無碳小車設計方案.doc

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無碳小車的運動原理： 如圖所示，重物的牽引帶動A輪的轉動，A輪的轉動帶動B輪，再根據(jù)B、D之間的齒輪粘合帶動C1，C2和E齒輪的轉動，E輪帶動F輪的轉動，從而使G桿左右運動的同時，前后運動，桿的偏轉，使得H輪偏轉，根據(jù)C1，C2輪和H輪的合運動，小車就可以按照要求一邊行走一邊轉彎。 梯形原動輪 1.在起始時原動輪的轉動半徑較大，起動轉矩大，有利起動。 2.起動后，原動輪半徑變小，轉速提高，轉矩變小，和阻力平衡后小車勻速運動。 3.當物塊距小車很近時，原動輪的半徑再次變小，繩子的拉力不足以使原動輪勻速轉動，但是由于物塊的慣性，仍會減速下降， 原動輪的半徑變小，總轉速比提高，小車緩慢減速，直到停止，物塊停止下落，正好接觸小車。 2.2.2 小車各個尺寸設計的推導： 根據(jù)題目中賽道寬度2m，以及每間隔1m，放置一個直徑20mm、高200mm的彈性障礙圓棒，以及賽道的大致行走路線（如圖），我組擬定一些實際尺寸的大小以及推導 圖五： 無碳小車在重力勢能作用下自動行走示意圖 考慮到要使小車的運動軌跡盡可能沿直線運動,繞過的障礙物越多,但又得考慮要使小車不碰到障礙物,經過我組在各方面的考慮,小車的寬度定為30cm, 底板M的厚度為5mm，小車的長度200mm，而轉向輪的直徑為30mm,經網上查得,橡皮輪胎與干地面之間的動摩擦因素為0.71,驅向輪所獲得的摩擦阻力大約為1N,假定兩驅向輪的直徑為120mm,則其轉矩M=F*R=60N.m,由于該車子的運動基本上是勻速運動,所以同軸上的轉矩相等,所以D齒輪的轉矩也為60N.m,設其半徑為r ,則B、D邊緣所受到的力FD=FB=60/r ,所以D齒輪的轉矩為MD=FD*RD=60R/r ,因為小車是勻速行使,所以物體下降也應該是勻速下降,從而A齒輪的轉矩:MA=mg*RA=10*10=100N.m, 又根據(jù)同一軸上轉矩相等,所以B的轉矩:MB=MA=100N.m,又MB=FB*RB=60/r*10=600/r。 所以有： 100=600/r 解得: r=6 mm .（即D齒輪的半徑） RB=10mm（即B齒輪的半徑） 根據(jù)運動軌跡路線，它須偏離直線方向35cm以及兩圓柱障礙物的實際距離為98cm，我們采用Matlab軟件模擬得E齒輪半徑為6mm，F(xiàn)齒輪半徑為64mm，厚度為6mm，I板的高度為35mm，寬度為5mm，1,2，G桿的直徑為3mm，G桿的長度為160mm，G桿與P齒輪的連接點的半徑55mm， B、D齒輪的厚度為6mm，零件L中孔的直徑大小為5mm，H、C1、C2 輪的寬度為1cm，我組假定物體下降速度為V ,則下降時間t=500/v ,皮帶輪A的角速度: WA=V / RA=V / 10 rad/s, 又B與A同軸,所以 WB=WA=V / 10 rad/s , 從而 VD=VB=WB*RB= V mm/s , WC1=WD=VD / r=V / 6 rad/s, VC1=WC1*R=10V mm/s. 轉彎系統(tǒng)： 根據(jù)小車的行走路線近似的模擬為正弦曲線，由于實際的尺寸大小可算得振幅為0.35m，波長為2m，所以可以近似的求出軌跡的方程為： Y=0.35sinπx ； 求導得到在每個位置的轉角的正切大?。? Y’=0.35πcosπx ； 我們可以得到前輪的最大轉角為36 如下圖六所示 齒輪的轉彎系統(tǒng)的原理圖 2.2.4 齒輪加工工藝過程分析 1. 基準的選擇 對于齒輪加工基準的選擇常因齒輪的結構形狀不同而有所差異。帶軸齒輪主要采用頂點孔定位；對于空心軸。則在中心內孔鉆出后，用兩端孔口的斜面定位；孔徑大時則采用錐堵。頂點定位的精度高，且能作到基準重合和統(tǒng)一。對帶孔齒輪在齒面加工是常采用一下兩種定位、夾緊方式。 1） 以內孔和端面定位，這種定位方式是以工件內孔定位，確定定位位置， 再以端面作為軸向定位基準，并對著端面夾緊。這樣可使定為基準、設計基 準、裝配基準和測量基準重合，定位精度高，適合于批量生產、但對于夾具的制造精度要求較高。 2） 以外圓和端面定位，當工件和加劇心軸的配合間隙較大時，采用千分表校正外圓已確定中心的位置，并以端面作為軸向定位，從另一端面夾緊。這種定位方式因每個工件都要校正，故生產率低；同時對齒坯的內、外圓同軸要求高，而對夾具精度要求不高，故適用于單件、小批生產。 綜上所述，為了減少定位誤差，提高齒輪加工精度，在加工時應滿足以下要求： 1. 應選擇基準重合、統(tǒng)一的定位方式； 2. 內孔定位時，配合間隙應近可能減少； 3. 定位端面與定位孔或外圓應在一次裝夾中加工出來，以保證垂直度要求。 2、齒輪毛坯的加工。 齒面加工前的齒輪毛坯加工，在整個齒輪加工過程中占有很重要的地位。因為齒面加工和檢測所用的基準必須在此階段加工出來，同時齒坯加工所占工時的比例較大，無論從提高生產率，還是從保證齒輪的加工質量，都必須重視齒輪的毛坯的加工。 在齒輪圖樣的技術部要求中，如果規(guī)定以分度圓選齒厚的減薄量來測定齒測間隙時，應注意齒頂圓的精度要求，因為齒厚的檢測是以齒頂圓為測量基準的。齒頂圓精度太低，必然使測量出的齒厚無法正確反映出齒側間隙的大小，所以，在這一加工過程中應注意以下三個問題： 齒輪加工方式 1) 當以齒頂圓作為測量基準時，應嚴格控制齒頂圓的尺寸精度； 2) 保證定位端面和定位孔或外圓間的垂直度； 3) 提高齒輪內孔制造精度，減少與夾具心軸的配合間隙。 3、齒形及齒端加工 齒形加工是齒輪加工的關鍵，其方案的選擇取決于多方面的因素，如設備條件、齒輪精度等級、表面粗糙度、硬度等。常用的齒形加工方案在上節(jié)已有講解，在此不再敘述。 齒輪倒圓 齒輪的齒羰加工有倒圓、倒尖、倒棱和去毛刺等方式。如圖所示。經倒圓、倒尖后的齒輪在換檔時容易進入嚙合狀態(tài)，減少撞擊現(xiàn)象。倒棱可除去齒端尖角和毛刺。圖八是用指狀銑刀對齒端進行倒圓的加工示意圖。倒圓時，銑刀告訴旋轉，并沿圓弧作舞動，加工完一個齒后，工作退離銑刀，經分度再快速向銑刀靠近加工下一個齒的齒端。 齒端加工必須在淬火之前進行，通常都在滾（插）齒之后，剃齒之前安排齒端加工。 4、輪加工過程中的熱處理要求 在齒輪加工工藝過程中，熱處理工序的位置安排十分重要，它直接影響齒輪的力學性能及切削加工性。一般在齒輪加工中進行兩種熱處理工序，即毛壞熱處理和齒形處理。 （4）齒輪軸的加工工藝及設備刀具: 1、下料----鋸床。 2、粗車----車床。 3、熱處理----箱式爐。 4、精車----車床。 5、銑鍵槽----銑床。 6、滾齒-----滾齒機。 7、齒面淬火---高頻淬火機床。 8、磨---外圓磨床。 細長軸的齒輪軸加工工藝（以45號鋼為例）： 一、毛坯下料 二、調質處理（提高齒輪軸的韌性和軸的剛度） 三、帶跟刀架、用皂化液充分冷卻的前提下，粗車齒輪軸 四、去應力退火 五、精車齒坯至尺寸（帶跟刀架、用皂化液充分冷卻） 六、若軸上有鍵槽時，可先加工鍵槽等 七、滾齒 八、齒面高頻淬火，淬火硬度HRC48-58（具體硬度值需要依據(jù)工況、載荷等因素而定） 九、磨齒 十、成品的最終檢驗 注：細長軸類零件的放置一定要垂吊放置（用鐵絲系住，懸掛在掛架上），不得平放！ 用于中小型軋鋼機傳動箱體中的齒輪軸，設計上一般為軟齒面，即小齒輪軸硬度為280～320HB，大齒輪軸硬度為250～290HB，模數(shù)mn=8～25，技術要求一般為調質處理。這種零件在無感應加熱淬火設備的工廠中加工時，其加工工藝路線為:鍛毛坯→粗加工→調質→精加工→制齒→磨軸頸。按這樣的工藝流程生產出來的模數(shù)mn≤10的齒輪軸，使用情況基本良好，但模數(shù)mn≥12時，使用壽命短。突出表現(xiàn)為輪齒不耐磨，使用半年以后，齒面已有明顯磨痕，當發(fā)生較大沖擊時，還會出現(xiàn)斷齒現(xiàn)象。針對這種情況，我們對原有工藝進行了分析，找出工藝路線中所存在的缺陷，并提出了新的制作工藝方法。 齒輪傳動 用于平等軸間的傳動，一般傳動比單級可到8，最大20，兩級可到45，最大60，三級可到200，最大300。傳遞功率可到10萬千瓦,轉速可到10萬轉/分,圓周速度可到300米/秒。單級效率為0.96-0.99。直齒輪傳動適用于中、低速傳動。斜齒輪傳動運轉平穩(wěn)，適用于中、高速傳動。人字齒輪傳動適用于傳遞大功率和大轉矩的傳動。圓柱齒輪傳動的嚙合形式有三種：外嚙合齒輪傳動，由兩個外齒輪相嚙合，兩輪的轉向相反；內嚙合齒輪傳動，由一個內齒輪和一個小的外齒輪相嚙合，兩輪的轉向相同；齒輪齒條傳動，可將齒輪的轉動變?yōu)辇X條的直線移動，或者相反。 齒輪傳動 齒輪參數(shù)及制造誤差測定 齒輪齒頂圓、齒根圓測量的原理 （1）齒輪齒數(shù)為偶數(shù)時 當齒輪為偶數(shù)時，齒頂圓直徑da和齒根圓直徑df可用游標卡尺在待測齒輪上直接測定。 （2）齒輪齒數(shù)為奇數(shù)時 直接測量得不到齒頂圓直徑da和齒根圓直徑df的真實值，而須用間接的方法。先量出齒輪安裝孔直徑D，再分別量出孔壁到某一齒頂?shù)木嚯xH1和孔壁到某一齒根的距離H2，如圖所示： 齒頂、齒根圓的測量 則齒頂圓直徑da和齒根圓直徑df可按下式求出： da=D+2H1 df=D+2H2 齒輪公法線的測量 齒輪的公法線 測定公法線長度Wk和Wk+1,是為了求出基圓齒距，從而確定出齒輪的壓力角α、模數(shù)m和變位系數(shù)x。 首先根據(jù)被測齒輪的齒數(shù)Z，從教材或手冊中按標準齒輪查出跨測齒數(shù)k，量出跨測個齒時的公法線長度Wk。為減少測量誤差，應在齒輪一周的三個均分部分上測量三次，取其平均值。 為求出基圓齒距Pb，還應按同樣的方法量出跨測（k+1）各齒的公法線長度Wk+1。為避免公法線長度變動量的影響，測量Wk和Wk+1，應在相同的幾個齒輪上進行。 確定基圓齒距、模數(shù)和壓力角 若x>0，則被測齒輪為正變位齒輪；若x<0，則被測齒輪為負變位齒輪。 創(chuàng)新點 l 支撐為翅膀狀的流線型，能夠更好的減少空氣阻力，使小車行使的更遠。 l 原動輪設計為梯形，開始半徑較大，是能夠讓物體作加速運動，物體作一段勻速運動，物體快要接觸底板時，半徑變小，使物體作減速運動，減少物體與底板的碰撞，使重力勢能更好的轉換為小車的動能。 l 本作品通過底板上橫放的齒輪的轉動帶動桿的轉動，從而使小車能夠靈活的避開障礙物。 齒輪的多次粘合能夠更好的控制物體與車子的速度，使小車能夠按照規(guī)定的路線順利的完成任務。 項目經費預算 1. 車底木板價格(5mm厚度 20*30cm) ￥: 50元 2. 小車左右兩邊2塊固定側板（6mm厚度 高35mm）￥: 25╳2元 3. 小車轉向輪（厚度為6mm，直徑為30mm） ￥: 30元 4. 小車兩側的驅向輪(厚度為6mm，直徑為120mm) ￥: 50╳ 2元 5. 小車原動輪 （半徑為10mm） ￥: 20 元 6. 齒輪（兩個外徑為12mm，內徑6mm，齒數(shù)21） ￥: 35 元 7. 齒輪軸兩根（直徑d=3mm長分別為30mm，42mm）￥: 30╳2元 8. 潤滑油一瓶 ￥：20元 9．連接桿一根 （直徑為3mm） ￥: 25元 10. 棉線一根（長1.5m） ￥：3元 11. 膠水（兩瓶） ￥：20╳2元 12. 小螺釘（一包） ￥：10元 13. 其余小零件 ￥：50元 總計 493元 2012.11.06