毕_业_设_计“8”字形变桩距无碳转向机构设计.docx

毕 业 设 计（论 文）“8”字形变桩距无碳转向机构设计专业年级 机械工程及自动化2011级学 号 110330221 姓 名 孙岩 指导教师 冷护基教授 评 阅 人 2015年6月中国 马鞍山郑 重 声 明本人呈交的毕业设计（论文），是在指导老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，所有数据、图片资料真实可靠。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本设计（论文）的研究成果不包含他人享有著作权的内容。对本设计（论文）所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确的方式标明。本设计（论文）的知识产权归属于培养单位。本人签名： 孙岩 日期： 2015/5/9 目录摘 要IABSTRACTII第1章 绪论III1.1无碳小车概念的提出及目的和意义III1.1.1提出概念III1.1.2目的和意义III1.2典型机构类型介绍与分析11.2.1直齿轮+带轮+凸轮机构11.2.1直齿轮+带轮+凸轮机构21.2.2直齿轮+锥齿轮+连杆机构21.2.3直齿轮+连杆机构41.2.4带轮+连杆机构51.3全国大学生工程训练综合能力竞赛概况及竞赛规则61.3.1本届竞赛主题61.3.2竞赛命题：以重力势能驱动的具有方向控制功能的自行小车61.3.3竞赛项目71.3.4报告的内容7第二章 设计要求82.1设计布置方案82.2小车功能设计要求82.3 小车的设计方法8第三章 方案设计93.1 总体设计93.2 车架113.3 原动机构113.4 传动机构123.5 转向机构123.6 行走机构143.7变桩距微调机构15第四章 技术设计174.1 小车轨迹的计算174.2 小车车体参数的确定184.2.1 小车车架的尺寸参数184.2.2 小车齿轮传动比194.2.3 齿轮的设计194.2.4 原动轮的大小及绕线圈数234.2.5 小车的行走总位移和小车走“8”的个数N244.2.6 轴承的选择24第五章 小车能耗分析245.1 小车能量转换过程245.2 小车的能量25第六章相关因素对轨迹及路程的影响分析266.1影响轨迹的因素分析266.1.1连杆长度266.2能耗规律分析276.3运动学分析306.4动力学分析33第七章 典型零件的设计及强度校核357.1 主动齿轮的设计357.2 主动齿轮的强度校核367.2.1齿轮的设计计算36结论40致谢41参考文献42摘 要这种设计的目的和意义是加强节能减排人们的意识作为无碳的概念已经越来越多地被提上了研究。更清洁，更环保，更节能，更高效的理念也很受欢迎。扩张和这款车的进一步发展是探索和“低碳”理念，为未来的无“碳”的愿景，无碳小车的发展在完成设计要求充分考虑，如外观和成本，方便，未来发展。小车转向的目的是为了获得高度的左右对称性的简单函数关系，在转向机构上应该选择正弦机构这样导向杆的往复运动才能得以实现。机构的低损耗运动可用滚动轴承代替普通摩擦滚子这样来实现。经检验本设计的无碳小车能够实现预定的性能，即能够沿着预定轨迹即“8”字型轨迹进行运动，同时能够进行避障运动，而小车的运动路程也基本能够达到设计目的。关键词：无碳小车；急转运动；避障运动；正弦曲柄ABSTRACTObjective and significance of this design is to use the principle of energy conversion, the design of a dynamic gravity potential energy by the weight conversion drive car model with direction control function, in the whole movement process does not produce any pollution, to achieve zero carbon effect. At the same time, it is improving students ability of mechanical mechanism creative designThis design USES the design of steering mechanism is a simple function in order to obtain high degree of bilateral symmetry, in on select sine steering mechanism in order to realize the reciprocating movement of the guide bar. so as to realize the low loss mechanism movement. Sine mechanism of crank driven gear connected with in complete gear, when Gears are in a locking arc contact segment, sine crank levels, lead to extreme value, at this point the car front wheel Angle also In the maximum steering Angle, through the agency connection mode can realize the circular arc of the car is turning。Through the testing of carbon trolley can achieve predetermined performance without the design, namely along a predetermined trajectory that is 8 type trajectory, while capable of obstacle avoidance motion, and the motion distance car also can achieve the purpose of the designKey words ：Car without carbon; sharp movement; obstacle avoidance motion; Sinusoidalcrank第1章 绪论1.1无碳小车概念的提出和目的及意义1.1.1提出概念由于当今社会对大学生的要求越来越高，企业也希望通过最少的时间培养出可用人才，而学生们也希望能够尽快的融入企业，这就需要大学生在大学期间能够得到一些必要的培养，尤其在动手能力方面。针对这一情况，“无碳小车”的概念应运而生。为了完成这项工作，你需要在很多方面，如设计能力，加工能力，管理能力和即兴创作能力，多样的能力。它可以提高工作的能力，而更了解团队合作的重要性，。此外，资源越来越匮乏的今天，人们越来越重视对资源的保护，因此“低碳”的概念应运而生，人们希望使用资源，对环境不产生污染物质，但完全使用无碳能源来源，以目前的技术尚难以实现，但你可以用较低的一些污染能源，保护尽可能多的环境，所以在今天的世界上的人都在不断的发展和新能源的研究。而这款车就是无“碳”的理念，为未来的无“碳”愿景的探索和发展。1.1.2目的和意义这项工作的目的是设计命题设计主题“碳车”，即不使用碳的能量，按照能量转换和功率转换由驱动用的方向控制的重力势能的重量的原则小车模型。这个模型是重量轻，结构比较简单，可以在重力势能的成功转化为小车的动能，以使所有的动作与第一前线期间完成此设计在汽车的意义响应于国家大学生工程训练综合能力竞赛。工程训练比赛的大部分工程专业的学生，这是一个足够吸引人的事件。比赛只是一种手段，其意义是设计制造的固体无碳的车，所以在典型的设计和加工生产过程中的作品，让学生熟悉各种机构的综合能力，并提高学生的能力来设计关键部件，技术开发和准备能力管理的认知能力，更重要的是，提高学生的创新能力，机械设计机制。工程培训，以促进机械的方式，通过向各大高校，以促进学生的发散性思维，提高创新的能力。最后以锻炼和提高学生的综合能力的目的。其次，为应对低碳理念的传播，煤是大自然给予人类的宝贵财富，但随着对煤炭的巨大需求人，煤炭资源日益减少已近枯竭。随着节能，上，人们越来越多地被提及研究的想法碳 - 碳人的意识的增强。更清洁，更环保，更节能，更高效的理念也很受欢迎。低碳理念在整个的经济，文化，生活的方方面面。从低碳经济，低碳生活，低碳节能概念衍生得到根深蒂固的做法。其核心是加强节能技术，环保技术，低碳能源技术的研发和推广，促进森林恢复和增长，增加碳汇，减少碳排放，减缓气候变化。1.2典型机构类型介绍与分析在此次以及往届的比赛中，同学们都积极的参加了比赛，因此在比赛时，涌现了各种各样的机构，虽然简化到最后可能仍只是那几种机构，然而，同学们通过各种各样的方式去诠释即使是同种机构也会有着不同的精彩。下面将对一些典型机构进行分析和介绍。1.2.1直齿轮+带轮+凸轮机构图1.2.1直齿轮+带轮+凸轮机构的小车从图1.2.1中可以很明显的看出，中间轴为主动轴，然后通过齿轮将动力传递到后轮轴，使得后轮转动，使小车向前运动；而通过带轮将动力传递到转向轴，带动转向轴旋转，然后通过凸轮的转动使小车发生转向运动。该小车的优点是所有机构均在小车底板下方，这就能够更加从容的安排重物下落的位置，而且由于其可调因素相对就少，易于进行调试。其缺点在于传动副较多，带轮张紧力不易控制，凸轮精度难以控制，另外小车质量较重，影响小车的行走路程。1.2.1直齿轮+带轮+凸轮机构图1.2.1直齿轮+带轮+凸轮机构的小车从图1.2.1中可以很明显的看出，中间轴为主动轴，然后通过齿轮将动力传递到后轮轴，使得后轮转动，使小车向前运动；而通过带轮将动力传递到转向轴，带动转向轴旋转，然后通过凸轮的转动使小车发生转向运动。该小车的优点是所有机构均在小车底板下方，这就能够更加从容的安排重物下落的位置，而且由于其可调因素相对就少，易于进行调试。其缺点在于传动副较多，带轮张紧力不易控制，凸轮精度难以控制，另外小车质量较重，影响小车的行走路程。1.2.2直齿轮+锥齿轮+连杆机构从图1.2.2(1)中可以很明显的看出，仍然是中间轴为主动轴，然后通过齿轮将动力传递到后轮轴，使得后轮转动，使小车向前运动；同时，后轮轴上的锥齿轮转动，从而将动力通过二级齿轮传动传递到中间圆盘，而中间圆盘上连接着连杆，然后通过连杆连接前轮，随着圆盘的转动使小车发生转向运动。该小车的优点是大胆采用锥齿轮传动，且制作较为精致，所有机构均在小车底板下方，这就能够更加从容的安排重物下落的位置，另外其圆盘设计较为巧妙，使小车易于进行调试。图1.2.2(1)直齿轮+锥齿轮+连杆机构的小车其缺点在于传动副太多，能量损失较大，宽度较宽不利于避障运动，另外小车质量较重，影响小车的行走路程。图1.2.2(2)中的小车与图1.2.2(1）中的小车相比，虽然采用的同样是直齿轮+锥齿轮+连杆的机构，但该小车的传动副较少，且质量较轻，但其宽度仍然较宽，所以也不利于避障运动。从图1.2.2（2）中可以看出，这是一个典型的偏心轮机构。中间轴仍是主动轴，通过齿轮传递动力至后轮，而连杆将偏心轮与前轮连接起来，使得小车在向前运动时，发生转向运动。其优点在于结构简单，传动副少，使得能量损失小，小车的宽度窄，有于小车进行避障运动，最后，该校车也易于调试。缺点在于小车的质量较大，减少了小车的行走路程。图1.2.2(2)直齿轮+锥齿轮+连杆机构的小车21.2.3直齿轮+连杆机构图1.2.3直齿轮+连杆机构的小车从图1.2.3中可以看出，该小车上方的轴为主动轴，然后通过直齿轮将动力分别传动到后轮轴及连杆上，连杆连接着小车前轮，使小车向前行走的同时发生转向运动。该小车的优点在于结构简单，小车质量较轻，且绕线柱设计巧妙，能够提供不同的力矩，使得在调试时不用经常更换绕线柱。缺点在于调试时，连杆长度难以把握，导致调试艰难。1.2.4带轮+连杆机构图1.2.4带轮+连杆机构的小车如图1.2.4所示，其主要传动机构使用的是带传动。整个小车机构，利用三组带传动将动力传递到后轮轴及连杆上，以此实现了小车的向前运动和转向运动。该小车的主要优点在于其结构比较紧凑，车身较窄，有利于避障运动，且小车的质量较轻。其缺点在于带轮的张紧力难以控制，导致其传动效率较低，如此紧凑的结构完全另外，该小车的微调机构设计的比较粗糙，可能会带来较大的调试问题。1.3全国大学生工程训练综合能力竞赛概况及竞赛规则1.3.1本届竞赛主题本届竞赛主题为“无碳小车越障竞赛”。1.3.2竞赛命题：以重力势能驱动的具有方向控制功能的自行小车给予一定的重力势能，根据能量转换原理，一个重力势能的设计可以被转换为机械能，从而驱动小车行走装置。完成所有的动作所需的小车索赔过程的能量由此获得的能量转换，不使用能源的任何其他来源。取5焦耳的引力势能（以G =10M /公斤），竞争而使用重1kg（5065毫米，普通碳素钢），以获得垂直落差的质量，降5002毫米时的重量背后，驾驶汽车和小车的承载和运动起来，不准下降。参与汽车有一个转向能力机制，转向控制机构可以调节，以便能够在不同的障碍竞赛场地投球。对于三厢结构，详细设计，材料的选择和制造由参赛学生完成的要求。1.3.3竞赛项目小车在半张标准乒乓球台（长1525mm、宽1370mm）上，绕相距一定距离的两个障碍沿8字形轨迹绕行，绕行时不可以撞倒障碍物，不可以掉下球台。障碍物为直径20mm、长200mm的2个圆棒，在有一定距离相距的位置放置在半张标准乒乓球台的中线上，以小车能够完成8字绕行多少圈数来综合评定成绩图1.3.3竞赛项目所用乒乓球台及障碍设置图1.3.4报告的内容结构设计报告评分由竞赛评审组对每个参赛队提交的报告进行评分，其中结构设计的方案7分，工艺设计的方案7分，成本分析的方案7分，工程管理设计的方案7分。结构设计报告评分规范性要求：图纸表达完整，标注正确；文字描述准确、清晰。第二章 设计要求2.1设计布置方案图2.1 无碳小车示意图2.2小车功能设计要求给定一个重力势能，根据能量转换的原理，设计出了能在重力势能转换为机械能，驱动和行走的小车装置。1千克重物降落在40厘米后，以使前排车设置为自动避免在赛道上的障碍物（在为80cm的间隔）以“8”型线走，使车尽可能不碰到障碍物。重物的能量下降到完成需要得到的过程中小车前行所需的所有行动，不使用其他任何形式的能量。小车的独轮前车轮，两轮后车轮，转向机构。小车的整体结构的需求分析，控制机构的合理的设计，结构简单，容易制造。计算小车移动的要求，和计算理论距离。 （考虑到损耗的所有方面）得出的主要部件和装配图。2.3 小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 评价分析第三章 方案设计3.1 总体设计 通过完成小车的函数的所需要的分析后，要完成转化本身行走，自动越过路障碍所需小车重力的势能。为了方便的要求，可根据小车的功能，完成将分为五个部分车的设计（车框，原动机够，变速器，转向机构，行走机构）。为了得到一个满意的解决方案，以使用各个模块的扩展设计思维，寻找各种可能的解决办法和思路。 在小车顶部通过在固定滑轮连接的重物的的轴心线，重物下落由绳推懂车向前直接驱动。为了避免小车边走边摇摆车，影响小车行驶的轨迹，甚至砸坏底板，因此在小车设计让车子的底板竖立三纵杆，三杆垂直固定底板，重物落园锤圆周切线以形成圆柱形状，使得稳定的下落。 骨架式 车 架 传 动 机 构 原 动 机 构无碳小车 三脚底板式弹簧储能式 绳轮式 链轮式 圆柱直齿轮 锥齿轮不用附加传动 单轮驱动双轮差速机构双轮同步 差速转向 曲柄摇杆 凸轮+摇杆 转 向 机 构 行 走 机 构 带轮曲柄连杆+摇杆3.2 车架“无碳小车”的主框架是由三脚板的框架结构构成，其可以使用快速成型还有焊接，也可以使用木材，铝，塑料等。由于需要木材不符合“低碳”的概念，不符合国家的战略思维。使用利用率高的PVC塑料，具有光，振动等影响，生产成本低，符合“低碳”理念，它被加工成塑料三脚板即可3.3 原动机构原动机构是重势能的重力进车的驱动力。这个功能是用于实现各种程序，从效率和简便滑轮最佳点。它也有其他具体要求：适度的动力，而不是当过弯速度过大小费力，或摇动。严重影响行走的小车。转弯之前重物到达底部的垂直速度的要尽可能的小，以避免对车过大的冲击。在相同的重量，以使动能转换到驱动小车前进，如果速度是更大的权重，在垂直方向上，本身的重量，有更多的动能不释放尽可能，能量效率不高。因为不同的场地摩擦轮可以是在不同的场地不同的汽车是不一样的，功率要求就不同。调试时不知道有多少的动力。因此，原动机够还需要能够根据不同的需要来调整自己的驱动力。简单的机构，效率高。基于以上分析，提出驱动力输出为可调带轮原动机够。图3.3 锥形原动轮A 转弯半径。当启动原动机够时，车轮大，起动力矩大，有利于启动。B 被启动时，在驱动皮带轮大，半径较小时，速度增加时，转矩变小，并经过和阻力平衡后小车进行匀速运动。C 当重物与小车是近距离时，主动带轮半径又一次变小，拉动绳子使小车匀速转动。但由于惯性非常快，还是会减速。D 随着半径驱动皮带轮变小，总速比增加，车缓缓减速至停止，很快停止，刚刚接触小车。3.4 传动机构传递机构的功能是动力传递给运动的转向机构和驱动轮上。空间齿轮机构可被用于递送两个轴之间的任何运动和动力。与其他传动机构相比，主要的一点是：传动准确，稳定，机械效率高，寿命长，动力安全，可靠传输和适用的速度范围。因此，它是最广泛使用的现代机械传动机构。带传动优点在于，它具有柔性。皮带传动的组成部分有带轮和传动轮。当有源驱动滑轮（主动轮）带动从动轮时，摩擦和接合滑轮和运动使动力从传动皮带的带轮传向从动带轮。带论驱动具有光滑的驱动机构简单且廉价的振动吸收缓冲液等，广泛应用于现代机械。然而，为了确保驱动用电源，以满足总的要求的第一传输的要求的正常运行是有至少最小的摩擦和其初始张力。圆柱直齿轮主要用于传输平行轴，锥齿轮主要用于两个轴相交递送。为了让车行驶到更远，根据轨道精确的驱动设计，传动机构必须通过高效率，行驶稳定性机构简单，重量轻。综上所述：对于车行驶到更远，并根据轨道精确驱动的设计中，传动机构必须通过高效率，驱动稳定性机制是简单，重量轻。因此，直齿圆柱齿轮的选择最好3.5 转向机构 转向机构，是小车实现绕过障碍物平稳的通过。车内有三个轮子，两个后轮（或）为驱动轮。后轮不停地转动（即实现前向运动）在绕水平轴线重动作，同时周期性摆动（即，绕垂直轴转动，以实现转向的目的），才能使小车绕过障碍物。一种机械产品一般只有一个动力源，以使方向盘振动能量仅由动能的后轮。转向机构就是小车设计的一个重要组成部分，直接决定了谢哦车的功能。转向机构也需要尽可能减少摩擦能量，结构简单，零件基本，还需要有一个特殊的运动特性。旋转运动可以被转换为满足来回的要求，以实现避障功能的拐角左右转动。机构来实现这个功能有：+摇杆凸轮机构，曲柄连杆+摇杆，曲柄摇杆，差转等。凸轮+摇杆 图3.5 凸轮+摇杆机构示意图凸轮机构的特点：优点：很少的部件在凸轮机构上，并占用更少的空间，是一个非常简单的结构，紧凑的车身。凸轮机构最吸引人的特点是通用性和灵活性其运动，跟随取决于凸轮轮廓的形状，只要凸轮轮廓曲线的适当的设计，你可以得到各种期望跟随运动规律。几乎任何期望的跟随器的运动，设计不困难，实现了凸轮廓。缺点：与凸轮轮廓和从动高点或线接触的副手，容易磨损，它是多用于不大的场合。 摇杆曲柄连杆 图3.5 曲柄摇杆机构示意图 曲柄连杆+摇杆机构的特点：优点：A 钩件在机构中的组成，在进行同样的负载条件的压强下使用的是低副，这可以用来提供一个更大的功率。另外，由于低副元件的几何形状是相对简单的，很容易处理。B 构件运动形式的多样性。联动曲柄饶的两个转动固定轴线，来回摆动围绕一个固定的轴线操纵杆，另一面为连杆，所述滑块的往复直线运动等的一般的运动，则使用连接机构可在各种形式的运动而获得。C 在相同的运动的不变的情况下，只是改变了连杆机构的各部件的相对尺寸，从动件可实现的运动和运动的要求不同的要求。D 联动曲线多样性。点在杆上的位置不同，不同曲线的形状不同的位置;改变每个部件的相对大小，该曲线的形状也改变。这些千变万化，多姿多彩的曲线可以用来满足不同轨道的设计要求，它被广泛应用于机械工程。缺点：在连杆机够涌动的过程中，一些部件（如链路）质心做变速运动，惯性力导致平衡能力差，从而增加了负荷机构的运动使组织产生受迫振动。因此，连杆一般不适任何场合。在运动传递机构要经过中间构件，并且每个部件的尺寸不能做到绝对准确，加上运动副之间的间隙，所以该运动传递相对较大的累积误差。曲柄摇杆结构相对简单，但因为有一个凸轮滑动摩擦，效率低。其快速回报的特性使得它很难设计出更好的机构。转弯差速差速拐弯用两个偏心作为驱动轮，作为两个子角速度和转弯半径是不一样的，所以速度是不一样的两个车轮，从而产生差。通过将避免汽车差速器实现。综上所述：从视图中，选择凸轮+摇杆作为小车转向机构是引文他的结构简单，紧凑的机构的优点。3.6 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 (3.6)对于相同的材料为一定值。而滚动摩擦力, (3.6)在更大的轮毂让车子的阻力更小，有可能走得更远。因为车是向前沿着8字形曲线，后轮必然产生差异。对于后面的设计要求使用两轮同时驱动，四轮差速驱动，单轮驱动的。一些同时被驱动车轮打滑的车轮与地面，由于滑动摩擦比滚动摩擦大大失去能量，但由于许多制约，不能辨别当前的轨迹进入车内，不能有效地防止碰到障碍物设置的能量损失。轮差动驱动同步驱动轮，以避免问题的，由差分或单向轴承，实现差异。差动涉及的最小能量原理，它可以更好地减少摩擦损失，但可以实现，以满足对运动。单向轴承为差动原理是但一个从动轮变慢绞盘轮变大时的车轮的速度，从而使交替。然而，由于该单向轴承间隙误差的存在下发生，导致不准确的运动绞盘从动轮切换，但大会不会影响车的功能如何需要进一步分析的影响。单轮驱动顾名思义它是利用一个轮为驱动轮，从动轮的最后一个用于从动轮。像自行车外之外，并追加一个轮子。前进速度是不一样稳定差分传输甚至更高的精度比单向轴承。通过此分析：车轮要有适当几何形状，当条件可以通过设计的机构方案差动实验来实现，因为驱动轮与驱动轮之间的差动依靠确定一个地面运动约束。它采用差分效率比很高，因为我们的首要任务是运行在单轮驱动机构设计。3.7变桩距微调机构一个完整的机器，包括：原动机，输送机，执行只够，控制部，辅助设备。属于小车微调机构控制部。由于使用先前确定的操舵曲柄杆+摇杆的布置，由于肘节机构是加工误差和装配误差敏感，因此必须加入细调机构，用于误差校正。这是原因之一，微调机构，第二是调整轨迹（振幅，周期，方向等）的运动轨迹，使汽车采取最佳的轨迹。微调机构可以采用下面两种方式微调螺母式、滑块式如图3.7图3.7另外根据题目的要求，无碳小车需要绕过不同距离的障碍物。这就需要我们通过改变曲柄的长度来改变小车的路线。常用的曲柄长度调节装置有：曲柄，曲柄盘，微调螺母等。结合现有的加工设备，加工工艺和加工成本，所以选择曲柄盘作为微调机构。 为了实现精确的转向和避障，如图所示，转动曲柄和连杆长度机构半径可以调整，使用多个不同距离的曲柄盘的孔，在径向方向0.22毫米每孔的差异，可以选择与连接到标有标记的链接的链接中所示的适当的孔作为，精确地调整其长度由切线和让小车上转向均匀稳定根据轿厢不同绕行路线旁路间距。 由于理论分析和间隙的实际情况，只能得出通过理论分析最优解不可能是最佳的解决方案。因此，我们设计了一个简单的组织车，通过变化的一小部分可以转换成其他程序，然后通过比较试验，以获得最佳的小车。第四章 技术设计4.1 小车轨迹的计算图4.1 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，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：=160mm =200mm 则 =320mm ,=201.74mm ,cos= , 因此 =，所以 =。 于是， ；一个“8”字总的线位移。4.2 小车车体参数的确定4.2.1 小车车架的尺寸参数图3.2.1 小车机构示意图尺寸： 车架为梯形状，梯形上底宽为100mm ，下底宽为160mm。车架长为320mm。后轮直径为160mm ，宽10mm ；前轮直径为100mm，宽8mm。4.2.2 小车齿轮传动比小车后轮转一圈位移为mm 因为齿轮转一圈小车正好走完一个“8”字，而此时小车后轮转了即。4.2.3 齿轮的设计（一）齿轮传动设计参数的选择 a.压力角大小的选择 由公知的机械原理，增大压力角后，齿厚和齿的曲率齿廓半径节点的增加，所以，提高了弯曲强度和齿轮的接触强度。我们的标准压力为一预定的角度20。在航空抗弯强度和耐久性及齿轮的领域，中国航空齿轮标准还规定了标准压力角。不一定增加驱动器有利角度的压力。巧合的接近速齿轮2，建议增编因子的11.2，齿轮压力角，齿轮，以便增加柔性，而且还降低了噪声和动态负载。多少选项B。齿数z如果保持齿轮中心距离恒定，增加的齿数，除了增加重叠程度，从而使更多的稳定的传输，也可以适当减少模量，齿高度减小，从而减少了的量金属碎屑，节省了许多成本制造。此外，下部齿高同事还能够降低滑动速度，以减少磨损的风险。但弹性模量较小的齿厚，随后减薄，弯曲的齿轮的强度小于在过去。在一定范围内无动于衷牙齿，承载能力特别是齿数，取决于接触面强度的一些最好的齿数更。高速封闭齿轮，为了提高其驱动器的稳定性，以减少其冲击和振动，选择最佳的齿更多一些，的小齿轮的齿数是可取的。打开（半开）齿轮，由于主磨损齿轮被无效，以便使所述齿轮不会太小，所以小齿轮的齿的数目并不太大，一般是优选的。为了从底切，该标准正齿轮齿轮应取。后确定的小齿轮的齿数，齿轮比可以通过大量的齿轮的齿数来确定。为了让每颗齿轮传动平稳，两颗齿数应该是互质。c.齿宽系数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。圆柱齿轮齿宽系数的荐用值列于表3-2-1内。对于标准圆柱齿轮减速器，齿宽系数取为，（为传动比），所以对于圆柱齿轮传动 的规定值为0.2，0.25，0.30，0.40，0.50，0.60，0.80，1.0，1.2。 (二）圆柱啮合齿轮传动形式 a.外啮合齿轮传动，由两个外齿轮相啮合，两轮转向相反； b.内啮合齿轮传动，由一个内齿轮和一个外齿轮相啮合，两轮转向相同； c.齿轮齿条传动，可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齿轮齿数为偶数时，齿顶圆直径和齿根圆直径可用游标卡尺在待测齿轮上直接测量。齿轮齿数为奇数时，不能通过直接测量得到和的真实值，需要间接测量。先量出齿轮安装孔直径D，再量出孔壁到某一齿根的距离H2和孔壁到某一齿顶的距离H1。如下图所示。 图3.2.3 齿根圆、齿顶圆的测量于是，有公式： (四） 确定基圆齿距模数和压力角 图3.2.4 外齿轮 1.基圆齿距 公法线长度 = 2.模数m 表 3.2.4 (五）小齿轮的几何尺寸 模数m=1.5 齿数=20 压力角= 齿宽系数=1 分度圆直径 齿顶高 齿根高 齿顶圆直径 基圆直径 齿距 齿厚 槽宽（六） 齿轮的几何尺寸 a).计算分度圆直径 根据前面求得的得 定传动比为 则 b).计算中心距 mm=87.5mm mm=62.5mm c).计算齿轮宽度 齿轮2的宽度mm=25mm 齿轮3的宽度=25mm 则齿轮1的宽度25mm （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ABS塑料作为小车的齿轮材料。ABS具有良好的综合性能。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。4.2.4 原动轮的大小及绕线圈数原动轮中间的直径mm 于是，绕线圈数 （圈）4.2.5 小车的行走总位移和小车走“8”的个数N=mm =14.91828 m 。 (个）4.2.6 轴承的选择取决于轴承摩擦的性质，轴承可分为滑动摩擦轴承（滑动轴承）和滚动摩擦轴承（滚动轴承）两大类。这种无碳汽车轴承的选择。轧制是广泛应用于现代机械的组件中的一个，它是依靠主元件之间的滚动接触，以支持旋转部件。如果只有外部负载由轴承为不同分类，滚动轴承，大致可分为径向轴承，推力轴承，角接触轴承和三类。主径向承载被称为径向轴承，其中有几种类型，不能承受轴向载荷;只有轴承的轴向负荷，称为推力轴承，推力轴承部件组合在一起的日记被称为轴圈，与所谓的种族成分和基孔;能承受径向和轴向载荷轴承称为径向止推轴承。由于这种设计，体积小，且主要承受径向负荷，我们选择使用仪表轴承（深沟球轴承）。材质选用铝合金轴承合金。第五章 小车能耗分析5.1 小车能量转换过程5.2 小车的能量小车是通过中1kg的重物下降40cm 的重力势能来驱动的。经查表得：重物通过定滑轮下降的机械效率为，线与原动轮间的传递系数为，齿轮间的传递效率。因此小车内部的能耗系数 。因此，驱动小车的实际能量为。 小车的总质量2.2kg 滚动摩擦系数经查表为.因此小车消耗的能量. 小车内部产生的力矩：产生的扭矩 （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，前轮承受的压力占总重量的。则小车的转矩 ， 于是 。由于，所以 。第六章相关因素对轨迹及路程的影响分析本文设计的无碳小车属于精度较高的产品，所以对于小车的性能有诸多因素会对其产生影响，在整个设计计算过程中，都需要牢记并且加以注意。在设计过程中，需要在不影响其性能的前提下，要尽量使小车的结构简单，以减少能量损失，并且在选取材料时，应尽量选取较轻的材料以减轻小车的质量；在计算过程中，需要尽量保证计算数据的正确性和精确性，对于一些需要查询资料的数据，应尽量找到确切的依据，对于小车本身的一些数据，应尽量搜集比赛时的资料和前人的产品资料加以总结和归纳，降低数据的偶然性，然后才能代入计算；在加工制作过程中，应尽量保证小车零件的精度，尤其是关键性的零件，例如，微调机构的零件等等；在装配过程中，装配精度的高低对小车的性能有着极大的影响，例如，轴与轴的轴线是否平行以及是否在同一水平面上，这是传动质量的重要保证，所以保证高的装配精度也是保证小车性能的重要因素。只有在整个过程中都谨记着这些，才能最大可能的保证小车的性能。下面将对这些因素进行具体分析。6.1影响轨迹的因素分析6.1.1连杆长度 对于本设计中的小车，连杆是一个极为重要的部分，是小车的传动机构，而连杆的长度对于小车的总体结构和性能都是有着极大影响的。首先，在小车装配时，应尽量使得连杆不左右倾斜，这样更加利于对小车进行调整。在小车调试过程中，对连杆长度进行不断的调整，使其达到最佳长度后，便不要轻易改变了。当连杆长度大于最佳长度时，即曲柄的长度减小时，会使得两极点位置小于最佳位置。在保证其他因素不变时，连杆带动圆盘移动的距离就会减小，从而使得 B、C挡柱移动距离减少，这样可能会有推力不足的情况出现，从而导致小车无法转向。这样产生的严重后果就是小车只能走圆形轨迹，无法完成“8”字轨迹的行走，无法达到预期的工作性能，所以要尽力避免这样的情况出现。当连杆长度小于最佳长度时，即曲柄的长度增大时，会使得两极点位置大于最佳位置。在保证其他因素不变时，连杆带动圆盘移动的距离就会增大，从而使得 B、C挡柱移动距离增大，这样会使得连杆在未达到极点位置就使小车转向，即提前转向；这样就会导致小车在“8”中的两个圆运动的时间不同，这样就会使得有一半轨迹大于一个圆，即滞后转向。这样产生的严重后果是小车行走的每个“8”的轴线均不相同，即小车偏离预期轨迹，虽能完成“8”字轨迹的行走，但无法完成避障功能。而且当小车运动场地较小时，例如比赛时的乒乓球桌面，可能会导致小车走出场地，不够小心的话可能会摔坏小车，所以要尽力避免这样的情况出现。综上可得，在小车调试过程中，一定要尽量找到最佳的连杆长度，这样才能够最佳的实现小车的性能。6.2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6.2图6.2.1图6.2.2由图5.2.2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6.2.36.3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6.3a、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6.3.16.4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：第七章 典型零件的设计及强度校核7.1 主动齿轮的设计图7.17.2 主动齿轮的强度校核7.2.1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。a. 计算小齿轮传递的转矩。大齿轮传递的转矩 b. 由参考文献10查得，大齿轮做悬臂布置，选取齿宽系数。c. 由参考文献10查得，铝合金的弹性影响系数d. 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。e. 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）