微型折叠式婴儿车设计

微型折叠式婴儿车设计目录第1章绪论 71.1折叠式婴儿车的现状及未来趋势 71.2折叠式婴儿车的主要用途 71.3各种折叠式婴儿车的特点 81.4国外研究现状 81.5国内研究现状 91.6研究方案 9第2章折叠式婴儿车结构材料介绍及选择 10第3章折叠式婴儿车结构主要零部件设计计算 113.1折叠式婴儿车结构支架断面设计方式 113.2整体支架强度的计算 123.3支架变形度计算 15第4章前轮结构的设计方法： 164.1前轮结构旋转装置 164.2前轮结构的设计 174.3前轮结构中央断面设计 17第5章折叠机构的设计： 195.1折叠机构 195.2最大歪斜侧向力 195.3前轮结构中央断面合成应力： 19第6章折叠式婴儿车结构装配图 20第7章车架机构的设计计算 217.1计算工作循环中的最大载荷 217.2轴的设计计算 217.2.1支架轴的设计计算 217.2.2轴的结构设计 227.2.3轴的强度计算 237.2.4主动支架轴的设计计算 247.3折叠结构及设计 24第8章折叠式婴儿车结构的组装要求及操作方式 268.1折叠式婴儿车结构的安装注意事项 268.2折叠式婴儿车结构的试验要求 27致谢 28参考文献 29摘要：本毕业设计是一个折叠式婴儿车结构的设计。首先，对折叠式婴儿车结构作了简单的概述；接着分析和折叠式婴儿车结构计算方法的选择原则；然后根据这些设计准则与计算基础的设计；然后检查支架装置的主要部件的选择。普通型折叠式婴儿车结构由六个主要部件组成：目前，折叠式婴儿车结构向长距离，高速度，低摩擦的方向发展，近年来，折叠式婴儿车结构就是其中的一个。在设计中，该折叠式婴儿车结构的研制与应用，目前我国与国外先进水平相比仍有较大差距，在过程中的国内设计和折叠式婴儿车结构的制造中存在着许多问题。折叠式婴儿车结构设计代表了设计的一般过程，对今后的设计工作的选择有一定的参考价值。关键词：折叠式婴儿车的结构；折叠装置；手推第1章绪论折叠式婴儿车结构技术水平的高低和质量的优劣，关系到工艺效果的好坏、生产效率的高低和能源节省的程度，从而直接影响企业的经济效益。而折叠式婴儿车结构以它结构简单、处理能力大、工作可靠等优点在所有折叠式婴儿车结构中占有绝对优势，其占有量约为95％。最近几年，各国对折叠式婴儿车结构分技术的研究很重视，如强化手推参数，机大型化，零部件的化，自同步技术的推广应用，新折叠式婴儿车结构的出现等都是围绕着折叠式婴儿车结构发展起来的。下面就折叠式婴儿车结构发展概况、品种规格、结构强度作一下阐述。1.1折叠式婴儿车的现状及未来趋势折叠式婴儿车自被发明于1795，经过两个世纪的发展，已广泛应用于行业。特别是第三次工业革命的新技术、新设备的应用带来的，折叠式婴儿车的发展，使折叠式婴儿车进入了一个新纪元。现在，从手推能力，手推距离，无论各方面，来衡量的经济效益，，成为各个国家和行业的发展。折叠式婴儿车是一种手推工具。其特点是承载支架的手推盘也是传递动力的手推。根据轴承的部分可分为平形，槽形，双槽，波纹挡边斗，波纹边袋，圆管形，和折叠式婴儿车圆管形折叠式婴儿车。高效的折叠式婴儿车，它与其他手推设备（如机车类）相比，不仅具有长距离，连续手推能力，大的优点，运行可靠，易于实现自动化，集中控制，尤其是高效率、高效手推，折叠式婴儿车已成为折叠式婴儿车高效开采机电一体化技术与装备的关键设备。目前，中国的共约1200000台折叠式婴儿车，手推机也向大批量，长距离，高速方向发展。1.2折叠式婴儿车的主要用途随着国内经济的快速发展以及人们生活水平的不断提高，婴儿车已演变成为婴儿成长过程中的必需品。每个孩子都是父母的心头肉，父母们都希望孩子能拥有一个健康舒适的成长环境。即从孩子出生那一刻起，便希望他能享受到舒适的环境，而这种环境的起始点便是婴儿车。现在的婴儿车虽然多种多样，但具有一定的局限性，因为这种婴儿车仅在行驶中起一定的作用，而在家时，人们一般使用折叠或婴儿床，那么婴儿车放在家里既占据空间，而且适用价值又不大，这就造成了资源的浪费。因此，我们设计了这种集方便性、操作简便性、舒适性等多功能于一体的折叠婴儿车。它的问世不仅可以增强婴儿在车内的舒适度，而且还可以营造有利于婴儿健康成长的环境。所以，我们所设计的婴儿车是符合时代背景的，是具有较高价值的实用设计。1.3各种折叠式婴儿车的特点目前市面上的婴儿车主要有A型和B型两种婴儿车，如图1.1、1.2所示，A型车适合于外出散步，B型车适合外出购物。而这些婴儿车都有一定的局限性，功能单一，给人们带来一定的不便。图1.1A型婴儿车图1.2B型婴儿车目前的婴儿车只能在行驶状态中起到作用，不能在静止中对即将入睡的婴儿体现其价值。并且目前的婴儿车睡篮大多数都较低，当行驶在马路时，婴儿很容易吸入汽车尾气，这有害于婴儿的健康。目前的婴儿车无上、下楼省力功能，在上、下楼时，人们负担较重。目前的婴儿车只有锁止功能无刹车功能。这对于正处下坡路的婴儿车而言，具有一定的危险性。1.4国外研究现状国外从17世纪开始折叠式婴儿车结构的研究与生产，在19世纪欧洲工业革命时期，折叠式婴儿车结构得到迅速发展，到本世纪，折叠式婴儿车结构发展到一个较高水平。较全，技术水平较高，美国公司生产200多种折叠式婴儿车结构，通用化程度较高，日本公司和海因勒曼公司都研制了双倾角的折叠式婴儿车结构。美国公司新研制FF型双频率手推，采用了不同速度的手推器。日本公司研制成三路分配器给料，一台高速电机驱动。日本东海株式会社和英国公司等合作研制了垂直料流手推，把旋转运动和旋回运动结合起来，对细料一次分级特别有效。前苏联研制了一种多用途兼有共支架和直线折叠式婴儿车结构优点的自同步直线折叠式婴儿车结构。1.5国内研究现状由于工业发展缓慢，基础比较薄弱，理论研究和技术水平落后，我国折叠式婴儿车结构的发展是本世纪近50年的事情，这期间，仿制了前苏联的I系列折叠式婴儿车结构、D型摇动手推；波兰的GD折叠式婴儿车结构、CE型摇动手推和GH型吊式直线折叠式婴儿车结构。这些折叠式婴儿车结构仿制成功，为我国折叠式婴儿车结构的发展奠定了坚实的基础，并培养了一批技术人员。1.6研究方案折叠式婴儿车采用手推式，前轮采用三轮可爬楼梯式结构，折叠方式采用脚踏连杆方式，前轮结构前动式结构紧凑，可以改善组成机构零部件的受力情况，零件数量相对较少，手推制造比较容易。第2章折叠式婴儿车结构材料介绍及选择2.1按品质分类(1)普通钢（P≤0.045%，S≤0.050%）(2)优质钢（P、S均≤0.035%）(3)高级优质钢（P≤0.035%，S≤0.030%）2.2按化学成份分类(1)碳素钢：a.低碳钢（C≤0.25%）；b.中碳钢（0.25≤C≤0.60%）；c.高碳钢（C≥0.60%）。(2)合金钢：a.低合金钢（合金元素总含量≤5%）b.中合金钢（合金元素总含量>5~10%）c.高合金钢（合金元素总含量>10%）。(3)灼烧可使钢中的碳变为二氧化碳挥发掉，灼烧后钢样品质量会减轻。但灼烧后质量会增多，原因：钢中的铁与氧结合生成四氧化三铁，且含炭少于铁2.3按成形方法分类(1)锻钢；(2)铸钢；(3)热轧钢；(4)冷拉钢。2.4按金相组织分类(1)退火状态的a.亚共析钢（铁素体+珠光体）b.共析钢（珠光体）c.过共析钢（珠光体+渗碳体）d.莱氏体钢（珠光体+渗碳体）。(2)正火状态的：a.珠光体钢；b.贝氏体钢；c.马氏体钢；d.奥氏体钢。(3)无相变或部分发生相变的2.5按用途分类(1)建筑及工程用钢：a.普通碳素结构钢；b.低合金结构钢；c.钢筋钢。(2)结构钢a.机械制造用钢：(a)调质结构钢；(b)表面硬化结构钢：包括渗碳钢、氨钢、表面淬火用钢；(c)易切结构钢；(d)冷塑性成形用钢：包括冷冲压用钢、冷镦用钢。b.弹簧钢c.轴承钢(3)工具钢：a.碳素工具钢；b.合金工具钢；c.高速工具钢。(4)特殊性能钢：a.不锈耐酸钢b.耐热钢包括抗氧化钢、热强钢、气阀钢c.电热合金钢；d.耐磨钢；e.低温用钢；f.电工用钢(5)专业用钢——如折叠式婴儿车结构支架用钢、船舶用钢、锅炉用钢、重力容器用钢、农机用钢等。综上所述，本次设计折叠式婴儿车结构选用结构钢。第3章折叠式婴儿车结构主要零部件设计计算3.1折叠式婴儿车结构支架断面设计方式①折叠式婴儿车结构支架断面面积F=0.5（l1-2*δ1）+2δ1*h1+2*δ2*l2+F1+δ*l3=0.5*（25+25+35）+48.541+25=116mm2②折叠式婴儿车结构支架断面水平形心轴x-x位置y1=式中：∑F1—折叠式婴儿车结构支架面的面积（mm2）.∑F1y1x-各部分面积对x-x轴的静矩之和（mm3）y1x-各部分面积形心至x-x轴的距离(mm)则：y1=〔0.5*（35-2*0.5*55.25+2*0.5*25*43+2*0.5*25.5*30+48.54*13+1*10.5*0.5〕÷116=30mmy2=56-30=26mm结果得：F=116mm2y1=30mmy2=26mm③折叠式婴儿车结构断面惯性矩Jx=ΣJxi+ΣFiy12(ΣJxi为对自身惯性矩）=(34*0.53)÷12+34*0.5*25.752+2*0.5*253÷12+2*0.5*25*17.752+[2*0.5*（cos47*25.5）3]÷12cos47°+2*0.5*25.5*8.252+48.54*17.752+(10.5*12)÷12+10.5*1*29.52=32336Jy=ΣJyi+ΣFiy12(ΣJyi为对自身惯性矩）=(0.5*343)÷12+2*25*0.53÷12+2*0.5*25*17.252+2*0.5*（sin47°*25.5）3÷12sin47°+2*0.5*25.5*8.52+1*10.53÷12=11634结果：Jx=32336Jy=116343.2整体支架强度的计算根据折叠式婴儿车结构的结构和特性，可不考虑支架的扭转力的惯性和折叠式婴儿车结构的水平面荷载水平是可以忽略不计。竖向荷载的弯曲应力引起的下法兰（由于负荷不大，用一般的条件，在地上能达到所要求的）：根据P54326-99计算：σx=单位：公斤÷厘米2式中：P=ψⅡQ+G车=2000*1.2+221*1.1=2643.1其中：F-折叠式婴儿车结构断面面积F=0.0126m2γ-材料比重，对钢板γ=7.85t／m2q′-材料横加筋板的重量所产生的均布载荷q′=7.5t／m②折叠式婴儿车结构铸钢下翼局部弯曲计算a、计算大压作用点位置i及系数ζi=a+c-e式中：i-大压作用点与支架表面的距离（mm）c-支架缘同铸钢翼缘边缘之间的间隙，取c=0.4mma==(11.6-0.54)÷2=5.53mme=0.164R（mm）对普型铸钢，翼缘表面斜度为.R-为折叠式婴儿车结构曲率半径，由机械手册31.84查得R=16.4mm则：e=0.164*16.4=2.36mm所以：i=5.53＋0.4-2.36=3.57ξ==3.57÷5.53=0.65结果：i=3.57ξ=0.65b、铸钢下翼缘局部曲应力计算：横向（在xy平面内），局部弯曲应力σ1由下式计算：σx=±式中：a1-翼缘结构形成系数，贴板补强时取：a1=0.9P支架—-折叠式婴儿车结构走支架最大大压（N）P支架=——起升载荷动载系数（=1.2）——额定机械重量——起升冲击系数（1~1.1）——折叠式婴儿车结构自身重量t0=t+δ其中：t-铸钢翼缘平均厚度t=1.30mmδ-补强板厚度δ=1mmt02=（1.30+1）2=2.302=5.29mm2所以：σ1=±(0.9*2.1*843÷5.29)=301.19N÷mm2结果：σ1=301N／mm21点纵向（在yz平面内）局部弯曲应力为σ2由下式计算：σ2=±式中：k2由得：k2=0.6所以：σ2=（0.9*0.6*8435.6=81N／mm2α′点纵向（yz平面内）局部弯曲应力为σ3，由下式计算：σ3=±式中：K3-局部弯曲系数，得：k3=0.9a2-翼缘结构形式系数，贴板补强时a2=1.5所以：σ3=±（1.5*0.9*843÷5.29）=215N／mm2c、折叠式婴儿车结构跨中断面当量应力计算1点当量应力为σ当===73.6N／mm2＜[σ]=180N／mm2αˊ点当量应力为α当αˊ，由下式计算：α当i=αx+α3==98N／mm2＜[σ]=180N／mm23.3支架变形度计算①垂直静钢度计算f=≤[f]=式中：f-折叠式婴儿车结构垂直静挠度（mm）P-静载荷（公斤）P=Q+G=200+21=221公斤L-跨度L=100厘米E-材料弹性衡量，对3号钢E=2.1*103*103公斤÷厘米2Jx-折叠式婴儿车结构断面垂直惯性矩（）Jx=32336[f]-许用垂直静挠度（mm），取[f]=厘米所以：f=221*10003÷(48*2.1*103*103*32336)=0.68mm[f]=1000÷700=1.43mmf＜[f]所以满足要求结果：②水平静刚度计算f水=≤[f水]=出自[]26-108式式中:f水-折叠式婴儿车结构支架水平静挠度（mm）P′-水平惯性力（公斤）P′==（2000+221）÷20=111.05公斤Jy-折叠式婴儿车结构断面水平惯性矩Jy=11634[f水]-许用水平静挠度，取[f水]=厘米[f水]=1000÷200=5mmf水=111.05*10003÷(48*2.1*103*103*11634)=0.1mmf水＜[f水] 满足要求注：系数的选取是按P惯=a平=(Q+G)÷9.8*0.5≈(Q+G)P惯-水平惯性力（公斤）g-重力加速度，取g=9.8m÷s2a平-折叠式婴儿车结构运行机构的加速度，当驱动支架为总数的½时，取a平=0.5m÷s2注均自[Ⅰ]P12表6-8得③动刚度计算在垂直方向的自振周期：T=2π≤[T]＝0.3s式中：T-自振周期（秒）M-折叠式婴儿车结构和折叠式婴儿车结构的换重量M=(0.5qlk+G)其中：g-重力加速度g=980mm÷s2L-跨度L=1000mmq-折叠式婴儿车结构均布载荷q=0.99N÷mmG-机体的重量G=221N所以：M=(0.5*0.99*1000＋221)=0.73N·s2／mm则：T=2*3.16=0.04sT=0.04s＜[T]=0.3s第4章前轮结构的设计方法：4.1前轮结构旋转装置前轮结构旋转装置主要由辊轮，连杆组成。如图4.1所示。其工作原理是由折叠机构产生的机械能通过连接支架，传递到旋转主轴上，使前轮结构实现旋转。4.2前轮结构的设计为减少折叠式婴儿车结构运行中的歪斜和支架同轨道的摩擦阻力，折叠式婴儿车结构的前轮结构K和跨度S要满足一定比例关系，对于本次设计而言比例关系为。=～即k=(～)L=(～)*10=1.42～2.0m取k=2.0m4.3前轮结构中央断面设计①断面总面积参数见中央断面图，则：F=2*30*0.5+2*21*0.5+28.5*1=79.5mm②形心位置(相对于z′-z′)则：y1=(2*30*0.5+21*0.5*29.75+21*0.5*1.25+28.5*1*15.75)÷79.5=15.3mm所以：y2=30-15.3=16.7mm(相对于y′-y′)则：z1=(30*0.5*22.75+30*0.5*1.25+28.5*1*0.5+2*21*0.5*12)÷79.5=7.9mm所以：z2=26-z1=18.1mm③断面惯性矩Jx=2*1÷12*0.5*303+2*30*0.5*0.32+1÷12*1*28.53+1÷123*21*0.53+21*0.5*16.452+1÷12*21*0.53+1÷12*21*0.53+21*0.5*16.052=8410Jy=2*1÷12*0.5*213+2*21*0.5*4.12+1÷12*30*0.53+30*0.5*16.852+1÷12*30*0.53+35*6.652*0.5+1÷12*28.5*13+28.5*7.42=6650以上的计算公式均出自[]P166平行移动轴公式：Iz1=Iz+a2AIz=④断面模数Wx=Jx÷y1=8410÷15.3=550mm3Wy=Jy÷Z2=6650÷16.7=452mm3第5章折叠机构的设计：5.1折叠机构5.2最大歪斜侧向力折叠机构运行时，由于各种原因会出现跑偏、歪斜现象。此时，折叠机构与轨道侧面的接触，并产生运行方向垂直的侧向力s.当载荷移到左端极限位置时，操纵室操纵时最大大压为ND=1631.5N，并认为NA≈ND,这时的最大歪斜侧向力为：SD=λ·N式中：N-最大大压,N=1631.5公斤λ-测压系数对于前轮结构K同跨度1的比例关系在=~之间，可取≈0.1所以SD=0.11631.5=163.15N当载荷移动到右端极限位置时最大大压NA=NB=653.3N，并认为NC≈NB这时的最大歪斜侧向力为：SB=0.1653.3=65.33N5.3前轮结构中央断面合成应力：最大侧向力考虑当载荷向右移动到极限位置时最大侧向力在B支架上即有SB=65.33N；=+=+上式中：K——前轮结构(k=200mm)WX和WY——断面模数（WX=550mm3和WY=452mm3）〔σ〕——许用应力，由于前轮结构受理复杂，一般只计算垂直载荷和歪斜侧向力，所以许用应力3号钢取〔σ〕≤1600N／mm2σ=653.3*200÷2*550+65.33*200÷2*452=362.3N÷mm2所以σ＜[σ]=1600N÷mm2。所以经过校核是安全的。第6章折叠式婴儿车结构装配图第7章车架机构的设计计算7.1计算工作循环中的最大载荷A.对车架机构进行受力分析,见图4-1可得如下方程：（5-2）（5-3）式中：——车架机构的推力，也就是车架机构的最大载荷——车架机构的安装角度——手推的物体在挖掘臂四壁产生的摩擦阻力——车架机构板上方物体对车架机构板的作用力——为的旋转角度——车架机构板机构的重力——物体重量和车架机构板机构重量在底板上产生的摩擦力，——为导轨对车架机构板机构的法向作用力由5-2式得，（5-4）B.车架机构机构的重量计算底部钢管：7.2轴的设计计算7.2.1支架轴的设计计算1.输出轴的功率、转速和转矩由上述计算可知=0.442=124.1于是2.作用在支架上的力已知支架轴的分度圆直径为而圆周力径向力3.初步确定轴的最小直径轴的材料为40Cr，调质处理。初步估算轴的最小直径。（式15-2）【5】取则轴的最小直径显然是安装从动支架处轴的直径。此轴上有一键槽，应适当增大轴径：单键增大5%。取为了使所选的轴与支架孔径相适应，同时，支架轴孔的直径是，故取；又由于支架支架毂齿合面为，故该轴尺寸；7.2.2轴的结构设计1）拟定轴上零件的装配方案选用装配方案：螺母、轴端挡圈、支架、轴承端盖、右端轴承、、右端套筒、支架轴、左端套筒、轴承、轴承端盖依次从轴的左端向右安装。2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和齿合面（1）为了满足从动支架的轴向定位要求，轴段右端需制出一轴肩，轴肩高度，故取段的直径；齿合面可参考安装尺寸取（2）初步选取滚动轴承。因轴承受到径向力较大，故选用单列向心球轴承。参照工作要求并根据，由轴承产品目录中初步选取单列向心球轴承6207，其尺寸为，故、；而。轴端滚动轴承采用轴肩进行轴向定位。根据轴承的安装尺寸，。其余尺寸可根据其他相关零件而确定，即，7.2.3轴的强度计算按弯扭合成强度条件校核计算通过轴的结构设计，轴的主要结构尺寸、轴上零件的位置、以及外载荷和支反力的作用位置均已确定许用应力值用插入法由表16.3【4】查得，应力校正系数表6支架轴受载计算结果载荷垂直面V水平面H支反力弯矩总弯矩扭矩6）.由于支架为K式直支架，按弯扭合成应力校核的强度故安全。7.2.4主动支架轴的设计计算由从动支架的结构尺寸可知轴的直径为，其齿合面可参考装配尺寸确定。此轴所受载荷较小（可忽略），可不进行强度校核计算。使用系数：由12-9=1.5动载荷系数:由12.9=1.15齿间载荷分配系数：由图12.10，先求.由此可得KHα=1Zε2=1.257.3折叠结构及设计折叠轴的设计因材料为Q235A钢，其密度，与的直径D=320mm.若取每级支架折叠的效率（包括轴承效率在内）=0.97，则则轴的角转速（2）轴的最小直径的确定式中选取轴的材料为45钢，调质处理，选取=112