机自某某班的机械设计作业慎用Word文件下载.docx
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2.功能设计要求
以重力势能驱动的具有方向控制功能的自行小车。
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）。
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。
图2自行小车在重力势能作用下自动行走示意图
能作用下自动行走示意图
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.技术要求
1、1个转向轮和2个驱动轮的设计
2、转向轮控制机构的设计计算；
3、轴的设计；
4、轴承的选择；
5、装配图、零件图的绘制；
6、设计计算说明书的编写；
三.工作要求
1.学生应当在指导老师指导下完成设计,必须独立完成设计任务,严禁抄袭,一经发现成绩以不及格计,并给予批评教育各严肃处理.
2.课程设计期间要严格遵守学习纪律,在此期间缺勤1/3以上,成绩以不及格计.
3.课程设计报告书一律打印在A4纸上,同时配上封面装订成册.
2．对课程设计成果的要求〔包括图表、实物等硬件要求〕：
1、要求
（1）说明书要认真、准确、条理清晰，参考文献要注明出处
（2）按word排版，公式编辑器编辑公式
（3）图纸按CAD作图，数据准确，图面整洁
2、任务
（1）、转向轮控制机构的总装配图一张
（2）主要零件图两张
（3）设计说明书一份
3．主要参考文献：
●要求按国标GB7714—87《文后参考文献著录规则》书写，例如：
[1]濮良贵，纪名刚.机械设计.第八版.北京:
高等教育出版社,2010
[2]杨光，席伟光等.机械设计课程设计手册.第二版.北京:
[3]刘鸿文.材料力学.第四版.北京:
高等教育出版社,2009
[4]甘永立.几何量公差与检测.第八版.上海:
上海科学技术出版社,2009
4．课程设计工作进度计划：
序号
起迄日期
工作内容
1
12.4——12.6
设计前准备工作（接受设计任务、收集资料、准备工具）
2
12.7——12.13
确定转向轮控制机构方案、1个转向轮和2个驱动轮的设计
3
12.14——12.16
轴的设计计算
4
12.17——12.18
轴承的选择
5
12.19——12.22
装配图设计及复核计算
6
12.23——12.24
零件工作图设计
7
12.25
整理设计说明书及课程设计体会和收获
8
上交机械课程设计成果
引言
现代制造技术是现代技术和工业创新的集成，是国家制造业的水平的主要标志，也是国家工业的基础和支柱。
随着社会的发展，人们对产品的要求也发生了很大变化，要求品种要多样、更新要快捷、质量要高档、使用要方便、价格要合理、外形要美观、自动化程度要高、售后服务要好、要满足人们越来越高的要求，就必须采用先进的机械制造技术。
因此，我们应抓住机遇，了解我国机械制造技术的发展现状，把握现代机械制造技术的发展趋势，使我国现代制造业与世界发达国家站在同一起跑线上。
无碳小车的设计运用CAD等设计软件,设计而成,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。
目录
1、机械设计课程设计任务书2
引言1
目录1
一、转向轮的设计1
1.01转向轮的结构1
1.02转向轮的计算2
二、驱动轮的设计3
2.1驱动的原理3
2.2驱动轮的结构和材料的选择3
三、轴的设计4
3.1轴的设计计算4
四、V带轮的设计8
1带传动—普通V带轮8
2.引用标准8
3.带轮槽型的基准宽度8
4.轮槽的截面尺寸8
5.基准直径9
6.带轮的技术要求12
7.传动设计12
五、小车的材料17
六、轴承的选择17
一、转向轮的设计
1.01转向轮的结构
转向轮利用曲柄摇杆的周期变化，带动轮向轮的周期变化。
图一.转向轮的结构图
图2.轮子
1.02转向轮的计算
1.转向轮的最大转角
两摇杆的长度分别长为137.5mm,107mm,由余弦定理可以得出a2=b2+c2-2bccosA转向轮的最大转角为
A＝=arc（）=38。
在初始位置转过180度转向轮由38。
转到中间位置,再转过180度时转向轮转为右38度,所以曲柄转一圈转向轮转变半个周期,转向轮的最大角可以由调节螺母调节，根据设计要求选定最大的转向轮转角为38度
2.转向轮的材料
转向连杆采用直径1mm的硬质铝棒,曲柄用普通的塑料,转向轮的直径为30mm的普通塑料。
二、驱动轮的设计
2.1驱动的原理
将物块下落的势能尽可能多的转换为小车的动能，进而克服阻力做功。
将重力势能化为车子的动能从而带动整个车子前进。
图3.驱动轮
2.2驱动轮的结构和材料的选择
为减轻车子的重量，轮子用普通塑料，外型为轮辐式结构，轴承查《机械设计课程设计手册》第二版吴宗泽罗圣国主编高等教育出版社出版P62滚动轴承由于采用两端固定，选择型号为6300内径为10mm，外径为35mm，宽为6mm。
驱动轮的轴选用45号钢，V带轮选用普通的塑料，带轮的结构形式为实心式。
三、轴的设计
3.1轴的设计计算
3.10按扭转强度计算
这种方法是只按轴所受的扭矩来计算轴的强度。
如果还受不大的弯矩时，则采用降低许用扭转切应力的办法予以考虑。
并且应根据轴的具体受载及应力情况，采取相应的计算方法，并恰当地选取其许用应力。
在进行轴的结构设计时，通常用这种方法初步估算轴径。
对于不大重要的轴，也可作为最后计算结果。
轴的扭转强度条件为：
强度条件：
Mpa
设计公式：
（mm）
[τ]——许用扭转剪应力（N/mm2），
C为由轴的材料和承载情况确定的常数。
优质碳素结构钢的化学成份和力学性能
查机械设计手册表3-1-7有
设计安全系数值可按下述情况选取：
S=1.31.5，用与材料均匀，载荷与应力计算精确时；
S=1.51.8，用于材料不够均匀，计算精确度较低时；
S=1.82.5；
用于材料均匀性及计算精确度很低，或轴的直径d200mm时。
所以选取S=2.5
图剪力图
图弯矩图
图扭矩图
由剪力图和弯矩图可知危险截面为I-I
表轴的常用几种材料的及A0值
轴的材料
Q235-A、20
Q275、35（1Ni9Ti）
45
40Cr、35SiMn
38SiMnMo3Cr13
/MPa
15-25
20-15
25-45
35-55
149-126
135-112
126-103
112-97
取=35MPa
d为线轮直径d=40mm
设计轴时选取的直径d=10mm0.85mm
所以符合要求
图3轴
四、V带轮的设计
1带传动—普通V带轮
本标准参照采用ISO4183-1989《带传动----普通和窄V带》----槽轮（基准宽度制）。
2.引用标准
GB6931.2V带传动术语
GB11356普通及窄V带传动用带轮槽形检验
GB11357带轮材质、表面粗糙度及平衡
GB11544普通V带轮和窄V带尺寸
3.带轮槽型的基准宽度
表1规定了槽型的基准宽度bdmm
参考小车的设计要求，选取Y型的槽型，查上表可知bd=5.3mm。
4.轮槽的截面尺寸
表2规定了轮槽的截面尺寸（见图1）.槽角ψ的极限偏差:
Y、Z、A、B型为±
30′。
图1轮槽截面
表2轮槽截面的尺寸mm
5.基准直径
基准直径系列
表3规定了带轮的基准直径系列，基准直径的公差是其基准尺寸的0.8%。
表3基准直径系列及其外径
GB/T13575.1-92
续表3mm
注：
表中db=dd=2hamin
最小基准直径，表4规定了带轮的最小基准直径。
表4最小基准直径mm
所以带轮的最小基准直径应该不小于20mm。
6.带轮的技术要求
带轮的平衡和轮槽的工作面的表面粗糙度按GB11357的规定槽轮的轮边要倒圆或倒钝。
带轮外圆的径向圆跳动和基准圆的斜向圆跳动公差t不得大于表5的规定（见图1）。
表5带轮的圆跳动公差tmm
带轮各槽间距的积累误差不得超过±
0.8mm，轮槽槽型的检验按GB11356的规定。
7.传动设计
普通V带轮传动的设计按以下的方法进行。
7.1.设计功率
设计功率pd按式
（1）计算：
Pd=KA·
P=1×
0.5=0.5W
（1）
式中：
Pd----设计功率，kw
KA----工况系数，按表6选取：
P----所需传递功率，kw。
按表6选取工况系数时，在反复启动、正反转频繁工作恶劣等唱歌KA应该乘1.2，在增速转动场合KA应该乘以下列系数：
当：
i≥1..25---1.74时为1.05；
i≥1.75—--2.49时为1.11;
i≥2.50----3.49时为1,18;
i＞3.50时为1.25。
表6工况系数KA
表表6工况系数KA
7.2.带型的选择
普通V带的带型根据传动的设计功率和小带轮的转速按图2选取。
图2普通V带选型图
注;
Y型主要传递运动，未列入图内。
因在自行小车中，带轮带主要为传递运动。
所以槽轮选择Y型。
7.3.带传动的传动比
传动比用带轮的的转速或节圆的直径按式
（2）计算：
i=n1/n2=p1/p2=2
（2）
n1---小带轮的转速，；
r/min；
n2---大带轮的转速，r/min；
dp2---小带轮的节圆直径，mm；
dp1---大带轮的基准直径，mm；
通常，带轮的节圆直径可视为其基准直径。
选择小带轮基准直径时，应使dd1≤ddmin。
7.4带的基准长度
根据给定带轮的基准直径（按传动要求参考表4选取）和传动中心距，按式（3）计算所需的基准长度。
Ld0=2a0+π/2（dd1+dd2）+=390mm（3）
Ld0---计算的带的基准长度，mm；
dd1---小带轮的基准直径，mm；
dd2---大带轮的基准直径，mm；
a0---要求的传动中心距，mm，初定时，应使：
0.7（dd1+dd2）≤a0≤2（dd1+dd2）。
带的基准长度Ld根据Ld0由表A2选取。
7.5.传动中心距
传动的实际用式（4）计算：
a=A+=150mm（4）
A=Ld/4-π（dd1+dd2）/8，mm；
B=（dd2-dd1）²
/8，mm。
代入数据得a可取150mm。
7.6.小带轮包角
α=180°
-57.3°
×
（dd2-dd1）/a=137°
（5）
13.额定功率
表7–13给出了包角为180°
（i=1）、特定基准长度、载荷平稳时，单根普通V带几本额定功率的推荐值。
否则上述基本额定功率值必须乘以修正系数，表14和表15分别给出了包角和带长的修正系数。
详图见GBT13575.1-1992带传动普通V带传动表7-13和表14表15。
14.带的根数
Z=Pd/（P1+△P1）KaKL（6）
Pd---设计功率，kW；
P1---单根V带的基本额定功率，kw；
△P1—i≠1时，单根V带额定功率的增量，kw；
Ka---包角修正系数；
KL---带长修正系数。
因为带的载荷平稳时，且根据设计经验可知带的根数选取1即可。
传动装置的额外说明
初拉力按式（7）计算：
F0=500×
（2.5-Ka）Pd/KaZv+mv²
=14.6N（7）
F0---单根带的初拉力，N;
Pd---设计功率，kw；
Ka----包角修正系数；
Z-----V带的根数；
v---带速，m/s；
m---V带单位长度质量（见表16），kg/m。
表16普通V带单位长度质量kg/m
初拉力的测定，通常是在V带与两带轮的跨度切点的跨度中点，施加一规定的垂直带边的力G（见图3），使跨度长每100mm产生挠度1.6mm。
图3初拉力的测定
跨度长t可以实测，或用式（8）计算：
T==148.9mm（8）
t----跨度长，mm；
a---两轮轴中心距，mm；
da1---大带轮的外径，mm；
da2---小带轮的外径，mm。
选取带型为Z型，小带轮直径为30mm
五、小车的材料
为减轻小车的重量:
小车底板及重物支撑架：
塑料为主.
后轮设计：
塑料为主（成品设计）。
前轮（前期）：
硬质铝。
塑料（成品设计）。
重物下落固定物：
磁铁。
连杆等：
前后轮中轴：
45号钢。
调节弹簧:
用标准品。
曲柄表面用有运弹性的橡胶。
六、轴承的选择
查《机械设计课程设计手册》第二版吴宗泽罗圣国主编高等教育出版社出版P62滚动轴承由于采用两端固定，采用深沟球轴承。
型号为635和6300。
型号
内径d
外径D
宽度B
倒角r
额定负荷kN
钢球
极限转速rpm
重量kg
mm
动态
静态
数量
大小
油脂
油
635
19
0.3
2.34
0.885
9
2.381
34000
40000
0.008
6300
10
35
11
0.6
8.20
3.50
6.350
15000
21000
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