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無碳小車設(shè)計(jì)方案.doc

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無碳小車設(shè)計(jì)方案.doc

無碳小車的運(yùn)動(dòng)原理:如圖所示,重物的牽引帶動(dòng)A輪的轉(zhuǎn)動(dòng),A輪的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)B輪,再根據(jù)B、D之間的齒輪粘合帶動(dòng)C1,C2和E齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng),E輪帶動(dòng)F輪的轉(zhuǎn)動(dòng),從而使G桿左右運(yùn)動(dòng)的同時(shí),前后運(yùn)動(dòng),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(dòng),小車就可以按照要求一邊行走一邊轉(zhuǎn)彎。 梯形原動(dòng)輪1.在起始時(shí)原動(dòng)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑較大,起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大,有利起動(dòng)。2.起動(dòng)后,原動(dòng)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(dòng)。3.當(dāng)物塊距小車很近時(shí),原動(dòng)輪的半徑再次變小,繩子的拉力不足以使原動(dòng)輪勻速轉(zhuǎn)動(dòng),但是由于物塊的慣性,仍會(huì)減速下降,原動(dòng)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(shì)能作用下自動(dòng)行走示意圖考慮到要使小車的運(yùn)動(dòng)軌跡盡可能沿直線運(yùn)動(dòng),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(zhǎng)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(dòng)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(dòng)基本上是勻速運(yùn)動(dòng),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(dòng)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(zhǎng)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(zhǎng)為2m,所以可以近似的求出軌跡的方程為: Y=0.35sinx ;求導(dǎo)得到在每個(gè)位置的轉(zhuǎn)角的正切大?。篩=0.35cosx ;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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(cè)量基準(zhǔn)重合,定位精度高,適合于批量生產(chǎn)、但對(duì)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(duì)齒坯的內(nèi)、外圓同軸要求高,而對(duì)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(cè)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(cè)定齒測(cè)間隙時(shí),應(yīng)注意齒頂圓的精度要求,因?yàn)辇X厚的檢測(cè)是以齒頂圓為測(cè)量基準(zhǔn)的。齒頂圓精度太低,必然使測(cè)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(cè)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(jí)、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(duì)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(dòng),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(zhǎng)軸的齒輪軸加工工藝(以45號(hào)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(zhǎng)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(dòng)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280320HB,大齒輪軸硬度為250290HB,模數(shù)mn=825,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)mn10的齒輪軸,使用情況基本良好,但模數(shù)mn12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(huì)出現(xiàn)斷齒現(xiàn)象。針對(duì)這種情況,我們對(duì)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(dòng) 用于平等軸間的傳動(dòng),一般傳動(dòng)比單級(jí)可到8,最大20,兩級(jí)可到45,最大60,三級(jí)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(jí)效率為0.96-0.99。直齒輪傳動(dòng)適用于中、低速傳動(dòng)。斜齒輪傳動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn),適用于中、高速傳動(dòng)。人字齒輪傳動(dòng)適用于傳遞大功率和大轉(zhuǎn)矩的傳動(dòng)。圓柱齒輪傳動(dòng)的嚙合形式有三種:外嚙合齒輪傳動(dòng),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(dòng),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(dòng),可將齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)變?yōu)辇X條的直線移動(dòng),或者相反。 齒輪傳動(dòng)齒輪參數(shù)及制造誤差測(cè)定齒輪齒頂圓、齒根圓測(cè)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(cè)齒輪上直接測(cè)定。 (2)齒輪齒數(shù)為奇數(shù)時(shí) 直接測(cè)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(cè)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(cè)量 齒輪的公法線測(cè)定公法線長(zhǎng)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、模數(shù)m和變位系數(shù)x。首先根據(jù)被測(cè)齒輪的齒數(shù)Z,從教材或手冊(cè)中按標(biāo)準(zhǔn)齒輪查出跨測(cè)齒數(shù)k,量出跨測(cè)個(gè)齒時(shí)的公法線長(zhǎng)度Wk。為減少測(cè)量誤差,應(yīng)在齒輪一周的三個(gè)均分部分上測(cè)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(cè)(k+1)各齒的公法線長(zhǎng)度Wk+1。為避免公法線長(zhǎng)度變動(dòng)量的影響,測(cè)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(cè)齒輪為正變位齒輪;若x<0,則被測(cè)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(dòng)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(dòng),物體作一段勻速運(yùn)動(dòng),物體快要接觸底板時(shí),半徑變小,使物體作減速運(yùn)動(dòng),減少物體與底板的碰撞,使重力勢(shì)能更好的轉(zhuǎn)換為小車的動(dòng)能。l 本作品通過底板上橫放的齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)桿的轉(zhuǎn)動(dòng),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)¥: 252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(dòng)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(zhǎng)分別為30mm,42mm)¥: 302元 8. 潤(rùn)滑油一瓶 ¥:20元 9連接桿一根 (直徑為3mm) ¥: 25元10. 棉線一根(長(zhǎng)1.5m) ¥:3元11. 膠水(兩瓶) ¥:202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

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