无碳小车设计毕业设计论文.docx

1、无碳小车设计毕业设计论文机械设计课程设计任务书学生姓名。 专业班级。班学 号 。指导教师。 职 称教研室 。题目无碳小车设计方案与要求“无碳小车” 以重力势能驱动的具有方向控制功能的自行小车。 功能设计要求是给定一重力势能，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如上图所示。小车在前行时能够在半张标准乒乓球台（长 1525mm、宽 1370mm)上，绕两个障碍物按“ 8”字形轨迹运行。障碍物为直径 20mm|、长 200mm 的 2 个圆棒，相距一定距离放置在半张标准乒乓球台的中线上， 以小车完成 8 字绕行圈数的多少来评定成绩。 给定重力势能为 5 焦耳

2、（取 g=10m/s2），竞赛时统一用质量为 1Kg 的重块（ 5065 mm，普通碳钢）铅垂下降来获得，落差 400 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：小车上面要装载一件外形尺寸为 60 20 mm 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。转向轮最大外径应不小于 30mm。要求完成：1.装配图 1 张（ A2

3、）。2.零件工作图3.设计说明书2 张（齿轮和轴两个零件） 。1 份， 6000-8000 字。开始日期2014年12月 15日完成日期2015年01月02日2014 年11月20日第 1 页机械设计课程设计计算与说明 .11.设计任务书 .21.1设计题目 .21.2原始数据 .21.3工作条件 .21.4动力来源 .21.5传动方案 .22.传动比的分配 .32.1总传动比的分配 .32.2减速器传动比 .43.传动装置的运动和动力参数计算.53.1各轴转速的计算 . .53.2各轴输入功率 .53.3各轴输入转矩 .54.转向设计 .64.1选定转向装置 . .64.2确定转向装置的基本

4、参数 .65.齿轮的设计 .85.1设计计算一级齿轮 .85.1.1选择齿轮类型、精度等级、材料及齿数 .85.1.2按齿面接触强度设计 .8西安文理学院 2012 级机械设计制造及其自动化第 2 页机械设计课程设计5.1.3按齿根弯曲疲劳强度设计 .105.2设计计算一级齿轮 .145.2.1选择齿轮类型、精度等级、材料及齿数 .145.2.2按齿面接触强度设计 .155.2.3按齿根弯曲疲劳强度设计 .176. 轴的结构设计 .206.1按扭转强度条件计算 .216.2按弯扭合成强度条件计算 .226.3轴的扭转刚度校核计算 .277. 键连接的选择及校核计算 .297.1平键连接强度计算

5、 .298 轴承的选择.309 润滑方式选择 .309.1齿轮的润滑 .319.2轴承的润滑 .3110 注意装配事项 .3110.1 轴的装配 .3110.2 齿轮的装配 .3210.3 转向杆的装配 .3211 设计小结.3212 参考文献.33西安文理学院 2012 级机械设计制造及其自动化第 1 页机械设计课程设计主要结果计算与说明我们本次的机械设计课程设计是以 “全国大学生工程实训综合能力竞赛”题目“无碳小车”为题。该无碳小车是利用一个一定质量的重物从一定的距离下落是由其自身重力势能转换成机械能来驱动小车行走。小车前行过程中完成的所有行走功能所需的能量均有此能量转换获得，不消耗其他形

6、式的能量。通过计算设计出能完成预期行走功能的转向系统和相关传动系统，并使小车在前行时能够在半张标准乒乓球台 （长 1525mm 、宽 1370mm )上，绕两个障碍物按“ 8 ”字形轨迹运行。障碍物为直径 20mm|、长 200mm的 2 个圆棒，相距一定距离放置在半张标准乒乓球台的中线上，以小车完成 8 字绕行圈数的多少来评定成绩。所以我们选择曲柄连杆机构来实现小车的转向，选择传动平稳可靠的齿轮机构来实现周性的绕过障碍物。随着社会的发展，低碳生活对我们越来越重要，建设无碳生活，使得生活更加环保，是我们每个人的职责。我们通过设计无碳小车模型，用重力势能转化为机械能，为以后能源发展提供了一种全新

7、的思路，使更多的人有意识的去享受低碳生活。保护环境是每个人得责任，在人们开始有意识地减少对大气的二氧化碳排放量，就要求生活中的交通工具尽可能的减少或不排放二氧化碳 ,随着人们的生活水平越来越高，人们对环境质量的要求也日益增加。环境对人类的健康越来越重要，人们提出建设无碳社会使生活更加环保。无碳车的研发可以缓解社会对能源的需求。西安文理学院 2012 级机械设计制造及其自动化机械设计课程设计1.设计任务书1.1 设计题目1.2 原始数据F 10N v 0.5 m s ,D 150mm1.3 工作条件1.4 动力来源1kg1.5 传动方案 .第 2 页F10Nv0.5m sD150mm西安文理学院

8、 2012 级机械设计制造及其自动化第 3 页机械设计课程设计2.传动比的分配2.1 总传动比的分配重锤重 1Kg ，下落高度 400 2mm，v 0.5m s 。按 8 字桩最小距离 400mm计算，由于小车在走 8 字时，其精确轨迹无法估算，先在暂时认为小车在走八字是近似为扫描圆形轨迹，如下图所示：图 1-1 小车扫描轨迹根据图 1-1 和圆的周长公式，我们可以大致确定出小车所要走过的路径，根据公式：l d .将数据代入公式中可得：l1257mm由于小车要走过的距离为两个圆的周长，所以小车要走过的距离为2l2514mm而绳子所下降的距离为 400mm.根据摩擦理论可知：摩擦力矩和正压力的关

9、系为：M N.而滚动摩擦所受的阻力为：fM NR R .根据上述公式我们可以初步判定我们无碳小车的设计原则，即小车质量要轻，轮体直径应尽可能的大。初步计算时，为了方便计算，我们初步取得轮子直径为 100mm,但是在绘图的过程中发现无法安装转向机构， 所以后初步设计直径为 150mm。小车至少要完整的走过一圈的距离，所以车轮要转动的圈数为：n2ld .西安文理学院 2012 级机械设计制造及其自动化第 4 页机械设计课程设计式中：d150mm,d150mm将以上数据代入公式中：n5.335n3.99根据设计结构即无碳小车的传动路线，小车采用的是重块通过绳索直接与滚筒相连，由滚筒驱动与之同轴的齿轮

10、，齿轮再驱动后面的小齿轮。而在齿轮传功中，齿轮件的传动比常取 1.4 5 ，在此我们取常用传动系数 2 .则与滚筒同轴的齿轮需要转动 2 圈，同样的滚筒也要转 2 圈。近似的我们圆整为 2 圈，又因为小车上的重块需要下降 400mm ，据此根据公式我们可以估算出小车滚筒的直径：前轮直径 30mmd1 6.37mm在绘图过程中，根据装配的要求我们取前轮直径为 30mm。2.2 减速器传动比i a4ia4考虑到一级齿轮传动圆柱齿轮范围为5 8 ，故选 i12 ， i 22 。i12i 22西安文理学院 2012 级机械设计制造及其自动化机械设计课程设计3.传动装置的运动和动力参数计算3.1 各轴转

11、速的计算n257rminn57114 r minn12i1n1n4114r / min3.2 各轴输入功率PB5kwPA P0 014.5619kwPC PI 12 4.5619kw3.3 各轴输入转矩T 9550Pn（ 1）输入转矩TB9550 PB955050.8733 N mn114TA9550 PA95504.56191.5023 Nmn1114TC9550 PC95504.56191.5023Nmn3114第 5 页n2 57r/ minn1 114r minn4 114r / minPB 5kwPA4.5619kwPC 4.5619kwTB 0.8733 N mTA 1.5023

12、N mTC 1.5023N m西安文理学院 2012 级机械设计制造及其自动化第 6 页机械设计课程设计4.转向设计4.1 选定转向装置该自行小车在前行时能够自动避开赛道上设置的两个障碍物（每间隔300mm到 500mm，放置一个直径 20mm、高 200mm 的弹性障碍圆棒），并在半个乒乓球案长 1525mm ，宽 1370mm 中，绕两个障碍物走 8 字型，不完全齿轮具有转向功能。所以转向装置选择不完全齿轮。4.2 确定转向装置的基本参数小车行走时的轨迹如图可知，用滑块连杆实现表示出来可得杆件的基本参数：摆杆长 54.5mm，宽度 6mm，厚度 3mm,滑杆长 56mm，宽度 6mm，厚度

13、 3mm,支撑架高 51mm，宽度 4mm，厚度 4mm，连杆高 30mm, 厚度 5mm，宽度 10mm,转向机构轴高 69mm，直径 8mm.转向机构杆如图支撑架 转向机构 摆杆西安文理学院 2012 级机械设计制造及其自动化第 7 页机械设计课程设计滑杆连杆前轮最大转角： 13 度最大转角：13 度西安文理学院 2012 级机械设计制造及其自动化第 8 页机械设计课程设计5.齿轮的设计5.1 设计计算一级齿轮5.1.1 选择齿轮类型、精度等级、材料及齿数（ 1）按照我们的传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动，压力角取为 20 。（ 2）无碳小车为一般工作机器，参考表 10-6，选用 7 级精度

14、。（3）材料选择。由表 10-1，大齿轮与小齿轮均选择选择 45 刚 (调质 )，硬度为 240HBS。（ 4）选小齿轮齿数为 z119 ,大齿轮齿数 z2i 1 z1 2 19 38 ，z119因为 z1 与 z2 要互质 ,所以取 . z239 。z2395.1.2 按齿面接触强度设计（ 1）由式（ 10-11）试算小齿轮分度圆直径，即d1tH 1u 1 (ZZZ)23K T1HEduH 1) 确定公式内的各项数值试选载荷系数K Ht1.3K Ht1.3计算小齿轮传递的转矩T1 9.55 106 P / n19.55 106110 3 / 57N mm 838N mmT1838N mm由表

15、 10-7 选取齿宽系数d1d1由图 10-20 查得区域系数ZH2.5ZH2.5由表 10-5 查得材料的弹性影响系数（大小齿轮均采用锻造）为zE 189.8MPazE189.8MPa由式（ 10-9）计算接触疲劳强度用重合度系数Za1arccosz1cos/ z12haarccos19cos20 / 192131.767a 2arccosz2cos/ z22haarccos39cos20 / 392126.638a1a231.76726.638西安文理学院 2012 级机械设计制造及其自动化机械设计课程设计z1tana1 tan z2tana2tan / 219tan 31.767tan

16、2039tan 26.638tan 20/ 21.626z441.6260.8933计算接触疲劳许用应力H。由图 10-25d查得两齿轮的接触疲劳极限为H lim 1H lim 2550MPa由式（ 10-15）计算应力循环次数：N160njh60571 (2 80 300 1)1.6416 107N2N11.641610739 197.998106由图 10-23 查取接触疲劳寿命系数 K HN 11.14, K HN 21.35。取失效概率为1%，安全系数为 S=1，由式（ 10-14）得H 1K HN1H lim 11.14550 MPa627MPaS1H 2K HN2H lim 21.

17、35550 MPa742MPaS1取H 1 和H 2 中较小者作为该齿轮副的接触疲劳许用应力，即H H 2 627MPa2）试算小齿轮分度圆直径23 2K HtT1 u 1ZH ZE Zd1tud3 2 1.3 83839 /19 1 2.5189.8 0.8922m m 12.97m m139 /19627（ 2）调整小齿轮分度圆直径1）计算实际载荷系数前的数据准备。圆周速度 v。vd1t n160d1t n112.97 57 m s 0.04 m s601000100060000齿宽 b。b d d1t 1 12.97mm 12.97mm2）计算实际载荷系数 K H 。由表 10-2查得使

18、用系数 K A 1第 9 页1.626z 0.89H lim 1550MPaH lim 2550MPaN1 1.6416 107N2 7.998 106H 1 627MPa H 2 742MPaH627MPad1t 12.97mmv0.04 m sb 12.97 mm西安文理学院 2012 级机械设计制造及其自动化机械设计课程设计根据v 0.04 m s、7 级精度，由图 10-8 查查得动载系数K v1.02。齿轮圆周力Ft 1 2T1 / d1t 2 830/ 12.97N129.22NK A Ft 1 / b 1 129.22/12.97N / mm19.93996N / mm 100N

19、 / mm查表 10-3得齿间载荷分配系数 K H1.1。由表 10-4， 7 级精度，小齿轮，相对承非对称布置齿向载荷分布系数 K H1.1,由此，得到实际载荷系数K HK AKV KH K H 1 1.02 1.11.923 2.1583)由式（ 10-12），可得按实际的载荷系数算得的分度圆直径：d1d1t3K H12.973 2.158mm 取mm）K Ht1.315.357 (16及相应的齿轮模数mn d1 z115.357 19 mm0.808mm(取 0.8mm)5.1.3 按齿根弯曲疲劳强度设计（ 1）由式（ 10-7）试算模数，即mt 32K Ft T1Y(YFa YSa ) 、d z12F