机械原理设计书-脚踢式自行车锁幻灯片.ppt

机械原理,课题：脚踢式自行车锁 齐剑 邹冉 翟冠峤 马利政 指导教师：余跃庆,近来在校园里社会上，自行车电动车被盗事件屡有发生。主要原因在于使用者的防盗心理不强，在把自行车停下之后忘记锁车，于是我们组基于这个事件想创新一种机构，这种机构能够实现当使用者把自行车停下，自行车脚撑子放下的同时自行车车锁也会自动锁上。这样就会避免了因为使用者忘记锁车而造成自行车丢失事件的发生。,市场调研,方案设计：方案一,通过两个锥齿轮改变一次方向，再通过一对蜗杆涡轮第二次改变方向，最终通过齿条输出锁的平动。其机构简图如下：,优点：整体结构比较简介，能够实现两个垂直平面的转化。 缺点：锥齿轮材料的获取和加工制作不好掌握，再一个就是机构整体的传动比比较小，车锁的行程不够。要达到预想的效果，机构的整体形状会比较庞大。,方案设计：方案二,应用直齿轮、涡轮蜗杆、齿条。行星轮系的应用可以实现一个较大的传动比，涡轮蜗杆的使用则会实现两个平面的转化，最终的输出是靠与锁芯相连的齿条平行运动，将锁芯推进锁里。,优点：行星轮系有较大的传动比（1：100），可以实现自行车车蹬子放下90度，而输出较大的行程，平面的转化也可以实现。 缺点：根据机械原理理论得出，这种1:100的行星轮系的效率是小于0的，也就是轮系无法正常运转，这个方案是无法实现的。,方案设计：方案三,考虑到轮系结构比较复杂，而且体积较大不符合自行车自身轻巧的特点，我们便决定使用连杆机构。连杆机构的具体设计图如下图，这也是我们最终的这几方案 ：,优点：连杆机构看起来简洁，无论是设计还是制作都比较的简单，材料易于获取。更重要的就是，它的理论执行情况有较大的保障，只要各部分杆件的尺寸设计的合理就既能实现较大的行程，又能把x-y平面的力转化到x-z平面内（现规定平行于车轮的平面为x-y平面，垂直于车轮的平面为x-z平面）。 缺点：连杆机构的稳定性较轮系而言相对较差，而且对于尺寸的要求也比较高，我们要通过较高的加工精度和强度较强的材料来保证机构的正常运行。,功能,自行车的撑子是从水平位置运动到垂直的位置，在平行于车轮的平面内转过90度，要带动垂直于车轮的平面的锁运动。我们设计的连杆机构的功能就是在最左边的连杆（即车蹬子的模型）向下摆动90度后，通过连杆机构将力传动到垂直于车轮的平面内，进而推动锁芯插入到锁中，从而达到我们预想的目标。,当自行车正常使用时，车撑子没有放下，此时自行车的撑子跟锁的位置如下图所示。,当自行车停下，车撑子放下后，车锁会在车撑子的带动下，伸进车轮中将自行车锁住，此时车撑子跟车锁的位置如下图所示。,尺度综合及结构设计,首先是综合考虑自行车整体尺寸问题，我们设计一个自行车支架模型。模型的基本几何尺寸如下图所示：,尺度综合及结构设计,经过计算跟实际尺寸整个机构的尺寸如下图所示： （单位：mm）,主视图各构件数据,尺度综合及结构设计,俯视图构件数据,o,B,A,分析结构分析,在平行于车轮x-y平面内的机构：,该机构由三根杆、三个R副和一个P副构成，自由度：,分析结构分析,在垂直于车轮的x-z平面内的机构：,该机构是由三根杆、两个R副和两个P副构成，自由度：,分析结构分析,机构的整体是由五杆、五个转动副，两个移动副构成，自由度 :,结构分析的结论是，该机构在两个平面内总的自由度是1，只需要一个输入即自行车的车蹬子的摆动就能够有唯一确定的输出，将自行车车锁推进轮子内，从而达到锁车的目的，该机构的理论结构设计是可行的。,分析运动分析,分析运动分析,当自行车的车撑子向下摆动90度后，由于1杆是绕E定轴转动，杆是平动，杆2则是相对复杂的平面运动。 由平面解析运动的方法可得出3杆上B点的水平位移： l=187mm 由于我们在设计计算该机构时，选取的最终锁芯的位移为100mm,然后倒着推出其它杆的长度，所以现在正方向推下去，锁芯在x-z平面内的位移为： L=100mm,分析动力分析,x-y平面内，从最右边的杆水平到垂直的整个过程中是没有死点位置的，能够实现连续运动。,分析动力分析,在x-z平面内，我们的设计避开了死点位置，而且在最开始的位置，锁芯与相连杆的传动的压力角最小，这样会有利于开始运动克服静摩擦力进行运动。,分析动力分析,加工制作,选材：我们组从经济实用以及实验室的加工条件出发考虑，多数连杆选用市场上应用较为普遍的截面为16*16mm，厚度为1.2mm的铝合金方管。用到的工具主要是小型的钢锯和铣床。,加工制作,对于滑动副我们组则是想出利用两种不同规格的铝合金方管相套合的方式解决，16*16的方管套进20*20的方管中，里面涂上润滑油减小摩擦。,加工制作,对于R副，则是在两根方管上打M