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本科畢業(yè)設(shè)計開題報告
題 目： 無碳重力勢能小車設(shè)計
院 （系）： 機械工程學(xué)院
班 級： 機械制造08-4 班
姓 名： 趙璽超
學(xué) 號： 080514020519
指導(dǎo)教師： 李光輝
教師職稱： 高工
黑龍江科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計開題報告
題 目
無碳重力勢能小車設(shè)計
來源
科技創(chuàng)新
1、 研究目的和意義
開發(fā)新能源和可再生能源是能源可持續(xù)發(fā)展的應(yīng)有之義。我國的能源供應(yīng)結(jié)構(gòu)里，煤炭、石油與天然氣等不可再生能源占絕大部分，新能源和可再生能源開發(fā)不足，這不僅造成環(huán)境污染等一系列問題，也嚴重制約能源發(fā)展，必須下大力氣加快發(fā)展新能源和可再生能源，優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，增強能源供給能力，緩解壓力。
2、國內(nèi)外發(fā)展情況
目前，我國“新興能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃”已編制完畢，即將上報國務(wù)院；“十二五”能源發(fā)展規(guī)劃也正在編制中?？傮w而言，在今后20—30年內(nèi)，我國傳統(tǒng)能源的主導(dǎo)地位仍然難以改變，新能源只能起到補充作用。從發(fā)展戰(zhàn)略來說，新能源必須具備一定規(guī)模，這樣才能降低發(fā)展成本，并為相關(guān)裝備制造業(yè)和技術(shù)創(chuàng)新提供有力支撐。根據(jù)目前我國新能源發(fā)展現(xiàn)狀和今后發(fā)展?jié)摿浪?，?020年，我國新能源占一次能源消費的比重應(yīng)該達到15%左右。因此，在“十二五”期末，新能源所占比重應(yīng)該達到12%—13%。
世界部分主要國家新能源發(fā)展?fàn)顩r
美國推行“綠色新政”，明確發(fā)展目標(biāo)。根據(jù)奧巴馬提出的新能源政策構(gòu)想，美國將在可再生能源、節(jié)能汽車、分布式能源供應(yīng)、天然氣水合物、清潔煤、節(jié)能建筑、智能網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域探索出一個能夠?qū)崿F(xiàn)利益最大化的創(chuàng)新戰(zhàn)略。
日本通過法律約束、稅收優(yōu)惠和政策引導(dǎo)等一系列配套措施，大力推動新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，積極開發(fā)太陽能、風(fēng)能、核能等新能源和節(jié)能技術(shù)。經(jīng)過三十多年的發(fā)展，日本在新能源發(fā)電、新能源電池和節(jié)能環(huán)保方面處于世界領(lǐng)先地位。
巴西生物能源在其能源消費結(jié)構(gòu)中占據(jù)半壁江山，汽車市場售出的新車中約有80%是可以使用乙醇燃料的新能源汽車，新能源汽車普及率較高，有效地降低了對石油的依賴，在使用生物乙醇解決污染方面走在世界前列。
3、研究/設(shè)計的目標(biāo)
給定一重力勢能，根據(jù)能量轉(zhuǎn)換原理，設(shè)計一種可將該重力勢能轉(zhuǎn)換為機械能并可用來驅(qū)動小車行走的裝置。該自行小車在前行時能夠自動避開賽道上設(shè)置的障礙物（每間隔1米，放置一個直徑20mm、高200mm的彈性障礙圓棒）。
給定重力勢能為5焦耳（取g=10m/s2），即質(zhì)量為1Kg的重塊（￠50×65 mm，普通碳鋼）鉛垂下降來獲得，落差500±2mm，重塊落下后，須被小車承載并同小車一起運動，不允許掉落。
小車前行過程中完成的所有動作所需的能量均由此能量轉(zhuǎn)換獲得，不可使用任何其他的能量形式。
小車要求采用三輪結(jié)構(gòu)（1個轉(zhuǎn)向輪，2個驅(qū)動輪）
綜合運用知識，多種方案比較，確定最優(yōu)方案。圖紙總量A0號圖紙2.5張：其中1張圖必須徒手畫。設(shè)計說明書一份（1.5萬~2萬字）。
4、設(shè)計方案
（1）根據(jù)功能設(shè)計要求，設(shè)計一種可將重力勢能轉(zhuǎn)換為機械能并可用來驅(qū)動小車行走的裝置，小車前行過程中完成的所有動作所需的能量均由此能量轉(zhuǎn)換獲得，因此設(shè)計中要充分利用重錘的重力勢能，以確保小車行駛距離更遠；
（2）根據(jù)功能設(shè)計要求，小車在前行時能夠自動避開賽道上設(shè)置的障礙物，因此小車前進的路線以“s”周期性變化，同時，在小車能夠順利前行的的前提下，確定小車軌跡與中心線之間合適的偏距；
（3）結(jié)構(gòu)設(shè)計要最大程度地減小小車的重量和阻力，同時要與生產(chǎn)綱領(lǐng)、工藝性（加工、裝配）、成本、質(zhì)量統(tǒng)籌考慮，力求產(chǎn)品的最優(yōu)化設(shè)計。
（4）結(jié)構(gòu)設(shè)計要從重要到次要、從總體到局部、從粗略到精細，權(quán)衡利弊，反復(fù)推敲，逐步改進。
5、方案的可行性分析
（1）能力轉(zhuǎn)化裝置
重塊的重力勢能通過線繩→定滑輪→繞線軸→齒輪傳動機構(gòu)將轉(zhuǎn)化為小車的動能。我們知道：1）小車在在靜止時的所受的靜摩擦力大于運動中所受的動摩擦力；2）小車在啟動時需要一定的加速度；3）小車在平穩(wěn)運行時需要阻力矩于動力矩相平衡。在設(shè)計繞線結(jié)構(gòu)時，突破了傳統(tǒng)的思想，將繞線軸設(shè)計為錐面螺紋與圓柱面相結(jié)合。小車啟動時線繩繞在錐面螺紋的大端，以增加其啟動力矩，使小車能夠順利啟動，之后線繩通過錐面螺紋平滑過渡到圓柱面上，實現(xiàn)阻動力矩平衡，以確保小車平穩(wěn)運行。
（2）傳動比確定
“s”型曲線其波長為2m。通過一系列計算，設(shè)計了完成“s”型曲線一周期，驅(qū)動輪須轉(zhuǎn)4圈，轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)1個周期，因此可以確定小車的總傳動比為 1:4。為了使小車傳動機構(gòu)盡量緊湊簡單，將傳動機構(gòu)設(shè)計為二級傳動，并將總傳動比平均分配，即為Ⅰ軸到Ⅱ軸傳動比為2:1，Ⅱ軸到Ⅲ軸傳動比為2:1。
（3）主副輪驅(qū)動
在這部分設(shè)計中，我們發(fā)揮了創(chuàng)造性思維，沒有將兩個后輪均與驅(qū)動軸固定，而是將驅(qū)動軸的一側(cè)通過鍵與一后輪聯(lián)接，另一側(cè)通過軸承與另一后輪聯(lián)接，此結(jié)構(gòu)解決了小車在行駛過程中兩后輪轉(zhuǎn)彎半徑不相同的缺點，使其轉(zhuǎn)向更靈活，也同時減小了小車啟的動力矩。
（4）轉(zhuǎn)向裝置
將小車轉(zhuǎn)向運動通過空間四桿機構(gòu)運動的轉(zhuǎn)換來實現(xiàn)。由于理論計算與實際情況有一定差距，將轉(zhuǎn)向裝置設(shè)計為可調(diào)：經(jīng)過分析，小車行駛軌跡的振幅與曲柄的長短成正比；軌跡偏左偏右與連桿的長短有密切關(guān)系。因此可以調(diào)節(jié)曲柄的長短來控制軌跡的振幅，調(diào)節(jié)連桿的長短來控制軌跡偏向，從而使小車軌跡處于最佳狀態(tài)。
（5）重塊高度可調(diào)
當(dāng)小車出發(fā)點已經(jīng)確定時，重塊高度不一致。經(jīng)分析其產(chǎn)生的原因是繞線過程中存在誤差。而命題要求重塊落差為500±2mm。為了解決此問題，設(shè)計了重塊高度調(diào)整機構(gòu)，通過此機構(gòu)保證了重塊落差要求的同時也保證了小車正確的出發(fā)點。
6、該設(shè)計的創(chuàng)新之處
主副輪驅(qū)動
在這部分設(shè)計中，，沒有將兩個后輪均與驅(qū)動軸固定，而是將驅(qū)動軸的一側(cè)通過鍵與一后輪聯(lián)接，另一側(cè)通過軸承與另一后輪聯(lián)接，此結(jié)構(gòu)解決了小車在行駛過程中兩后輪轉(zhuǎn)彎半徑不相同的缺點，使其轉(zhuǎn)向更靈活，也同時減小了小車啟的動力矩。
7、設(shè)計產(chǎn)品的主要用途和應(yīng)用領(lǐng)域
可作為自動化生產(chǎn)線產(chǎn)品物流中的一個基本搬運環(huán)節(jié)，真正做到低碳減排，節(jié)能環(huán)保，保護環(huán)境的同時節(jié)約了傳統(tǒng)搬運環(huán)節(jié)因耗電等增加的生產(chǎn)成本。
8、時間進程
3月28號-4月6號 整理實習(xí)日記、撰寫實習(xí)總結(jié)和開題報告
4月7號-5月4號 設(shè)計計算、總體結(jié)構(gòu)草圖設(shè)計
5月5號-5月25號 總體圖和部件圖設(shè)計
5月26號-5月31號 零件圖設(shè)計
6月1號-6月10號 整理、撰寫畢業(yè)設(shè)計說明書和設(shè)計圖紙
6月10號-6月20號 答辯
9、參考文獻
1成大先.機械設(shè)計手冊[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008
2劉品.機械精度設(shè)計與檢測基礎(chǔ)[M]. 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2009
指導(dǎo)教師意見
教師簽字：
年 月 日
開題答辯小組意見：
組長簽字： 成員簽字：
年 月 日
畢業(yè)設(shè)計領(lǐng)導(dǎo)小組意見:
組長簽字：
年 月 日