遙控割草機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計含15張CAD圖.zip

遙控割草機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計含15張CAD圖.zip,遙控,割草機(jī),結(jié)構(gòu)設(shè)計,15,CAD 遙控割草機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計任務(wù)書 1．設(shè)計（論文）擬解決的主要問題 遙控割草機(jī)的主要結(jié)構(gòu)有框架，電池，配電器，遙控器，驅(qū)動機(jī)構(gòu)，轉(zhuǎn)向驅(qū)動機(jī)構(gòu)，機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)，割刀等裝置組成。 2．設(shè)計（論文）的主要內(nèi)容和基本要求 （1）遙控割草機(jī)的割草部件及其傳動系統(tǒng)的設(shè)計和計算； （2）遙控割草機(jī)本體驅(qū)動方案的設(shè)計及計算； （3）繪制遙控割草機(jī)的零件圖以及裝配圖 （4） 完成主要零件的校核。 （5）畢業(yè)設(shè)計說明書 3．推薦參考文獻(xiàn)（5篇以上，其中外文文獻(xiàn)至少2篇） [1] Vollman D, Smith G A. Epidemiology of lawn-mower-related injuries to children in the United States, 1990-2004[J]. Pediatrics, 2006, 118(2):273-8. [2] Smith G A. Technical report: lawn mower-related injuries to children[J]. Pediatrics, 2001, 107(6). [3] Garvey P, Gilles J. LAWN MOWER WITH WEIGHT TRANSFER MECHANISM:, US20090182470[P]. 2009. [4] 吳宗澤. 機(jī)械設(shè)計實用手冊[M]. 化學(xué)工業(yè)出版社, 2010. [5] 熊永森, 王金雙, 徐中偉. 小型往復(fù)式果園割草機(jī)設(shè)計[J]. 農(nóng)機(jī)化研究, 2007(6):68-69. [6] 趙滿全, 張寧, 楊鐵軍,等. 雙圓盤割草機(jī)切割器虛擬樣機(jī)設(shè)計與試驗[J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報, 2014, 45(8):101-105. 4．進(jìn)度安排 指導(dǎo)教師（簽字） 年 月 日 教研室主任審核意見： 教研室主任（簽字） 年 月 日 摘 要 林業(yè)機(jī)械是個機(jī)械系列里的一大類別，所屬的一個分支就是園林綠化機(jī)械，其中比較專業(yè)的園林綠化機(jī)械目前只有50年左右的發(fā)展史，它是在城市的園林化，尤其是草坪方面的發(fā)展逐漸壯大的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。人們的生活必須要有良好的環(huán)境，合理的生態(tài)系統(tǒng)，這是人類生存和發(fā)展的搖籃?，F(xiàn)代人們的生活水平越來越高，相應(yīng)的對生活環(huán)境的要求也逐步變高。其中綠籬在城市道路和園林綠化中也占有重要地位。 這次設(shè)計是對遙控割草機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)做了詳細(xì)的可行性分析和設(shè)計，設(shè)計中選擇了直流電機(jī)作為驅(qū)動，改變了傳統(tǒng)的汽油機(jī)的結(jié)構(gòu)。之后確認(rèn)好方案，然后進(jìn)行相關(guān)部件參數(shù)的計算和校核，大致流程是：選出驅(qū)動輪電機(jī)、轉(zhuǎn)向輪電機(jī)，設(shè)計出驅(qū)動電路；設(shè)計、計算和校核齒輪及相關(guān)部件；設(shè)計出前后減震系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)和車體的一些機(jī)械結(jié)構(gòu)等等。 關(guān)鍵詞 ：遙控割草機(jī)；直流電機(jī)；驅(qū)動輪；轉(zhuǎn)向輪 Abstract One of the branches of forestry machinery is the garden greening machinery, and the professional garden greening machinery has only 50 years of development history. It is developed on the basis of the development of the garden, especially the development of the lawn. People's life must have a good environment and reasonable ecosystem, which is the cradle of human existence and development. The living standard of modern people is more and more high, and the corresponding requirements for living environment are also increasing. The hedge in the city roads and landscaping also occupies an important position. This design is to make the detailed feasibility analysis and design of the hardware structure of the remote control mower. In the design, the DC motor is chosen as the drive, and the structure of the traditional gasoline engine is changed. Then we confirm the scheme, and then carry out the related calculation and check, including the selection of the driving wheel motor and the steering wheel motor, the design of the driving circuit, the design of the gear, the calculation and check, the design of the front and rear vibration damping system, the steering mechanism and the design of some mechanical structures of the car body. Key words: remote control mower, DC motor, driving wheel, steering wheel. 不要刪除行尾的分節(jié)符，此行不會被打印 II 目錄 摘 要 I Abstract II 第1章 緒論 1 1.1 國內(nèi)外園林機(jī)械的發(fā)展現(xiàn)狀 1 1.1.1 國外的發(fā)展 1 1.1.2 國內(nèi)的發(fā)展 1 1.2 國內(nèi)外園林機(jī)械的差距 3 1.3 小動力園林機(jī)械的發(fā)展趨勢與建議 4 1.4 本課題研究的意義和目的 6 1.5 本課題主要研究內(nèi)容 7 第2章 遙控割草機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計及方案論證 8 2.1 驅(qū)動方案的確認(rèn) 8 2.1.1 液壓驅(qū)動 8 2.1.2 氣壓驅(qū)動 9 2.1.3 電動機(jī)驅(qū)動 9 2.2 遙控割草機(jī)運(yùn)動方式的選擇 10 2.3 遙控割草機(jī)驅(qū)動方案的選擇 11 第3章 遙控割草機(jī)本體的設(shè)計分析 14 3.1 遙控割草機(jī)驅(qū)動輪組成 14 3.1.1驅(qū)動電機(jī)選擇 14 3.1.2減速機(jī)構(gòu)的設(shè)計與校核 19 3.1.3變速箱體及后減震 28 3.1.4驅(qū)動車輪及輪轂 28 3.2遙控割草機(jī)轉(zhuǎn)向輪組成 31 3.2.1驅(qū)動電機(jī)選擇 31 3.2.2傳動機(jī)構(gòu)及前減震機(jī)構(gòu) 34 3.2.3前車體及電池箱 35 3.2.4轉(zhuǎn)向輪胎和輪轂 35 3.3遙控割草機(jī)受力分析及如何保證加速度最優(yōu) 36 3.4系統(tǒng)可靠性設(shè)計 37 3.5鋤草刀片的設(shè)計 38 結(jié)論 40 致謝 42 參考文獻(xiàn) 43 IV 第1章 緒論 千萬不要刪除行尾的分節(jié)符，此行不會被打印。在目錄上點(diǎn)右鍵“更新域”，然后“更新整個目錄”。打印前，不要忘記把上面“Abstract”這一行后加一空行 第 1 頁 共 48 頁 1.1 國內(nèi)外園林機(jī)械的發(fā)展現(xiàn)狀 1.1.1 國外的發(fā)展 20世紀(jì)初期，國外的一些發(fā)達(dá)國家就已經(jīng)投入了園林機(jī)械產(chǎn)品，大大減輕了繁重的體力勞動。國外的土地資源比較豐富、人文環(huán)境也比較優(yōu)良、生活水平也比較高，所以在國外的小動力園林機(jī)械發(fā)展起步是比較早的。人們的生活水平在逐步提升、居住環(huán)境也在不斷變好，小型的園林機(jī)械已經(jīng)進(jìn)入到個人家中，變成一種必備的家庭用具。21世紀(jì)的初期，那些發(fā)達(dá)國家里面，不管是家庭還是公共綠地，已經(jīng)統(tǒng)統(tǒng)開展了機(jī)械化操作，還會不停地向更高等級改進(jìn)。 有些國家的小動力園林機(jī)械已經(jīng)發(fā)展了大約百年了，比如說美國、日本、德國、意大利、瑞典這些國家，而且這些年已經(jīng)開發(fā)出很多享譽(yù)全球的大品牌，例如美國的百力通B&S、Kohler、MTD等公司；日本的小松、YAMAHA、HONDA等公司；德國的STIHL、SOLO等公司；意大利的Emark、ALPLA等公司；瑞典的HUSQVARNA等公司。上面提到的這些公司，它們的成立時間都是比較久的，對整個林業(yè)機(jī)械大行業(yè)起到了推進(jìn)的作用。例如瑞典在1689年成立的HUSQVARNA公司，這是也是園林機(jī)械生產(chǎn)史最長久的一個公司，算得上是行業(yè)的領(lǐng)頭養(yǎng)，這個公司生產(chǎn)的產(chǎn)品不管是專業(yè)的還是大眾用的，各個型號品種一應(yīng)俱全，全公司一共2200人，有1800人是負(fù)責(zé)開發(fā)新產(chǎn)品、市場營銷等方面的，這個品牌的產(chǎn)品能出口到100多個國家，達(dá)到了5億瑞典克郎的年銷售金額。 1.1.2 國內(nèi)的發(fā)展 20世紀(jì)70年代，國內(nèi)的小動力園林機(jī)械生產(chǎn)才開始發(fā)展起來，一開始，比較出名的有柳州機(jī)械廠、泰州林機(jī)廠、西北林機(jī)廠等等，這些單位的生產(chǎn)規(guī)模都不算大。到了90年代，尤其是最近這些年，國家開始大力發(fā)展市政方面的建設(shè)包括草坪業(yè)，工業(yè)方面的需求、城市綠化的需求越來越多，這也把園林機(jī)械的生產(chǎn)企業(yè)和產(chǎn)品帶動著飛速發(fā)展起來。 我們現(xiàn)在從企業(yè)類型來劃分可以分成三類，老牌企業(yè)、民營企業(yè)和外資企業(yè)。其中江蘇林海、山東華盛等品牌都代表著老牌企業(yè)，他們有著足夠的經(jīng)驗優(yōu)勢，從整機(jī)或者動力方面來看，占重比例不小；其中隆鑫、宗申、綠友等牌子代表著民營企業(yè)的新勢力，也為國內(nèi)的園林機(jī)械行業(yè)助力；現(xiàn)在進(jìn)駐我國的外資企業(yè)也越來越多，新技術(shù)讓國產(chǎn)的跟進(jìn)口的技術(shù)差距越來越小，當(dāng)然整個行業(yè)的競爭就變大了。這幾年，國際上很多知名企業(yè)已經(jīng)把生產(chǎn)基地轉(zhuǎn)移到中國或者在中國進(jìn)行投資，借著國內(nèi)的大量廉價勞動力來賺得更大的企業(yè)收益。比如百力通公司，它是全球最大的風(fēng)冷汽油機(jī)制造商，主要在戶外動力設(shè)備中會 用到，這個牌子的發(fā)動機(jī)用處很廣，比如說草坪機(jī)的發(fā)動機(jī)、發(fā)電機(jī)的發(fā)動機(jī)、高壓清洗機(jī)的發(fā)動機(jī)、水泵的發(fā)動機(jī)等等。2005年的時候，百力通決定在中國加大投資，先是創(chuàng)辦了重慶百力通發(fā)動機(jī)有限公司，預(yù)估能生產(chǎn)出100萬臺發(fā)動機(jī)；接著創(chuàng)辦了上海分公司，這邊專門用來生產(chǎn)發(fā)電機(jī)組、水泵等終端設(shè)備，預(yù)估一年產(chǎn)30萬臺。現(xiàn)在STIHL、小松等等國外的企業(yè)也都在中找市場，例如德國的STIHL公司把國內(nèi)的輝煌三聯(lián)并購了，試著把他們的品牌國產(chǎn)化；瑞典的HUSQUARNA公司在我國東北開辦了市場推介會；小松也在國內(nèi)尋找質(zhì)量靠譜價格又低的配套生產(chǎn)廠家；美國的MTD公司和國內(nèi)綠友集團(tuán)合作，準(zhǔn)備把園林機(jī)械、高爾夫配置、草坪的噴灌等等產(chǎn)品推向中國市場。上面介紹到的一些相對有特色的企業(yè)，地址大多是在江蘇、山東、重慶、上海等區(qū)域，規(guī)模相對大一點(diǎn)的是山東華盛、臨沂永佳、江蘇林海、南通草地機(jī)械有限公司以及綠友集團(tuán)等等。 自從中國加入WTO后，面臨著歐美國家園林機(jī)械的巨大市場，國產(chǎn)的商品憑借超低價格，出口量得到進(jìn)一步提升，這也讓國內(nèi)的園林機(jī)械制造行業(yè)快速地發(fā)展起來。 1.2 國內(nèi)外園林機(jī)械的差距 目前為止，國內(nèi)生產(chǎn)出來的小型汽油機(jī)的種類不多，還不能跟美國日本相提并論。美國日本各個公司都有系統(tǒng)生成的產(chǎn)品，它們的生產(chǎn)線大多能達(dá)到產(chǎn)品系列化，統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的生產(chǎn)條件，產(chǎn)品應(yīng)用到的地方很多，可以成套的機(jī)具也能達(dá)到幾十種。而國內(nèi)生產(chǎn)的配套園林機(jī)具只有十幾種，有很多企業(yè)僅僅能出廠單機(jī)，技術(shù)含量不高，國內(nèi)市場會產(chǎn)生惡意競爭。 對于草坪業(yè)人們發(fā)明了草坪養(yǎng)護(hù)機(jī)械，那么又可以劃分成草坪的修剪機(jī)械、草坪的通氣機(jī)、草坪的修整器械、草坪的排水灌溉器械等等。里面草坪的修剪機(jī)械又涵蓋了滾刀式的或旋刀式的草坪修剪機(jī)，剪切式的割草機(jī)等等。目前國內(nèi)有隨進(jìn)/推進(jìn)旋刀式的草坪修剪機(jī)，然而國外已經(jīng)發(fā)展到通用自行/乘座式旋刀草坪修剪機(jī)了；對于通氣機(jī)，美國日本同樣出現(xiàn)了各種型號的（步行操縱）自走式和（拖拉機(jī)）懸掛式的垂直打孔通氣機(jī)，國內(nèi)還沒有涉及到這部分；那些草坪的修邊機(jī)、草坪的梳草機(jī)、草坪的滾壓機(jī)在國外已經(jīng)很大眾化了，而中國僅僅才起步；對于草坪的灌溉裝備，那些進(jìn)口的HUNTER、LEGO等牌子已經(jīng)大面積地覆蓋了中國市場，國貨例如林海的SP50噴灑器已逐步退出，華潤等品牌產(chǎn)品也沒辦法跟進(jìn)口產(chǎn)品來抗衡。 對于庭院和行道樹養(yǎng)護(hù)機(jī)械方面，和進(jìn)口產(chǎn)品比較起來也有很大差距。 現(xiàn)有的國產(chǎn)小動力園林機(jī)械技術(shù)普遍只能達(dá)到上世紀(jì)80年代的水準(zhǔn)，產(chǎn)品的性能、功效大多比不上外國的同類產(chǎn)品。我國出品的小型汽油機(jī)，它的平均有效壓力、升功率等數(shù)據(jù)指標(biāo)一直停在中等水平?jīng)]有改進(jìn)，跟國外的同類生產(chǎn)指標(biāo)來比又低了一個檔次，壓縮比和活塞平均速度等強(qiáng)化指標(biāo)明也是達(dá)不到進(jìn)口的產(chǎn)品。 同類產(chǎn)品的性能、可靠性比較差：企業(yè)的設(shè)計能力高低、質(zhì)量管理、生產(chǎn)工藝過程、原材料質(zhì)量、生產(chǎn)檢驗等都影響著產(chǎn)品的性能和可靠性。國內(nèi)的一些企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品還沒有完全適應(yīng)國內(nèi)市場，就開始往國外市場推廣，面對發(fā)達(dá)國家的成熟產(chǎn)品的市場，國貨就用低價格來攻占，它的產(chǎn)品性能和可靠性不可能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。 同類產(chǎn)品環(huán)保安全指標(biāo)達(dá)不到：很多進(jìn)口產(chǎn)品的排放、噪聲、無線電干擾、安全、振動相關(guān)數(shù)據(jù)指標(biāo)都比較高，國產(chǎn)的園林機(jī)械大多都達(dá)不到國外產(chǎn)品的指標(biāo)，還存在很大的距離。拿美國、歐盟出口的產(chǎn)品來看，排除關(guān)稅問題，排放和安全是現(xiàn)在園林機(jī)械需要攻克的技術(shù)難關(guān)。 國內(nèi)的產(chǎn)品外表面的質(zhì)量不達(dá)標(biāo)：中國相當(dāng)多企業(yè)一點(diǎn)都不重視產(chǎn)品的外表，在技術(shù)上也就不可能達(dá)標(biāo)。 1.3 小動力園林機(jī)械的發(fā)展趨勢與建議 ⑴開發(fā)出系列化的園林機(jī)械產(chǎn)品，打造出屬于中國的行業(yè)品牌 一個企業(yè)打響自己的品牌很不容易，牌子代表著產(chǎn)品的質(zhì)量好壞、企業(yè)的服務(wù)、企業(yè)的管理能力以及企業(yè)的競爭能力。想要有屬于中國的知名品牌，我們就要以互通的基礎(chǔ)技術(shù)開始，努力研發(fā)出自主知識產(chǎn)權(quán)的系列化園林機(jī)械產(chǎn)品，把產(chǎn)品的質(zhì)量和技術(shù)水平大步提升，讓一些企業(yè)擁有自主創(chuàng)新能力，取得優(yōu)勢，參與到國際大環(huán)境的競爭，這些都是整個行業(yè)的將來發(fā)展的大趨勢和努力的方向。 ⑵ 改善更新相關(guān)產(chǎn)品，開發(fā)生產(chǎn)出更加人性化和自動化的產(chǎn)品。 國內(nèi)生產(chǎn)出來的小動力園林機(jī)械產(chǎn)品種類目前只有十幾種，要大力扶持開發(fā)出新型的園林機(jī)械，讓現(xiàn)有的產(chǎn)品更快地更新，產(chǎn)品必須要更加人性化和自動化，是現(xiàn)在急需解決的。20世紀(jì)的70年代我國投產(chǎn)了老型號的油鋸，到現(xiàn)在有了30多年，改進(jìn)過一些部分但它的振動還是算大的，這樣經(jīng)常用這個器械的林區(qū)工人會出現(xiàn)不同程度的職業(yè)病——擺手。而國外的油鋸從80年代開始，在振動和噪聲方面不停地在改進(jìn)，同樣的產(chǎn)品早就退出市場了。一開始的草坪修剪機(jī)走進(jìn)家庭的產(chǎn)品，是以步行操縱推行式為主的；90年代后，步行自走式就被推進(jìn)式的代替了；21世紀(jì)初期，步行自走式又被乘座式的取代了，發(fā)展到現(xiàn)在，草坪修剪機(jī)已經(jīng)發(fā)展到無級變速、零轉(zhuǎn)彎半徑，讓個人操作變得更簡單了。 ⑶ 降低對環(huán)境的污染、加強(qiáng)循環(huán)再利用功能 很多國外企業(yè)，在很久之前就已經(jīng)開始重視污染方面的問題，比較出名的是HUSQUARNA公司研發(fā)了一套環(huán)保措施，這個環(huán)保處理從材料的處理、能源的消耗、發(fā)動機(jī)的排放到最后的產(chǎn)品回收再利用全都滲透到，只要開發(fā)出一種新式材料，立刻拿來換掉原來的舊材料，產(chǎn)品甚至有85%的回收率。 目前我國開發(fā)園林機(jī)械新產(chǎn)品的時候，要注意到下面幾個點(diǎn)：①尾氣的排放要更小更環(huán)保，日本很早就發(fā)明出了層狀掃氣二沖程發(fā)動機(jī)，這種發(fā)動機(jī)又環(huán)保又節(jié)約能源，甚至于歐盟以及美國那些最最嚴(yán)格的廢氣排放標(biāo)準(zhǔn)都能滿足；②注意把機(jī)器的曲軸、機(jī)體的剛度提升上去，可以選復(fù)合材料來做隔音結(jié)構(gòu)，這樣能提升機(jī)器的消聲能力，把燃燒噪聲、機(jī)械噪聲弱化；③提升發(fā)動機(jī)的密封性能，運(yùn)用芳族聚酰胺纖維或者金屬密封墊片來替代石棉材料；④機(jī)器的抗靜電干擾能力要加強(qiáng)，盡量排除電磁干擾；⑤潤滑油一般要用能降解的材料，這樣廢棄潤滑油對環(huán)境造成的污染會很小。 ⑷ 從安全的角度去設(shè)計小動力園林機(jī)械產(chǎn)品 我們可以把安全科學(xué)技術(shù)巧妙地用到園林機(jī)械的設(shè)計上面，怎么讓設(shè)計出來的機(jī)具安全又可靠，主要表現(xiàn)在下面三個地方：一是機(jī)具要有可靠穩(wěn)定的安全性能，一旦操作者發(fā)生誤操作，要能自行判斷，保護(hù)操作人員的安全、防止機(jī)具損壞；二是機(jī)具要帶保護(hù)功能，一旦有意外或者有故障出現(xiàn)了，必須自動斷開或分離故障的部位；三是機(jī)具操作起來要舒服，適用人機(jī)工程學(xué)特征。 我們生產(chǎn)油鋸的時候，要參照標(biāo)準(zhǔn)《林業(yè)機(jī)械油鋸安全要求和試驗》，從油鋸的反彈角度的大小、鏈制動角的大小、手把空間規(guī)定的最小間隙、機(jī)具的尺寸大小、高溫防護(hù)裝置、如何設(shè)置停火開關(guān)等等，全都進(jìn)行了相關(guān)規(guī)定。其中化油器要加裝加濃的裝置，機(jī)具排量大的話要加上減壓裝置，還有操作安全的電子互鎖等也要在園林機(jī)械上大范圍運(yùn)用。 ⑸一種園林機(jī)械能有多種用途、還能進(jìn)行聯(lián)合作業(yè) 我們把同一種機(jī)具配上不一樣用處的工作裝置或者附件，就可以完成各種需要的工作內(nèi)容，這種方式在家庭、小型企事業(yè)單位、住宅小區(qū)或經(jīng)營規(guī)模較小的綠地的用戶用得比較多，功能又多又方便。比如美國CRAFTSMAN生產(chǎn)的一種園林拖拉機(jī)，一共有十多種附件，基本上所有的草坪護(hù)養(yǎng)和庭院作業(yè)都能覆蓋到，在用戶群體里特別受歡迎；比如林海集團(tuán)出品的YJ4油鋸，只要變換一些簡單的機(jī)具就能改裝成風(fēng)力滅火機(jī)、切割機(jī)、森林泵等等，對外銷售也很暢銷。聯(lián)合作業(yè)的機(jī)械設(shè)備就意味著可以同一時間或者按一定的流程來聯(lián)合工作，常常在大型園林綠化工程或者專業(yè)化機(jī)械施工中會用到。一機(jī)多用和聯(lián)合作業(yè)也是園林機(jī)械未來的發(fā)展趨勢之一。 1.4 本課題研究的意義和目的 林業(yè)機(jī)械里面的一個分支就是園林綠化機(jī)械，專業(yè)的園林綠化機(jī)械目前大概是50年的發(fā)展史，它是在城市的園林化，尤其是草坪業(yè)方面逐漸壯大的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。人們要有良好的生存環(huán)境，合理的生態(tài)系統(tǒng)，這是人類發(fā)展壯大的前提條件。那么割草皮的工作也變得重要起來。 作為一名機(jī)械專業(yè)的學(xué)生，經(jīng)過這次選題，可以把學(xué)到的專業(yè)知識拿來解決實際工作中的問題，這是檢驗掌握知識程度的最好的方式，在畢業(yè)設(shè)計過程中讓學(xué)生能夠把大學(xué)所學(xué)的基礎(chǔ)課程和專業(yè)課程結(jié)合起來；把解決實際問題的能力大大提升。 1.5 本課題主要研究內(nèi)容 這次課題是要設(shè)計出遙控割草機(jī)的整體結(jié)構(gòu)。 1.其中的機(jī)械結(jié)構(gòu)包含了先確定出遙控割草機(jī)大體構(gòu)造的方案、設(shè)計出遙控割草機(jī)的本體機(jī)構(gòu)、再選出何種驅(qū)動電機(jī)比較適用； 2.我們提出設(shè)計的條件，一些規(guī)定的數(shù)據(jù)指標(biāo)，再結(jié)合選的電機(jī)，分析說明設(shè)計出來的系統(tǒng)是不是安全可靠。 第2章 遙控割草機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計及方案論證 2.1 驅(qū)動方案的確認(rèn) 遙控割草機(jī)設(shè)備的驅(qū)動方式可以劃分成三種，液壓式、氣動式和電動式。下面具體介紹一下這三種不同的驅(qū)動方式。 2.1.1 液壓驅(qū)動 選液壓式驅(qū)動系統(tǒng)，優(yōu)點(diǎn)見下面所列： (1)液壓式的可以很容易達(dá)到比較高的壓力（常用液壓是2.5～6.3MPa），不要看整體體積小，它的推力或轉(zhuǎn)矩還算大； (2)液壓系統(tǒng)里面的介質(zhì)選不太能壓縮的，這樣工作起來平穩(wěn)又可靠，確定的位置精度也不會低； (3)液壓式傳出動力，基本上可以自動控制住力的大小、速度和方向； (4)液壓驅(qū)動中的介質(zhì)一般是油液，油液的防銹性和自潤滑性能都比較好，這讓機(jī)械的效率提升了，工作壽命也變長了。 液壓式傳動系統(tǒng)的缺點(diǎn)是： (1) 驅(qū)動結(jié)構(gòu)工作起來溫度會升高，油液的粘度會產(chǎn)生變化，工作性能也會有所下降，高溫還很容易引起燃爆炸等危險； (2)一般液體發(fā)生泄漏不容易解決，這就需要液壓元件的精度和質(zhì)量都要上乘，生產(chǎn)成本相對比較高； (3)液壓式驅(qū)動要有相應(yīng)的供油系統(tǒng)，特別是電液伺服系統(tǒng)更需要嚴(yán)格的濾油裝置，不然會特別容易產(chǎn)生故障。 總結(jié)上面的優(yōu)缺點(diǎn)，液壓式的輸出力和功率相對更大一些，可以形成伺服機(jī)構(gòu)，大型設(shè)備的驅(qū)動上面會很多見。 2.1.2 氣壓驅(qū)動 選氣動式驅(qū)動系統(tǒng)，優(yōu)點(diǎn)見下面所列的： (1)系統(tǒng)里面壓縮空氣的粘度不大，能夠高速傳動； (2)可以借助工廠集中的空氣壓縮站來給驅(qū)動設(shè)備供氣，不要另外加動力設(shè)備了； (3)空氣介質(zhì)完全不會污染環(huán)境，使用起來安全可靠，高溫環(huán)境也能夠適用； (4)氣動元器件的工作壓力相對比較低，所以會小于液壓元件的壓力指標(biāo)。 氣動式驅(qū)動系統(tǒng)的缺點(diǎn)是： (1)壓縮空氣大多壓力是0.4～0.6MPa，如果需要較大的力，整體結(jié)構(gòu)就要對應(yīng)的變大； (2)空氣更容易壓縮，這樣工作起來不平穩(wěn)，速度不好把握，位置精度控制不好； (3)想要壓縮空氣，去濕問題很突出，如果處理不好的話，鋼類零件有可能生銹，那么設(shè)備就會失靈。除此之外，排氣的時候還會產(chǎn)生噪聲污染。 總結(jié)以上，氣動式驅(qū)動系統(tǒng)大多會用在點(diǎn)位控制、抓取、開關(guān)控制和順序控制的設(shè)備上面。 2.1.3 電動機(jī)驅(qū)動 如果選電動式動的驅(qū)動系統(tǒng)，電動式的又可以劃分成三種：1）普通交、直流電動機(jī)，2）交、直流伺服電動機(jī)，3）步進(jìn)電動機(jī)。 第一種驅(qū)動常常用到中型或者重型的設(shè)備上面，還得加個減速裝置，輸出力矩雖然大，不太好控制，慣性也有點(diǎn)大；第二、三種電動機(jī)的輸出力矩相對來說小點(diǎn)，不過控制起來很容易，能很好的控制速度，精確的確定位置，大多用到中小型設(shè)備上面。閉環(huán)控制系統(tǒng)一般會選交、直伺服電動機(jī)來工作，開環(huán)控制系統(tǒng)大多選步進(jìn)電動機(jī)來工作，而且只能用到對速度和位置的精度要求不高的工作場所。 如果要考慮能源問題，工廠的電源就可以充足保證，想要降低生產(chǎn)成本，方便操作，工件安全可靠，維修起來便利，我們就盡可能的選電力驅(qū)動。如果要考慮到環(huán)境因素，電力驅(qū)動的方式產(chǎn)生的污染比較小，還是可以選電動機(jī)。如果考慮大經(jīng)濟(jì)層面，電動機(jī)工作需要達(dá)到一定程度的功率，功率不可以過大會造成浪費(fèi)，功率也不可以過小會使得負(fù)荷過大，讓生產(chǎn)效率達(dá)不到要求拖延生產(chǎn)周期。想要滿足以上所有要求，我們一般選直流無刷電機(jī)是比較合適的。 2.2 遙控割草機(jī)運(yùn)動方式的選擇 通過遙控割草機(jī)的運(yùn)動方式不同進(jìn)行劃分，可以分成輪子方式、履帶方式、腿足方式這三種。把各種方式的特點(diǎn)列出來，再詳細(xì)分析選出最實用的運(yùn)動方式，見下表2-1() 表2-1運(yùn)動方式的特點(diǎn) 考慮因素 運(yùn)動方式 適用的環(huán)境 驅(qū)動方式 機(jī)構(gòu)組成 輪子方式 選這種的比較 普遍 驅(qū)動起來很簡單，產(chǎn)生的力矩很小 一般還好分成：兩個輪子驅(qū)動/轉(zhuǎn)向+隨動輪；兩個輪子進(jìn)行差動+輔助輪；驅(qū)動輪+轉(zhuǎn)向輪 結(jié)構(gòu)是簡單的，之間連帶的條件不多，穩(wěn)定性相對高，選這個方式有精度標(biāo)準(zhǔn) 履帶的方式 用得地方是最多的，尤其是那些崎嶇不平的地點(diǎn)、濕洼地點(diǎn) 驅(qū)動的方式比較單一，力矩比較大，借助兩側(cè)輪之間的差動來驅(qū)動/轉(zhuǎn)向，不要加輔助輪了 結(jié)構(gòu)比輪子方式的復(fù)雜一些，涉及到履帶的張緊，支撐面積要夠大，工作起來比較穩(wěn)定 腿足的方式 用到的地方也較多，腿足的步態(tài)如何決定了用到什么地點(diǎn)，崎嶇的山路不好用 驅(qū)動方式復(fù)雜，平衡和穩(wěn)定的條件很高，自由度越多，驅(qū)動的控制部分也就變多 運(yùn)動部件和關(guān)節(jié)太多，加工/安裝起來要求比較高，對應(yīng)的材料特性的條件也比較高 我們參照表格里列出的，這次選輪子方式來作遙控割草機(jī)的運(yùn)動方式，因為輪子方式是達(dá)到所有設(shè)計條件的：可以用到各種環(huán)境里面；不要太大的動力；能量耗得也不多；整體結(jié)構(gòu)比較簡單，運(yùn)行起來可靠穩(wěn)定。 2.3 遙控割草機(jī)驅(qū)動方案的選擇 輪子方式遙控割草機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)見下面三幅圖： 圖2-1 驅(qū)動結(jié)構(gòu) 圖2-2 前輪驅(qū)動兼轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu) 圖2-3 后輪驅(qū)動，前輪轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu) 第一幅圖2-1，結(jié)構(gòu)是選的兩輪單獨(dú)驅(qū)動，兩套直流電機(jī)分別控制著驅(qū)動輪，產(chǎn)生動力；前輪是萬向輪可以變換方向前進(jìn)。這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)比較簡單，好控制，轉(zhuǎn)彎的半徑很小運(yùn)動起來很靈活。它的不足是承載能力不高，要有比較好的地面環(huán)境。 第二幅圖2-2，結(jié)構(gòu)選的前輪用來驅(qū)動，后輪是輔助輪，方向不會變，前輪作用是驅(qū)動+轉(zhuǎn)向，只要前后輪的驅(qū)動速度是一樣的，轉(zhuǎn)向速度也會一樣。這種的特點(diǎn)是運(yùn)動起來很平穩(wěn)，很穩(wěn)定。它的不足是結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，不太好控制。 第三幅圖2-3，結(jié)構(gòu)選的后輪來驅(qū)動，這一種遙控割草機(jī)的行走部分是一種典型的不完全約束的輪式遙控割草機(jī)模型。后輪是用來驅(qū)動的，方向不變化，只會驅(qū)動前進(jìn)，前后輪的速度是一樣的；前輪用來轉(zhuǎn)向，又叫舵輪，兩輪的轉(zhuǎn)向同時被轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制著，讓遙控割草機(jī)移動到想去的地方。 我們通過這次設(shè)計的條件和復(fù)雜程度選了第三種后輪驅(qū)動。 輪式的移動機(jī)構(gòu)又可以有三個輪的、四個輪的。三輪的支撐從理論上來看是很穩(wěn)定的。只不過實際上這種裝置，如有力F加到單獨(dú)輪的左右兩邊時，整個機(jī)構(gòu)可能發(fā)生側(cè)翻，所以要控制住負(fù)載的大小。根據(jù)穩(wěn)定性和承載能力的要求，我們決定選四輪的機(jī)構(gòu)，這時的前輪是用來驅(qū)動，后輪用來轉(zhuǎn)向，參看下圖。四輪額可以完成路線的規(guī)劃、定位跟蹤等工作，保持穩(wěn)定可靠，能用到復(fù)雜的地形去，承載能力也不弱。 圖2-4小車整體結(jié)構(gòu)模型圖 第3章 遙控割草機(jī)本體的設(shè)計分析 3.1 遙控割草機(jī)驅(qū)動輪組成 前輪驅(qū)動裝置的機(jī)械傳動結(jié)構(gòu)下圖表示： 圖3-1 驅(qū)動輪的傳動效果圖 1—變速箱底座 2—變速箱蓋 3—軸承 4—齒輪Ⅰ 5—齒輪Ⅱ 6— 齒輪Ⅲ 7— 電動機(jī) 8— 中間軸 9— 輪轂 10— 輪胎 通過觀察傳動方式圖，驅(qū)動電機(jī)、減速裝置、車輪和輪轂共同組成了的遙控割草機(jī)的前輪驅(qū)動裝置。 3.1.1驅(qū)動電機(jī)選擇 現(xiàn)在的遙控割草機(jī)的驅(qū)動電機(jī)里用得比較多的是直流無刷電機(jī)、交流電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)，根據(jù)它們的工作特性、使用原理、控制方法來區(qū)分，看下面表格的總結(jié)。 大多數(shù)的遙控割草機(jī)選用電機(jī)的基本要求有下面幾點(diǎn)： 1. 可以不停地有效地進(jìn)行打開、停止、反向等操作，響應(yīng)要好； 2. 不管是正轉(zhuǎn)還是反轉(zhuǎn)都要一樣，要有穩(wěn)定的運(yùn)行； 3. 抗干擾能力不能低，想要保證輸出，機(jī)構(gòu)的體積要小、重量也要輕； 4. 檢修的話要簡便，盡量不用保養(yǎng)。 表3-1不同種的工作特性、使用原理和控制方法 電機(jī)類型 主要特點(diǎn) 構(gòu)造與工作原理 控制方式 步進(jìn)形式電機(jī) 用數(shù)字信號直接來控制，計算機(jī)接口不復(fù)雜，不要用電刷，維修起來很方便，工作壽命也長。不足是能量轉(zhuǎn)換的效率不高容易失步，過載能力太不行 根據(jù)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的方式來分：永磁式，反應(yīng)式和混合式三種。其中混合式可以產(chǎn)生比較大的轉(zhuǎn)矩，用得地方很多 永磁式是單方向的勵磁，精度高不過容易失步；反應(yīng)式是雙向的勵磁，產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩大，轉(zhuǎn)子的過沖小效率不高； 混合式就是單+雙方向勵磁，運(yùn)轉(zhuǎn)起來平穩(wěn) 直流無刷式電機(jī) 只要通上直流電就能工作，控制起來很簡單；啟動的轉(zhuǎn)矩大，容易控制轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的大小，工作效率不低；要保養(yǎng)換電刷，工作壽命不長，噪音也大 永磁體定子、線圈轉(zhuǎn)子、電刷和換向器是構(gòu)成部件。工作起來電刷和換向器會把電流方向跟著轉(zhuǎn)子去變化，也就是連續(xù)轉(zhuǎn)動 轉(zhuǎn)動用電壓控制； 轉(zhuǎn)矩用電流控制，兩種都是成正比的 交流伺服式電機(jī) 不帶電刷和換向器，不要維修；驅(qū)動電路比較難，價格不低 從結(jié)構(gòu)來劃分，分成了同步和異步方式。無刷直流電機(jī)跟同步電機(jī)結(jié)構(gòu)部件一樣，是跟支流電機(jī)工作特征一樣 分兩種控制法：電壓和頻率。 一般電壓控制比較多見的是異步電機(jī) 因為我們選了兩個前輪當(dāng)作驅(qū)動，那么就要易控制而且精度要高，能量消耗不大，轉(zhuǎn)矩輸出大，過載能力要達(dá)到一定程度，工作起來要穩(wěn)定可靠。對電機(jī)的工作特性、使用原理、控制方法，遙控割草機(jī)的移動條件、本身機(jī)器的重量、傳動方式的特點(diǎn)等等方面比較之后，我們決定選直流式的驅(qū)動電機(jī)。 直流電動機(jī)的優(yōu)點(diǎn)多多，線性調(diào)速好、控制起來簡單、工作效率高、運(yùn)動動態(tài)不錯，在調(diào)速控制方面領(lǐng)先。雖然近年交流變頻電動機(jī)、步進(jìn)電動機(jī)等等發(fā)展得比較好，不過看調(diào)速效果還是選直流電動機(jī)最好，生產(chǎn)生活常常會用到。 計算出選擇電機(jī)的功率： 遙控割草機(jī)小車的受力分析看下圖表示： 遙控割草機(jī)受到的牽引力： 其中 是遙控割草機(jī)移動時要求的牽引力大小 是自身重力產(chǎn)生的阻力 是遙控割草機(jī)移動受到的摩擦力大小 圖3-2 遙控割草機(jī)小車的受力情況 所以 其中 是摩擦系數(shù) 是最大的爬坡角度 按照這次據(jù)課題的要求可以取0 求出遙控割草機(jī)在水平面上運(yùn)動的功率是 傳動裝置的總效率是 查看中的表2.1-1確定出相關(guān)效率：齒輪傳動效率；滑動軸承效率 把已知數(shù)代進(jìn)去得到： 可以求出直流電機(jī)最小的功率 W 根據(jù)上面的過程，我們決定選廣東德昌生產(chǎn)的SRC-555-3250型號的直流電動機(jī)。參看下圖： 圖3-3 電動機(jī)的外觀 圖3-4 SRC-555-3250電機(jī)的尺寸大小 表3-3 SRC-555-3250電機(jī)的技術(shù)參數(shù) 電機(jī) 型號 額定 電壓 空載下 最大工作效率下 制動 轉(zhuǎn)速 電流 轉(zhuǎn)速 電流 力矩 功率 力矩 功率 r/min A r/min A g·cm W g·cm W SRC-555-3250 12v CONSTANT 6100 0.24 5300 1.49 229 14.2 1650 9.20 3.1.2減速機(jī)構(gòu)的設(shè)計與校核 直流電機(jī)工作起來的轉(zhuǎn)速不低，不要把它直接接到車輪軸的上面，要加上減速機(jī)構(gòu)去減速，這樣還能讓轉(zhuǎn)矩提高。減速裝置加得合不合適對遙控割草機(jī)工作性能關(guān)系很大。 3.1.2.1減速形式的選擇 驅(qū)動輪的機(jī)械傳動的方式可以劃分成：鏈條傳動、皮帶傳動、蝸桿傳動、齒輪傳動等。 1.鏈條式傳動 優(yōu)點(diǎn)是：一樣的工作情況下，傳動尺寸不大；不會產(chǎn)生滑動；張緊力也不要太大，軸上的載荷力比較?。还ぷ鞯男矢?；能用到惡劣條件下； 缺點(diǎn)是：瞬時速度分布不均，如果高速運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)器就不平穩(wěn)；不能用到載荷變化大的傳動或者有急促反向的傳動里面去；工作起來噪聲很大。 2．皮帶式傳動 優(yōu)點(diǎn)是：可以緩和沖擊；工作起來平穩(wěn)沒有噪聲；制造和安裝精度要求很低；過載會打滑，可以避免其他零件的損壞； 缺點(diǎn)是：會出現(xiàn)彈性滑動和打滑，效率比較低，沒辦法保證精確的傳動比；軸上的載荷比較大；工作壽命低。 3.蝸桿式傳動 優(yōu)點(diǎn)是：機(jī)構(gòu)尺寸不大緊湊；工作起來很平穩(wěn)；噪聲不大；沖擊震動也不大；單級傳動比會比較大； 缺點(diǎn)是：傳動比一樣的時候工作效率比齒輪方式的低；里面的防磨損的材料要用貴重金屬來做，成本太高。 4.齒輪式傳動 優(yōu)點(diǎn)是：工作起來安全可靠，工作壽命比較長；維護(hù)起來很方便；它的瞬時傳動比是個常數(shù)；傳動的效率高效；機(jī)構(gòu)尺寸緊湊；能用到的地方很多； 缺點(diǎn)是：機(jī)構(gòu)相對復(fù)雜，成本不低；軸間距的傳動上面不適合。 分析比較上面的傳動形式，結(jié)合這次設(shè)計中遙控割草機(jī)的條件，需要輸出的轉(zhuǎn)矩大、傳動的效率高、噪聲小等，我們決定用兩級齒輪傳動，減速比是15。輸入軸就是電機(jī)軸來裝配主動齒輪，不要用聯(lián)軸器，這樣把精度提高而重量又降低了。輪轂和齒輪3都裝在同一根軸上面，兩者的是轉(zhuǎn)速一樣的。齒輪類型是漸開線直齒齒輪，用聯(lián)軸器連接，齒輪和車輪裝在同一根軸上面，兩者的轉(zhuǎn)速是一樣的。 齒輪參數(shù)見下： 第一級的減速：，，，， ， 第二級的減速：，，，，， 3.1.2.2齒輪傳動的計算與校核 第一級的齒輪強(qiáng)度開始進(jìn)行計算+校驗，過程見下： 1.先求齒面接觸的疲勞強(qiáng)度是多少 （1） 初步求解 轉(zhuǎn)矩是 齒數(shù) 接觸疲勞極限 查中表12.13，得到 查中表1.7，得到 計算出許用接觸應(yīng)力是 查，得到 算出小齒輪的直徑是 取整數(shù) 求出齒寬b （2） 校核齒輪強(qiáng)度 圓周的速度 查中表14.4，可以選6級精度 求出齒數(shù)和模數(shù) 初步確定齒數(shù)， 查表14.1，得到 模數(shù)這里往大或者往小取都可以，根據(jù)驗算結(jié)果來定 所以 查中表12.9，取使用系數(shù)是 查中表12.9，取動載系數(shù)是 查中表12.10，求出齒間的載荷分配系數(shù) 先求出 所以 查中表12.11，求出齒向的載荷分布系數(shù) 求出載荷系數(shù) 查中表12.12，得到彈性系數(shù)是 查中圖12.16，得到節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) 查表12.14，得到接觸最小的安全系數(shù) 求出總工作時間 查中表12.15，得到應(yīng)力循環(huán)次數(shù)的范圍 大約，指數(shù) 所以原來估計的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)是符合的。 查中圖12.18，得到接觸壽命系數(shù) 求出許用的接觸應(yīng)力是 根據(jù)上面的計算可以知道，接觸的疲勞強(qiáng)度是滿足要求的，齒輪尺寸不用進(jìn)行調(diào)整。否則尺寸調(diào)整之后還的繼續(xù)進(jìn)行重新驗算。 2.驗算齒根的彎曲疲勞強(qiáng)度 重合度系數(shù) 查中表12.10，求出齒間的載荷分配系數(shù) 所以得到 齒向的載荷分布系數(shù) 查中圖12.14，得到 求出載荷系數(shù) 查中圖12.21，得到齒形系數(shù) 查中圖12.22，得到應(yīng)力修正系數(shù) 查中圖12.23c，得到彎曲疲勞極限 查中表12.14，得到彎曲最小安全系數(shù) 查中表12.15，得到應(yīng)力循環(huán)次數(shù)的范圍 大約是，指數(shù)是 所以原來估計的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)是符合要求的。 查中圖12.24，得到彎曲壽命系數(shù) 查中圖12.25，得到尺寸系數(shù) 求出許用的彎曲應(yīng)力是 進(jìn)行驗算 可以知道傳動沒有嚴(yán)重過載，所以不要校核靜強(qiáng)度 第二級的嚙合齒輪、的計算校核也跟上面的計算步驟雷同，通過計算可以知道：強(qiáng)度都是符合要求的。 3.1.3變速箱體及后減震 在確保有足夠剛度的條件下，變速箱體要盡可能的把車架的重量設(shè)計得更輕一些，還要提高有效的承載重量。在確保其它元件安裝上機(jī)具以后，變速箱體也要達(dá)到平衡、對稱和同軸。變速箱的材料選ABS，厚度是6mm，軸承盒全都集成在箱體上面，制造難度就可以降低。 防止系統(tǒng)結(jié)構(gòu)受到震動的損傷同時還要把躍障能力提上去，可以在變速箱和前車體之間加一個減震彈簧。它作用不但可以緩解震動，而且可以在遙控割草機(jī)碰到低于100mm 的障礙物時，或者在高低不平的路面工作時可以跳過阻擋不被架空。 3.1.4驅(qū)動車輪及輪轂 上面已經(jīng)知道遙控割草機(jī)的運(yùn)動方式是輪子方式，其中輪子方式又可以有多種方式進(jìn)行排列，這滿足了不同情況的需求，轉(zhuǎn)向很容易，可以精確控制運(yùn)動，機(jī)構(gòu)組成比較簡單。綜合分析考慮設(shè)計的遙控割草機(jī)的工作條件和控制條件，這里我們選四輪的方式。 如何選車輪，我們要考慮下面幾點(diǎn)：割草機(jī)的尺寸大小、重量、地形狀況、電機(jī)的功率等。車重加負(fù)載質(zhì)量控制在20kg~45kg以內(nèi)，我們選聚苯乙烯作為輪轂，這種材料質(zhì)地堅硬而且方便加工，選用不要充氣的中空橡膠輪胎，這樣選擇的優(yōu)點(diǎn)是材質(zhì)重量輕、橡膠跟地面的附著系數(shù)比較大，就確保了足夠的驅(qū)動能力。輪胎及輪轂的參考圖見下 圖3-5 輪胎+輪翼 機(jī)構(gòu)見上圖，輪胎直徑是，所以車輪轉(zhuǎn)一圈的移動距離是： 車輪的最大轉(zhuǎn)速是： (電機(jī)轉(zhuǎn)速/傳動比) 所以遙控割草機(jī)最大的線速度是： 遙控割草機(jī)小車的受力分析如下圖 遙控割草機(jī)需要的牽引力大小是： 其中是遙控割草機(jī)移動時需要的牽引力大小 其中是本身重力產(chǎn)生的阻力 其中是遙控割草機(jī)移動時受到的摩擦力 所以 其中是摩擦系數(shù)； 是最大的爬坡角度。 所以遙控割草機(jī)在水平面上的功率是： 最大加速度是： （其中的計算過程在3.1.1已列出） 圖4-6 遙控割草機(jī)小車的受力情況 3.2遙控割草機(jī)轉(zhuǎn)向輪組成 轉(zhuǎn)向輪的作用是支撐和轉(zhuǎn)向，不會產(chǎn)生驅(qū)動力矩。轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)一定的角度小車也會跟著轉(zhuǎn)向。它的機(jī)械組成可以看下圖： 圖3-7轉(zhuǎn)向裝置結(jié)構(gòu)圖 1.前減震彈簧 2.轉(zhuǎn)向連桿 3.拉桿 4.拉緊彈簧 5.撥叉 6.步進(jìn)電機(jī) 7.前車體蓋 8.轉(zhuǎn)向節(jié) 9.前輪軸 10.前輪轂 11.輪胎 12.電池的盒蓋 13.后減震彈簧 14.連接軸 15.變速箱 遙控割草機(jī)前輪裝置主要是下面五部分組成的：1.驅(qū)動電機(jī)2.蓄電池和充電部分3.轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)和前減震結(jié)構(gòu)4.前車體和電池箱5.輪胎和輪轂。 3.2.1驅(qū)動電機(jī)選擇 查表4-1，從不同的電機(jī)特性、工作原理和控制方式來分析比較轉(zhuǎn)向輪的電機(jī)，想要轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動精度較高，控制性能足夠強(qiáng)且控制起來簡單容易，用來轉(zhuǎn)向的我們決定用步進(jìn)驅(qū)動電機(jī)。 步進(jìn)電機(jī)是一種機(jī)電元件，可以把電脈沖信號轉(zhuǎn)化成角位移/線位移。加一個電脈沖到上面之后，它的轉(zhuǎn)軸就會轉(zhuǎn)過一個角度，叫做一步；隨著脈沖數(shù)的增加，角位移(或線位移)也會跟著增加，如果脈沖加的多，頻率就會高，電機(jī)轉(zhuǎn)的速度也會高，相反就低；如果把脈沖的相序變掉了，步進(jìn)電機(jī)的方向也會跟著變化。步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動狀態(tài)跟那些勻速轉(zhuǎn)的電動機(jī)不太一樣，它是步進(jìn)來工作運(yùn)動，所以也叫作步進(jìn)電動機(jī)。 列出步進(jìn)電機(jī)的主要參數(shù)： 相數(shù)：N極， S極磁場的激磁線圈的對數(shù)。 拍數(shù)：里面的磁場會有周期變化，一個周期要加的脈沖數(shù)量/導(dǎo)電，電機(jī)轉(zhuǎn)過一個齒距角要加的脈沖數(shù)量也能叫做一個拍。拿四相的電機(jī)舉例，就是四個拍子的運(yùn)行， 就是八個拍子的運(yùn)行。 步距角：加一個脈沖信號，電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角的大小。，常見的是二相的、四相的電機(jī)，拿50個轉(zhuǎn)子齒的電機(jī)來舉例， 四拍工作時步距角是，就是整步， 八拍工作時步距角是 就是半步。 定位轉(zhuǎn)矩：電機(jī)如果不通電，轉(zhuǎn)子自身的鎖定力矩就叫做定位轉(zhuǎn)矩。這是磁場齒形的諧波和機(jī)械誤差引起的。 靜轉(zhuǎn)矩：電機(jī)是額定靜態(tài)電作用的話，電機(jī)不會旋轉(zhuǎn)工作，這時電機(jī)轉(zhuǎn)軸的鎖定力矩就叫靜轉(zhuǎn)矩。這個力矩的大小關(guān)系到電機(jī)體積的大小，跟電壓和電源等都沒有關(guān)系。盡管靜轉(zhuǎn)矩跟電磁激磁的匝數(shù)是成正比的，跟轉(zhuǎn)子之間的空隙有關(guān)，但是一味地用減小氣隙的方法是不行的，這樣激磁的匝數(shù)變多了，不過靜力矩會讓電機(jī)過熱、機(jī)械噪聲過大。 步距角的精度：電機(jī)每轉(zhuǎn)過去一個步距角，它的實際數(shù)值跟理論數(shù)之間都會有個誤差。我們可以用百分比來表示。運(yùn)行的拍數(shù)不一樣，得到的精度也不一樣，四拍工作時大概是5%以內(nèi)，八拍工作時大概是15%以內(nèi)。 失步：代表電機(jī)轉(zhuǎn)的步數(shù)，不是理論上的步數(shù)。 失調(diào)角：轉(zhuǎn)子跟定子齒軸線之間偏差的角度，電機(jī)工作轉(zhuǎn)起來的話肯定會有失調(diào)角，這個失調(diào)角帶來的誤差，細(xì)分驅(qū)動也不好避免的。 最大的空載起動頻率：電機(jī)空載的時候，選好驅(qū)動方式，電壓，額定電流之后，直接開啟機(jī)器的最大頻率。 最大的空載運(yùn)行頻率：電機(jī)空載的時候，選好驅(qū)動方式，電壓，額定電流之后，運(yùn)行起來的最高轉(zhuǎn)速頻率。 運(yùn)行矩頻特性：達(dá)到規(guī)定條件，測出電機(jī)工作的輸出力矩和頻率之間關(guān)系再畫出曲線就叫做運(yùn)行矩頻的特性，這是電機(jī)的動態(tài)曲線里最重要的一個，是我們?nèi)绾蝸磉x電機(jī)的根本。 步進(jìn)電機(jī)有一些優(yōu)點(diǎn)，總結(jié)起來是下面幾點(diǎn)： 1. 步距大小不會受影響。換一種說法，轉(zhuǎn)子的速度是脈沖信號的頻率來定的，轉(zhuǎn)子的總位移量又是總的脈沖數(shù)量來定的。 2. 位移大小對照著脈沖信號，步距誤差不會一直累積下去。就能組成開環(huán)式的控制系統(tǒng)了，結(jié)構(gòu)不復(fù)雜而且精度也足夠，當(dāng)然如果精度等級更高時就要組成閉環(huán)式的了。 3. 數(shù)字信號能直接控制開環(huán)工作，結(jié)構(gòu)不復(fù)雜成本也低。 4. 用不到電動刷，電動機(jī)部件比較少，運(yùn)行起來很可靠。 5. 能輕松地控制。不管選什么運(yùn)行方式，都不會丟步的。起動、停車、反轉(zhuǎn)或改變其他運(yùn)行方式，都會在脈沖內(nèi)完成，在給出的頻率范圍以內(nèi)進(jìn)行。 6. 電機(jī)停止時會自鎖住。 7. 選擇步距角的范圍比較大，從幾角分到里面來選。小部分情況，能在超低轉(zhuǎn)速高轉(zhuǎn)矩下的穩(wěn)定的工作。 把各個參數(shù)指標(biāo)按照設(shè)計條件來選，我們可以選常州豐源的型號的減速步進(jìn)電機(jī)，減速比是 。參數(shù)詳見下表 表4-3步進(jìn)電機(jī)的相關(guān)參數(shù) 步距角的大小 （/° 相數(shù) 電壓大小 /V 電流 大小 / mA 電阻大小 R/Ω 減速比多少 空載下運(yùn)行的頻率F/pps 空載下啟動的頻率 F/pps 起動轉(zhuǎn)距 T/g.cm 鎖定 轉(zhuǎn)距 T/ g.cm 7.5/25 4 12 255 47 1/25 550 680 750 1400 3.2.2傳動機(jī)構(gòu)及前減震機(jī)構(gòu) 想要系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定、承載能力夠強(qiáng)，我們選用兩個前置轉(zhuǎn)向輪，轉(zhuǎn)向輪不當(dāng)驅(qū)動，只要用來支撐和轉(zhuǎn)向。整個結(jié)構(gòu)形式類似于普通機(jī)動車結(jié)構(gòu)，步進(jìn)電機(jī)的變速箱輸出軸連著撥叉，撥動撥叉左右轉(zhuǎn)節(jié)連桿來進(jìn)行轉(zhuǎn)向。為了避免傳動的間隙和電機(jī)的反轉(zhuǎn)死區(qū)，我們會在機(jī)構(gòu)里加進(jìn)兩個拉緊桿和一條拉緊彈簧，這可以一定程度的控制住誤差。 為了防止系統(tǒng)結(jié)構(gòu)受到震動的損傷，讓遙控割草機(jī)在不平的路面上行走的能力變強(qiáng)，可以在每個轉(zhuǎn)向節(jié)軸上加上減震彈簧。這個彈簧不僅可以緩沖震動，而且防止遙控割草機(jī)在不平的路面被架空。它跟后減震配合起來減震效果會更好，工作原理跟后減震是差不多的。轉(zhuǎn)向傳動的受力分析如下圖： 圖3-8 傳動機(jī)構(gòu)受力情況 3.2.3前車體及電池箱 轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)一些零件的載體就是前車體，車體的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，精度要求相對也比較高。尤其是轉(zhuǎn)向節(jié)需要放置孔和電機(jī)支撐座等等，要保持同軸，而且和垂直也要好，所以想要裝配的精度更高，就得用到卯榫式螺栓孔連接車體蓋跟車體，這樣可以提高裝配的精度要求。 制造工序想要不那么復(fù)雜，車體之間一定要加強(qiáng)緊湊，各部件也要很牢固，其中的電池盒可以放到前車體的后面，這樣電池盒到地面之間的距離就大大減小了，遙控割草機(jī)的重心高度就不會過高了。 運(yùn)行時要確保電池在箱體里面的牢固程度，并要求降低噪音，電池盒蓋的內(nèi)側(cè)需要貼一層薄薄的海綿 其中電動機(jī)和驅(qū)動電路很容易影響到控制電路，所以我們要把控制電路板和驅(qū)動板并排列起來。 3.2.4轉(zhuǎn)向輪胎和輪轂 前輪的輪胎和后輪用一樣的結(jié)構(gòu)和材料，輪轂的軸孔要和軸進(jìn)行相對滑動，所以前輪要比后輪的精度高一些。 3.3遙控割草機(jī)受力分析及如何保證加速度最優(yōu) 這次設(shè)計的遙控割草機(jī)是四個輪來支撐，也就是兩個后輪是驅(qū)動輪、兩個前輪是轉(zhuǎn)向輪。想要車輪跟地面的滑動摩擦系數(shù)變大，需要選橡膠來做每個車輪的輪胎材料?；瑒虞S承和輪轂則選了塑料，塑料要有自潤滑能力，這時摩擦力很小，小到可以忽略不計。選用這些結(jié)構(gòu)的小車，運(yùn)動性能會很好。 遙控割草機(jī)小車的受力分析見下圖： 圖3-9 小車受力情況 滿足以下關(guān)系： 滑動摩擦力是： 支撐反力是： 水平方向的受力大小是： 推算出加速度是： 從上面運(yùn)算公式來看，因為小車的質(zhì)量是固定的，想要加速度變大，就需要增加摩擦系數(shù)、減少支撐力。如果遙控割草機(jī)的工作場所是在室內(nèi)，速度需要頻繁的變化，只有加速度大一點(diǎn)，才可以讓遙控割草機(jī)更快速更實時。 當(dāng)摩擦系數(shù)是固定的，就只有盡可能的減少支撐力，這時的加速度才有可能達(dá)到最大，這直接影響了小車的重心位置高度如何。小車?yán)锩娴碾姵睾秃蠹拥呢?fù)載在小車的重量里是比重比較大的，所以我們要盡可能的靠近后輪來放，這樣可以減小支撐力，啟動時加速度在就會盡可能的大。通過相關(guān)計算，遙控割草機(jī)被證明最適合的加速度是大約。 3.4系統(tǒng)可靠性設(shè)計 我們要從技術(shù)層面、可靠性能、適用范圍性、經(jīng)濟(jì)性這四個方面來掌控系統(tǒng)質(zhì)量的高低，其中最重要的兩個是技術(shù)層面和運(yùn)行的可靠性。但我們從開始設(shè)計時，大多會一味地追求技術(shù)性能指標(biāo)，把它運(yùn)行可不可靠給忘記了。可靠性設(shè)計的不好，會有突發(fā)事件產(chǎn)生，這時系統(tǒng)就沒辦法正常工作了，甚至有災(zāi)難性的后果發(fā)生，想要系統(tǒng)運(yùn)行的安全可靠：要先進(jìn)行可靠性方面的設(shè)計、嚴(yán)格控制部件的生產(chǎn)流程、設(shè)備要按具體要求來安裝調(diào)試、用對的方法來操作使用、進(jìn)行日常的維護(hù)。 這次我們設(shè)計的運(yùn)動控制系統(tǒng)全面考慮了可靠性這個指標(biāo)，主要有下面幾點(diǎn)： 1．選何種屏蔽技術(shù) 機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)都會有電磁干擾，一般的噪聲源有直流電機(jī)、驅(qū)動的部件、微控制器用到的振蕩器等等。距離離得近的時候，電磁波會經(jīng)過分布的電容和電感藕合傳到信號回路上產(chǎn)生干擾。距離離得遠(yuǎn)的時候，電磁波會經(jīng)過輻射產(chǎn)生干擾?？偨Y(jié)上面的干擾情況，我們這次把屏蔽體用高導(dǎo)磁的材料來做，這樣產(chǎn)生的電磁波經(jīng)過屏蔽體的四壁之后，低磁阻磁路讓電磁衰弱，干擾也就小了。 2．地線如何設(shè)計 地線也有有噪聲，也要想辦法減小地線干擾，跟電路一樣所有的地線都有阻抗，電流工作會回到原點(diǎn)，那么電流通過地線就有一個電壓降，電壓降就是產(chǎn)生地線干擾的源頭。所以我們要選好接地方式，減弱干擾。在設(shè)計過程中可以把接地跟屏蔽結(jié)合到一塊效果更好。接地就是為了消除各個電路電流經(jīng)過公共地線時生成的噪聲電壓，還包括不受電磁場和地位差的干擾。 3．自感電動勢也有干擾，要進(jìn)行控制 設(shè)計整個系統(tǒng)我們選了電動機(jī)，這是一種電感量比較大的器件。如果電感回路里的電流阻斷，這時就有很大的反電勢產(chǎn)生而發(fā)出噪音。這種噪音生成的電磁場直接干擾到其它回路了，更嚴(yán)重情況是擊壞電路里的晶體管等等。所以我們要在線圈的兩頭并聯(lián)上一個二極管，這樣就可以控制住反向的自感電勢生成的干擾。 3.5鋤草刀片的設(shè)計 這次設(shè)計的鋤草結(jié)構(gòu)是：直流電機(jī)通過聯(lián)軸器，直接驅(qū)動割草圓盤來旋轉(zhuǎn)，從而進(jìn)行割草運(yùn)動。割草的機(jī)構(gòu)要簡單，方便刀具的拆裝。我們選用的機(jī)構(gòu)方案的刀片三維結(jié)構(gòu)圖見下圖。 圖3-10 鋤草刀片 結(jié)論 整個畢業(yè)設(shè)計即將步入尾聲，沒開始做畢業(yè)設(shè)計之前，想當(dāng)然的覺得畢業(yè)設(shè)計只要把大學(xué)四年所學(xué)的知識進(jìn)行一個總結(jié)和做出相關(guān)計算就可以了。但經(jīng)過這十幾周的設(shè)計書寫，發(fā)現(xiàn)自己以前的想法真是太單純太片面了。這個設(shè)計不僅僅要學(xué)生把大學(xué)四年所學(xué)的知識靈活運(yùn)用起來，還涉及到了大學(xué)的很多其它課程。 這次設(shè)計的主要內(nèi)容是：遙控割草機(jī)硬件、驅(qū)動的設(shè)計。接著是對遙控割草機(jī)開始選型，分別對遙控割草機(jī)的運(yùn)動方式、模型和車體運(yùn)動方式進(jìn)行比較衡量，最后確定了是不完全的約束四輪式移動方式。后面的兩個輪是同軸驅(qū)動，前面的兩個輪用來轉(zhuǎn)向的遙控割草機(jī)。之后再進(jìn)行相關(guān)計算校驗。我們將會把機(jī)械工程材料，機(jī)械制造工藝，極限配合，機(jī)械制圖等方面的知識全部串聯(lián)起來進(jìn)行靈活運(yùn)用。 畢業(yè)設(shè)計的整個流程走下來，遇到的一些專業(yè)難題，知道了自己在專業(yè)基礎(chǔ)知識上還有哪些地方比較薄弱，需要加強(qiáng)和鞏固。還學(xué)會了把幾門課程的綜合運(yùn)用起來去解決難題。 這次設(shè)計之后我們學(xué)到了很多，掌握了很多新的知識，運(yùn)用了很多學(xué)習(xí)的技能，也確實把所學(xué)的理論知識與生產(chǎn)實踐得到了有機(jī)結(jié)合，加強(qiáng)了我們的綜合素養(yǎng)。 這次畢業(yè)設(shè)計是遵照機(jī)械設(shè)計制造專業(yè)的設(shè)計規(guī)范來的，為了更加深入的理解并掌握大學(xué)的專業(yè)知識，加強(qiáng)專業(yè)技能。整個設(shè)計過程是通過查閱相關(guān)資料，了解整體構(gòu)造，然后進(jìn)行相關(guān)設(shè)計。這次畢業(yè)設(shè)計我嘗試了獨(dú)立思考問題，通過自己翻閱相關(guān)資料，利用手上現(xiàn)有的資料去解決實際遇到的問題。相信這樣的體驗對以后的學(xué)習(xí)和生活都大有幫助。 致謝 自己的專業(yè)水平還很有限，這次設(shè)計并不是沒有漏洞，作為一名機(jī)械專業(yè)的學(xué)生，能把所學(xué)的專業(yè)知識用來解決實際工作中的問題才是檢驗掌握知識的最好的途徑。 這里還要特別感謝我的指導(dǎo)老師。在我畢業(yè)論文的寫的過程中，指導(dǎo)老師給我提供了相當(dāng)大的幫助和指導(dǎo)。從一開始的選課題再到不斷修正，最后定稿，指導(dǎo)老師的建議是相當(dāng)關(guān)鍵且重要的。也要感謝那些曾經(jīng)教導(dǎo)過我的老師們，不光傳授了專業(yè)知識，還教會了我們對待學(xué)習(xí)以及生活的態(tài)度，讓我們受益匪淺。 最后還要感謝自己的父母，你們是我奮斗的源泉，只要有你們在，面對各種困難，都不會感到畏懼，不會退縮。最后對各位專家、教授還有各位老師對我畢業(yè)設(shè)計的評審和指導(dǎo)表示我最衷心的感謝！謝謝！ 參考文獻(xiàn) [1] 機(jī)械設(shè)計手冊編委會編，機(jī)械設(shè)計手冊，機(jī)械工業(yè)出版社出版.2005.9： 6-89～6-93，9-100～9-106 [2] 邱宣懷，機(jī)械設(shè)計(第四版)，高等教育出版社.2006.10：204～256，296～308 [3] 張海根，機(jī)電傳動控制，高等教育出版社.2002.8：90～117 [4] 張 霞 蔡宗壽 我國草坪機(jī)械使用現(xiàn)狀及發(fā)展對策 《農(nóng)機(jī)化研究》 第六期 [5] 黃文敏 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