升降式籃球架設(shè)計說明書

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1、 畢業(yè)設(shè)計報告(論文)報告(論文)題目：升降式籃球架設(shè)計 作者所在系部：機電工程學(xué)院 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文摘 要針對現(xiàn)在市場現(xiàn)在的籃球架大都為固定式無法升降的特點，為方便廣大籃球愛好者，因此設(shè)計此升降籃球架。對于此籃球架，選定它的升降方式，選擇所用的材料，本次有兩種設(shè)計，共同的優(yōu)點在于結(jié)構(gòu)簡單，可升降，本身質(zhì)量不大便于移動，更加便于給老人，婦女小孩使用，第一種更加省力，結(jié)構(gòu)簡單，節(jié)省空間；第二種，功能明顯，穩(wěn)定性良好本文還對軸，齒輪進行校核計算?；@球架在今后還有極大的發(fā)展空間，要實現(xiàn)用電動，精度更高，結(jié)構(gòu)更簡單的，更適用于大眾的籃球架。關(guān)鍵詞：升降 籃球架 設(shè)計 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文A

2、bstractFor the current market now most of the basketball can not lift the characteristics of the fixed,for the convenience of the majority of basketball enthusiasts,so the design of this promotion basketball.For this basketball,choose its way of lifting,choose the materials used,this time there are

3、two designs,the common advantage is simple structure,can be lifted,the quality itself is not easy to move,more convenient for the elderly,women and children use,The first kind of more effort,simple structure,save space;the second,the function is obvious,good stability This article also shaft,gear ch

4、eck calculation.Basketball in the future there is a great room for development,to achieve with electric,higher precision,the structure is more simple,more suitable for the public basketball.Key words:Lift up and down Basketball rack design北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文目 錄摘 要.IIAbstract.III第 1 章 緒論.11.1 設(shè)計背景.11.2 國內(nèi)外發(fā)

5、展狀況.11.2 小結(jié).3第 2 章 方案論證.42.1 方案一.42.2 方案二.52.3 其它方案.52.4 小結(jié).6第 3 章 方案一詳細設(shè)計.73.1 工作原理.73.1.齒輪校核.103.3 軸的校核.173.4 仿真與動畫圖.22第 4 章 方案二作品設(shè)計.234.1 工作原理.234.2 連桿機構(gòu)設(shè)計.244.3 仿真與動畫圖.24總結(jié)與展望.26致 謝.27參考文獻.28北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文0第 1 章 緒論1.1 設(shè)計背景 目前，喜好籃球運動的人在中國廣大的農(nóng)村、城市、部隊、機關(guān)、學(xué)校和工礦企業(yè)都越來越多，籃球運動已經(jīng)得到了很大的發(fā)展，它由于方便利于身體健康，已成為人民大

6、眾參與率最高的運動項目、青少年最喜愛的團隊運動項目以及國內(nèi)外企業(yè)最為關(guān)注的運動項目，有無法取代的地位。由于愛好籃球運動的人越來越多，籃球這項運動無論是對國內(nèi)還是國外都有越來越明顯的影響，因此，籃球的相關(guān)行業(yè)也得到了極大的發(fā)展，比如說，運動器材、裝備的生產(chǎn)銷售，籃球運動的培訓(xùn)中心還有中介都得到了快速的發(fā)展，很顯然，一個以籃球及其相關(guān)產(chǎn)業(yè)共同構(gòu)成的綜合產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)形成。我國擁有廣闊的籃球市場，群眾對籃球運動的公共需求和商品性需求都迅速增長，尤其是我國有 4.65 億青少年，占總?cè)丝诘?36.25，還有上億的老人及婦女，他們中的好多的人喜愛籃球，是各類籃球產(chǎn)品積極的消費者，這為中國籃球產(chǎn)業(yè)和市場提供了

7、難得的發(fā)展機遇和成長空間。在中國 4.65 億的青少年兒童以及上億的老人和婦女已經(jīng)巨大市場中設(shè)計一款可以讓他們自主調(diào)節(jié)籃球高度不需要成年人輔助調(diào)節(jié)的籃球架的產(chǎn)品來促進青少年健康成長老年提高抵抗力的機械產(chǎn)品。市面上的籃球架眾多以 3.05 米的高度為準。使得孩子年紀太小老人年齡太大對于籃球的欲望卻因為球架高度的限制而失去本有的熱情。還有的可以改變高度的球架卻因為調(diào)節(jié)高度的操作繁瑣存在危險性，體形巨大，青少年兒童和老人沒有足夠的力量去調(diào)節(jié)。這一原因也讓很多對于運動向往的兒童撇而遠之。在家長嚴重孩子的身心健康是對家長來說十分重要的，任何家長都不會放心孩子自己去調(diào)節(jié)體形巨大球架。但是也不可能家長隨時隨

8、地的看護自己的孩子。所以本小組在這個前提下設(shè)計安全的體形相比原有的球架小很多的球架。便于兒童自主調(diào)節(jié)，給家長一個放心，促進我國青少年兒童的身心健康成長。市面上的籃球架眾多以 3.05 米的高度為準。使得孩子年紀太小對于籃球的欲望卻因為球架高度的限制而失去本有的熱情。我國有 4.65 億青少年，占總?cè)丝诘?3.65他們中的大多數(shù)喜愛籃球,使我國擁有廣闊的籃球市場。目前市面上存在可以改變高度的籃球架，其調(diào)節(jié)高度的操作繁瑣、存在危險性、體形巨大；另一種電動液壓調(diào)節(jié)的籃球架，調(diào)節(jié)需要技術(shù)人員，對于使用會產(chǎn)生諸多不便。想我這兩種設(shè)計方案，一種靠手輪搖動，另一種用把手拉升，都是極易操作而且沒有危險性的籃球

9、架種類。1.2 國內(nèi)外發(fā)展狀況目前，就升降式籃球架而言，就美國英國德國日本等國家技術(shù)遠遠領(lǐng)先于我國，在國內(nèi)正規(guī)的升降式籃球架并不多，而且精度，耐用性使用壽命也不如一般的籃球架，而在國外，就要許多液壓升降籃球架，分為手動和自動，它做工精心與正規(guī)比賽場地的籃球架無北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文1論是距離，設(shè)計高度，都不會因籃球使用者大力扣籃上籃什么的而發(fā)生太大的變化，這是國內(nèi)需要改進的地方，價格合理功能優(yōu)異才能夠讓更多人被吸引，喜愛。在我國籃球架以后的發(fā)展中，應(yīng)當(dāng)注重創(chuàng)新的研究，發(fā)展更多低成本高性能，適合大眾的升降式籃球架，讓更多的人有機會接觸到這一方面，多多鍛煉，增強體質(zhì)。（1）市面普通籃球架市場的的

10、球架大多以下圖為主，如圖巨大。無法調(diào)節(jié)高度，僅僅適合青壯年使用，讓兒童和老人遠離了球場。（2）市面可調(diào)節(jié)高度球架 市面上有許多是電動液壓調(diào)節(jié)，雖然這種籃球架的精度高功能強大，但這種調(diào)節(jié)需要技術(shù)人員，對于使用時會產(chǎn)生諸多不便，不適宜老人婦女小孩使用.（3）產(chǎn)品適合高度設(shè)計根據(jù)畢業(yè)設(shè)計內(nèi)容以及要求，本次設(shè)計為青少年以及兒童體育健康方面設(shè)計一套適合其使用的籃球架。根據(jù)我國青少年兒童各年齡段平均身高圖表如下圖。有男孩有女孩，個年齡階段的高度和設(shè)計球架的最高以及最低高度,如圖 1-1 所示。圖 1-1 男孩女孩身高標準與年齡表（4）產(chǎn)品介紹根據(jù)全國兒童平均身高走勢圖。本產(chǎn)品可以升降籃球架高度專門給 4

11、周歲以上的青少年兒童使用，四周歲男女平均身高為 104cm，103cm，所以設(shè)計籃球架最低高度為150cm，4 周歲兒童 104 左右的身高加上雙手向上的臂展加原本的身高為 125cm 左右所以北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文225cm 的差距高度適合其使用；最高為正?；@球架的高度 305cm，本產(chǎn)品可以設(shè)計高度到305cm 的情況下也可以供身體發(fā)育健全的成年人使用，更擴大了該產(chǎn)品的使用范圍，也擴大了其銷售范圍，從單一的青少年兒童銷售方向到成年人銷售方向，從單一的小學(xué)初中擴大到大學(xué)球場、中高低檔社區(qū)?；@筐為標準籃筐直徑為 40cm，籃板選用料為透明的鋼化塑料?；@球架底座有 4 只輪子便于移動換位擺放，

12、在球架的一側(cè)設(shè)計有轉(zhuǎn)盤，來調(diào)節(jié)球架高度。（5）市面產(chǎn)品劣勢市面上的籃球架體積巨大，重量太大，運輸起來是具有一定難度的。本產(chǎn)品的體積比一般籃球架體積很小，供老人小孩使用，自然不能太大，最低高度為150cm，長 70cm，寬 90cm，占地面積不大，高度低。不但在學(xué)校中、一般的小區(qū)可以購買使用，而且很多大一點的家庭中也可以能夠放下該產(chǎn)品。這個產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡單，可以自己安裝卸載，籃板，籃筐，升降桿，以及齒輪和齒條，都可以拆卸。便于運送，安裝簡便。本產(chǎn)品可以設(shè)計高度到 305cm 的情況下也可以供身體發(fā)育健全的成年人使用，更擴大了該產(chǎn)品的使用范圍，也擴大了其銷售范圍，從單一的青少年兒童銷售方向到成年人銷售

13、方向，從單一的小學(xué)初中擴大到大學(xué)球場、中高低檔社區(qū)。1.2 小結(jié)升降式籃球架的設(shè)計與創(chuàng)新對于老人，婦女和孩童是非常重要的，對于這個設(shè)計不單單是要經(jīng)濟性，美觀，最重要的是需要要足夠的安全，便于操作體積小，功能豐富，適合家庭用，適合青少年兒童自主使用，使用安全、可靠，還有運輸、組裝、存放及便捷。北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文3第 2 章 方案論證2.1 方案一已知的升降系統(tǒng)種類包括齒輪齒條式升降系統(tǒng)、液壓插銷式升降系統(tǒng)、重載摩擦絞車式升降系統(tǒng)。齒輪齒條式分為由電機驅(qū)動的電動齒輪齒條式升降系統(tǒng)和由液壓馬達驅(qū)動的液壓齒輪齒條式升降系統(tǒng)。液壓插銷式升降系統(tǒng)的升降機構(gòu)有采用環(huán)梁形式，也有采用升降軛形式，按照升降

14、動作不同可分為單步進型、雙步進型和連續(xù)型。上述都是極其復(fù)雜的系統(tǒng)類型，如圖 2-1 所示，是 00 系列升降系統(tǒng)，圖 2-2 和圖 2-3為升降機，由此可見，升降系統(tǒng)需要極高精度的加工制造，極高的設(shè)計成本，這不利于用來給小孩，老人婦女使用的類型。所以，本設(shè)計僅僅把升降系統(tǒng)的選擇分為手動升降系統(tǒng)和電動升降系統(tǒng)。而電動系統(tǒng)同樣有一定的危險性，不適合給一些小孩子玩，特別是一些年齡很小的孩子，容易觸電受傷。根據(jù)設(shè)計的需要，我選擇用手動升降系統(tǒng)。而手動升降系統(tǒng)不外乎兩種方面，第一是手動轉(zhuǎn)輪，采用齒輪齒條升降系統(tǒng)，圖 2-1 00 系列升降系統(tǒng)圖圖 2-2 升降機圖一北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文4圖 2-3

15、升降機圖二室外籃球架所用的鋼材，大部分都是普通鐵管，最主要的還是做好防銹處理，表面經(jīng)過打磨之后會比較光滑，一般表層采用噴塑或烤漆，防銹和耐腐蝕性能。而本文也不例外，運用 40#鋼，45#鋼等鋼材，也是下文方案一所用?；@球架高度的選擇，本設(shè)計的籃框到地面的距離為 1.6 米到 2.2 米，供小孩子使用，也就是說設(shè)計的籃球架高度調(diào)節(jié)范圍為 1.6 到 2.2 米。2.2 方案二 運用到平面四桿機構(gòu)，所有運動副均為轉(zhuǎn)動副的四桿機構(gòu)稱為鉸鏈四桿機構(gòu)，它是平面四桿機構(gòu)的基本形式。而根據(jù)設(shè)計要求，需要能夠平行于地面的一個機構(gòu)，相當(dāng)于一平行四邊形機構(gòu)，各構(gòu)件呈平行四邊形的平面連桿機構(gòu)。它是一種鏈四桿機構(gòu)，根

16、據(jù)曲柄存在條件屬于雙曲柄機構(gòu)。當(dāng)平行四邊形機構(gòu)的四個桿處于一直線位置時，動件的運動不確定，為了避免發(fā)生這種現(xiàn)象，平行四形機構(gòu)中常增加一平行桿。畢竟是鉸鏈四桿機構(gòu)，此方案的籃球架的連桿會比較多，所以其運用到的材料大多數(shù)是 40#鋼，45#鋼等鋼材，高度和方案一一樣。圖 2-4 升降機圖二2.3 其它方案 除此之外，還有一些方案，也同樣是需要用到連桿的，為一個三角形的機構(gòu)，這個靈感來源于對起重機的觀察，就像起重機一樣，類似的升降原理，只不過原理為一個類似于三角形的籃球架，在籃球架大支柱的中間，有固定裝置，可以對連桿的一端進行固定，從而調(diào)節(jié)三角形的位置關(guān)系，來調(diào)節(jié)籃球架的高度，是類似于鉸鏈四桿機構(gòu)的

17、設(shè)計，優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，但缺點很明顯，籃球架體如果過重則不適于老人，婦女和小孩的搬運移動，而北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文5且，每一次移動籃球架高度都會改變籃板與籃球架底部的水平距離，這就不不符合正規(guī)的籃球場合了，比如說三分線和二分線的投籃，每一次改變高度都要移動籃球架的整體，這是十分不便的。2.4 小結(jié) 本設(shè)計提到了三種設(shè)計方法，第一種是運用齒輪齒條升降，第二種運用鉸鏈四桿機構(gòu)升降，第三種運用三角形機構(gòu)升降，本文會對方案一與方案二做出較為詳細的設(shè)計分析。每種方案各有各的優(yōu)缺點。北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文6第 3 章 方案一詳細設(shè)計3.1 工作原理（1）樣品效果圖如圖 3-1 所示，此圖我產(chǎn)品的裝配圖。

18、圖 3-1 方案一裝配圖（2）滾輪設(shè)計一個承重輪，讓它在地主，為的是讓籃球架可以移動不同的擺放位置下方設(shè)計，需要移動，或者調(diào)整擺放位置都方便很多，因為藍球架本來就具有一定的重量，這足以承受青少年兒童在運動時對球架力的作用使球架因下方輪子產(chǎn)生位移，所以不必設(shè)計有固定輪胎的機構(gòu)。即可以達到省材料的目的又可以降低成本卻不影響性能。十分的方便可用，所以說相比之下該輪的厚度半徑比大于普通輪的厚度半徑比，也是因為該輪要承較高重量，防止因厚度不足產(chǎn)生的輪子斷裂，在籃球架底座下安裝的四個滾輪。（3）調(diào)節(jié)高度設(shè)計手輪是調(diào)節(jié)籃球架高度的關(guān)鍵，轉(zhuǎn)動手動轉(zhuǎn)輪就可以調(diào)節(jié)球架的高度，當(dāng)然為配合手部對其的動作，可以在在輪上

19、設(shè)計有多孔，減少摩擦力，人們在使用時可以用雙手配合手指穿入手輪轉(zhuǎn)輪的孔中，手掌心緊握圓盤，以達到旋轉(zhuǎn)的效果來控制籃球架的高度。將轉(zhuǎn)輪的直徑設(shè)計為 18cm，這樣無論大人還是低齡的兒童高齡老人都可以輕易使用，操控，調(diào)整高度。還有，為防止使用人手部被劃傷，可以在轉(zhuǎn)輪各處都為圓角，這樣設(shè)計更加合理。（4）限位卡設(shè)置籃球架的高度不可能無限制的調(diào)節(jié)，那樣并不合理，也沒必要。所以在本產(chǎn)品在高度的變化上是有必要加上限制的。所以為保證產(chǎn)品的合理性以及安全性在升降極限（也就是籃球架的調(diào)節(jié)最高處與調(diào)節(jié)最低處）位置處設(shè)置擋頭。當(dāng)球桿降低到最低限度時，就會有上部限位塊抵住頂面上平面，不讓移動達到卡住的目的，同理，當(dāng)球

20、桿升到最高高度時，下限位塊就會抵住頂面的下平面，來達到合理的目的。北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文7（5）使用原理本產(chǎn)品的主要功能在于使用人不需要太多的力量使高度產(chǎn)生變化，其核心機構(gòu)便是以轉(zhuǎn)輪的轉(zhuǎn)動帶動轉(zhuǎn)輪中心所連接的軸，進而帶動內(nèi)部齒輪的轉(zhuǎn)動。齒輪的運動帶動和齒輪相互嚙合的 2 個齒條的運動，且兩個齒條的運動方向相反，一個向上一個向下。如上圖所示。左端齒條帶動的是籃球架的球桿以達到上下改變高度的目的。齒條與可升降的球桿用 4 只沉頭螺釘連接。右端齒條配合左端反向運動，左端齒條連接一個滑條在籃球架外殼內(nèi)部滑軌內(nèi)滑動左往右一次為單一齒條、齒條連接在滑條上、齒條連接滑條裝入外殼滑軌中）從左往右依次為單一齒

21、條、齒條連接在滑條上、齒條連接滑條裝入外殼滑軌中，這樣就使最左圖的升降齒條有單一的運動方向，控制高度調(diào)節(jié)。（6）理想受力分析左端連接升降球桿的齒條以及球桿的總重為 G，要使左右兩邊平衡，即右端齒條連接滑條的質(zhì)量也為總重 G，當(dāng)左右兩邊的重量都相等時，受力平衡此時籃球架的高度固定不變。若要受力分析中間齒輪可以理想化為一定滑輪。齒輪的運動帶動和齒輪相互嚙合的 2個齒條的運動且兩個齒條的運動方向相反，一個向上一個向下。右端齒條帶動的是籃球架的升降桿以達到上下改變高度的目的（升降桿為空心的）左端齒條固定在綠色滑條上配合右端反向運動，且左右兩端重量相同使得受力平衡 當(dāng)左右兩端受力平衡時，僅需要極小的力來

22、轉(zhuǎn)動手輪就可以破壞平衡使之上下移動，但明顯可以觀察左右質(zhì)量不同，左端升降籃球桿為減少質(zhì)量選擇掏空內(nèi)部，使之成為一個內(nèi)徑 4cm，外徑 6cm 的桿件，右端重量主要靠齒條重量以及實心滑軌重量達到平衡。（7）軌后方設(shè)計注油孔為保證滑條在滑軌內(nèi)的穩(wěn)定滑動，在后壁設(shè)計注油孔，在使用一定的日期內(nèi)注油。如果不設(shè)計注油孔在使用時間一長之后，滑條在滑軌內(nèi)滑動損耗機油，當(dāng)機油損耗接近衛(wèi)生，滑動時會產(chǎn)生很大的摩擦，較大的摩擦力不但影響使用，會使搖動轉(zhuǎn)輪必須使較大的力，而且劇烈的摩擦?xí)p傷產(chǎn)品，減少產(chǎn)品的使用壽命。（8）高度固定方式為了使高度固定不會突然因為外界因素下滑產(chǎn)品在軸上設(shè)計長方體與軸相連。內(nèi)壁置設(shè)置長方形

23、槽。只要達到所需要要求的高度時，使用者只需要將手輪向里邊方向用力推入將綠色長方塊推入紅色長方槽，所以就可以產(chǎn)生高度約束即可以使高度固定不受外界因素會改變籃球架高度，確保了安全性。（9）高度固定時設(shè)計安全擋片如上述高度固定一節(jié)所述，當(dāng)綠色長方塊插入紅色的長方槽內(nèi)，此時高度固定，但是為防止使用時由于外界因素使轉(zhuǎn)盤向外不經(jīng)意的移動，例如有好奇心強烈的兒童在他人使用球架的時候?qū)⑥D(zhuǎn)盤不經(jīng)意的向外拔出，升降球桿很可能由于外界等等因素突然下降或者上升一段距離，很可能產(chǎn)生安全事故。本產(chǎn)品設(shè)計一個安全擋片。北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文8 為叉形物體為安全擋片，為當(dāng)按下按鈕擋片前進擋住長方形小塊，再按一下，擋片回復(fù)原

24、來位置，滑塊可以拔出，轉(zhuǎn)盤可以轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)高度。按鈕內(nèi)部設(shè)計有彈簧，其設(shè)計靈感來源于自動圓珠筆的按鈕。為保證籃球架升降桿的垂直度做出設(shè)計。在齒輪齒條傳動過程中。齒輪給齒條的合力會產(chǎn)生水平和豎直的分力?？梢允够@球升降桿保持垂直于地面的狀態(tài)穩(wěn)定的升降不會產(chǎn)生角度誤差，如果去除這樣的設(shè)計很可能齒輪齒條的嚙合不完全，造成齒輪齒條齒的磨損，減少壽命。（10）材料選擇籃球升降桿為硬鋁，籃板為三合板，齒輪齒條以及轉(zhuǎn)軸為 40#鋼，其余為普通鋼材，如表 3-1 所示表 3-1 所選材料密度表所選材料密度3/cmg齒輪40#鋼7.85齒條40#鋼7.85籃板三合板（較?。?.5轉(zhuǎn)軸40#鋼7.85籃球升降桿45#鋼

25、2.7(11)理論計算按照材料選擇進行計算（籃球升降桿按掏空內(nèi)部來算，內(nèi)徑 4cm，外徑 6cm）將升降桿分為兩部分計算，如下圖，一部分為紅線下，另一部分為上段以及籃板籃筐重量。(12)升降桿部分已知，外徑cmD6，內(nèi)徑cmd4，高度cmh140，所用硬鋁密度為3/7.2cmg.體積 334001704417066cmV質(zhì)量kgm97.23400(13)限位卡的計算（擋頭是焊接在空心桿上，所以要減去焊接部位桿的體積，即266）下部限位卡，長cma10,寬cmb8，高cmc2。體積 3882662810cmV質(zhì)量kggm23.07007.288上部限位卡，長寬cmba8,高cmc2體積 3562

26、66288cmV質(zhì)量kgm15.07.256(14)升降桿連接球板部分的計算長cma45外徑cmD6，內(nèi)徑cmd4。體積 390045444566cmV質(zhì)量kgm4.27.2900北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文9(15)籃板的計算長cm80，寬cm50，厚度cm5.1。材料為三合板密度為3/5.0cmg體積360005.15080cmV質(zhì)量kgm35.06000(16)籃筐的計算由國際標準得出籃球架籃框的標準重量為kg1(17)齒條的計算長cma80，寬cmb6，厚度cmc4體積319204680cmV質(zhì)量kgm5.1綜上所屬籃球升降桿質(zhì)量和為 kgm3017134.215.023.09(18)滑條

27、的參數(shù)由 此 圖 可 見，且 已 知 滑 條 的 高 度 為cm80，因 此 可 以 求 得 其 體 積 341608031080248027cmV滑條也采用密度為3/7.2cmg的硬鋁制造。所以質(zhì)量kgm127.24160(19)連接的齒條計算長cma80，寬cmb7，厚度cmc4體積322404780cmV質(zhì)量kgm18綜上所述：滑條連接齒條的部分的總重量為kg30，所以得到兩部分質(zhì)量相等。符合要求。(20)轉(zhuǎn)軸的計算轉(zhuǎn)軸承受的總重量為kg60，即N600轉(zhuǎn)軸直徑為cm03.0 截面抗彎剛度000264.032/3 dW彎曲正應(yīng)力MPaWM136.1000264.0/300/符合強度要求。

28、所以軸的設(shè)計正確3.1.齒輪校核（1）齒輪的選擇選用的齒輪是直齒型圓柱齒輪，速度不高，選用 7 級精度，需用要求齒輪齒面的粗糙度為 Ra1.63.2?？捎密淉X面齒輪。查機械設(shè)計齒輪選用 45 號鋼，大齒輪用 45 號鋼。取小齒輪齒數(shù)1Z=18則大齒輪齒數(shù)北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文101267182Z我們使兩齒輪的齒數(shù)互為質(zhì)數(shù)（一般情況下互質(zhì)），則取值1Z=18，2Z125，再初次選用螺旋角20。則我們可以計算出實際的傳動比：94.61812512,ZZi傳動比誤差：00086.094.694.672121iii傳動比符合條件。則我們可以使用齒數(shù)比大小94.6,iu（2）按齒面接觸疲勞強度設(shè)計因為

29、兩個齒輪均為鋼制的 45 號齒輪，先試著計算小齒輪的分度圓直徑，看一看出所以齒輪的直徑滿足公式：3211)(12HEHdHttZZZuuTKd確定公式中的有關(guān)參數(shù)如下：確定公式得各計算數(shù)值先試選3.1HtK再計算出小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩。NnPT204641055.9261我們可以查書選擇齒寬系數(shù)d=1選則區(qū)域系數(shù)35.2HZ查找所需要的的材料的彈性影響系數(shù)2/18.189 MPaZE我們再計算出計算接觸性疲勞強度用重合系數(shù)Z34Z北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文11可以得到接觸性疲勞強度用重合系數(shù)Z=0.875計算接觸性許用應(yīng)力H查的小齒輪和大齒輪的接觸性疲勞極限分別是MPaH6001limMPaH550

30、2lim再計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)8211052.2530083506060hjLnN711106.3uNN查書可以找出接觸疲勞的壽命系數(shù)1.11HNK1.12HNK在一般情況下我們選用的通用齒輪，在一般可靠性的要求中常常選取的安全系數(shù)為：兩輪的許用接觸應(yīng)力：MPaSKHHNH66016001.11lim11MPaSKHHNH60515501.12lim22取其中較小者作為該齒輪副的接觸性疲勞許用應(yīng)力，即 MPaHH6052故得：3211)(12HEHdHttZZZuuTKd=30.5mm調(diào)整小齒輪的分度圓直徑圓周速度v。smndvt/5.01000603505.3014.310006014.311齒

31、寬 b。mmdbtd5.301北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文12計算實際載荷系數(shù)HK。查的使用系數(shù)1AK再根據(jù)公式smndvt/5.01000603505.3014.310006014.311由于是 7 級精度，可以查的動載系數(shù)05.1vK齒輪的圓周力。311110483.1204642/2ttdTFmmNbFKtA/1007.5314831/1得齒間載荷分配系數(shù)2.1HK可以運用插值法3.1HK638.13.12.105.11HKKKKKHvAH可得實際系數(shù)算的分度圓直徑mmKKddHtHt343.1638.15.303311及相應(yīng)的齒輪模數(shù)7.1/11Zdm（3）根據(jù)齒根彎曲疲勞強度設(shè)計由公式3

32、112FsaFadFttYYZYTKm確定計算參數(shù)試選3.1FtK。計算彎曲疲勞計算強度用重合度系數(shù)。688.0703.175.025.075.025.0Y計算北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文13FsaFaYY。查得齒形系數(shù)85.21FaY15.22FaY應(yīng)力修正系數(shù)53.11saY76.12saY查得小齒輪的彎曲疲勞強度極限MPaF5001lim大齒輪的彎曲疲勞強度極限MPaF3802lim取彎曲疲勞系數(shù)9.01FNK03.12FNK計算彎曲疲勞許用應(yīng)力取彎曲疲勞安全系數(shù) s=1.4,由式（10-12）得MPaSKFFNF42.3214.15009.01lim11MPaSKFFNF57.2794.1

33、38003.12lim22計算大小齒輪的FsaFaYY并加以比較0135.042.32153.185.2111FsaFaYY0136.057.27976.115.2222FsaFaYY大齒輪的數(shù)值較大所以設(shè)計計算mmYYZYTKmFsaFadFtt3.123211調(diào)整齒輪模數(shù)北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文14計算實際載荷系數(shù)前的數(shù)據(jù)準備圓周速度v。mmzmdt4.23183.111smndvt/43.01000603504.2314.310006014.311齒寬 b。mmdbtd4.231計算寬高比 b/h925.23.1)25.012(2tamchh8/hb計算實際載荷系數(shù)FK根據(jù)smndvt/

34、43.01000603504.2314.310006014.311查的動載系數(shù)03.1vK齒輪的圓周力。311110749.12304/204642/2dTFtmmNbFKtA/100244.23/14831/1得齒間載荷分配系數(shù)2.1FK用插值法查34.1FK得到實際載荷系數(shù)65.134.12.103.11FFvAFKKKKK可得實際系數(shù)算的齒輪模數(shù)mmKKmmFtFt41.13.165.13.133對比計算結(jié)果，取2m以滿足彎曲強度。齒輪分度圓直徑mmd331北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文15算出小齒輪齒數(shù)1Z=17則大齒輪齒數(shù)2Z=120最后計算分度圓直徑mmmzd3417211mmmzd24

35、0120222計算中心距mmdda1322/)(21齒頂高 )25.0,1(chmhhaaa由于正常齒輪1*ah所以mhhaa齒根高mchhaf)(*由于正常齒25.0*c所以mmmchhaf5.2)25.01()(*mmmchha5.42)25.012()2(*齒頂圓直徑mmhddaa38211mmhddaa244222齒根圓直徑mmhddff29211mmhddff235212表 3-2 為齒輪相關(guān)系數(shù)表 3-2 齒輪相關(guān)系數(shù)名稱計算公式結(jié)果模數(shù)m2壓力角 20北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文1634分度圓直徑240齒頂圓直徑namhdd211namhdd22238 235齒根圓直徑nafmhdd

36、211nafmhdd22229 235中心距132齒寬34403.3 軸的校核（1）軸的設(shè)計和計算圖 3-2 軸的結(jié)構(gòu)（1）選擇軸的材料及熱處理方法查書我們可以選取該軸的材料是優(yōu)質(zhì)的碳素結(jié)構(gòu)鋼（這是軸常用的材料）；該軸的熱處理方法為正火和回火。（2）確定軸的最小直徑查書，估算軸的直徑公式：mm20315075.0103126nPAnPt2.01055.9d330336）（再查表可得1t2t3t4t5t1d2d3d4d5d北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文17103126A0（3）確定各軸段直徑并填于下表 7-1 內(nèi)，在下表（4）選擇軸承潤滑方式，確定與軸長有關(guān)的參數(shù)。查“滾動軸承的潤滑方式”，及機械設(shè)計

37、書中故選用脂潤滑的方式。（5）計算各軸段長度表 3-3 低速軸各段直徑名稱依據(jù)單位確定結(jié)果1d和聯(lián)軸器配合，傳遞扭矩，取mm20d1mmmm20d12d其為齒輪的定位12dd mmmm22d23d其與齒輪配合mm24d3mmmm24d34d其為軸承的定位mm22d4mm mm22d45d其與軸承配合mm20d5mmmm20d5表 3-4 低速軸各段長度名稱計算公式單位計算結(jié)果1t和聯(lián)軸器的配合，20t1mm20t12t軸肩的長度：8t2mm8t23t哈齒輪的聯(lián)接30t3mm30t34t由公式可得8t4mm8t45t和軸承的配合20t5mm20t5齒輪的受力分析：齒輪上的圓周力北華航天工業(yè)學(xué)院畢

38、業(yè)論文18N107738204642dT2Ft徑向力N392tanFrtF20軸向力N5.268tanFatF14 可以得到軸的長度和有關(guān)軸的相關(guān)參數(shù)：表 3-5 軸長度有關(guān)的參數(shù)齒輪上的圓周力齒輪的徑向力齒輪的軸向力1077N392N268.5N（2）計算支反力繪制彎矩圖和剪力圖由于邊界處與軸承很近，兩側(cè)受到的力對桿件強度校核影響不大，故此時忽略。受力簡圖如圖 7-2 所示：圖 3-3 軸的受力圖其中，在圖 3-3 中可以看出來軸受理情況。計算軸的受力情況：上面已經(jīng)分析了齒輪的受力大小，之后計算其他的受力大小。mm43t1mm43t2rFaFtF1t2tr1Fa1Ft1Fr2Fa2Ft2F北

39、華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文19可以得到：N1962FFFrr2r1N5.5382FFFtt2t1在垂直的平面內(nèi)可以到到下圖 7-3，再改平面內(nèi)的剪力圖。圖 3-4 剪力圖我們可以根據(jù)由公式FLM 可以得到mmN428843961FLM圖 3-5 彎矩圖在平行的平面內(nèi)可以到到下圖 7-5，再該平面內(nèi)的剪力圖。FX196NMX8428N mm-196N北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文20圖 3-6 剪力圖可以由公式FLM 可以得到mmN5.23155435.538FLM圖 3-7 彎矩圖由上面的計算可以計算合成的彎矩大小為再根據(jù)公式mmN6.24641MMM2r2t（3）校核軸的強度1.確定軸的危險截面FX5

40、38.5N-538.5NMX23155.5N mm北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文21 根據(jù)軸彎矩圖可知：齒輪截面受到的合力距最大，再考慮到裝齒輪的軸段。因此齒輪截面為危險截面。2.按彎矩組合強度校核軸危險截面強度3d1.0W 計算彎扭的組合強度利用公式22TMM）（總MPa413.34WMca總計算可得 MPa60MPa413.34ca故該軸安全可靠。3.4 仿真與動畫圖如圖 3-8 3-9 為籃球架升降的效果。圖 3-8 最低高度圖 圖 3-9 最高高度圖 圖 3-8 為在升降拉伸桿調(diào)節(jié)下最低高度圖，圖 3-9 為在升降拉伸桿調(diào)節(jié)下最高高度圖。北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文22第第 4 章章 方案二作品

41、設(shè)計方案二作品設(shè)計4.1 工作原理是一款手拉式升降籃球架，是利用平行四邊形鉸鏈機構(gòu)為原理的簡單模型，如圖 4-1所示。圖 4-1 平行四邊形機構(gòu)原理圖根據(jù)原理，如圖所示，這是一個平行四邊形機構(gòu)，相似與設(shè)計籃球架的原理，那么可以根據(jù)這個圖和裝配體結(jié)合說明原理。很明顯，平行四邊形的兩條對邊都是平行的，那么無論兩條邊怎么運動，其它兩邊始終都處于平行的位置，AD 和 BC 兩線平行運動，那么AB 和 DC 兩線也跟著平行運動，如圖是我設(shè)計的模型，如圖 4-2 所示。圖 4-2 方案整體圖籃球架大支柱與地面有一個傾斜的角度是為了更方便合理的使用，參考正規(guī)上市籃球架的運用，讓籃球架大支柱，籃球架底座都和籃

42、板都有一定的垂直距離，而且這個距離是固定的，不讓支架和底座距離人們太近而導(dǎo)致慣性力的撞擊而發(fā)生危險，而且還有一定的設(shè)計美觀性。北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文234.2 連桿機構(gòu)設(shè)計（1）籃球架三角支撐塊在籃球架大支柱上方有一種三角形的支撐塊，它即和籃球大支柱有非常重要的固定關(guān)系，它還與籃框四條固定軸有相連，保持籃板長支撐軸與籃板短支撐軸的聯(lián)動關(guān)系，從而產(chǎn)生了一個平行四邊形鉸鏈機構(gòu)，由三角形塊左邊的一邊一直與籃板具有平行的關(guān)系，無論上下支架怎么平行運動都可以實現(xiàn)其功能。（2）中間手拉升降桿中間為手拉升降桿，它與籃板長支撐桿有通過手拉調(diào)節(jié)長短從而帶動平行四邊形下邊線的角度來調(diào)節(jié)籃板到地面的高度。其中手拉

43、升降桿與籃球架大支柱有三處連接，從而達到了固定的目的又實現(xiàn)功能，又由于是鉸鏈機構(gòu)，高度適宜，骨架中空就是說籃球架本體并不沉重，手拉所需要的力并不大，就連老人小孩婦女運用也是綽綽有余。（3）籃球架底座籃球架底座由高強度聚乙烯（PE）全面加工組成，聚乙烯化學(xué)穩(wěn)定性較好，室溫下可耐稀硝酸、稀硫酸和任何濃度的鹽酸、氫氟酸、磷酸、甲酸、醋酸、氨水、胺類、過氧化氫、氫氧化鈉、氫氧化鉀等溶液。輕便方便便攜，在使用時可在底座中加入水即可讓它有足夠的重量支撐。而且輕便環(huán)保。底座的形體也是根據(jù)正規(guī)籃球架設(shè)計而來，長 130 厘米，寬 80 厘米，高 20 厘米，簡便清潔。（4）籃球架籃板與籃框籃板由聚碳酸酯（PC

44、）制成，剛硬而有韌性，具有高抗沖擊性，高度的尺寸穩(wěn)定性和范圍很寬的使用溫度，良好的絕緣性及耐熱性和無毒性。長 127 厘米，寬 81 厘米，高20 厘米，與正規(guī)籃球架大致相同，無論是投籃扣籃都沒有問題。中間的連接螺栓用到了十字槽凹穴六角頭螺栓，大小為 M8x12，型號為 GB/T31.3-19.88 還有十字槽凹穴六角頭螺栓，大小為 M8x12，型號為 GB/T3129.2-1988。同樣，籃球架的籃框也是聚碳酸酯制成，它非常有效的到達其作用和目的，無論是扣籃，投籃所需要的力都是足夠的。4.3 仿真與動畫圖如圖 4-3 4-4 為籃球架升降的效果。圖 4-3 籃球架最低高度圖北華航天工業(yè)學(xué)院畢

45、業(yè)論文24圖 4-4 籃球架最高高度圖 圖 4-3 為在升降拉伸桿調(diào)節(jié)下最低高度圖，圖 4-4 為在升降拉伸桿調(diào)節(jié)下最高高度圖。北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文25總結(jié)與展望從本次畢業(yè)設(shè)計，我運用了兩種設(shè)計方案，方案一是一種以轉(zhuǎn)動手輪而移動齒輪齒條從而控制升降運動的設(shè)計，而方案二是通過拉動手拉升降桿，從而控制一個平行四邊形鉸鏈機構(gòu)而控制籃球架的升降。（1）方案一特點優(yōu)點是傳遞功率大，效率高，壽命長，傳動比準確，結(jié)構(gòu)緊湊，能實現(xiàn)任意夾角兩軸間的軸間傳動，缺點是對制造和安裝的精度要求高，價格較其它傳動型式昂貴，不宜于遠距離傳輸。運用齒輪帶動手輪移動可以讓使用者用更小的力達到更好的效果。（2）方案二特點 實

46、現(xiàn)一定的運動規(guī)律。當(dāng)主動桿運動規(guī)律一定時，剛從動桿相應(yīng)地按給定的運動規(guī)律運動；實現(xiàn)一定的軌跡，要求機構(gòu)中作復(fù)雜運動的構(gòu)件上某一點準確或近似地沿給定軌跡運動。運動副單位面積所受壓力較小，且面接觸便于潤滑，故磨損減??；制造方便，易獲得較高的精度；兩構(gòu)件之間的接觸是靠本身的幾何封閉來維系的，它不象凸輪機構(gòu)有時需利用彈簧等力封閉來保持接觸。因此，平面連桿機構(gòu)廣泛應(yīng)用于各種機械、儀表和機電產(chǎn)品中。平面連桿機構(gòu)的缺點是：一般情況下，只能近似實現(xiàn)給定的運動規(guī)律或運動軌跡，且設(shè)計較為復(fù)雜；當(dāng)給定的運動要求較多或較復(fù)雜時，需要的構(gòu)件數(shù)和運動副數(shù)往往較多，這樣就使機構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工作效率降低，不僅發(fā)生自鎖的可能性增

47、加，而且機構(gòu)運動規(guī)律對制造、安裝誤差的敏感性增加；機構(gòu)中作復(fù)雜運動和作往復(fù)運動的構(gòu)件所產(chǎn)生的慣性力難以平衡，在高速時將引起較大的振動和動載荷，故連桿機構(gòu)常用于速度較低的場合。運用拉伸桿升降，結(jié)構(gòu)簡單方便。（3）展望 以后還需要設(shè)計更加精確的籃球架，使用壽命更加長才比較好?？偛荒芾鲜且猛鈬募夹g(shù)，應(yīng)該創(chuàng)新制造出更多種更加安全，實惠，大眾化的籃球架，給更多的人有更多鍛煉的機會。我們也應(yīng)該多多向國外學(xué)習(xí)，爭取到更加先進的技術(shù)?？梢栽O(shè)計出運用電力發(fā)動的而且沒有什么危險性的升降籃球架，而且精度更加的高，價格合理。北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文26致 謝在本次畢業(yè)設(shè)計中，我十分感謝指導(dǎo)老師對我的教導(dǎo)和建議，在

48、設(shè)計過程中我大體方案錯誤，設(shè)計的東西太過于簡單，是老師及時給我提出意見和建議，并幫助我構(gòu)思方案讓我最終設(shè)計出自己的構(gòu)思方法，還十分感謝我的同學(xué)，在這次設(shè)計中，我畫圖軟件是soildworks 軟件，由于我以前沒有接觸過，并不知道怎么去設(shè)計完成，在運用的過程中有大量的問題需要解決，不然的話要花很多時間才能弄明白，但同學(xué)們不吝賜教，讓我節(jié)約了大量的學(xué)習(xí)軟件的時間，并在我的設(shè)計方案中提出一些有用的意見。沒有老師和同學(xué)們的幫助，我需要更多的時間和精力去做還不一定能完成的了，所以我非常的感激。最后我很感謝有這次機會做這一次的畢業(yè)設(shè)計，讓我的設(shè)計能力有所提高，soildworks軟件的運用技術(shù)也比較成熟，

49、讓我明白有些東西不是看上去那么簡單，需要自己親身經(jīng)歷才能注意到發(fā)現(xiàn)到其中很多的細節(jié)。無論是在以后的工作中，學(xué)習(xí)中我想這都是很有價值的。我相信，這是一次難忘的經(jīng)歷。北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文27參考文獻參考文獻1錢在中等.焊工取證上崗培訓(xùn)教材M.北京:機械工業(yè)出版社,2009.2張連生等.金屬材料焊接M.北京:機械工業(yè)出版社,2004.3林圣武等.焊工操作技術(shù)M.上海:上?？茖W(xué)技術(shù)文獻出版社,2009.4Ricardo Chicurel-Uzie.Cycloidal Magnetic Gear Speed Reducer.Modern Mechanical Engineering,2013,Vol

50、.03(04),pp.147-151.5S.Niwa,M.Suzuki and K.Kimura.Electrical Shock Absorber for Docking System in Space.IEEE International Workshop on Intelligent Motion Control,Bogazici University,Istenbul.1990:825-8306王鳳岐.現(xiàn)代設(shè)計法M.天津：天津大學(xué)出版社,2004.7陳景秋.張培源.工程力學(xué)M.北京：高等教育出版社,2006.8孫恒，傅則紹機械原理北京：高等教育出版社M，1989，392-4439曹巖，趙汝嘉.Solidworks2009 基礎(chǔ)篇M.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，200910劉恒，虞烈，謝友柏.現(xiàn)代設(shè)計方法與新產(chǎn)品開發(fā)M.北京：中國機械工程學(xué)院，1999,19（1）