大作业最终王红梅(共33页)

1、机械创新设计课程设计机械(jxi)创新设计课程作业题 目：自带遮阳(zhyng)遮雨板公交车院 （部）：机电(jdin)工程学院专 业： 机械工程及自动化班 级： 机械123姓 名： 王红梅 王盼盼 夏金玉 指导教师： 马爱梅完成日期： 2015年5月31日 III摘 要 安全性和整体性是汽车遮阳板设计的主要原则，根据整车的定位选择遮阳板的规格样式和基本结构形式。然后在人机工程学的基础上，综合(zngh)考虑顶杆前横梁、顶棚和内视镜的制约因素，进行空间布置和遮阳板外形轮廓的设计，最后参考同类车型完成具体的结构设计。此设计解决了乘客在站牌等车时，公交车停车后，乘客在上下车时不会被雨淋到，也不会被

2、阳光晒到，同时也考虑乘客的便捷性与安全问题。关键词：人机工程学；安全性；遮阳(zhyng)遮雨板ABSTRACTThe safety and integrity is the main principle of automotive sunvisors design.According to the vehicles location choice of the specifications of the visor style and basic structure forms.Then on the basis of ergonomics, before considering plung

3、er beams, ceiling and endoscopic constraints, space layout and overshadow the outline design, finally complete concrete structure design reference for the similar models.This design solves the passengers at the bus stop waiting for the bus, the bus parking, passengers will not be rain to when boardi

4、ng, nor to exposed to the sun.As well as consideration of the passengers convenience and security.Keywords: ergonomics; safety; Sun block rain plate 1前 言1.1自带遮阳遮雨板公交(n jio)的背景及意义 随着人口的增多，许多人上下班选择坐公交车，在上车的过程中有时候会显得很拥挤，会耽误很长时间，如果是天气不热的晴天还好说，人们可以耽误一点时间慢慢的上车，但如果是雨天或者是炎热的夏天就显得很郁闷了，被雨淋到了就会使人的心情显示很糟糕，因为在上车

5、的时候人们必须把遮阳伞或者遮雨伞收起来，这样如果是立马上车还行，如果上车的秩序很乱，这时候就可能被淋到，有的在收伞的过程会很慢，想多打一会伞，可能在拥挤的过程中刮伤别人，所谓忙中出差错，很可能就会发生交通事故，或者在人挤人的过程中发生口角或者打架现象，这时候有个遮阳板（遮雨板）就显得尤为重要，有了它可以帮助(bngzh)我们遮住阳光和雨水，可以再车来的时候就把伞给关了，然后有序的上车，所以自带遮阳遮雨板公交就显得尤为重要。1.2自带遮阳遮雨板公交所能达到的应用(yngyng)范围及技术要求 自带遮阳遮雨板公交可以应用到城市的各个角落，只要有公交车的地方都可以使用，简单方便，在雨天或者晴天阳光很

6、炙热的时候都可以使用，每次停车的时候都会自动开启遮阳遮雨模式，遮雨板都会自动的打开，将阳光或者雨水遮挡在外边，来帮助人们。 设计这个“挡雨板”日寸，充分考虑到其实用性、可操作性和简捷便利。该作品，主要是通过轿车窗玻璃可上下随意运动的原理，把它移植到公共汽车上，把竖向运动改为横向运动。具体做法是：在公共汽车车门的上端设置一可自动伸缩的挡雨板。把两块合金材料做挡雨板装在车顶的夹层里（车顶的外顶端或车顶的内层），把一个 滚珠丝杠安装在马达上，滚珠丝杠链接与遮雨板固定的螺母，螺母和遮雨板连接，连着一块“挡雨板”，遮雨板下面有导轨，当滚珠丝杠工作时，便会使“挡雨板”在导轨上滑动，实现前后运动，自动挡雨板

7、的伸缩结构可以实现与车门连动，也可以单独控制挡雨板的伸出长度，以适合实际需要（实际使用时，可采用液压、气动或自动控制结构），在不下雨的时候，司机可按正常操作，不影响正常行驶。 公共汽车有了这个可自动伸缩的挡雨板后，在下雨天，乘客(chngk)在汽车靠站时，就可以走到挡雨板下先收好雨伞或脱下雨衣，再从从容容地上车；同样，下车后，也可以在挡雨板下，先穿好雨衣、撑开雨伞再离去，切实解决雨淋之苦。 这个发明作品，还可作遮阳之用，其结构简单，内藏隐蔽，成本(chngbn)不高，实用效果明显，一旦推广使用，对社会公共事业服务的档次将是一个很大的提高。1.3公交车在国内（外）发展概况(gikung)及存在的

8、问题 随着城市社会经济的快速发展，我国大城市交通拥堵日益紧张，随之而来的诸如交通拥挤、交通事故和环境污染等一系列的交通问题也摆在我们面前，最主要的原因就是私有车辆的迅猛增加，因此，发展公共交通迫在眉睫。公交车在人们日常生活中的地位越来越重要，作为重要的城市交通系统，承担了城市80%以上客运量；但与此同时，其所带来的诸如交通拥堵、大气污染等问题也不容忽视。城市公共交通与人民群众的生活息息相关，是城市交通的主力军，是普通百姓的主要出行工具，是政府为群众提供的重要公共服务之一。 我国到目前为止，制定了一系列政策以及城市交通发展战略，但是由于道路通行条件、管理水平、财政体制和运行机制等方面的制约，城市

9、公共交通依然存在不少问题目前国内公交发展的形势不容乐观。“公交优先”发展过程中还存在不少问题，上下班高峰期等车难、乘车难尤为突出；公交专用道路进展缓慢，路权优先难以保证；公交基础设施不足，路线设置不够科学，公交网络不够发达；乘车条件差，服务水平偏低。由此可见“公交优先”在城市发展过程中还有很大的进步空间，应采取相应的措施，以满足人们对公共交通的要求。1.4本设计(shj)的指导思想每次做公交车时，人特别多，特别挤，特别是下雨天或者有太阳 ，下雨时打着伞上车不方便，不打伞的话雨水就会淋到身上，特别是手里拿的东西很多的时候，此时拿伞更是不方便，这时就希望公交快来，并且能快点进到车里，如果(rgu)

10、车上安装了这种遮阳遮雨板，车来的时候人们就不用这么不方便了，拥挤的时候拿伞也不方便，不安全，有太阳的时候人们是最讨厌等车的，如果看到了这种设备，人们的心情也会变的特别开心，这个设计为人们带来了快乐和方便。1.5阐述本设计应解决(jiju)的主要问题自带遮阳遮雨板在运行的过程中存在很多问题，需要仔细研究，比如遮阳板的开始运行的时间，还有运行的时间的长短，是在公交车开始停就开始将遮雨板打开还是在将要到站的时候就将遮雨板打开，另外还有就是打开的时间长短，如果时间长了，可能就会发生人都已经坐上车了，遮雨板还没打开，这样就会失去遮雨板的应有的意义，另外还有面临着密封性的问题，遮阳效果的问题，遮阳板的尺寸

11、，太大将会浪费资源，甚至会和车边的建筑物相互发生碰撞太小又会显得失去效果，还有遮雨板的角度问题，是水平的还是有一定斜度，这将影响遮雨板的整体效果，导轨的密封性，短时间还可以，如果长时间是不是会发生不能运行的情况呢，都得进行试验和长时间的考察才能得出结论。自带遮阳遮雨板公交主要解决公交车在到站停车的时候帮助人们遮阳遮雨，给人们带来方便，解决了市民在上车时可能应为恶劣天气而发生拥挤的情形，和下雨天可能因为打伞而发生刮伤的问题，自带这样遮雨板公交在每一站停车的时候都会将遮阳板打开，遮阳板打开后将会帮助市民遮雨遮阳，维护交通秩序，改善社会面貌有着很重要的意义，值得去发展和推广。2方案论证2.1方案一：

12、 伸缩式图2-1行驶过程(guchng)中遮阳遮雨板伸缩前图2-2停车(tng ch)时遮阳遮雨板伸出后2.1.1运动(yndng)过程 公交车行驶过程中，遮阳遮雨板是收缩在车顶上的，以防在行驶过程中会碰到公路上的树，将这种设备碰坏，给公交车带来阻碍，这种遮阳板有电机带动，电机带动齿轮转动，再是导轨滑动，遮阳遮雨板从导轨上伸出来，此时公交车到了站牌处，在等车的乘客就可以在没有淋到和晒到的情况下上车，同时到站的乘客从后门下车，既方便又快捷，这样在上下车时就不用怕被雨淋到或者被阳光晒到而在上下车时大伞，更具有安全性。2.1.2特点(tdin)及可行性最主要的是安全，在行驶过程中不会与树或者其他车发

13、生碰撞，对车和人都安全，不用担心拿伞会碰到其他人，其次是方便，人们在下雨或者有太阳的时候不用在挤公交时大伞，把伞收起来就可以了，可以放心的等车了。此设备由电机(dinj)、导轨、齿轮遮阳板，底座组成。机构复杂程度适中，在所有的机械传动中，齿轮传动应用最广，可用来传递相对位置不 齿轮传动远的两轴之间的运动和动力。齿轮传动的特点是：齿轮传动平稳，传动比精确，工作可靠、效率高、寿命长，使用的功率、速度和尺寸范围大。2.2方案(fng n)二图2-3停车时遮阳伞打开图2-4停车(tng ch)时遮阳伞打开2.2.1组成(z chn) 整体主要由公交车、电机、滚珠(gnzh)丝杠、能折合的遮阳伞主成。2

14、.2.2运动过程停车时，随着车门的打开的同时，电机快速运行，带动丝杠运转，丝杠上有螺母，螺母与遮阳伞的弹簧连接，螺母在上升的过程中，会使弹簧推动遮阳布展开。行使遮阳遮雨功能，在车门关闭的时候，电机反转会带动螺母下降，从而使弹簧拉着遮阳布下降运动停止。2.2.3特点可行性 采用组合的创新方法，将遮阳伞与公交车进行组合，优点是运动简单，就是简单的组装，没有新型的样式。很容易理解，折合也简单，将伞的功能充分的发挥出来了，很具有遮阳遮雨的效果，动作迅速，可好，密封性好，但也存在很大的不足，不如伞竖立在公交车上不具有可靠性，安全系数不高，由于伞柄的高度太高会使得公交车在运行的过程中会遇到很多的障碍物，很

15、容易发生危险，应该加上将伞平放的装置，但这样会使难度增加，应为再为伞放平的过程中，会使得电机会随着伞柄转动，这样就会失去稳定性的效果。因此综合考虑可行性不高，因此这种方案并不是最佳方案。2.3方案(fng n)三图2-5行驶过程(guchng)中遮阳遮雨板收起图2-6停车(tng ch)时遮阳遮雨板弹起2.3.1运动过程 把遮阳遮雨板安装在车门的外侧，主要作用是遮阳和遮雨，其他作用时可以在遮阳遮雨板上打印上广告，车门关上时，遮阳遮雨板也收起，先关门，再把遮阳遮雨板收起来，车在行驶过程中，和第一种差不多，都碰不到路边的树和其他公交车，也是相对安全的，到站点时遮阳遮雨板被弹起，然后乘客在前门和后门

16、分别上下车。弹起时司机按按钮，有电机带动，使门上装的支撑杆拉开，把遮阳遮雨板支起来。2.3.2特点(tdin)及可行性结构(jigu)比较简单，用材比较少，成本比较低，只是安全性不如第一种，支撑杆弹起的时候可能会碰到人，或者公交站牌，运用了四连杆机构，巧妙地将遮阳遮雨板撑起来，此设备的另一个功能是可以打广告，又为商人增添了利益，给人们带来更多的信息，使人们开阔眼界。但是精确程度和可靠性方面不如第一种。2.4方案(fng n)四图2-7运动简图图2-8运动简图2.4.1组成(z chn) 整体(zhngt)主要由公交车、电机、滚珠丝杠、遮阳伞布主成。 2.4.2运动(yndng)过程 公交车停止

17、时，电机运行，带动丝杠运转，丝杠的运动及弹簧的拉力使得遮阳布下降，从而起到遮阳遮雨的目的，当公交车开始运行时，电机反向运动，带动丝杠转动，使得遮阳布又上升。 2.4.3特点及可行性 该种方案充分的利用了滚珠丝杠的特点，可以实现正反转的运行，并且滑动效果好，结构稳定，可靠，安全性高，精准度高，可以根据电机和滚珠丝杠的特点设计时间参数，会使得时间参数误差的变化范围小，很容易掌控遮阳伞的可行高度，效果很好，并且根据雨水的大小和光照的强度来控制电机的运行时间，从而来控制遮阳伞的下降高度，实现这样遮雨的功能，具有人性化的一面。2.5方案五 当公交车停靠站台时遮阳板跟随车门的开启而展开，可以给人们遮挡太阳

18、或雨天挡雨。图2-8停车时遮阳遮雨板展开图2-9停车(tng ch)时遮阳遮雨板收起2.5.1组成(z chn) 公交车，电机(dinj)，卷帘2.5.2运动过程 遮阳遮雨板的材料为弹簧钢，即可卷起也可展开。当公交车停靠站台时，随着车门的打开的同时，电机快速运行，带动弹簧钢卷帘展，开可以给人们遮挡太阳或雨天挡雨。当车门关闭时电机反转弹簧钢收回程卷起状态，既不影响窗外的视线，也不会担心公交车在行驶过程中遇到障碍物妨碍行驶。2.5.3特点及可行性 弹簧钢卷起和展开比较方便，行驶过程中比较节省空间，利用弹簧钢的弹性和韧性，可减少机构的数量使结构变得简单使用这种材料体现了创新性。但由于弹簧钢材料易形成

19、硅酸盐等夹杂物，增加脱碳敏感性，中碳和硅的含量均较高时，碳易于石墨化；且弹簧钢表面易划伤需要经常修补或者更换，因此经济性比较差。2.6最终(zu zhn)方案的确定 综合方案一至方案五，根据使用要求对各方案的工作原理、结构、运动方式、力和能量的传递方式、各个零件的材料和形状尺寸、润滑方法，相对位置等进行构思、分析和计算，以及标准化、可靠性、工艺性、优化等方面(fngmin)进行分析，最终选定方案一为最优方案。3原理(yunl)方案设计3.1驱动方式的选择3.1.1电动机必须实现电机的正反转，小功率的电动机经比较选择42步进电机。电机参数： 步距精度5% 温升 80 Max 环境温度-20+50

20、 绝缘电阻100M Min 技术数据(Specifications)型 号 步距角 电机长度(mm)保持转矩(Nm)额定电流(A)相电阻()相电感(mH) 转子惯量(g.cm2)电机重量(kg)2HB42-331.8330.160.954.22.5380.22HB42-38380.261.23.33.2540.282HB42-47470.3171.23.32.8680.353.1.2滚珠(gnzh)丝杠的设计 确定(qudng)滚珠丝杠副的导程因电机(dinj)与丝杠直联，2)确定当量载荷可求得：3)确定当量转速4）预期额定动载荷 = 1 * GB3 按预期工作时间估算。按表3-24查得：轻微

21、冲击取按表3-22查得：精度等级1-3取按表3-23查得：可靠性97%取已知得： = 2 * GB3 拟采用预紧滚珠丝杠，按最大负载计算，按表3-25查得：中预载取：，代入得 取以上两种结果的最大值 5)确定允许的最小螺纹小径估算丝杠允许的最大轴向变形量。已知：重复定位精度，定位精度重复定位精度定位精度取两种结果(ji gu)的最小值估算( sun)最小螺纹底径 丝杠要求预拉伸，取两端固定(gdng)的支承形式已知：行程为，有6）确定滚珠丝杠副的规格代号（1）选内循环浮动式法兰，直筒双螺母型垫片预形式（2） 由计算出的在样本中取相应规格的滚珠丝杠副FFZD4010-3其相应的参7)确定滚珠丝杠

22、副预紧力8）行程补偿值与与拉伸力9)预拉伸力10)确定滚珠丝杠副支承用的轴承代号、规格本滚珠丝杠副采用两端固定的支承形式，选背靠背60度角接触推力轴承，经计算选7602030TVP轴承。其主要参数为：11)验算系统刚度则得12)验算(yn sun)滚珠丝杠压杆稳定性13)验算临界(ln ji)转速 16)验算(yn sun)丝杠轴拉压强度3.2.功能分解图3-1功能图3.3功能原理分析 遮阳板的展开与收起与家用窗帘收卷或者卷拉门有些类似，但是遮阳遮雨板的驱动装置 需要更好的性能。 自动遮阳遮雨板可用伸缩式、弹起式、卷帘式、滑动式来实现暂停和加速，以实现遮阳遮雨的功能。3.4功能分解 3.4.1

23、功能树3.4.2形态学矩阵(j zhn)图3-2矩阵(j zhn)综合表方案(fng n)组合可能组合的方案数N为 N=6 x 5 x 2 x 3=180 3.5原理方案评选 考虑公交车需要经常停车、启动，遮阳遮雨板需要经常弹出和收回，因此选定以下三种方案方案1电动机齿轮传动（B1）轨道（C1）塑料方案2电动机蜗杆传动（B2）轨道（C1）塑料方案3电动机滚轴丝杠（B5）轨道（C1）塑料3.6评价目标 对一个产品或技术方案进行科学的评价，首先应确定其评价目标以作为评价的依据，然后再对评价目标给予定性或定量的评价。在总评价目标的分解和各个分目录评价价值的组合过程中，仍然采用系统工程分析方法。下表是

24、自带遮阳遮雨板公交的评价目标。性能参数 传动比，单位重量输出矩阵，效率加工工艺性工艺性，装配合理性，零件加工精度，标准件比例，系列运行参数寿命，运行可靠度，可维护性经济性制造成本，运行成本社会性噪声，震动，伸展性能，外观造型，耐用度，经济性 经过评价(pngji)目标的综合分析，得出第三种方案最合理，最经济，耐用性好，装配合理，运行共可靠，因此选定第一种方案为最终方案。图3-3自带遮阳遮雨板公交车原理(yunl)方案图3.7设计方案论证(lnzhng)3.7.1设计原理 汽车到站后停止车，电机启动，带动传动装置，使传动装置之间相互运动，遮阳遮雨板伸出和缩回，起到遮阳遮雨的作用。3.7.2方案选

25、择方案1电动机齿轮传动（B1）轨道（C1）塑料采用电动机作动力来带动齿轮，齿轮与齿轮啮合，此设备由电机、导轨、齿轮遮阳板，底座组成。机构复杂程度适中，在所有的机械传动中，齿轮传动应用最广，可用来传递相对位置不 齿轮传动远的两轴之间的运动和动力。齿轮传动的特点是：齿轮传动平稳，传动比精确，工作可靠、效率高、寿命长，使用的功率、速度和尺寸范围大。方案2电动机蜗杆传动（B2）轨道（C1）塑料 电动机带动，蜗轮蜗杆传动，导轨带动遮阳板运动。此方案中独特之处是用了蜗杆传动，蜗轮蜗杆传动的特点是传动比要比齿轮大，结构非常紧凑 ，传动也很平稳，无噪音，但是发热量大，齿面容易磨损，而且成本高。蜗杆传动效率低，

26、一般认为蜗杆传动效率比齿轮传动低，应用不是特别广泛。方案(fng n)3电动机滚轴丝杠（B5）轨道(gudo)（C1）塑料(slio) 第三种方案也是电机作动力，不同的是选用了滚轴丝杠这一构件，滚轴丝杠省动力，驱动力矩仅为滑动丝杠副的1/3，具有较高的运动效率，可以更加省电。高精度的保证，滚珠丝杠副都是由高水平的机械 HYPERLINK /z/a/index_57_1.html t _blank 设备连贯生产出来的，制作精度更高。微进给可能，滚珠丝杠副由于是利用滚珠运动，所以启动力矩极小，不会出现滑动运动那样的爬行现象，能保证实现精确的微进给。高速进给，滚珠丝杠副由于运动效率高、发热小，所以可

27、实现高速进给(运动)。但是成本太高，对于公交车而言，不适用，对于精度要求比较的机床可以用。进给速度太快，遮阳板要求慢进给。 综上所述：方案一采用齿轮传动，应用广泛，效率高，传动平稳，传动比精确，工作可靠，寿命长，成本低。方案二采用蜗轮蜗杆传动，应用不广泛，传动平稳，结构紧凑，但是齿面发热量大，容易磨损，传动比低，成本高。方案三精度高，效率高，进给速度太快，成本太高，经比较选用方案一。采用组合创新法将齿轮丝杠导轨结合起来，提高了实用性和安全性，为乘客带来更多的方便。4机构(jgu)设计4.1机构(jgu)一图3-4滚珠(gnzh)丝杠传动4.2机构二图3-4遮阳板运动过程运动说明：随着摇杆的逆时

28、针转动，带动连杆的运动，从而带动滑块(遮阳板）的左右移动，从而实现运动目标。4.3机构(jgu)三图3-5双滑块机构(jgu)运动说明：最下角为动力机构，随着摇杆的转动，从而(cng r)推动滑块的移动。4.4机构四图3-6滑块往复运动运动说明：最下角为动力机构，随着摇杆的转动，从而推动滑块的移动。5 结构设计5.1主要(zhyo)零件三维图 图5-1齿 轮 图5-2齿 轮 图5-3导 轨 图5-5 电 机 图5-4固定(gdng)垫 图5-6 螺栓(lushun) 图5-8螺 母 图5-8 公 交 车 图5-9上 盖 图5-11丝 杠 图5-10 轴 承 图5-12轴 承 座5.2装配图三维图 5.2.1遮阳(zhyng)遮雨板未伸出时图5-13电动机未启动(qdng)。5.2.2遮阳(zhyng)遮雨板伸出过程图5-13电动机启动(qdng)。电动机启动，带动齿轮转动，齿轮带动丝杠，遮阳遮雨板在导轨上来回(lihu)运动。5.2.3遮阳(zhyng)遮雨板完全伸出后图5-14电动机停止等待乘客上车下车，电机停止转动，乘客上下车后，电机重新启动，遮阳遮雨板在导轨上返回运动。5.2.4公交车的整