮 齿过薄而断裂。磨损是开式齿轮传动的主要失效形式。采用闭式齿轮传动，提高齿面硬度，降低齿面粗糙度值，注意保持润滑油清洁等，都有利于减轻齿面磨损。 4 齿面胶合 高速重载齿轮传动，因齿面间压力大、相对滑动速度大，在啮合处摩擦发热多，产生瞬间高温，使油膜破裂，造成齿面金属直接接触并相互粘着，而后随齿面相对运动，又将粘接金属撕落，使齿面形成条状沟痕，产生齿面热胶合。低速重载齿轮传动（ v 4m/s ），由于啮合处局部压力很高齿，使油膜破裂而粘着，产生齿面冷胶合。齿面胶合会引起振动和噪声，导致失效。 三面翻广告牌传动系统设计说明书 17 采用正变位齿轮、减小模数及降低齿高以减小滑动速度，提高齿面硬度，降低齿面粗糙度值，采用抗胶合能力强的齿轮材料，在润 滑油中加入极压添加剂等，都可以提高抗胶合能力。 5 齿面塑性变形 用较软齿面材料制造的齿轮，在承受重载的传动中，由于摩擦力的作用，齿面表层材料沿摩擦力的方向发生塑性变形。主动轮齿面节线处产生凹坑，从动轮齿面节线处产生凸起。提高齿面硬度和润滑油粘度，可以减轻或防止齿面塑性变形的产生。 7间隙机构方案选择 隙机构的方案选择 间隙机构主要有棘轮机构、槽轮机构、不完全齿轮机构、凸轮式间歇机构。 1）方案一：棘轮机构，摆杆左右摆动，当摆杆左摆时，棘爪插入棘轮的齿内推动棘轮转过某一角度。当摆杆右摆 时，棘爪滑过棘轮，而棘轮静止不动，往复循环。制动爪 防止棘轮反转 ，这种有齿的棘轮其进程的变化最少是 1 个齿距，且工作时有响声。 有齿的棘轮机构运动可靠，从动棘轮容易实现有级调节，但是有噪声、冲击，轮齿易摩损，高速时尤其严重，常用于低速、轻载的间歇传动。 2）方案二：槽轮机构，组成：具有径向槽的槽轮，具有圆销的构件，机架 . 构件 1连续转动； 构件 2（槽轮）时而转动，时而静止 当构件 1的圆销 A 尚未进入槽轮的径向槽时，槽轮的内凹锁住弧被构件 1的外凸圆弧卡住，槽轮静止不动。当构件 1的圆销 槽的位置，锁住弧被松开，圆销驱使槽轮传动。 当圆销开始脱出径向槽时，槽轮的另一内凹锁住弧又被构件 1的外凸圆弧卡住，槽轮静止不动 ; 往复循环 . 从动轮每转一周的停歇时间、运动时间及每次转动的角度变化范围都较大，设计较灵活；但加工工艺复杂，从动轮在运动开始，终了时冲击较大，故一般用于低速、轻载场合。 优点：结构简单，工作可靠，能准确控制转动的角度。常用于要求恒定旋转角的分度机构中。 缺点：对一个已定的槽轮机构来说，其转角不能调节。 18 在转动始、末，加速度变化较大，有冲击。 应用：应用在转 速不高，要求间歇转动的装置中。 3）方案三：不完全齿轮机构，由普通齿轮机构演化而来，不同之处在于轮齿不布满整个圆周。主动轮转一周，从动轮转一设定角度。从动轮停歇时，主动轮上的锁住弧与从动轮上的锁住弧互相配合锁住，以保证从动轮停歇在预定位置上。从动轮每转一周的停歇时间、运动时间及每次转动的角度变化范围都较大，设计较灵活；但加工工艺复杂，从动轮在运动开始，终了时冲击较大，故一般用于低速、轻载场合。 不完全齿轮机构应用广泛 ,与其它间隙机构相比 ,其动停时间比不受机构结构的限制 ,结构简单、其缺点是从动轮在每次运动始末 ,速度均有突变 ,冲击较大 ,故一般用于低速、轻载的场合 。 综合分析上述三种方案，从传动效率、传动比范围、传动速度、应用场合和设计，传动装置外廓尺寸等方面综合考虑，本间隙传动机构方案采用方案三，即采用不完全齿轮传动。 查表 7定凹槽轮的材料都用 45钢调质处理，齿面硬度为 215240 花形齿轮的材料为 45钢调质处理，齿面硬度为 190225 三面翻广告牌传动系统设计说明书 19 20 轴 的材料和热处理 应用于轴的材料种类很多，主要根据轴的使用条件，对轴的强度、刚度和其他机械性能等的要求，采用的热处理方式，同时考虑制造加工工艺，并力求经济合理来选择轴的材料。 轴的常用材料是优质碳素钢，如 35、 45 和 50，其中以 45号钢最为常用。 根据本设计的要求，选 45号钢作材料，调质处理硬度为 215250 的结构设计 轴的结构设计是确定轴的合理外形和全部结构尺寸，为轴设计的重要步骤。 一般轴的结构设计原则： a）节约材料，减轻重量，尽量采用等强度外形尺寸或大的截面系数的截面形状； b）易 于轴上零件的精确定位、稳固、装配、拆卸、和调整； c）采用各种减少应力集中和提高强度的结构措施； d）便于加工制造和保证精度。 由材料力学可知，轴的扭转强度条件为 6 （ 8 式中 T 为轴的扭转切应力，单位为 三面翻广告牌传动系统设计说明书 21 T 为轴传递的转矩，单位为 ; P 为轴传递的功率，单位为 n 为轴的转速，单位为 r/ 轴的抗扭截面系数，单位为 3 T 为许用扭转切应力，单位 为 由此推得实心圆轴的最小直径 单位为 为 336m 055.9 (8式中 C 为计算常数， 3 6 ，取决于轴的材料和受载情况 查表取 112C 所以 3 112*（ 0） 轴段上开有键槽时，应适当增大直径以考虑键槽对轴的强度的削弱：00 时，单键槽增大 3%，双键槽增大 7%； 00 时，单键槽增大5%7%，双键槽增大 10%15%。最后应对 d 进行圆整。 综合以上 d=（ 则取安装轴承处轴径为 20键槽处轴径为 25 轴的结构设计如下图： 图 8轴 轴的校核： 由文献 1417对轴进行校核： 由图 受力分析如图所示 : 0w， n=60r/ T=9550000P/n= 在齿轮上的受力计算： 22 F=2T/D= 由水平方向得： +F 240 F =0 解得： F = F =垂直方向得： Fv=5000 N F 解得： 从偏心轴结构图以及弯矩图中可以看出偏心轴的中间表面 动轴的设计计算 轴）的材料和热处理 应用于轴的材料种类很多，主要根据轴的使用条件，对轴的强度、刚度和其他机械性能等的要求，采用的热处理方式，同时考虑制造加工工艺，并力求经济合理来选择轴的材料。 轴的常用材料是优质碳素钢，如 35、 45 和 50，其中以 45号钢最为常用。 根据本设计的要求，选 45号钢作材料，调质处理硬度为 215250 轴的结构设计是确 定轴的合理外形和全部结构尺寸，根据 材料力学可知，轴的扭转强度条件为 6 （ 8 式中 T 为轴的扭转切应力，单位为 T 为轴传递的转矩，单位为 ; P 为轴传递的功率，单位为 三面翻广告牌传动系统设计说明书 23 n 为轴的转速，单位为 r/ 轴的抗扭截面系数，单位为 3 T 为许用扭转切应力，单位为 由此推得实 心圆轴的最小直径 单位为 为 336m 055.9 (8式中 C 为计算常数， 3 6 ，取决于轴的材料和受载情况 查表取 112C 所以 3m 112*（ 0）于此轴没有键槽 ，其中一端与法兰连接和三角铝板固定， 则取安装轴承处轴径为 20 10 轴承的选择和润滑 承的选择 ： 选择滚动轴承的类型与多种因素有关，通常根据下列几个主要因素： 负荷是选择轴承最主要的依据，通常应根据负荷的大小，方向和性质来选择轴承。 a)负荷大小：一般情况下，滚子轴承由于是线接触，承载能力大，适用于承受较大负荷，球轴承由于是点接触，承载能力小，适用于轻，中等负荷。 b)负荷方向：纯径向力作用，宜选用深沟球轴承，圆柱滚子轴承或滚针轴承。纯轴向负荷作用，选用推力球轴承或推力 滚子轴承。径向负荷和轴向负荷联合作用时，一般选用角接触球轴承或圆锥滚子轴承。若径向负荷较大而轴向负荷较小时，也可选用深沟球轴承和内外圈都有挡边的圆柱滚子轴承。若轴向负荷较大而径向负荷小时，可选用推力角接触轴承，推力圆锥滚子轴承。 c)负荷性质：有冲击负荷时，宜选用滚子轴承。 球轴承不滚子轴承有较高的极限转速，故高速时应优先考虑选用球轴承。在相同内径时，外径越小，滚动体越轻小，运转时滚动体作用在外圈上的离心力也越小，因此更适合于较高转速下工作。在一定条件下，工作转速较 24 高时宜选用超轻，特轻系列的 轴承。 当轴两端轴承孔同心性差或轴的刚度小，变形较大，以及多支点轴，均要求轴承调心性好，这时应选用调心球轴承或调心滚子轴承。 径向尺寸受限制的机械装置，可选用滚针轴承或特轻，超轻型轴承；轴向尺寸受限制时，宜选用窄或宽系列的轴承。 整体式轴承座或频繁装拆时，应优先选用内外圈可分离的轴承。轴承装在长轴上时，为装拆方便可选用带锥孔和紧定套的轴承。 根据以上所述及本设计的具体要求， 主动轴选择深沟球轴承，型号为： 16004 从动轴上端选择深沟球轴承，型号为 : 61902 从动轴下端选择推力球轴承，型号为： 51101 承的润滑 轴承润滑主要目的是减少摩擦和磨损，同时起到冷却，吸振，防锈及降噪的作用。 常用的润滑剂有润滑油，润滑脂及固体润滑剂 (二硫化钼 )。选择润滑剂应当考虑工作温度，轴承负荷，转速及其工作环境影响。一般来说，温度高，负荷大，转速低时选用粘度
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