S型無(wú)碳小車(chē)的設(shè)計(jì)【帶SolidWorks三維】【13張CAD圖紙+畢業(yè)論文】
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S型無(wú)碳小車(chē)的設(shè)計(jì)論文.doc
S型無(wú)碳小車(chē)裝配圖.DWG
上盤(pán).DWG
前叉1.DWG
后輪右.DWG
大齒輪軸.DWG
小齒輪軸.DWG
底板.DWG
曲柄輪.DWG
滑盤(pán)支架.DWG
滑輪軸.DWG
繞線(xiàn)輪1.DWG
轉(zhuǎn)臂.DWG
連桿.DWG
無(wú)碳小車(chē)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
摘 要
本文圍繞無(wú)碳小車(chē)的設(shè)計(jì)，以全國(guó)大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競(jìng)賽的競(jìng)賽命題為核心，系統(tǒng)地說(shuō)明了符合比賽要求的無(wú)碳小車(chē)從設(shè)計(jì)構(gòu)思到參數(shù)計(jì)算以及最后的加工裝配的設(shè)計(jì)思路和步驟。主要介紹了無(wú)碳小車(chē)的機(jī)械機(jī)構(gòu)構(gòu)成、技術(shù)參數(shù)、零件機(jī)械加工工藝、小車(chē)零部件的加工方式與加工裝配。
無(wú)碳小車(chē)主要由車(chē)體、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)和微調(diào)機(jī)構(gòu)六個(gè)機(jī)械結(jié)構(gòu)組成，其中轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)為無(wú)碳小車(chē)實(shí)現(xiàn)行駛S型軌跡的機(jī)構(gòu)，是無(wú)碳小車(chē)核心機(jī)構(gòu)。該小車(chē)的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)根據(jù)正弦機(jī)構(gòu)的原理，在正弦機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上優(yōu)化和修改而來(lái)。而微調(diào)機(jī)構(gòu)則是用于調(diào)整轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的周期，使小車(chē)的行駛軌跡能夠根據(jù)實(shí)際需要而改變。轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)和微調(diào)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)是無(wú)碳小車(chē)設(shè)計(jì)最為重要的一部分，是實(shí)現(xiàn)競(jìng)賽命題的要求的核心機(jī)構(gòu)。
在小車(chē)加工調(diào)試完成后，經(jīng)過(guò)驗(yàn)證小車(chē)的設(shè)計(jì)與制造符合競(jìng)賽命題的性能要求。通過(guò)這次設(shè)計(jì)，增強(qiáng)了我們的綜合能力，并真正能把所學(xué)知識(shí)真正用在工作和生活中。
關(guān)鍵詞:無(wú)碳小車(chē)；正弦機(jī)構(gòu)；單輪驅(qū)動(dòng)；機(jī)械加工
Design and Implementation of carbon-free Vehicle
Abstract
This paper focuses on design of carbon-free vehicle, contest of the national competition for engineering training college students comprehensive ability as the core system that meets the game requirements, parameter calculation and carbon-free vehicle from design concept to final design idea and steps of processing and assembling. Introduces carbon-free vehicle for mechanical structure, technical parameters and machining of parts, car parts and processing method and processing and Assembly.
Carbon-free vehicle is mainly driven by the body, body, transmission, steering gear, trimmer bodies consists of six mechanical structure, including steering mechanism for carbon-free car bodies to achieve s-bend, that is carbon-neutral core trolley Agency. The car's steering mechanism based on the principle of sine mechanism, in sine mechanism based on optimization and modification. And fine-tuning is used to adjust the steering mechanism of the period, the car of course can change according to the actual need. Steering mechanisms and fine-tuning mechanism is designed to be carbon-free car design is the most important part of is the core institutions meet the contest requirements.
Processing in the car after debugging is complete, proven performance of car design and manufacture meet the contest requirements. Through this design enhances our overall ability and really can really use what they have learned in work and in life.
Key words: carbon-free vehicle; sine mechanism; Single-wheel driving; machining
目 錄
1 緒 論 4
1.1 無(wú)碳小車(chē)越障競(jìng)賽命題要求 4
1.2 無(wú)碳小車(chē)越障競(jìng)賽環(huán)境 4
1.3 設(shè)計(jì)和加工思路 5
1.4 本設(shè)計(jì)的意義 5
2 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 7
2.1 車(chē)體 7
2.2 原動(dòng)機(jī)構(gòu) 9
2.3 傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 9
2.4 轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu) 10
3 技術(shù)設(shè)計(jì) 13
3.1小車(chē)齒輪齒數(shù)比的計(jì)算 13
3.2運(yùn)動(dòng)學(xué)模型 14
3.3后輪半徑與繞線(xiàn)輪半徑計(jì)算 15
3.4標(biāo)準(zhǔn)件及其材料件列表 15
3.5確定非標(biāo)準(zhǔn)件的零件尺寸 16
3.6小車(chē)整體裝配效果圖 17
4小車(chē)的加工裝配以及調(diào)試 18
4.1需要自行加工的零件及加工方法 18
4.1.1使用亞克力板作為加工原材料的工件 18
4.1.2使用鋁合金作為加工原材料的工件 19
4.1.2使用45號(hào)鋼作為加工原材料的工件 19
4.2 小車(chē)的裝配 19
4.3 小車(chē)的調(diào)試 20
5 結(jié)果評(píng)價(jià)分析 22
5.1 小車(chē)設(shè)計(jì)結(jié)果 22
5.2 小車(chē)設(shè)計(jì)方案的優(yōu)缺點(diǎn) 22
5.3 改進(jìn)方向 23
參考文獻(xiàn) 24
附錄 1 小車(chē)數(shù)學(xué)模型方程 25
1 緒 論
當(dāng)今社會(huì)人類(lèi)活動(dòng)對(duì)自然的污染越加嚴(yán)重，尋求清潔能源的行動(dòng)勢(shì)在必行。無(wú)碳車(chē)的概念開(kāi)始應(yīng)運(yùn)而生。無(wú)碳車(chē)是一種十分環(huán)保的短途代步工具，具有節(jié)能、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的特點(diǎn)。無(wú)碳車(chē)的應(yīng)用和推廣對(duì)保護(hù)環(huán)境和人類(lèi)的可持續(xù)發(fā)展有重要意義。全國(guó)大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競(jìng)賽響應(yīng)了綠色無(wú)碳的社會(huì)潮流，提出了無(wú)碳小車(chē)越障競(jìng)賽命題要求，而我們通過(guò)設(shè)計(jì)無(wú)碳小車(chē)模型，希望可以為無(wú)碳小車(chē)越障競(jìng)賽命題提供一種將重力勢(shì)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的新思路。
1.1 無(wú)碳小車(chē)越障競(jìng)賽命題要求
以重力勢(shì)能驅(qū)動(dòng)的具有方向控制功能的自行小車(chē)作為要求，設(shè)計(jì)一種小車(chē)，由給定重力勢(shì)能作為能量來(lái)源，通過(guò)能量轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)其行走及轉(zhuǎn)向。給定重力勢(shì)能為4焦耳（取g=10m/s2），競(jìng)賽時(shí)統(tǒng)一使用質(zhì)量為1Kg的重塊（R25×65 mm，普通碳鋼）作垂直下降來(lái)獲得，落差400±2mm，重塊落下期間，必須由小車(chē)承載并與小車(chē)一起運(yùn)動(dòng)，不允許從小車(chē)上掉落。圖1為小車(chē)示意簡(jiǎn)圖。
設(shè)計(jì)要求：
（1）要求小車(chē)行走過(guò)程中完成所有動(dòng)作所需的能量均由此重力勢(shì)能轉(zhuǎn)換獲得，不可使用任何其他的能量來(lái)源。
（2）要求小車(chē)具有轉(zhuǎn)向控制機(jī)構(gòu)，且此轉(zhuǎn)向控制機(jī)構(gòu)具有可調(diào)節(jié)功能，以適應(yīng)放有不同間距障礙物的競(jìng)賽場(chǎng)地。
（3）要求小車(chē)為三輪結(jié)構(gòu)，具體設(shè)計(jì)、材料選用及加工制作均由參賽學(xué)生自主完成。
1.2 無(wú)碳小車(chē)越障競(jìng)賽環(huán)境
競(jìng)賽場(chǎng)地有兩個(gè)，主場(chǎng)地一作為車(chē)賽場(chǎng)地，占地2300平米，場(chǎng)地地面為國(guó)際室內(nèi)球類(lèi)競(jìng)賽用標(biāo)準(zhǔn)復(fù)合木地板；主場(chǎng)地二作為加工制作裝調(diào)競(jìng)賽場(chǎng)地，配有普車(chē)、普銑、數(shù)車(chē)、數(shù)銑和快速成型等比賽用機(jī)床，配有鉗工工作臺(tái)和鉆床等設(shè)施設(shè)備。加工競(jìng)賽需要的通用工卡量具由參賽隊(duì)自帶。
1.3 設(shè)計(jì)和加工思路
5 結(jié)果評(píng)價(jià)分析
分析無(wú)碳小車(chē)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的成品，將小車(chē)的實(shí)際性能與理論性能作對(duì)比，并以此來(lái)尋找在小車(chē)的設(shè)計(jì)和制作過(guò)程中的由于設(shè)計(jì)或加工等問(wèn)題導(dǎo)致的缺陷和問(wèn)題，并通過(guò)分析小車(chē)成品的缺陷和問(wèn)題，改進(jìn)小車(chē)的設(shè)計(jì)和制造。
5.1 小車(chē)設(shè)計(jì)結(jié)果
在經(jīng)過(guò)對(duì)小車(chē)的設(shè)計(jì)優(yōu)化、加工裝配和微調(diào)總結(jié)后，最終設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)能夠?qū)崿F(xiàn)競(jìng)賽命題并達(dá)到預(yù)期性能需求的無(wú)碳小車(chē)。該無(wú)碳小車(chē)可以能依靠所給定重力勢(shì)能，能夠自動(dòng)啟動(dòng)前行，并在行駛的過(guò)程中自動(dòng)行駛出S型軌跡，且在實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)行駛，可以調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)彎半徑和周期。
5.2 小車(chē)設(shè)計(jì)方案的優(yōu)缺點(diǎn)
小車(chē)設(shè)計(jì)方案的優(yōu)點(diǎn)：
（1） 小車(chē)的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)與驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)便高效，零件的幾何關(guān)系簡(jiǎn)潔明了，易于計(jì)算和仿真。
（2） 車(chē)身使用亞克力板為原理制作，使得小車(chē)車(chē)身更加輕巧，使用齒輪和帶輪傳動(dòng)，能量傳遞效率高且能力損失少。
（3） 采用單輪驅(qū)動(dòng)，不需要安裝差速器，減少小車(chē)整體的質(zhì)量和成本，同時(shí)具有較大的驅(qū)動(dòng)輪，使小車(chē)行駛時(shí)效率比較高、能量損失小，能夠在比較粗糙地面行駛并行走更遠(yuǎn)的距離。
（4） 微調(diào)機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)利用了正弦機(jī)構(gòu)的原理，可以減少誤差并能通過(guò)調(diào)整微調(diào)機(jī)構(gòu)參數(shù)，來(lái)實(shí)現(xiàn)糾正小車(chē)的行駛軌跡，并調(diào)節(jié)小車(chē)的行駛的周期和半徑，有利于小車(chē)適應(yīng)轉(zhuǎn)彎繞障和避開(kāi)障礙物。
（5） 通過(guò)對(duì)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的調(diào)整，使小車(chē)零件對(duì)加工精度要求降低，減少小車(chē)的加工成本，并讓小車(chē)更加易于修改、加工、安裝及微調(diào)。
（6） 由于用于制作小車(chē)的原材料價(jià)格比較低且小車(chē)的加工成本不高，可以讓小車(chē)整體造價(jià)保持一個(gè)比較低的水平，可以在確保小車(chē)的性能達(dá)到要求的同時(shí)控制小車(chē)的成本。
小車(chē)設(shè)計(jì)方案的缺點(diǎn)：
（1） 由于在設(shè)計(jì)時(shí)，沒(méi)有考慮到理論和實(shí)際的區(qū)別，缺少設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，讓小車(chē)?yán)碚撔阅芎蛯?shí)際性能有出入。
（2） 小車(chē)的加工受到成本、時(shí)間、加工技術(shù)和加工范圍的限制，導(dǎo)致小車(chē)的整體加工精度不高，出現(xiàn)了許多不該出現(xiàn)的加工誤差。
（3） 在不同的地面測(cè)試時(shí)，小車(chē)所行駛的距離波動(dòng)比較大，微調(diào)機(jī)構(gòu)微調(diào)滑塊位置很難把握準(zhǔn)確，難以根據(jù)不同類(lèi)型的地面進(jìn)行合適的微調(diào)，而且微調(diào)時(shí)比較繁瑣和耗時(shí)。
（4） 小車(chē)的微調(diào)機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)平面垂直于地面，在工作時(shí)會(huì)受到重力加速度的影響，使得機(jī)構(gòu)工作時(shí)精準(zhǔn)度收到影響。
（5） 對(duì)各種機(jī)構(gòu)認(rèn)識(shí)還不夠全面和透徹，無(wú)法根據(jù)實(shí)際需要設(shè)計(jì)出性能更好且足夠簡(jiǎn)便的機(jī)構(gòu)。
5.3 改進(jìn)方向
（1） 加工精度和裝配精度是碳小車(chē)改進(jìn)的一個(gè)大方向之一。如果能夠找到更加合適的加工工藝可以提高小車(chē)零件的加工精度并減少后期的調(diào)試工作，也可以讓小車(chē)現(xiàn)實(shí)得到更好的運(yùn)動(dòng)效果，同時(shí)控制小車(chē)的成本。
（2） 設(shè)計(jì)性能更加良好的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)和微調(diào)機(jī)構(gòu)，用于提高轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的效率和穩(wěn)定性，同時(shí)提高微調(diào)機(jī)構(gòu)的微調(diào)范圍，讓小車(chē)可以更大范圍的調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)彎半徑和周期，提高小車(chē)在各種地面的適應(yīng)能力。
（3） 修改微調(diào)機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，使其的轉(zhuǎn)動(dòng)平面平行于地面，減少重力對(duì)微調(diào)機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)工作時(shí)的影響。
（4） 在設(shè)計(jì)階段對(duì)小車(chē)進(jìn)行更多的計(jì)算和仿真。通過(guò)更多的計(jì)算和仿真來(lái)選擇更好的設(shè)計(jì)方案和參數(shù)，令小車(chē)的理論性能得到提高。
（5） 改進(jìn)機(jī)構(gòu)的配合的合理性。通過(guò)使機(jī)構(gòu)的配合更加合理，使小車(chē)更容易裝配并提高小車(chē)零件裝配時(shí)裝配精度。
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