机械创新综合课程设计

机械创新综合课程设计

说明书

设计题目：智能开窗机

专业：机械设计制造及其自动化

学生姓名：马新伍、柳宁、罗义、匡佳慧指导教师：杜轩

2013年6月10日

智能开窗机

一、设计发明目的

本设计基于解决部分实验室及未来可能出现的新型教室这种大环境下的窗户自动关闭与开启的问题，该机构省心省力并且效率高。同时，它会根据天气的变化做出智能判断，从而在无人的条件下能够智能启闭。

二、设计背景

现有的窗户开启与关闭都是人力操作，而且对于环境的变化，人的感观可能并不能做到很精确，而在市场上出现的开窗机需要人工按钮操作亦或者功能有限，不能满足不同客户的要求。因此，我们设计的这款智能开窗机，对于生化实验室等空气成分变化多端以及适应不同环境有极好的适应能力。从而解决现在不能解决的问题。

三、设计思路

执行机构采用齿轮齿条机构，齿条安装在窗户的下端，

齿轮连接在电动机的输出端，齿轮与齿条啮合传动。齿轮与电动机输出轴连接

整个电动机采用电子控制系统，其电子控制的核心是各种传感器：光敏电阻传感器，温控传感器，湿度传感器，空气流量计传感器以及压敏电阻传感器，各个传感器相当于一个开关，部分传感器设置有反馈电路，对系统进行反馈控制。当室内外条件达到设定要求时，各个传感器就开始各自的工作，通过编写好的PLC或者单片机程序，控制电路以及电动机的行程和转向。

其中，很重要的一点就是，我们的控制程序可根据实际要求编写，满足不同的客户不同的市场要求。

四、功能简介

齿轮齿条执行机构：通过齿轮齿条机构控制窗户的左右行程及启闭状态，以及开度。

智能控制系统：电路上安装有很多不同功能的传感器，通过编写的PLC和单片机程序控制电动机的运行状态，达到满足设计要求的效果。实现智能化控制。

五、机械传动系统的设计：

5.1轴上齿轮齿条的设计

⨯=N/m. 正常工作时，齿轮上所受的圆周力F=30N,速度为ν=0.3m/s. T=300.050.15

N=1r/s.

1.选定齿轮类型，精度等级，材料及齿数

1）按实际的需要，选择直齿圆柱齿轮传动。

2）此机构速度不高，故选用7级精度（GB10095---88）.

3)材料选择。由表10-1选择齿轮40Gr,硬度为280HBS.齿条材料为45钢，硬度为240HBS,二者材料硬度相差40HBS. 4）选齿轮的齿数为Z =20. 2.按齿面接触强度设计

由设计公式（10-9a ）进行计算，即

d

≥（1） 确定公式内的各计算数值 1) 由表10-7选取齿宽系数d φ=0.6。

2) 由表10-6查得材料的弹性影响系数E Z =189.812

a MP .

3) 由图10-8查得动载荷系数v K =1.12，直齿轮，1βαH K =K =F

由表10-2查得使用系数A K =1；由表10-4用插值法差得7级精度，相对支承非对称布置时， 1.423βK =F 。K=v K βαH K K F βK F =1.592.

4) 由图10-21d 按齿面硬度查得齿轮的接触疲劳强度极限lim1σH =600a MP ，齿条的接触疲

劳强度极限lim2σH =550a MP

5) 由图10-19取接触疲劳寿命系数1HN K =0.90；2HN K =0.95. 6) 计算接触疲劳许用应力

取失效概率为1%，安全系数S =1，由式（10-12）得

[]1σH =

1lim1

σHN K S =0.9x600a MP =540a MP []2σH =2lim 2σ

HN K S

=0.95 x550a MP =522.5a MP

7）计算，代入[]σH 中较小的值

d=10

≥

u ≥=∞=8.5 分度圆直径d=10，模数m=0.5。 3，验算齿根弯曲强度

由式（10-5）得弯曲强度的设计公式为

M ≥ (1) 确定公式内的各计算数值

1） 由10-20c 查得齿轮的弯曲疲劳强度极限1FE σ=500a MP ;齿条的弯曲疲劳强度极限

2FE σ=380a MP ；

2） 由图10-18取弯曲疲劳寿命系数1FN K =0.85，2FN K =0.88; 3） 计算弯曲疲劳安全系数S=1.4，由式（10-12）得

[]1110.85500

303.571.4FN FE F Pa MPa S σσK ⨯=

=M = []2220.88380

238.861.4

FN FE F Pa MPa S σσK ⨯==

M = 4） 计算载荷系数K .

A V Fa F K K K K K β==1X1.12X1X1.35=1.512

5)查取齿形系数。

由表10-5差得122.80, 2.06Fa Fa Y Y == 5） 查取应力校正系数。

由表10-5查得121.55, 1.97Sa Sa Y Y ==

7) 计算

[]

Sa Sa

F Y Y σ,并比较大小

[]111Sa Sa F Y Y σ=2.80 1.55

303.57

⨯=0.014296

[]222

Sa Sa F Y Y σ=2.06 1.97

238.86⨯=0.0169899

8

）0.50.3M =≥

=

则齿轮齿条的强度满足要求。

5.2 轴上键的设计

轮毂的长度为70，轴的直径为D=10mm ，查表6-1可取型号为：bxh=3x3;圆头平键，键长L=53mm.l=50mm. 由2kld σ⨯T =

=2150

0.535010

σ⨯==⨯⨯⨯0.4a MP 100MPa ≤ 则键的强度满足要求。

5.3 轴的设计

轴的直径为d=10mm ，由3

9550000

81000.2P

n MPa MPa d τ=

=≤知，轴的直径满足要求

分析轴上的外力和轴自身的重力可知，mg F ,则轴的强度满足要求，无需验算。