籃球架后調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

1、機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)論文 題目：可調(diào)式籃球架 后 調(diào) 節(jié) 設(shè) 計(jì) 學(xué)院：機(jī)械學(xué)院專業(yè)：機(jī)制本1403 姓名： 賈言言 學(xué)號(hào)：321404010314指導(dǎo)老師：許寶玉 2016年1月10日目錄1、 概述2、 設(shè)計(jì)思路 （1）、高度調(diào)節(jié)的用處 （2）、省力機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) （3）、自鎖功能3、 設(shè)計(jì)內(nèi)容 （1）、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) （2）、安全方面的設(shè)計(jì) （3）、加工工藝方面的設(shè)計(jì) （4）、強(qiáng)度設(shè)計(jì) （5）、功能說明4、 安裝說明 （1）、安裝所需工具 （2）、安裝明細(xì)表 （3）、安裝步驟 （4）、實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)五、設(shè)計(jì)體會(huì)籃球架后調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)1、 概述進(jìn)入二十一世紀(jì)的人們對(duì)生活質(zhì)量逐漸的提高，相對(duì)應(yīng)的對(duì)自身的鍛煉及身體健

2、康尤其注重，各種鍛煉器材絡(luò)繹不絕的出現(xiàn)在人們的生活中，對(duì)于籃球人們的追求在于鍛煉自身的靈活性。而在選擇運(yùn)動(dòng)鍛煉身體的時(shí)候有很大一部分人去選擇了打籃球，打籃球不僅能增廣自己的交友圈也能調(diào)節(jié)緊張的學(xué)習(xí)和工作生活中的壓力，同時(shí)學(xué)到更多的東西，集思廣益，在打籃球的活動(dòng)中有益骨骼的生長發(fā)育，能讓自己身體各部分更加協(xié)調(diào)又可以調(diào)高自己的團(tuán)隊(duì)協(xié)同及合作能力，給自己注入一種團(tuán)隊(duì)精神。針對(duì)于打籃球一族籃球架當(dāng)然是必不可少的，優(yōu)質(zhì)的籃球架可以給人們一種安全的健身運(yùn)動(dòng)的環(huán)境。讓每款籃球架都能人性化的去使用是設(shè)計(jì)追求的目標(biāo)，于是在普通籃球架的基礎(chǔ)上進(jìn)行了人性化的設(shè)計(jì)以及增強(qiáng)了它的機(jī)械性能和可調(diào)節(jié)高度的性能。因?yàn)榛@球架長

3、安裝在健身場所、運(yùn)動(dòng)場地、學(xué)校的操場以及工作單位的院內(nèi)，安裝范圍廣及安裝不受場地限制。讓人們鍛煉身體，增強(qiáng)人們的身體素質(zhì)，為了能適用給各年齡段需要各中高度的需求我們設(shè)計(jì)籃球架高度的機(jī)械調(diào)節(jié)性能，實(shí)用性普及至各年齡段，以應(yīng)對(duì)市場的需求。2、 設(shè)計(jì)思路 1、高度調(diào)節(jié)的用處 一般籃球架都是固定式的，高度是不可調(diào)的因此只能適合成人娛樂健身，考慮到孩子以及學(xué)生等各年齡段人們的身高問題，所以在一般籃球架的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)上一個(gè)可調(diào)高度的部件，這個(gè)可調(diào)節(jié)高度的機(jī)械部件加工簡單、安裝簡潔、外觀優(yōu)美等特點(diǎn)。它的設(shè)計(jì)是為了提高普通籃球架缺少的高度調(diào)節(jié)功能，可自由調(diào)節(jié)高度。而且調(diào)節(jié)時(shí)所用的力很小，連小朋友都能進(jìn)行高度調(diào)節(jié)

4、。本款后調(diào)節(jié)的設(shè)計(jì)中還帶有鎖死高度防止亂調(diào)節(jié)的情況，高度調(diào)節(jié)到一定高度是可以鎖死搖柄，更加貼切人性化設(shè)計(jì)。后調(diào)節(jié)的高度調(diào)節(jié)由梯形絲杠螺母副傳遞力到直齒錐齒輪副經(jīng)過齒輪將力傳動(dòng)到手柄上。最后到手柄的力是很少一部分大約在10KG左右，這樣對(duì)于各個(gè)年齡段的人都可以根據(jù)自身的高矮既不費(fèi)力又能方便的進(jìn)行調(diào)節(jié)適合自己的藍(lán)球板的高度。因?yàn)檫m用于各個(gè)年齡段的人群使用，所以高度調(diào)節(jié)是有必要而不可缺少的！ 2、省力結(jié)構(gòu)設(shè)置，能方便進(jìn)行調(diào)節(jié) 籃球架后調(diào)節(jié)省力主要體現(xiàn)在有絲杠、齒輪以及搖柄的個(gè)結(jié)構(gòu)省力配合,籃球板的重量經(jīng)過上下支撐將重力傳送到絲杠上，由梯形絲杠及螺母副配合傳遞將力傳動(dòng)到下端的齒輪副，經(jīng)過絲杠螺母副和齒

5、輪的傳動(dòng)比最后經(jīng)過齒輪傳遞到搖柄的力就很小很小。計(jì)算作用在后調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的靜態(tài)作用力：主要考慮后調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)需要的調(diào)節(jié)力是多大。當(dāng)籃板的重量通過下支撐架作用在后條件絲杠中的力量，經(jīng)過絲杠作用在要柄上的力量就是最后作用在人得手上的力量，也就是人需要用多大的力就可以將籃球板輕易的搖動(dòng)起來。 計(jì)算作用在絲杠上的力量是多少？即 F1*L1=F2*L2 F1=100KG F2=? L1=1626.23mm L2=355mm 因?yàn)?F1*L1=F2*L2 所以 F2=F1*L1/L2 F2=100*1626.23/355 =458KG 經(jīng)過計(jì)算得作用在絲杠上力是458KG，因籃板的總重量在100KG以內(nèi)，而絲杠能

6、承受的拉力在458KG，絲杠所能承受拉力遠(yuǎn)遠(yuǎn)要高于籃板自身的重量，所以在安全方面和承受載荷的方面是滿足要求的。 經(jīng)過計(jì)算得出需要用多大的力就可以將籃板搖動(dòng)？ 動(dòng)態(tài)作用力：主要考慮強(qiáng)度方面。假設(shè)一個(gè)人重量按照正常情況是100KG,然后作用籃圈的人體沖擊重量是3倍，計(jì)算出作用在后調(diào)節(jié)絲杠的力量是多大？ 即 100*3=300KGF1*L1=F2*L2F2=300KG*1626.23/355 =1374.27KG查資料得 絲杠螺母副中選用直徑為20mm的梯形絲杠，其額定動(dòng)負(fù)載為76000N既76000N=7600KG因?yàn)榧僭O(shè)一個(gè)人重量按照正常情況是100KG然后作用籃圈的人體沖擊重量是3倍的話，那么

7、承受在絲杠上的力是1374.27KG 而絲杠本身所能承受的額定負(fù)載為7600KG 所以絲杠本身的所能承受的額定負(fù)載遠(yuǎn)遠(yuǎn)要大于人體在藍(lán)圈上的沖擊動(dòng)作用力的，所以絲杠是穩(wěn)定的安全的。 根據(jù)材料的抗拉強(qiáng)度和作用面的截面積，計(jì)算出絲杠能夠承受的拉力是多大？ 這兩個(gè)力進(jìn)行比較，相差懸殊，不需要進(jìn)行詳細(xì)的強(qiáng)度計(jì)算?。?）絲杠省力。 絲杠是一種精度很高的零件，能將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變成直線運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)副零件，它能精確地確定位置將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)，面且還要傳遞一定的動(dòng)力，所以在精度、強(qiáng)度及耐磨性等方面都有很高的要求。絲杠的選擇：考慮到籃球架高度調(diào)節(jié)的方便快捷，在他的后調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)中選用的是梯形絲杠。（2）斜齒輪副部分

8、作用有兩個(gè)方面，一個(gè)是將絲杠的垂直力轉(zhuǎn)變成水平力完成變向，另一個(gè)是省力 i2=0.75 (3) 搖柄部分 搖柄部分從省力和方便操作方面考慮,也分兩個(gè)部分： 一個(gè)手握部分的特殊設(shè)計(jì)，在進(jìn)行操作的時(shí)候，手把套可以隨著調(diào)節(jié)位置自由轉(zhuǎn)動(dòng)。 另一個(gè)搖柄的長度形成一個(gè)很大的傳動(dòng)比 （4）彈簧筒省力彈簧筒主要使用一大一小兩個(gè)壓簧組成的一個(gè)省力結(jié)構(gòu)，當(dāng)搖柄旋轉(zhuǎn)的時(shí)候籃球板上升，而此時(shí)彈簧筒起到了一個(gè)減小拉力的作用，通過下支撐架將一部分力轉(zhuǎn)移到了彈簧筒上彈簧筒受力壓縮，從而減輕了絲杠和齒輪的受力從而手柄搖動(dòng)更加輕松。當(dāng)搖動(dòng)手柄旋轉(zhuǎn)籃板下降的時(shí)候，受力壓縮的彈簧筒此時(shí)不受外力開始伸張，通過下支撐架將力轉(zhuǎn)移到后調(diào)節(jié)

9、上從而使后調(diào)節(jié)中的絲杠減少了由于籃板重力給予絲杠往下的拉力，給絲杠減輕一部分力量，從而起到了省力的作用。3、自鎖功能 在傳動(dòng)中我們利用了梯形螺紋螺母副，Tr20*4d的螺桿，螺距為4mm，中經(jīng)為18mm經(jīng)過計(jì)算得角度為4.05o，比普通的角度要小所以有自鎖功能。當(dāng)螺桿與螺母間沒有自鎖功能時(shí)，摩擦系數(shù)小就會(huì)自動(dòng)旋轉(zhuǎn)，如千斤頂?shù)闹械木匦谓z杠，如果沒有自鎖功能的話當(dāng)人不給它一個(gè)力的時(shí)候螺桿本身就會(huì)自動(dòng)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致危險(xiǎn)。在本款后調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)中沒有自鎖功能的話將會(huì)導(dǎo)致籃球板調(diào)到一定高度的時(shí)候，當(dāng)搖柄上沒有一個(gè)外在力的話絲桿就會(huì)自動(dòng)旋轉(zhuǎn)從而導(dǎo)致籃球板由原來的高度有慢至快迅速下降，導(dǎo)致高度下降及安全問題。在本款后調(diào)

10、節(jié)機(jī)構(gòu)中自鎖功能設(shè)計(jì)在梯形絲杠和螺母副中，有效的防止了沒有自鎖功能所帶來的危險(xiǎn)性。絲杠螺旋升角圖 螺紋的自鎖條件：螺旋升角 小于 當(dāng)量摩擦角 絲杠的中徑18，螺距P=4 ，螺旋升角=arc tan（S/d）因?yàn)榇颂菪谓z杠為單線螺紋導(dǎo)程，所以S=P螺旋升角=arc tan （S/d） =4.05o當(dāng)量摩擦角a=atctan(f)經(jīng)查表的f=0.15所以a=8.5308 經(jīng)過計(jì)算得螺旋升角小于當(dāng)量摩擦角，既滿足螺紋的自鎖條件。 按機(jī)械設(shè)計(jì)手冊上梯形絲杠的自鎖條件一般升角小于4度30分時(shí)可以自鎖，此梯形絲杠的螺旋升角為4.05o遠(yuǎn)小于4.30o所以自鎖功能安全。3、 設(shè)計(jì)內(nèi)容 1、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 螺

11、旋傳動(dòng)的特點(diǎn)：傳動(dòng)精度高、工作平穩(wěn)無噪音，易于自鎖，能傳遞較大的動(dòng)力等特點(diǎn)。螺旋傳動(dòng)的作用：以傳遞動(dòng)力為主，要求以較小的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生較大的軸向推力，用于克服工作阻力，主要是承受很大的軸向力，每次工作時(shí)間較短，工作速度也不高。分度曲面為圓錐面的齒輪稱為錐齒輪，它是輪齒分布在圓錐面上的齒輪，當(dāng)其齒向線是分度圓錐面的直母線時(shí)稱為直齒錐齒輪。 錐齒輪傳動(dòng)用于空間兩相交軸之間的傳動(dòng)，一般多用于兩軸垂直相交成90的場合。直齒錐齒輪是用來實(shí)現(xiàn)兩相交軸之間的傳動(dòng)，兩軸相交角S稱為軸角，其值可根據(jù)傳動(dòng)需要確定，一般多采用90。直齒錐齒輪設(shè)計(jì)、制造及安裝較為簡單，用于抵速傳動(dòng)（5m/s）。此款后調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)為S=90 。

12、 如圖所示基本參數(shù) 由于直齒錐齒輪大端的尺寸最大，測量方便。因此，規(guī)定錐齒輪的參數(shù)和幾何尺寸以大端為準(zhǔn)。大端的模數(shù)m的值為標(biāo)準(zhǔn)值，按下表選取。在GB12369-90中規(guī)定了大端的壓力角a=20。，齒頂高系數(shù)ha=1頂隙系數(shù)c=0.2直齒斜齒輪嚙合傳動(dòng)特點(diǎn)：一對(duì)錐齒輪的嚙合傳動(dòng)相當(dāng)于其當(dāng)量齒數(shù)的嚙合傳動(dòng)。因此有如下特點(diǎn)：（1） 正確嚙合條 ； ； （2） 連續(xù)傳動(dòng)條件e1，重合度e可按其齒寬中點(diǎn)的當(dāng)量齒數(shù)計(jì)算（3） 不根切的最少齒數(shù)，故 （4） 傳動(dòng)比因 當(dāng) 時(shí) 各類傳動(dòng)所能傳遞的功率取決于其傳動(dòng)原理、承載能力、載荷分布、工作速度、制造精度、機(jī)械效率等因素。2、安全方面的設(shè)計(jì) 自鎖功能查資料得

13、絲杠螺母副中選用直徑為20mm的梯形絲杠，其額定動(dòng)負(fù)載為76000N 斜齒輪傳動(dòng)具有下列主要的優(yōu)點(diǎn)： 嚙合性能好。在斜齒輪傳動(dòng)中，其輪齒的接觸線為與齒輪軸線傾斜的直線，輪齒開始嚙合和脫離嚙合都是逐漸的，因而傳動(dòng)平穩(wěn)、噪聲小，同時(shí)這種嚙合方式也減小了制造誤差對(duì)傳動(dòng)的影響; 重合度大。這樣就降低了每對(duì)輪齒的載荷，從而相對(duì)的提高了齒輪的承載能力，延長了齒輪的使用壽命，并使傳動(dòng)平穩(wěn); 斜齒標(biāo)準(zhǔn)齒輪不產(chǎn)生根切的最少齒數(shù)較直齒輪著少，因此，采用斜齒輪傳動(dòng)可以得到更為緊湊的機(jī)構(gòu)。 斜齒輪傳動(dòng)的主要缺點(diǎn)：在運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生軸向推力 3、加工工藝方面的設(shè)計(jì) 在加工工藝方面我們設(shè)計(jì)了為了方便裝銷軸而鉆的孔，為了達(dá)到磷

14、化時(shí)能將磷化液空出來也進(jìn)行了鉆工藝孔，確保銷軸能順利的打入以及不至于磷化液空不出來而導(dǎo)致管件內(nèi)部生銹、腐爛。在軸套的設(shè)計(jì)上我們使用了粉末冶金套，相比而下粉末冶金套成本低、耐磨程度好，在粉末冶金加工過程中注入了油從而使其在使用中有了這種油性軸套而使其有良好的耐磨性和潤滑性，減低了使用時(shí)的摩擦噪音。考慮到設(shè)計(jì)時(shí)使用的直齒錐齒輪在運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生軸向推力這個(gè)缺點(diǎn)，在安裝時(shí)加入了兩個(gè)推力軸承起到省力的作用及抵消直齒錐齒輪在運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的軸向推力。如下圖所示，加工各零件時(shí)采用了最簡單的加工方法使其達(dá)到符合圖紙要求的工藝精度，在整個(gè)后調(diào)節(jié)的加工過程中，需要鉆的空一般都是通過制作簡易的鉆孔工裝在搖臂鉆上進(jìn)行加工來

15、保證所加工的加工精度與工藝精度相符合。在下調(diào)節(jié)組件上實(shí)行了于絲杠相配的螺母先鉆孔然后鉚接在下調(diào)節(jié)管件上，為了保證同心度，鉚接結(jié)束后在進(jìn)行車床攻絲。齒輪罩的加工是將1.0厚的不銹鋼板經(jīng)過剪板機(jī)下料后，在沖床上進(jìn)行沖壓U型彎，然后進(jìn)行劃線鉆孔。大小錐度齒輪是可以買到合適的標(biāo)準(zhǔn)件然后進(jìn)行背面銑槽加工以保證能將搖柄上的銷軸固定在齒輪處給齒輪一個(gè)定位，最后進(jìn)行淬火處理。 圖為齒輪銑槽所在位置 在后調(diào)節(jié)個(gè)零件進(jìn)行焊接時(shí)尺寸在機(jī)加工時(shí)已經(jīng)保證了統(tǒng)一性，為了保證焊接后的統(tǒng)一性，在焊接個(gè)零件時(shí)進(jìn)行了細(xì)致的焊接工裝制作從而保證了焊接質(zhì)量跟效率從而達(dá)到符合圖紙的工藝要求。 焊接結(jié)束后將個(gè)組件進(jìn)行簡單的表面處理（鍍鋅

16、），然后進(jìn)行噴塑使其達(dá)到客戶要求。 噴塑結(jié)束后將各組件進(jìn)行裝配，裝配結(jié)束后做實(shí)驗(yàn)確保每裝配一個(gè)都是合格產(chǎn)品。最后包裝。 此圖為后調(diào)節(jié)各零件明細(xì)表4、強(qiáng)度設(shè)計(jì) （1）直齒錐齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算 直齒錐齒輪的強(qiáng)度計(jì)算較為復(fù)雜，為了簡化計(jì)算，通常按其齒寬中點(diǎn)的當(dāng)量齒輪進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，這樣就可以直接引用直齒圓柱齒輪的相應(yīng)公式。因直齒錐齒輪的制造精度較低，在強(qiáng)度計(jì)算中一般不考慮與重合度的影響，即取齒間載荷分配系數(shù)Ka、重合度系數(shù)Ze、Ye的值為1。 （2）輪齒受力分析忽略齒面摩擦力，并假設(shè)法向力Fn集中作用在齒寬中點(diǎn)上，在分度圓上可將其分解為圓周力Ft、徑向力Fr和軸向力Fa相互垂直的三個(gè)分力，如下圖所示。

17、各力的大小分別為圖所示。各力的大小分別為 （3）、絲杠為直徑20mm的45號(hào)鋼制作抗拉強(qiáng)度: 600 (MPa)屈服強(qiáng)度: 355 (MPa)硬度HBS10/3000,|退火鋼：197強(qiáng)度較高，塑性和韌性尚好，屬于綜合力學(xué)性能比較好的鋼，用得非常廣泛，主要用于制作承受負(fù)荷較大的小截面調(diào)質(zhì)件和應(yīng)力較小的大型正火零件，以及對(duì)心部強(qiáng)度要求不高的表面淬火零件，如齒輪、心軸、傳動(dòng)軸等。 5、功能說明 此款后調(diào)節(jié)當(dāng)搖動(dòng)搖柄作用在搖柄的上的力通過齒輪又作用在了絲杠螺母副上，然后通過下支撐架將籃球板調(diào)高或者調(diào)低。在上升和下降的時(shí)候彈簧筒同時(shí)也起了到卸力的作用，從而使人作用在搖柄上的力減小，達(dá)到省力的效果。此款

18、后調(diào)節(jié)主要起到的作用是調(diào)節(jié)籃球板的高度，使其符合人們的使用需求，可以調(diào)節(jié)到國標(biāo)要求尺寸高度，籃球圈離地面的垂直高度為3.05米，最低可調(diào)至1.5米左右。調(diào)節(jié)尺寸為大于3.05M，小于1.5米之間。方便了各種使用需求及練習(xí)需要。當(dāng)需要團(tuán)隊(duì)打比賽的時(shí)候可以將調(diào)至標(biāo)準(zhǔn)高度，當(dāng)一個(gè)人練習(xí)的時(shí)候鍛煉的時(shí)候可以調(diào)到自己時(shí)候的位置。4、 安裝說明及改進(jìn) 1、安裝所需要的工具 鐵錘 一字型沖針 8*40圓柱銷一支 卡簧鉗 十字花螺絲刀 2、安裝明細(xì)表 3、安裝步驟 如圖所示： 組 裝 爆 炸 圖第一步：將20（鋼絲擋圈）安裝到9（搖柄）上，接著將10（手柄套）、23（墊圈）、24（平圓頭螺母）依次安裝在9（搖柄）上。注：