毕业设计（论文）-自行车停放装置结构设计

自行车停放装置结构设计教务处制摘 要随着人们生活水平的不断提高，城市日益增多的车辆占据了大量的有限空间，能源的消耗也日益加剧。在这个大背景下，寻找新的出行方式成为人们要解决的一个大的问题，自行车这种绿色环保的交通工具进入人们视线，但是在现实生活中自行的存放也是一个要解决的问题，怎么样可以解决人们对自行车的乱停乱放并且保证安全成为了一个大的问题。因此，根据现有自行车立体车库的设计，引发思考，设计出了一款既可以节约空间又可以停放更多的自行车的停放装置。本文主要介绍了一款新型自行车停放装置的设计，对传统自行车停放装置的分析，进行总结优化，确定了本次设计的初步方案，并对所设计的自行车停放装置的工作原理进行介绍，对其主要零部件和机构进行设计，最后完成相应的设计图纸绘制。关键词：自行车，停放装置，设计全套图纸加扣3012250582AbstractWith the continuous improvement of peoples living standard, the increasing number of vehicles in cities occupy a large amount of limited space, and the energy consumption is also increasing. Under this big background, looking for a new way to travel to become people to deal with the problem of a big bike this kind of green environmental protection of transportation into the limelight, but in real life to the deposit is also a problem to solve, how to solve the people to the bicycle disorderly parking place and ensure safety has become a big problem. Therefore, according to the design of the existing car stereoscopic garage, the design of a parking device that can save space and park more bicycles is designed.This paper mainly introduces the design of a new type of bicycle device, the analysis of traditional bicycle devices, summarizes optimization, determine the preliminary scheme of the design, and to the work principle of the designed bicycle device is introduced, its main parts and body design, finally complete the corresponding to the design drawing.Keywords: bicycle, parking device, design.目录摘 要1Abstract2第1章 绪论51.1 选题背景及意义51.2 国内外自行车停放装置的发展现状61.2.1 国内自行车停放装置的发展61.2.2 国外自行车停放装置的发展71.3 本次设计的基本内容9第2章 自行车停放装置的总体结构设计102.1基本设计要求102.2 整体设计思路102.3 整体设计方案确定10第3章 传动机构的设计133.1 链传动结构设计133.1.1 链条的选型133.1.2 确定润滑方式133.1.3 电动机的选型133.1.4 链条计算143.2 链轮方案设计153.2.1 链轮类型的确定153.2.2 结构型式的确定153.2.3 齿型的确定153.2.4 链轮基本参数163.3 张紧装置173.3.1 张紧装置的作用173.3.2 张紧装置在使用中应满足的要求173.3.3 张紧装置布置时应遵循的原则173.4 齿轮传动设计计算183.4.1 选择齿轮材料及确定许用应力183.4.2 按接触疲劳强度设计计算18第四章 斜面滑轨的设计224.1 斜面导轨的作用224.2 基本设计要求224.3 斜面滑动导轨的结构设计234.3.1 导轨形式分析234.3.2 常用导轨组合形式244.3.3 间隙调整244.4 进步耐磨性措施244.5 导轨材料选择25第五章 主要零部件的设计275.1 链轮轴的设计275.2 夹紧装置设计295.2.1 夹紧弹簧295.2.2 卡条29第6章 受力元件的有限元分析306.1 有限元分析的概念与方法306.1.1 基础概念306.1.2 有限元分析基本步骤306.2的建模和数据转换。316.3 有限元分析316.3.1 模型的前置处理316.4 分析及结论35总 结36致 谢37参考文献38第1章 绪论1.1 选题背景及意义随着经济的发展，传统燃油车的耗油量加剧增加，能源危机问题变得日益严峻，自行车成为一种绿色交通工具，既保留了非机动车的轻便，又融入机动车的方便，而且车身占用车位小，大大提高了非机动车道的通行效率，非常适合城市内短程出行，具有其他交通工具无法比拟的优势。目前各国都大力倡导使用绿色环保的自行车作为出行的交通工具，众多城市推出共享单车，致使自行车的数量倍增。从而引发了一系列的相关问题，大量的自行车在市区的停放问题成为一道首要的难题，大量的自行车停放占据大量的停车位置，造成交通拥堵，为解决这一难题，人们开发研究出了各种各样的自行车停放装置。国内外目前几种具有代表性的、实用性的自行车停放装置，对他们进行重点对比、分析了它们的结构、功能、使用及适用场合等相关内容，还是存在很多的不足之处，仍有很大的改进空间，未来城市的自行车停放装置的发展方向，也会更多的向自动化、智能化、立体化、以及大量存放、存取方便快捷、操作简单、外观美丽、安全防盗等多功能、解决更多问题的方向发展，双层自行车停放装置将在未来各个大中小城市中占据很大的市场。自行车已被国内外看作发展低碳交通的重要方式之一，也是未来城市绿色发展建设的交通工具发展方向，在环保、便捷出行、缓解交通压力等方面可起到积极作用。自行车停放装置的使用有效地解决了自行车停车秩序问题，更是对城市美化建设的一种贡献，为创建环保社会做贡献。21世纪是“绿色环保”的世纪，环境保护和能源节约问题已成为新世纪最为突出的两大主题。这两大问题成为了“绿色交通工具”研究开发和推广应用的积极因素。随着各种各样自行车的出现，立体自行车车库将拥有着较为广阔的市场前景。本设计一款双层自行车停放装置，在原有停车装置的基础上，进行优化创新，更能符合目前实际应用的需求，对自行车停放装置的研究发展有着积极促进作用，也为城市拥堵这一难题提供一方面的解决思路。1.2 国内外自行车停放装置的发展现状1.2.1 国内自行车停放装置的发展目前，国内常见的立体车库大多都是针对自行车的自行车立体车库，针对自行车停放的立体自行车库基本还没有出现。我们现在的自行车停放状况都是杂乱无章，导致占用空间大，停放场所混乱。自行车停车场自行车摆放随意，车辆的安全问题也没有保障，并且在存取自行车的时间也造成了大量的不必要的时间浪费，遇到阴雨下雪等不良天气的情况，自行车还容易损坏。虽然现在在一些商场建造有一些自行车车棚，并且专门雇佣人员来看管，但仍是杯水车薪，解决不了具体的问题，并且造成了劳动力的浪费，但是仍然改变不了停自行车不方便的现状。下图1-1、图1-2就是国内自行车停车的现状：图1-1 自行车停车场图1-2 路边自行车停车近年来人们开发出一种海量存放、全自动化、安全防盗、避免摩擦、方便快捷的自行车停放装置全自动地下自行车车库。该车库只有入口部分露出地面, 地下部分为圆柱形结构, 形似冰山, 自行车停放架沿着圆柱形结构一层层搭建起来。整个圆柱形构架的中心空余部分用于安装车库的核心部分机械手升降导轨、机械手行走导轨和控制电路, 以保证机械手臂进行自行车的控制、升降、夹取、检测及安全保护等。该车库的磁卡感应装置未使用传统的CH IP卡, 而是选用标准的智能型EC- 卡(类似国内的借记卡), 这种卡不仅反应灵敏而且使用寿命较长。这种安全防盗技术加上整个车库的地下圆柱形结构, 车库的防盗能力得到很大提高。存车者只需将自行车放在指定位置, 按下按钮, 停放装置的机械手臂会自动把自行车存放至停放装置的空闲位置; 取车者也只需按一下按钮, 自行车就会自动被机械手臂传送到取车者的面前。整个存取车过程只需30 s 35 s。国内目前的自行车停放装置较少，沿海地区的较发达城市的共享单车已经设计的有停放装置，使用者通过扫二维码，取放自行车，但是此类型的停放装置是与共享单车相配合的装置，对于大部分家用自行车来说，这种装置还很难得到应用。而且目前的自行车停放装置，只能利用地面一层，没有很好的解决增大空间利用效率的问题。由于国内还没有太注重自行车的放置问题，致使自行车的停放装置发展缓慢，还有着很大的发展空间。1.2.2 国外自行车停放装置的发展图1-3 日本地下自行车停放塔日本早在2013年，就开始推出了由Giken设计的地下自行车停车塔。一个停车塔车库可以停放204辆自行车，充分的利用了空间，空间利用极致到令人难以想象，充分的解决了自行车停放空间不足的重大问题。此停车塔装置外观简洁，极其节省空间，工作原理也非常简单，只需在自行车上安装一个感应器。在现实中能得到很好的应用。其结构如图1-3：美国也曾做过自行车停放装置方面的研究，美国华盛顿设计建造的的一个自行车停车场，外观看起来像个贝壳式小型建筑，然而内部却大有乾坤。此停车装置是一个双层架结构，此停车装置共能提供140个自行车停放车位。此停车装置的双层停放架工作原理非常简单，立体双层自行车停放架整体采用铝制材料，结构精巧、外形美观大方、使用轻便、安全系数高。立体双层自行车停放架主要由上段和下段组成，上段采用助力垂直升降式，可以轻松地将自行车停放到上层停放台上，节省空间；下段采用水平滑动式，不仅腾出空间方便上段升降，且便于下段自行车的停、取。由于国内外文化的差异，对出行方式的选择依赖也有很大的差异，国外对环保出行的生活方式更加欢迎，致使国外自行车停车装置的研究与发展明显由于国内的现状。但是已有的自行车停放装置，结构复杂，造价成本大，不太适合国内的实际现状。因此，设计结构简单，造价成本低的性价比更高的自行车停放装置将会成为以后的发展方向与趋势。图1-4 双层架自行车停放装置1.3 本次设计的基本内容（1）查阅相关的文献资料，了解目前已有的自行车停放装置，分析各自行车停放装置的优缺点，总结各机构的优势，为本次设计提供整体的设计思想和实际设计的借鉴意义。（2）初步确定整体的设计方案，分析其主要设计问题，找出本次设计中的难点与问题，研究相应问题的解决思路与方案，并对初步设计的方案进行进一步的分析处理，进行优化设计。分析设计方案使用到的机构与器件，学习相应的资料知识。（3）对本次设计的主要机构和零件进行设计，并进行强度校核，分析其功用与不足，逐渐完善各机构零件。（4）利用计算机绘图软件，绘制本次设计自行车停放装置的主要零件图和整体的装配图。第2章 自行车停放装置的总体结构设计2.1基本设计要求（1） 需要设计出一款双层自行车停放装置；（2） 充分利用空间，以最小的地面使用面积停放最多的自行车；（3） 第二层自行车停放装置自行车取放要方便、省力、取放时间要快；（4） 自行车停放装置的一二层不相互影响各自的自行车取放；（5） 本次设计的自行车停放装置结构尽量简单紧凑，降低生产成本，能实现大规模批量生产模式；（6） 设计中尽量采用标准件，符合互换性的思想，方便自行车停放装置的后期维护与修养。2.2 整体设计思路根据需求，本设计的自行车停放装置为两层，第一层我们可以设计的尽量靠近地面，这样方便停放者的取放，也降低了取放自行车的难度。第二层考虑到需要将自行车提升高度，自行车本身就有较大的质量，靠人力的举升很难实现，停放人群不乏妇女儿童，他们很难独自完成相应工作，即使成年男性可以完成自行车的举升工作，停放者也不会选用这种停放装置，所以我们设计的停放装置第二层应该设计提供动力支持，减少人力输入。自行车停放后，需要固定稳定。2.3 整体设计方案确定图2-1 双层自行车停放装置结构简图如图2-1，为本次双层自行车停放装置的结构简图，其中A为此自行车停放装置的第一层，B为此自行车停放装置的第二层。整体机构装置的工作原理是：A部分此装置的第一层设计相对容易，由于第一层紧贴地面，自行车很容易放置上去，A部分的停放部分设计一个U型槽，停放者可以将自行车车轮对准U型槽推进去，在U型槽的最里顶端设计一个夹紧装置，由于轮胎的大小尺寸不一致，设计一个夹紧装置可以很好的解决这一问题，卡簧可以将自行车的轮胎卡住，从而固定住自行车，从而完成对自行车的停放。U型槽和夹紧装置如图2-2所示：图2-2 第一层停放装置U型槽和夹紧装置如图2-1的B部分为此装置的第二层自行车停放装置，相比第一层，第二层的设计需要考虑更多的问题。由于第二层停放需要将自行车放在斜面上，此装置再将装置送到高处，完成自行车的停放。为了使停放者省力，自行车的放在斜面后升起的工作由电动机提供动力。第一步斜面沿着滑道下放至地面，第二步自行车停放者将自行车沿着第二层的U型槽推入斜面上U型槽，第三步斜面上的U型槽顶端的夹紧装置将自行车轮胎卡住，第四步斜面将自行车沿着滑道上升，完成第二层自行车停放装置的自行车停放。第二层停放装置的U型槽和夹紧装置与第一层的基本一样，只是第二层停放装置加了上升拉动的动力装置。由于自行车和停放自行车的U型槽以及滑道斜面的本身具有较大的质量，所以需要提供足够的动力。动力传递方案是，电动机输出动力，通过一对齿轮减速增扭，从动齿轮的轴将动力传输给链轮，带动链运动，链带动斜面沿着导轨运动，完成自行车沿着斜面上升或下降的作业。链传动带动斜面沿着导轨上升下降的机构如图2-3所示：图2-3 链传动机构第3章 传动机构的设计3.1 链传动结构设计3.1.1 链条的选型我通过查阅书藉和在网上找资料，终于了解到我们常用的传动的链有四种：短节距精密滚子链(滚子链)、短节距精密套筒链(套筒链)、齿性链和成形链，而这几种我们经常运用的是滚子链，根据要求滚子链可以在本次设计中使用，所以我最终选择了它作为此次传动的链条。我根据表3-1选择了节距为15.875的10A链节表3-1 链节基本参数(长度单位:mm)链号节距排距滚子外径内链节内宽销轴直径内链节外宽外链节内宽销轴长度内链板高度外链板高度综合考虑，选用的双侧弯板链3.1.2 确定润滑方式查现代机械传动手册，按10A与链速为，确定为人工定期润滑3.1.3 电动机的选型由已知条件可知，链条运动速度为,载荷而链条平均速度：由于链节数我们最好选偶数,同时考虑磨损均匀,由链轮齿数应取与链节数互为质数的奇数,我们并优先:，根据我们可以看出，如果我们保持d不变的条件下，我们的z和p是反比例函数，所以我们在减少z的大小，就会发生这种情况:多边形效应的增大，导致我们的输送机的磨损增大，并且影响我们输送机的稳定性，使我们的输送机不能正常工作，所以我们在选取链轮的时候尽量取一个中间量，因此我们最终选取了z=25 的链轮。节距：计算链轮直径：计算可得 计算功率：； f1为工况系数 f2为齿数系数 查现代机械传动手册我了解到主动机械和从动机械都应该是平稳传动，则考虑到电机启动制动频繁，以及安全系数及转速，选用系列斜齿轮硬齿面减速机，其参数见表3-2表3-2 系列斜齿轮硬齿面减速机参数减速机型号输出转速r/min输出转矩Nm传动比i级数输入功率Kw重量Kg3.1.4 链条计算（1） 链长计算图3-1 链条中心距计算可得圆整为（2）中心距精确计算理论中心距：实际中心距：，因有垂度，一般，故查现代机械传动手册链条单位质量，与电机额定功率相比影响很小3.2 链轮方案设计链轮方案设计需要确定链轮的类型、链轮的结构型式、链轮参数和齿型。3.2.1 链轮类型的确定链轮和链条是搭配在一起使用的，我们不能将它们分开使用，通常我们使用它们的时候，我们一般先选择链条，然后根据链条在去选择链轮，再实际生活中它们组合在一起主要用来传动和输送等，它们是通过啮合来传动，我根据输送要求我们选用了滚子链，所以链轮的类型确定为滚子链链轮。3.2.2 结构型式的确定常用的链轮结构有四种:整体式、孔板式、焊接式、螺栓连接式，我们根据所需的要求最终选择了小直径的链轮，而且所学的知识我们了解到它的结构是一定的，所以我们选择了整体式的结构。3.2.3 齿型的确定通过查阅书籍，我选取了比较适合我们输送机的链轮，也是现在通用的三圆弧一直线的齿形如图3-2， 图3-2 三圆弧直线齿形 3.2.4 链轮基本参数表3-3 链轮基本参数名称代号计算公式分度圆直径齿顶圆直径分度圆直径齿根圆直径齿侧凸圆直径轮毂厚度轮毂长度轮毂直径齿宽3.3 张紧装置3.3.1 张紧装置的作用张紧装置的作用是：我们为了链条在快速传动的时候避免发生链条松动，导致链条传动发生啮合不良影响我们输送机的正常工作，这种情况会导致链条不停的抖动使输送不稳，所以我们在链传动中加入张紧装置。而且在实际生活中张紧装置确实有非常重要的作用，他可以保证机器能够运转，所以加入它是非常有作用的。3.3.2 张紧装置在使用中应满足的要求（1）我们为了保证机器的正常工作，为了防止出现链轮和链条之间有松动和脱离，我们就要设计链条传送的过程中在驱动链轮之间的分开的部分要有所需要的力来张紧，（2）当输送机在启动和停机时，链条在驱动链轮的分离点具有一定恒张力， （3）我们的输送机要必须能够正常工作，在链条没有支撑的地方链条会发生下垂，链条下垂度必须低于国家的标准规定值，国标规定链条下垂应该是托辊它们之间距离的百分之一，（4）它是为了补偿链条的塑性伸长，在输送机正常运转时导致链条松动，（5）在输送机正常工作的情况下，我们一定要减小它们之间出现的动力效应，否则我们的输送机会发生异常状况，比如会出现链条断裂，机器不能够工作等现象。 3.3.3 张紧装置布置时应遵循的原则链式输送机张紧装置的位置的合理布置，合理的布置张紧装置对于我们输送机都是影响极大的，为了保证我们的输送机能够正常工作，我们必需设计合理的张紧装置，通过了解，我们在安装的同时不仅要保证它的结构完美，还要考虑它的外观，另外我们的输送机要经常使用偶尔会发生一些故障，所以我们也要求张紧装置要便于安装和维护。（1） 小车重锤式张紧装置 ：小车重锤式张紧装置的特征很明显，它占地大，而我们设计的要求就是在小地方输送货物，它是用于大长度和大功率的传送，而我们的托盘运移锂电池装置不属于这个。（2）直式张紧装置：垂直式张紧装置和前一个差不多，它们都是用于长距离固定式，而我们的输送机是小范围的输送是通过输送线的高度差来减少空间的，而且它还有一个很大的缺陷就是它必须要有很大的空间去摆放，这于我们设计要求不符。（3）螺旋式张紧装置 （4）绳绞筒式张紧装置：利用钢绳缠绕在绞筒上，将链条张紧，一般绞筒都是经过蜗轮减速器来带动，根据本次设计的要求和我查阅资料我最终选用螺旋式张紧装置在此此次设计中，首先它的结构简单，其次它的张紧力我们可以通过人工调节所以很方便。3.4 齿轮传动设计计算3.4.1 选择齿轮材料及确定许用应力齿轮采用软齿面，小齿轮选用40MnB调质，齿面硬度为240-286HBS， Hlim1=700MPa，FE1=600MPa,大齿轮选用45钢，调质，齿面硬度为220HBS，Hlim2=600MPa, FE2=480MPa，查阅资料SH=1.0,SF=1.25,ZH=2.5,ZE=189.8H1= Hlim1/SH=700/1.0MPa=700MPaH2= Hlim2/SH=600/1.0MPa=600MPaFE1= FE1/ SF=600/1.25MPa=480MPaFE2= FE2/ SF=480/1.25MPa=360MPa3.4.2 按接触疲劳强度设计计算 齿轮按8级精度制造，取载荷系数K=1.2，齿宽系数d=0.8，小齿轮上的转矩为：T2=9.5510P/n2=9.55101.41/489.5=2.7510（1）、取齿数Z1=21，则Z2=3.202167，实际传动比i=67/21=3.19,传动比误差i-i0/I=(3.20-3.19)/3.20=0.3%2.5%,可用，齿数比u=i=3.19。由 d1= =36.79mm模数：m= d1/Z1=36.79/21=1.75mm，去第一系列模数m=2则齿轮的中心距a=2(21+67)/2=176mm取a=180mm，确定齿轮的分度圆直径：d1=mZ1=42mmd2=mZ2=134mm确定齿轮宽度：b=dd1=0.842=33.6mm取b2=35mm，b1=40mm（2）、取齿数Z3=12,则Z4=123.20=38.439，实际传动比：i=39/12=3.25,传动误差，i-i0/I=|3.20-3.25|/3.20=1.5%2.5%可用，齿数比：u=i=3.25由 d1=36.73mm模数：m= d1/Z1=36.73/12=3.06mm 取第一系列模数m=3则齿轮的传动中心距：a2=3(12+39)/2=76.5mm，取a2=80确定齿轮分度圆半径：d3=mZ3=312=36 mmd4=mZ4=339= 117mm确定齿轮宽度：b=dd1=0.836=28.8mm,取b4=30 mm， b3=35 mm(3)、齿轮弯曲强度校核齿轮按8级精度制造，取载荷系数K=1.2齿形系数：ZV1= Z1=21 ZV2= Z2=67 ZV3= Z3=12 ZV4= Z4=39齿形系数YFa和应力修正系数YSa查阅设计手册得：YFa1=2.83 ,YSa1=1.57;YFa2=2.26, YSa2=1.73; YFa3=3.65, YSa3=1.50; YFa4=2.46, YSa4=1.67.载荷系数K，由下表，取K=1.2表3-3 工况系数表工况空轻载起动重载起动每天工作小时数/h1616载荷变动最小液体搅拌机、通风机和鼓风机（）、离心式水泵和压缩机、轻载荷输送1.01.11.21.11.21.3载荷变动小带式输送机（不均匀负荷）、通风机（）、旋转式水泵机和压缩机（非离心式）、发电机，金属切削机床、印刷机、旋转筛、锯木机和木工机械1.11.21.31.21.31.4载荷变动较大制砖机、斗式提升机、往复式水泵和压缩机、起重机、磨粉机、冲剪机床、橡胶机械、振动筛、纺织机械、重载输送机1.21.31.41.41.51.6载荷变动很大破碎机（旋转式、鄂式等）、磨碎机（球磨、棒磨、管磨）1.31.41.51.51.61.8许用弯曲应力F,计算两组齿轮的许用弯曲应力:F1 =（2KT1/bd1m）YFa1YSa1=（21.22.7510/35422）2.831.57= 99.74MPa F1 =480MPaF2 =F1YFa2YSa2/YFa1YSa1= 99.742.261.73/2.831.57= 87.77MPa F2 =360MPaF3 =（2KT1/bd3m2）YFa3YSa3 =（21.22.7510/35363）3.651.50= 95.60MPa F1 =480MPaF4 =F3YFa4YSa4/YFa3YSa3=95.602.461.67/3.651.50=71.73MPa F2 =360MPa故轮齿齿根弯曲强度足够。（4）、计算齿轮的圆周速度VV=d1n1/（601000）=3.1442362.1/60000=0.8m/s经过上述分析，选8级制造精度最适合。第四章 斜面滑轨的设计4.1 斜面导轨的作用本设计斜面导轨采用滑动导轨，它的最大好处就是耐磨性好，工艺性好，成本低。工作过程中，运动件沿着承受导件作直线运动时，承受导件上的导轨起支承以及导向的作用，换言之，支承运动件与保证运动件在外力的作用下，保证其沿着已经设定的方向作直线运动。本设计自行车停放装置的第二层停放装置，电动机动力通过链传动将动力传递给斜面，斜面沿着导轨上升下降输送自行车。为了上升下降过程可以沿着斜面给定的指定方向，设计此导轨。4.2 基本设计要求本设计的导轨基本要求如下：（1）设计的导轨导向精度较高，导向精度是保证运动件可以沿着导轨运动的直线性，实际应用需求较高，如果直线性不好，就不能根据预定的轨迹运动，机构之间的摩擦力会增大，加快机构各部件的磨损。（2）相对运动作业过程中应该轻便平稳，作业时，一定要轻便省力，运动速度均匀象。（3）设计的导轨应该具有良好的耐磨性，由于本次设计的自行车停放装置需要长期使用，而且多为露天放置，其作业环境较差，在长期使用过后，还需要它能够保持一定的使用精度，使得设计的导轨装置在使用过程中，磨损量尽量小，最好是在导轨磨损后，其自身可以实现自动补偿。（4）设计的导轨应该具有足够的刚度，运动件经常会受到自行车停放的外力作用，其外力作用都是由导轨面承受的，所以导轨需要具备足够的接触刚度，可以用加大导轨面宽度的办法以及设置辅助导轨的办法，用来承受外载或增强其强度。（5）设计的导轨随温度变化对其的影响要尽量小，此装置多为室外使用，温度改变情况较多，而且温度变化的范围区间也较大，所以需要保证设计的导轨在工作温度发生变化的情况下，工作能力不发生变化或发生极小的变化，对其正常工作不产生影响。（6）设计的导轨结构工艺要好，满足其使用和加工条件外，应该尽量使导轨的结构简单紧凑，便于加工、装配和调整，容易实现大批量生产和标准化生产，降低其生产成本。4.3 斜面滑动导轨的结构设计4.3.1 导轨形式分析如图4-1为导轨的基本形式：图4-1 导轨基本形式三角形导轨：该导轨磨损后能自动补偿，故导向精度高。它的截面角度由载荷大小及导向要求而定，一般为90。为增加承载面积，减小比压，在导轨高度不变的条件下，采用较大的顶角（110120）；为进步导向性，采用较小的顶角（60）。假如导轨上所受的力，在两个方向上的分力相差很大，应采用不对称三角形，以使力的作用方向尽可能垂直于导轨面。矩形导轨：优点是结构简单，制造、检验和修理方便；导轨面较宽，承载力较大，刚度高，故应用广泛。但它的导向精度没有三角形导轨高；导轨间隙需用压板或镶条调整，且磨损后需重新调整。燕尾形导轨：燕尾形导轨的调整及夹紧较简便，用一根镶条可调节各面的间隙，且高度小，结构紧凑；但制造检验不方便，摩擦力较大，刚度较差。用于运动速度不高，受力不大，高度尺寸受限制的场合。圆形导轨：制造方便，外圆采用磨削，内孔珩磨可达精密的配合，但磨损后不能调整间隙。为防止转动，可在圆柱表面开键槽或加工出平面，但不能承受大的扭矩。宜用于承受轴向载荷的场合。4.3.2 常用导轨组合形式三角形和矩形组合：这种组合形式以三角导轨为导向面，导向精度较高，而平导轨的工艺性好，因此应用最广。这种组合有V-平组合、棱-平组合两种形式。V-平组合导轨易储存润滑油，低、高速都能采用；棱-平组合导轨不能储存润滑油，只用于低速移动。为使导轨移动轻便省力和两导轨磨损均匀，驱动元件应设在三角形导轨之下，或偏向三角形导轨。矩形和矩形组合：承载面和导向面分开，因而制造和调整简单。导向面的间隙用镶条调整，接触刚度低。双三角形导轨：由于采用对称结构，两条导轨磨损均匀，磨损后对称位置位置不变，故加工精度影响小。接触刚度好，导向精度高，但工艺性差，四个表面刮削或磨削也难以完全接触，假如运动部件热变形不同，也不能保证四个面同时接触，故不宜用在温度变化大的场合。考虑众多的因素，本设计采用三角形和矩形组合。4.3.3 间隙调整为保证导轨正常工作，导轨滑动表面之间应保持适当的间隙。间隙过小，会增加摩擦阻力；间隙过大，会降低导向精度。导轨的间隙如依靠刮研来保证，要废很大的劳动量，而且导轨经过长期使用后，会因磨损而增大间隙，需要及时调整，故导轨应有间隙调整装置。矩形导轨需要在垂直和水平两个方向上调整间隙。在垂直方向上，一般采用下压板调整它的低面间隙，其方法有：a）刮研或配磨下压板的结合面；b）用螺钉调整镶条位置；c）改变垫片的片数或厚度；在水平方向上，常用平镶条或斜镶条调整它的侧面间隙。圆形导轨的间隙不能调整。4.4 进步耐磨性措施导轨的使用寿命取决于导轨的结构、材料、制造质量、热处理方法，以及使用与维护。进步导轨的耐磨性，使其在较长的时间内保持一定的导向精度，就能延长设备的使用寿命。进步导轨耐磨性的措施有：选择公道的比压 单位面积上的压力成为比压，即p=P/S（pa/cm2）式中 P-作用在导轨上的力（pa）S-导轨的支承面积（cm2）由上式可知，要减小导轨的比压，应减轻运动部件的重量和增大导轨支承面的面积。减小两导轨面之间的中心距，可以减小外形尺寸和减轻运动部件的重量。但减小中心距受到结构尺寸的限制，同时中心距太小，将导致运动不稳定。降低导轨比压的另一办法，是采用卸荷装置，即在导轨载荷的相反方向，增加弹簧或液压作用力，以抵消导轨所承受的部分载荷。4.5 导轨材料选择目前常采用的导轨材料有以下几种：（1） 铸铁导轨与承导件或运动件铸成一体，其材料常用灰口铸铁。它具有本钱低，工艺性好，热稳定性高等优点。在润滑和防护良好的情况下，具有一定的耐磨性。常用的是HT200HT400，硬度以HB=180200较为合适。适当增加铸铁中含碳量和含磷量，减少含硅量，可进步导轨的耐磨性。若灰口铸铁不能满足耐磨性要求，可使用耐磨铸铁，如高磷铸铁，硬度为HB=180220，耐磨性能比灰口铸铁高一倍左右。若加进一定量的铜和钛，成为磷铜钛铸铁，其耐磨性比灰口铸铁高两倍左右。但高磷系铸铁的脆性和铸造应力较大，易产生裂纹，应采用适当的铸造工艺。此外，还可使用低合金铸铁及稀土铸铁。（2） 钢要求较高的或焊接机架上的导轨，常用淬火的合金钢制造。淬硬的钢导轨的耐磨性比普通灰铸铁高510倍。常用的有20Cr钢渗碳淬火和40Cr高频淬火。钢导轨镶接的方法有：螺钉连接，应使螺钉不受剪切；为避免导轨上有孔（孔内积存赃物而加速磨损），一般采用倒装螺钉。螺钉固紧后，将六角头磨平，使导轨上的螺钉孔和螺钉头之间没有间隙。用环氧树脂胶接，胶接面之间的间隙不超过0.25mm。胶粘导轨具有一定的胶接刚度和强度，尚有一定的抗冲击性能，工艺简单，本钱较低。（3） 塑料用聚四氟乙烯为基材，添加不同的填充剂作为导轨材料。它具有耐磨、抗振以及动、静摩擦系数低（0.04），可消除低速爬行现象，在实际应用中取得良好的效果。第5章 主要零部件的设计5.1 链轮轴的设计（1）按扭转强度初步估计轴的最小直径 考虑键槽对轴强度的影响，取轴的直径d=20mm.选用45号钢，正火硬度170-217HBS。（2）作出轴的计算简图（图5-1）。现求出轴上零件的载荷，把空间力分解成圆周力与径向力，并把它们全部转化在II轴上。分解水平、垂直力，校核II轴强度。（3）轴上载荷：跨距L=75mm ，可求齿轮所在剖面处的弯矩。a.圆周力Ft b.径向力 c.两个支撑的支反力：d. 经计算MH=413 NmmMV=862Nmm合成弯矩 考虑弯矩和转矩所产生的应力的循环特性不同而引入修正系数，查的18.4，可知 =0.59。 图5-1 轴的计算简图（4）主轴的校核核算轴上受最大弯矩处剖面强度 校核结果： 轴的许用弯曲应力（），已知转轴和传动轴=75MPa ，所以合格。（5）提高轴的强度的常用措施轴和轴上零件的结构、工艺以及轴上零件的安装布置等对轴的强度有很大的影响，所以应在这些方面进行充分考虑，以利提高轴的承载能力，减小轴的尺寸和机器的质量，降低制造成本。表面强化处理的方法有：表面高频淬火等热处理；表面渗碳、氧化、氮化等化学热处理；碾压、喷丸等强化处理。通过碾压、喷丸进行表面强化处理时，可使轴的表层产生预压应力，从而提高轴的抗疲劳能力。5.2 夹紧装置设计夹紧装置由夹紧弹簧和卡条两个部分组成，通过夹紧弹簧的弹性变形力作为夹紧力，实现对自行车轮胎的夹紧。5.2.1 夹紧弹簧根据其工作条件已经选择簧丝材料60Si2MnA。查询材料性能表，选择材料需用切应力=900MPa，G=80000MPa.弹簧指数影响着弹簧的加工工艺，当旋绕比过小时将给弹簧的制造带来困难。一般的选择范围是C=48,这里初选旋绕比C=8。曲率系数,，选择d=8mm。弹簧中径D2选择：D2=C*d=8*86.4mm，选D2=7mm 。弹簧圈数n选择 ：选择n=7圈。两端均选0.75圈支承圈，则弹簧总圈数为： n1=n+n2=7+1.5=8.5圈。5.2.2 卡条选用45钢，通过热处理，硬达到170-217HBS，可以满足实际应用需求。第6章 受力元件的有限元分析6.1 有限元分析的概念与方法6.1.1 基础概念有限元分析的基本内涵就是用简单的问题来代替一般很复杂的问题，再对问题进行求解。它的求解，就是把很多称为的小的子域看成，其中，我们把每一个和子域相互联系的单元叫做。那么我们首先可以假设一个比较简单的，然后根据这，就可以推导出来。我们所需要的一般会满足你所提出的条件，比如说，如何求和问题。一般说来，有限元的方法不仅可以提高你的，而且还可以适应各种形状很复杂的零件，这就使得成为一种析方法。6.1.2 有限元分析基本步骤做有限元解的基本步骤通常是:第一步:给你所提出的问题和解决这个问题的方案的域作出定义:再根据你所提出的问题来确定，。第二步:将你所需要求解的域:你所需要求解的域其实是类似于一个，这个离散域是由大小和形状都有限的的，组成，并且这些相互连接在一起，我们在传统意义上，将其称作为。而有限元法的核心技术之一就是。第三步:如何来确定和。在实际的运用过程中，一个比较可以经常使用，为，就通常将第四步:：，包括选择，然后用，从而形成、或柔度矩阵。为了，应该是好的。第五步:每个的形式为，表现出了的，必须满足。大部分会在其上，通过节点来建立和其可能的连续性。第六步:。采用和。结果是的结果是相似的。对于，将根据设计标准提供的允许值进行评估，并确定是否需要重复计算。简而言之，可分为和。是建立并。，很容易地。6.2的建模和数据转换。根