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　　1、I 摘 要 本设计为三面翻广告牌的设计，三面翻广告牌是由一组并排的三棱柱组成， 三棱柱可由铝型材制成，且可围绕自身中心轴转动，将三种广告画面分别设置 在改组三棱柱的三个面上，从而利用三棱柱的三个侧面可形成三副画面，转动 三棱柱即可变换广告画面。 本文介绍了三面翻广告牌传动系统方案，能够实现多种翻动效果，达到成 本低，维护简易，设计中主要运用了间隙机构的特点，将主动件的均匀转动转 换为时动时停的周期性运动，省去不需要的能量的浪费，充分利用了机械的功 用。同时完成了三面翻广告牌传动系统中关键零部件的结构参数设计，包括传 动部件的设计，轴的设计与校核，电机的选择等。运用 CAD 软件完成了三面翻 广

　　7、设计.4 2.2 电机的选择.5 第三章第三章 传动装置的设计传动装置的设计 .6 3.1 传动方案的选择.6 3.2 机械传动装置设计.8 第四章第四章 齿轮的设计齿轮的设计.11 第五章第五章 间隙机构的设计间隙机构的设计.17 5.1 间隙机构的方案选择.17 5.2 不完全齿轮的设计.18 第六章第六章 轴的设计及其计算轴的设计及其计算.20 6.1 长轴的设计.20 6.2 从动轴的设计计算.22 6.3 轴承的选择和润滑.23 第七章第七章 全文总结全文总结.26 参考文献参考文献.27 致致 谢谢.28 毕业设计小结毕业设计小结 .29 1 第一章 绪论 1.1 简介 本文设计的

　　8、主题是三面翻转广告牌。户外广告的起源已经无从追溯,而三面 翻转广告牌在户外广告牌中的地位却一直无法取代,三面翻转广告牌起源于欧洲 国家,是一种面向于 21 世纪的户外广告媒体,并且经久不息,不断发展。 其地位也源于其相比其他户外广告的优势，具有同一面积却可三倍表现的 空间和视觉动感，即优于普通路牌，又区别于霓虹灯，电子屏幕等。其独特的 动态效果，千变万化的画面，以及丰富的体现形式，更为吸引行人的注意力， 达到了一个广告的最大效应，可广泛的使用在户外场所，如车站，机场，码头， 体育场，楼顶及大型建筑的墙面等，如果应用在商场，娱乐场，民览会，车展 会等场所，可大大提高黄金广告位的利用率，并达到城市

　　9、美化的效果，一举双 得。 在近几年,随着社会经济与科技的发展，户外广告已不仅仅是广告业发展的 一种传播媒介手段，而是现代化城市环境建设布局中的一个重要组成部分。三 面翻广告牌具有同一面积可三陪表现的空间和视觉感的优点。三棱柱翻转广告 牌诞生于 90 年代初，由于其卓越的产品特性而很快的流行在欧美各国，占有一 席之地，如北京的鼎立三面翻转广告牌，他不仅拥有多变的韵律动态效果，三 倍的表现空间，还有低成本和高维护易修理的特点。 日前，由国家发改委工业司牵头编制的专项研究报告国际装备三面翻业 的最新发展动态与趋势出炉。该报告对 20002006 年美国、日本、德国、法 国、意大利、韩国、巴西、印度和

　　10、国九个国家的装备三面翻业总产值、增加值 等数据进行了全面统计，以定量分析的方法研究了国际装备三面翻业的发展现 状、动态及趋势，以及国际装备三面翻业的技术发展趋势与组织结构调整演变。 该报告预测，在国内需求拉动与国际产业转移的“双重动力”带动下，我国装备 2 三面翻业将继续保持快速稳定增长的良好势头，预计未来五年内利润增长率仍 可持续在 30%左右， 三面翻转式广告牌在国内外备受青睐主要凭借以下几点：一是动态新颖的 传播方式，二是他能最简洁的完成一个故事情节的铺陈。三是承载广告信息量 大，是普通户外广告牌的三倍，四是引人注目，间接性的翻转和停歇充满创意， 更能引发过往人群的关注，实现广告的本质效

　　11、果。 1.2 主要内容 三面翻广告牌是由一组并排的三棱柱组成，通过电机驱动使三棱柱不断转 动形成的三幅广告宣传画，独有的动态广告展现以及三倍增值空间，三棱柱可 由铝型材制成，且将三种广告画面分别设置在每个三棱柱的三个面上，从而利 用三棱柱的三个侧面，通过翻转可组成三副画面，转动三棱柱即可变换广告画 面。大部分三面翻转广告牌由一组并排定位的铝制三棱柱构成，通过 PLC 控制 器控制,通过电机驱动，使所有三棱柱以一轴线围绕自身中心转动，一次只转动 120 度，按照预先设定好的方式进行不同形式的，顺序翻转，定格等多种动作。 形成三幅时而禁止时而运动的广告画面。 本三面翻广告牌的传动装置包括一用于连接

　　12、电机的第一传动轴、一用于连 接广告牌的第二传动轴，连接在第一传动轴的第一传动轮及连接在第二传动轴 的第二传动轮垂直设定，第一传动轮通过带动第二传动轮转动，从而第二传动 轮的转动带动第二传动轴及广告牌进行转动，所述述第二传动轮包括第一齿轮 与第二齿轮，工作中，通过推动第一齿轮转动，从而可完全配合且以其侧壁带 动第二齿轮转动，且在凹槽和凸起分别于第一齿轮和第二齿轮完成一次啮合后， 第二传动轮绕第二传动轴转动 120。 三面翻广告牌的传动装置，其中，所述第一齿轮与第二齿轮分别为具有三 个等角度间隔设计的齿，且第一齿轮与第二齿轮分别呈三角形状。第一与第二 齿轮沿其中心线重叠设计，且六个齿为等角度间隔设

　　13、计。凹槽与凸起沿第一传 动轮的径向设计，凸起大致呈圆弧状，且其两端设有导引面；凹槽的相对两壁 设有导引面，且大致呈八字状。传动装置包括数个第一传动轮、第二传动轮及 第二传动轴，且所述第一传动轮的凹槽与凸起排列在同一条直线 中心将数个第一传动轮分成呈镜像对称设置的两部分，且每一部分的凹槽与凸 起依次沿一条曲线 第二章 总体设计方案及电机选择 2.1 总体方案设计 三面翻广告牌的总体由电机及传动系统组成，而其中传动机构性能的好坏 直接影三面翻广告牌的使用效果，总体的设计包括有一电机、输出轴、传动轴 和设在三面广告柱传动中心轴处的转动轴，在传动轴与转动轴之间设有配合连

　　14、接传动间歇机构，配合连接传动机构包括有固定安装在传动轴上的缺口圆盘和 固定在传动轴上的双三角传动块，其中双三角传动块有小三角形块和大三角形 块错位叠加为一体结构，小三角形块的顶角正对于大三角形块的边中线位置， 大三角形块的边缘贴在缺口圆盘的侧面，缺口圆盘一位置开有一缺口，并且缺 口能容纳大三角形块的角，在缺口圆盘的缺口旁靠近圆心处设有凸块，其特征 在于缺口圆盘与传动轴之间设有可移动定位机构。 方案二结构紧凑，布局合理，传动简单，可靠性高，使用寿命可以得到保 障，制造成本低，加工简单。方案一结构较复杂，成本较高，安装不方便 。 经过二个方案的比较，选用方案二。方案二中的间歇机构如下图： 图 2-

　　15、1 间歇机构 5 2.2 电机的选择 电动机的容量（功率）选得是否合适，对电动机的工作和经济性都有影响。 当容量小于工作要求时，电动机不能保证工作装置的正常工作，或电动机因长 期过载而过早损坏；容量过大则电动机的价格高，能量不能充分利用，且因经 常不在满载下运动，其效率和功率因数都较低，造成浪费。根据后面所计算各 轴的转矩初步选择电机参数为: 日本永磁式同步低速马达 电源为 220V,频率为 50HZ,电流为 0.56A 功率：90W 转速：60r/min 日本松下电机型号: M9MZ90GB4YGA 6 第三章 传动装置的设计 3.1 传动方案的选择 传动方案多种多样，但是一般情况下，三面翻

　　16、转广告牌的传动方式重要为 三种，齿轮传动，链条传动，以及带传动。因此参考三种传动方案的适用场合， 以及传动特点，综合考虑，才能选择出本设计的方案。 方案一 齿轮传动 图 3-1 齿轮传动 齿轮传动的主要优点是：瞬时传动比恒定，工作平稳，传动准确可靠， 可传递空间任意两轴之间的运动和动力；适用于功率和速度范围广，功率从 接近于零的微小值到数万千瓦，圆周速度从很低到 300m/s；传动效率高， =0.920.98，在常用的机械传动中，齿轮的传动效率较高；工作可靠，使 用寿命长；外廓尺寸小，结构紧凑。 齿轮传动的主要缺点：制造和安装精度要求较高，需专门设备制造，成本 较高，不宜用于较远距离两轴之间的

　　17、传动。 齿轮传动应满足的基本要求是：瞬时传动比不变，冲击、振动和噪声小， 能保证较好的传动平稳性和较高的运动精度；在尺寸小、质量轻的前提下， 轮齿的强度高，耐磨性好，承载能力大，能达到预期的工作寿命。 方案二 带传动 7 图 3-2 带传动 带传动的主要优点：缓冲和吸振，传动平稳、噪声小；带传动靠摩擦 力传动，过载时带与带轮接触面间发生打滑，可防止损坏其他零件；适用于 两轴中心矩较大的场合；结构简单，制造、安装和维护等均较为方便，成本 低廉。 带传动的缺点：不能保证准确的传动比；需要较大的张紧力，增大了 轴和轴承的受力；整个传动装置的外廓尺寸较大，不够紧凑；带的寿命较 短，传动效率较低。 鉴于

　　18、上述特点，带传动主要适用于：速度较高的场合，多用于原动机输 出的第一级传动。中小功率传动，通常不超过 50 kw。传动比一般不超过 7，最大用到 10。传动比不要求十分准确。 方案三 链传动 图 3-3 链传动 链传动具有带传动和啮合传动的一些特点，其优点是：链传动没有弹性滑 8 动和打滑，能保持准确的平均传动比；传动尺寸比较紧凑；不需要很大的张紧 力，作用在轴上的载荷较小；承载能力大；效率高（=0.950.98） 。同时；链 传动能吸振与缓和冲击，结构简单，加工成本低廉，安装精度要求低，适合较 大中心距的传动，并能在温度较高、湿度较大、油污较重等环境中工作。 链传动往往保养方便，耐用，工作时

　　19、间长，易于维护，若采用链传动的话， 需设计不完全链条，不完全链条用于渐进式翻转，即波浪式翻转，这样可使三 棱柱从一侧依次翻转至另一侧，从而有多变的形式，美观的表达方式，整个链 条传动系统设计，其中包括了传动链轮以及导向链轮，传动链轮一般选用大链 轮，链轮与轴之间采用过盈配合，这样可以在任意角度上调整广告牌的角度方 向，而且结构简单。导向链轮一般选用渐进式导向链轮，齿数较小，用在顶板 上与固定轴间隙配合，轴端用偏心的顶盖螺母固定即可，但是主动的链轮与轴 过盈配合，并且穿销防止脱转。渐进式翻转广告牌，其中渐进式的翻转排链， 中间是不完全链条，而两边是完全齿链，其扰动方式也只是沿外围完全绕合即 可。

　　20、 链传动的缺点是：高速运转时不够平稳；传动中有冲击和噪声；不宜在载 荷变化很大和急促反向的传动中使用；只能用于平行轴间的传动；安装精度和 制造费用比带传动高。 链传动的适用场合：广泛应用于中心距较大、多轴、平均传动比要求准确 的传动。环境恶劣的开式传动、低速重载传动及润滑良好的高速传动，均可采 用链传动。滚子链传递的功率通常在 100kw 以下，链速在 15m/s 以下，传动比 I=7。目前其最大传递功率可达 500kw，最高中心距可达 8m。 综合分析上述三种方案，从传动效率、传动比范围、传动速度、制造成本 和安装精度、传动装置外廓尺寸等方面综合考虑，本设计课题的传动方案采用 方案一，即采用

　　21、齿轮传动。 3.2 机械传动装置设计 本设计选定三面翻的有效净尺寸为 2000（高）*700（长） ，缝隙为 5mm，一 下为机械传动部分布局图： 9 图 3-4 机械传动装置 电动机选定后，根据电动机的满载转速 n m及三棱柱的转速 n w即可确定传动 装置的总传动比。 wm nni 具体分配传动比时，应注意以下几点： a. 各级传动的传动比最好在推荐范围内选取，对减速传动尽可能不超过其 允许的最大值。 b. 应注意使传动级数少传动机构数少传动系统简单，以提高和减少精 度的降低。 c. 应使各级传动的结构尺寸协调匀称利于安装，绝不能造成互相干涉。 d. 应使传动装置的外轮廓尺寸尽可能紧凑。

　　24、222 将运动和动力参数计算结果整理并列于表 5-1 运动和动力参数表 轴名参数 轴轴 转速 r/min 6020 功率 W 87.33.42 转矩 N.m 13.901.633 传动比i 3 效率 0.91 11 第四章 齿轮的设计 齿轮传动的设计与计算 1. 类型 齿轮传动就装置形式来说，有开式，半开式级闭式之分，就使用情况来说， 有低速，高速及轻载重载之别，就齿轮材料的性能及热处理工艺的不同，轮齿 有较脆或较韧，齿面有较硬或较软的差别，根据上述条件的不同，齿轮传动也 就出现了不同的失效形式，这个会在论文后提及。 （1）根据两轴的相对位置和轮齿的方向，有如下类型： 圆柱齿轮传动； 锥齿轮传

　　25、动； 交错轴斜齿轮传动。 根据本次设计的情况，在此选择圆柱齿轮传动。 （2）从齿轮的工作环境来划分，可分为： 开式齿轮传动式，在农业机械，建筑机械以及建议的机械设备中， 齿轮完全暴露在外，润滑不良，工作条件不好，易磨损，故宜用于低速传动。 半开式齿轮传动，大齿轮部分地浸入油池中，有简单的防护罩。 闭式齿轮传动，汽车，机床，航空发动机等所用的齿轮传动，装在 精确加工而且封闭严密的箱体内，与开式或半开式相比，润滑及防护等条件最 好，多用于重要场合。 根据本次设计的要求，降低成本，且为低速转动，故选择开式齿轮传动； 2.设计准则 齿轮的失效形式多种多样。齿轮传动的失效主要发生在轮齿部分，其常见 失效

　　26、形式有：轮齿折断、齿面点蚀、齿面磨损、齿面胶合和塑性变形等五种。 . 轮齿折断 轮齿在工作过程中，齿根部受较大的交变弯曲应力，并且齿根圆角及切削 12 刀痕产生应力集中。轮齿受到短期过载或冲击载荷的作用，会发生过载折断。 齿面点蚀 齿轮工作时，在循环变化的接触应力、齿面摩擦力及润滑剂的反复作用下， 轮齿表面或次表层出现疲劳裂纹，裂纹逐渐扩展，导致齿面金属剥落形成麻点 状凹坑，这种现象称为齿面疲劳点蚀。. 齿面磨损 由于粗糙齿面的摩擦或有砂粒、金属屑等磨料落入齿面之间，都会引起齿 面磨损。磨损引起齿廓变形和齿厚减薄，产生振动和噪声，甚至因轮齿过薄而 断裂。磨损是开式齿轮传动的主要失效形式。采用闭

　　27、式齿轮传动，提高齿面硬 度，降低齿面粗糙度值，注意保持润滑油清洁等，都有利于减轻齿面磨损。齿 面磨损是本设计中，齿轮最重要的时效形式之一。 . 齿面胶合 高速重载齿轮传动，因齿面间压力大、相对滑动速度大，在啮合处摩擦发 热多，齿面胶合会引起振动和噪声，导致失效。 齿面塑性变形 用较软齿面材料制造的齿轮，在承受重载的传动中，由于摩擦力的作用， 齿面表层材料沿摩擦力的方向发生塑性变形。主动轮齿面节线处产生凹坑，从 动轮齿面节线处产生凸起。提高齿面硬度和润滑油粘度，可以减轻或防止齿面 塑性变形的产生。 开式（半开式）齿轮传动，按理应根据保证齿面抗磨损及齿根抗折断能力 两准则进行计算，对齿面抗磨损能力

　　28、的计算方法迄今尚不够完善，故对开式 （半开式）齿轮传动，目前仅以保证齿根弯曲疲劳强度作为设计准则。为了延 长开式（半开式）齿轮传动的寿命，可视具体需要而将所求得的模数适当增大。 综上所述，对于齿轮的轮圈、轮辐、轮毂等部位的尺寸，通常仅作结构设 计，不进行强度计算。 3.齿轮的设计计算 选择齿轮材料和热处理方法 13 查表 10-1 得，确定两齿轮的材料都用 45 钢调质处理，齿面硬度为 217255HBS； 查图得： HLmin1=650MPa HLmin2=380MPa FLmin1=650MPa FLmin2=380MPa 按齿面接触疲劳强度设计主要参数 按齿面接触强度公式试算，即 3 2

　　34、0 2 30476 2 21 1 dd a 各齿轮参数如下表 16 齿轮几何参数 参数主动齿轮从动齿轮 模数 1.5 1.5 齿数 2020 齿宽 1818 分度圆直径 3030 齿顶圆直径 33.533.5 齿根圆直径 26.7526.75 全齿高 3.3753.375 齿根高 1.8751.875 齿顶高 1.51.5 压力角 2020 传动比 1 中心矩 60 . 17 第五章 间隙机构的设计 5.1 间隙机构的方案选择 间隙机构主要有棘轮机构、槽轮机构、不完全齿轮机构、凸轮式间歇机构。 1）方案一：棘轮机构，摆杆左右摆动，当摆杆左摆时，棘爪插入棘轮的齿 内推动棘轮转过某一角度。当摆杆右

　　35、摆时，棘爪滑过棘轮，而棘轮静止不动， 往复循环。制动爪防止棘轮反转 ，这种有齿的棘轮其进程的变化最少是 1 个齿距，且工作时有响声。 有齿的棘轮机构运动可靠，从动棘轮容易实现有级 调节，但是有噪声、冲击，轮齿易摩损，高速时尤其严重，常用于低速、轻载 的间歇传动。 2）方案二：槽轮机构，组成：具有径向槽的槽轮，具有圆销的构件，机架 . 构件 1连续转动； 构件 2（槽轮）时而转动，时而静止 当构件 1 的圆销 A 尚未进入槽轮的径向槽时，槽轮的内凹锁住弧被构件 1 的外凸圆弧卡住，槽轮静止不动。当构件 1 的圆销 A 开始进入槽轮径向槽的位 置，锁住弧被松开，圆销驱使槽轮传动。 当圆销开始脱出径

　　36、向槽时，槽轮的另 一内凹锁住弧又被构件 1 的外凸圆弧卡住，槽轮静止不动; 往复循环. 从动轮每 转一周的停歇时间、运动时间及每次转动的角度变化范围都较大，设计较灵活； 但加工工艺复杂，从动轮在运动开始，终了时冲击较大，故一般用于低速、轻 载场合。 优点：结构简单，工作可靠，能准确控制转动的角度。常用于要求恒定旋 转角的分度机构中。 缺点：对一个已定的槽轮机构来说，其转角不能调节。 在转动始、末，加速度变化较大，有冲击。 18 应用：应用在转速不高，要求间歇转动的装置中。 3）方案三：不完全齿轮机构，由普通齿轮机构演化而来，不同之处在于轮 齿不布满整个圆周。主动轮转一周，从动轮转一设定角度。从

　　37、动轮停歇时，主 动轮上的锁住弧与从动轮上的锁住弧互相配合锁住，以保证从动轮停歇在预定 位置上。从动轮每转一周的停歇时间、运动时间及每次转动的角度变化范围都 较大，设计较灵活；但加工工艺复杂，从动轮在运动开始，终了时冲击较大， 故一般用于低速、轻载场合。不完全齿轮机构应用广泛,与其它间隙机构相比,其 动停时间比不受机构结构的限制,结构简单、其缺点是从动轮在每次运动始末,速 度均有突变,冲击较大,故一般用于低速、轻载的场合。 综合分析上述三种方案，从传动效率、传动比范围、传动速度、应用场合 和设计，传动装置外廓尺寸等方面综合考虑，本间隙传动机构方案采用方案三， 即采用不完全齿。 5.2 不完全齿轮

　　38、的设计 1 选择不完全齿轮的材料和热处理方法： 查表确定凹槽轮的材料都用 45 钢调质处理，齿面硬度为 215240HBS； 花形齿轮的材料为 45 钢调质处理，齿面硬度为 190225HBS； 2 间歇机构效果图如下： 19 . 图 5-1 间歇机构 图 5-2 不完全齿轮视图 1 20 图 5-3 不完全齿轮视图 2 21 第六章 轴的设计及其计算 6.1 长轴的设计 1 长轴的材料和热处理 应用于轴的材料种类很多，主要根据轴的使用条件，对轴的强度、刚度和 其他机械性能等的要求，采用的热处理方式，同时考虑制造加工工艺，并力求 经济合理来选择轴的材料。 轴的常用材料是优质碳素钢，如 35、4

　　39、5 和 50，其中以 45 号钢最为常用。 根据本设计的要求，选 45 号钢作材料，调质处理硬度为 215250HBS； 2 长轴的结构设计 轴的结构设计是确定轴的合理外形和全部结构尺寸，为轴设计的重要步骤。 一般轴的结构设计原则： a）节约材料，减轻重量，尽量采用等强度外形尺寸或大的截面系数的截面 形状； b）易于轴上零件的精确定位、稳固、装配、拆卸、和调整； c）采用各种减少应力集中和提高强度的结构措施； d）便于加工制造和保证精度。 由材料力学可知，轴的扭转强度条件为 2 . 0 1055 . 9 3 6 T n P T T dW T 式中 为轴的扭转切应力，单位为; T MPa 为轴传

　　41、考虑键槽对轴的强度的削弱： 时，单键槽增大 3%，双键槽增大 7%；时，单键槽增大mmd100mmd100 5%7%，双键槽增大 10%15%。最后应对进行圆整。d 综合以上 d=（1.051.07）do=13.413.6mm， 则取安装轴承处轴径为 20mm，带键槽处轴径为 25mm； 轴的结构设计如下图： 图 6-1 主轴 轴的校核： 轴的强度验算 由文献1417对轴进行校核： 结合振动筛的工作特点对轴进行受力分析，其受力分析如图所示: Pr=90w，n=60r/min。 T=9550000P/n=14325N/mm 23 在齿轮上的受力计算： Ft=2T/D=955N 由水平方向得： F

　　42、tY=Fr+Fa FtX=0 240 F =0 解得：Fr =6561.5N Fa =-715.8N 由垂直方向得： Fv=mg=25000 N Fv=F F=25000N 解得： 从偏心轴结构图以及弯矩图中可以看出偏心轴的中间表面 C 是该轴的危险 截面。 6.2 从动轴的设计计算 1 从动轴（短轴）的材料和热处理 应用于轴的材料种类很多，主要根据轴的使用条件，对轴的强度、刚度和 其他机械性能等的要求，采用的热处理方式，同时考虑制造加工工艺，并力求 经济合理来选择轴的材料。 轴的常用材料是优质碳素钢，如 35、45 和 50，其中以 45 号钢最为常用。 根据本设计的要求，选 45 号钢作材料，调质处理硬度为 215250HBS； 2 轴的结构设计 轴的结构设计是确定轴的合理外形和全部结构尺寸，根据长轴所述的设计 要求和步骤，由材料力学可知，轴的扭转强度条件为 2 . 0 1055 . 9 3 6 T n P T T dW T 式中 为轴的扭转切应力，单位为; T MPa

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