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无碳重力势能小车设计【5张图纸】【优秀】【原创】

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关键词：: 无碳重力势能小车设计图纸优秀优良原创

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无碳重力势能小车设计

29页 7400字数+说明书+任务书+开题报告+5张CAD图纸【详情如下】

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毕业实习总结.doc

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摘要

　　　通过对第二届全国大学生工程训练参赛作品“无碳重力势能小车”的分析。发现小车在设计方面存在不足。为了改进小车的不足之处，对小车的结构部分进行重新设计。通过每一阶段的深入分析把设计尽可能向最优设计靠拢。

　　　根据小车功能要求，把小车分为车架、原动机构、传动机构、转向机构、行走机构、微调机构六个模块，进行模块化设计。首先针对每一个模块进行多方案设计，通过综合对比选择出最优的方案组合。确定的方案为：车架采用三角底板式、原动机构采用了锥形轴、传动机构采用齿轮、转向机构采用曲柄摇杆、行走机构采用单轮驱动实现差速、微调机构采用微调螺母。然后对方案进行理论分析，综合考虑零件材料性能、加工工艺等，进而得出了小车的具体参数，和运动规律。

关键字：工程训练；参赛作品；重力势能小车；

　　　摘要I

　　　AbstractII

　　　第1章绪论1

　　　1.1小车功能设计要求1

　　　1.2小车的设计方法1

　　　第2章方案设计2

　　　2.1重块支架3

　　　2.2原动机构3

　　　2.3传动机构4

　　　2.4转向机构5

　　　2.5行走机构6

　　　2.6微调机构7

　　　第3章技术设计8

　　　3.1影响小车性能主要因素的分析8

　　　3.1.1能耗规律分析8

　　　3.1.2运动学分析10

　　　3.1.3动力学分析14

　　　第4章典型零件的设计及强度校核16

　　　4.1 主动齿轮的设计16

　　　4.2 主动齿轮的强度校核17

　　　4.2.1齿轮的设计计算17

　　　第五章典型零件加工工艺的分析及编写20

　　　5.1驱动轴加工工艺分析20

　　　5.1.1零件结构及其工艺性分析20

　　　5.1.2零件技术要求分析20

　　　5.2 驱动轴加工工艺编写21

　　　结论22

　　　致谢23

　　　附录24

　　　参考文献299

Catalog

　　　Chinese abstractI

　　　AbstractII

　　　First chapter Introduction4

　　　1.1 Car functional design repuirements4

　　　1.2 Car design method4

The second chapter Scheme design2

　　　2.1 A heavy block bracket3

　　　2.2 Driving mechanism3

　　　2.3 Transmission mechansim4

　　　2.4 Steering mechansim5

　　　2.5 Walking mechansim6

　　　The third chapter Technical design7

　　　3.1 Analysis of the factors affecting the performance car8

　　　3.1.1 Energy dissipation analysis8

　　　3.1.2 Kinematic analysis8

　　　3.1.3 Dynamics analysis14

　　　The fourth chapter Typical part desgin and strength check16

　　　 4.1 Driving gear desgin16

　　　 4.2 Driving gear strength17

　　　3.1.3 Dynamics analysis17

The fifth chapter Typical part machining analysis preparationof20

5.1 Drive shaft processing technology analysis20

　　　5.1.1 Parts of the structure and process analysis20

　　　5.1.2 Technical requirements of20

　　　5.2 Drive axle processingpreparation21

　　　Conclusion22

　　　Thank23

　　　Appendix24

　　　Reference29

第1章绪论

1.1小车功能设计要求

　　　给定一重力势能，根据能量转换原理，设计一种可将该重力势能转换为机械能并可用来驱动小车行走的装置。该自行小车在前行时能够自动避开赛道上设置的障碍物（每间隔1米，放置一个直径20mm、高200mm的弹性障碍圆棒）。以小车前行距离的远近、以及避开障碍的多少来综合评定成绩。

　　　给定重力势能为5焦耳（取g=10m/s2），竞赛时统一用质量为1kg的重块（50×65 mm，普通碳钢）铅垂下降来获得，落差500±2mm，重块落下后，须被小车承载并同小车一起运动，不允许掉落。

　　　要求小车前行过程中完成的所有动作所需的能量均由此能量转换获得，不可使用任何其他的能量形式。

　　　小车要求采用三轮结构（1个转向轮，2个驱动轮），具体结构造型以及材料选用均由参赛者自主设计完成。要求满足：①小车上面要装载一件外形尺寸为60×20 mm的实心圆柱型钢制质量块作为载荷，其质量应不小于750克；在小车行走过程中，载荷不允许掉落。②转向轮最大外径应不小于30mm。

1.2小车的设计方法

　　　小车的设计一定要做到目标明确，通过对命题的分析得到了比较清晰开阔的设计思路。设计需要有系统性规范性和创新性。设计过程中需要综合考虑材料、加工、制造成本等给方面因素。

　　　小车的设计是提高小车性能的关键。在设计方法上考虑优化设计、系统设计等现代设计理论方法。

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内容简介：: 黑龙江科技学院毕业设计任务书学生姓名：赵玺超任务下达日期：2011 年 12 月 19 日设计开题日期：2012 年 04 月 13 日设计开始日期：2012 年 04 月 16 日中期检查日期：2012 年 05 月 18 日设计完成日期：2012 年 06 月 04 日一、设计题目：无碳重力势能小车设计二、设计的主要内容：综合运用知识，全面考虑有关科学的、经济的及社会的情况，进行多种方案比较，确定最优方案。设计计算这是设计过程中工作量最大的阶段，它包括设计计算与工程图绘制和技术文件的编制，完成主动轴加工工艺及主要工装的结构设计，其中1张图必须徒手画。按照工程技术规范要求，整理好技术资料，编写设计说明书。三、设计目标：根据功能设计要求，设计一种可将重力势能转换为机械能并可用来驱动小车行走的装置，小车前进的路线以“s”周期性变化能够自动避开路线上设置的障碍物。按照工程技术规范要求，整理好技术资料，编写出设计说明书。指导教师：李光辉院（系）主管领导： 2011 年 12月19 日本科毕业设计开题报告题目：无碳重力势能小车设计院（系）：机械工程学院班级：机械制造08-4 班姓名：赵玺超学号： 080514020519 指导教师：李光辉教师职称：高工黑龙江科技学院本科毕业设计开题报告题目无碳重力势能小车设计来源科技创新1、研究目的和意义开发新能源和可再生能源是能源可持续发展的应有之义。我国的能源供应结构里，煤炭、石油与天然气等不可再生能源占绝大部分，新能源和可再生能源开发不足，这不仅造成环境污染等一系列问题，也严重制约能源发展，必须下大力气加快发展新能源和可再生能源，优化能源结构，增强能源供给能力，缓解压力。 2、国内外发展情况目前，我国“新兴能源产业发展规划”已编制完毕，即将上报国务院；“十二五”能源发展规划也正在编制中。总体而言，在今后2030年内，我国传统能源的主导地位仍然难以改变，新能源只能起到补充作用。从发展战略来说，新能源必须具备一定规模，这样才能降低发展成本，并为相关装备制造业和技术创新提供有力支撑。根据目前我国新能源发展现状和今后发展潜力估算，到2020年，我国新能源占一次能源消费的比重应该达到15%左右。因此，在“十二五”期末，新能源所占比重应该达到12%13%。世界部分主要国家新能源发展状况美国推行“绿色新政”，明确发展目标。根据奥巴马提出的新能源政策构想，美国将在可再生能源、节能汽车、分布式能源供应、天然气水合物、清洁煤、节能建筑、智能网络等领域探索出一个能够实现利益最大化的创新战略。日本通过法律约束、税收优惠和政策引导等一系列配套措施，大力推动新能源产业的发展，积极开发太阳能、风能、核能等新能源和节能技术。经过三十多年的发展，日本在新能源发电、新能源电池和节能环保方面处于世界领先地位。巴西生物能源在其能源消费结构中占据半壁江山，汽车市场售出的新车中约有80%是可以使用乙醇燃料的新能源汽车，新能源汽车普及率较高，有效地降低了对石油的依赖，在使用生物乙醇解决污染方面走在世界前列。3、研究/设计的目标给定一重力势能，根据能量转换原理，设计一种可将该重力势能转换为机械能并可用来驱动小车行走的装置。该自行小车在前行时能够自动避开赛道上设置的障碍物（每间隔1米，放置一个直径20mm、高200mm的弹性障碍圆棒）。给定重力势能为5焦耳（取g=10m/s2），即质量为1Kg的重块（5065 mm，普通碳钢）铅垂下降来获得，落差5002mm，重块落下后，须被小车承载并同小车一起运动，不允许掉落。小车前行过程中完成的所有动作所需的能量均由此能量转换获得，不可使用任何其他的能量形式。小车要求采用三轮结构（1个转向轮，2个驱动轮）综合运用知识，多种方案比较，确定最优方案。图纸总量A0号图纸2.5张：其中1张图必须徒手画。设计说明书一份（1.5万2万字）。 4、设计方案（1）根据功能设计要求，设计一种可将重力势能转换为机械能并可用来驱动小车行走的装置，小车前行过程中完成的所有动作所需的能量均由此能量转换获得，因此设计中要充分利用重锤的重力势能，以确保小车行驶距离更远；（2）根据功能设计要求，小车在前行时能够自动避开赛道上设置的障碍物，因此小车前进的路线以“s”周期性变化，同时，在小车能够顺利前行的的前提下，确定小车轨迹与中心线之间合适的偏距；（3）结构设计要最大程度地减小小车的重量和阻力，同时要与生产纲领、工艺性（加工、装配）、成本、质量统筹考虑，力求产品的最优化设计。（4）结构设计要从重要到次要、从总体到局部、从粗略到精细，权衡利弊，反复推敲，逐步改进。5、方案的可行性分析（1）能力转化装置重块的重力势能通过线绳定滑轮绕线轴齿轮传动机构将转化为小车的动能。我们知道：1）小车在在静止时的所受的静摩擦力大于运动中所受的动摩擦力；2）小车在启动时需要一定的加速度；3）小车在平稳运行时需要阻力矩于动力矩相平衡。在设计绕线结构时，突破了传统的思想，将绕线轴设计为锥面螺纹与圆柱面相结合。小车启动时线绳绕在锥面螺纹的大端，以增加其启动力矩，使小车能够顺利启动，之后线绳通过锥面螺纹平滑过渡到圆柱面上，实现阻动力矩平衡，以确保小车平稳运行。（2）传动比确定 “s”型曲线其波长为2m。通过一系列计算，设计了完成“s”型曲线一周期，驱动轮须转4圈，转向轮转1个周期，因此可以确定小车的总传动比为 1:4。为了使小车传动机构尽量紧凑简单，将传动机构设计为二级传动，并将总传动比平均分配，即为轴到轴传动比为2:1，轴到轴传动比为2:1。（3）主副轮驱动在这部分设计中，我们发挥了创造性思维，没有将两个后轮均与驱动轴固定，而是将驱动轴的一侧通过键与一后轮联接，另一侧通过轴承与另一后轮联接，此结构解决了小车在行驶过程中两后轮转弯半径不相同的缺点，使其转向更灵活，也同时减小了小车启的动力矩。（4）转向装置将小车转向运动通过空间四杆机构运动的转换来实现。由于理论计算与实际情况有一定差距，将转向装置设计为可调：经过分析，小车行驶轨迹的振幅与曲柄的长短成正比；轨迹偏左偏右与连杆的长短有密切关系。因此可以调节曲柄的长短来控制轨迹的振幅，调节连杆的长短来控制轨迹偏向，从而使小车轨迹处于最佳状态。（5）重块高度可调当小车出发点已经确定时，重块高度不一致。经分析其产生的原因是绕线过程中存在误差。而命题要求重块落差为5002mm。为了解决此问题，设计了重块高度调整机构，通过此机构保证了重块落差要求的同时也保证了小车正确的出发点。6、该设计的创新之处主副轮驱动在这部分设计中，没有将两个后轮均与驱动轴固定，而是将驱动轴的一侧通过键与一后轮联接，另一侧通过轴承与另一后轮联接，此结构解决了小车在行驶过程中两后轮转弯半径不相同的缺点，使其转向更灵活，也同时减小了小车启的动力矩。7、设计产品的主要用途和应用领域可作为自动化生产线产品物流中的一个基本搬运环节，真正做到低碳减排，节能环保，保护环境的同时节约了传统搬运环节因耗电等增加的生产成本。8、时间进程3月28号-4月6号整理实习日记、撰写实习总结和开题报告4月7号-5月4号设计计算、总体结构草图设计5月5号-5月25号总体图和部件图设计5月26号-5月31号零件图设计6月1号-6月10号整理、撰写毕业设计说明书和设计图纸6月10号-6月20号答辩9、参考文献1成大先.机械设计手册M. 北京：化学工业出版社，20082刘品.机械精度设计与检测基础M. 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2009 指导教师意见教师签字：年月日开题答辩小组意见：组长签字：成员签字：年月日毕业设计领导小组意见: 组长签字：年月日摘要通过对第二届全国大学生工程训练参赛作品“无碳重力势能小车”的分析。发现小车在设计方面存在不足。为了改进小车的不足之处，对小车的结构部分进行重新设计。通过每一阶段的深入分析把设计尽可能向最优设计靠拢。根据小车功能要求，把小车分为车架、原动机构、传动机构、转向机构、行走机构、微调机构六个模块，进行模块化设计。首先针对每一个模块进行多方案设计，通过综合对比选择出最优的方案组合。确定的方案为：车架采用三角底板式、原动机构采用了锥形轴、传动机构采用齿轮、转向机构采用曲柄摇杆、行走机构采用单轮驱动实现差速、微调机构采用微调螺母。然后对方案进行理论分析，综合考虑零件材料性能、加工工艺等，进而得出了小车的具体参数，和运动规律。关键字：工程训练；参赛作品；重力势能小车； Abstract Based on the second national college engineering training entries carbon-free gravitational potential energy car analysis. Find cart in the design deficiencies. In order to improve the deficiency of the trolley car, a portion of the structure redesign. Through each phase of the in-depth analysis of the design as possible to move closer to optimal design. According to the functional requirements of the trolley car, divided into frame, driving mechanism, a transmission mechanism, a steering mechanism, a walking mechanism, a fine adjustment mechanism of six modules, modular design. First, for each module performs multiple design, through comprehensive comparison and choose the optimal scheme of combination. Determining the scheme are: frame with triangular bottom plate type, motive mechanism adopts a conical shaft, the drive mechanism adopts gear, steering mechanism with crank rocker, walking mechanism driven by a single wheel to achieve differential, fine tuning mechanism by fine adjustment nut. Then the scheme theory analysis, considering the parts and materials properties, processing technology, and then the specific parameters, and movement rules.Keywords:engineering training; entries; gravitational potential energy;目录摘要IAbstractII第1章绪论11.1小车功能设计要求11.2小车的设计方法1第2章方案设计22.1重块支架32.2原动机构32.3传动机构42.4转向机构52.5行走机构62.6微调机构7第3章技术设计83.1影响小车性能主要因素的分析83.1.1能耗规律分析83.1.2运动学分析103.1.3动力学分析14第4章典型零件的设计及强度校核164.1 主动齿轮的设计164.2 主动齿轮的强度校核174.2.1齿轮的设计计算17第五章典型零件加工工艺的分析及编写205.1驱动轴加工工艺分析205.1.1零件结构及其工艺性分析205.1.2零件技术要求分析205.2 驱动轴加工工艺编写21结论22致谢23附录24参考文献299CatalogChinese abstractIAbstractIIFirst chapter Introduction41.1 Car functional design repuirements41.2 Car design method4The second chapter Scheme design22.1 A heavy block bracket32.2 Driving mechanism32.3 Transmission mechansim42.4 Steering mechansim52.5 Walking mechansim6The third chapter Technical design73.1 Analysis of the factors affecting the performance car83.1.1 Energy dissipation analysis83.1.2 Kinematic analysis83.1.3 Dynamics analysis14The fourth chapter Typical part desgin and strength check16 4.1 Driving gear desgin16 4.2 Driving gear strength173.1.3 Dynamics analysis17The fifth chapter Typical part machining analysis preparationof20 5.1 Drive shaft processing technology analysis205.1.1 Parts of the structure and process analysis205.1.2 Technical requirements of205.2 Drive axle processingpreparation21Conclusion22Thank23Appendix24Reference29 0第1章绪论1.1小车功能设计要求给定一重力势能，根据能量转换原理，设计一种可将该重力势能转换为机械能并可用来驱动小车行走的装置。该自行小车在前行时能够自动避开赛道上设置的障碍物（每间隔1米，放置一个直径20mm、高200mm的弹性障碍圆棒）。以小车前行距离的远近、以及避开障碍的多少来综合评定成绩。给定重力势能为5焦耳（取g=10m/s2），竞赛时统一用质量为1kg的重块（5065 mm，普通碳钢）铅垂下降来获得，落差5002mm，重块落下后，须被小车承载并同小车一起运动，不允许掉落。要求小车前行过程中完成的所有动作所需的能量均由此能量转换获得，不可使用任何其他的能量形式。小车要求采用三轮结构（1个转向轮，2个驱动轮），具体结构造型以及材料选用均由参赛者自主设计完成。要求满足：小车上面要装载一件外形尺寸为6020 mm的实心圆柱型钢制质量块作为载荷，其质量应不小于750克；在小车行走过程中，载荷不允许掉落。转向轮最大外径应不小于30mm。1.2小车的设计方法小车的设计一定要做到目标明确，通过对命题的分析得到了比较清晰开阔的设计思路。设计需要有系统性规范性和创新性。设计过程中需要综合考虑材料、加工、制造成本等给方面因素。小车的设计是提高小车性能的关键。在设计方法上考虑优化设计、系统设计等现代设计理论方法。第2章方案设计通过对小车的功能分析小车需要完成重力势能的转换、驱动自身行走、自动避开障碍物。为了方便设计这里根据小车所要完成的功能将小车划分为五个部分进行模块化设计（车架、原动机构、传动机构、转向机构、行走机构、微调机构）。为了得到令人满意方案，采用扩展性思维设计每一个模块，寻求多种可行的方案和构思。设计图框如图2-1图2-1 设计步骤在选择方案时应综合考虑功能、材料、加工、制造成本等各方面因素，同时尽量避免直接决策，减少决策时的主观因素，使得选择的方案能够综合最优。图2-2 方案选择2.1重块支架车架不用承受很大的力，精度要求低。但考虑到重量以及小车转弯时产生的离心力造成重块晃动从而使小车不稳定等，重块支架采用铝合金制作成三角底板式。2.2原动机构原动机构的作用是将重块的重力势能转化为小车的驱动力。能实现这一功能的方案有多种，就效率和简洁性来看绳轮最优。小车对原动机构还有其它的具体要求。1. 驱动力适中，不至于小车拐弯时速度过大倾翻，或重块晃动厉害影响行走。2. 到达终点前重块竖直方向的速度要尽可能小，避免对小车过大的冲击。同时使重块的动能尽可能的转化到驱动小车前进上，如果重块竖直方向的速度较大，重块本身还有较多动能未释放，能量利用率不高。3. 由于不同的场地对轮子的摩擦摩擦可能不一样，在不同的场地小车是需要的动力也不一样。在调试时也不知道多大的驱动力恰到好处。因此原动机构还需要能根据不同的需要调整其驱动力。4. 机构简单，效率高。图2-1-1 绕线轴基于以上分析我们提出了输出驱动力可调的锥形螺旋槽原动机构。如上图可以通过改变绳子绕在绕线轴上不同位置来改变其输出的动力。2.3传动机构传动机构的功能是把动力和运动传递到转向机构和驱动轮上。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。1. 不用其它额外的传动装置，直接由动力轴驱动轮子和转向机构，此种方式效率最高、结构最简单。在不考虑其它条件时这是最优的方式。2. 带轮具有结构简单、传动平稳、价格低廉、缓冲吸震等特点，但其效率及传动精度并不高。不适合本小车设计。3. 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。因此在第一种方式不能够满足要求的情况下优先考虑使用齿轮传动。2.4转向机构转向机构是本小车设计的关键部分，直接决定着小车的功能。转向机构也同样需要尽可能的减少摩擦耗能，结构简单，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周期回摆动，带动转向轮左右转动从而实现拐弯避障的功能。能实现该功能的机构有：凸轮机构+摇杆、曲柄连杆+摇杆、曲柄滑块等等。凸轮：凸轮是具有一定曲线轮廓或凹槽的构件，它运动时，通过高副接触可以使从动件获得连续或不连续的任意预期往复运动。优点：只需设计适当的凸轮轮廓，便可使从动件得到任意的预期运动，而且结构简单、紧凑、设计方便。缺点：凸轮轮廓加工比较困难。在本小车设计中由于：凸轮轮廓加工比较困难、尺寸不能够可逆的改变、精度也很难保证、重量较大、效率低能量损失大（滑动摩擦）因此不采用曲柄连杆+摇杆优点：运动副单位面积所受压力较小，且面接触便于润滑，故磨损减小，制造方便，已获得较高精度；两构件之间的接触是靠本身的几何封闭来维系的，它不像凸轮机构有时需利用弹簧等力封闭来保持接触。缺点：一般情况下只能近似实现给定的运动规律或运动轨迹，且设计较为复杂；当给定的运动要求较多或较复杂时，需要的构件数和运动副数往往比较多，这样就使机构结构复杂，工作效率降低，不仅发生自锁的可能性增加，而且机构运动规律对制造、安装误差的敏感性增加；机构中做平面复杂运动和作往复运动的构件所长生的惯性力难以平衡，在高速时将引起较大的振动和动载荷，故连杆机构常用于速度较低的场合。在小车设计中由于小车转向频率和传递的力不大，故机构可以做的比较轻，可以忽略惯性力，机构并不复杂。对于安装误差的敏感性问题我们可以增加微调机构来解决。曲柄摇杆结构较为简单，但和凸轮一样有一个滑动的摩擦副，其效率低且急回特性导致难以设计出较好的机构。综合上面分析我们选择曲柄连杆+摇杆作为小车转向机构的方案。2.5行走机构行走机构即为三个轮子，轮子又厚薄之分，大小之别，材料之不同需要综合考虑。有摩擦理论知道摩擦力矩与正压力的关系为文献7对于相同的材料为一定值，滚动摩擦阻力文献7所以轮子越大小车受到的阻力越小，因此能够走的更远。但由于加工问题材料问题安装问题等等具体尺寸需要进一步分析确定。由于小车是沿着曲线前进的，后轮必定会产生差速。对于后轮可以采用双轮同步驱动，双轮差速驱动，单轮驱动。双轮同步驱动必定有轮子会与地面打滑，由于滑动摩擦远比滚动摩擦大会损失大量能量，同时小车前进受到过多的约束，无法确定其轨迹，不能够有效避免碰到障碍。双轮差速驱动可以避免双轮同步驱动出现的问题，可以通过差速器或单向轴承来实现差速。差速器涉及到最小能耗原理，能较好的减少摩擦损耗，同时能够实现满足要运动。单向轴承实现差速的原理是其中一个轮子速度较大时便成为从动轮，速度较慢的轮子成为主动轮，这样交替变换着。但由于单向轴承存在侧隙，在主动轮从动轮切换过程中出现误差导致运动不准确，但影响有多大会不会影响小车的功能还需进一步分析。单轮驱动即只利用一个轮子作为驱动轮，一个为主动轮，另一个为从动轮。就如一辆自行车外加一个车轮一样。从动轮与主动轮间的差速依靠与地面的运动约束确定的。其效率比利用差速器高，但前进速度不如差速器稳定，传动精度比利用单向轴承高。综上所述行走机构的轮子应有恰当的尺寸，采用单轮驱动。2.6微调机构一台完整的机器包括：原动机、传动机、执行机构、控制部分、辅助设备。微调机构就属于小车的控制部分。由于前面确定了转向采用曲柄连杆+滑块方案，并且曲柄连杆机构对于加工误差和装配误差很敏感，因此就必须加上微调机构，对误差进行修正。这是采用微调机构的原因之一，其二是为了调整小车的轨迹（幅值，周期，方向等），使小车走一条最优的轨迹。微调机构可以采用微调螺母式如图2-6-1图2-6-1 转向机构第3章技术设计技术设计阶段的目标是完成详细设计确定个零部件的的尺寸。设计的同时综合考虑材料加工成本等各因素。3.1影响小车性能主要因素的分析通过对小车的能耗规律、运动学、动力学进行分析，可以实现小车的优化设计，提高设计的效率和得到较优的设计方案。3.1.1能耗规律分析为了简化分析，先不考虑小车内部的能耗机理。设小车内部的能耗系数为，即小车能量的传递效率为。小车轮与地面的摩阻系数为，理想情况下认为重块的重力势能都用在小车克服阻力前进上。则有文献1式中为第i个轮子对地面的压力为第i个轮子的半径为第i个轮子行走的距离为小车总质量为了更全面的理解小车的各个参数变化对小车前进距离的变化下面分别从1.轮子与地面的滚动摩阻系数、2.轮子的半径、3.小车的重量、4.小车能量转换效率。四方面考虑。由文献10知道一般材料的滚动摩阻系数为0.1-0.8间。图3-1-1为当车轮半径分别为（222mm，70mm）摩阻系数分别为0.3，0.4，0.5.mm时小车行走的距离与小车内部转换效率的坐标图。由图3-1-1可知滚动摩阻系数对小车的运动影响非常显著，因此在设计小车时也特别注意考虑轮子的材料，轮子的刚度尽可能大，与地面的摩阻系数尽可能小。同时可看到小车为轮子提供能量的效率提高一倍小车前进的距离也提高一倍。因此应尽可能减少小车内部的摩擦损耗，简化机构，充分润滑。图3-1-2为当摩阻系数为0.5mm，车轮半径依次增加10mm时的小车行走的距离与小车内部转换效率的坐标图。图3-1-1图3-1-2由图3-1-2可知当小车的半径每增加1cm小车便可多前进1m到2m。因此在设计时应考虑尽可能增大轮子的半径。图3-1-33.1.2运动学分析涉及的物理量：驱动轮半径齿轮传动比驱动轮A与转向轮横向偏距驱动轮B与转向轮横向偏距驱动轴（轴2）与转向轮中心距离曲柄轴（轴1）与转向轮中心距离曲柄的旋转半径摇杆长连杆长绕线轴的半径图3-1-4a、驱动：当重物下降dh时，驱动轴（轴2）转过的角度为d，则有文献1则曲柄轴（轴1）转过的角度文献1小车移动的距离为（以A轮为参考）文献1b、转向：当转向杆与驱动轴间的夹角为时，曲柄转过的角度为则与满足以下关：文献1解上述方程可得与的函数关系式文献1c、小车行走轨迹只有A轮为驱动轮，当转向轮转过角度时，则小车转弯的曲率半径为文献1小车行走ds过程中，小车整体转过的角度文献1当小车转过的角度为时，有d、小车其他轮的轨迹以轮A为参考，则在小车的运动坐标系中，B的坐标、C的坐标在地面坐标系中，有整理上述表达式有：求解方程，把上述微分方程改成差分方程求解，通过设定合理的参数的到了小车运动轨迹如图图3-1-53.1.3动力学分析a、驱动重物以加速度向下加速运动，绳子拉力为，有文献11产生的扭矩文献11式中考虑到摩擦产生的影响而设置的系数。驱动轮受到的力矩，曲柄轮受到的扭矩，为驱动轮A受到的压力，为驱动轮A提供的动力，有文献11式中考虑到摩擦产生的影响而设置的系数文献11b、转向假设小车在转向过程中转向轮受到的阻力矩恒为，其大小可由赫兹公式求得文献9由于b比较小，故对于连杆的拉力，有c、小车行走受力分析设小车惯量为，质心在则此时对于旋转中心的惯量为文献11 小车的加速度为：整理上述表达式得：第4章典型零件的设计及强度校核4.1 主动齿轮的设计主动齿轮设计如图4-1-1图4-1-14.2 主动齿轮的强度校核4.2.1齿轮的设计计算1. 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数（1）按传动方案，选用直齿圆柱齿轮（2）选用7级精度（3）材料选择。由参考文献9表101选择大齿轮材料为LD6061铝合金，硬度为280HBS，小齿轮材料为黄铜，硬度为280HBS（4）选大齿轮齿数z1=120，小齿轮的齿数为z2=302 按齿面强度设计(1) 确定各式计算数字试选载荷系数。1）计算小齿轮传递的转矩。大齿轮传递的转矩 2）由参考文献10查得，大齿轮做悬臂布置，选取齿宽系数。3）由参考文献10查得，铝合金的弹性影响系数4）由参考文献10查得，按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳极限；大齿轮的接触疲劳极限。5）计算应力循环次数6）由参考文献10查得，接触疲劳寿命系数；7）计算接触疲劳需用应力取失效概率为1%，安全系数S=1 （2）计算1）试算大齿轮分度圆直径d1t，代入中较小的值。2）计算圆周速度v 3）计算齿宽4）计算齿宽与齿高之比。模数齿高 5）计算载荷系数。根据，7级精度，查得动载系数，直齿轮；由参考文献9查得使用系数；由参考文献9用插值法查得7级精度，大齿轮相对支撑为悬臂布置。由，由参考文献10查得；故载荷系数 6）按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径7）计算模数3几何尺寸计算。表3直齿圆柱齿轮传动计算结果名称符号计算公式小齿轮大齿轮模数m0.75齿数z变位系数x啮合角分度圆直径d中心距a齿顶高齿根高齿顶圆直径齿根圆直径齿轮宽度BB1=10B2=4第5章典型零件加工工艺的分析及编写5.1驱动轴加工工艺分析驱动轴是无碳小车的一个典型零件，它主要用来支承传动零部件，传递扭矩和承受载荷。该轴按给定的生产纲领600件/年，则生产批量为50件/月，生产类型属于中批生产。而生产类型的不同，则其工艺特征也不同，则该驱动轴的工艺应结合中批生产的工艺特征来考虑。5.1.1零件结构及其工艺性分析该轴为细长小台阶轴，由外圆柱面、螺纹和键槽组成，结构比较简单，但长径比L/d12属挠性轴，刚性差，工艺性差，加工时极易造成弯曲变形，但可以使用中心架来防止其变形，能够保证以高生产率和低成本制造。5.1.2零件技术要求分析1. 尺寸精度该轴的主要尺寸精度要求在几处台阶轴处，即安装轴承和安装齿轮的部位，精度较高，均是6级精度，过渡配合。可通过在MG1320E高精度磨床上磨削加工，均能保证其要求。2. 形状与位置精度分析该轴没有形状精度要求，只有3处阶梯轴段对两处基准的径向圆跳动的要求，属位置精度要求，精度较高，最高值为0.008mm，且该轴长径比比较大，属细长轴类零件，该径向圆跳动要求属于加工关键，加工时应优先考虑基准统一的原则，可通过以两端中心孔为工艺基准（精基准）和中心架来保证其圆跳动的位置精度要求；两处键槽的对称度要求较高，为0.01mm，在普通铣床上很难保证，应使用数控铣床来完成，但必须以两端中心孔为工艺基准再辅以千斤顶做辅助支撑。3. 表面粗糙度分析表面粗糙度最低值为Ra 1.6m，要求不高，通过磨削可以保证。4. 零件选材及热处理分析该轴虽属台阶轴，但外圆直径尺寸相差不大，且强度要求不高，毛坯选用棒料即可。该轴选用了比较常用的45圆钢，切削性能良好，加工时不需采取特殊工艺措施，刀具材料选择范围较大，高速钢或YT类硬质合金均可。选材合理。热处理调质硬度170-230HBS，容易达到。5.2 驱动轴加工工艺编写驱动轴加工工艺卡片详见附录结论从对试制的样品小车进行反复实验来看小车的优点：（1）小车机构简单，单级齿轮传动，损耗能量少。（2）多处采用微调机构，便于纠正轨迹，避开障碍物。（3）采用大的驱动轮，滚阻系数小，行走距离远。（4）采用磁阻尼，小车稳定性提高，不致使车速过快。小车的缺点：（1）小车精度要求高，使得加工零件成本高。（2）微调各个机构都很费时，避障稳定性差，时而偏左，时而偏右。小车需要的改进方向：（1）小车最大的缺点是精度要求非常高，改进小车的精度要求。（2）使调整简单，小车便能达到很好的行走效果。致谢为期近四个月的毕业设计，将近尾声，大学生活也即将结束，毕业前的这次毕业设计，是对四年来所学知识的一次系统复习和综合运用。这次毕业设计，复习并运用了以前所学过的知识，是在老师的带指导下接触和学习新知识的过程，更是将所学知识运用到生产生活具体实践的一次练习。其实知识并不难学，也并不是最重要的；重要的是知识的运用，也就是说学会运用知识远比知识本身更重要。只有通过不断的练习，通过老师的指点和同学的帮助，才能将课本知识熟练的运用到生产生活实践中，为人类社会造福。在这一过程中，老师的指导非常重要，没有老师的细心指导我不可能顺利完成设计。尤其是李光辉导师的科学研究精神，惜时如金的工作态度深深地影响了我，使学生受益匪浅。在此表示衷心感谢，并致以崇高的敬意。同时也感谢所有关心、支持和帮助过我的各级领导、老师、同学。由于学生水平有限，论文难免有不足和错误之处，恳请各位专家、教授批评、指正，再次表示感谢。附录后轴加工工艺卡参考文献1 同济大学数学系.高等数学M.北京：高等教育出版社，2007.2 何铭新，钱可强.机械制图.第五版M.北京：高等教育出社，1993.3 梁正强.机械零件设计计算实例M.北京：中国铁道出版社出版，1989.4 刘曹茹，吴志军，高政一，等. 机械制图M.北京：高等教育出版社, 2000.5 刘品.机械精度设计与检测基础M. 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社， 2009.6罗圣国，龚溎义.机械设计课程设计指导书M.北京：高等教育出版社，1990.7 席慧智，谷万里，高玉芳.机械工程材料M.哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，2001.8 孙恒，陈作模，葛文杰.机械原理M.北京：高等教育出版社，2005.9 濮良贵，纪名刚等.机械设计M.北京：高等教育出版社，2005.10 成大先.机械设计手册M.北京：化学工业出版社，2008.11 杨建华，戴兵，秦玉明.大学物理M.苏州：苏州大学出版社，2009.实习总结专业：机械设计制造及其自动化性质：毕业实习学年： 2011-2012 班级：机制08-4班姓名：赵玺超学号： 080514020519 机械工程学院毕业实习总结毕业实习期间我在学校进行了JZQ(PM)-400型减速器的拆卸实习，了解到了很多关于减速器的专业知识，对我的毕业设计有很大的帮助。减速器是由封闭在箱体内的齿轮传动或蜗杆传动所组成的独立部件，为了提高电动机的效率，原动机提供的回转速度一般比工作机械所需的转速高，因此齿轮减逨器、蜗杆减速器常安装在机械的原动机与工作机之间，用以降低输入的转速并相应地增大输出的转矩.在机器设备中被广泛采用。例如宝山钢铁公司就有10多万台减速器，在其他机器中减速器也有大量应用。一、实习所用设备、工具及其他准备事项1、设备：JZQ(PM)-400型减速器1台；金相显微镜；冲击试验机；箱式电阻炉；洛氏硬度计；砂轮机；2、工具：游标卡尺1把；活动扳手呆扳手各1把；套筒扳手1套；钢板尺1把；毛刷；3、准备：柴油；汽油；45钢。1箱体结构减速器的箱体用来支承和固定轴系零件，应保证传动件轴线相互位置的正确性，因而轴孔必须精确加工。箱体必须具有足够的强度和刚度，一面引起沿齿轮齿款上载荷分布不匀。为了增加箱体的刚度，通常在箱体上制出筋板。为了便于轴系零件的安装和拆卸，箱体通常制成剖分式。剖分面一般取在轴线所在的水平面内（即水平剖分，以便于加工。箱盖机盖和箱座机座之间用螺栓联接成一整体，为了使轴承座旁的联接螺栓尽量靠近轴承座孔，并增加轴承支座的刚性，应在轴承座旁制出凸台。设计螺栓孔位置时，应注意留出扳手空间。为保证箱体具有足够的刚度，能够承受坚向载荷和弯矩，在轴承孔附近加支撑肋即箱肋。为保证减速器安置在基础上的稳定性并尽可能减少箱体底座平面的机械加工面积，箱体底座-般不采用完整的平面。箱体通常用灰铸铁（HT150或HT200铸成，灰铸铁具有很好的铸造性能和减振性能，对于受冲击载荷的重型减速器也可采用铸钢箱体。单件生产时为了简化工艺，降低成本可采用钢板焊接箱体。2减速器附件（1）定位销：在精加工轴承座孔前，在箱盖和箱座的联接凸缘上配装定位销，以保证箱盖和箱座的装配精度，同时也保证了轴承座孔的精度。两定位圆锥销应设在箱体纵向两侧联接凸缘上，且不宜对称布置，以加强定位效果。同时在确定销孔位置时应考虑加工箱座钻孔、铰孔的方便和不妨碍邻近联接螺栓的装拆，并且销钉长度应稍大于箱盖和箱座的厚度之和。（2）视孔盖为了检查传动件的啮合情况，并向箱体内加注润滑油，在箱盖的适当位置设置一观察孔，观察孔多为长方形，视孔盖板平时用螺钉固定在箱盖上，盖板下垫有纸质密封垫片；以防漏油。（3）通气器减速器中的零件工作时产生的热量会使箱体内部的温度升髙，使箱内气体膨胀，压力增大。为防止润滑油黏度随温度的升髙而下降，同时也防止润滑油从箱体分界处和外伸轴密封处泄漏，也在减速器的箱体顶部或观察孔盖板上应安装通气器。应注意的是,通气器的孔不能直通顶端,以免脏物掉入其内。（4）油尺为了检查箱体内的油面高度，及时补充润滑油，应在油箱便于观察和油面稳定的部位，最好在低速级齿轮附近装设油面指示器。油面指示器分油标和油尺两类，图中釆用的是油尺。设计油尺倾斜角度时，应使加工斜孔的刀具以及取放油尺时不致与箱座的上凸缘相碰。（5）油塞换油时，为了排放汚油和淸洗剂，应在箱体底部、油池最低位置设放油孔，平时放油孔用油寒旋紧，放油螺塞和箱体结合面之间应加防漏垫圈。另外，为了便于污油流出，油孔一般做成向孔端倾斜1-2度的结构。（6）启盖螺钉装配减速器时，常常在箱盖和箱座结合面涂上水玻璃或密封胶，以增强密封效果，但却给开启箱盖带来困难。为此，在箱盖侧边的凸缘上开设螺纹孔，并拧入启盖螺钉。启箱盖吋，拧动启箱螺钉，迫使箱盖与箱座分离。（7）起吊装置:为了便于搬运，需在箱体上设置起吊装置。图中箱盖上铸有两个吊耳，用于起吊箱盖。箱座上铸有两个吊钩,用于吊运整台减速器。（8）平垫圈：既可起到保护工件表面、增加螺丝受力面积防止时间一长而造成螺丝松动，又可增加摩擦阻力；由于其质地比螺丝软，压紧时压力过大它可以变形，从而防止螺丝崩断。二、有序的拆分减速器，观察传动系统的基本结构，并分祈传动系统中各种轴承部件的组合设计的特点。 1、拆卸减速器拆卸之前，要先淸除表面的灰尘及污垢，然后按拆卸的顺序给所有零、部件编号，并登记名称和数量，然后分类、分组保管，避免产生混乱和丢失;拆卸时避免随意敲打造成破坏,并防止碰伤、变形等，以使再装配时仍能保证减速器正常运转。拆卸顺序：（1）拆卸观察孔盖；（2）拆卸箱体与箱盖连接螺栓，启出定位销，然后宁东启盖螺钉，卸下箱盖；（3）拆卸各轴两边的轴承端盖；（4）一边转动轴顺着旋转方向将高速轴轴系拆下，再用橡胶锤轻敲轴将低中素轴系拆卸下来；（5）最后拆卸其他附件如油标、油塞等。2、两级展开式阏柱齿轮减速器：结构简单、但齿轮相对1轴承的位置不对称，因此此要求轴有较大的刚度。高速级齿轮布置在远离转矩输入端，这样，轴在转矩作用下产生的扭转变形和轴在弯矩作用下产生的弯矩变形可部分地互相抵消，以减缓沿齿宽载荷分布不均匀的现象。它用于载荷比较平稳的场合。三个轴的齿轮均釆用斜齿,其优点为：1、斜齿轮的齿廓是逐渐进入接触，又逐渐脱离接触的，故工作平稳；2、重合度较直齿轮大。缺点是： 1、存在轴向力；2、制造较困难。（1）轴承端盖(该减速器为嵌入式结构)为固定轴系部件的轴向位置并承受轴向力，轴承座孔两端用轴承盖封闭。轴承盖有凸缘式和嵌入式两种。凸缘式轴承盖的优点是拆装、调整轴承间隙方便，用螺钉固定密封性好，所以应用广泛，但零件数目较多，尺寸较大，外观不平整，而嵌入式轴承盖结构简单、紧凑，不需要用螺钉紧固、重量轻，轴承座端面与轴承孔中心线不需要严格垂直，但密封性较差，一般需摘端盖的外凸部分开槽，并加O型密封圈，装拆端盖和调整轴承间隙较麻烦，需打开机盖放只置和调整垫片，或釆用调节螺钉和压盖进行调节。（2）挡圈（弹簧式）主要作用是防止轴承与轴承端盖直接接触而造成磨损或其他形式的破坏，并起到一定的密封作用。（3）调整环：主要足用来调整轴承与轴承端盖的间隙，防止间隙过大使得轴系左右运动太大而产生太大的震动, 甚至打坏轴承端盖。在减速器设计时应注意的工艺问题减速器的设计是高校机械类专业进行初步设计训练的必选项目之一,一般高职髙专机械类专门开设1-2周的机械设计基础课程设计，设计一个单级或二级齿轮减速器。学生在进行设计时受力计算一般不会出现问题，但在结构工艺方面就比较容易出问题，且现在市场出售的一些减速器的结构工艺也存在问题。虽然这些结构工艺方面问题不是太大，但往往既影响制造又影响使用，下面我将常见结构工艺方面问题指出并纠正，供大家参考。（1)减速器的上盖壳体而外缘设计不合理图1所示的内外缘都设计为90度，这样的铸件在起模时铸型容易被破坏，而图2所示结构有了斜度有利于铸型的起模。（2）加强筋的设计不合理为了增加箱体轴承座的强度，一般在箱体上设计加强筋，但图的加强筋由于成直角，在铸件冷却时由于各部位的厚薄不同存在冷却速度差，导致铸件产生很大的内应力，这是铸件开裂的主要原因之一，而图4的结构设计是采取尺寸平缓过渡，使内应力减少，铸件不易开裂。（3）箱体上的孔位置结构不利于钻孔图5上图虽然在图上标出了孔的位置，但在加工时无法正确钻孔，而图5下图在课题铸出一个平台之后就可以保证空的位置和精度了。图6的上下图的原理相同。典型零部件加工工艺1、轴类零件的加工轴式机械加工中常见的典型零件之一。它在机械中主要用于支承齿轮、带轮、凸轮以及连杆等传动件，以传递扭矩。按结构形式不同，轴可以分为阶梯轴、锥度心轴、光轴、空心轴、曲轴、凸轮轴、偏心轴、各种丝杆等，其中具有等强度特征阶梯传动轴应用较广，其加工工艺能全面地反映轴类零件的加工规律和共性。根据轴类零件的功用和工作条件，其技术要求主要在以卜方面：尺寸精度：轴类零件的主要表面常为两类:一类是与轴承的内圈配合的外圆轴颈即支承轴颈, 用于确定轴的位置并支承轴,尺寸精度要求较髙，通常为IT 5IT7；另-类为与各类传动件配合的轴颈即配合轴颈，其精度稍低，常为IT6IT9(2）几何形状精度：主要指轴颈表面、外圆锥面、锥孔等重要表面的圆度、圆柱度。其误差-般应限制在尺寸公差范围内。对于精密轴，需在零件图上另行规定其几何形状精度。（3）相互位置精度：包括内外表面、重要轴面的同轴度、圆的径向跳动、重要端面对轴心线的垂直度、端面间的平行度等。(4)表而粗糙度：轴的加工表面都有粗糙度的要求，一般根据加工的可能性和经济性来确定。支承轴颈常为0.20.6 微米，传动件配合轴颈为0.43.2微米。（5）其他：倒角、倒棱及外观修饰等要求。轴类零件材料：常用45钢，精度较高的轴可选用4Cr、轴承钢65Mn，也可选用球墨铸铁：对高速、重载的轴，选用20CrMnTi、20Mn2B、20Cr等低碳合金钢或38CrMoAl氮化钢。轴类毛坯：常用圆棒料和锻件，大型轴或结构复杂的轴采用铸件。毛坯经过加热锻造后，可使金属内部纤维组织沿表面均匀分布，获得较高的抗拉、抗弯和抗扭强度。热处理方面：锻造毛坯在加工前均需要安排正火或退火处理，使钢材内部晶粒细化，消除锻造应力，降低材料硬度，改善切削加工性能。调质一般安排在粗车之后、半精车之前，以获得良好的物理力学性能。表

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