“8”型路線無(wú)碳小車(chē)的設(shè)計(jì)（全套圖紙）

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1、原創(chuàng)通過(guò)答辯畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)論文 QQ 194535455 摘 要 煤炭是大自然給予人類(lèi)的一筆寶貴財(cái)富，可是由于人們對(duì)煤炭的巨大需求，煤炭資源日趨減少近于枯竭。隨著人們節(jié)能環(huán)保意識(shí)的提升，無(wú)碳理念也越來(lái)越被人們提上研究的課題。更潔凈，更環(huán)保，更節(jié)能，更高效的理念也深入人心。 本小車(chē)是對(duì)“無(wú)碳”理念的探索與開(kāi)發(fā)，對(duì)未來(lái)“無(wú)碳”的憧憬，小車(chē)構(gòu)思巧妙，在完成設(shè)計(jì)的要求下充分考慮了外觀和成本等問(wèn)題，方便以后的擴(kuò)展和進(jìn)一步的開(kāi)發(fā)。 “無(wú)碳小車(chē)”系第二屆全國(guó)大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競(jìng)賽命題主題，目前實(shí)驗(yàn)階段已經(jīng)完成。 小車(chē)的設(shè)計(jì)分為三個(gè)階段：方案設(shè)計(jì)、技術(shù)設(shè)計(jì)、制作調(diào)試。方案設(shè)計(jì)階段

2、根據(jù)小車(chē)功能要求根據(jù)機(jī)器的構(gòu)成（原動(dòng)機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、控制部分、輔助部分）把小車(chē)分為車(chē)架 、原動(dòng)機(jī)構(gòu) 、傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu) 、行走機(jī)構(gòu) 、微調(diào)機(jī)構(gòu)六個(gè)模塊，進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)。技術(shù)設(shè)計(jì)階段采用了PROE等軟件進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)。小車(chē)大多是零件是標(biāo)準(zhǔn)件、可以購(gòu)買(mǎi)，同時(shí)除部分要求加工精度高的部分需要特殊加工外，大多數(shù)都可以通過(guò)手工加工出來(lái)。調(diào)試過(guò)程會(huì)通過(guò)微調(diào)等方式改變小車(chē)的參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)，在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上驗(yàn)證小車(chē)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律同時(shí)確定小車(chē)最優(yōu)的參數(shù)。 關(guān)鍵詞：無(wú)碳小車(chē)；方案設(shè)計(jì)；模塊化設(shè)計(jì)；8型路線 Abstract Coal is a val

3、uable wealth of human nature, but because of the huge demand for coal and meager coal resources dwindling. As enhance awareness of energy saving and environmental protection, zero-carbon concept is increasingly being put on the research project. Cleaner, more environmentally friendly, more energy, m

4、ore efficient idea is taking hold. Issue, later expanded and further developed. "Zero-carbon cars" of the second national students comprehensive ability of engineering training race in thesis theme, the current experimental phase has been completed. Car design is divided into three phases:

5、design, technical design, making debugging. Programme design stage based on the car features under the machines composition (original mechanism, actuator, actuator, control section, Assistant section) original car into the frame, body, transmission, steering agencies, travel agencies, fine-tune the

6、bodies of six modules, modular design. Technical design stage using PROE software for aided design. Car most parts are standard parts, you can purchase, while some require high processing precision parts require special processing, most are available through the manual process. Debugging changes by

7、way of fine tuning parameters of the car testing, experimental validation on the basis of the car in motion at the same time determine the optimal parameters for car. Key words:Carbon-free cares; design; modular design;8-courses 目錄 摘要 - 1 - Abstract...............

8、....................................................................................................................- 2 - 第一章 設(shè)計(jì)要求 - 5 - 1.1設(shè)計(jì)布置方案 - 5 - 1.2 小車(chē)功能設(shè)計(jì)要求 - 5 - 1.3小車(chē)的設(shè)計(jì)方法 - 6 - 第二章 方案設(shè)計(jì) - 7 - 2.1總體設(shè)計(jì) - 8 - 2.2車(chē)架 - 8 - 2.3 原動(dòng)機(jī)構(gòu) - 9 - 2.4傳動(dòng)機(jī)構(gòu) - 9 - 2.5轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu) - 10 - 2.6行走機(jī)

9、構(gòu) - 12 - 第三章 技術(shù)設(shè)計(jì) - 13 - 3.1小車(chē)軌跡的計(jì)算 - 14 - 3.2小車(chē)車(chē)體的參數(shù)確定 - 14 - 3.2.1小車(chē)車(chē)架的尺寸參數(shù) -15 - 3.2.2小車(chē)齒輪傳動(dòng)比 - 16 - 3.2.3齒輪的設(shè)計(jì) - 17 - 3.2.4原動(dòng)輪的大小及繞線圈數(shù) - 17 - 3.2.5小車(chē)行走位移 - 18 - 3.2.6軸承的選擇 - 19 - 第四章 小車(chē)能耗分析 - 20 - 4.1小車(chē)能量轉(zhuǎn)換過(guò)程 - 20 - 4.2小車(chē)的能量 - 20 - 第五章 總結(jié)和體會(huì) - 21 - 參考文獻(xiàn) - 22 - 致謝..

10、......................................................................................................................................- 23 - 第一章 設(shè)計(jì)要求 1.1設(shè)計(jì)布置方案 圖1 無(wú)碳小車(chē)示意圖 1.2小車(chē)功能設(shè)計(jì)要求 給定一重力勢(shì)能，根據(jù)能量轉(zhuǎn)換原理，設(shè)計(jì)一種可將該重力勢(shì)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能并可用來(lái)驅(qū)動(dòng)小車(chē)行走的裝置。 a. 利用將1Kg重物

11、下降40cm的勢(shì)能為驅(qū)動(dòng)力使該小車(chē)在前行時(shí)能夠自動(dòng)避開(kāi)賽道上設(shè)置的障礙物（每間隔80cm）走“8”型路線，使小車(chē)?yán)@行圈數(shù)盡可能多。 b. 要求小車(chē)前行過(guò)程中完成的所有動(dòng)作所需的能量下降的勢(shì)能獲得，不可使用其他任何形式的能量。 c. 小車(chē)前輪為獨(dú)輪，后為雙輪，有轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。 d. 要求分析小車(chē)的總體結(jié)構(gòu)，合理設(shè)計(jì)控制機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便。 e. 要求計(jì)算分析小車(chē)運(yùn)動(dòng)，并計(jì)算理論行走距離。（考慮各環(huán)節(jié)的損耗） f. 繪制主要零件圖，裝配圖。 g. 說(shuō)明書(shū)的編寫(xiě)。 1.3 小車(chē)的設(shè)計(jì)方法 通過(guò)對(duì)命題的分析，我們得到了比較清晰的開(kāi)闊思路，小車(chē)的設(shè)計(jì)一定要做到目標(biāo)

12、明確。小車(chē)的設(shè)計(jì)是提高小車(chē)性能的關(guān)鍵。在設(shè)計(jì)方法上我們借鑒了參數(shù)化設(shè)計(jì) 、優(yōu)化設(shè)計(jì) 、系統(tǒng)設(shè)計(jì)等現(xiàn)代設(shè)計(jì)發(fā)發(fā)明理論方法。下面是我們?cè)O(shè)計(jì)小車(chē)的流程。 能耗分析 參數(shù)優(yōu)化 明確小車(chē)的任務(wù)要求 小車(chē)的功能分析 總結(jié)各體會(huì) 選擇尺寸材料 可行的方案 零部件設(shè)計(jì) 組合幾種可行的方案 總體設(shè)計(jì) 敲定方案 方案設(shè)計(jì) 技術(shù)設(shè)計(jì) 評(píng)價(jià)分析

13、 第二章 方案設(shè)計(jì) 2.1 總體設(shè)計(jì) 通過(guò)對(duì)小車(chē)的功能分析小車(chē)需要完成重力勢(shì)能的轉(zhuǎn)換、驅(qū)動(dòng)自身行走、自動(dòng)避開(kāi)障礙物。為了方便設(shè)計(jì)這里根據(jù)小車(chē)所要完成的功能將小車(chē)劃分為五個(gè)部分進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)（車(chē)架 、原動(dòng)機(jī)構(gòu) 、傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu) 、行走機(jī)構(gòu)）。為了得到令人滿意方案，采用擴(kuò)展性思維設(shè)計(jì)每一個(gè)模塊，尋求多種可行的方案和構(gòu)思。 骨架式 車(chē) 架 傳 動(dòng) 機(jī) 構(gòu) 原 動(dòng) 機(jī) 構(gòu) 無(wú)碳小車(chē) 行 走 機(jī) 構(gòu) 轉(zhuǎn) 向 機(jī) 構(gòu) 曲柄連桿+搖

14、桿 單輪驅(qū)動(dòng) 雙輪同步 錐齒輪 彈簧儲(chǔ)能式 雙輪差速機(jī)構(gòu) 差速轉(zhuǎn)向 曲柄搖桿 凸輪+搖桿 不用附加傳動(dòng) 圓柱直齒輪 帶輪 鏈輪式 繩輪式 三腳底板式 2.2 車(chē)架 “無(wú)碳小車(chē)”車(chē)架結(jié)構(gòu)主要有骨架式和三腳底板式，其可使用快速成型或焊制，可使用木材，鋁板，工程塑料等。由于木材的滋取不符合“無(wú)碳”的理念，不符合國(guó)家的戰(zhàn)略思想。而工程塑料PVC利用率高，有輕質(zhì)，防振等作用，且生產(chǎn)成本較低，符合“無(wú)碳”理念，故車(chē)架采用工程塑料加工制成三腳底板式即可。 2.3 原動(dòng)機(jī)構(gòu) 原動(dòng)機(jī)構(gòu)的作用是將重塊的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為小車(chē)的驅(qū)動(dòng)力。用來(lái)實(shí)現(xiàn)

15、這一功能的方案有多種，從效率和簡(jiǎn)潔性來(lái)看繩輪最優(yōu)。小車(chē)對(duì)原動(dòng)機(jī)構(gòu)還有其它的具體要求： a.驅(qū)動(dòng)力適中，不至于小車(chē)拐彎時(shí)速度過(guò)大傾翻，或重塊晃動(dòng)厲害影響行走。 b.到達(dá)終點(diǎn)前重塊豎直方向的速度要盡可能小，避免對(duì)小車(chē)過(guò)大的沖擊。同時(shí)使重塊的動(dòng)能盡可能的轉(zhuǎn)化到驅(qū)動(dòng)小車(chē)前進(jìn)上，如果重塊豎直方向的速度較大，重塊本身還有較多動(dòng)能未釋放，能量利用率不高。 c.由于不同的場(chǎng)地對(duì)輪子的摩擦摩擦可能不一樣，在不同的場(chǎng)地小車(chē)是需要的動(dòng)力也不一樣。在調(diào)試時(shí)也不知道多大的驅(qū)動(dòng)力恰到好處。因此原動(dòng)機(jī)構(gòu)還需要能根據(jù)不同的需要調(diào)整其驅(qū)動(dòng)力。 d.機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，效率高。 根據(jù)以上分析提出輸出驅(qū)動(dòng)力可調(diào)的繩輪式原動(dòng)機(jī)構(gòu)。

16、 圖2 錐形原動(dòng)輪 a.起始時(shí)原動(dòng)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑較大，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，有利于啟動(dòng)。 b.啟動(dòng)后，原動(dòng)輪半徑變小，轉(zhuǎn)速提高，轉(zhuǎn)矩變小，和阻力平衡后小車(chē)勻速運(yùn)動(dòng)。 c.當(dāng)物快距小車(chē)很近時(shí)，原動(dòng)輪半徑再次變小，繩子的拉力不足以使原動(dòng)輪勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，但是由于物快的慣性，仍會(huì)減速下降。 伴隨原動(dòng)輪的半徑變小，總轉(zhuǎn)速比提高，小車(chē)緩慢減速直到停止，物快停止下落，正好接觸小車(chē)。 2.4 傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 傳遞機(jī)構(gòu)的功能是把動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)傳遞到轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)輪上。 齒輪機(jī)構(gòu)可用來(lái)傳遞空間任意兩軸間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。與其他傳動(dòng)機(jī)構(gòu)相比，

17、其主要有點(diǎn)是：傳動(dòng)準(zhǔn)確、平穩(wěn)，機(jī)械效率高，使用壽命長(zhǎng)，工作安全、可靠，傳遞的功率和適用的速度范圍大。因此，它是現(xiàn)代機(jī)械中應(yīng)用最廣泛的一種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。 帶傳動(dòng)是一種柔性傳動(dòng)。帶傳動(dòng)的基本組成零件為帶輪（主動(dòng)帶輪和從動(dòng)帶輪）和傳動(dòng)帶。當(dāng)主動(dòng)帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，利用帶輪和傳動(dòng)帶輪的摩擦和嚙合作用，將運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力通過(guò)傳動(dòng)帶傳遞給從動(dòng)帶輪。帶傳動(dòng)具有機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳動(dòng)平穩(wěn)、價(jià)格低廉和緩沖吸振等特點(diǎn)，在近代機(jī)械中應(yīng)用廣泛。但是為了保證帶傳動(dòng)的正常工作，首先需要滿足傳遞功率要求的至少具有的總摩擦力和與之對(duì)應(yīng)的最小初拉力。 圓柱直齒輪主要用于平行軸的傳遞，錐齒輪主要用于兩軸相交傳遞。要使小車(chē)行駛地更遠(yuǎn)且按設(shè)計(jì)的軌道精

18、確行駛，傳遞機(jī)構(gòu)必須傳遞效率高，傳動(dòng)穩(wěn)定，機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單重量輕等。 綜上:要使小車(chē)行駛地更遠(yuǎn)且按設(shè)計(jì)的軌道精確行駛，傳遞機(jī)構(gòu)必須傳遞效率高，傳動(dòng)穩(wěn)定，機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單重量輕等。故選用圓柱直齒輪。 2.5 轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu) 轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)要實(shí)現(xiàn)小車(chē)順利繞過(guò)障礙物。小車(chē)有三個(gè)輪子，后面兩個(gè)輪子（或一個(gè)）為驅(qū)動(dòng)輪。后輪在重物作用下繞水平軸不停地轉(zhuǎn)動(dòng)（即實(shí)現(xiàn)向前運(yùn)動(dòng)）的同時(shí)周期性擺動(dòng)(即豎直軸左右轉(zhuǎn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向的目的)，才能使小車(chē)走出預(yù)訂軌跡，繞過(guò)障礙物。一個(gè)機(jī)械產(chǎn)品一般只有一個(gè)動(dòng)力源，所以，轉(zhuǎn)向輪擺動(dòng)的能量只來(lái)源于后輪轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)能。 轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)是本小車(chē)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分，直接決定著小車(chē)的功能。轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)也同樣需要盡可能的減少摩

19、擦耗能，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，零部件已獲得等基本條件，同時(shí)還需要有特殊的運(yùn)動(dòng)特性。能夠?qū)⑿D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為滿足要求的來(lái)回?cái)[動(dòng)，帶動(dòng)轉(zhuǎn)向輪左右轉(zhuǎn)動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)拐彎避障的功能。能實(shí)現(xiàn)該功能的機(jī)構(gòu)有：凸輪機(jī)構(gòu)+搖桿、曲柄連桿+搖桿、曲柄搖桿、差速轉(zhuǎn)彎等等。 凸輪+搖桿 圖3 凸輪+搖桿機(jī)構(gòu)示意圖 凸輪機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)： a. 優(yōu)點(diǎn)：凸輪機(jī)構(gòu)具有很少幾個(gè)活動(dòng)構(gòu)件，并且占居的空間較小，是一種結(jié)構(gòu)十分簡(jiǎn)單、緊湊的機(jī)構(gòu)。凸輪機(jī)構(gòu)最吸引人的特征是其多用性和靈活性，從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律取決于凸輪輪廓曲線的形狀，只要適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)凸輪的輪廓曲線，就可以

20、使從動(dòng)件獲得各種預(yù)期的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。幾乎對(duì)于任意要求的從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，都可以毫無(wú)困難地設(shè)計(jì)出凸輪廓線來(lái)實(shí)現(xiàn)。 b. 缺點(diǎn)：凸輪廓線與從動(dòng)件之間是點(diǎn)或線接觸的高副，易于磨損，故多用在傳力不太大的場(chǎng)合。 曲柄連桿+搖桿 圖4 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)示意圖 曲柄連桿+搖桿機(jī)構(gòu)特點(diǎn)： 優(yōu)點(diǎn)： a.機(jī)構(gòu)中構(gòu)件間以低副相連，在承受同樣載荷的條件下壓強(qiáng)較低，因而可用來(lái)傳遞較大的動(dòng)力。又由于低副元素的幾何形狀比較簡(jiǎn)單，故容易加工。 b.構(gòu)件運(yùn)動(dòng)形式具有多樣性。連桿機(jī)構(gòu)中既有饒定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的曲柄，繞定軸往復(fù)擺動(dòng)的搖桿，又有作平面一般運(yùn)動(dòng)的連桿、

21、作往復(fù)直線移動(dòng)的滑塊等，利用連桿機(jī)構(gòu)可以獲得各種形式的運(yùn)動(dòng)。 c.在主動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律不變的情況下，只要改變連桿機(jī)構(gòu)各構(gòu)件的相對(duì)尺寸，就可以使從動(dòng)件實(shí)現(xiàn)不同的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和運(yùn)動(dòng)要求。 D.連桿曲線具有多樣性。連桿上點(diǎn)的位置不同，曲線形狀不同；改變各構(gòu)件的相對(duì)尺寸，曲線形狀也隨之變化。這些千變?nèi)f化、豐富多彩的曲線，可用來(lái)滿足不同軌跡的設(shè)計(jì)要求，在機(jī)械工程中得到廣泛應(yīng)用。 缺點(diǎn)： a. 在連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，一些構(gòu)件（如連桿）的質(zhì)心在做變速運(yùn)動(dòng)，由此產(chǎn)生的慣性力不好平衡，因而會(huì)增加機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)載荷，使機(jī)構(gòu)產(chǎn)生強(qiáng)迫振動(dòng)。因而連桿機(jī)構(gòu)一般不適用于在告訴場(chǎng)合。 b. 機(jī)構(gòu)中運(yùn)動(dòng)的傳遞要經(jīng)過(guò)中間構(gòu)件，而

22、各構(gòu)件的尺寸不可能做得絕對(duì)準(zhǔn)確，再加上運(yùn)動(dòng)副間的間隙，故運(yùn)動(dòng)傳遞的累積誤差比較大。 曲柄搖桿 結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，但和凸輪一樣有一個(gè)滑動(dòng)的摩擦副，其效率低。其急回特性導(dǎo)致難以設(shè)計(jì)出較好的機(jī)構(gòu)。 差速轉(zhuǎn)彎 差速拐是利用兩個(gè)偏心輪作為驅(qū)動(dòng)輪，由于兩輪子的角速度一樣而轉(zhuǎn)動(dòng)半徑不一樣，從而使兩個(gè)輪子的速度不一樣，產(chǎn)生了差速。小車(chē)通過(guò)差速實(shí)現(xiàn)拐彎避障。 綜上：從結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，機(jī)構(gòu)緊湊的角度上，選擇凸輪+搖桿作為小車(chē)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。 2.6 行走機(jī)構(gòu) 行走機(jī)構(gòu)即為三個(gè)輪子，輪子又厚薄之分，大小之別，材料之不同需要綜合考慮。 有摩擦理論知摩擦力矩和正壓力的關(guān)系為 對(duì)于相同的

23、材料為一定值。而滾動(dòng)摩擦力,所以輪子越大小車(chē)受到的阻力越小，因此能夠走得更遠(yuǎn)。 由于小車(chē)是沿著曲線前進(jìn)的，后輪必定會(huì)產(chǎn)生差速。對(duì)于后輪可以采用雙輪同步驅(qū)動(dòng)，雙輪差速驅(qū)動(dòng)，單輪驅(qū)動(dòng)。 雙輪同步驅(qū)動(dòng)必定有輪子會(huì)與地面打滑，由于滑動(dòng)摩擦遠(yuǎn)比滾動(dòng)摩擦大會(huì)損失大量能量，同時(shí)小車(chē)前進(jìn)受到過(guò)多的約束，無(wú)法確定其軌跡，不能夠有效避免碰到障礙。 雙輪差速驅(qū)動(dòng)可以避免雙輪同步驅(qū)動(dòng)出現(xiàn)的問(wèn)題，可以通過(guò)差速器或單向軸承來(lái)實(shí)現(xiàn)差速。差速器涉及到最小能耗原理，能較好的減少摩擦損耗，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)滿足要運(yùn)動(dòng)。單向軸承實(shí)現(xiàn)差速的原理是但其中一個(gè)輪子速度較大時(shí)便成為從動(dòng)輪，速度較慢的輪子成為主動(dòng)輪，這樣交替變

24、換著。但由于單向軸承存在側(cè)隙，在主動(dòng)輪從動(dòng)輪切換過(guò)程中出現(xiàn)誤差導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)不準(zhǔn)確，但影響有多大會(huì)不會(huì)影響小車(chē)的功能還需進(jìn)一步分析。 單輪驅(qū)動(dòng)即只利用一個(gè)輪子作為驅(qū)動(dòng)輪，一個(gè)為導(dǎo)向輪，另一個(gè)為從動(dòng)輪。就如一輛自行車(chē)外加一個(gè)車(chē)輪一樣。從動(dòng)但前進(jìn)速度不如差速器穩(wěn)定，傳動(dòng)精度比利用單向軸承高。 綜上所述：行走機(jī)構(gòu)的輪子應(yīng)有恰當(dāng)?shù)某叽?，可以如果有條件可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)確定實(shí)現(xiàn)差速的機(jī)構(gòu)方案，因輪與驅(qū)動(dòng)輪間的差速依靠與地面的運(yùn)動(dòng)約束確定的。其效率比利用差速器高，此我們采用單輪驅(qū)動(dòng)為行走機(jī)構(gòu)方案。 第三章 技術(shù)設(shè)計(jì) 3.1 小車(chē)軌跡的計(jì)算 β α

25、 F B C D E A 圖六 小車(chē)軌跡 路線： 先使小車(chē)走直線從F到D，軌跡與水平線呈60度的角，接著小車(chē)進(jìn)入一段過(guò)度弧線，小車(chē)轉(zhuǎn)過(guò)，小車(chē)開(kāi)始走半個(gè)圓弧，然后走弧線進(jìn)入直線軌道，以此走完8字路線。 確定軌跡參數(shù)：=160mm =200mm 則 =320mm ,=201.74mm , cosβ== , 因此 β=，所以 α=。 于是， ； ； 一個(gè)“8”字總的線位移。 3.2 小車(chē)車(chē)體參數(shù)的確定 3.

26、2.1 小車(chē)車(chē)架的尺寸參數(shù) 圖5 小車(chē)機(jī)構(gòu)示意圖 尺寸： 車(chē)架為梯形狀，梯形上底寬為100mm ，下底寬為160mm。 車(chē)架長(zhǎng)為320mm。 后輪直徑為160mm ，寬10mm ；前輪直徑為100mm，寬8mm。 3.2.2 小車(chē)齒輪傳動(dòng)比 小車(chē)后輪轉(zhuǎn)一圈位移為mm 因?yàn)辇X輪轉(zhuǎn)一圈小車(chē)正好走完一個(gè)“8”字，而此時(shí)小車(chē)后輪轉(zhuǎn)了即。 3.2.3 齒輪的設(shè)計(jì) （一）齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇 a.壓力角的選擇 由機(jī)械原理可知，增大壓力角α，輪齒的齒厚及

27、節(jié)點(diǎn)處的齒廓曲率半徑亦皆隨之增加，有利于提高齒輪傳動(dòng)的彎曲強(qiáng)度及接觸強(qiáng)度。我國(guó)對(duì)一般用途的齒輪傳動(dòng)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)壓力角為。為增加航空用齒輪傳動(dòng)的彎曲強(qiáng)度及接觸強(qiáng)度，我國(guó)航空齒輪傳動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)還規(guī)定了的標(biāo)準(zhǔn)壓力角。但增加壓力角并不一定都對(duì)傳動(dòng)有利。對(duì)重合度接近2的高速齒輪傳動(dòng)，推薦采用齒頂高系數(shù)為1~1.2，壓力角為~的齒輪，這樣做可增加齒輪的柔性，降低噪聲和動(dòng)載荷。 b.齒數(shù)z的選擇 若保持齒輪傳動(dòng)的中心距a不變，增加齒數(shù)，除能增大重合度、改善傳動(dòng)的平穩(wěn)性外，還可減少模數(shù)，降低齒高，因而減少金屬切屑用量，節(jié)省制造費(fèi)用。另外，降低齒高還能降低滑動(dòng)速度，以減少磨損及膠合的危險(xiǎn)性。但模數(shù)小了，齒厚隨

28、之減薄，則要降低齒輪的彎曲強(qiáng)度。不過(guò)在一定齒數(shù)范圍內(nèi)，尤其是當(dāng)承載能力主要取決于齒面接觸面強(qiáng)度時(shí)，以齒數(shù)多一些為好。 閉式齒輪一般轉(zhuǎn)速較高，為了提高傳動(dòng)的平穩(wěn)性，減小沖擊振動(dòng)，以齒數(shù)多一些為好，小齒輪的齒數(shù)可取為。開(kāi)式（半開(kāi)式）齒輪傳動(dòng)，由于齒輪主要為磨損失效，為使齒輪不致過(guò)小，故小齒輪不宜選用過(guò)多的齒數(shù)，一般可取。 為使齒輪免于根切，對(duì)于的標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪，應(yīng)取。小齒輪齒數(shù)確定后，按齒數(shù)比可確定大齒輪的齒數(shù)。為了使各個(gè)想嚙合齒對(duì)磨損均勻，傳動(dòng)平穩(wěn)，兩齒數(shù)應(yīng)互為質(zhì)數(shù)。 c.齒寬系數(shù)的選擇 由齒輪的強(qiáng)度計(jì)算公式可知，輪齒越寬，承載能力也越高，因而輪齒不宜過(guò)窄；但增大齒寬又會(huì)使面上

29、的載荷分布更趨均勻，故齒寬系數(shù)應(yīng)取得適當(dāng)。圓柱齒輪齒寬系數(shù)的薦用值列于表3-2-1內(nèi)。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)圓柱齒輪減速器，齒寬系數(shù)取為，（為傳動(dòng)比），所以對(duì)于圓柱齒輪傳動(dòng) 的規(guī)定值為0.2，0.25，0.30，0.40，0.50，0.60，0.80，1.0，1.2。 表 3-2-1 裝置狀況 兩支撐相對(duì)于小齒輪做對(duì)稱(chēng)布置 兩支撐相對(duì)于小齒輪做對(duì)稱(chēng)布置 小齒輪做懸臂布置 0.9～1.4（1.2～1.9） 0.7～1.15（1.

30、1～1.65） 0.4～0.6 (二）圓柱嚙合齒輪傳動(dòng)形式 a.外嚙合齒輪傳動(dòng)，由兩個(gè)外齒輪相嚙合，兩輪轉(zhuǎn)向相反； b.內(nèi)嚙合齒輪傳動(dòng)，由一個(gè)內(nèi)齒輪和一個(gè)外齒輪相嚙合，兩輪轉(zhuǎn)向相同； c.齒輪齒條傳動(dòng)，可將齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)變成齒條的直線移動(dòng)，或者相反。 （三）齒輪制造誤差的測(cè)定 齒輪齒根圓齒頂圓測(cè)定的原理 1. 齒輪齒數(shù)為偶數(shù)時(shí)，齒頂圓直徑和齒根圓直徑可用游標(biāo)卡尺在待測(cè)齒輪上直接測(cè)量。 2. 齒輪齒數(shù)為奇數(shù)時(shí)，不能通過(guò)直接測(cè)量得到和的真實(shí)值，需要間接測(cè)量。先量出齒輪安裝孔直徑D，再量出孔壁到某一齒根的距離H2和孔壁到某一齒頂?shù)木嚯xH1。如下圖所示。

31、 圖6 齒根圓、齒頂圓的測(cè)量 于是，有公式： (四） 確定基圓齒距模數(shù)和壓力角 圖7 外齒輪 1.基圓齒距 公法線長(zhǎng)度 = 2.模數(shù)m 表 3-2-2 (五）小齒輪的幾何尺寸 模數(shù)m=1

32、.5 齒數(shù)=20 壓力角α= 齒寬系數(shù)=1 分度圓直徑 齒頂高 齒根高 齒頂圓直徑 基圓直徑 齒距 齒厚 槽寬 （六） 齒輪的幾何尺寸 a).計(jì)算分度圓直徑 根據(jù)前面求得的得 定傳動(dòng)比為 則 b).計(jì)算中心距 mm=87.5mm mm=62.5mm c).計(jì)算齒輪寬度 齒輪2的寬度mm=25mm 齒輪3的寬度=25mm 則齒輪1的寬度25mm （七）齒輪材料選用 考慮到使小車(chē)走得更遠(yuǎn)和尺寸較小，我們選擇ABS塑料作為小

33、車(chē)的齒輪材料。ABS具有良好的綜合性能。沖擊強(qiáng)度高，即使在低溫下也不會(huì)快速降低，表面硬度高，有良好的耐磨性和加工藝性。絕緣性、尺寸穩(wěn)定性也較好，但耐候性差，耐熱性不夠高。在機(jī)械工業(yè)中可制作齒輪、葉輪、設(shè)備外殼，化工設(shè)備的各種容器、管道等，電器工業(yè)中的儀表、設(shè)備的各種配件等以及航空、運(yùn)輸工業(yè)都得到應(yīng)有。 3.2.4 原動(dòng)輪的大小及繞線圈數(shù) 原動(dòng)輪中間的直徑mm 于是，繞線圈數(shù) （圈） 3.2.5 小車(chē)的行走總位移 和小車(chē)走“8”的個(gè)數(shù)N =mm =14.91828 m 。 (個(gè)） 3.2.6 軸承的選擇 根據(jù)軸承中的摩擦性質(zhì)的不同，可把軸承分為滑動(dòng)摩擦

34、軸承（滑動(dòng)軸承）和滾動(dòng)摩擦軸承（滾動(dòng)軸承）兩大類(lèi)。此無(wú)碳小車(chē)選用滾動(dòng)軸承。 滾動(dòng)軸承是現(xiàn)代化機(jī)器中廣泛應(yīng)用的部件之一，它是依靠主要元件間的滾動(dòng)接觸來(lái)支撐轉(zhuǎn)動(dòng)零件的。如果僅按軸承用于承受的外載荷不同來(lái)分類(lèi)時(shí)，滾動(dòng)軸承可以概括地分為向心軸承、推力軸承、和向心推力軸承三大類(lèi)。主要承受徑向載荷的軸承叫做向心軸承，其中有幾種類(lèi)型可同時(shí)承受不大的軸向載荷；只能承受軸向載荷的軸承叫做推力軸承，推力軸承中與軸頸配合在一起的元件叫軸圈，與基座孔配合的元件叫做座圈；能同時(shí)承受徑向載荷和軸向載荷的軸承叫做向心推力軸承。 此設(shè)計(jì)中由于尺寸較小，且主要承受徑向載荷，我們選擇采用儀器儀表軸承(深溝球軸承)。材料選用鋁

35、基軸承合金。 第四章 小車(chē)能耗分析 4.1 小車(chē)能量轉(zhuǎn)換過(guò)程 驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng) 齒輪動(dòng)能 原動(dòng)輪動(dòng)能 重力勢(shì)能 轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)向 4.2 小車(chē)的能量 小車(chē)是通過(guò)中1kg的重物下降40cm 的重力勢(shì)能來(lái)驅(qū)動(dòng)的。經(jīng)查表得：重物通過(guò)定滑輪下降的機(jī)械效率為，線與原動(dòng)輪間的傳遞系數(shù)為，齒輪間的傳遞效率。因此小車(chē)內(nèi)部的能耗系數(shù) 。因此，驅(qū)動(dòng)小車(chē)的實(shí)際能量為。 小車(chē)的總質(zhì)量2.2kg 滾動(dòng)摩擦系數(shù)經(jīng)查表為.因此小車(chē)消耗的能量. 小車(chē)內(nèi)部產(chǎn)生的力矩： 產(chǎn)生的扭矩 （其中是考慮到摩擦產(chǎn)生的影響而設(shè)置的系數(shù)） 設(shè)一個(gè)后輪承受的壓力占總重

36、量的，前輪承受的壓力占總重量的。則小車(chē)的轉(zhuǎn)矩 ， 于是 。 由于，所以 。 第五章 總結(jié)和體會(huì) 通過(guò)這次無(wú)碳小車(chē)的課程設(shè)計(jì)，在準(zhǔn)備過(guò)程和方案設(shè)計(jì)過(guò)中我們都學(xué)到和感受到了很多東西。創(chuàng)新是最重要的，通過(guò)看以前比賽的作品，其實(shí)無(wú)碳小車(chē)很多東西都是一樣的，所以我們就在小處創(chuàng)新，發(fā)揮想象。通過(guò)無(wú)碳小車(chē)的設(shè)計(jì)我們更加了解了機(jī)械原理，工程實(shí)踐的意義，更深刻地體會(huì)到書(shū)本學(xué)習(xí)與實(shí)際操作的不同與聯(lián)系，也讓我們明白了將理論學(xué)習(xí)與實(shí)踐相結(jié)合的重要性。并且，在這次課程設(shè)計(jì)中，了解并熟悉了對(duì)一項(xiàng)方案從頭到尾的設(shè)計(jì)流程，增強(qiáng)了自己在創(chuàng)新設(shè)計(jì)方面的能力。同時(shí)也提高了自己的綜合實(shí)踐創(chuàng)新以及實(shí)際操作動(dòng)手能力。

37、 參考文獻(xiàn) 【1】申永勝.機(jī)械原理教程.清華大學(xué)出版社.2005.12. 【2】孫桓，陳作模，葛文杰.機(jī)械原理.西北工業(yè)大學(xué)機(jī)械原理及機(jī)械零件 教研室編.2006.5. 【3】華大年，華志宏.連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與應(yīng)用創(chuàng)新.機(jī)械工業(yè)出版社.2008. 【4】王之民.機(jī)械原理與課程設(shè)計(jì).機(jī)械工業(yè)出版社.2004. 【5】鄒慧君，張青.機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)手冊(cè).高等教育出版社.2010. 【6】蔣曉.Pro/ENGINEER Wildfire 4.0 中文版標(biāo)準(zhǔn)實(shí)例教程.清華大學(xué)出 版社.2010. 【7】濮良貴，紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計(jì).第8版.北京：西北工業(yè)出版社，20

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39、 致謝 經(jīng)過(guò)幾個(gè)星期的忙碌和工作，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲，作為一個(gè)本科生，由于經(jīng)驗(yàn)的匱乏，難免有許多考慮不周的地方。如果沒(méi)有指導(dǎo)老師的督促指導(dǎo)，及其同學(xué)的支持，根本不會(huì)這么容易完成任務(wù)。 這里首先感謝我們的指導(dǎo)老師林金龍老師。老師們平日里工作繁忙，但在我畢業(yè)設(shè)計(jì)的每個(gè)階段，從外出實(shí)習(xí)到查閱資料，設(shè)計(jì)草案的確定和修改，中期檢查及后期的詳細(xì)設(shè)計(jì)等整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程都給了我悉心的指導(dǎo)。一開(kāi)始我的設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)及圖都很繁瑣并且有很多錯(cuò)誤，但是老師都細(xì)心的給我指出每處錯(cuò)誤。再次感謝林老師的精心指導(dǎo)，讓我能圓滿做完畢業(yè)設(shè)計(jì)，并從中學(xué)到了不少知識(shí)。 其次，感謝大學(xué)四年來(lái)所有的老師，為我們打下堅(jiān)實(shí)的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)，使我們好應(yīng)對(duì)將來(lái)的工作。 最后感謝工學(xué)院，感謝江西農(nóng)業(yè)大學(xué)四年來(lái)對(duì)我的教育和栽培。 23