江汉大学文理学院材料成型及控制工程专业第六届全国机械创新设计大赛成果说明书.doc
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1、 第六届全国大学生机械创新设计大赛参赛作品黑板渐开线绘图仪设计说明书 设计者:唐梦飞,左明明,周奇,黄妍,张蒙蒙 指导老师:李继高,郑开陆 学校:江汉大学文理学院 时间:2014年3月12日 黑板渐开线绘图仪 设计者:唐梦飞,左明明,周奇,黄妍,张蒙蒙 指导老师:李继高,郑开陆(江汉大学文理学院 机电与建筑工程学部 武汉)摘要:为加深学生对齿轮参数对齿轮啮合影响的感性认识,设计一种在课堂教学中方便、准确绘制齿轮渐开线的简易装置。本装置利用吸盘作为基座固定在黑板上,再通过准确定位的导轨和横梁组成的移动绘图框架,模拟利用齿轮渐开线生成原理,在黑板上通过移动绘图框架带动粉笔画出多种不同基圆的渐开线。
2、关键词:渐开线;齿轮;吸盘;不同基圆 作品内容简介 本作品根据第六届全国大学生机械创新设计大赛主旨要求而设计,属于“教室使用设备”,主要提供一种可以在黑板上方便、准确画出渐开线的装置。本装置利用吸盘作为基座固定在黑板上,再通过较准确定位的滑轨和横梁组成的移动绘图框架,利用齿轮渐开线生成原理,在黑板上通过绘图移动框架带动粉笔画出多种不同基圆渐开线。而且该装置结构简单,操作方便,便于制作。此外,若对本装置进行少量改造,还可以拓展其功能,如在黑板上画出双曲线等。1 研究背景及意义 齿轮的齿形参数对齿轮啮合有着重要的影响,教师在讲解该部分知识点时,为了让学生对齿轮齿形和齿轮的啮合有一个更清晰的认识,必
3、须让学生弄清渐开线的形成原理。经调研,在目前的相关教学中,多数教师要么借用多媒体展示渐开线的形成,要么直接用粉笔在黑板上粗略的画图说明。然而这对于我们学生来说,这样会使原本理论性较强的内容感觉更为枯燥乏味,因而很难对渐开线有一个较深刻的感性认识。鉴于此,设计一种黑板渐开线绘图仪,可以在黑板上更直观地展示出渐开线的形成,展示的过程既可以由老师操作,也可由学生本人操作,这样既方便了老师的教学,同时也可以提高学生的学习兴趣,在互动中对渐开线的形成有一个深刻的认识。所画的某一基圆对应的渐开线如图1所示。(与此同时,若对本装置进行少量改造,还可以拓展其功能,如在黑板上画出双曲线等,做到一物多用)。图1
4、渐开线示意图2 设计方案 2.1总体设计构想为了实现可以在黑板上画出不同基圆的渐开线的功能,首先设计一个可以吸附在黑板上的装置,利用吸盘作为基座固定在黑板上,再利用齿轮渐开线生成原理,在黑板上通过移动绘图框架带动粉笔画出多种不同基圆的渐开线。其总体结构如图2所示。图2 绘图仪总体结构 2.2方案设计 (1)吸附装置的设计吸附装置的主要功能是将整个装置固定在黑板上。设计时,主要考虑的是如何把装置牢固地吸附在黑板上及其成本问题。考虑到常用黑板多用玻璃等非磁性黑板,从安装和使用的便利性的角度来分析,市面上常见的磁性吸附装置或机械夹持装置均不合适本装置。故本设计选用市面上规格为120*28的真空吸盘,
5、其不仅能提供较大的承重量,而且价格较为便宜。在实际操作过程中发现,在承受装置自重的情况下,即使在操作过程中附加一定的力矩,整个装置仍能稳定安全的工作。吸附装置实物图如图3,三维仿真如图4所示。 图3吸附装置 图4仿真吸附装置 (2)移动绘图框架移动绘图框架主要为粉笔的运动提供工作平台,确保其运动轨迹的准确性和稳定性。在设计过程中,主要考虑框架的稳定性、可调节性、制造周期及其成本等问题。整个框架设计为由三根导轨和两根横梁组成的方形框形结构。为保证其稳定性,导轨选用市面上的HRC-9型钢制滑轨,其加工精度较高,且导轨上开有等间距的孔,方便根据基圆的大小调整滑轨的距离。横梁采用实验室废弃的有机玻璃尺
6、制作,与木材和金属件等其他普通材料相比,使用废弃的有机玻璃不仅可以更容易加工出用于安装的螺纹孔,还可以有效地减轻整个绘图移动框架的重量和制造成本。经过多次试验,使用有机玻璃做成的横梁可以在按规程操作的情况下可以保证使用强度。为防止使用不当而折断横梁,也可以换成铝合金件以增加强度。绘图移动框架结构如图5所示。 图5 移动绘图框架(3)回弹装置的设计在画渐开线的过程中,粉笔的移动的动力主要依靠回弹装置来提供,因而回弹装置回复能力至关重要。本设计中粉笔沿着滑轨移动的最大距离是400mm,若选择用普通的弹簧来带动滑轨运动,不仅弹簧容易失效,也会因其自身长度的限制而减少粉笔移动的有效距离。因此在本次设计
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