无碳小车说明书.docx

无碳小车设计说明书学 院： 行知工学分院 班 级： 机械132班 学生姓名： 学 号： 指导老师： 完成时间： 2015 年 6 月 15 日1.绪论1.1小车的设计命题设计一种小车，驱动其行走及转向的能量是根据能量转换原理，由给定重力势能转换来的。给定重力势能为 4 焦耳（取 g=10m/s2），设计时统一用质量为1Kg的重块（5065 mm，普通碳钢）铅垂下降来获得，落差 4002mm，重块落下后，须被小车承载并同小车一起运动，不允许从小车上掉落。如图1.1所示。 图1.1要求小车行走过程中完成所有动作所需的能量均由此重力势能转换获得，不可使用任何其他的能量来源。要求小车具有转向控制机构，且此转向控制机构具有可调节功能，以适 应放有不同间距障碍物的竞赛场地。要求小车为三轮结构，具体设计、材料选用及加工制作均由学生自主完成。1.2小车的整体设计要求小车设计过程需要完成：机械设计、工艺方案设计、经济成本分析和工程管理方案设计。命题中的工程管理项要求综合考虑材料、加工、制造成本等各方面因素，提出合理的工程计划。设计能力项要求对参赛作品的设计具有创新性和规范性。命题中的制造工艺能力项要求综合运用加工制造工艺的知识。1.3小车的设计方法在小车的设计方法上，我们借鉴了参数化设计、优化设计、系统设计等现代设计发明理论方法。采用CAXA、SolidWorks2012等辅助软件设计。2.设计方案2.1尺寸设计由于小车实在平面上运行，转弯半径较小，所以定小车的宽度为150mm，长度为150mm，使其能拥有更佳的灵活性。如图2.1所示。图2.12.2最大转角因为小车长为150mm，当绕过最大偏移距离为500mm的圆弧时能得到最大转角，如图3.2所示，即可得最大转角位26.897.如图2.2所示。. 图2.2设曲柄长度为10，已知最大转角位26.897，由图2.3所示可知可得最大偏移距离图2.3偏移距离L=10 /tan（26.897）=19.71mm2.3后轮直径设计传动机构的功能是把动力和运动传递到转弯机构和驱动轮上。要使小车行驶的更远及按设计的轨道精确地行驶，传动机构必需传递效率高、传动稳定、结构简单重量轻等要求。齿轮具有效率高、结构紧凑、工作可靠、传动比稳定但价格较高。虽然在经济方面不是罪划算，但还是优先考虑使用齿轮传动。根据小车的前后轮尺寸和轨迹全长的比例关系，通过计算选取一对传动比为1:5的齿轮来进行传动。轨迹设计出来之后，有轨迹可知，测得小车最大转角为26.897，用CAXA软件分析可知该轨迹一个周期的总长度为3224.394mm，通过CAXA查询得到各段弧线的长度及总长，如图2.4 2.5所示。图2.4图2.5知道各段弧线的长度之后。可以算出凸轮的运动轨迹和运动到每个地方的角度。 第 1 条曲线 ( 样条 ) 的长度: 6448.788 第 2 条曲线 ( 直线 ) 的长度: 4800.000 总长度: 11248.788小车运动一个周期的长度是3224.394mm，每运动一个周期，前轮左右转动一次，假设取小车后轮的直径为180-220mm，则车轮周长为565.2-690.8mm，则小车后轮应该在转动4.7-5.7圈时完成2.4m运动，所以取转动比为i=5。所以定后轮直径为205mm。计算过程为：经CAXA电子模板计算，小车行进一个周期的周长S=3224.394mm。由于小车后轮和小齿轮同处于后轮轴上，所以后轮和大齿轮的传动比为n=5：1。小车行进一个周期，小车后轮转5圈。所以小车后轮周长 L=S/5=3224.394/5=644.8788nm因此小车后轮直径D=644.8788/=205.375 mm即小车后轮直径D=205mm2.4四杆设计知道这些数据后可以在caxa软件中得出四杆的结构，设基曲柄的长度为10mm，连杆的长度为90mm，求加速度A和速度V。由公式H=acos+（bb-asin（）asin（）v，a分别为H的一次求导和二次求导，解得如图2.6所示图2.6解得如图2.7 2.8所示图2.7图2.82.5齿轮机构设计由前面的计算可知，小车的传动比为1:5，设两个齿轮的模数为相同的1，小齿轮设计为齿数为22，大齿轮设计为齿数为110。两齿轮的中心距设计为60mm，齿厚为相同的5mm。如图2.9 2.10所示图2.9图2.102.6传动比计算传动机构的功能是把动力和运动传递到转弯机构和驱动轮上。要使小车行驶的更远及按设计的轨道精确地行驶，传动机构必需传递效率高、传动稳定、结构简单重量轻等要求，如图2.11所示。图2.11即C滑轮/C后轮=（4*6）/（25*102.5）=106.77因此滑块下降400mm则小车前进42400mm2.7自由度计算无碳小车转向机构采用曲柄滑块的形式做空间四杆机构，机构件图如图2.12所示图2.12F=3*n-2*p1-p2=3*3-2*4=1 自由度为1，2.8轴的设计分析主轴需要装有后轮，固定机架，转动轴承，齿轮以及螺钉。如图2.13 2.14所示。对应半径及长度从左到右分别3*7 5*16 6*26 7*10 6*76 5*16 3*7图2.13图2.14副轴需要装在传动机构上,分别装有曲柄，副轴支撑架2，副轴支撑架，转动轴承，如图2.15所示。副轴半径及长度从左到右分别5*15 6*26 7*10 6*76 5*15图2.152.9轴承设计分析主轴及副轴的滚动轴承长度14，内径10，外径30，如图2.16所示图2.16前轮滚动轴承长度为3，内径为3外径为10，如图2.17所示。图2.173小车机构设计3.1整体机构设计驱动轮是直径为205mm的圆轮，转向轮是直径为50mm的圆轮，该小车内部采用了四杆机构，从而控制小车的转弯，进而实现小车的周期性s字形运动。设计其结构。主要结构如下：重物下降时采用同轴双线轮调速，由绕绳轮带动小车后轴转动，实现小车的行进。后轴的转动速度通过齿轮转动，带动四杆机构转动，从而鱼眼的来回运动，带动前轮摆动，实现小车的周期性旋转。整体设计图形如图3.1所示。图3.13.2前轮机构设计转向机构是小车设计的关键部分，直接决定着小车走s字形的路线。转向机构也同样需要尽可能的减少摩擦，而且结构要设计的简单，同时还需要有特殊的运动特性。能够将旋转运动转化为满足要求的来回摆动，带动转向轮左右转动从而实现拐弯避障的功能。采用四杆机构，转动从动件，从动件作为转动机构。转向机构转弯的动力靠四杆来进行，利用凸轮的特性来对前轮的拐弯进行分时段的过渡。具体设计如图3.2 所示。图3.23.3连杆机构设计转向机构转弯动力的传动主要靠连杆机构提供，利用杠杆原理将凸轮所提供的往复行程进行放大，从而实现前轮的运动。如图3.3所示图3.33.4后轮机构设计小车的两个后轮通过转轴连接，重物下降时因为采用同轴双线轮调速，由绕绳轮带动转轴转动继而后轮轴上的齿轮同时运动，从而带动小车后轴转动，如图3.4所示。图3.44.小车整体三维图4.1小车装配图图4.1图4.2图4.34.2小车爆炸图图4.4图4.55.设计总结为期一学期的课程设计终于结束了。期中在家已经看过一个星期的视频，查阅很多资料，都是无从下手。后来通过先确定小车的整体尺寸，画零部件，设计路径，设计凸轮，慢慢找到了方向。在小车的装配中，出现了很多问题，总是过定义，在慢慢摸索中，终于探究出出现错误的原因。在整个小车的设计里，抓住功能实现的核心：1.要实现行走路程最远；2.避开障碍多。要想实现功能1，要减少内部摩擦损耗，减少与地面摩擦损耗，可根据不同的地面调整驱动机构。功能2的实现，要保证加工装配精度，对小车行走影响较灵敏的部件尺寸可微调。从这两个方面着手，设计的小车才会更好。在设计凸轮和装配小车的过程中，让我不断温习了这学期学习的机械原理课程，在错误中让我学习了之前我没学好的知识。在这个课程设计中，我还是受益匪浅的。