篮球架后调节机构的设计.docx

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篮球架后调节机构的设计

机械设计学论文

题目：

可调式篮球架后调节设计

学院：

机械学院

专业：

机制本1403

姓名：

贾言言

学号：

321404010314

指导老师：

许宝玉

2016年1月10日

1、概述

2、设计思路

（1）、高度调节的用处

（2）、省力机构设计

（3）、自锁功能

3、设计内容

（1）、传动机构的设计

（2）、安全方面的设计

（3）、加工工艺方面的设计

（4）、强度设计

（5）、功能说明

4、安装说明

（1）、安装所需工具

（2）、安装明细表

（3）、安装步骤

（4）、实验检验

五、设计体会

篮球架后调节机构的设计

1、概述

进入二十一世纪的人们对生活质量逐渐的提高，相对应的对自身的锻炼及身体健康尤其注重，各种锻炼器材络绎不绝的出现在人们的生活中，对于篮球人们的追求在于锻炼自身的灵活性。

而在选择运动锻炼身体的时候有很大一部分人去选择了打篮球，打篮球不仅能增广自己的交友圈也能调节紧张的学习和工作生活中的压力，同时学到更多的东西，集思广益，在打篮球的活动中有益骨骼的生长发育，能让自己身体各部分更加协调又可以调高自己的团队协同及合作能力，给自己注入一种团队精神。

针对于打篮球一族篮球架当然是必不可少的，优质的篮球架可以给人们一种安全的健身运动的环境。

让每款篮球架都能人性化的去使用是设计追求的目标，于是在普通篮球架的基础上进行了人性化的设计以及增强了它的机械性能和可调节高度的性能。

因为篮球架长安装在健身场所、运动场地、学校的操场以及工作单位的院内，安装范围广及安装不受场地限制。

让人们锻炼身体，增强人们的身体素质，为了能适用给各年龄段需要各中高度的需求我们设计篮球架高度的机械调节性能，实用性普及至各年龄段，以应对市场的需求。

2、设计思路

1、高度调节的用处

一般篮球架都是固定式的，高度是不可调的因此只能适合成人娱乐健身，考虑到孩子以及学生等各年龄段人们的身高问题，所以在一般篮球架的基础上设计上一个可调高度的部件，这个可调节高度的机械部件加工简单、安装简洁、外观优美等特点。

它的设计是为了提高普通篮球架缺少的高度调节功能，可自由调节高度。

而且调节时所用的力很小，连小朋友都能进行高度调节。

本款后调节的设计中还带有锁死高度防止乱调节的情况，高度调节到一定高度是可以锁死摇柄，更加贴切人性化设计。

后调节的高度调节由梯形丝杠螺母副传递力到直齿锥齿轮副经过齿轮将力传动到手柄上。

最后到手柄的力是很少一部分大约在10KG左右，这样对于各个年龄段的人都可以根据自身的高矮既不费力又能方便的进行调节适合自己的蓝球板的高度。

因为适用于各个年龄段的人群使用，所以高度调节是有必要而不可缺少的！

2、省力结构设置，能方便进行调节

篮球架后调节省力主要体现在有丝杠、齿轮以及摇柄的个结构省力配合,篮球板的重量经过上下支撑将重力传送到丝杠上，由梯形丝杠及螺母副配合传递将力传动到下端的齿轮副，经过丝杠螺母副和齿轮的传动比最后经过齿轮传递到摇柄的力就很小很小。

计算作用在后调节机构的静态作用力：

主要考虑后调节结构需要的调节力是多大。

当篮板的重量通过下支撑架作用在后条件丝杠中的力量，经过丝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将篮球板轻易的摇动起来。

1．计算作用在丝杠上的力量是多少？

即F1*L1=F2*L2

F1=100KGF2=?

L1=1626.23mmL2=355mm

因为F1*L1=F2*L2

所以F2=F1*L1/L2

F2=100*1626.23/355

=458KG

经过计算得作用在丝杠上力是458KG，因篮板的总重量在100KG以内，而丝杠能承受的拉力在458KG，丝杠所能承受拉力远远要高于篮板自身的重量，所以在安全方面和承受载荷的方面是满足要求的。

2．经过计算得出需要用多大的力就可以将篮板摇动？

动态作用力：

主要考虑强度方面。

假设一个人重量按照正常情况是100KG,然后作用篮圈的人体冲击重量是3倍，计算出作用在后调节丝杠的力量是多大？

即100*3=300KG

F1*L1=F2*L2

F2=300KG*1626.23/355

=1374.27KG

查资料得丝杠螺母副中选用直径为20mm的梯形丝杠，其额定动负载为76000N

既76000N=7600KG

因为假设一个人重量按照正常情况是100KG然后作用篮圈的人体冲击重量是3倍的话，那么承受在丝杠上的力是1374.27KG而丝杠本身所能承受的额定负载为7600KG

所以丝杠本身的所能承受的额定负载远远要大于人体在蓝圈上的冲击动作用力的，所以丝杠是稳定的安全的。

根据材料的抗拉强度和作用面的截面积，计算出丝杠能够承受的拉力是多大？

这两个力进行比较，相差悬殊，不需要进行详细的强度计算！

（1）丝杠省力。

丝杠是一种精度很高的零件，能将旋转运动变成直线运动的传动副零件，它能精确地确定位置将旋转运动转换成直线运动，面且还要传递一定的动力，所以在精度、强度及耐磨性等方面都有很高的要求。

丝杠的选择：

考虑到篮球架高度调节的方便快捷，在他的后调节机构中选用的是梯形丝杠。

（2）斜齿轮副部分

作用有两个方面，一个是将丝杠的垂直力转变成水平力完成变向，另一个是省力i2=0.75

（3）摇柄部分

摇柄部分从省力和方便操作方面考虑,也分两个部分：

一个手握部分的特殊设计，在进行操作的时候，手把套可以随着调节位置自由转动。

另一个摇柄的长度形成一个很大的传动比

（4）弹簧筒省力

弹簧筒主要使用一大一小两个压簧组成的一个省力结构，当摇柄旋转的时候篮球板上升，而此时弹簧筒起到了一个减小拉力的作用，通过下支撑架将一部分力转移到了弹簧筒上弹簧筒受力压缩，从而减轻了丝杠和齿轮的受力从而手柄摇动更加轻松。

当摇动手柄旋转篮板下降的时候，受力压缩的弹簧筒此时不受外力开始伸张，通过下支撑架将力转移到后调节上从而使后调节中的丝杠减少了由于篮板重力给予丝杠往下的拉力，给丝杠减轻一部分力量，从而起到了省力的作用。

3、自锁功能

在传动中我们利用了梯形螺纹螺母副，Tr20*4d的螺杆，螺距为4mm，中经为φ18mm经过计算得角度为4.05o，比普通的角度要小所以有自锁功能。

当螺杆与螺母间没有自锁功能时，摩擦系数小就会自动旋转，如千斤顶的中的矩形丝杠，如果没有自锁功能的话当人不给它一个力的时候螺杆本身就会自动旋转导致危险。

在本款后调节设计中没有自锁功能的话将会导致篮球板调到一定高度的时候，当摇柄上没有一个外在力的话丝杆就会自动旋转从而导致篮球板由原来的高度有慢至快迅速下降，导致高度下降及安全问题。

在本款后调节机构中自锁功能设计在梯形丝杠和螺母副中，有效的防止了没有自锁功能所带来的危险性。

丝杠螺旋升角图

螺纹的自锁条件：

螺旋升角λ小于当量摩擦角丝杠的中径φ18，螺距P=4，螺旋升角λ=arctan（S/πd）

因为此梯形丝杠为单线螺纹导程，所以S=P

螺旋升角λ=arctan（S/πd）

=4.05o

当量摩擦角a=atctan（f）

经查表的f=0.15

所以a=8.5308°

经过计算得螺旋升角小于当量摩擦角，既满足螺纹的自锁条件。

按机械设计手册上梯形丝杠的自锁条件一般升角小于4度30分时可以自锁，此梯形丝杠的螺旋升角为4.05o远小于4.30o所以自锁功能安全。

3、设计内容

1、传动机构的设计

①螺旋传动的特点：

传动精度高、工作平稳无噪音，易于自锁，能传递较大的动力等特点。

②螺旋传动的作用：

以传递动力为主，要求以较小的转矩产生较大的轴向推力，用于克服工作阻力，主要是承受很大的轴向力，每次工作时间较短，工作速度也不高。

③分度曲面为圆锥面的齿轮称为锥齿轮，它是轮齿分布在圆锥面上的齿轮，当其齿向线是分度圆锥面的直母线时称为直齿锥齿轮。

锥齿轮传动用于空间两相交轴之间的传动，一般多用于两轴垂直相交成90°的场合。

④直齿锥齿轮是用来实现两相交轴之间的传动，两轴相交角S称为轴角，其值可根据传动需要确定，一般多采用90°。

直齿锥齿轮设计、制造及安装较为简单，用于抵速传动（＜5m/s）。

此款后调节设计为S=90°。

如图所示

⑤基本参数

由于直齿锥齿轮大端的尺寸最大，测量方便。

因此，规定锥齿轮的参数和几何尺寸以大端为准。

大端的模数m的值为标准值，按下表选取。

在GB12369-90中规定了大端的压力角a=20°。

，齿顶高系数ha=1顶隙系数c=0.2

直齿斜齿轮啮合传动特点：

一对锥齿轮的啮合传动相当于其当量齿数的啮合传动。

因此有如下特点：

（1）正确啮合条

；

；

（2）连续传动条件e＞1，重合度e可按其齿宽中点的当量齿数计算

（3）不根切的最少齿数

，故

（4）传动比

因

当

时

⑥各类传动所能传递的功率取决于其传动原理、承载能力、载荷分布、工作速度、制造精度、机械效率等因素。

2、安全方面的设计

自锁功能

查资料得丝杠螺母副中选用直径为20mm的梯形丝杠，其额定动负载为76000N

斜齿轮传动具有下列主要的优点：

啮合性能好。

在斜齿轮传动中，其轮齿的接触线为与齿轮轴线倾斜的直线，轮齿开始啮合和脱离啮合都是逐渐的，因而传动平稳、噪声小，同时这种啮合方式也减小了制造误差对传动的影响;重合度大。

这样就降低了每对轮齿的载荷，从而相对的提高了齿轮的承载能力，延长了齿轮的使用寿命，并使传动平稳;斜齿标准齿轮不产生根切的最少齿数较直齿轮着少，因此，采用斜齿轮传动可以得到更为紧凑的机构。

斜齿轮传动的主要缺点：

在运动时会产生轴向推力

3、加工工艺方面的设计

在加工工艺方面我们设计了为了方便装销轴而钻的孔，为了达到磷化时能将磷化液空出来也进行了钻工艺孔，确保销轴能顺利的打入以及不至于磷化液空不出来而导致管件内部生锈、腐烂。

在轴套的设计上我们使用了粉末冶金套，相比而下粉末冶金套成本低、耐磨程度好，在粉末冶金加工过程中注入了油从而使其在使用中有了这种油性轴套而使其有良好的耐磨性和润滑性，减低了使用时的摩擦噪音。

考虑到设计时使用的直齿锥齿轮在运动时会产生轴向推力这个缺点，在安装时加入了两个推力轴承起到省力的作用及抵消直齿锥齿轮在运动时产生的轴向推力。

如下图所示，加工各零件时采用了最简单的加工方法使其达到符合图纸要求的工艺精度，在整个后调节的加工过程中，需要钻的空一般都是通过制作简易的钻孔工装在摇臂钻上进行加工来保证所加工的加工精度与工艺精度相符合。

在下调节组件上实行了于丝杠相配的螺母先钻孔然后铆接在下调节管件上，为了保证同心度，铆接结束后在进行车床攻丝。

齿轮罩的加工是将1.0厚的不锈钢板经过剪板机下料后，在冲床上进行冲压U型弯，然后进行划线钻孔。

大小锥度齿轮是可以买到合适的标准件然后进行背面铣槽加工以保证能将摇柄上的销轴固定在齿轮处给齿轮一个定位，最后进行淬火处理。

图为齿轮铣槽所在位置

在后调节个零件进行焊接时尺寸在机加工时已经保证了统一性，为了保证焊接后的统一性，在焊接个零件时进行了细致的焊接工装制作从而保证了焊接质量跟效率从而达到符合图纸的工艺要求。

焊接结束后将个组件进行简单的表面处理（镀锌），然后进行喷塑使其达到客户要求。

喷塑结束后将各组件进行装配，装配结束后做实验确保每装配一个都是合格产品。

最后包装。

此图为后调节各零件明细表

4、强度设计

（1）直齿锥齿轮传动的强度计算

直齿锥齿轮的强度计算较为复杂，为了简化计算，通常按其齿宽中点的当量齿轮进行强度计算，这样就可以直接引用直齿圆柱齿轮的相应公式。

因直齿锥齿轮的制造精度较低，在强度计算中一般不考虑与重合度的影响，即取齿间载荷分配系数Ka、重合度系数Ze、Ye的值为1。

（2）轮齿受力分析

忽略齿面摩擦力，并假设法向力Fn集中作用在齿宽中点上，在分度圆上可将其分解为圆周力Ft、径向力Fr和轴向力Fa相互垂直的三个分力，如下图所示。

各力的大小分别为图所示。

各力的大小分别为

（3）、丝杠为直径φ20mm的45号钢制作

抗拉强度:

≥600（MPa）

屈服强度:

≥355（MPa）

硬度HBS10/3000,≤|退火钢：

197

强度较高，塑性和韧性尚好，属于综合力学性能比较好的钢，用得非常广泛，主要用于制作承受负荷较大的小截面调质件和应力较小的大型正火零件，以及对心部强度要求不高的表面淬火零件，如齿轮、心轴、传动轴等。

5、功能说明

此款后调节当摇动摇柄作用在摇柄的上的力通过齿轮又作用在了丝杠螺母副上，然后通过下支撑架将篮球板调高或者调低。

在上升和下降的时候弹簧筒同时也起了到卸力的作用，从而使人作用在摇柄上的力减小，达到省力的效果。

此款后调节主要起到的作用是调节篮球板的高度，使其符合人们的使用需求，可以调节到国标要求尺寸高度，篮球圈离地面的垂直高度为3.05米，最低可调至1.5米左右。

调节尺寸为大于3.05M，小于1.5米之间。

方便了各种使用需求及练习需要。

当需要团队打比赛的时候可以将调至标准高度，当一个人练习的时候锻炼的时候可以调到自己时候的位置。

4、安装说明及改进

1、安装所需要的工具

铁锤

一字型冲针

8*40圆柱销一支

卡簧钳

十字花螺丝刀

2、安装明细表

3、安装步骤

如图所示：

组装爆炸图

第一步：

将20（钢丝挡圈）安装到9（摇柄）上，接着将10（手柄套）、23（垫圈）、24（平圆头螺母）依次安装在9（摇柄）上。

注：

在螺丝处滴加厌氧胶。

第二步：

将2、3进行组装，将3上的16旋转到打销钉后停止旋转。

然后再16出插入φ6普通销轴后进行铆接，确定销轴不会脱落。

第三步：

将17（推力轴承）按到3（丝杠）上。

第四步：

将6（管套）装入1（后调节下组件）中，然后将2（后调节上组件）安装到1（后调节下组件）中。

第五步：

通过5（窗口）将19（推力轴承）装入丝杠上将15（销轴）打入销孔固定。

第六步：

将12（粉末冶金套）装入1（后调节下组件）上，将14（销轴）打入丝杠上后将7（大锥齿轮）安装在齿轮座内。

第七步：

将11（粉末冶金套）先装入齿轮座后再将9（摇柄）装入齿轮座内，而后将18（推力轴承）、8（小锥齿轮）依次装到摇柄上。

第八步：

将弹簧开口卡安装在9（摇柄）的另一端。

将13（固定销轴）插入小锥齿轮的那一度固定。

第九步：

安装5（窗户盖）以及4（齿轮罩）。

4、调试修改

后调节组装后整体图

组装完成后进行调试，将各不合格产品挑出进行重新组装修改，直至合格为止。

组装后整体立体图

五、设计体会

机械设计的核心是正确的思路，思路错了，设计就会失败。

确立思路之后，着手进行具体的结构设计，通过这次设计对于我们理论联系实际的设计思想、训练综合运用机械设计和解决工程实际问题的能力有重要的作用，同时巩固、加深和扩展了我们有关机械设计方面的知识，由于水平有限，难免会有一些错误，还望老师加以批评指正。

总之，通过这次的机械设计，我获益匪浅。