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本科畢業(yè)設(shè)計開題報告 題 目 無碳重力勢能小車設(shè)計 院 系 機(jī)械工程學(xué)院 班 級 機(jī)械制造 08 4 班 姓 名 趙璽超 學(xué) 號 080514020519 指導(dǎo)教師 李光輝 教師職稱 高工 黑龍江科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計開題報告 題 目 無碳重力勢能小車設(shè)計 來源 科技創(chuàng)新 1 研究目的和意義 開發(fā)新能源和可再生能源是能源可持續(xù)發(fā)展的應(yīng)有之義 我國的能源供應(yīng)結(jié) 構(gòu)里 煤炭 石油與天然氣等不可再生能源占絕大部分 新能源和可再生能源開 發(fā)不足 這不僅造成環(huán)境污染等一系列問題 也嚴(yán)重制約能源發(fā)展 必須下大力 氣加快發(fā)展新能源和可再生能源 優(yōu)化能源結(jié)構(gòu) 增強(qiáng)能源供給能力 緩解壓力 2 國內(nèi)外發(fā)展情況 目前 我國 新興能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃 已編制完畢 即將上報國務(wù)院 十二五 能源發(fā)展規(guī)劃也正在編制中 總體而言 在今后 20 30 年內(nèi) 我國傳統(tǒng)能源的主 導(dǎo)地位仍然難以改變 新能源只能起到補(bǔ)充作用 從發(fā)展戰(zhàn)略來說 新能源必須 具備一定規(guī)模 這樣才能降低發(fā)展成本 并為相關(guān)裝備制造業(yè)和技術(shù)創(chuàng)新提供有 力支撐 根據(jù)目前我國新能源發(fā)展現(xiàn)狀和今后發(fā)展?jié)摿浪?到 2020 年 我國新 能源占一次能源消費(fèi)的比重應(yīng)該達(dá)到 15 左右 因此 在 十二五 期末 新能源所 占比重應(yīng)該達(dá)到 12 13 世界部分主要國家新能源發(fā)展?fàn)顩r 美國推行 綠色新政 明確發(fā)展目標(biāo) 根據(jù)奧巴馬提出的新能源政策構(gòu)想 美國將在可再生能源 節(jié)能汽車 分布式能源供應(yīng) 天然氣水合物 清潔煤 節(jié) 能建筑 智能網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域探索出一個能夠?qū)崿F(xiàn)利益最大化的創(chuàng)新戰(zhàn)略 日本通過法律約束 稅收優(yōu)惠和政策引導(dǎo)等一系列配套措施 大力推動新能 源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展 積極開發(fā)太陽能 風(fēng)能 核能等新能源和節(jié)能技術(shù) 經(jīng)過三十多 年的發(fā)展 日本在新能源發(fā)電 新能源電池和節(jié)能環(huán)保方面處于世界領(lǐng)先地位 巴西生物能源在其能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中占據(jù)半壁江山 汽車市場售出的新車中約 有 80 是可以使用乙醇燃料的新能源汽車 新能源汽車普及率較高 有效地降低 了對石油的依賴 在使用生物乙醇解決污染方面走在世界前列 3 研究 設(shè)計的目標(biāo) 給定一重力勢能 根據(jù)能量轉(zhuǎn)換原理 設(shè)計一種可將該重力勢能轉(zhuǎn)換為機(jī)械 能并可用來驅(qū)動小車行走的裝置 該自行小車在前行時能夠自動避開賽道上設(shè)置 的障礙物 每間隔 1米 放置一個直徑 20mm 高 200mm的彈性障礙圓棒 給定重力勢能為 5焦耳 取 g 10m s2 即質(zhì)量為 1Kg的重塊 50 65 mm 普通碳鋼 鉛垂下降來獲得 落差 500 2mm 重塊落下后 須被小車承載并 同小車一起運(yùn)動 不允許掉落 小車前行過程中完成的所有動作所需的能量均由此能量轉(zhuǎn)換獲得 不可使用 任何其他的能量形式 小車要求采用三輪結(jié)構(gòu) 1 個轉(zhuǎn)向輪 2 個驅(qū)動輪 綜合運(yùn)用知識 多種方案比較 確定最優(yōu)方案 圖紙總量 A0號圖紙 2 5張 其中 1張圖必須徒手畫 設(shè)計說明書一份 1 5 萬 2 萬字 4 設(shè)計方案 1 根據(jù)功能設(shè)計要求 設(shè)計一種可將重力勢能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能并可用來驅(qū)動小車 行走的裝置 小車前行過程中完成的所有動作所需的能量均由此能量轉(zhuǎn)換獲 得 因此設(shè)計中要充分利用重錘的重力勢能 以確保小車行駛距離更遠(yuǎn) 2 根據(jù)功能設(shè)計要求 小車在前行時能夠自動避開賽道上設(shè)置的障礙物 因此 小車前進(jìn)的路線以 s 周期性變化 同時 在小車能夠順利前行的的前提 下 確定小車軌跡與中心線之間合適的偏距 3 結(jié)構(gòu)設(shè)計要最大程度地減小小車的重量和阻力 同時要與生產(chǎn)綱領(lǐng) 工藝性 加工 裝配 成本 質(zhì)量統(tǒng)籌考慮 力求產(chǎn)品的最優(yōu)化設(shè)計 4 結(jié)構(gòu)設(shè)計要從重要到次要 從總體到局部 從粗略到精細(xì) 權(quán)衡利弊 反復(fù) 推敲 逐步改進(jìn) 5 方案的可行性分析 1 能力轉(zhuǎn)化裝置 重塊的重力勢能通過線繩 定滑輪 繞線軸 齒輪傳動機(jī)構(gòu)將轉(zhuǎn)化為小車的 動能 我們知道 1 小車在在靜止時的所受的靜摩擦力大于運(yùn)動中所受的動 摩擦力 2 小車在啟動時需要一定的加速度 3 小車在平穩(wěn)運(yùn)行時需要阻 力矩于動力矩相平衡 在設(shè)計繞線結(jié)構(gòu)時 突破了傳統(tǒng)的思想 將繞線軸設(shè) 計為錐面螺紋與圓柱面相結(jié)合 小車啟動時線繩繞在錐面螺紋的大端 以增 加其啟動力矩 使小車能夠順利啟動 之后線繩通過錐面螺紋平滑過渡到圓 柱面上 實現(xiàn)阻動力矩平衡 以確保小車平穩(wěn)運(yùn)行 2 傳動比確定 s 型曲線其波長為 2m 通過一系列計算 設(shè)計了完成 s 型曲線一周期 驅(qū)動輪須轉(zhuǎn) 4圈 轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn) 1個周期 因此可以確定小車的總傳動比為 1 4 為了使小車傳動機(jī)構(gòu)盡量緊湊簡單 將傳動機(jī)構(gòu)設(shè)計為二級傳動 并 將總傳動比平均分配 即為 軸到 軸傳動比為 2 1 軸到 軸傳動比為 2 1 3 主副輪驅(qū)動 在這部分設(shè)計中 我們發(fā)揮了創(chuàng)造性思維 沒有將兩個后輪均與驅(qū)動軸固定 而是將驅(qū)動軸的一側(cè)通過鍵與一后輪聯(lián)接 另一側(cè)通過軸承與另一后輪聯(lián)接 此結(jié)構(gòu)解決了小車在行駛過程中兩后輪轉(zhuǎn)彎半徑不相同的缺點 使其轉(zhuǎn)向更 靈活 也同時減小了小車啟的動力矩 4 轉(zhuǎn)向裝置 將小車轉(zhuǎn)向運(yùn)動通過空間四桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動的轉(zhuǎn)換來實現(xiàn) 由于理論計算與實際 情況有一定差距 將轉(zhuǎn)向裝置設(shè)計為可調(diào) 經(jīng)過分析 小車行駛軌跡的振幅 與曲柄的長短成正比 軌跡偏左偏右與連桿的長短有密切關(guān)系 因此可以調(diào) 節(jié)曲柄的長短來控制軌跡的振幅 調(diào)節(jié)連桿的長短來控制軌跡偏向 從而使 小車軌跡處于最佳狀態(tài) 5 重塊高度可調(diào) 當(dāng)小車出發(fā)點已經(jīng)確定時 重塊高度不一致 經(jīng)分析其產(chǎn)生的原因是繞線過 程中存在誤差 而命題要求重塊落差為 500 2mm 為了解決此問題 設(shè)計了 重塊高度調(diào)整機(jī)構(gòu) 通過此機(jī)構(gòu)保證了重塊落差要求的同時也保證了小車正 確的出發(fā)點 6 該設(shè)計的創(chuàng)新之處 主副輪驅(qū)動 在這部分設(shè)計中 沒有將兩個后輪均與驅(qū)動軸固定 而是將驅(qū)動軸的一側(cè)通過 鍵與一后輪聯(lián)接 另一側(cè)通過軸承與另一后輪聯(lián)接 此結(jié)構(gòu)解決了小車在行駛過 程中兩后輪轉(zhuǎn)彎半徑不相同的缺點 使其轉(zhuǎn)向更靈活 也同時減小了小車啟的動 力矩 7 設(shè)計產(chǎn)品的主要用途和應(yīng)用領(lǐng)域 可作為自動化生產(chǎn)線產(chǎn)品物流中的一個基本搬運(yùn)環(huán)節(jié) 真正做到低碳減排 節(jié)能 環(huán)保 保護(hù)環(huán)境的同時節(jié)約了傳統(tǒng)搬運(yùn)環(huán)節(jié)因耗電等增加的生產(chǎn)成本 8 時間進(jìn)程 3 月 28 號 4 月 6 號 整理實習(xí)日記 撰寫實習(xí)總結(jié)和開題報告 4 月 7 號 5 月 4 號 設(shè)計計算 總體結(jié)構(gòu)草圖設(shè)計 5 月 5 號 5 月 25 號 總體圖和部件圖設(shè)計 5 月 26 號 5 月 31 號 零件圖設(shè)計 6 月 1 號 6 月 10 號 整理 撰寫畢業(yè)設(shè)計說明書和設(shè)計圖紙 6 月 10 號 6 月 20 號 答辯 9 參考文獻(xiàn) 1 成大先 機(jī)械設(shè)計手冊 M 北京 化學(xué)工業(yè)出版社 2008 2 劉品 機(jī)械精度設(shè)計與檢測基礎(chǔ) M 哈爾濱 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社 2009 指導(dǎo)教師意見 教師簽字 年 月 日 開題答辯小組意見 組長簽字 成員簽字 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計領(lǐng)導(dǎo)小組意見 組長簽字 年 月 日