“8”字形变桩距无碳转向机构设计毕业设计正文.doc
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1、(此文档为word格式,下载后您可任意编辑修改!)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 姓 名 指导教师 评 阅 人 2015年6月 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
2、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
3、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
4、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
5、 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 mechani
6、cal 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 move
7、ment. 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 circula
8、r 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 d
9、esignKey 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
10、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
11、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,
12、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
13、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
14、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
15、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。
16、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
17、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
18、.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
19、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
20、.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
21、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
22、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
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