机械创新设计大赛材料1.docx

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机械创新设计大赛材料1

合肥学院第七届大学生科技节

机械创新设计大赛作品

系别：

机械工程系

班级：

2011级材料合成及其控制

（2）班

队　　长：

汤金鹏

队　　员：

赵琳琳王丹　单静静　李云　　

*********

时　　间：

　2013年11月

一、设计目的1

二、设计理念1

三、作品介绍3

四、多功能讲台设计的机械结构3

五、多功能讲台基本组成4

六、多功能讲台组装说明5

七、设计说明5

八、今后运用与推广8

九、总结9

引言

随着社会的不断发展，人们不仅仅要求产品在功能上实现人们的要求，而且也更加要求产品与人的关系，要求使用时的舒适性。

本设计就是从人机工程学的角度出发，专门为大学老师设计的一款多功能讲桌，这款设计主要是结合了老师上课的姿势和动作，然后进行人机分析而设计的一款多功能讲桌。

主要是通过模块化的设计思想，将讲台设计成多个部分，再通过一定的组合实现需要的功能。

一、设计目的

我们设计的讲台不仅让老师教学更加方便并提高效率，而且可以让同学们更加直观的听讲，提高课堂整体质量。

二、设计理念

1、通过齿轮传动机构实现升降

我们在讲台中部放置了齿轮齿条机构由电机传递功率来带动齿轮齿条传动，从而使得讲台可以根据使用者的身高来控制讲台达到适合的高度。

2、通过旋转轴承机构实现旋转

我们在讲台上部与中部设计了双轴承机构，在旋转轴承的作用下，使得讲台上部与中部可以旋转任意角度，从而调节出学生视觉最佳的位置。

3、通过滑动轴承机构实现移动

在讲台底部设计了滑动轴承，这样整个讲台可以在滑动轴承的作用下实现任意方向的移动。

4、通过支架控制电脑显示屏升降

在讲台桌面处放置了计算机设备，计算机显示屏可以通过下面支架实现升降，而支架升降可由电机来带动这样可以调节出适合老师观看的角度。

5、整体三视图

三、作品介绍

此多功能讲台为适应未来几年教学方式简化、先进教学设备高科化时代而设计，以往教室都有两个讲台，一个是多媒体讲台，另一个则是普通的、放一些简单设备、教科书的讲台。

而我们设计的多功能讲台将两者合二为一，实现讲台升降、讲台旋转、讲台防灰展板式桌面、讲台轻松移动、主机显示器一体化多媒体设备等多种功能。

它整体结构简练、轻便灵活、流畅的线条可以放置在教师或礼堂，其中升降、旋转、移动是我们设计的三大主要功能：

升降功能可以根据老师的身高来调节讲台的高度，旋转功能可以在老师做实验或演示实物时旋转讲桌来让学生看的更直观清楚，移动功能可以在不需要讲台时轻松地推走。

　　　　　　　　　　　　　　　1、滑动轴承机构

　　　　　　　　　　　　　　　2、V带轮传动机构　

四、多功能讲台涉及机械机构　3、直齿条传动机构　

　　　　　　　　　　　　　　　4、连杆机构　

　　　　　　　　　　　　　　　5、旋转轴承机构。

五、多功能讲台基本组成　　　　　　　　　　　　

　1、主讲台

　　　　　　普通V带*2

　2、左右防灰展板

　　　普通V带电机*2

　　　　　　　　　　　　　滑动式支架连杆

　3、主机显示器一体化多媒体设备　

　　　　　　　　　　滑杆电机

　4、键盘抽屉板

　5、轴承

　6、移动支撑柱

　　　　电动机

　7、固定支撑柱直齿条

　　与直齿条匹配齿轮

　8、底座

　　9、滑动轴承轮

六、多功能讲台组装说明

1、“底座”通过凹槽与“底座滑动轴承”的轴固定

2、“底座”与“底座固定支柱”对齐安装。

并用单头螺栓螺紧固定

3、“讲台升降电机”安装在“底座固定支柱”内部的电机固定支架上，其电机电线从中空的支柱内连接到智能总控系统

4、“直齿条”紧贴安装在“可动升降支撑柱”内面两头并用螺栓紧固

5、“可动升降支撑柱”套在“底座固定支柱”上面，并调整“直齿条”与“讲台升降电机传动齿轮”正确啮合

6、“可动升降支撑柱”上部与“讲台旋转轴承”轴线对齐装配

7、将“展板旋转电机*2”、“电脑升降电机”安装在”讲桌台“内部预留支撑和固定处，使用螺栓加紧固定，其输电线分别路由不干扰路径连接到总智能控制系统

8、将“讲台展板*2”安装在“讲桌台”正确位置，使用“V带*2”连接“展板旋转电机”、“电脑升降支架”安装调整与“电脑升降电机”齿轮正确啮合

9、“平板电脑”稳固安装在“电脑支撑架”上面、其输电线通过中空的支撑柱从“底座”处连接外部的电源插头和网络接口

七、设计说明

（一）、材料选择：

1、桌面其他骨架使用钢铁，结构紧凑、不易变形、耐用。

2、底座及固定支撑柱使用钢铁材料，增加讲台的重心和支撑的强度、硬度。

3、升降系统的齿轮使用刚强度塑料齿轮，减少系统总质量、节约成本。

（二）相关参数计算：

1、齿轮齿条传动的设计：

A、齿轮材料选择：

本讲台系统所需的齿轮承载小，无冲击，传动平稳，因此选用人工时效处理的HT250（灰铸铁），其铸造性能和切削性能好，价格便宜。

B、所需电机的功率：

传动速度V=0.04m/s,载荷F=150N,功率P=FV=6W

因此所需电机的功率P=6/0.8W=7.5W,因此选用型号为G-3614的单相串励电动机，其额定功率为8W,电压为220V.

C、各系数的选定

1）、载荷系数K=kAkVkαkβ

查相关手册知:

KA=1.0，kV=1.15，kα=1.0，kβ=1.0；K=1.0*1.15*1.0*1.0=1.15;

2）、压力角α=20°；

3）、齿数Z=25模数m=2；

4）、齿轮的直径d≥{（2KT/φd）*（u+1）/u*（ZEZHZεZβ/[σ]Η）}1/3,圆整后d=50；

5）、校核其弯曲疲劳强度：

σF=2KTYFYSYεYβ/bmnd≤[σ]F,满足齿根弯曲疲劳强度。

6）、分度圆直径：

ｄ＝mz=50mm;压力角α=20。

　　齿数ｚ=25；模数m=2;

　　齿顶高系数ha*=1;顶隙系数c*=0.25

　　齿厚：

ｓ=πm/2=3.14*2/2=3.14mm

　　齿槽宽：

ｅ=πm/2=3.14*2/2=3.14mm

　　齿距：

ｐ=πm=3.14*2=6.28mm

　　齿顶高：

ha=ha*m=1*2=2mm

　　齿根高：

hf=（ha*+c*）m=（1+0.25）*2=2.5mm

　　齿全高：

h=ha+hf=（2ha*+c*）m=（2*1+0.25）*2=4.5mm

　　齿顶圆直径：

da=d+2ha=（z+2ha*）m=（25+2*1）*2=54mm

　　齿根圆直径：

df=d-2hf=（z-2ha*-c*）m=（25-2*1-0.25）*2=45.5mm

　　顶隙：

c=c*m=0.25*2=0.5mm

基圆直径：

db=dcosα=50*cos20。

=50*0.936=46.8mm

2、展板V带传动设计

　　1）、计算设计功率Pd：

由表5-6查得

=1.1，故Pd=

P=1.1×0.1=0.11kW

2）、选择带型：

根据Pd=0.11kW，

=10r/min，由图5-7初步选用A型。

3）、选取带轮基准直径dd1和dd2：

由表5-7取dd1=100mm，由式（5-11（a））得

　　由表5-7取直径系列值dd2=315mm。

4）、验算带速v：

在0.01～0.05m/s范围内，带速合适。

5）、确定中心距a和带的基准长度Ld

　　初选中心距a0=200mm，符合0.7（dd1+dd2）

　　　　　　=200mm

　　由表5-8对A型带选用基准长度Ld=300mm。

然后计算实际中心距

　　　　取a=186mm

6）、小带轮包角α1

包角合适。

3、旋转轴承设计

1）、选择轴承宽径比 ：

根据轴承常用的宽径比范围，取宽径比为1

2）、计算轴承宽度 ：

B=（B/d）×d=1×0.2m=0.2m

3）、计算轴颈圆周速度

4）、计算轴承工作压力:

5）、选择轴瓦材料：

查表12-2，在保证p≤[p]、v≤[v]、pv≤[pv]的条件下，选择轴承材料为ZcuSn10P1。

6）、计算相对间隙

由（12-23）：

，取为0.00125

7）、.计算直径间隙：

8）、计算承载量系数

由式（12-23）：

9）、确定轴颈、轴承孔表面粗糙度十点高度：

按加工精度要求取轴颈表面粗糙度等级为0.8，轴承孔表面粗糙度等级为1.6，查表7-6得轴颈RZ1=0.0032mm,轴承孔Rz2=0.0063mm。

10）、计算许用油膜厚度

取安全系数S=2，由式（12-26）：

[h]=S（Rz1+Rz2）=2×（0.0032+0.0063）μm=19μm，因hmin>[h],故满足工作可靠性要求。

11）、计算轴承与轴颈的摩擦系数：

因轴承的宽径比B/d=1，取随宽径比变化的系数

=1，由摩擦系数计算式

八、今后推广与应用

在科技不断进步更新的时代，教学手段与教学设施不断创新与改进。

集各种先进智能控制技术和机械创新机构的多功能讲台是此时代下的必然产物、应用于教室，其创新的讲台旋转、升降、防灰式讲桌展板、升降式平板多媒体与移动的功能，可以使老师上课的节奏更完美；除此之外，在各种礼堂、会所、演讲台，其简约时尚的外型，不仅便于移动、安装多媒体、连接网络、更是彰显智能科技的魅力，我们的多功能讲台的创新、必是一场教室设施的革命、教学手段的进步。

九、总结

在这个多功能讲台设计系统结构中能够充分将齿轮传动机构、旋转轴承机构、滑动轴承机构、ｖ带轮传动机构、直齿条传动机构、连杆机构等充分运用到设计中去，合理配合达到运动和谐的目的。

我们在设计中能够很好地运用三维绘图软件来完成所需要的图形结构，使我们的模型更加直观。

设计完成后我们进一步对结构系统进行了分析，不断加以修改以完善设计。

2013年11月