“8”型路线无碳小车的设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 摘 要 煤炭是大自然给予人类的一笔宝贵财富，可是由于人们对煤炭的巨大需求，煤炭资源日趋减少近于枯竭。随着人们节能环保意识的提升，无碳理念也越来越被人们提上研究的课题。更洁净，更环保，更节能，更高效的理念也深入人心。 本小车是对“无碳”理念的探索与开发，对未来“无碳”的憧憬，小车构思巧妙，在完成设计的要求下充分考虑了外观和成本等问题，方便以后的扩展和进一步的开发。 “ 无碳小车”系第二届 全国大学生工程训练综合能力竞赛命题主题，目前实验阶段已经完成。 小车的设计分为三个阶段：方案设计、技术设计、制 作调试。方案设计阶段根据小车功能要求根据机器的构成（原动机构、传动机构、执行机构、控制部分、辅助部分）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。技术设计阶段采用了 软件进行辅助设计。小车大多是零件是标准件、可以购买，同时除部分要求加工精度高的部分需要特殊加工外，大多数都可以通过手工加工出来。调试过程会通过微调等方式改变小车的参数进行试验，在试验的基础上验证小车的运动规律同时确定小车最优的参数。 关键词： 无碳小车；方案设计；模块化设计 ； 8 型路线 2 is a of of As of is on is of of in is on s of by of of on of in at 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 目录 摘 要 . 错误 !未定义书签。 .未定义书签。 第 一章 设计要求 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 车功能设计要求 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 第 二章 方案设计 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 动机构 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 第 三章 技术设计 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 定 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 .未定义书签。 第 四章 小车能耗分析 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 第 五章 总结和体会 . 错误 !未定义书签。 参考文献 . 错误 !未定义书签。 4 致谢 .3 - 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 第一章 设计要求 计布置方案 图 1 无碳小车示意图 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。 物下降 40势能为驱动力使该小车在前行时能够自动避开赛道上设置的障碍物（每间隔 80“ 8”型路线 ，使小车绕行圈数尽可能多。 可使用其他任何形式的能量。 为双轮，有转向机构。 理设计控制机构，结构简单，制造方便。 计算理论行走距离。（考虑各环节的损耗） 配图。 6 车的设计方法 通过对命题的分析，我们得到了比较清晰的开阔思路，小车的设计一定要做到目标明确。 小车的设计是提高小车性能的关键。在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发明理论方法 。 下面是我们设计小车的流程。 方案设计 技术设计 评价分析 明确小车的任务要求 小车的功能分析 可行的方案 组合几种可行的方案 敲定方案 参数优化 选择尺寸材料 零部件设计 总体设计 能耗分析 总结 各体会 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 第二章 方案设计 体设计 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）。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。 无碳小车 车 架 原 动 机 构 传 动 机 构 转 向 机 构 行 走 机 构 骨架式 三脚底板式 弹簧储能式 绳轮式 链轮式 圆柱直齿轮 锥齿轮 带轮 不用附加传动 凸轮 +摇杆 曲柄连杆 +摇杆 曲柄摇杆 差速转向 双轮同步 双轮差速机构 单轮驱动 8 架 “无碳小车”车架结构主要有骨架式和三脚底板式，其可使用快速成型或焊制，可使用木材，铝板，工程塑料等。由于木材的滋取不 符合“无碳”的理念，不符合国家的战略思想。而工程塑料 轻质，防振等作用，且生产成本较低，符合“无碳”理念，故车架采用工程塑料加工制成三脚底板式即可。 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。用来实现这一功能的方案有多种，从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： 至于小车拐弯时速度过大倾翻，或重块晃动厉害影响行走。 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。 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。 率高。 根据以上分析提出输出驱动力可调的绳轮式原动机构。 图 2 锥形原动轮 动转矩大，有利于启动。 动轮半径变小，转速提高，转矩变小，和阻力 平衡后小车匀速运动。 动轮半径再次变小，绳子的拉力不足以使原动轮匀速转动，买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 9 但是由于物快的惯性，仍会减速下降。 伴随原动轮的半径变小，总转速比提高，小车缓慢减速直到停止，物快停止下落，正好接触小车。 传动机构 传递机构的功能是把动力和运动传递到转向机构和驱动轮上。 齿轮机构可用来传递空间任意两轴间的运动和动力。与其他传动机构相比，其主要有点是：传动准确、平稳，机械效率高，使用寿命长，工作安全、可靠，传递的功率和适用的速度范围大。因此，它是现代机械中应用 最广泛的一种传动机构。 带传动是一种柔性传动。带传动的基本组成零件为带轮（主动带轮和从动带轮）和传动带。当主动带轮转动时，利用带轮和传动带轮的摩擦和啮合作用，将运动和动力通过传动带传递给从动带轮。带传动具有机构简单、传动平稳、价格低廉和缓冲吸振等特点，在近代机械中应用广泛。但是为了保证带传动的正常工作，首先需要满足传递功率要求的至少具有的总摩擦力和与之对应的最小初拉力。 圆柱直齿轮主要用于平行轴的传递，锥齿轮主要用于两轴相交传递。要使小车行驶地更远且按设计的轨道精确行驶，传递机构必须传递效率高，传动稳定 ，机构简单重量轻等。 综上 :要使小车行驶地更远且按设计的轨道精确行驶，传递机构必须传递效率高，传动稳定，机构简单重量轻等。故选用圆柱直齿轮。 向机构 转向机构要实现小车顺利绕过障碍物。小车有三个轮子，后面两个轮子（或一个）为驱动轮。后轮在重物作用下绕水平轴不停地转动（即实现向前运动）的同时周期性摆动 (即竖直轴左右转动，以实现转向的目的 )，才能使小车走出预订轨迹，绕过障碍物。一个机械产品一般只有一个动力源，所以，转向轮摆动的能量只来源于后轮转动的动能。 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，零部件已获得等基本条件，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。能实现该功能的机构有：凸轮机构 +摇杆、曲柄连杆 +摇杆、曲柄摇杆、差速转弯等等。 10 凸轮 +摇杆 图 3 凸轮 +摇杆机构示意图 凸轮机构的特点： 轮机构具有很少几个活动构件，并且占居的空间较小，是一种结构十分简单、紧凑的机构。凸轮机构最 吸引人的特征是其多用性和灵活性，从动件的运动规律取决于凸轮轮廓曲线的形状，只要适当地设计凸轮的轮廓曲线，就可以使从动件获得各种预期的运动规律。几乎对于任意要求的从动件的运动规律，都可以毫无困难地设计出凸轮廓线来实现。 轮廓线与从动件之间是点或线接触的高副，易于磨损，故多用在传力不太大的场合。 曲柄连杆 +摇杆 图 4 曲柄摇杆机构示意图 曲柄连杆 +摇杆机构特点： 优点： 承受同样载荷的条件下压强较低，因而可 用来传递较大的动力。又由于低副元素的几何形状比较简单，故容易加工。 杆机构中既有饶定轴转动的曲柄，绕定轴往复摆动的买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 11 摇杆，又有作平面一般运动的连杆、作往复直线移动的滑块等，利用连杆机构可以获得各种形式的运动。 要改变连杆机构各构件的相对尺寸，就可以使从动件实现不同的运动规律和运动要求。 杆上点的位置不同，曲线形状不同；改变各构件的相对尺寸，曲线形状也随之变化。这些千变万化、丰富多彩的曲线，可用来满足不同轨迹的设计要求， 在机械工程中得到广泛应用。 缺点： 些构件（如连杆）的质心在做变速运动，由此产生的惯性力不好平衡，因而会增加机构的运动载荷，使机构产生强迫振动。因而连杆机构一般不适用于在告诉场合。 各构件的尺寸不可能做得绝对准确，再加上运动副间的间隙，故运动传递的累积误差比较大。 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。其急回特性导致难以设计出较好的机构。 差速转弯 差速拐是利用两个偏心轮作为驱动轮，由于两轮子的角速度一样而转动半径不一样 ，从而使两个轮子的速度不一样，产生了差速。小车通过差速实现拐弯避障。 综上：从结构简单，机构紧凑的角度上，选择凸轮 +摇杆作为小车转向机构。 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。 有摩擦理论知摩擦力矩和正压力的关系为 12 对于相同的材料 为一定值。而滚动摩擦力,所以轮子越大小车受到的阻力越小，因此能够 走得更远。 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但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，一个为导向轮，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，可以如果有条件可以通过实验来确定实现差速的机构方案，因轮与驱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，此我们采用单轮驱动为行走机构方案。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 13 第三章 技术设计 车轨迹的计算 图六 小车轨迹 路线： 先使小车走直线从 F 到 D，轨迹与水平线呈 60 度的角，接着小车进入一段过度弧线，小车转过 30 ，小车开始走半个圆弧，然后走弧线进入直线轨道，以此走完 8 字路线。 确定轨迹参数： 160=200则20 2222 = 6 0 8 14 0 02 3 2 14 0 0222 , 因此 = 所以 = A B E C D F 14 于是， 1)22 0 1(1 8 弧； D 320 ； 。半圆弧 一个“ 8”字总的线位移 6 总S。 车车体参数的确定 车车架的尺寸参数 图 5 小车机构示意图 尺寸： 车架为梯形状，梯形上底宽为 100下底宽为 160 车架长为 320 后轮直径为 160宽 10前轮直径为 100 8 车 齿轮传动比 13Z 2z 3z 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 15 小车后轮转一圈位移为 1 0 2 0160 后轮为38” 字，而此时小车后轮转了 圈）后轮总 (610 2030 621 13 轮的设计 （一）齿轮传动设计参数的选择 由机械原理可知，增大压力角 ，轮齿的齿厚及节点处的齿廓曲率半径亦皆随之增加，有利于提高齿轮传动的弯曲强度及接触强度。我国对一般用途的齿轮传动规定的标准压力角为 20 。为增加航空用齿轮传动的弯曲强度及接触强度，我国航空齿轮传动标准还规定了 25 的标准压力角。但增加 压力角并不一定都对传动有利。对重合度接近 2 的高速齿轮传动，推荐采用齿顶高系数为 1力角为 16 18 的齿轮，这样做可增加齿轮的柔性，降低噪声和动载荷。 若保持齿轮传动的中心距 加齿数，除能增大重合度、改善传动的平稳性外，还可减少模数，降低齿高，因而减少金属切屑用量，节省制造费用。另外，降低齿高还能降低滑动速度， 以减少磨损及胶合的危险性。但模数小了，齿厚随之减薄，则要降低齿轮的弯曲强度。不过在一定齿数范围内，尤其是当承载能力主要取决于齿面接触面强度时，以齿数多一些为好。 闭式齿轮一般转速较高，为了提高传动的平稳性，减小冲击振动，以齿数多一些为好，小齿轮的齿数可取为 40201 z 。开式（半开式）齿轮传动，由于齿轮主要为磨损失效，为使齿轮不致过小，故小齿轮不宜选用过多的齿数，一般可取 20171 z 。 为使齿轮免于根切，对于 20 的标准直齿圆柱齿轮，应取 171z 。小齿轮齿数确定后，按齿数比可确定大齿轮的齿数。为了使各个想啮合齿对磨损均匀，传动平稳，两齿数应互为质数。 d 的选择 由齿轮的强度计算公式可知，轮齿越宽，承载能力也越高，因而轮 齿不宜过窄；但增 16 大齿宽又会使面上的载荷分布更趋均匀，故齿宽系数应取得适当。圆柱齿轮齿宽系数d的荐用值列于表 3。对于标准圆柱齿轮减速器，齿宽系数取为)1( d 为传动比），所以对于圆柱齿轮传动 ad )1( a的规定值为 表 3置状况 两支撑相对于小齿轮做对称布置 两支撑相对于小齿轮做对称布置 小齿轮做悬臂布置 d (二）圆柱啮合齿轮传动形式 两个外齿轮相啮合，两轮转向相反； 一个内齿轮和一个外齿轮相啮合，两轮转向相同； 将齿轮的转动变成齿条的直线移动，或者相反。 （三）齿轮制造误差的测定 齿轮齿根圆齿顶圆测定的原理 顶圆直径 能通过直接测量得到要间接测量。先量出齿轮安装孔直径 D，再量出孔壁到某一齿根的距离 孔壁到某一齿顶的距离 下图所示。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 17 图 6 齿根圆、齿顶圆的测量 于是，有公式： 12 22 (四） 确定基圆齿距模数和压力角 图 7 外齿轮 公法线长度 W 和 W m c o 表 318 (五）小齿轮 1Z 的几何尺寸 模数 m=齿数 1z =20 压力角 = 20 齿宽系数 d =1 分度圆直径 齿顶高 齿根高 2 齿顶圆直径 25211 基圆直径 齿距 齿厚 槽宽 （六） 齿轮32 a)2 根据前面求得的 313 120613 5 01 2 定传动比为 412 804 12 0 b)213 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 19 2 1 5 0252 3113 2 251052 2112 c)齿轮 2的宽度 25112 db d5齿轮 3的宽度 3b =25齿轮 1的宽度 1b 25七）齿轮材料选用 考虑到使小车走得更远和尺寸较小，我们选择 料作为小车的齿轮材料。 有良好的综合性能。冲击强度高，即使在低温下也不会快速降低，表面硬度高，有良好的耐磨性和加工艺性。绝缘性、尺寸稳定性也较好，但耐候性差，耐热性不够高。在机械工业中可制作齿 轮、叶轮、设备外壳，化工设备的各种容器、管道等，电器工业中的仪表、设备的各种配件等以及航空、运输工业都得到应有。 动轮的大小及绕线圈数 原动轮中间的直径 18原动轮是，绕线圈数 n（圈） 车的行走总位移 总S 和小车走“ 8” 的个数 N 总S = m 。 总总个） 承的选择 根据轴承中的摩擦性质的不同，可把轴承分为滑动摩擦轴承（滑动轴承）和滚动摩擦轴承（滚动轴承）两大类。此无碳小车选用滚动轴承。 滚动轴承是现代化机器中广泛应用的部件之一，它是依靠主要元件 间的滚动接触来支 20 撑转动零件的。如果仅按轴承用于承受的外载荷不同来分类时，滚动轴承可以概括地分为向心轴承、推力轴承、和向心推力轴承三大类。主要承受径向载荷的轴承叫做向心轴承，其中有几种类型可同时承受不大的轴向载荷；只能承受轴向载荷的轴承叫做推力轴承，推力轴承中与轴颈配合在一起的元件叫轴圈，与基座孔配合的元件叫做座圈；能同时承受径向载荷和轴向载荷的轴承叫做向心推力轴承。 此设计中由于尺寸较小，且主要承受径向载荷，我们选择采用仪器仪表轴承 (深沟球轴承 )。材料选用铝基轴承合金。 第四章 小车能耗分析 车能量转换过程 车的能量 小车是通过中 1重物下降 40重力势能来驱动的。经查表得：重物通过定滑轮下降的机械效率为 %961 ，线与原动轮间的传递系数为 %962 ，齿轮间的传递效率%913 。因此小车内部的能耗系数 %83%91%96%96321 。因此，驱动小车的实际能量为 Jm g 3 。 小车的总质量 小车m 动摩擦系数经查表为 动轮动能 齿轮动能 驱动轮转动 转向轮转向 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 21 2 8 . 9 1 8 2102 . 20 . 0 1g 总小车耗 . 小车内部产生的力矩： 产生的扭矩 总（其中 是考虑到摩擦产生的影响而设置的系数） 设一个后轮承受的压力占总重量的52，前轮承受的压力占总重量的51。则小车的转矩 前轮后轮小车 ， 于是 前轮后轮小车 由于 所以 小车 22 第五章 总结和体会 通过这次无碳小车的课程设计，在准备过程和方案设计过中我们都学到和感受到了很多东西。创新是最重要的，通过看以前比赛的作品，其实无碳小车很多东西都是一样的，所以我们就在小处创新，发挥想象。通过无碳小车的设计我们更加了解了机械原理，