万用棘轮扳手设计说明书1

万用棘轮扳手设计说明书1万用棘轮扳手设计说明书1 第五届全国大学生机械创新设计大赛 (本项目已申请专利，专利号为:201220088212.6) 学校名称: 武汉东湖学院项目名称: 多用棘轮扳手参赛学生: xxx xxxx xxx 指导教师: xxx xxx 武汉东湖学院二0一二年三月目录一、立项背景 ................................ 3 二、参赛目的 ................................ 4 三、设计方案 ......................

万用棘轮扳手设计说明书1 第五届全国大学生机械创新设计大赛 (本项目已申请专利，专利号为:201220088212.6) 学校名称: 武汉东湖学院项目名称: 多用棘轮扳手参赛学生: xxx xxxx xxx 指导教师: xxx xxx 武汉东湖学院二0一二年三月目录一、立项背景 ................................ 3 二、参赛目的 ................................ 4 三、设计方案 ................................. 4 1, 设计要求 .............................. 4 2，要点分析 .............................. 4 3，设计图纸 .............................. 5 四，工程管理方案 ........................... 11 工作任务分析 ............................ 11 五，技术攻关 ............................... 12 六，技术工程解决 ........................... 13 七，参考文献 ............................... 21 一立项背景随着社会各种机械工具的发展，可谓工具是越来越齐全，越来越实用，在我们日常生活中，对于扭螺丝的地方很多，不同的位置，或不同空间的大小，有不同的扳手可以解决问题。但对于一些狭小的空间来说，在市场上的扳手，都不能很好的解决这样的问题，要么就是对这样的狭小空间爱莫能助，要么就是效率非常低。基于市场上现有扳手的缺陷，我们设计了一种多用棘轮扳手，手柄的思路来自鲤鱼钳，符合人们的生活习惯，也很美观。其原理是把我们平常用手扳的姿势转化成用手捏的姿势来使用，通过棘轮装置实现来回地沿一个方向旋转，扭螺丝速度快，效率较高，对于卸螺丝时，只要将我们的扳手换个面即可。(其设计如下图) 此装置可推广应用于各个家庭，各个工厂，一些公共娱乐机械器械的场合，以便于进行维修。二参赛目的 , 丰富阅历，增长见识。 , 学会联想思维方式。 , 提高动手操作能力。 , 养成注意细节(如言语、礼貌、动作、文字等)的习惯。 , 培养团队合作意识。 , 学以致用，考核自我。三方案设计 1、设计要求 1)有一定的机械结构; 2)作品创意、观赏性、外观结构新颖程度、功能创新; 3)作品是否具有实用前景或应用价值、科技价值、艺术价值、观赏价值或其它价值; 4)作品要安全可靠; 5)作品成本比较低。 2、要点分析 ?机械结构:采用鲤鱼钳的手柄结构，符合人的使用习惯;采用棘轮的旋转头，可实现沿一个方向拧紧或拧松螺丝螺母。 ?创新之处:一是解决了传统扳手在工作是空间限，以及效率低 4 下的问题二是齿轮和棘轮组成的轴，结合齿条，控制了工作件的单向转动。三是在其拧动工作件的接口处，是可以换用各种类型的接口，以达到一把扳手，既可以转动螺母，也可以转同螺帽或者螺丝钉的效果，达到了多用的作用。 ?实用前景:可根据不同型号的螺丝或螺母，来换用不同的头子，实现多用，广泛用于空间比较狭小的使用环境 ?外观设计:手柄的设计来自鲤鱼钳，方便使用，头部设计采用棘轮式齿轮轴与齿条啮合，结构紧凑，外观显得大气美观 ?安全性能:轻便好使，不会对人有伤害 ?成本分析:因为采用的是普通扳手的材料，成本较低，可以推广使用 3、设计图纸多用棘轮扳手的基本尺寸 (1)齿轮的三维图及CAD工程图 5 (2)齿条三维图和CAD工程图 6 (3)上手柄的CAD工程图 7 (4)下手柄的三维图和CAD工程图 8 )连杆的CAD的工程图 (5 9 (6)棘轮的solidwork三维图和CAD工程图 10 四工程管理方案 1、工作任务分解听到有比赛，并知道比赛要求之后，就有一些志同道合的同学联系到一起决定参加此次比赛，具体的任务分解如下: ?确定方案，成立相应的小组，各自说出自己的一些方案，然后决定采用最后的方案 ?制作说明书将想法写成文字，以便他人提出建议，予以修改。其中包含机械结构，创新之处，应用前景，外观设计，安全性能，成本分析等 ?实地考察。走出学校到相应的买卖市场、加工市场、企业工厂、 11 实训基地等参观、学习、交流，以深入了解我们的原理和可行性与使用价值。 ?准备材料。出去购买材料，选择适宜的，满足我们所需要的材料，视觉效果好，价位合适 ?联系指导老师。根据我们的确定的方案，联系两名指导老师，让他们给我们提点建议 ?确定加工场地。根据我们作品的要求，选择一家合适的加工厂，以便有效的提高进程。 ?加工部件。将各个零件的图纸给工厂的师傅看，给他们说明一下，让他们更加理解，便于准确加工。 ?组装作品。将各个零件组装起来，在组装过程中，发现问题，解决问题，实现我们要的功能。 ?进行调试。模拟比赛场地、环境等，对作品作相应的调试，以确保万无一失。 ?准备文字、图片等材料。将整个过程文字、图片、音效等加以说明。五技术攻关 ?手柄符合人的使用习惯 ?连杆推动不能发生自锁现象 ? 棘轮返行程的过程不能发生自锁 ?齿轮应具有足够的强度 12 ?棘轮返行程的过程后再次拧紧的过程要灵活 ?扳手能够扭多种型号的螺母六技术方案解决 1)根据人体工程学，我们设计了符合人手的曲线手柄 2)根据一般人手的平均握力，确定尺寸大小，再通过理论力学的计算，再验算，结果符合条件。具体过程如下: 1.扳手的最大预紧力据网上资料显示正常人的手掌握力在300--900N 取平均手的握力是500N即F0=500N 当扳手手柄张到最大的时候的的受力分析: 根据杠杆原理:F1=L2/L1*F0=15/4*500=1875 N 齿条的推力:F3=F1*cos(α)*cos(β)=1518 N 齿轮所受转矩:M1=F3*d/2=1518*12.5=18975 N/mm 当扳手手柄张到最小的时候的的受力分析: 同理:可求齿条推力:F4=1092 N 齿轮所受转矩:M2=13650 N/mm 验证扳手手柄张到最大的时候齿条会不会自锁, 张到最大的时候:横向分力F2=F1*cos(α)*sin(β)=1095 N 查资料知材料的摩擦系数是0.15 根据受力图分析知:FNA=4512.5 N FNB=5607.5 N 13 由于 F3=1518>(FNA+FNB)*0.15 故不会发生自锁现象 3)通过对棘轮的斜齿进行受力分析并验算不会发生自锁。具体过程如下: 棘轮的一个齿的展开图如下: 14 有理论力学得，棘轮齿面不发生自锁的条件: μ 标准齿轮当前配置: ISO - Spur gear 1.25M 20T 20PA 5FW ---S20A0H50L1.0N 实体文档名称和参考引用视为容积属性文档路径/修改日期阵列(圆周)2 质量:0.0269672 kg C:\Documents and 体积:3.45734e-006 m^3 Settings\Administrator\桌面实体密度:7800 kg/m^3 \11\标准齿轮.SLDPRT 重量:0.264279 N Feb 12 15:37:46 2012 (4)算例属性 16 算例名称算例 1 分析类型静态网格类型实体网格热力效果: 打开热力选项包括温度载荷零应变温度 298 Kelvin 包括 SolidWorks Flow Simulation 中的液关闭压效应解算器类型 FFEPlus 平面内效果: 关闭软弹簧: 关闭惯性卸除: 关闭不兼容接合选项自动大型位移关闭计算自由实体力打开摩擦关闭使用自适应方法: 关闭结果文件夹 SolidWorks 文档 (C:\Documents and Settings\Administrator\桌面\11) (5)单位单位系统: 公制 (MKS) 长度/位移 mm 温度 Kelvin 角速度弧度/秒压强/应力 N/m^2 (6)材料属性模型参考属性零部件 SolidBod名称: 普通碳钢 y 1(阵列模型类型: 线性弹性同向性 (圆默认失败准则: 最大 von Mises 应力周)2)(标屈服强度: 2.20594e+008 N/m^2 准齿轮) 张力强度: 3.99826e+008 N/m^2 弹性模量: 2.1e+011 N/m^2 泊松比: 0.28 17 质量密度: 7800 kg/m^3 抗剪模量: 7.9e+010 N/m^2 热扩张系数: 1.3e-005 /Kelvin 曲线数据:N/A (7)载荷和夹具夹具名夹具图像夹具细节称实体: 10 面类型: 固定几何体固定-1 合力零部件合力 X Y Z 反作用力(N) -8.25704e-006 0.0230913 0.0332871 0.0405122 反力矩(N-m) 0 0 0 0 载荷名称装入图象载荷细节 2 面实体: 类型: 垂直于所选面值: 1518 压力-1 单位: N/m^2 8)接触信息线接触 (9)网格信息 18 (10)合力反作用力选择总和 Y 总和 Z 合力单位总和 X 组整个N -8.25704e0.0230910.0332871 0.0405122 模型 -006 3 反作用力矩选择总和 Y 总和 Z 合力单位总和 X 组整个N-m 0 0 0 0 模型 (11)结果标准齿轮位移-位移 19 名称类型最小最大位移1 URES:合位移 0 mm 2.89453e-007 mm 节: 118 节: 1308 标准齿轮-算例 1-应变-应变 5)通过两个片状磁铁，在正反转的变换中磁铁通过磁力棘齿能够很好的配合 6)设计一个接头，再配合市场上其他扳手的头子，参照国标规定的，可以涵盖各个场合的螺母，到达万用的效果 20 七参考文献 1、《机械设计》(第八版) 濮良贵纪明刚主编高等教育出版社; 2、《简明结构力学》熊峰李章政主编四川大学出版社; 3、《机械工程材料》(第二版) 赵程杨建民主编机械工业出版社; 4、《计算机辅助绘图与设计——AutoCAD 2006》(第三版) 赵国增主编机械工业出版社; 5、《金属切削原理与刀具》(第四版) 陆剑中孙家宁主编机械工业出版社; 6、《理论力学(I)》(第七版) 哈尔滨工业大学理论力学教研室编高等教育出版社; 7、《机械制造工艺学》(第二版) 王先逵主编机械工业出版社; 8、《机械原理》(第七版) 孙桓陈作模葛文杰主编高等教育出版社; 21

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