(完整版)冰箱可调搁架毕业课程设计说明书.doc

1、机械设计课程设计说明书设计题目：冰箱可调搁架学院：专业班级：姓名：学号：指导老师：完成时间：目录一、前言 ,3-5二、设计任务 ,6-8三、冰箱实物横截面图 ,9四、传动方案拟定及说明 ,10-13五、计算过程及计算说明 ,14六、预算 ,14-15七、固定螺母用连接支座 ,16-17八、螺母 ,18九、同步带轮 ,19十、梯形螺纹杆 ,20-21十一、平键 ,22十二、滑块 ,23-24十三、同步带张紧轮 ,25-26十四、同步带张紧轮固定轴 ,27十五、滑块上盖板与中心体之间连接用开口槽沉头螺钉,28十六、同步带轮与轴固定处用于轴向固定的开口环,29十七、与同步带张紧轮支座底部螺纹轴相配合

2、的螺母,29十八、搁板 ,30十九、搁架 ,30二十、小结 ,31-33二十一、参考资料 ,34前言在上学期做完机械原理的课程设计后，我们发现所设计的许多机构和零件都有许多要改进的地方，也有很多细节要经行设计说明。我们上完机械设计课程之后，掌握了更多机械设计的理论和方法。在这次的课程设计中我仍然是做上学期所做的题目，冰箱可调搁架。因为基本方案在上学期的课程设计中已有讨论，并且已经确定了六种设计方案，所以在这次为期三周的机械设计中我们要从具体的细节方面进行考虑设计。主要包括总体部分：设计计算，材料选择，结构要求，以及考虑到摩擦磨损，等方面。连接部分：齿轮与螺纹轴用平键连接，滑块部分的盖板可以用螺

3、钉（螺纹连接）连接。搁架有隔板和框架组成，上隔板与框架之间的连接，因不是金属材料，可利用塑性材料的较大塑性变形用型面连接。传动部分：因为有螺杆和螺母，则用螺旋传动。要实现螺杆的转动，用齿轮与之相连。同步带轮与同步带之间是带传动。轴系部分：因只考虑只有一层隔板，轴系只有一个螺纹杆件。我们机械设计课程中都有讲到这些知识，所以在进行完课程设计后我们对所学的知识有了更加深刻的了解。将整体机构拆分成各种零部件，我们以零件的设计为核心，然后再加上装配。整个过程结束，我已经有了正确的设计思想，并敢于创新探索；掌握零件的设计原理，方法和机械设计的一般规律，进而综合运用所学的知识，培养了研究改进或开发新的基础零

4、件及设计简单的机械的能力；并学会运用标准，规范，手册，图册和查阅有关技术资料的能力。在整个设计学习的过程中，综合运用所学的有关知识与技能，逐步提高了自己的理论水平，构思能力，特别是提高了分析问题及解决问题的能力，为我们顺利过渡到实际工作学习的设计及进行专业产品和设备的设计打下宽广而坚实的基础。这次设计也是将我们所学的知识加以实际运用的一次机会，能够很好的检验我们对知识的掌握以及锻炼我们创新能力。但设计过程中也有很多困惑。在确定继续用上学期的那个方案后，在分析总体构造后，我觉得真正用到所学的知识不是很多，比方说有设计带式输送机的，整个设计过程中有用到机械设计课程中所学的几乎全部知识，非常能锻炼我

5、们的能力。将所学知识的三大块：连接，机械传动，轴系零部件等都有很好的运用。而我们所设计的冰箱可调隔板只是一块板子再加上螺旋传动和同步带能传动部分，用一滑块实现操作者手部的动力传递。整个过程中动力为人力，也没有选用发动机，以及计算功率等，所以我们整个的设计计算绘图说明等各个环节都要简单，而且刚开始的感觉就是没有任何能用到所学的机械设计的知识，感觉到无从下手，所有的部件尺寸运动实现都要自己凭空去想象，也没有任何根据或公式去参照计算，做了很多还是感觉不太实用。觉得有小些遗憾，不过想到我们都是根据老师提供的方案，以及我们组员之间的相互讨论探讨各个运动的实现及各个零部件的尺寸，综合运用机械制图，机械原理

6、，材料力学，理论力学，机械设计等各个专业科目，将所学到的知识融会贯通，总的来说还是收获不少。因我用的方案为日本已经有专利做出实物。在老师那里找到了相关的设计资料。我根据其设计结构示意图，分析运用并改进了这套方案，没有任何尺寸给出。各个运动机构也要自己分析。整个过程下来我对其各部件都有熟悉的认识。不过因为有别人的方案作为参考，我自己没有更多的创新思路，还是有些遗憾。在绘图过程中，我们又将机械工程制图的各个知识点又复习和掌握了一遍。对于零件图和装配图中所要注意的问题都有了清楚的认识，并熟练掌握了绘图技巧。也有一些由于我自己分配比列不对而导致的绘图错误。总之，课程设计是机械设计中非常重要的一环，虽然

7、时间只有三周，但我们还是在比较仓促的时间中学习到了很多知识。设计任务（一）课程设计目的：提高大学生的实际工作能力一直是教育的基本任务之一，课程设计应是学生对所学专业知识进行归纳总结，并结合实际课题进行综合运用，从而达到巩固和消化所学知识的目的，也是学生在教师的指导下获得实际工作经验的一个很好的机会，所以要求同学们以自己所学的知识，针对一个实际工程题目，以适应工厂生产为目的设计。在设计过程中也要求同学们充分利用计算机这个现代化的工具，希望通过这次课程设计实践，使同学们的实际设计能力，计算机绘图能力以及文字处理能力达到一个新水平。（二）设计题目：冰箱可调搁架设计（三）工作要求：目前冰箱中的搁物架基

8、本上都是固定高度或高度只能在几个档位的范围内变化，对冰箱内盛物变化的多样性反应不敏感，或者浪费宝贵的空间。本课题需要设计一个可以在一定范围内随意改变高度、并在达到需要高度后可以锁紧的可调搁板，只需水平移动滑块（或转动手轮） ，则搁架产生垂直方向的移动。（四）设计目标：1、该搁架装置要求轻巧、结构简单、安全可靠,方便操作。2、搁架在冰箱内安装好后，其高度可以在60mm范围内无级自由调节。3、一层搁架只能有一处操作装置，用户单手便能完成调节操作，且搁架能灵活运动。4、确保搁架安装到冰箱内后应能承受10kg 的重物。5、该搁架装置内应该设置有省力机构，应能让用户在施加2Kg以内的作用力时便能完成对搁

9、架的调节操作。6、搁架装置使用寿命应在10 年以上（按平均每天调节2 次计算）。7、搁架装置内各机构不能使用润滑剂。8、确保调节操作过程噪声小（低于30dB）且无尖锐噪音。9、有效使用体积： 86% （即：搁架实体占其最大轮廓包容体积的 14%）。（五）课程设计要完成的工作量：1、手工绘制的总装配图及零件工作图一套；所有的图纸应符合国家标准及工厂生产要求。方案草图必须提前交给指导老师审阅。2、计算机绘制一至两张有指导教师指定的主要零件的工作图；（可用 A4 打印纸输出）。3、课程设计说明书一份（不少于三十页）。（六）主要设计步骤：（ 1）根据题目要求构思总体方案；（ 2）根据题目要求计算传动链

10、之间的传动比，选择或设计合适的传动机构及执行机构；（ 3）选择动力源（手动，电动） ；（ 4）初步设计系统的结构，选择支承轴承的型号及安装形式；（ 5）手工绘制装配草图（可用 1：2 的比列绘制）；（ 6）手工设计零件工作图 （要求每人都有轴系， 齿轮设计任务）；（ 7）修改装配总图；（ 8）编写课程设计说明书；（ 9）电脑绘制装配图及零件图（比例 1:1 ）；（ 10）撰写课程设计说明书（在设计过程中穿插进行） ；（七）课程设计时间安排1、课程设计任务下达时间：2010 年 12 月 12 日2、课程设计大致的进度安排如下：两天通过各种渠道收集设计资料，如设计手册，电机资料，减速机资料，了解

11、一些有关装置的结构，使用性能等方面的情况，拟定出初步方案设计。十天时间完成正是装配图和零件工作图（手工绘图）；电脑绘制的装配图主要零件图及修订设计说明书在课程设计的其他时间完成。3、课程设计完成时间：3 周4、答辩时间：课程设计最后两天。冰箱实物横截面图冰箱实物中其横截面两边有0.7 度的斜度，即其水平搁物架为梯形我们在进行齿轮齿条式传动装置的设计时并没有考虑。而在用螺母和螺旋传动时可考虑并使其上下移动不受影响，只是在考虑同步带的总长时要进行精确的计算。传动方案拟定及说明根据所给任务要求及上学期机械原理课程设计所做的方案，我们小组最终拟定三个方案：方案一：从螺栓和螺母的运动中得到的启发，将螺母

12、固定旋转螺栓可实现其上下的移动，并将螺栓和隔板固连，螺栓与一齿轮相连，将一滑块与带相连，水平移动滑块，带动同步带一起运动，从而使同步齿轮转动。或将螺栓固定，旋转螺母也可使螺母沿着螺栓实现上下移动，将螺母与隔板固连。可制造一齿轮使其内孔有螺纹与丝杆配合，外部齿轮与齿形带配合，齿形带与一滑块固连，移动滑块，齿形带移动即可实现齿轮的转动，从而使齿轮沿丝杆上下移动。因用到齿形带传动，且其中心距不可以调整，就要采用张紧轮将带张紧。在设置张紧轮是应该注意：一般应放在松边的内侧，使带只受单向弯曲；张紧轮还应尽量靠近大带轮，以免减少带在小轮上的包角 ; 张紧轮的轮槽直径与带轮的相同，且直径小于小带轮的直径。可

13、调搁板要实现平稳升降，在四角处都要有传动装置，同步带轮的个数为 4。且要求大小相等。 同步带为一边有齿形另一边为光面。则应将张紧轮安装在带的外侧，张紧轮的直径要小于同步带轮的直径。在四边上带的一边上要与一滑块固连，所以应该在左右两边安装张紧轮， 张紧轮数目为 4。安装张紧轮后，同步带轮的包角增大，增加总的摩擦力，能相应降低最小初拉力的值。同步带传动又叫啮合型带传动。它通过传动带内表面上等距分布的的横向齿和带轮上的相应齿槽啮合来传递运动。与摩擦型带传动相比，同步带传动的带轮和传动带之间没有相对滑动，传动比精确。但同步带传动对中心距及其尺寸稳定性要求较高。示意图如下：方案二：齿轮齿条实现隔板的上下

14、移动，丝杆与螺母实现将螺母的水平移动转化为丝杆的转动，丝杆两头带有旋向刚好相反的蜗杆，蜗杆与蜗轮实现力的传递，两边处齿轮与蜗杆同轴，齿轮与齿条相配合，齿条固定在冰箱壁上，齿轮在轴的带动下转动，从而沿齿条上下移动，齿轮轴与搁架相连，搁架就可以上下移动。因要承受一定重量的物体，所以搁板在移动到一个固定的位置后就要考虑自锁，齿轮齿条不具自锁性，蜗轮蜗杆可自锁但其传动效率会很低，所以最终计算后其也不具备自锁性。丝杆与螺母也具备自锁性，但在要求滑块从左到右移动时搁板的上升高度为 60 mm。那么经计算后螺纹的升角会非常的大，最终大于丝杆的当量摩擦角，也不能自锁。要想自锁就要改丝杆的直径大小，不过改后可能

15、不满足强度要求制造也不方便，为求方案易于实现，可以在滑块上想点子。我们最终讨论想在滑块上做功夫，使滑块在移动到某一位置后可以实现机械自锁。示意图如下：方案三：齿轮齿条实现冰箱隔板上下移动，丝杆与螺母实现将螺母的水平移动转化为丝杆的转动，从而带动齿轮转动，即可沿齿条上下移动。前后两轴上齿轮要实现同步转动则通过齿形带实现前轴向后轴的动力传递。因要承受一定重量的物体，所以搁板在移动到一个固定的位置后就要考虑自锁，齿轮齿条不具自锁性，其摩擦力也不能过大，否则滑块处手推力会超过20N。丝杆与螺母具备自锁性，但要满足条件即丝杆升角要小于丝杆的当量摩擦角。但在要求滑块从左到右移动时搁板的上升高度为60 mm

16、。那么经计算后螺纹的升角会非常的大，会大于丝杆的当量摩擦角就不能实现自锁。所以在设计过程中应该合理给定轴的尺寸，保证强度要求满足的情况下，也能够使机构实现自锁。我们最终讨论想也可在滑块上做功夫，使滑块在移动到某一位置后可以实现机械自锁。在滑块上伸出一手柄，使用时抽出来移动滑块，移到某一位置之后将其卡到搁板所开凹槽中，或将其压进去卡到丝杠的凹槽中，将其固定牢。此方案中有带传动，相应的也应该考虑带轮的张紧。为保证精确的传动比，并且使搁架上下运动平稳。可优先选用齿形带。示意图如下：计算过程及计算说明预算：根据所给参考冰箱搁板的尺寸初步计算各个部分的具体尺寸1、由冰箱隔板长570mm，宽 380mm。

17、初步计算出同步齿形带总长 L 约为 L1=2*(570+380)=1900mm（注：要加张紧装置，最后总长有变）同步带节距P1=m*=3.14*0.8=2.51mm 。2、同步带轮d1=20mm，模数取m=0.8,Z=dm=25。因齿轮最小齿数为 17 才可保证不根切，在保证所占面积不超过总面积86%的前提下，试先取最小齿数z1=17，算的齿轮直径 d1=mz1=13.6mm3、滑块滑过实长L2=5702*d1=5702*13.6=542.8mm。4 、 由 齿 轮 参 数 确 定 齿 厚 s= m* =1.963mm, 齿 距p2=2s=3.927mm,所滑过齿数 n1=sp1=542.82

18、.51=216.25 216。齿轮齿数为 17，则齿轮转过圈数 n2=n1z1=21617=12.7 圈。螺杆也转过 n2=12.7 圈，近似取为 13 圈。5、要求可调高度 =60 查手册得公称直径d=22mm,p=5mm,小径 d3=16.5mm,中径 d2=19.5mm，相配合螺母 M=22mm，大径D=22.5mm，小径 D1=17.0mm。6、计算螺杆的主要尺寸（因滑动螺纹磨损，由耐磨条件计算其直径大小），螺纹取梯形螺纹有效上升高度H=60mm,所受力F=1004=25N。螺纹小径 d1螺纹自锁性验算：升角 =Hd2,H 为螺母 高度 ,d2为螺纹中径 , 取许用应力p=10Mpa

19、。Fd2hup则：d2F螺纹的螺旋线数目， 因为考虑到要求自锁，则常要用单线螺纹。且便于制造。 n=1。螺距 p螺纹相邻两个牙型上对应点间的轴向距离。导程 S螺纹上任意一点沿同一螺旋线转一周所移动的轴向距离。单线螺纹（n=1）S=P，多线螺纹 S=n*p。螺纹升角 螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面间的夹角。在螺纹的不同直径处，螺纹的升角也不相同。通常按中径 d2 处计算，即 =arctan(s *d2)= arctan(p*d2) 。牙型角 螺纹轴向截面内，螺纹牙型两侧边的夹角。螺纹牙型的侧边与螺纹轴线的垂直平面的夹角称为牙侧角，对称的牙侧角 =2。接触高度 h内外螺纹旋合后的接触面的径向高

20、度。因考虑到螺母还有一定的高度，要使冰箱搁架可调高度为h=60mm。则螺纹柱总高 H=1.1mm,lb=（430）(l-a)。材料选择：因在冰箱中长期处于低温，可选择聚丙烯材料，其不受温度的影响，成型容易。并具有优良的综合力学性能。可满足强度要求。也可选用聚碳酸酯，其强度高，刚性好，耐磨，尺寸稳定性好。或者有机玻璃，其强度好，且具透明性，可以观察同步带在其中的固定情况。或选用 ABS塑料，它有“坚韧，质硬，刚性”三种优良性能，且成本低廉。七：同步带张紧轮一般情况下，带传动装置中，同步带在运转一段时间后，会因为带的塑性变形和磨损而松弛。为保证带传动正常工作，应定期检查带的松弛程度，并采取相应的补

21、救措施。在设计带传动的过程中，就要考虑张紧装置。张紧装置由张紧轮及张紧轮可调节支座组成。张紧轮可调节支座用一头为光轴，一头为螺纹，中间用一轴肩过渡的轴。其有螺纹的一头与一螺母配合使用使其与搁架底部相固定。在搁架底部开一定长度的槽，即可实现张紧装置的调节。零件图：同步带张紧轮各尺寸确定：（1）总长 L=13mm，因其装在搁架中间，搁架装同步带轮和同步带的总高为 19mm，张紧轮固定轴的长度为 15mm，一端用与轴向定位的轴肩厚度为 6mm。（2）轮长 L1=8mm，用于张紧同步带轮，同步带轮的宽度为7.9mm（3）上部伸出段长度L2=4mm，保护张紧轮防止在运动过程中与搁架壁摩擦严重。（4）下端

22、伸出长度L3=1mm，防止张紧轮下部与搁板摩擦阻力过大，使同步带运动时受到过大的阻力，则在移动滑块时用力较大。另一方面也防止同步带与搁架底板相接处，增加摩擦阻力。（5）中心孔径 D1=6mm，与张紧轮固定轴相配合， 因轴不动，要使轮顺利转动，则要求轮与轴过度配合。（6）伸出段外径D2=8mm。（7）张紧轮直径 D3=12mm,在调节冰箱搁架高度的时候， 同步带张紧轮只受到同步带与其之间的摩擦力及横向推力作用。所以其尺寸在满足强度要求的前提下要根据所装位置的大小选择合适的尺寸。材料选择：因在冰箱中长期处于低温，可选择聚丙烯材料，其不受温度的影响，成型容易。并具有优良的综合力学性能。可满足强度要求

23、。也可选用聚碳酸酯，其强度高，刚性好，耐冲击，耐磨，尺寸稳定性好。是良好的摩擦传动零件材料，常用作齿轮齿条，涡轮蜗杆等。且不受温度和空气湿度的影响，有良好的力学性能加工成型方法简单。八: 同步带张紧轮固定轴张紧轮可调节支座是一头为光轴，一头为螺纹，中间用一轴肩过渡的轴。其有螺纹的一头与一螺母配合使用使其与搁架底部相固定。在搁架底部开一定长度的槽，即可实现张紧装置的调节。模型图：轴的各个尺寸确定：上部伸出段 h1=14mm；中间轴肩处高度h2=5mm；底部螺纹段长度h3=20mm；上部伸出轴直径d1=6mm；轴肩处直径 d2=10mm；底部螺纹段公称直径d3=6mm。材料选择：因在冰箱中长期处于

24、低温，可选择聚丙烯材料，可满足强度要求。且不受温度的影响，容易成型，并具有优良的综合力学性能。九：滑块上盖板与中心体之间的连接用开口槽沉头螺钉选用标准件，查机械设计工程手册有：公称直径 D=4mm，公称长度 L=8mm。性能等级为 4.8 级，不经表面处理的 A 级开口槽圆柱头螺钉。根据 GBT65 2000得:dk 公称 max =7mm。k 公称 max =2.6 mm。tmin=1.1mm,lb= （430）(l-a)。因盖板为长方体形状，需要在四角处固定，选用开口槽沉头螺钉的数目为4。零件图如下：材料选择：因在冰箱中长期处于低温，可选择聚丙烯材料，其不受温度的影响，成型容易。并具有优良

25、的综合力学性能。可满足强度要求。十：同步带轮与轴固定处用于轴向固定的开口环根据轴的直径d=9mm，取挡圈的厚度为s=2mm，内圈直径d1=7mm外圈直径 d2=11mm。在圆周上使其断开便于安装在轴上，安装时要使用卡环钳。零件图如下：材料选择：因在冰箱中长期处于低温，可选择聚丙烯材料，其不受温度的影响，成型容易。并具有优良的综合力学性能。可满足强度要求。十一：与同步带张紧轮支座底部螺纹轴相配合的螺母根据螺纹轴的公称直径d=6mm。根据手册查得： 所用螺母的各个尺寸： emin=11.05mm；smax=10mm, smin=9.78 mm ；cmax=0.5mm；dwmin=8.9mm，dam

26、ax=6.75；GBT mmax=5.2mm, mmin=4.9mm；性能等级为8 级，表面氧化的2 型六角螺母产品等级为A级材料选择：因在冰箱中长期处于低温，可选择聚丙烯材料，其不受温度的影响，成型容易。并具有优良的综合力学性能。可满足强度要求。十二：搁板总长 L=600mm，宽 B=420mm。其上面要承受一定重量的物体， 板厚设计为 5mm，搁板要与下面的搁架固连，一般冰箱材料为塑料，不能够用焊接等金属零件所用的连接方法，所以我考虑用型面连接的方法，在其左右两边处下面伸出一段长度并且带有沟槽。在搁架上用于包围同步带的宽槽的外面槽壁上端用与搁板下面伸出一段长度带有沟槽的尺寸相配合。从而达到

27、结合的目的。材料选择：因在冰箱中长期处于低温，可选择聚丙烯材料，其不受温度的影响，成型容易。并具有优良的综合力学性能。可满足强度要求。十三：搁架设计要求将所有传动机构都包围在搁架中，所以搁架应该做成中空的且有足够强度，上面盖上搁板，要求其自重不是很重。总体尺寸确定：总长 L=600mm总宽 B=420mm，总高 H=118mm。各处板厚设计在5mm左右。结构设计：在搁架上用于包围同步带的宽槽的外面槽壁上端用与搁板下面伸出一段长度带有沟槽的尺寸相配合。以达到连接和封闭的目的。材料选择：因在冰箱中长期处于低温，可选择聚丙烯材料，其不受温度的影响，成型容易。并具有优良的综合力学性能。可满足强度要求。

28、也可以选用有机玻璃，涤纶等非金属材料。小结我这次课程设计的题目是冰箱可调搁架。由于我们已经学了机械原理，机械设计及现代测量技术等设计所需的基础知识。理论知识已经基本具备，再加上上学期机械原理课程设计已经有了一定的经验。在老师的谆谆教导下，在小组同学的互相讨论及帮助中我们都充满信心和激情。这次设计有三周的时间。不过由于第一周我们有一门课的考试，所以耽误了两天的时间。在第一周的随后几天中，我们都是在确定方案并进行相应的计算。由于我所选的方案没有用到很多所学的课本知识，所以要另外找关于同步带的设计，通过上图书馆查找书籍，上网查找资料，向老师请教，与同学讨论，最终确定了所选的同步带轮和同步带的型号和具

29、体尺寸。因为有带传动所以也相应设计了同步带张紧装置。因为冰箱本身尺寸有限度，搁板空间也有限度，张紧装置要可调并且还要小，不能占太多的空间。所以不仅要考虑张紧轮和张紧轮支座的强度，还要相应考虑其尺寸大小，不能过大。在计算的过程中遇到了许多问题，由于是人力为动力，没有相应的额定功率及速度，也不是用的金属材料，需用应力无法查到，也不能根据计算金属材料的计算公式来计算，没有公式可用，不知道如何选取材料和定尺寸，在前一段时间做了许多无用功。计算的东西到最后都不符合要求，还是有很多问题。不过不管是遇到多么困难和糟糕的事情，这次课程设计都是自己一份难忘的经历。从中学到很多，也吸取了不少的教训。我们机械设计课

30、程中都有讲到这些知识，所以在进行完课程设计后我们对所学的知识有了更加深刻的了解。将整体机构拆分成各种零部件，我们以零件的设计为核心，然后再加上装配。整个过程结束，我已经有了正确的设计思想，并敢于创新探索；掌握零件的设计原理，方法和机械设计的一般规律，进而综合运用所学的知识，培养了研究改进或开发新的基础零件及设计简单的机械的能力；并学会运用标准，规范，手册，图册和查阅有关技术资料的能力。在整个设计学习的过程中，综合运用所学的有关知识与技能，逐步提高了自己的理论水平，构思能力，特别是提高了分析问题及解决问题的能力，为我们顺利过渡到实际工作学习的设计及进行专业产品和设备的设计打下宽广而坚实的基础。这次设计也是将我们所学的知识加以实际运用的一次机会，能够很好的检验我们对知识的掌握以及锻炼我们创新能力。但设计过程中也有很多困惑。在确定继续用上学期的那个方案后，在分析总体构造后，我觉得真正用到所学的知识不是很多，比方说有设计带式