投射式自动投石器设计

本科毕业设计 题 目： 投射式自动投石器的设计 英文题目：Design of projection type automatic projection 学 院： 机电工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 姓 名： 学 号： 指导教师： 2016年3月20日 毕业设计独创性声明该毕业设计是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。文中除了特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或其他机构已经发表或撰写过的研究成果。其他同志对本研究的启发和所做的贡献均已在论文中作了明确的声明并表示了谢意。作者签名： 日期： 年 月 日 毕业设计使用授权声明本人完全了解青岛滨海学院有关保留、使用毕业设计的规定，即：学校有权保留送交毕业设计的复印件，允许被查阅和借阅；学校可以公布全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存该毕业设计。保密的毕业设计在解密后遵守此规定。作者签名： 导师签名： 日期： 年 月 日 摘 要可归入“投石器”的武器技术有许多种,其中包括投石器、弩炮以及抛石机。在古代，投石器本身也是一种武器，其工作原理是利用杠杆的工作原理，当人们把石头放在投石器的装石头的位置的时候，电机带动曲柄摇杆机构运动，从而将石头投到预定的位置，过程中采用传感器感应投射点。 本次设计在题目是投射式自动投石器的设计，通过设计它的主体部分，以及动力源和执行机构，来对该自动投石器进行结构设计和完善，此种类型的投射器将会大大地提高以往投石器的能力，给后续的投石器项目的研发和设计起到一定的参考作用。关键词：投石器 杠杆 制造 参考 Abstract May be included in the sling weapon technology has many kinds, including catapults, trebuchets and ballista. In ancient times, the sling itself is a weapon, its working principle is using leverage work principle, when people put the stone in the cast stone stone with the position, the motor drives the crank and rocker mechanism movement, which will be a stone cast into a predetermined position, in the process of the sensor projection point. This design topic is projection type automatic catapult design, and by it the main part of the design, as well as the power source and the actuator to the automatic sling structure design and improve, this type of projector will greatly improve previous sling capacity, to the follow-up investment play a certain reference role in the research and design of the stone project.Key words: cast stone lever manufacturing reference 目 录 1 绪论1 1.1课题的来源与研究的目的和意义1 1.2本课题研究的内容2 1.3研究的意义32 投射式自动投石器总体结构的设计3 2.1投射器的设计方案4 2.2投射部分的工作原理53 机械传动部分的设计计算7 3.1旋转电机的选型计算8 3.2齿轮传动的设计计算8 3.3轴承的设计计算9 3.4传动轴的设计计算104 投射式自动投石器中主要零件的三维建模10 4.1投射器的三维建模11 4.2飞轮盘的三维建模12 4.3传动齿轮的三维建模13 4.4投射式自动投石器的三维建模155 投射式自动投石器中主要零件的强度分析与校核17 5.1滚动轴承强度的校核计算186 设计总结19结 论21参考文献22致 谢23 青岛滨海学院机械设计制造及其自动化专业毕业设计1 绪论1.1 课题的来源与研究的目的和意义 与弹射器不同，抛石机是利用重锤的重力发射。出现于中世纪初期，使用至十五世纪，主要用于围攻和防守要塞。抛石机的机架两支柱间有固定横轴，上有与轴垂直的杠杆，可绕轴自由转动。杠杆短臂上固定一个重物，长臂末端有弹袋（类似投石带的套子）用于装弹。发射时，用绞车把长臂向后拉至几乎水平，突然放开，石袋即迅速升起。当短臂重锤完全落下时，投射物从弹袋中沿约45度角飞出。30公斤的石弹射程约140-210米，100公斤的石弹射程约40-70米。 当世界上第一门火炮在中国诞生之前，我们的祖先使用的重型武器之一就是这种抛掷石弹的石砲抛石机。所以古代的“砲”字偏旁是“石”而不是“火”。又叫抛车、发石车等，总之是用来攻守城堡，以石头当炮弹的远程抛射武器。 这种器械，比起古代希腊人和罗马人所使用得投石机和弩砲来，是一种相当晚近的发明了。据说，是由法国人在12世纪将其引入围城作战的。而投石机和弩砲则在基督纪元前数世纪就已被人使用。1280年左右，埃吉迪奥科伦纳曾对这种器械做了相当精确的描写，当时配重式投石机(以下为省称并和CATAPULT区别， 目前国外特别是西方资本主义国家正在考虑发展投射式自动投石器的功率最大化，产能最优化的问题。自“九五”期间投射式自动投石器的开发和研制已经被列入美国的重大科技攻关计划，以跟踪世界技术的发展和开发适合美国机械工业发展的投射式自动投石器。 我国从1953年开始生产投射式自动投石器，于1958年自行设计制造投射直径在50、70、90、120、500等规格的投射式自动投石器之后，继而推出了更大射程的自动投射器。目前机械式投射式自动投石器将逐渐被全自动投射式自动投石器所代替。传统的机械式的投射式自动投石器已经不能完全满足当今市场的需要，迫切需要各种多功能的投射式自动投石器来满足市场需求，如是福建金明公司加大人力开发出了五个规格十四种类型的投射式自动投石器，然而我国机械人业所需的投射式自动投石器全部依赖进口，这使得国产机械人配备投射式自动投石器后，成本增加很大，而装备自行开发生产投射式自动投石器，其成本提高不大，说明投射式自动投石器的市场前景令人乐观。传统的投射式自动投石器的产品图如下图1、图2所示：图1图21.2 本课题研究的内容 本次设计主要针对投射式自动投石器进行设计，从投射式自动投石器的整体方案出发，然后具体细化出具体内部结构，其具体内部结构主要包括以下几个方面：（1）通过网络和图书馆查找各种关于石头投射机的相关资料，对投射式自动投石器进行方案的比较和预定。（2）分析投射式自动投石器的结构与参数（3）确定设计总体方案（4）确定具体设计方案（5）投射式自动投石器的三维图的绘制、CAD装配图、零件图的绘制。（6）说明书的整理1.3 研究的意义 本论文主要研究运用SolidWorks对投射式自动投石器进行设计。通过对投射式自动投石器进行设计，来了解投射式自动投石器的结构组成、工作原理以及以后的发展趋势和现状。通过设计出投射式自动投石器，从而来掌握投射式自动投石器的整个设计生产流程，培养工程意识。 我国生产的投射式自动投石器结构简陋，投射效率始终不高，虽然经过几十年的发展，近期产品的质量较早期有所提高。但受国产配套件质量及设计水平等的影响，我国目前生产的投射式自动投石器的总体水平与进口产品及港口用户的要求仍有较大差距，投射式自动投石器的生产也是如此，为满足市场需求，开发出一种新型的投射式自动投石器势在必行！本文运用大学所学的知识，提出了投射式自动投石器的结构组成、工作原理以及主要零部件的设计中所必须的理论计算和相关强度校验，构建了投射式自动投石器总的指导思想，从而得出了该投射式自动投石器的优点是高效，经济，并且校正质量高，运行平稳的结论。 通过设计投射式自动投石器，要求学生掌握大学四年所学到的知识，了解机械原理，机械设计，以及传动机构设计等方面的知识，综合运用三维绘图软件，二维绘图软件对机械设备进行设计。通过本次毕业设计，综合提高学生的实际应用水平和设计能力。 相信此种投射式自动投石器的出现将会大大提高石头的投射能力和质量，为企业的生产的年产能方面，以及经济效益方面能够带来显著的进步，同时也在某种程度上推进了机械工业的不断发展。2 投射式自动投石器总体结构的设计2.1投射器的设计方案本次设计的头射式自动投石器主要是利用杠杆的工作原理，当人们把石头放在投石器的装石头的位置的时候，电机带动曲柄摇杆机构运动，从而将石头投到预定的位置，过程中采用传感器感应投射点。本次设计的投射部分方案简图如下图3所示： 图32.2投射部分的工作原理主要是利用杠杆的工作原理，当人们把石头放在投石器的装石头的位置的时候，电机带动曲柄摇杆机构运动，从而将石头投到预定的位置，过程中采用传感器感应投射点。其具体原理简图如下图4所示：图43 机械传动部分的设计计算3.1旋转电机的选型计算 根据投射系统的要求，应考虑电动机的种类、型式、额定电压、额定转速和额定功率、工作方式，在决定电动机功率时考虑到电动机的发热，允许过载能力启动能力等问题，现选用比较适合的Y系列三相异步电动机，这是由于Y系列三相异步电动机的功率等级和安装尺寸与国外同类型的先进产品相当，因而具有与国外同类型产品之间良好的互换性，供配套出口及引进设备替换。选取功率为 1.0KW，额定电压：380V， 频率：50HZ ,额定转速为1440rpm，额定转矩2.3N .m，型号为Y100-2，电动机选用三角型启动方法启动。 3.2 机械传动部分的设计计算3.2.1 齿轮传动的设计计算1） 选择齿轮材料为45（调质），硬度为280HBS.2） 精度等级选用7级精度； 3）小齿轮齿数z150，大齿轮齿数z275的； 4） 齿轮模数都为2的直齿轮 按齿面接触强度设计 因为低速级的载荷大于高速级的载荷，所以通过低速级的数据进行计算 1） 确定公式内的各计算数值 （1） 试选Kt1.6 （2）选取区域系数ZH2.433 （3）选取尺宽系数d1 （4）查得10.75，20.87，则121.62 （5）查得材料的弹性影响系数ZE189.8Mpa （6）按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限Hlim1600MPa；大齿轮的解除疲劳强度极限Hlim2550MPa； （7）计算应力循环次数 N160n1jLh601921（283005）3.3210e8 N2N1/56.64107； （8） 查得接触疲劳寿命系数KHN10.95； KHN20.98 ；（9） 计算接触疲劳许用应力 ；取失效概率为1，安全系数S1，由得： H10.95600MPa570MPa H20.98550MPa539MPa HH1H2/2554.5MPa；3.3轴承的设计计算滚动轴承为双列圆锥滚子轴承350324B，由文献2表得KN，KN，。3.3.2寿命验算 轴承所受支反力合力 N （4.1）对于双列圆锥滚子轴承，派生轴向力互相抵消。 ，N由文献2表得， ， N （4.2）按轴承B的受力大小验算 h （4.3）h=年 由于投石器的运转平稳，必须选择较大寿命的轴承，轴承能达到所计算的寿命。 经审核后，此轴承合格。3.4传动轴的设计计算 估算轴径，选材料为45钢，=650 MPa，=360MPa。取C=112，则轴的最小直径 mm 该轴特点是：上端连接旋转台，下端敲入轴承，中间是齿轮传动。所以用两个轴承来支撑，设计轴的结构图如下： 同上，该轴无须进行强度计算，只须齿轮部分满足传动要求，而此项计算已在设计齿轮传动时校核过。4 投射式自动投石器中主要零件的三维建模4.1投石器的三维建模 4.2 飞轮盘的三维建模 4.3传动齿轮的三维建模 4.4投射式自动投石器的三维建模 5 投射式自动投石器中主要零件的强度分析与校核5.1滚动轴承强度的校核计算 本次投射式自动投石器的设计选取的轴承是深沟球轴承，具体的滚动轴承的选取过程如下：（1）滚动轴承的选择滚动轴承为深沟球轴承6205，KN，KN，。（2）寿命验算轴承所受支反力合力 N; 对于深沟球轴承，派生轴向力互相抵消。 ，N;得 ； N； 按轴承B的受力大小验算: h; h=年;所以此轴承合格。6 设计总结在最近的一段时间的毕业设计，使我们充分把握的设计方法和步骤，不仅复习所学的知识，而且还获得新的经验与启示，在各种软件的使用找到的资料或图纸设计，会遇到不清楚的作业，老师和学生都能给予及时的指导，确保设计进度，本文所设计的是20吨啤酒瓶洗瓶机的优化设计，通过初期的定题，查资料和开始正式做毕设，让我系统地了解到了所学知识的重要性，从而让我更加深刻地体会到做一门学问不易，需要不断钻研，不断进取才可要做的好，总之，本设计完成了老师和同学的帮助下，在大学研究的最感谢帮助过我的老师和同学，是大家的帮助才使我的论文得以通过。 通过此次设计，又一次提升了运用三维软件的水平，并吸收了不少经验，总结为一下几点。有零件图纸作图与空想设计作图不同，零件尺寸已经给出，作图时先不考虑尺寸是否真的合适，根据尺寸作出零件的三维图，但到装配时必须要考虑尺寸是否合适，由于AutoCAD图纸效果不好，导致尺寸会有出错，甚至有出现欠定义尺寸，所以，此时必须通过配合后在衡量尺寸，再进行修改，直到满足配合要求。工具集的确方便了作图，通过选择零件类型，输入数据，就能生成出标准零件，但有时需要用到的零件在工具集上也未必能找到，所以此时要随机应变，运用其他零件代替并通过修改或添加零件使其满足要求。作三维图时要灵活变通，解决问题的方法总比问题多，当一种方法不能正常作图时，试试另一种方法，这不但能完成零件制作，同时也可以培养出更好的作图思路，和打破规矩的新想法。规则的零件，要学会使用一些能够节省时间的命令，如镜向，阵列等，“能省则省”。关于装配，曾经带给我很大的阻碍，花了很多时间才弄清原因所在。在一可活动子装配体上，即使活动范围会产生干涉，也不能对其设定活动范围，如高级配合里的距离范围，和角度范围，即使在该活动范围并不影响父配体，也不可设定。因为一旦设定范围后，在父装配体上会将子装配体视为完全定义的模型，这样会对子装配体之间的配合产生矛盾，将不能完成装配。看懂图是作图的首要任务，看图就是了解零件的工具，没有工具则无法制出 零件，所以画图不能急于下笔，想透了零件的结构，想透图中的虚实线，这才是高效作图的重中之重。进行零件建模前，一般应进行深入的特征分析，搞清零件是由那几个特征组成，明确各个特征的形状，他们之间的相对位置和表面连接关系，然后按照特征的主次关系，按一定的顺序进行建模。一个复杂的零件，可能是许多个简单特征经过相互之间的叠加、切除或相交组成。所以零件建模时，特征的生成顺序十分重要，不同的建模过程虽然可以构造出同样的实体零件，但其造型过程及实体的构型结构却直接影响到实体模型的稳定性、可修改性、可理解性及实体模型的应用。 尤其在二维图纸上，我们能看到的只是零件的平面图，而内部特征则以虚线给予表示，另外还有零件的相贯线，这表示了各个特征相交时出现线段。在零件的草图绘制过程中，必须要选好第一个草绘平面，这很关键，这个平面决定了往后建模的所用到的命令，简单的说，一个圆柱可以作一个圆形然后拉伸，也可以作一个长方体旋转，虽然他们的结果都一样，但所用的草绘平面和命令就截然不同。如果我们要的是一条轴，那我们就应该选择第二种方法为好了。由于此设计的零件都是比较规则的零件，所用到的命令大部分是拉伸命令和旋转命令，而且很多零件都是拥有对称关系，所以为了节省时间，提高效率，经常会用到镜向特征命令。一张完整的工程图应具备以下4方面的内容。一组视图：用一组视图（其中包括视图、剖视图、断面图、局部放大图）确、完整、清晰地表达零件各部分的结构形状。尺寸：确定零件各部分形状的大小和位置技术要求：表明零件在制造和检验是应达到的一些要求，如表面粗糙度、尺寸公差、形位公差、材料热处理方式和指标等。标题栏：注明零件名称、材料、数量、图样比例以及图号等内容。单击【新建文件】图标，系统显示新建Pro/e文件对话框，双击该对话框中得装配体选项，即可进入装配体工作模式。调入第一个零件模型并放置在装配体的原点处，即零件原点与装配体原点重合。调入一个与第一个零件模型有装配关系的零件模型。分析两个零件之间的装配约束关系，然后选取相应的约束选项进行零件操作。结 论 在最近的一段时间的毕业设计，使我们充分把握的设计方法和步骤，不仅复习所学的知识，而且还获得新的经验与启示，在各种软件的使用找到的资料或图纸设计，会遇到不清楚的作业，老师和学生都能给予及时的指导，确保设计进度，本文所设计的是投射式自动投石器的设计，通过初期的定题，查资料和开始正式做毕设，让我系统地了解到了所学知识的重要性，从而让我更加深刻地体会到做一门学问不易，需要不断钻研，不断进取才可能做的好，总之，本设计完成了老师和同学的帮助下，在大学研究的最感谢帮助过我的老师和同学，是大家的帮助才使我的论文得以通过。致 谢 在导师XXX教授的大力帮助与支持下，我的毕业论文得以完成。老师对于事业的热情，学术上的严谨以及细节里的严格让本人受益匪浅。在相关的实际问题的讨论中，XXX总是孜孜不倦的引导着我，帮助着我。每周一次的进度检查和问题讨论，促使我在正确的道路上大步前进，不仅工作的按时保质保量的完成得到了保证，我本人的研究能力，工作的态度也得到了充分的锻炼和提高。这些宝贵的品质影响着我，毫无疑问，它们对我以后的工作，学习，生活都会起到深远而长久的良好影响。也能为人生打下一个夯实地基础！在此致以李剑锋教授我的深切感激和真挚感谢！ 在具体的研究设计过程中，XXX老师，XXX老师，XXX同学，XX同学，XXX同学，XXX同学也在平日的学习与生活中提供了无私与周到的帮助，充分用他们的工作热情感染着我，鼓励着我，让我少走了很多弯路，再次一并致谢！ 另外也感谢我的父母，朋友和同学们的帮助。在做设计感觉受挫，枯燥与迷茫时，是他们在悉心的为我释放压力，鼓励我不要气馁，勇敢面对。每周一次和父母的通话，与朋友和同学的长谈后都使我精神放松，斗志倍增，以饱满的热情重新投入到工作中去，感谢他们，正是他们的不懈支持和充分理解才能使我顺利完成毕业设计。 最后，感谢学校各位领导与老师给了我在大学学习生活三年以及参加这次毕业设计的宝贵的锻炼机会，它使我深刻认识到在知识的汪洋大海面前我是多么无知和微不足道。这是一个最好的时代，也是尊重知识，充分学习知识，掌握知识的时代。只有持续的不间断地学习，才不会在激烈的竞争中落后于别人，也才能用自己的真才实学为社会做出自己应有的贡献。知识是无止境的，无价的，我愿在求真的道路上下而求索！参考文献1 张华 机械设备设计 北京：科学出版社，2004.52 李念 投射式自动投石器概述 北京：机械工业出版社，2005.13 张栋 投射式自动投石器的创新设计.高等教育出版社，2004.34 姜继海，宋锦春，高常识.投射式自动投石器工作原理.高等教育出版社，2002.85 张春林，曲继方，张美麟.机械创新设计.机械工业出版社，2001.46 钱平. 加工专机应用技术 机械工业出版社，2005.17 张辽远.投射式自动投石器的设计与实现. 机械工业出版社，2002.88 基恩士传感器选择手册 2010版本9 黄长艺，严普强.机械工程测试技术基础. 机械工业出版社，2001.110 张桓，陈作模.机械原理.高等教育出版社，2000.811 王昆，何小柏，汪信远.投射式自动投石器原理.高等教育出版社，1995.1212 徐锦康.机械设计. 高等教育出版社，2004.413 邓星钟.机电传动控制.华中科技大学出版社，2001.314 刘延俊.液压与气压传动.机械工业出版社，2002.1215 章宏甲，黄谊，王积伟.投射式自动投石器的逆向设计.机械工业出版社，2000.516 胡泓，姚伯威.机电一体化原理及应用. 北京：国防工业出版社，2000.617 陈铁鸣 投射式自动投石器的创新. 高等教育出版社，2003.718 孙靖民.机械优化设计. 机械工业出版社，2005.119 黄俊.系统分析与设计.北京:清华大学出版社，1991.720Hirohiko Arai, Kazuo Tanie, and Susumu Tachi. 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