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1、机械课程设计目 录一 课程设计书 二 设计要求 三 设计步骤 1. 摇乐床总体设计方案 2. 电动机的选择与固定 3. 齿轮的设计 4. 滑动轴承与传动轴的设计 5. 键联接设计 6. 箱体结构的设计 7.连接杆与万向节的设计 8.夹紧旋钮的设计的设计9.螺栓与螺钉的设计10.电子控制部分整体设计 四 设计小结 五 参考资料 一. 课程设计书 设计一基于机械创新设计大赛的家用机械的智能摇床装置，该装置能自动感知婴儿的哭声，并自动摇摆来促进婴儿的睡眠，还能播放音乐，有效地促进婴儿的睡眠。该机构包含机械设计部分与电子控制部分。二. 设计要求1.摇乐床CAD装配图与PRO/E三维图各一张(A1)。2
2、.CAD绘制轴、滑动轴承座、齿轮、万向节、盖壳、连杆等零件图各一张(A3)。3.机构运动简图一张4.设计说明书一份。三. 设计步骤 1.摇乐床总体设计方案 2.电动机的选择与固定 3. 齿轮的设计 4. 滑动轴承与传动轴的设计 5. 键联接设计 6. 箱体结构的设计 7.连接杆与万向节的设计 8.夹紧旋钮的设计的设计 9.螺栓与螺钉的设计 10.电子控制部分整体设计 1.摇乐床设计方案:1. 组成：传动装置由电机、齿轮减速器、连杆、夹具组成。3. 确定传动方案：考虑到电机减速，传递小功率，连杆与床间用夹具固定。 其传动方案如下：2. 电动机与其驱动器的选择 为了实现摇动床时的左右摆动，以及便于
3、单片机的控制，选用两相四线制步进电机。 步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。即：当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（及步进角）可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时您可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。一、步进电机最大特点是： 1、它是通过输入脉冲信号来进行控制的。 2、电机的总转动角度由输入脉冲数决定。 3、电机的转速由脉冲信号频率决定。 二.模型分析 实测数据： 婴儿床体积95*54*59 总重量20 = 婴儿重量5+ 床重15建立受力模型： 设F1到中心的偏移距离为5 产生阻
4、力矩为M1=F1L1=2059.8=980N 连杆力矩M2=M1 取斜长为L2=65 所以M2=F2L2 所以F2=15N 设计的摇杆长度为L3=10 ，中间力矩为M3=F2L3=150N=15.3 电机的静力矩MM3=15.3kgcm。三.电机的转速选取 做为婴儿的摇动产品，摇动要尽可能的轻柔，摇动也要尽可能的舒缓。从人体功能学的角度来讲，摇动的频率要小于50次/分钟，摇动的幅度需要在5-20CM之间，摇动的功率要小于1W，这样的摇动产品才能尽量让婴儿感觉到摇动的快乐，又不至于受到摇动的损伤。 基于以上选取： 频率：30次/分钟 幅度：10CM步进电机为两相四线，一拍的转动角度为1.8度，采
5、用8拍（出于对力矩、平稳、噪音及减少角度等方面考虑。往往采用八拍工作方式)制，就是188=14.4度，为一个整拍。设计取的杆长为10CM ，需要转过120度左右，才能达到10CM的幅度，12014.4=8.3 ，可以取为10，即10个整拍，左右各5个整拍。而来回一次需20个整拍，频率为30次/分钟，一分钟2030=600个整拍，用一齿轮结构减速，转换成电机转速应为40r/min. 综上：负载选取57BYGH802-5 其静力矩为16 。其余具体参数见四电机驱动器的选择 鉴于使用单片机智能控制，故要求用低功率、低电压去控制相对较高的电压，故驱动装置要能隔离高低电压，不使单片机烧坏，同时又能有效的
6、驱动电机。 综上考虑选用以L298N为主的驱动芯片，效果较佳，TLP5214为光耦隔离芯片，即四路隔离3. 齿轮的设计 选定齿轮材料、齿数 初选铝合金作为齿轮材料，小齿轮齿数z1=36，大齿轮齿数z2=72传动比i=z2/z1=72/36=2两齿轮在工作中起到传递动力的作用，将电机轴提供的动力传递给输出轴。查阅相关资料知，机械手臂在摇动婴儿床是的理想转速为20r/min，则电机轴转速为40r/min，属于较低转速范围，故不进行强度校核。确定齿轮的几何尺寸小齿轮齿数z1=36，大齿轮齿数z2=72。齿数比 i=z2/z1=72/36=2。模数 m=1。小齿轮分度圆直径d1=mz1=136=36m
7、m。大齿轮分度圆直径d2=mz2=172=72mm。4. 滑动轴承与传动轴的设计滑动轴承的设计 结构设计（如图） 滑动轴承1 滑动轴承2 通过对轴的设计和校核已知，轴在两轴承处所受的支反力均很小， 即轴对轴承的压力很小，通过计算可得轴承1、2处支反力轴承1： 水平：RA=27.22N 竖直：RA=9.91N 轴承2： 水平： RB=17.22N 竖直： RB =6.27N 两轴承处轴径均为10mm，轴的转速为20r/min，可求得轴与轴承接触出的速度： 两轴承处所受压力均很小，线速度很低，故不需进行强度校核，且由于轴的材质已定为铝合金，只具有很小的摩擦，在如此低速轻载的工况下略不计。选用铝合金
8、材料即可满足要求。 轴的设计和校核 1 确定轴的类型根据轴的工作性质，对轴的类型进行确定：按外形选用阶梯轴；按照其在工作中的承载不同，确定为转轴。 2 轴的设计根据轴在工作中的性能要求，选用的轴应满足低速、轻质和低载的特点，所以在对轴的工作能力进行设计时，重点放在结构设计和强度等方面。（1） 轴的结构设计（如图） （轴上零件的定位和固定详见装配图） （2） 初选材料 为满足低速、轻载和轻质的条件，初选铝合金2A13作为轴的材料，查机械手册可得，该材料的的相关参数： （3）初定轴径 根据各个零件的配合关系和结构的布置要求以及工艺性能，初步确定轴径大小，和各段的长度（如上图） 由左至右 3 强度校
9、核 对轴进行强度校核，看其是否满足工作要求 （1）求两齿轮上作用力的大小 小齿轮分度圆直径：d1=36 mm 作用在齿轮上的转矩：T=1600 Nmm 求圆周力 Ft1=2T/d1=21600N.mm/36=88.89N 求径向力 Fr1=Fttan=88.89tan200=32.35N 小齿轮分度圆直径：d2= 72mm 作用在齿轮上的转矩：T=1600N.mm 求圆周力 Ft2=2T/d2=21600N.mm/72mm=44.44N 求径向力 Fr2=Fttan=44.44Ntan200=16.18N（2） 确定支反力 根据轴承支反力的作用点以及轴承和齿轮在轴上的安装位置，建立力学模型。水
10、平面内的支反力： RA=Ft264104.5=27.22N RB= Ft2RA=44.44N27.22N=17.22N 竖直面内的支反力： RA= Fr264104.5=16.18N64104.5=9.91N RB =Fr2RA=16.18N9.91N=6.27N （3）画弯矩图 水平面的弯矩： M水平=RA40.5=27.22N40.5=1102.41N.mm 垂直面的弯矩： M垂直= RA40.5=9.91N40.5=401.36N.mm 合成弯矩： =1173.20N.mm 当量弯矩： 水平面内弯矩 1102.41N.mm 竖直面内弯矩 401.36N.mm 合成弯矩图 1173.20N.mm 当量弯矩图 1267.60N.mm(4)校核计算 近似计算时，忽略键槽的影响，则抗弯截面系数： 计算应力 所以，轴的强度足够。 5. 键联接设计平键联接的强度校核 键的主要失效形式：压溃、磨损(动联接)、剪断。1)键类型的确定根据键的连接特点和工作环境，选取平键A型作为设计目标1） 键的材料 根据其设计需要轻微冲击的工作环境，选取 3）平键的强度计算 转矩：T=1600 Nmm 轴直径：d1=10mm d2=20mm 键工作长度: l1=L1-b1=7mm l2= L2-b2=3mm
