無碳小車設(shè)計(jì)方案.doc

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無碳小車的運(yùn)動原理： 如圖所示，重物的牽引帶動A輪的轉(zhuǎn)動，A輪的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)動，E輪帶動F輪的轉(zhuǎn)動，從而使G桿左右運(yùn)動的同時(shí)，前后運(yùn)動，桿的偏轉(zhuǎn)，使得H輪偏轉(zhuǎn)，根據(jù)C1，C2輪和H輪的合運(yùn)動，小車就可以按照要求一邊行走一邊轉(zhuǎn)彎。 梯形原動輪 1.在起始時(shí)原動輪的轉(zhuǎn)動半徑較大，起動轉(zhuǎn)矩大，有利起動。 2.起動后，原動輪半徑變小，轉(zhuǎn)速提高，轉(zhuǎn)矩變小，和阻力平衡后小車勻速運(yùn)動。 3.當(dāng)物塊距小車很近時(shí)，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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(gè)尺寸設(shè)計(jì)的推導(dǎo)： 根據(jù)題目中賽道寬度2m，以及每間隔1m，放置一個(gè)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(shí)際尺寸的大小以及推導(dǎo) 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(yùn)動軌跡盡可能沿直線運(yùn)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(jīng)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(zhuǎn)向輪的直徑為30mm,經(jīng)網(wǎng)上查得,橡皮輪胎與干地面之間的動摩擦因素為0.71,驅(qū)向輪所獲得的摩擦阻力大約為1N,假定兩驅(qū)向輪的直徑為120mm,則其轉(zhuǎn)矩M=F*R=60N.m,由于該車子的運(yùn)動基本上是勻速運(yùn)動,所以同軸上的轉(zhuǎn)矩相等,所以D齒輪的轉(zhuǎn)矩也為60N.m,設(shè)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(zhuǎn)矩為MD=FD*RD=60R/r ,因?yàn)樾≤囀莿蛩傩惺?所以物體下降也應(yīng)該是勻速下降,從而A齒輪的轉(zhuǎn)矩:MA=mg*RA=10*10=100N.m, 又根據(jù)同一軸上轉(zhuǎn)矩相等,所以B的轉(zhuǎn)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(yùn)動軌跡路線，它須偏離直線方向35cm以及兩圓柱障礙物的實(shí)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(diǎn)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(shí)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(zhuǎn)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(shí)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(dǎo)得到在每個(gè)位置的轉(zhuǎn)角的正切大?。? Y’=0.35πcosπx ； 我們可以得到前輪的最大轉(zhuǎn)角為36 如下圖六所示 齒輪的轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)的原理圖 2.2.4 齒輪加工工藝過程分析 1. 基準(zhǔn)的選擇 對于齒輪加工基準(zhǔn)的選擇常因齒輪的結(jié)構(gòu)形狀不同而有所差異。帶軸齒輪主要采用頂點(diǎn)孔定位；對于空心軸。則在中心內(nèi)孔鉆出后，用兩端孔口的斜面定位；孔徑大時(shí)則采用錐堵。頂點(diǎn)定位的精度高，且能作到基準(zhǔn)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(nèi)孔和端面定位，這種定位方式是以工件內(nèi)孔定位，確定定位位置， 再以端面作為軸向定位基準(zhǔn)，并對著端面夾緊。這樣可使定為基準(zhǔn)、設(shè)計(jì)基 準(zhǔn)、裝配基準(zhǔn)和測量基準(zhǔn)重合，定位精度高，適合于批量生產(chǎn)、但對于夾具的制造精度要求較高。 2） 以外圓和端面定位，當(dāng)工件和加劇心軸的配合間隙較大時(shí)，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(gè)工件都要校正，故生產(chǎn)率低；同時(shí)對齒坯的內(nèi)、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(chǎn)。 綜上所述，為了減少定位誤差，提高齒輪加工精度，在加工時(shí)應(yīng)滿足以下要求： 1. 應(yīng)選擇基準(zhǔn)重合、統(tǒng)一的定位方式； 2. 內(nèi)孔定位時(shí)，配合間隙應(yīng)近可能減少； 3. 定位端面與定位孔或外圓應(yīng)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(gè)齒輪加工過程中占有很重要的地位。因?yàn)辇X面加工和檢測所用的基準(zhǔn)必須在此階段加工出來，同時(shí)齒坯加工所占工時(shí)的比例較大，無論從提高生產(chǎn)率，還是從保證齒輪的加工質(zhì)量，都必須重視齒輪的毛坯的加工。 在齒輪圖樣的技術(shù)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(shí)，應(yīng)注意齒頂圓的精度要求，因?yàn)辇X厚的檢測是以齒頂圓為測量基準(zhǔn)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(cè)間隙的大小，所以，在這一加工過程中應(yīng)注意以下三個(gè)問題： 齒輪加工方式 1) 當(dāng)以齒頂圓作為測量基準(zhǔn)時(shí)，應(yīng)嚴(yán)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(nèi)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(guān)鍵，其方案的選擇取決于多方面的因素，如設(shè)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(jīng)倒圓、倒尖后的齒輪在換檔時(shí)容易進(jìn)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(jìn)行倒圓的加工示意圖。倒圓時(shí)，銑刀告訴旋轉(zhuǎn)，并沿圓弧作舞動，加工完一個(gè)齒后，工作退離銑刀，經(jīng)分度再快速向銑刀靠近加工下一個(gè)齒的齒端。 齒端加工必須在淬火之前進(jìn)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(xué)性能及切削加工性。一般在齒輪加工中進(jìn)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(shè)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(jī)。 7、齒面淬火---高頻淬火機(jī)床。 8、磨---外圓磨床。 細(xì)長軸的齒輪軸加工工藝（以45號鋼為例）： 一、毛坯下料 二、調(diào)質(zhì)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(yīng)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(shí)，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(yàn) 注：細(xì)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(jī)傳動箱體中的齒輪軸，設(shè)計(jì)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(shù)要求一般為調(diào)質(zhì)處理。這種零件在無感應(yīng)加熱淬火設(shè)備的工廠中加工時(shí)，其加工工藝路線為:鍛毛坯→粗加工→調(diào)質(zhì)→精加工→制齒→磨軸頸。按這樣的工藝流程生產(chǎn)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(shí)，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(dāng)發(fā)生較大沖擊時(shí)，還會出現(xiàn)斷齒現(xiàn)象。針對這種情況，我們對原有工藝進(jìn)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(zhuǎn)速可到10萬轉(zhuǎn)/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(yùn)轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(gè)外齒輪相嚙合，兩輪的轉(zhuǎn)向相反；內(nèi)嚙合齒輪傳動，由一個(gè)內(nèi)齒輪和一個(gè)小的外齒輪相嚙合，兩輪的轉(zhuǎn)向相同；齒輪齒條傳動，可將齒輪的轉(zhuǎn)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(shí) 當(dāng)齒輪為偶數(shù)時(shí)，齒頂圓直徑da和齒根圓直徑df可用游標(biāo)卡尺在待測齒輪上直接測定。 （2）齒輪齒數(shù)為奇數(shù)時(shí) 直接測量得不到齒頂圓直徑da和齒根圓直徑df的真實(shí)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(biāo)準(zhǔn)齒輪查出跨測齒數(shù)k，量出跨測個(gè)齒時(shí)的公法線長度Wk。為減少測量誤差，應(yīng)在齒輪一周的三個(gè)均分部分上測量三次，取其平均值。 為求出基圓齒距Pb，還應(yīng)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(yīng)在相同的幾個(gè)齒輪上進(jìn)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(fù)變位齒輪。 創(chuàng)新點(diǎn) 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(yuǎn)。 l 原動輪設(shè)計(jì)為梯形，開始半徑較大，是能夠讓物體作加速運(yùn)動，物體作一段勻速運(yùn)動，物體快要接觸底板時(shí)，半徑變小，使物體作減速運(yùn)動，減少物體與底板的碰撞，使重力勢能更好的轉(zhuǎn)換為小車的動能。 l 本作品通過底板上橫放的齒輪的轉(zhuǎn)動帶動桿的轉(zhuǎn)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(wù)。 項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)預(yù)算 1. 車底木板價(jià)格(5mm厚度 20*30cm) ￥: 50元 2. 小車左右兩邊2塊固定側(cè)板（6mm厚度 高35mm）￥: 25╳2元 3. 小車轉(zhuǎn)向輪（厚度為6mm，直徑為30mm） ￥: 30元 4. 小車兩側(cè)的驅(qū)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(gè)外徑為12mm，內(nèi)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(jì) 493元 2012.11.06