课程设计说明书机械里程表.docx
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课程设计说明书机械里程表
序言
几个世纪以来，机械式里程表一直兢兢业业地统计着里程。
虽然它们面对能提供更多功能的电子里程表未来必然要面临淘汰，但是我们依然会为其神奇的构造而惊奇。
其实机械式里程表的原理也很简单，因为汽车轮子的直径已知，车轮的圆周长是恒定不变的。
由此可以计算出每一公里车轮要转多少圈，这个数字也是恒定不变的。
因此只要记录下车轮转数的总数，然后除以每一公里对应的转数就可以得到行驶的里程了。
机械式里程表是由变速箱引出的一根软轴驱动。
软轴旋转经过蜗轮蜗杆减速再传递到精度为1/10的滚轮计数器上，把车轮转数所代表的路程累积了下来。
本文设计的机械式里程表的主要机构有三级蜗轮蜗杆减速机构和滚轮计数器构成。
机械里程表的涡轮传动比为3200:
1意味着输入轴转动3200圈，才使里程表记录1公里。
在里程表的设计过程中，我尽量采用基本参数和国标，对各种方案多次分析比较确定最佳方案，使产品的误差更小而制造也更加简单。
本次课程设计是学生的第一次课设，在设计的过程中遇到了不少问题，再次感谢老师对学生的指导。
虽然学生在设计中倍加细心，由于学生专业知识所限难免出现错误，望老师给予批评指正！
目录
课程设计任务书
序言
一、背景资料及设计原理………………………………….
二、设计步骤……………………………………………...
1.里程表的总体设计方案………………………………..
2.确定传动系的总传动比………………………………..
3.蜗轮蜗杆传动比的分配、计算和误差分析…………..
4.齿轮传动比的分配、计算和误差分析………………..
5.蜗轮蜗杆机构和齿轮机构的比较及确定最佳方案…..
6.绘制运动简图…………………………………………..
三、设计小结……………………………………………….
四、参考文献……………………………………………….
摘要
我设计的是一个机械式的里程表。
此机械式里程表由车辆变速器的传动比为1:
45蜗轮蜗杆上采集运动信号，经过软轴传递到里程表里面的三级蜗轮蜗杆减速构件得到合适的转速驱动十进制数字滚轮记录车辆的行驶里程。
本文首先对机械式里程表的结构和传动方式进行分析、研究、然后提出总体得设计方案，在对里程表的各个构件提出多种具体方案并进行计算分析比较确定最佳方案，最后对设计的机械里程表做出总结。
关键词机械式里程表蜗轮蜗杆机构锥齿减速机构滚轮计数器
Abstract
Idesignedamechanicalodometer.Thismechanicaltransmissionfromthevehicle'sodometergearratioof1:
45oncollectionwormmovementsignalstopassthroughtheshafttothespeedometerwormgearinsidethethreecomponentstogettherightspeeddecimalwheeldrivevehiclemileagerecords.Inthispaper,thestructureofthemechanicalodometerandtransmissionmodeanalysis,research,andhavemadetheoveralldesign,thevariouscomponentsintheodometerraisedanumberofspecificprogramsandconductanalysisandcomparisonofthecalculationtodeterminethebestsolution,thefinaldesignofthemechanicalodometertomakeasummary.
Keyword：
Mechanicalodometer、Wormbody、Bevelgearbox、Rollercounter
一、背景资料及设计原理
背景资料：
乘出租车已成为大家日常生活中一件很平常的事，而出租车收费的主要依据是所行驶的里程，收费多少是由计价器根据里程表的数据算出来的其实其原理很简单，因为汽车车轮的直径已知，车轮的圆周长便是恒定不变的。
由此可以计算出每走一里路车轮要转多少圈，这个数也是恒定不变的。
因此只要能够自动把车轮的转数积累下来，然后除以每一里路对应的转数就可以得到行驶的里程了。
现在汽车上的里程表可就不一样了，既能告诉你这次走了多少公里，也能记忆自从出厂以来一共走了多少公里，于是，车辆是否需要大修，发动机比例关系是否应该报废，全都有记录可依。
原理：
汽车发动机的轴把动力传给变速箱，从变速箱的输出轴到车轮的传动比是不变的。
在变速箱的输出轴上装有一根“软轴”，一直通到驾驶员面前的里程表里去。
所谓“软轴”就是像自行车线闸用的拉线那样有钢丝芯的螺旋管，管壁和内芯之间有润滑油，外管固定而内芯可以转动，这个内芯的转速与车轮的转速有着恒定的比例关系。
软轴通到车速表，使得指针能把车的行驶速度指示出来。
同时，软轴旋转还经过蜗轮蜗杆传到车速表中间的滚轮计数器上，把车轮的转数所代表的里程数累计了下来，因为车速和里程都是靠同一根软轴传来的旋转动作驱动的，所以这两个表在一起，前者用指针指示，后者由滚轮计数器累计。
新型小汽车的里程表里包括由同一软轴带动的两个滚轮计数器，分别累计本次里程和总里程。
本次里程通常有四位数，供短期计数，这是可以清零的；总里程则有六位数，不能清零。
本次里程的单独指示和清零对于出租车的计费十分不方便。
最近电子式车速里程表逐步推广，它不用软轴，而是在变速箱输出轴上安装脉冲发生器，用导线把电脉冲传到仪表里，用脉冲频率指示速度，用脉冲计数器累计里程。
看起来电子式车速里程表比先前的机械电磁式的更合理，因为它不用软轴传动。
但是因为机械电磁式的价格比较便宜，在目前汽车里用得仍然比较多。
图1
二．设计步骤
&1.机械里程表的总体设计方案
一．按主要机构机械式里程表可分为传动机构和滚轮计数器两大部分。
滚轮计数器即槽轮机构是标准件，仅有传动机构可有多种方案来解决传动比，而常用的传动装置有齿轮传动机构和蜗轮蜗杆传动机构。
故初步方案可以确定为蜗轮蜗杆传动的机械式里程表和齿轮传动的机械式里程表。
二．传动机构各自的特点
1.蜗轮蜗杆的特点：
（1）传动比大，结构紧揍。
在动力传动中，一般传动比i=5~80；在分度机构或手动机构中i可达300.
（2）传动平稳，噪音小。
（3）可具有自锁性能。
（4）传动效率低，磨损较严重。
（5）蜗杆的轴向压力较大，使轴承摩擦损失较大。
图2.2.1
图2.2.2
如上图所示为蜗轮蜗杆传动机械里程表，三级蜗轮蜗杆将软轴的转速降低并输入到滚轮计数器里使其记录行驶的里程。
图2.2.3
上面的里程表结构示意图清楚的表现出蜗轮蜗杆里程表的内部结构，但是本次可设的里程表不包括设计测量车速仅仅设计测量车辆行驶的里程。
2.齿轮传动的特点：
传动效率高，工作可靠，寿命长，传动比准确，结构紧凑，使用的转速和传递的功率范围广。
三.滚轮计数器的原理及示意图
图2.3.1
槽轮机构又称马尔他机构，有外啮合和内啮合两种类型，槽轮机构由具有径向槽的槽轮2和具有圆销G的拨杆1及机架所组成。
原动件l作等速连续转动时．，从动件2时而转动，时而静止。
当拨杆l的圆销A未进入槽轮2的径向槽时，由于槽轮2的内凹锁止弧夕被拨杆1的外凸锁止弧卡住，故槽轮2静止不动。
图4.10，a所示是圆销A开始进入槽轮2的径向槽时的位置，这时锁止弧卢开始被松开，因而圆销A能驱使槽轮转动。
当圆销开始脱离槽轮的径向槽时，槽轮的另一锁止弧又被拨杆1的外凸圆弧卡住，致使槽轮2又静止不转，直至拨杆1的圆销A再次进入槽轮的另一径向槽时，两者又重复上述运动过程。
外啮合槽轮机构，原动拨杆1与从动槽轮转向相反；内啮合槽轮机构，原动拨杆l与从动槽轮2转向相同。
槽轮机构具有构造简单、制造容易、工作可靠和机构效率高等特点；但槽轮机构在工作时有冲击，并随着转速的增加及槽数的减少而加剧，故适用范围受到一定的限制。
槽轮机构常用于某些自动机械（如自动机床、电影放映机等）和轻工机械中作转位机构。
四.槽轮机构的主要参数
槽数n和圆销数k是槽轮机构的两个主要参数。
为了使槽轮开始转动和终止转动时的角速度为零以免刚性冲击，圆销进入或脱离槽轮的径向槽时，圆销中心的轨迹圆应与径向槽的中心线相切。
由图6.10，a可得槽轮2转动时拨杆1的转角为
在一个运动循环中，槽轮2的运动时间与原动件1的运动时间之比称为运动系数，用
表示。
对于单销槽轮机构，若原动件等速转动一周为一个运动循环，则时间比可转换成转角之比，即
由于
>0，所以
>0，因此z≥3。
由上式知，这种单销槽轮机构的运动系数
总小于0．5，即槽轮的运动时间总小于静止时间。
如果原动件上均匀地装有k个圆销，那么，原动件每转过
／A就是一个运动循环。
若原动件转过一周所需时间不变，显然原动件完成一个运动循环所需的时间应为
／A；带动槽轮转动一次所需时间仍为td，则
由于槽轮总是作间歇转动的，故运动系数r总小于1所以由上式可得
由上式可知：
当z=3时，k＝1～5;当z=4或5时，k=1～3；当z≥6时，k＝1～2。
槽数n的选择除应满足工作要求外，还应考虑机构运动的平稳性和机构的尺寸大小。
如图4.10，a所示，槽顶高A＝acos（
），当中心距a一定时，z越大，尺寸A也越大，故转动时槽轮的惯性力矩也越大因此生产实际中应用的槽轮槽数z常取为4—8
&2机械里程表总传动比的确定
一．已知技术参数：
1）车轮直径：
D=450mm
2）表盘最小直径：
d=120mm
3）最小显示值：
0.1km
取车辆变速箱输出轴的转速和车轮的转速比为i=45
二．总传动比的计算
已知车轮的直径所以可以求的车辆行驶一公里车轮所转过的圈数n=1000/（3.1416D）
最小显示值是0.1km所以车辆行驶一公里滚轮的第一级表盘转过10圈，故可求出总传动比：
i=45*（n/10）=3183.1
因为齿轮传动和蜗轮蜗杆传动的传动比常为整数，故近似取总传动比i=3200
&3蜗轮蜗杆传动比的分配计算误差分析3.1蜗轮蜗杆传动比的分配
i1、i2、i3分别为一二三级蜗轮蜗杆的传动比
总传动比i=3200
所以有i1*i2*i3=3200
参考《机械设计基础》并根据已知技术参数取得：
i1=8，i2=20，i3=20
3.2蜗轮蜗杆参数的计算
1.一级蜗轮蜗杆的参数计算
1）已知传动比i=8，参考《精密机械设计基础》并根据已知技术参数选取一级蜗轮蜗杆的标准值
蜗杆分度圆直径d1=20mm
蜗杆头数Z1=2
蜗杆的轴面模数ma1=1.6
蜗杆的轴面压力角αa1=20°
蜗杆齿顶高系数ha*=1（参考《机械设计基础》郑甲红）
顶隙系数c*=0.2（同上）
换位系数x=0
根据蜗轮蜗杆传动的正确啮合条件：
蜗轮的端面模数mt2=ma1=1.6
蜗轮的端面压力角αt2=αa1=20°
蜗轮蜗杆具体参数的计算：
计算项目
计算过程（单位/mm）
计算结果（mm）
蜗杆轴向齿距
Px=Πm=3.1416*1.6=5.03
Px=5.03
蜗杆导程
Pz=Πmz1=10.05
Pz=10.05
蜗杆分度圆直径
d1=20（标准值）
d1=20
蜗杆齿顶圆直径
da1=d1+ha*m=23.2
da1=23.2
蜗杆齿根圆直径
df1=d1-2m（ha*+c*）=16.16
df1=16.16
蜗杆节圆直径
蜗杆分度圆柱导程角
tanγ=mz1/d1=
γ=
蜗杆节圆柱圆导程角
tanγˊ=z1（q+2x）=
γˊ
蜗杆齿宽（螺纹长度）
b1=2m（z2+1）=
b1=
渐开线蜗杆基圆直径
db1=mz1/tanγb=
db1=
蜗轮分度圆直径
d2=mz2=25.6
d2=25.6
蜗轮喉圆直径
da2=d2+2m（ha*+c*）=28.8
da2=28.8
蜗轮齿根圆直径
df2=d2-2m（ha*-x+c*）=21.6
df2=21.6
蜗轮外径
de2=da2+m=30.4
de2=30.4
蜗轮咽喉母圆半径
rg2=a-da2/2=8.4
rg2=8.4
蜗轮节圆直径
d2ˊ=d2=25.6
d2=25.6
蜗轮齿宽
b2=
b2=
蜗轮齿宽角
θ=
θ=
中心距
a=（d1+d2）/2=22.8
a=22.8
表2.3.1
2.二三级蜗轮蜗杆具体参数的计算
1）已知传动比i=20，参考《精密机械设计基础》并根据已知技术参数选取一级蜗轮蜗杆的标准值
蜗杆分度圆直径d1=20mm
蜗杆头数Z1=1
蜗杆的轴面模数ma1=1.25
蜗杆的轴面压力角αa1=20°
蜗杆齿顶高系数ha*=1（参考《机械设计基础》郑甲红）
顶隙系数c*=0.2（同上）
根据蜗轮蜗杆传动的正确啮合条件：
蜗轮的端面模数mt2=ma1=1.25
蜗轮的端面压力角αt2=αa1=20°
蜗轮蜗杆具体参数的计算：
计算项目
计算过程
计算结果
蜗杆轴向齿距
Px=Πm=3.1416*1.25=3.93
Px=3.93
蜗杆导程
Pz=Πmz1=3.93
Pz=3.93
蜗杆分度圆直径
d1=20（标准值）
d1=20
蜗杆齿顶圆直径
da1=d1+ha*m=22.5
da1=
蜗杆齿根圆直径
df1=d1-2m（ha*+c*）=17
df1=17
蜗杆节圆直径
蜗杆分度圆柱导程角
tanγ=mz1/d1=
γ=
蜗杆节圆柱圆导程角
tanγˊ=z1（q+2x）
γˊ
蜗杆齿宽（螺纹长度）
b1=2m（z2+1）=
b1=
渐开线蜗杆基圆直径
db1=mz1/tanγb=
db1=
蜗轮分度圆直径
d2=mz2=25
d2=25
蜗轮喉圆直径
da2=d2+2m（ha*+c*）=35.2
da2=35.2
蜗轮齿根圆直径
df2=d2-2m（ha*-x+c*）=28.16
df2=28.16
蜗轮外径
de2=da2+m=36.8
de2=36.8
蜗轮咽喉母圆半径
rg2=a-da2/2=8.4
rg2=8.4
蜗轮节圆直径
蜗轮齿宽
b2=
b2=
蜗轮齿宽角
θ=
θ=
中心距
a=（d1+d2）/2=26
a=26
表2.3.2
3.3蜗轮蜗杆传动误差的分析
蜗轮蜗杆的总传动比i=3183.1
实际选取总传动比iˊ=3200
故可以求得实际误差:
u=（3200-3183.1）/3183.1*100%=0.5%
误差在许可范围之内
&4.齿轮系传动比的分配计算和误差分析
4.1齿轮系的基本概述
1）基本框架。
齿轮系是指一根轴上至少有一个或多个齿轮，它可以是并联或串-并联布置，而不是简单的纯串联连接。
其作用可获得较大的传动比，并使结构紧凑。
所以在此设计里程表可以使用齿轮系来传动。
2）齿轮系传动原理
齿轮系是两个或较多啮合齿轮的集合。
一个简单的齿轮系是每根轴仅带有一个齿轮，简单轮系的传动比总是第一个齿轮与最后一个齿轮的齿数之比。
中间齿轮影响整个轮系传动比的符号，我们称其为惰轮。
如果在轮系中所有齿轮都是外啮合，并且轮系中齿轮数目是偶数，那么输出方向与输入方向相反；如果在轮系中外啮合齿轮数目是奇数，则输出方向与输入方向相同。
一个简单的直齿轮直齿轮、斜齿轮或锥齿轮的传动比通常被限制在10:
1以内，轮数越多，安装困难且越昂贵。
因此，为得到一个较大的传动比，有必要采用齿轮系。
如图，为四个齿轮组成的齿轮系，其中齿轮3和齿轮4固定在同一根轴上，它们的角速度相同。
对于两轴线成任意角度（包括90°）的传动中，可以使用锥齿轮。
只要两圆锥体的顶点相交，圆锥体轴线之间的角度和圆锥体的角度便可以任意取值。
锥齿轮的速度比可以按圆锥体直径相交的任一公共点的节圆直径来确定。
&4.2齿轮系的传动比计算
设计里程表的总传动比是3183.1例，确定该传动比的齿轮组合。
1、必须先确定需要多少级齿轮。
首先应该试算最少可能的级数。
3183.1的平方根是56.42。
因此，每一级齿轮的传动比定为56.42。
然而，这远远超过了每一级齿轮转动比的设计极限10:
1，由此直接可以试用四级齿轮。
3183.1的四次方根是7.51小于10，然而这样大齿轮的齿数将非常多，不现实。
3183.1的五次方根是5.018，很合理。
因此选定五级传动比为5.018的齿轮系。
2、使用小齿轮齿数的下限值为12，并且排编出几种可能性，如下表，从中可以得到可能的齿轮装置。
传动比为3183.1:
1的五级齿轮系中每级齿轮可取的齿数
齿轮传动比
小齿轮齿数
大齿轮齿数
5.018
12
60.216
5.018
13
65.234
5.018
14
70.252
5.018
15
75.270
表2.3.3
3、显而易见，齿轮的齿数必须是整数。
在上表中，最接近整数的是60.216。
因此，60:
12的一对齿轮最接近设计需要的传动比。
齿轮系五级齿轮都采用该传动比，则齿轮系的传动比将是（60/12）3=3125:
1，这与3183.1的误差为1.8%在2%的许可误差范围之内。
因此，最终确定五级齿轮系的每级的传动系数都为5:
1。
总传动比i=5*5*5*5*5=3125
&4.1齿轮系各级齿轮参数的计算
已知齿轮系各级的传动比都是5，所以五级齿轮系只需计算一个齿轮的参数就可以完成全部计算。
齿轮参数的计算：
已知：
（参考《精密机械基础》）
传动比i=5，模数m=0.6，
齿顶高系数ha*=1，顶隙系数c*=0.35
压力角α=20
小齿轮齿数Z1=12.大齿轮齿数Z2=60
计算项目
计算过程
计算结果
分度圆直径
d1=mz1=
d2=mz2=
d1=7.2
d2=36
齿顶高
ha=m=
ha=0.6
齿根高
hf=1.35m=
hf=0.76
全齿高
C=0.35
齿顶圆直径
da1=d1+2ha=
da1=8.4
计算项目
计算过程
计算结果
齿顶圆直径
da2=d2+2ha=37.2
da2=37.2
齿根圆直径
df1=d1-2hf=5.68
df2=d2-2hf=34.48
df1=5.68
df2=34.48
基圆直径
db1=
db2=
db1=33.829
db2=
齿距
P=Πm=1.885
P=1.885
齿厚
S=Πm/2=0.942
S=0.942
齿间宽
e=Πm/2=0.942
e=0.942
标准中心距
a=21.6
a=21.6
齿宽
b=10m=6
b=6
表2.4.1
&5.蜗轮蜗杆机构和齿轮机构的比较及确定最佳方案
1.从误差分析：
1）蜗轮蜗杆传动比的误差是
2）齿轮系传动的误差是
结论1：
蜗轮蜗杆的传动误差小于齿轮系的传动误差
2.从紧凑型方面分析：
1）蜗轮蜗杆为三级且半径小，从而使设计里程表的尺寸小节约车辆内部空间
2）齿轮系传动为五级传动，半径尺寸大，导致设计的里程表体积笨重不利于推广
结论2：
蜗杆蜗轮传动比齿轮传动更能节约空间
3.从噪音方面分析：
1）蜗轮蜗杆为连续传动噪音小
2）齿轮系传动噪音大
结论3：
蜗轮蜗杆传动的噪音更小。
结论：
综合以上三各方面的因素，蜗轮蜗杆传动机械里程表是最佳方案。
图它的原理
及各种参数，学到了许多东西
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