机械设计无碳小车课程设计说明书Word下载.docx

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给定一重力势能，根据能量转换原理，设计一种可将该重力势能转换为机械能并可用来驱动小车行走的装置。

该自行小车在前行时能够自动避开赛道上设置的障碍物（每间隔1米，放置一个直径20mm、高200mm的弹性障碍圆棒）。

以小车前行距离的远近、以及避开障碍的多少来综合评定成绩。

给定重力势能为5焦耳（取g=10m/s2），竞赛时统一用质量为1Kg的重块（￠50×

65mm，普通碳钢）铅垂下降来获得，落差500±

2mm，重块落下后，须被小车承载并同小车一起运动，不允许掉落。

要求小车前行过程中完成的所有动作所需的能量均由此能量转换获得，不可使用任何其他的能量形式。

小车要求采用三轮结构（1个转向轮，2个驱动轮），具体结构造型以及材料选用均由参赛者自主设计完成。

要求满足：

①小车上面要装载一件外形尺寸为￠60×

20mm的实心圆柱型钢制质量块作为载荷，其质量应不小于400克；

在小车行走过程中，载荷不允许掉落。

②转向轮最大外径应不小于￠30mm。

二、总体结构设计

根据本届大赛命题要求，我们首先确定如下设计思路：

1．驱动机构根据能量守恒定律，要尽可能多的利用重物的重力势能，就必须简化结构，因此该系统不设储能装置，直接由重物通过细绳拉动后轴驱动。

2．转向机构控制转向是该小车的核心问题之一，普通凸轮只能控制转向轮规则摆动，在不需要转向的时候小车仍会转向，因此我们在此处将凸轮机构进行了进一步的优化，通过引入“太空豆”控制转向信号，使得前轮在我们需要的时候转向,并以此实现小车的预编程功能。

3．驱动过程在起始时原动轮的转动半径较大，起动转矩大，有利起动。

起动后，原动轮半径变小，转速提高，转矩变小，和阻力平衡后小车匀速运动。

在重块行程末端，原动轮的半径再次变小，绳子的拉力不足以使原动轮匀速转动，但是由于物块的惯性，仍会减速下降，原动轮的半径变小，总转速比提高，小车缓慢减速，直到停止，物块停止下落，正好接触小车。

三、总传动比的设计与分配

后轮半径：

r=68.5mm;

绕线轮半径：

r1=3mm;

前轮半径：

r2=15.1mm

后轮与绕线轮传动比：

i=137:

6

前轮与后轮传动比：

i’=137:

30.2

四、转向轮轴运动参数的计算

前轮最大摆角21.15°

五、对轴进行结构设计与校核

1．示意图

六、轴承的选择与寿命计算

1．轴承型号：

角接触球轴承,内径Φ4

2．示意图：

3．计算轴承径向力

小车总重量M（小车自重800g、重物1kg、徽标400g、）;

M=2.2kg;

轴承数量n=3;

轴承径向力Ｆ=7.19Ｎ;

七、润滑剂的选择

选用机油进行润滑（SH0386-1992）

八、工艺设计方案

1.确定生产纲领

根据大赛命题要求，转向轮部分实行单件小批量生产。

2.对零件进行工艺分析

由于转向轮和轮轴均为圆柱件，故采用车削加工方式

轮轴：

车削加工、钳工、车削加工。

转向轮：

车削加工、快速成型、钳工。

3.选择毛坯

根据大赛对前轮的要求D>

30mm，故选择外径Φ30.7的尼龙棒、根据设计要求前轮轴选Φ12的45钢毛坯。

4.拟订工艺路线

下料---车Φ4的轴---在Φ4的轴上攻丝---车削多余部分

下料---钻Φ4孔---加工外径Φ30的转向轮---去除边上的毛刺

5.确定各工序加工余量

前轮的外轮廓要大于Φ30以满足题目要求。

6.确定各工序所使用的设备、刀具和量具

车床、快速成型机、游标卡尺、各种车床刀具

7.确定各加工工序的技术要求及检验方法

1.车圆弧面要求比较光滑，目测。

2．轮与轮轴使用过盈配合。

九、成本分析方案

（1）生产成本概述

在制造企业中，产品的总成本通常包括生产成本、管理成本、财务成本和销售成本等。

在本次竞赛中，由于只涉及零件的加工过程，为了简化分析，在进行成本分析方案设计时，只考虑零件的生产成本。

生产成本，又称制造成本，它包括围绕生产过程以及为此所提供的劳务所发生的各项直接费用、分摊的各项间接费用，其组成如下所示：

直接材料费：

生产过程中直接消耗于产品生产的各种物资

直接人工费：

生产过程中直接从事产品生产的人员工资

制造费用：

发生在生产单位的制造费用

产品的生产类型不同，其工艺差别很大，成本分析方法也不同。

下面以单件小批量生产类型对小车转向轮及其轮轴进行说明。

（2）单件小批量生产类型的成本分析

单件小批量生产的成本分析应根据该类型生产的工艺及管理特征来进行。

单件小批量生产的组织形式一般采用通用机床，并按机群式布置；

毛坯可考虑采用型材，在市场上直接购得。

其零件的加工过程一般采用工序集中原则，工艺过程相对较短。

成本分析从直接材料费、直接人工费和制造费用考虑。

1、直接材料费用F零件

根据零件材料的种类，可通过市场询价确定材料的市场价格，再计算零件毛坯体积，利用式（3-1）计算零件的直接材料费用F零件。

F零件=p*m=p*（V*§

）元（3-1）

其中，p为材料单价、m为零件毛坯重量、V为毛坯体积，§

为材料比重。

所以，F轮轴=0.0042元/克*89.3克=0.37506元

所以，F轮=0.025元/克*74克=1.85元

2、直接人工费S

对于单件小批量生产，直接操作机床的人工工资可按计件工资发放，可以根据不同设备操作工人的市场价格，利用式（3-2），得到单件小批量生产的直接人工费。

n

S=∑Pi*Si（3-2）

I=1

其中，Pi为第i种设备的操作工人数；

Si为第i种设备的操作工人工资。

所以，S轮轴=P车*S车+P钳*S钳

=20元/小时*0.5小时+20元/小时*0.1小时

=12元

S轮=P快速成型*S快速成型+P钳*S钳

=20元/小时*0.5小时+20元/小时*0.2小时

=14元

3、制造费用M

制造费用是设备与厂房折旧费用、间接管理人员工资、能源、水等消耗所产生的费用，以及其它间接费用以分摊形式计入产品中。

在单件小批量生产条件下，上述成本项目无法按成本发生法计算，通常简化为机床的小时费率来计算制造费用。

因此，可根据零件工艺过程各工序的时间定额和所用机床的小时费率来计算。

零件的制造费用M可用式（3-3）计算。

M=T1*Q1+T2*Q2+…+Tn*Qn（3-3）

其中，T1、T2…Tn为设备1，设备2.，…，设备n的加工时间，Q1，Q2，…Qn为设备1，设备2，…设备n的机床小时费率。

所以，M车=T车*Q车=0.5小时*10元/小时=5元

M快速成型=T快速成型*Q快速成型=0.5小时*20元/小时=10元

4、生产成本C

单件小批量生产成本即为以上三者相加，即：

C=F+S+M

所以，C=F轮轴+F轮+S轮轴+S轮+M车+M快速成型

=0.37506元+1.85元+12元+14元+5元+10元

=43.23元

十、工程管理方案

1.概述

为实现安全、文明生产，包装按期供货，降低总成本，提高经济效益，需进行工程管理的设计。

工程管理设计放啊的主要内容包括：

生产过程组织形式、人力资源配置、进度计划与控制、质量管理、现场管理、成本管理等几个方面。

成本费用以在前一部分计算，在此不再累述。

2.生产过程组织

生产过程空间组织设计：

该设计主要是按专业化分工原则把工作组织起来，使产品生产过程能有效运行。

专业化分工包括三种形式：

工艺专业化，产品对象专业化，成组生产。

空间组织设计的重点是设施布置，与专业化分工湘对应，由于我们的作品属于单件小批量生产，因此我们将按工艺原则来布置生产，当需要用到某种机床，即选择相应机床进行加工。

生产过程时间组织设计：

该设计方式可采用顺序移动方式、平行移动方式、平行顺序移动方式，移动方式的选取主要由生产空间组织形式来决定。

由于我们的作品生产周期短，不连续加工，所以我们将选用平行移动方式。

3.人力资源配置

当接到通知后，我们马上查阅资料进行构思，寻找出一个符合命题要求的制做方案。

当我们的方案通过学校审核后，我们便开始组建团队，在团队组建过程中我们充分考虑人员特长组合以及课余时间

4.生产进度计划与控制

生产周期：

按照产品结构、工艺特点，主要考虑产品零件中的主要件和关键件在工艺上的逻辑关系，我们将生产周期设定为3小时。

5.质量管理

质量管理一般以全面质量管理思想为核心，以ISO9000系列标准为依据，强调全员全过程质量管理；

确保质量管理中的管理职责、质量体系和过程控制；

在此基础上形成质量体系文件。

按照工序控制设置原则：

要注意先车削外圆和攻丝，最后再切断轴端，这样不会夹伤工件。

要保证前轮的表面粗糙度小于等于R3.2

车削加工轮轴时，另外，要保证轴中的粗糙度小于等于R1.6，使得前轮与轴尽量减小摩擦。

6.现场管理

现场管理是对现场中的生产要素和管理目标要素进行设计综合治理，主要包括：

“5S”管理、目视管理、看板管理、定置管理。

“5S”管理：

以整理、整顿、清扫、清洁和素养为内容的活动。

通过规范现场、现物，营造一目了然的工作环境，培养员工良好的工作习惯，是一种独特的管理方法，其最终目的是提升人的品质。

目视管理：

利用形象直观而又色彩适宜的各种视觉感知信息来组织现场生产活动，达到提高劳动生产率的一种管理手段，也是一种利用视觉来进行管理的科学方法。

所以目视管理是一种以公开化和视觉显示为特征的管理方式。

看板管理：

准时生产方式的看板旨在传达信息：

“何物，何时，生产多少数量，以何方式生产、搬运”。

看板的信息包括：

零件号码、品名、制造编号、容器形式、容器容量、发出看板编号、移往地点、零件外观等。

及时生产方式的看板在生产线上分为两类：

领取看板和生产看板。

定置管理：

是其他各项专业管理在生产现场的综合运用和补充企业在生产活动中，研究人、物、场所三者关系的一门科学。

它是通过整理，把生产过程中不需要的东西清除掉，不断改善生产现场条件，科学地利用场所，向空间要效益；

通过整顿，促进人与物的有效结合，使生产中需要的东西随手可得，向时间要效益，从而实现生产现场管理规范化与科学化。

十一、徽标设计

★时代背景：

随着世界经济的飞速发展和人们物质需求的日益增长，环境污染也日益严重，许多国家都出台了相关政策促进节能减排。

“无碳环保”成了当今世界不变的主题。

★创意：

该徽标造型既是对本次大赛主题的直观反映，亦是我们团队对祖国未来的美好愿景：

120度的箭头是象形的“C”，也就是化学元素中的碳。

徽标外形既是循环使用标志的变形也有降低碳含量的意义。

然而能量是守恒的，如果要减少含碳能源的使用，我们就必须依靠一双勤劳的双手。

就像本次大赛的重物的能量需要我们用手举高来获取一样，我们倡导大家伸出双手来支持环保，让伟大祖国真正走上可持续发展的道路！

★材料：

45钢

★制作说明：

先采用雕刻机雕刻成型，再使用钳工加工修饰。

+

=

十二、参考文献

朱理主编《机械原理》

张建中、何晓玲主编《机械设计课程设计》

徐锦康主编《机械设计》

陈轶鸣主编《新编机械设计课程设计图册》

王昆、何小柏、汪信远主编《机械设计课程设计》

机械设计手册编委会编写的《机械设计手册》

朱理主编《车工工艺学》

王忠宗主编《成本分析与费用控制技巧》

希尔顿主编《成本管理》

刘建长、程坚、施卓晨主编《成本会计》

王文胜主编《高效成本管理》

周鑫、张磊光主编《机械加工技术》

贺月光、高成发主编《工程测量技术》

刘钟莹主编的《工程估价》

马楠主编的《工程估价》

左用泰司主编的的《工程管理》

十三、心得体会

经过了一个多月的努力，我们的小车终于完成了她的处女航。

从最初的零件设计和小车定位计算到绘制零件图，点点滴滴虽然包含心酸和汗水，但是当我们体会到学以致用的乐趣时，这些都不算什么了。

通过这一阶段的自主学习，我们明白了动手实践的重要性。

理论和实践有时候很有很大差距的，比如小车的转向问题，我们在理论上计算了小车的轨迹，但事实上小车的运行路线远不像我们想象的那样简单，还有很多无法避免的影响因素；

包括加工工艺、小车的起始角度、方向，这些因素都是无法达到我们要求的那样精确。

通过对“无碳小车”的自主设计加工，以及对各零部件的加工工艺分析，让我们知道加工工艺的好坏直接影响工件的成型和后续加工的连贯。

制定一个良好的加工工艺是保证零件达到要求性能的前提，也需要我们真正的开动脑筋。

例如：

我们使用的普通车床，所有的操作都是人为的控制，要想做出比较满意的零件，首先要有一个科学合理的工序安排。

我们拿到一个需要加工零件的零件图时，不要急于下料加工，分析工序很重要，我们必须先制定好合理的加工工序，使待加工零件达到相应的设计标准和性能指标。

同时还可以提升自己的逻辑思维能力，提高生产效率。

工程管理方案的撰写过程让我们还体会到了查找资料的乐趣，学会了怎样找到自己需要的参考书籍以及参考示例。

团队成员的密切配合使得我们的工作效率得到了极大的提高。

当然，在整个项目进程中，大家也避免不了分歧，大家都有自己的想法，也提出了自己认为可行的方案。

经历了数十次失败后我们最终寻找到一套符合需要的方案。

使得项目组成员在综合分析能力、实践动手能力、以及创新思维和创新能力的培养方面取得了长足的进步。

实践是检验真理的唯一标准，在今后的日子里，我们会更加注意把理论与实践相结合，努力学习好科学文化知识，为工程实际的应用夯实基础。