升降式篮球架设计说明书

毕业设计报告(论文)报告(论文)题目：升降式篮球架设计 作者所在系部：机电工程学院 北华航天工业学院毕业论文摘 要针对现在市场现在的篮球架大都为固定式无法升降的特点，为方便广大篮球爱好者，因此设计此升降篮球架。对于此篮球架，选定它的升降方式，选择所用的材料，本次有两种设计，共同的优点在于结构简单，可升降，本身质量不大便于移动，更加便于给老人，妇女小孩使用，第一种更加省力，结构简单，节省空间；第二种，功能明显，稳定性良好本文还对轴，齿轮进行校核计算。篮球架在今后还有极大的发展空间，要实现用电动，精度更高，结构更简单的，更适用于大众的篮球架。关键词：升降 篮球架 设计 北华航天工业学院毕业论文AbstractFor the current market now most of the basketball can not lift the characteristics of the fixed,for the convenience of the majority of basketball enthusiasts,so the design of this promotion basketball.For this basketball,choose its way of lifting,choose the materials used,this time there are two designs,the common advantage is simple structure,can be lifted,the quality itself is not easy to move,more convenient for the elderly,women and children use,The first kind of more effort,simple structure,save space;the second,the function is obvious,good stability This article also shaft,gear check calculation.Basketball in the future there is a great room for development,to achieve with electric,higher precision,the structure is more simple,more suitable for the public basketball.Key words:Lift up and down Basketball rack design北华航天工业学院毕业论文目 录摘 要.IIAbstract.III第 1 章 绪论.11.1 设计背景.11.2 国内外发展状况.11.2 小结.3第 2 章 方案论证.42.1 方案一.42.2 方案二.52.3 其它方案.52.4 小结.6第 3 章 方案一详细设计.73.1 工作原理.73.1.齿轮校核.103.3 轴的校核.173.4 仿真与动画图.22第 4 章 方案二作品设计.234.1 工作原理.234.2 连杆机构设计.244.3 仿真与动画图.24总结与展望.26致 谢.27参考文献.28北华航天工业学院毕业论文0第 1 章 绪论1.1 设计背景 目前，喜好篮球运动的人在中国广大的农村、城市、部队、机关、学校和工矿企业都越来越多，篮球运动已经得到了很大的发展，它由于方便利于身体健康，已成为人民大众参与率最高的运动项目、青少年最喜爱的团队运动项目以及国内外企业最为关注的运动项目，有无法取代的地位。由于爱好篮球运动的人越来越多，篮球这项运动无论是对国内还是国外都有越来越明显的影响，因此，篮球的相关行业也得到了极大的发展，比如说，运动器材、装备的生产销售，篮球运动的培训中心还有中介都得到了快速的发展，很显然，一个以篮球及其相关产业共同构成的综合产业链已经形成。我国拥有广阔的篮球市场，群众对篮球运动的公共需求和商品性需求都迅速增长，尤其是我国有 4.65 亿青少年，占总人口的 36.25，还有上亿的老人及妇女，他们中的好多的人喜爱篮球，是各类篮球产品积极的消费者，这为中国篮球产业和市场提供了难得的发展机遇和成长空间。在中国 4.65 亿的青少年儿童以及上亿的老人和妇女已经巨大市场中设计一款可以让他们自主调节篮球高度不需要成年人辅助调节的篮球架的产品来促进青少年健康成长老年提高抵抗力的机械产品。市面上的篮球架众多以 3.05 米的高度为准。使得孩子年纪太小老人年龄太大对于篮球的欲望却因为球架高度的限制而失去本有的热情。还有的可以改变高度的球架却因为调节高度的操作繁琐存在危险性，体形巨大，青少年儿童和老人没有足够的力量去调节。这一原因也让很多对于运动向往的儿童撇而远之。在家长严重孩子的身心健康是对家长来说十分重要的，任何家长都不会放心孩子自己去调节体形巨大球架。但是也不可能家长随时随地的看护自己的孩子。所以本小组在这个前提下设计安全的体形相比原有的球架小很多的球架。便于儿童自主调节，给家长一个放心，促进我国青少年儿童的身心健康成长。市面上的篮球架众多以 3.05 米的高度为准。使得孩子年纪太小对于篮球的欲望却因为球架高度的限制而失去本有的热情。我国有 4.65 亿青少年，占总人口的 3.65他们中的大多数喜爱篮球,使我国拥有广阔的篮球市场。目前市面上存在可以改变高度的篮球架，其调节高度的操作繁琐、存在危险性、体形巨大；另一种电动液压调节的篮球架，调节需要技术人员，对于使用会产生诸多不便。想我这两种设计方案，一种靠手轮摇动，另一种用把手拉升，都是极易操作而且没有危险性的篮球架种类。1.2 国内外发展状况目前，就升降式篮球架而言，就美国英国德国日本等国家技术远远领先于我国，在国内正规的升降式篮球架并不多，而且精度，耐用性使用寿命也不如一般的篮球架，而在国外，就要许多液压升降篮球架，分为手动和自动，它做工精心与正规比赛场地的篮球架无北华航天工业学院毕业论文1论是距离，设计高度，都不会因篮球使用者大力扣篮上篮什么的而发生太大的变化，这是国内需要改进的地方，价格合理功能优异才能够让更多人被吸引，喜爱。在我国篮球架以后的发展中，应当注重创新的研究，发展更多低成本高性能，适合大众的升降式篮球架，让更多的人有机会接触到这一方面，多多锻炼，增强体质。（1）市面普通篮球架市场的的球架大多以下图为主，如图巨大。无法调节高度，仅仅适合青壮年使用，让儿童和老人远离了球场。（2）市面可调节高度球架 市面上有许多是电动液压调节，虽然这种篮球架的精度高功能强大，但这种调节需要技术人员，对于使用时会产生诸多不便，不适宜老人妇女小孩使用.（3）产品适合高度设计根据毕业设计内容以及要求，本次设计为青少年以及儿童体育健康方面设计一套适合其使用的篮球架。根据我国青少年儿童各年龄段平均身高图表如下图。有男孩有女孩，个年龄阶段的高度和设计球架的最高以及最低高度,如图 1-1 所示。图 1-1 男孩女孩身高标准与年龄表（4）产品介绍根据全国儿童平均身高走势图。本产品可以升降篮球架高度专门给 4 周岁以上的青少年儿童使用，四周岁男女平均身高为 104cm，103cm，所以设计篮球架最低高度为150cm，4 周岁儿童 104 左右的身高加上双手向上的臂展加原本的身高为 125cm 左右所以北华航天工业学院毕业论文225cm 的差距高度适合其使用；最高为正常篮球架的高度 305cm，本产品可以设计高度到305cm 的情况下也可以供身体发育健全的成年人使用，更扩大了该产品的使用范围，也扩大了其销售范围，从单一的青少年儿童销售方向到成年人销售方向，从单一的小学初中扩大到大学球场、中高低档社区。篮筐为标准篮筐直径为 40cm，篮板选用料为透明的钢化塑料。篮球架底座有 4 只轮子便于移动换位摆放，在球架的一侧设计有转盘，来调节球架高度。（5）市面产品劣势市面上的篮球架体积巨大，重量太大，运输起来是具有一定难度的。本产品的体积比一般篮球架体积很小，供老人小孩使用，自然不能太大，最低高度为150cm，长 70cm，宽 90cm，占地面积不大，高度低。不但在学校中、一般的小区可以购买使用，而且很多大一点的家庭中也可以能够放下该产品。这个产品结构简单，可以自己安装卸载，篮板，篮筐，升降杆，以及齿轮和齿条，都可以拆卸。便于运送，安装简便。本产品可以设计高度到 305cm 的情况下也可以供身体发育健全的成年人使用，更扩大了该产品的使用范围，也扩大了其销售范围，从单一的青少年儿童销售方向到成年人销售方向，从单一的小学初中扩大到大学球场、中高低档社区。1.2 小结升降式篮球架的设计与创新对于老人，妇女和孩童是非常重要的，对于这个设计不单单是要经济性，美观，最重要的是需要要足够的安全，便于操作体积小，功能丰富，适合家庭用，适合青少年儿童自主使用，使用安全、可靠，还有运输、组装、存放及便捷。北华航天工业学院毕业论文3第 2 章 方案论证2.1 方案一已知的升降系统种类包括齿轮齿条式升降系统、液压插销式升降系统、重载摩擦绞车式升降系统。齿轮齿条式分为由电机驱动的电动齿轮齿条式升降系统和由液压马达驱动的液压齿轮齿条式升降系统。液压插销式升降系统的升降机构有采用环梁形式，也有采用升降轭形式，按照升降动作不同可分为单步进型、双步进型和连续型。上述都是极其复杂的系统类型，如图 2-1 所示，是 00 系列升降系统，图 2-2 和图 2-3为升降机，由此可见，升降系统需要极高精度的加工制造，极高的设计成本，这不利于用来给小孩，老人妇女使用的类型。所以，本设计仅仅把升降系统的选择分为手动升降系统和电动升降系统。而电动系统同样有一定的危险性，不适合给一些小孩子玩，特别是一些年龄很小的孩子，容易触电受伤。根据设计的需要，我选择用手动升降系统。而手动升降系统不外乎两种方面，第一是手动转轮，采用齿轮齿条升降系统，图 2-1 00 系列升降系统图图 2-2 升降机图一北华航天工业学院毕业论文4图 2-3 升降机图二室外篮球架所用的钢材，大部分都是普通铁管，最主要的还是做好防锈处理，表面经过打磨之后会比较光滑，一般表层采用喷塑或烤漆，防锈和耐腐蚀性能。而本文也不例外，运用 40#钢，45#钢等钢材，也是下文方案一所用。篮球架高度的选择，本设计的篮框到地面的距离为 1.6 米到 2.2 米，供小孩子使用，也就是说设计的篮球架高度调节范围为 1.6 到 2.2 米。2.2 方案二 运用到平面四杆机构，所有运动副均为转动副的四杆机构称为铰链四杆机构，它是平面四杆机构的基本形式。而根据设计要求，需要能够平行于地面的一个机构，相当于一平行四边形机构，各构件呈平行四边形的平面连杆机构。它是一种链四杆机构，根据曲柄存在条件属于双曲柄机构。当平行四边形机构的四个杆处于一直线位置时，动件的运动不确定，为了避免发生这种现象，平行四形机构中常增加一平行杆。毕竟是铰链四杆机构，此方案的篮球架的连杆会比较多，所以其运用到的材料大多数是 40#钢，45#钢等钢材，高度和方案一一样。图 2-4 升降机图二2.3 其它方案 除此之外，还有一些方案，也同样是需要用到连杆的，为一个三角形的机构，这个灵感来源于对起重机的观察，就像起重机一样，类似的升降原理，只不过原理为一个类似于三角形的篮球架，在篮球架大支柱的中间，有固定装置，可以对连杆的一端进行固定，从而调节三角形的位置关系，来调节篮球架的高度，是类似于铰链四杆机构的设计，优点是结构简单，但缺点很明显，篮球架体如果过重则不适于老人，妇女和小孩的搬运移动，而北华航天工业学院毕业论文5且，每一次移动篮球架高度都会改变篮板与篮球架底部的水平距离，这就不不符合正规的篮球场合了，比如说三分线和二分线的投篮，每一次改变高度都要移动篮球架的整体，这是十分不便的。2.4 小结 本设计提到了三种设计方法，第一种是运用齿轮齿条升降，第二种运用铰链四杆机构升降，第三种运用三角形机构升降，本文会对方案一与方案二做出较为详细的设计分析。每种方案各有各的优缺点。北华航天工业学院毕业论文6第 3 章 方案一详细设计3.1 工作原理（1）样品效果图如图 3-1 所示，此图我产品的装配图。图 3-1 方案一装配图（2）滚轮设计一个承重轮，让它在地主，为的是让篮球架可以移动不同的摆放位置下方设计，需要移动，或者调整摆放位置都方便很多，因为蓝球架本来就具有一定的重量，这足以承受青少年儿童在运动时对球架力的作用使球架因下方轮子产生位移，所以不必设计有固定轮胎的机构。即可以达到省材料的目的又可以降低成本却不影响性能。十分的方便可用，所以说相比之下该轮的厚度半径比大于普通轮的厚度半径比，也是因为该轮要承较高重量，防止因厚度不足产生的轮子断裂，在篮球架底座下安装的四个滚轮。（3）调节高度设计手轮是调节篮球架高度的关键，转动手动转轮就可以调节球架的高度，当然为配合手部对其的动作，可以在在轮上设计有多孔，减少摩擦力，人们在使用时可以用双手配合手指穿入手轮转轮的孔中，手掌心紧握圆盘，以达到旋转的效果来控制篮球架的高度。将转轮的直径设计为 18cm，这样无论大人还是低龄的儿童高龄老人都可以轻易使用，操控，调整高度。还有，为防止使用人手部被划伤，可以在转轮各处都为圆角，这样设计更加合理。（4）限位卡设置篮球架的高度不可能无限制的调节，那样并不合理，也没必要。所以在本产品在高度的变化上是有必要加上限制的。所以为保证产品的合理性以及安全性在升降极限（也就是篮球架的调节最高处与调节最低处）位置处设置挡头。当球杆降低到最低限度时，就会有上部限位块抵住顶面上平面，不让移动达到卡住的目的，同理，当球杆升到最高高度时，下限位块就会抵住顶面的下平面，来达到合理的目的。北华航天工业学院毕业论文7（5）使用原理本产品的主要功能在于使用人不需要太多的力量使高度产生变化，其核心机构便是以转轮的转动带动转轮中心所连接的轴，进而带动内部齿轮的转动。齿轮的运动带动和齿轮相互啮合的 2 个齿条的运动，且两个齿条的运动方向相反，一个向上一个向下。如上图所示。左端齿条带动的是篮球架的球杆以达到上下改变高度的目的。齿条与可升降的球杆用 4 只沉头螺钉连接。右端齿条配合左端反向运动，左端齿条连接一个滑条在篮球架外壳内部滑轨内滑动左往右一次为单一齿条、齿条连接在滑条上、齿条连接滑条装入外壳滑轨中）从左往右依次为单一齿条、齿条连接在滑条上、齿条连接滑条装入外壳滑轨中，这样就使最左图的升降齿条有单一的运动方向，控制高度调节。（6）理想受力分析左端连接升降球杆的齿条以及球杆的总重为 G，要使左右两边平衡，即右端齿条连接滑条的质量也为总重 G，当左右两边的重量都相等时，受力平衡此时篮球架的高度固定不变。若要受力分析中间齿轮可以理想化为一定滑轮。齿轮的运动带动和齿轮相互啮合的 2个齿条的运动且两个齿条的运动方向相反，一个向上一个向下。右端齿条带动的是篮球架的升降杆以达到上下改变高度的目的（升降杆为空心的）左端齿条固定在绿色滑条上配合右端反向运动，且左右两端重量相同使得受力平衡 当左右两端受力平衡时，仅需要极小的力来转动手轮就可以破坏平衡使之上下移动，但明显可以观察左右质量不同，左端升降篮球杆为减少质量选择掏空内部，使之成为一个内径 4cm，外径 6cm 的杆件，右端重量主要靠齿条重量以及实心滑轨重量达到平衡。（7）轨后方设计注油孔为保证滑条在滑轨内的稳定滑动，在后壁设计注油孔，在使用一定的日期内注油。如果不设计注油孔在使用时间一长之后，滑条在滑轨内滑动损耗机油，当机油损耗接近卫生，滑动时会产生很大的摩擦，较大的摩擦力不但影响使用，会使摇动转轮必须使较大的力，而且剧烈的摩擦会损伤产品，减少产品的使用寿命。（8）高度固定方式为了使高度固定不会突然因为外界因素下滑产品在轴上设计长方体与轴相连。内壁置设置长方形槽。只要达到所需要要求的高度时，使用者只需要将手轮向里边方向用力推入将绿色长方块推入红色长方槽，所以就可以产生高度约束即可以使高度固定不受外界因素会改变篮球架高度，确保了安全性。（9）高度固定时设计安全挡片如上述高度固定一节所述，当绿色长方块插入红色的长方槽内，此时高度固定，但是为防止使用时由于外界因素使转盘向外不经意的移动，例如有好奇心强烈的儿童在他人使用球架的时候将转盘不经意的向外拔出，升降球杆很可能由于外界等等因素突然下降或者上升一段距离，很可能产生安全事故。本产品设计一个安全挡片。北华航天工业学院毕业论文8 为叉形物体为安全挡片，为当按下按钮挡片前进挡住长方形小块，再按一下，挡片回复原来位置，滑块可以拔出，转盘可以转动调节高度。按钮内部设计有弹簧，其设计灵感来源于自动圆珠笔的按钮。为保证篮球架升降杆的垂直度做出设计。在齿轮齿条传动过程中。齿轮给齿条的合力会产生水平和竖直的分力。可以使篮球升降杆保持垂直于地面的状态稳定的升降不会产生角度误差，如果去除这样的设计很可能齿轮齿条的啮合不完全，造成齿轮齿条齿的磨损，减少寿命。（10）材料选择篮球升降杆为硬铝，篮板为三合板，齿轮齿条以及转轴为 40#钢，其余为普通钢材，如表 3-1 所示表 3-1 所选材料密度表所选材料密度3/cmg齿轮40#钢7.85齿条40#钢7.85篮板三合板（较薄）0.5转轴40#钢7.85篮球升降杆45#钢2.7(11)理论计算按照材料选择进行计算（篮球升降杆按掏空内部来算，内径 4cm，外径 6cm）将升降杆分为两部分计算，如下图，一部分为红线下，另一部分为上段以及篮板篮筐重量。(12)升降杆部分已知，外径cmD6，内径cmd4，高度cmh140，所用硬铝密度为3/7.2cmg.体积 334001704417066cmV质量kgm97.23400(13)限位卡的计算（挡头是焊接在空心杆上，所以要减去焊接部位杆的体积，即266）下部限位卡，长cma10,宽cmb8，高cmc2。体积 3882662810cmV质量kggm23.07007.288上部限位卡，长宽cmba8,高cmc2体积 356266288cmV质量kgm15.07.256(14)升降杆连接球板部分的计算长cma45外径cmD6，内径cmd4。体积 390045444566cmV质量kgm4.27.2900北华航天工业学院毕业论文9(15)篮板的计算长cm80，宽cm50，厚度cm5.1。材料为三合板密度为3/5.0cmg体积360005.15080cmV质量kgm35.06000(16)篮筐的计算由国际标准得出篮球架篮框的标准重量为kg1(17)齿条的计算长cma80，宽cmb6，厚度cmc4体积319204680cmV质量kgm5.1综上所属篮球升降杆质量和为 kgm3017134.215.023.09(18)滑条的参数由 此 图 可 见，且 已 知 滑 条 的 高 度 为cm80，因 此 可 以 求 得 其 体 积 341608031080248027cmV滑条也采用密度为3/7.2cmg的硬铝制造。所以质量kgm127.24160(19)连接的齿条计算长cma80，宽cmb7，厚度cmc4体积322404780cmV质量kgm18综上所述：滑条连接齿条的部分的总重量为kg30，所以得到两部分质量相等。符合要求。(20)转轴的计算转轴承受的总重量为kg60，即N600转轴直径为cm03.0 截面抗弯刚度000264.032/3 dW弯曲正应力MPaWM136.1000264.0/300/符合强度要求。所以轴的设计正确3.1.齿轮校核（1）齿轮的选择选用的齿轮是直齿型圆柱齿轮，速度不高，选用 7 级精度，需用要求齿轮齿面的粗糙度为 Ra1.63.2。可用软齿面齿轮。查机械设计齿轮选用 45 号钢，大齿轮用 45 号钢。取小齿轮齿数1Z=18则大齿轮齿数北华航天工业学院毕业论文101267182Z我们使两齿轮的齿数互为质数（一般情况下互质），则取值1Z=18，2Z125，再初次选用螺旋角20。则我们可以计算出实际的传动比：94.61812512,ZZi传动比误差：00086.094.694.672121iii传动比符合条件。则我们可以使用齿数比大小94.6,iu（2）按齿面接触疲劳强度设计因为两个齿轮均为钢制的 45 号齿轮，先试着计算小齿轮的分度圆直径，看一看出所以齿轮的直径满足公式：3211)(12HEHdHttZZZuuTKd确定公式中的有关参数如下：确定公式得各计算数值先试选3.1HtK再计算出小齿轮传递的转矩。NnPT204641055.9261我们可以查书选择齿宽系数d=1选则区域系数35.2HZ查找所需要的的材料的弹性影响系数2/18.189 MPaZE我们再计算出计算接触性疲劳强度用重合系数Z34Z北华航天工业学院毕业论文11可以得到接触性疲劳强度用重合系数Z=0.875计算接触性许用应力H查的小齿轮和大齿轮的接触性疲劳极限分别是MPaH6001limMPaH5502lim再计算应力循环次数8211052.2530083506060hjLnN711106.3uNN查书可以找出接触疲劳的寿命系数1.11HNK1.12HNK在一般情况下我们选用的通用齿轮，在一般可靠性的要求中常常选取的安全系数为：两轮的许用接触应力：MPaSKHHNH66016001.11lim11MPaSKHHNH60515501.12lim22取其中较小者作为该齿轮副的接触性疲劳许用应力，即 MPaHH6052故得：3211)(12HEHdHttZZZuuTKd=30.5mm调整小齿轮的分度圆直径圆周速度v。smndvt/5.01000603505.3014.310006014.311齿宽 b。mmdbtd5.301北华航天工业学院毕业论文12计算实际载荷系数HK。查的使用系数1AK再根据公式smndvt/5.01000603505.3014.310006014.311由于是 7 级精度，可以查的动载系数05.1vK齿轮的圆周力。311110483.1204642/2ttdTFmmNbFKtA/1007.5314831/1得齿间载荷分配系数2.1HK可以运用插值法3.1HK638.13.12.105.11HKKKKKHvAH可得实际系数算的分度圆直径mmKKddHtHt343.1638.15.303311及相应的齿轮模数7.1/11Zdm（3）根据齿根弯曲疲劳强度设计由公式3112FsaFadFttYYZYTKm确定计算参数试选3.1FtK。计算弯曲疲劳计算强度用重合度系数。688.0703.175.025.075.025.0Y计算北华航天工业学院毕业论文13FsaFaYY。查得齿形系数85.21FaY15.22FaY应力修正系数53.11saY76.12saY查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限MPaF5001lim大齿轮的弯曲疲劳强度极限MPaF3802lim取弯曲疲劳系数9.01FNK03.12FNK计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数 s=1.4,由式（10-12）得MPaSKFFNF42.3214.15009.01lim11MPaSKFFNF57.2794.138003.12lim22计算大小齿轮的FsaFaYY并加以比较0135.042.32153.185.2111FsaFaYY0136.057.27976.115.2222FsaFaYY大齿轮的数值较大所以设计计算mmYYZYTKmFsaFadFtt3.123211调整齿轮模数北华航天工业学院毕业论文14计算实际载荷系数前的数据准备圆周速度v。mmzmdt4.23183.111smndvt/43.01000603504.2314.310006014.311齿宽 b。mmdbtd4.231计算宽高比 b/h925.23.1)25.012(2tamchh8/hb计算实际载荷系数FK根据smndvt/43.01000603504.2314.310006014.311查的动载系数03.1vK齿轮的圆周力。311110749.12304/204642/2dTFtmmNbFKtA/100244.23/14831/1得齿间载荷分配系数2.1FK用插值法查34.1FK得到实际载荷系数65.134.12.103.11FFvAFKKKKK可得实际系数算的齿轮模数mmKKmmFtFt41.13.165.13.133对比计算结果，取2m以满足弯曲强度。齿轮分度圆直径mmd331北华航天工业学院毕业论文15算出小齿轮齿数1Z=17则大齿轮齿数2Z=120最后计算分度圆直径mmmzd3417211mmmzd240120222计算中心距mmdda1322/)(21齿顶高 )25.0,1(chmhhaaa由于正常齿轮1*ah所以mhhaa齿根高mchhaf)(*由于正常齿25.0*c所以mmmchhaf5.2)25.01()(*mmmchha5.42)25.012()2(*齿顶圆直径mmhddaa38211mmhddaa244222齿根圆直径mmhddff29211mmhddff235212表 3-2 为齿轮相关系数表 3-2 齿轮相关系数名称计算公式结果模数m2压力角 20北华航天工业学院毕业论文1634分度圆直径240齿顶圆直径namhdd211namhdd22238 235齿根圆直径nafmhdd211nafmhdd22229 235中心距132齿宽34403.3 轴的校核（1）轴的设计和计算图 3-2 轴的结构（1）选择轴的材料及热处理方法查书我们可以选取该轴的材料是优质的碳素结构钢（这是轴常用的材料）；该轴的热处理方法为正火和回火。（2）确定轴的最小直径查书，估算轴的直径公式：mm20315075.0103126nPAnPt2.01055.9d330336）（再查表可得1t2t3t4t5t1d2d3d4d5d北华航天工业学院毕业论文17103126A0（3）确定各轴段直径并填于下表 7-1 内，在下表（4）选择轴承润滑方式，确定与轴长有关的参数。查“滚动轴承的润滑方式”，及机械设计书中故选用脂润滑的方式。（5）计算各轴段长度表 3-3 低速轴各段直径名称依据单位确定结果1d和联轴器配合，传递扭矩，取mm20d1mmmm20d12d其为齿轮的定位12dd mmmm22d23d其与齿轮配合mm24d3mmmm24d34d其为轴承的定位mm22d4mm mm22d45d其与轴承配合mm20d5mmmm20d5表 3-4 低速轴各段长度名称计算公式单位计算结果1t和联轴器的配合，20t1mm20t12t轴肩的长度：8t2mm8t23t哈齿轮的联接30t3mm30t34t由公式可得8t4mm8t45t和轴承的配合20t5mm20t5齿轮的受力分析：齿轮上的圆周力北华航天工业学院毕业论文18N107738204642dT2Ft径向力N392tanFrtF20轴向力N5.268tanFatF14 可以得到轴的长度和有关轴的相关参数：表 3-5 轴长度有关的参数齿轮上的圆周力齿轮的径向力齿轮的轴向力1077N392N268.5N（2）计算支反力绘制弯矩图和剪力图由于边界处与轴承很近，两侧受到的力对杆件强度校核影响不大，故此时忽略。受力简图如图 7-2 所示：图 3-3 轴的受力图其中，在图 3-3 中可以看出来轴受理情况。计算轴的受力情况：上面已经分析了齿轮的受力大小，之后计算其他的受力大小。mm43t1mm43t2rFaFtF1t2tr1Fa1Ft1Fr2Fa2Ft2F北华航天工业学院毕业论文19可以得到：N1962FFFrr2r1N5.5382FFFtt2t1在垂直的平面内可以到到下图 7-3，再改平面内的剪力图。图 3-4 剪力图我们可以根据由公式FLM 可以得到mmN428843961FLM图 3-5 弯矩图在平行的平面内可以到到下图 7-5，再该平面内的剪力图。FX196NMX8428N mm-196N北华航天工业学院毕业论文20图 3-6 剪力图可以由公式FLM 可以得到mmN5.23155435.538FLM图 3-7 弯矩图由上面的计算可以计算合成的弯矩大小为再根据公式mmN6.24641MMM2r2t（3）校核轴的强度1.确定轴的危险截面FX538.5N-538.5NMX23155.5N mm北华航天工业学院毕业论文21 根据轴弯矩图可知：齿轮截面受到的合力距最大，再考虑到装齿轮的轴段。因此齿轮截面为危险截面。2.按弯矩组合强度校核轴危险截面强度3d1.0W 计算弯扭的组合强度利用公式22TMM）（总MPa413.34WMca总计算可得 MPa60MPa413.34ca故该轴安全可靠。3.4 仿真与动画图如图 3-8 3-9 为篮球架升降的效果。图 3-8 最低高度图 图 3-9 最高高度图 图 3-8 为在升降拉伸杆调节下最低高度图，图 3-9 为在升降拉伸杆调节下最高高度图。北华航天工业学院毕业论文22第第 4 章章 方案二作品设计方案二作品设计4.1 工作原理是一款手拉式升降篮球架，是利用平行四边形铰链机构为原理的简单模型，如图 4-1所示。图 4-1 平行四边形机构原理图根据原理，如图所示，这是一个平行四边形机构，相似与设计篮球架的原理，那么可以根据这个图和装配体结合说明原理。很明显，平行四边形的两条对边都是平行的，那么无论两条边怎么运动，其它两边始终都处于平行的位置，AD 和 BC 两线平行运动，那么AB 和 DC 两线也跟着平行运动，如图是我设计的模型，如图 4-2 所示。图 4-2 方案整体图篮球架大支柱与地面有一个倾斜的角度是为了更方便合理的使用，参考正规上市篮球架的运用，让篮球架大支柱，篮球架底座都和篮板都有一定的垂直距离，而且这个距离是固定的，不让支架和底座距离人们太近而导致惯性力的撞击而发生危险，而且还有一定的设计美观性。北华航天工业学院毕业论文234.2 连杆机构设计（1）篮球架三角支撑块在篮球架大支柱上方有一种三角形的支撑块，它即和篮球大支柱有非常重要的固定关系，它还与篮框四条固定轴有相连，保持篮板长支撑轴与篮板短支撑轴的联动关系，从而产生了一个平行四边形铰链机构，由三角形块左边的一边一直与篮板具有平行的关系，无论上下支架怎么平行运动都可以实现其功能。（2）中间手拉升降杆中间为手拉升降杆，它与篮板长支撑杆有通过手拉调节长短从而带动平行四边形下边线的角度来调节篮板到地面的高度。其中手拉升降杆与篮球架大支柱有三处连接，从而达到了固定的目的又实现功能，又由于是铰链机构，高度适宜，骨架中空就是说篮球架本体并不沉重，手拉所需要的力并不大，就连老人小孩妇女运用也是绰绰有余。（3）篮球架底座篮球架底座由高强度聚乙烯（PE）全面加工组成，聚乙烯化学稳定性较好，室温下可耐稀硝酸、稀硫酸和任何浓度的盐酸、氢氟酸、磷酸、甲酸、醋酸、氨水、胺类、过氧化氢、氢氧化钠、氢氧化钾等溶液。轻便方便便携，在使用时可在底座中加入水即可让它有足够的重量支撑。而且轻便环保。底座的形体也是根据正规篮球架设计而来，长 130 厘米，宽 80 厘米，高 20 厘米，简便清洁。（4）篮球架篮板与篮框篮板由聚碳酸酯（PC）制成，刚硬而有韧性，具有高抗冲击性，高度的尺寸稳定性和范围很宽的使用温度，良好的绝缘性及耐热性和无毒性。长 127 厘米，宽 81 厘米，高20 厘米，与正规篮球架大致相同，无论是投篮扣篮都没有问题。中间的连接螺栓用到了十字槽凹穴六角头螺栓，大小为 M8x12，型号为 GB/T31.3-19.88 还有十字槽凹穴六角头螺栓，大小为 M8x12，型号为 GB/T3129.2-1988。同样，篮球架的篮框也是聚碳酸酯制成，它非常有效的到达其作用和目的，无论是扣篮，投篮所需要的力都是足够的。4.3 仿真与动画图如图 4-3 4-4 为篮球架升降的效果。图 4-3 篮球架最低高度图北华航天工业学院毕业论文24图 4-4 篮球架最高高度图 图 4-3 为在升降拉伸杆调节下最低高度图，图 4-4 为在升降拉伸杆调节下最高高度图。北华航天工业学院毕业论文25总结与展望从本次毕业设计，我运用了两种设计方案，方案一是一种以转动手轮而移动齿轮齿条从而控制升降运动的设计，而方案二是通过拉动手拉升降杆，从而控制一个平行四边形铰链机构而控制篮球架的升降。（1）方案一特点优点是传递功率大，效率高，寿命长，传动比准确，结构紧凑，能实现任意夹角两轴间的轴间传动，缺点是对制造和安装的精度要求高，价格较其它传动型式昂贵，不宜于远距离传输。运用齿轮带动手轮移动可以让使用者用更小的力达到更好的效果。（2）方案二特点 实现一定的运动规律。当主动杆运动规律一定时，刚从动杆相应地按给定的运动规律运动；实现一定的轨迹，要求机构中作复杂运动的构件上某一点准确或近似地沿给定轨迹运动。运动副单位面积所受压力较小，且面接触便于润滑，故磨损减小；制造方便，易获得较高的精度；两构件之间的接触是靠本身的几何封闭来维系的，它不象凸轮机构有时需利用弹簧等力封闭来保持接触。因此，平面连杆机构广泛应用于各种机械、仪表和机电产品中。平面连杆机构的缺点是：一般情况下，只能近似实现给定的运动规律或运动轨迹，且设计较为复杂；当给定的运动要求较多或较复杂时，需要的构件数和运动副数往往较多，这样就使机构结构复杂，工作效率降低，不仅发生自锁的可能性增加，而且机构运动规律对制造、安装误差的敏感性增加；机构中作复杂运动和作往复运动的构件所产生的惯性力难以平衡，在高速时将引起较大的振动和动载荷，故连杆机构常用于速度较低的场合。运用拉伸杆升降，结构简单方便。（3）展望 以后还需要设计更加精确的篮球架，使用寿命更加长才比较好。总不能老是引用外国的技术，应该创新制造出更多种更加安全，实惠，大众化的篮球架，给更多的人有更多锻炼的机会。我们也应该多多向国外学习，争取到更加先进的技术。可以设计出运用电力发动的而且没有什么危险性的升降篮球架，而且精度更加的高，价格合理。北华航天工业学院毕业论文26致 谢在本次毕业设计中，我十分感谢指导老师对我的教导和建议，在设计过程中我大体方案错误，设计的东西太过于简单，是老师及时给我提出意见和建议，并帮助我构思方案让我最终设计出自己的构思方法，还十分感谢我的同学，在这次设计中，我画图软件是soildworks 软件，由于我以前没有接触过，并不知道怎么去设计完成，在运用的过程中有大量的问题需要解决，不然的话要花很多时间才能弄明白，但同学们不吝赐教，让我节约了大量的学习软件的时间，并在我的设计方案中提出一些有用的意见。没有老师和同学们的帮助，我需要更多的时间和精力去做还不一定能完成的了，所以我非常的感激。最后我很感谢有这次机会做这一次的毕业设计，让我的设计能力有所提高，soildworks软件的运用技术也比较成熟，让我明白有些东西不是看上去那么简单，需要自己亲身经历才能注意到发现到其中很多的细节。无论是在以后的工作中，学习中我想这都是很有价值的。我相信，这是一次难忘的经历。北华航天工业学院毕业论文27参考文献参考文献1钱在中等.焊工取证上岗培训教材M.北京:机械工业出版社,2009.2张连生等.金属材料焊接M.北京:机械工业出版社,2004.3林圣武等.焊工操作技术M.上海:上海科学技术文献出版社,2009.4Ricardo Chicurel-Uzie.Cycloidal Magnetic Gear Speed Reducer.Modern Mechanical Engineering,2013,Vol.03(04),pp.147-151.5S.Niwa,M.Suzuki and K.Kimura.Electrical Shock Absorber for Docking System in Space.IEEE International Workshop on Intelligent Motion Control,Bogazici University,Istenbul.1990:825-8306王凤岐.现代设计法M.天津：天津大学出版社,2004.7陈景秋.张培源.工程力学M.北京：高等教育出版社,2006.8孙恒，傅则绍机械原理北京：高等教育出版社M，1989，392-4439曹岩，赵汝嘉.Solidworks2009 基础篇M.北京：化学工业出版社，200910刘恒，虞烈，谢友柏.现代设计方法与新产品开发M.北京：中国机械工程学院，1999,19（1）