便攜式傳動機構(gòu)百寶箱說明書

1、便攜式傳動機構(gòu)百寶箱說明書設(shè)計者：吳甜、應(yīng)俊、蔡國柱、何官彰、陳生運指導老師：李志剛、陳丹湖南文理學院機械工程學院便攜式傳動機構(gòu)百寶箱設(shè)計者：吳甜、應(yīng)俊、蔡國柱、何官彰、陳生運指導老師：李志剛、陳丹湖南文理學院機械工程學院摘要：便攜式傳動機構(gòu)百寶箱涉及的傳動機構(gòu)包括帶傳動、鏈傳動、齒輪傳動和蝸桿傳動四種傳動機構(gòu)，為了體現(xiàn)作品的便攜式，一方面，將各個運動機構(gòu)做成可快速裝拆的模塊，這樣既可以進行單獨運動演示和組合運動演示，體現(xiàn)教具的多樣性；另一方面，獨特的展開、閉合式箱體設(shè)計不僅可以存放演示零件，而且可以快速為傳動結(jié)構(gòu)提供演示平臺。為了能夠定量分析傳動機構(gòu)，增加了控制模塊，從而充分展示各運動機構(gòu)的

2、特點，讓學生更加直觀的觀察到實驗的現(xiàn)象。關(guān)鍵字：教具；傳動機構(gòu)；控制裝置；傳感器；便攜式作品內(nèi)容簡介本作品根據(jù)本屆機械創(chuàng)新設(shè)計大賽的主旨要求而設(shè)計，屬于“教具類機械”。 此教具主體為鋁合金框架結(jié)構(gòu)，當演示時，箱子展開后的面積為332900mm2，展開后可為為傳動模塊提供演示平臺，傳動模塊可以在上面自由拆卸以及靈活組裝，放在講臺上，便于老師的講課和學生的觀察；當演示完畢時，演示平臺可以組裝成為350210180的箱子，體積為978000mm3，運動模塊和控制模塊等部件拆卸放入箱體內(nèi)便于保存，方便攜帶突出便攜的特點。為了能夠定量分析傳動機構(gòu)，增加了控制模塊，主要用來采集運動模塊的物理量和對采集的數(shù)

3、據(jù)進行處理，然后將處理好的數(shù)據(jù)輸出、顯示，根據(jù)輸出的數(shù)據(jù)，可以充分展示各運動機構(gòu)的特點，讓學生更加直觀的觀察到各個運動模塊的工作原理、基本功能。聯(lián)系人：李志剛聯(lián)系電話：1、研發(fā)的背景和意義現(xiàn)有的教具一般是單獨的演示教具。此類教具制作簡單，演示方便。能在一定程度上給學生直觀的演示，使學生分別了解四種傳動的工作原理，基本機構(gòu)，基本功能。但由于其為單獨演示，不便于學生對各類機械傳動進行觀看并比較。還有常見的綜合演示教具，它不僅繼承了第一類教具的特點，也在一定程度上避免了其存在的缺點。也使學生能同時觀看了解四種常見傳動的工作原理，基本結(jié)構(gòu)，基本功能。我們在結(jié)合綜合演示教具的特點并將傳統(tǒng)的常見機械傳動演

4、示教具的演示范圍從對工作原理，基本結(jié)構(gòu)，基本功能的演示進一步拓展到對基本特點的演示。本設(shè)計通過模塊化設(shè)計，獨特的展開收縮箱體設(shè)計，以及增加相應(yīng)的控制裝置，在適當?shù)奈恢冒惭b傳感器并結(jié)合單片機等技術(shù)，將抽象的，傳統(tǒng)機械傳動教具沒有演示的基本傳動特點直觀地對學生演示。2、設(shè)計方案2.1、總體設(shè)計構(gòu)想傳統(tǒng)的教具一般是單獨演示教具，此類教具制作簡單，演示方便，但是沒有良好的便攜性；由于其為單獨演示，不能多個運動同時演示，對于傳動特點沒有通過儀器儀表明確的顯示，不便于學生對各類機械傳動進行觀看并比較；而且演示完后教具的保存收納也不具有便利性，為了避開傳統(tǒng)教具的缺點，從而想到綜合演示教具；為了突出教具便攜的

5、特點，我們從演示平臺入手，將演示平臺做成獨特的展開、閉合式箱體；同時，為了體現(xiàn)教具的定量分析，從而引進控制模塊，對運動模塊進行隨心所欲地的演示，真正意義上體現(xiàn)這個教具的多樣性。2.2 、運動模塊放置位置方案比較根據(jù)總體設(shè)計構(gòu)想，總共有帶傳動模塊、鏈傳動模塊、直齒輪傳動模塊、錐齒輪傳動模塊和蝸桿傳動模塊，外加電機（控制模塊不屬于機構(gòu)，暫時不考慮），總共六個模塊。如果隨機組合，運動模塊放置位置方案就多種多樣，但是，考慮各個模塊的性質(zhì)和特點，合理的運動模塊放置位置方案就比較少了，經(jīng)篩選，產(chǎn)生以下兩個方案：方案一（圖1）：電機帶傳動鏈傳動直齒輪傳動錐齒輪傳動蝸桿傳動；因為直齒輪傳動較平穩(wěn)、精度高，而鏈

6、傳動的傳動精度與直齒輪傳動低、平穩(wěn)性差，將鏈傳動放在直齒輪傳動前面，導致后面的傳動精度降低，所以不宜采用。方案二（圖2）：電機帶傳動直齒輪傳動鏈傳動錐齒輪傳動蝸桿傳動；將直齒輪傳動放在鏈傳動前面，可以最大限度的降低整個教具的傳動精度，所以采用方案二。圖1 方案一圖2 方案二2.3、傳動模塊傳動模塊包括帶傳動模塊、鏈傳動模塊、直齒輪傳動模塊、錐齒輪傳動模塊以及蝸桿傳動模塊。2.3.1、帶傳動模塊帶傳動是一種撓性傳動。帶傳動的基本組成零件為帶輪和傳動帶。當主動帶輪轉(zhuǎn)動時，利用帶輪和傳動帶間的摩擦或嚙合作用，將運動和動力通過傳動帶傳遞給從動帶輪。1、 帶輪帶輪分為主動帶輪和從動帶輪。它們的材質(zhì)都為聚

7、縮醛（POM）。主動帶輪的基本尺寸為：外直徑45mm、滑輪厚約12mm、軸心厚約23mm、U槽6mm、槽深3mm、R3槽；從動帶輪的基本尺寸為：外直徑45mm、滑輪厚約12mm、軸心厚約23mm、U槽6mm、槽深3mm、R3槽。、傳動帶因為我們用于小功率傳動，所以我們選用材料為聚氨酯、直徑為6mm的綠色圓帶結(jié)構(gòu)的傳動帶。、特點帶傳動具有結(jié)構(gòu)簡單、傳動平穩(wěn)、價格低廉和緩沖減震等特點，所以步進電機接的第一個模塊為帶傳動模塊。2.3.2、直齒輪傳動模塊齒輪傳動是機械傳動中最重要的傳動之一，形式廣泛，傳遞的功率可達數(shù)十萬千瓦，圓周速度可達200m/s。本作品齒輪的材料均為。、大齒輪大齒輪的齒數(shù)為40齒

8、，齒寬為12mm，模數(shù)為1.5、小齒輪小齒輪的齒數(shù)為30齒，齒寬為12mm，模數(shù)為1.5、特點齒輪傳動的主要特點有效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠、壽命長和傳動比穩(wěn)定。2.3.3、鏈傳動模塊鏈傳動是一種撓性傳動。它是通過鏈輪輪齒與鏈條鏈節(jié)的嚙合來傳遞運動和動力。、鏈輪鏈輪為4分9齒，齒外徑為40mm，臺階外徑為23mm。、鏈條鏈條為08A188 GB/T 1242006、特點鏈傳動工作可靠，兩軸相距較遠，低速重載，工作環(huán)境惡劣，鏈傳動的制造與安裝要求較低，成本低。2.3.4、錐齒輪傳動模塊錐齒輪用于傳遞相交或想錯軸之間的運動。本作品齒輪的材料均為45#鋼，比例為1:2，它們成90度角。、大錐齒輪大錐

9、齒輪的模數(shù)為1.5，齒數(shù)30，齒外徑為46mm，齒長為10mm，總厚度為24mm。、小錐齒輪小錐齒輪的模數(shù)為1.5，齒數(shù)15，齒外徑為25mm，齒長為10mm，總厚度為25mm。、特點齒輪傳動的主要特點有效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠、壽命長和傳動比穩(wěn)定。2.3.5、蝸桿傳動模塊蝸桿傳動是在空間交錯的兩軸間傳遞運動和動力的一種傳動機構(gòu)，兩軸線交錯的夾角可以為任意值，我們用的為90度，減速比為1:40。本作品齒輪的材料均為45#鋼。、蝸輪蝸輪的外直徑為53mm，齒數(shù)為40齒，厚度為12mm，模數(shù)為1.25，旋向為右旋。、蝸桿蝸輪的外直徑為24mm，頭數(shù)為1，厚度為40mm，模數(shù)為1.25，旋向為右旋

10、。、特點蝸桿傳動主要特點：實現(xiàn)大的傳動比、結(jié)構(gòu)緊湊、沖擊載荷小、傳動平穩(wěn)、噪聲低、傳動具有自鎖性。2.3.6聯(lián)軸器方案比較直齒輪傳動模塊和鏈傳動模塊需要聯(lián)軸器進行連接，經(jīng)篩選，產(chǎn)生以下兩個方案：方案一（圖3）：直齒輪傳動模塊和鏈傳動模塊之間采用梅花聯(lián)軸器進行連接。優(yōu)點：連接穩(wěn)定、可靠，缺點：不方便拆裝。正因為不宜拆裝，與最初“便攜”的思路相違背，所以不宜采用。方案二（圖4）：直齒輪傳動模塊和鏈傳動模塊之間采用自主創(chuàng)新設(shè)計的“一”字形聯(lián)軸器進行連接。“一”字形聯(lián)軸器拆裝十分方便，而且傳動平穩(wěn)，加工簡單，所以采用“一”字形聯(lián)軸器。圖3 方案一圖4 方案二2.4、箱子我們設(shè)計的箱子和傳統(tǒng)的箱子有本質(zhì)

11、上的區(qū)別，可以說不是純粹的箱子。當運動演示時，箱子可以展開為運動演示平臺；而運動演示完畢時，展開的運動演示平臺又可以組裝成一個純粹的箱子，安放運動模塊和控制模塊。、運動演示平臺（圖5）運動演示時：箱子可以展開為運動演示平臺，傳動模塊可以在上面自由拆卸以及靈活組裝。展開后的面子為332900mm2，放在講臺，便于老師的講課和學生的觀察。、箱子（圖6）運動演示完畢時：運動演示平臺可以組裝成箱子后為350210180，體積為978000mm3，運動模塊拆卸放入箱體內(nèi)便于保存，方便攜帶突出便攜特點。圖5 箱子圖6 運動演示平臺2.5、控制模塊控制模塊主要包括24V3A的開關(guān)電源，步進電機控制器，步進電

12、機，C52單片機以及霍爾傳感器模塊。由于控制模塊與機構(gòu)無關(guān)，屬于電子類，在此就不在詳敘。3、理論設(shè)計計算3.1、總體尺寸設(shè)計根據(jù)各個零件的具體尺寸，組裝成模塊，而各個模塊的尺寸就決定了運動演示平臺的尺寸。、直齒輪傳動：長寬高=15083132（單位：mm）；、鏈傳動：長寬高=15083128（單位：mm）；、蝸桿傳動：長寬高=1508690（單位：mm）；、運動演示平臺：面積=332900mm2；、箱子：長寬高=350210180（單位：mm）,體積=978000mm3。3.2、軸的強度和剛度校核進行軸的強度和剛度校核計算時，應(yīng)根據(jù)軸的具體受載及應(yīng)用情況，采取相應(yīng)的計算方法，并恰當?shù)剡x取其許用

13、應(yīng)力。由于我們設(shè)計的是教具，載荷相對于許用應(yīng)力很小，所以軸滿足強度和剛度要求。3.3、部分工程圖 圖7 通用軸 圖8 通用導軌 圖9 通用滑塊 圖10 蝸桿傳動滑塊 圖11 蝸輪支撐板 圖12 通用支撐板4、工作原理及性能分析4.1工作原理下面對箱子變?yōu)檫\動演示平臺的過程予以說明。、如圖13為箱子狀態(tài)。箱子的各個面由鉸鏈或扣子連接（圖14），箱子的體積小，體現(xiàn)便攜的優(yōu)點。、將各個模塊組裝到運動演示平臺上（圖15）。圖13 箱子 圖14 扣子（鉸鏈在內(nèi)側(cè)）圖15 模塊組裝完后4.2、性能、箱子長350mm，寬210mm，高180mm，設(shè)計容量9728000mm3、演示平臺的面積為332900mm2、各個模塊的傳動效率和傳動比帶輪傳動：傳動比為5；直齒輪傳動：傳動比為4/3；鏈傳動：傳動比為3.5；錐齒輪傳動：傳動比為1，只是改變傳動的方向；蝸桿傳動：減少比為1:40。5、實物照片圖16 運動演示平臺圖17 箱子6、創(chuàng)新點及應(yīng)用6.1、創(chuàng)新點、各個運動機構(gòu)實現(xiàn)模塊化可實現(xiàn)快速拆裝，并能進行單獨運動演示和組合運動演示。、通過單片機控制電機實現(xiàn)各個運動模塊的運行速度，從而充分展示各運動機構(gòu)的特點，讓學生更加直觀的了解各個機構(gòu)的特點。、獨特的箱體設(shè)計為攜帶以及課堂的教學展示提供了很好的便利性。6.2、應(yīng)用此教具為綜合演示傳動教具，方便攜帶、便捷的演示能夠非常好的適應(yīng)老師在課堂上的教學，使得