3(6)
FOCUS
Auto自p∞ar
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摘要:为配合第3届全国大学生工程训综合能力竞赛,文章按照比要求设计了具有绿色环保特色的“碳
据机械结构设计理念,合理设计曲柄半和传动系统,设计出一种完依靠重物块的重力势能驱动,平转
周性自动避开障碍物的轻质小车。通过l~o/E软件进行了车的整体结构运动学仿真,未发现小车整体机结构出现干涉和死点严重问题,证小车的整体设计机
关键词:无碳小车;重力势能;自动避障;转向系统;传动系
Designof”Non-carbonSmallCar¨:lc
Abstract:In
order
to
takepart
inthe
petition
of”thethirdChinanational
on
coUege
students
engineeringtraining
prehensivecapability”.greenandfriendly”non-carbonsmallcar”based
thepetitionrequirementsisintroducedin
thispaper.Accordingtomechanicaldesignconcept,rationallydesigningcrankradiuswhichthesteeringsystemcyclicallykeepsawaytheobstacleautomaticallyisgravitationalenergyoftheweightstodrive.Thesimulationforpletethat
no
car
and
drive
train,light.一weight
small
car
designed,thisdesign
on
pletelydepends
on
iscarriedoutbased
Pw/E,theresultsshowed
interferenceanddeadpoint
appeared
inthewholestructure.Itisproventhatthedesign
ofthewholeCarstructureis
rational,meetingthepetitionrequirements.
Keywords:Non-carbonsmallcar;Gravitationalenergy;KeepDrive
awaytheobstacleautomatically;Steeringsystem;
train;P栅
为了与自然的和谐发展,在节能减排的号召下,开展第3届全国学生工程训练综合能力竞,本竞赛在一定程度上对大学的“创新设计能力、制造工艺能力、实际作能力以及工程管理能力”4个面进行了考察[11。章针对该次比赛的要求设计绿色环
小车载并同小车一运动,不允许从小车上掉落;3)小车在前行时能自动交错绕过道上设置的沿直线等距离摆放的障物。鉴于“无碳小车”需要自动自由交绕过赛道上置的直线等距离的障碍物,因此需要设计良的转向系统以便顺利避开障碍物;小车除具有优良的向性以外,所计传动系结构应该简单、传动件少、量能耗损
1设计要求
该计的“无碳小车”应满足:1)以重力势能驱动具有方向控制功能,给定的重力势能为4J(取g=lOm/s2),赛时统一用质
2设计思路
2.1转向系统
为避免由于转向系统不稳定者走偏,
kg艟块(4'50mm,高
碳钢)铅垂下降来获得,落差为(400±2)mm;2)
+金项目:国家高科技研究发展计划“八三”课题:插电式,增程式重型
一33—
设计失败,文章考虑了3种形式的转向机构【2】:1)采前轮自身曲导向的作用进行转向。2)依直动推杆凸轮机构转向。凸轮推转向杆进行周期性的往复运动,从而控制前轮摆动,以达到转向的目的。3)依靠连杆机转向。摇杆机动转向杆实现周期性的往复转,以达到控
由第1种形式曲面需要光滑过渡,小车身两侧与地面的高度不相且为变量,运动时会产生一定的振动,依靠自身曲面向在一定程度上并不好制,而且前轮面加工有难度【21,以
3种转向形式相对易于加工。考虑到学校加工力有限,文章采取第3
以修正,即:幅值=1/2车身度+安全距离。
总宽为200mm,安全距离取50nlnl,修正后
线幅值为B=150mm,1个期内小车所行走
2000mill。
本设计的转向系统机械结构采用的是正弦构来实现期性的转向从而避开距离的障碍物131,转向系统结构和机构的关系示意图,如图2所示。图2b中.s表示小车转向摇水平方向摆动位移;a杆转
2.2传动系统
转向与传动系的优良性影响整个小车的设计是否成功,因此小关键性的设计于其转向系统以及整个传动系。小车的动能来源于重物块在一定度下的重力势能,因此在设计传动系统时,应尽量少构件以减轻车体质量以及减少自身能量的失。文中设计传系统由摇杆、连杆、滑块及齿等的机
3
曲柄
a结构示卷同
“无碳小车"的设计
T型槽
000
3.1转向系统设计
根据竞赛要求,沿直线
mm设置1个障
图2
碍物,已完成的小车行走迹,如图l
“无碳小车”转向系统结和机构关系
曲柄半径(R)直接影响整个车的转向幅
E
{漤辽粤麟
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Snn。
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●
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一
角度),因此设计合理的尺有助于提高向精度,使得转向更加平稳,根据已确定的参数对尺进行计算。参
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障自}物
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气nn
V,=Vco¥dVy=Vsin
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Sm
Sm
小车起点
图l
实际行走位移/mm“无小车”行走
t…=鲁
S=Rsin(oJt)
该计的转向系统是依靠平面连杆机构现转向的,连杆(导向杆)移动改变小车前轮的偏转角度,从而避开障碍物。虑小车整体因素的影响,设计出符合预要求的小车转向系,小车
式中:y——小车的行走速度,V=526
mm/s;
n,y,——小车在戈,Y轴方
^——连杆中心到前轮转向轴中距离,h=50mm;£——小车1个周期的行
式中:r小车轨道中心线位移,mm;
'—一小车偏离中心线位移,mm。
为得小车行走轨迹是三角函数关系曲线,理论上佳的曲线应该是:幅值为半个车身宽。但考虑到加工误差以及一些暂不可预知的
一34一
y=-150c。s(靠)
(c广-原动轴转动角速
所走的路程为2
104
rad/s。
经Matlab软件计算出R为24mm,小车1个周期
mm,同时传动齿轮的传动比
则可计算出符合该假设条件的后轮径为223mm。分别绘小车在戈轴和Y轴方向上随时间
线,如图3所示。
第6期
FOCUS
Aura五够如”
轮1
,…。
/
/‘
重物
滑轮2重力势能输出
7
/
/
/
/
7
77
O
O.5
1.0
15
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
a重力势能输出
时间/s
a
x轴力‘向
蜀n
匀
i
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后轮
。/Y};_||’
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J.IJ
1.)
』lJ
2.)
滑轮1
从动轴
I。l
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jIJ.’.b
4u
-_■■
齿轮
505
能量流动方向
b整体能量传动
时间/s
b
Y轴方向
从以分析可知,重物块重力势能传递过程简单,因此能量的损耗相对小。同时,小本身选材以及底盘的设计也会在一程度上影响小车的性能。在设计的转系统以及传系统结构的基础上,进行了小车整体结构Pro,E运动学仿真分析,发现小车整械结构无涉和死点等严问131,表明小车的设计理论上合,小车
图3“无碳小车”时间一位
从以上结果分析可知:小车转向系统用正弦机构实现了周期性转向,小车完全满足设计要求,合
3.2传动系统的详
小车整传动系统示意图,图4所示。小车总的重力势能是不变的,总的动能是一定的,因传动效率影响小车量的使用效率。传动效率越高,小车行走的距离远。在机械传动当中,齿轮的传动效率较高,所以用齿轮传动的方进行能量的传递。小车整体能量流动,如图5所示,重的重力势能经过定滑轮1传递到定滑轮2,经绳传递到定轮3上,绳子顺时针方向带动原动转动,从而通过齿轮传动带动轮运动,原动轴带柄过杆对转向杆进行传动,以达到周期性
图6“无碳小车”三维
4小车选材与车体
4.1小车的选材
在重重力势能传递的过程中,定滑轮均采用轻质的硬质塑料;牵引绳采用地弹性小,但强度高且耐磨较好的材料;重物块的撑架采用合金;原动轴以及从动轴均采用细钢轴,钢轴轴承过盈配合14】。在转向系统中,摇杆、曲、转向轴和杆均采用轻质且强度较好的铝工而成。
(下转第54页)
一35一
FOCUS201
3年6月
■■|U—■圜
下轮或导向块;卷丝筒、滚轮和相应的轴销、玻璃托架和导轨;果是带有套管的拉索式升降器,还会有钢丝和套的摩擦。为有效提高统效率,文章对这些损耗点,提璃升
1)零件表面处理的优化。降低卷丝筒、轮、轴销和滑块表面的粗糙度;摩擦副处涂抹较好的润滑脂;导轨表
2)塑料件结构的优化。卷丝筒断面的凹槽底尽可能大圆角,凹槽深度控制钢丝直径的1/3~2/3,尽可能减少钢丝人槽时与槽的摩擦;导轨上下端尽可能消导向块的设计,使用滚轮,以滚动摩擦滑动摩
3)拉索张紧力的优化。钢丝绳张紧力过小,会使钢绳松动,造成异响和丝等失效;张紧力过大,系统内耗增加,效率降低。样件来后可通过实测的张紧调整弹簧长度,选用刚度合适的弹簧型,得到
4)钢丝绳出线角的优化。钢丝绳包角越,摩擦面积越大,在设计升器时,将驱动部远离导轨布置就能做大该包角,借减小摩擦力;钢丝绳在垂于卷丝筒或滚侧面的出线方向上,角
擦越大,因此布置时尽量缩小动角,以便提
4结论
文章通介绍车门玻璃升降器统结构说明了升降系统的阻力来源于密封条和璃的摩擦,而门钣金等的寸对该阻力影响较大,清了扭矩传递的路径;通过对系统载荷的构成分析,到了不同工况下的系统载荷计算公式;通过电机扭矩传递径的分析和电机特性的介绍,建议选取电机最大扭矩时,需要考虑密封条压缩衰退特性以及电机衰退特性的影响,以得到合理的剩余扭矩保璃冲顶平顺;据升降器内部损耗点位置,提调整子零件结构和表面处理一系细节措施,达升统率的目的。玻璃升降系统的设计具有一定的
参考文献
【1】武汉汽车车身附件研究所.QC/T626—1999汽车玻璃升降器[s].北
京:国家机械工业局。1999:500—504.
[2]陈海燕.汽车橡胶密封条技术概述[J】.橡胶q-、ll,,2003,50(1):26—29.【3】邱国平.永磁流电机实用设及应用技术[M】.北
社,2009:1-30.
(收稿日期:2013—02—23)
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(上接第35页)
用轻质且强度较好的塑料。4.2车体
小车盘是整个部件的承体,是其他支承件连接的基础,其结设计应保持一定的衡。为了保证小车向具有良好的灵活性,设计的底盘应尽量小,以便转向时能够轻松自如;小车行走时左右向,重物在力条件下会出现摆动现象,底盘应保证各构件具有良的平衡性,因此应尽量降低底盘的高度;同时底盘支承件安装应尽量对称,以保小具有良好的平衡而不翻。重物块支撑架安在车底盘质心处,以便更好地保持小
统与动系统结构简单,传动件少,大大降低了小车的传动损耗,使得车行走更远更稳。根据机械结构设计理念,对小关键零部件进行了详细设计,并对小车体结构进了Pro/E运行学仿真分析,从中可预小车结构设计是否合理。采用该种运动仿真式在一定度上可提高机械构计的效率,提高设计的成功率,后关动态
参考文献
【1】王斌,王衍,李润莲,等.“无碳小车”的创新性设计叨.山
学报:自然科学版,2012(1):59—61.
[2】邹光明,杨秀光,黄川,等.以势能动的涡卷弹簧储能小
机械设计,2012(4):32—35.
[3]孙恒,陈作模,葛文杰.机械原理[M】.北京:高等教育出版社,2006:
110一138.
5结论
本设计的小车利用重物块的重力势能驱动小车行,并且依靠平面连杆结构控制前轮周性转向避开障碍物,前后轮转向具有良好匹。
【4】邢闽芳.互换性与技术量[M】.北京:清
(收稿日期:2013-04—24)
——54——
“无碳小车”的设计
作者:作者单位:刊名:英文
张思伟, 黄建泰, 林雄瑞,
张伟,黄建泰,林雄瑞(福建工程学院机械与汽车程学院), 宁水根(华侨大学机电及
参考文献(4条)
1.王斌;王衍;李
2.邹光明;杨秀光;黄川 以势能驱的涡卷弹簧储能小车研究[期刊论文]-机械设计 2012(04)3.孙;陈作模;葛文杰 械原理 20064.邢闽芳 互与技
本
无碳小车的设计
学校:黄山学院
学院:信息工
班级:11机
参组员:郭兵红、姜干、
指导老师:高琴
to comply with the requirements. (6) pressure pipes are installed according to the design requirements of the system pressure test, segmented tiered when pressure testing to be carried out in sequence, drainage, stormwater pipes to do water testing, and recording, pressure test failed or untested pipeline may not be concealed. Test pressure is the pressure piping installation one stops. (7) the control interface of pipeline leakage from the processing begins. Thread processing to tight fit, length should comply with the requirements. Flange after welding to check end verticality, checking the welding quality. (8) electrical engineering should control the grounding line of weld quality and laying of pipeline quality, timely measurement of grounding resistance, and completes the record. (9) the phase and neutral and ground wire to strictly control the installation location may not be wrong, to multi color lines as required. (10) the distribution box, distribution bottle Shell to a separate ground line, shell transitions can not be used. (C) the pipeline installation engineering 1. construction sequence (1) be familiar with design drawings and related technical information; (2) construction survey and setting out; (3) cooperate with the reserved, embedded civil work; (4) pipe and tube processing (5) support (hanging) production; (6) the pipe prefabrication and Assembly; (7) the pipe laying and installation; (8) the pipes connected to the device; (9), instrumentation and piping installed; (10) pressure test and cleaning (blowing) washing; (11), anti-corrosion and thermal insulation; (12) acceptance. 2. construction conditions (1) the design drawings, specifications and other technical documentation is complete, and after a trial. (2) construction project
无碳小车设计方案
一(小车功能设计要
定一重力势能,根据能量转换原理,设一种可该重力势能转换为机能并可用来驱动小车行走的装置。该自行小车在前行时能自动避开赛道上设置的障物,以小车前行离的远近、以及避开障多少
要求小车前行过程中完成的所有动作需的能量均由此ZHO重力能转换获得,不可使用任何其他能
小车要求采用三轮结构(1个转向轮,2个驱动轮),具体结构型以及材料选用均由参赛者自设
to comply with the requirements. (6) pressure pipes are installed according to the design requirements of the system pressure test, segmented tiered when pressure testing to be carried out in sequence, drainage, stormwater pipes to do water testing, and recording, pressure test failed or untested pipeline may not be concealed. Test pressure is the pressure piping installation one stops. (7) the control interface of pipeline leakage from the processing begins. Thread processing to tight fit, length should comply with the requirements. Flange after welding to check end verticality, checking the welding quality. (8) electrical engineering should control the grounding line of weld quality and laying of pipeline quality, timely measurement of grounding resistance, and completes the record. (9) the phase and neutral and ground wire to strictly control the installation location may not be wrong, to multi color lines as required. (10) the distribution box, distribution bottle Shell to a separate ground line, shell transitions can not be used. (C) the pipeline installation engineering 1. construction sequence (1) be familiar with design drawings and related technical information; (2) construction survey and setting out; (3) cooperate with the reserved, embedded civil work; (4) pipe and tube processing (5) support (hanging) production; (6) the pipe prefabrication and Assembly; (7) the pipe laying and installation; (8) the pipes connected to the device; (9), instrumentation and piping installed; (10) pressure test and cleaning (blowing) washing; (11), anti-corrosion and thermal insulation; (12) acceptance. 2. construction conditions (1) the design drawings, specifications and other technical documentation is complete, and after a trial. (2) construction project
二(设计参数及原
1、设计原理
1)车
车架不应受到很大的,精度要求低。考
工成本等,车架采用木材加成三角底
小车底板
to comply with the requirements. (6) pressure pipes are installed according to the design requirements of the system pressure test, segmented tiered when pressure testing to be carried out in sequence, drainage, stormwater pipes to do water testing, and recording, pressure test failed or untested pipeline may not be concealed. Test pressure is the pressure piping installation one stops. (7) the control interface of pipeline leakage from the processing begins. Thread processing to tight fit, length should comply with the requirements. Flange after welding to check end verticality, checking the welding quality. (8) electrical engineering should control the grounding line of weld quality and laying of pipeline quality, timely measurement of grounding resistance, and completes the record. (9) the phase and neutral and ground wire to strictly control the installation location may not be wrong, to multi color lines as required. (10) the distribution box, distribution bottle Shell to a separate ground line, shell transitions can not be used. (C) the pipeline installation engineering 1. construction sequence (1) be familiar with design drawings and related technical information; (2) construction survey and setting out; (3) cooperate with the reserved, embedded civil work; (4) pipe and tube processing (5) support (hanging) production; (6) the pipe prefabrication and Assembly; (7) the pipe laying and installation; (8) the pipes connected to the device; (9), instrumentation and piping installed; (10) pressure test and cleaning (blowing) washing; (11), anti-corrosion and thermal insulation; (12) acceptance. 2. construction conditions (1) the design drawings, specifications and other technical documentation is complete, and after a trial. (2) construction project
2)原动机构
动机构的作用是将重物的力势能转化为小车的驱动力,能实现这一功能的方案多种,就率和简洁性而言绳最优。小车对原动机构还很多具体要求。1、驱动力适中,不至于小车转弯时速度过大翻,或重块晃动厉害影响行走。2、到达终点前重块竖直向的速应尽量小,避免对过大的冲击。同时使重块的动能尽可能转化到驱动小车前进上,如果重竖直速度较大,重块本身还有许多动能未释放,能量利用率不 高。3、不同场地对轮子擦可能不一样,在不同场地车需的动力也不一样,在调试时也不道多大驱动力合适。此动构还要能根据不的需要调整其驱动力。4、机构简单,
原动架
to comply with the requirements. (6) pressure pipes are installed according to the design requirements of the system pressure test, segmented tiered when pressure testing to be carried out in sequence, drainage, stormwater pipes to do water testing, and recording, pressure test failed or untested pipeline may not be concealed. Test pressure is the pressure piping installation one stops. (7) the control interface of pipeline leakage from the processing begins. Thread processing to tight fit, length should comply with the requirements. Flange after welding to check end verticality, checking the welding quality. (8) electrical engineering should control the grounding line of weld quality and laying of pipeline quality, timely measurement of grounding resistance, and completes the record. (9) the phase and neutral and ground wire to strictly control the installation location may not be wrong, to multi color lines as required. (10) the distribution box, distribution bottle Shell to a separate ground line, shell transitions can not be used. (C) the pipeline installation engineering 1. construction sequence (1) be familiar with design drawings and related technical information; (2) construction survey and setting out; (3) cooperate with the reserved, embedded civil work; (4) pipe and tube processing (5) support (hanging) production; (6) the pipe prefabrication and Assembly; (7) the pipe laying and installation; (8) the pipes connected to the device; (9), instrumentation and piping installed; (10) pressure test and cleaning (blowing) washing; (11), anti-corrosion and thermal insulation; (12) acceptance. 2. construction conditions (1) the design drawings, specifications and other technical documentation is complete, and after a trial. (2) construction project
3)传动机构
传动机构的功能是把动力和运动传递到转向机构和驱动轮。要使小车驶的更远及按设计的轨道精确行驶,传动机构必须传递效率高、动稳定、结构简单重量轻等。不用其他额外的传装置,直接由动力轴驱动轮子和转向,此种式效率最高、最简单。齿轮具有效率高、结紧、工作
齿轮组
to comply with the requirements. (6) pressure pipes are installed according to the design requirements of the system pressure test, segmented tiered when pressure testing to be carried out in sequence, drainage, stormwater pipes to do water testing, and recording, pressure test failed or untested pipeline may not be concealed. Test pressure is the pressure piping installation one stops. (7) the control interface of pipeline leakage from the processing begins. Thread processing to tight fit, length should comply with the requirements. Flange after welding to check end verticality, checking the welding quality. (8) electrical engineering should control the grounding line of weld quality and laying of pipeline quality, timely measurement of grounding resistance, and completes the record. (9) the phase and neutral and ground wire to strictly control the installation location may not be wrong, to multi color lines as required. (10) the distribution box, distribution bottle Shell to a separate ground line, shell transitions can not be used. (C) the pipeline installation engineering 1. construction sequence (1) be familiar with design drawings and related technical information; (2) construction survey and setting out; (3) cooperate with the reserved, embedded civil work; (4) pipe and tube processing (5) support (hanging) production; (6) the pipe prefabrication and Assembly; (7) the pipe laying and installation; (8) the pipes connected to the device; (9), instrumentation and piping installed; (10) pressure test and cleaning (blowing) washing; (11), anti-corrosion and thermal insulation; (12) acceptance. 2. construction conditions (1) the design drawings, specifications and other technical documentation is complete, and after a trial. (2) construction project
4)转向机构
转向机构采用曲柄连杆+摇杆机构,该机运动副单面积所受压力较小,面接触便于润滑,故磨损减小,制造方便,已获得较高精度;构件之间的接触是靠本身的封闭来维系的,不像凸轮机构有时需要利簧等
曲柄摇杆机构
to comply with the requirements. (6) pressure pipes are installed according to the design requirements of the system pressure test, segmented tiered when pressure testing to be carried out in sequence, drainage, stormwater pipes to do water testing, and recording, pressure test failed or untested pipeline may not be concealed. Test pressure is the pressure piping installation one stops. (7) the control interface of pipeline leakage from the processing begins. Thread processing to tight fit, length should comply with the requirements. Flange after welding to check end verticality, checking the welding quality. (8) electrical engineering should control the grounding line of weld quality and laying of pipeline quality, timely measurement of grounding resistance, and completes the record. (9) the phase and neutral and ground wire to strictly control the installation location may not be wrong, to multi color lines as required. (10) the distribution box, distribution bottle Shell to a separate ground line, shell transitions can not be used. (C) the pipeline installation engineering 1. construction sequence (1) be familiar with design drawings and related technical information; (2) construction survey and setting out; (3) cooperate with the reserved, embedded civil work; (4) pipe and tube processing (5) support (hanging) production; (6) the pipe prefabrication and Assembly; (7) the pipe laying and installation; (8) the pipes connected to the device; (9), instrumentation and piping installed; (10) pressure test and cleaning (blowing) washing; (11), anti-corrosion and thermal insulation; (12) acceptance. 2. construction conditions (1) the design drawings, specifications and other technical documentation is complete, and after a trial. (2) construction project
2、设计参数
1)基本尺寸参数:
车长:350mm 车宽:200mm
车后轮D:180mm 车前轮d:60mm
齿轮:模数1、齿数20/60/80 (小车的其
三维图为
2)轨迹参数
根据小车行走路线近似的模拟为正曲线,由于实际的尺寸可算得振幅0.35mm,波长为2m,所以可以近似轨
Y=0.35sinx;
求导得在每个位置上的转的正切的大
Y’=0.35;
我们可以得到前轮的最大转角为36’。
而车轨迹的弧长L=1.636m,当振为0.35m时,从峰顶到谷时的弦长Lab=L*0.35*2=1.1453m,而驱动轮直径d=182m,周长C=PI*d,由转向的需要可转动
3、小车结构的合理选择及
1)尺寸的合理选
在两米的赛道上行走,考虑到行驶过程中不能撞桩,同在小车发生小范围偏移而不会撞桩以小车轨迹的计算我们合理的选
走轨迹最远处距离桩350mm。
2)机构的选择
在能够实现指定运动机构选择时我们秉着耗能少原则选择传动机构越简越好,我们选用了仅三个齿轮的齿轮组,减少了由于传动过程琐而发生的能量损耗,同时了使行驶过程由于弯损耗的能量较少,我们了正
三、无碳小车零件和整体
1、零件图:
驱动轮 齿轮
圆盘 滑轮 to comply with the requirements. (6) pressure pipes are installed according to the design requirements of the system pressure test, segmented tiered when pressure testing to be carried out in sequence, drainage, stormwater pipes to do water testing, and recording, pressure test failed or untested pipeline may not be concealed. Test pressure is the pressure piping installation one stops. (7) the control interface of pipeline leakage from the processing begins. Thread processing to tight fit, length should comply with the requirements. Flange after welding to check end verticality, checking the welding quality. (8) electrical engineering should control the grounding line of weld quality and laying of pipeline quality, timely measurement of grounding resistance, and completes the record. (9) the phase and neutral and ground wire to strictly control the installation location may not be wrong, to multi color lines as required. (10) the distribution box, distribution bottle Shell to a separate ground line, shell transitions can not be used. (C) the pipeline installation engineering 1. construction sequence (1) be familiar with design drawings and related technical information; (2) construction survey and setting out; (3) cooperate with the reserved, embedded civil work; (4) pipe and tube processing (5) support (hanging) production; (6) the pipe prefabrication and Assembly; (7) the pipe laying and installation; (8) the pipes connected to the device; (9), instrumentation and piping installed; (10) pressure test and cleaning (blowing) washing; (11), anti-corrosion and thermal insulation; (12) acceptance. 2. construction conditions (1) the design drawings, specifications and other technical documentation is complete, and after a trial. (2) construction project
梯形原动轮
2、无碳小车二
to comply with the requirements. (6) pressure pipes are installed according to the design requirements of the system pressure test, segmented tiered when pressure testing to be carried out in sequence, drainage, stormwater pipes to do water testing, and recording, pressure test failed or untested pipeline may not be concealed. Test pressure is the pressure piping installation one stops. (7) the control interface of pipeline leakage from the processing begins. Thread processing to tight fit, length should comply with the requirements. Flange after welding to check end verticality, checking the welding quality. (8) electrical engineering should control the grounding line of weld quality and laying of pipeline quality, timely measurement of grounding resistance, and completes the record. (9) the phase and neutral and ground wire to strictly control the installation location may not be wrong, to multi color lines as required. (10) the distribution box, distribution bottle Shell to a separate ground line, shell transitions can not be used. (C) the pipeline installation engineering 1. construction sequence (1) be familiar with design drawings and related technical information; (2) construction survey and setting out; (3) cooperate with the reserved, embedded civil work; (4) pipe and tube processing (5) support (hanging) production; (6) the pipe prefabrication and Assembly; (7) the pipe laying and installation; (8) the pipes connected to the device; (9), instrumentation and piping installed; (10) pressure test and cleaning (blowing) washing; (11), anti-corrosion and thermal insulation; (12) acceptance. 2. construction conditions (1) the design drawings, specifications and other technical documentation is complete, and after a trial. (2) construction project
3、无碳小车整体效
to comply with the requirements. (6) pressure pipes are installed according to the design requirements of the system pressure test, segmented tiered when pressure testing to be carried out in sequence, drainage, stormwater pipes to do water testing, and recording, pressure test failed or untested pipeline may not be concealed. Test pressure is the pressure piping installation one stops. (7) the control interface of pipeline leakage from the processing begins. Thread processing to tight fit, length should comply with the requirements. Flange after welding to check end verticality, checking the welding quality. (8) electrical engineering should control the grounding line of weld quality and laying of pipeline quality, timely measurement of grounding resistance, and completes the record. (9) the phase and neutral and ground wire to strictly control the installation location may not be wrong, to multi color lines as required. (10) the distribution box, distribution bottle Shell to a separate ground line, shell transitions can not be used. (C) the pipeline installation engineering 1. construction sequence (1) be familiar with design drawings and related technical information; (2) construction survey and setting out; (3) cooperate with the reserved, embedded civil work; (4) pipe and tube processing (5) support (hanging) production; (6) the pipe prefabrication and Assembly; (7) the pipe laying and installation; (8) the pipes connected to the device; (9), instrumentation and piping installed; (10) pressure test and cleaning (blowing) washing; (11), anti-corrosion and thermal insulation; (12) acceptance. 2. construction conditions (1) the design drawings, specifications and other technical documentation is complete, and after a trial. (2) construction project
无碳小车的设计
安徽省第二届工程训练综合能力训
班级:
时间:
无碳小车设计方案
一.小车功能设计
给一重力势能,根据能量转换原理,设计种可将重力势能转换为机械并可用来驱动小车行走的装置。该自行小车在前行时能自动避开赛道上设置的障物,以小车前行离的远近、以及避开的多
要求小车前行过程中完成的所有动作需的能量均由此ZHO重势能转换获得,不可使用任何其的
小车要求采用三轮结构(1个转向,2个驱动轮),具体结造型以及材料选用均由参赛者自
二.设计参数及原理 1、设计
车架不应受到很大的力,精度求低。考虑
工成本等,车架采用木材工成三角底
小车底板
2)原动机构
原动机构的作用是将重物的重势能转化为
动力,实现这一功能的方案多种,就效率和简洁性而言绳轮最优。小车对原动构还有多具体要求。1、驱动力适中,不至于小转弯时速度过大而翻,或重块晃动厉害影响行走。2、达终点前重块竖直方向的速度应尽量小,避免对小车过大的击。同时使重块的尽可能转化到驱动小车前进上,如果重块的竖直速度较大,重块还有许多动能未释放,能量利用率不 高。3、由于不同场地对摩擦可能不一样,在不同场地小车需要的力也一样,在调试时也不知道多的驱动合适。因此动构需能根据不同
原动架
3)传动机构
传动构的功能是把动力和运动传递到转向机构和驱动轮上。使小车行驶更远及按设计的轨道精确的行,传动机构必须传递效率高、传稳定、结构简单重量轻等。不用其他额外的传装置,直接由动力轴驱动轮子和转向,此种式效率最高、最简单。齿轮具有效率高、结凑、工作
齿轮组
4)转向机构
转机构采用曲柄连杆+摇杆机构,该机构运副单位面所受压力较小,且面触便于润滑,故磨损减小,制造方便,已获得较高精度;两件之间的接触是靠本身的集封闭来维系的,不像凸轮机构有时需要弹簧
曲柄摇杆机构
2、设计参数
1)基本尺寸参数:
车长:350mm 车宽:200mm 车轮D:180mm 车前轮d:60mm 齿轮:模数1、齿
2)轨迹参数
根据小车行走路线近似的模拟为正弦曲线,于实际的尺寸可算得振幅为0.35mm,波长为2m,所以可以近似出
Y=0.35sinx; 求导得在每个位置上的转角的正的大小: Y’=0.35; 我们可以得到前最大
而小轨迹的弧长L=1.636m,当振幅为0.35m时,从峰顶到谷底时的弦长Lab=L*0.35*2=1.1453m,而驱动轮直径d=182m,周长C=PI*d,转向的需要可以得动比为i=1/4。 3、小车
1)尺寸的合理选择
在米的赛道上行走,考虑到行驶的过程中不能撞桩,时在小车发生小范围偏移而不会撞桩以及车轨迹的计算我们合理的选择宽200mm的车
走轨迹最远处距离桩350mm。
2)机构的选择
在够实现指定运动机构选择时我们秉持着耗少的原则择传动机构越简单越,我们选用了仅三个齿轮的齿轮组,减少了由于传动过程繁而发生的能量损耗,同时为使行驶过程由于弯损耗的能量较少,我择了
三、无碳小车零件和整体结构 1、
驱动轮 齿轮
圆盘 滑轮
梯形原动轮 连杆
2、无碳小车二维图
3、无碳小车整体效
无碳小车的设计
机械设计课程设
机械设计课程设
目 录
1 前言 .......................................................................................................................................................... - 1 - 2 设计任
2.1 设计题
2.1.1
2.1.2
2.2 技术要求 ........................................................................................................................................ - 2 - 3 车力、传
3.1动力的
3.2 传动
3.3转向系统 ........................................................................................................................................ - 3 - 4 齿轮的设计计
4.1 选精
4.2 按齿
4.2.1 确定公式内的各计
4.2.2
4.3 按齿
4.3.1
4.3.2
4.4 几何尺寸计算 ................................................................................................................................ - 7 - 5 轴
5.1 求作
5.2 初步
5.3 轴的
5.3.1 拟定轴上零件的装
5.3.2 根据轴向定的要求确定轴的各段
5.4 求轴
5.6 精确
5.6.1
5.6.2
6 轴承的选
6.1 轴承
6.2尺寸系
6.3内径代
6.4内部结
6.5 公差
6.6 配置
6.7 计算 .............................................................................................................................................. - 14 -
6.7.1
6.7.2
6.7.3
6.7.4
6.7.5
7 带轮的设
7.1 确定
7.2 选择V带的带型 ......................................................................................................................... - 15 -
7.3 确定
7.3.1 初选小带轮的基准直
7.4 确中心距a,并选
7.5 验算
7.6 确定
7.7 确定
7.8 计算
7.9 带轮
8 键连接的
8.1 选择
8.2 校核
9 外行设计................................................................................................................................................. - 19 -
9.1无碳小
9.2无碳小
9.2.1小
9.2.2小
10 设计小结 ............................................................................................................................................... - 20 - 参
1 前言
本次课程设计的题目为“无碳小的设计”。 题目要求车在以重力势能驱
具有方向控制功能的小车的设计。据能量守恒定律,物块下时所减少的重力势
化为驱动小车前行的动力。小车的计涉及到了许多已修课程理论知识,如(机
图、CAD、理论力学、材料力学、程材料、械制造基础及械设计),正是利用
些理论知识并在设计中加以使用从实现小车的齿轮、轴承、、带轮、键、曲柄
及车身与车轮
小车的动力来源于物块下降时减少的力势能;车由一个转向轮两个驱动轮组成,通
传动连接驱动轮与传动轮,并由传动轴带曲柄摇杆动以控制转向轮的动,从而实现小车的传
小车的转向系统是利用物块从0.5米高铅直下落,通过悬线、滑轮、轮系来带动小车先匀速
后靠惯性继续前进,再由齿轮、凸轮、连、弹簧,过双曲柄摇杆机接槽轮及前轮,从而实
向轮按正弦曲线行走,进而实现小车转向设计;而于齿轮、轴、轴、带轮、键的设计,都
经过严格的选取、计算,再对其进行了强度面相关的校
2 设计任务
2.1 设计题目
无碳小车的设计
2.1.1 设计
图1 总体布置简图
1、3—质量块;2—支架;4—转向轮;5—驱动轮;6、8—滑轮;7—绳
图2 总体布局简图
1—曲柄摇杆:2—转向
2.1.2 功能
以重力势能驱动的具有方向控制能的自行小车。给定一力势能,根据能量
原理,设计一种可将该重力势能转为机械能并可用来驱动小行走的装置。该自
车在前行时能够自动
设置的障碍物(每间
置一个直径20mm、高200mm的弹
性障碍圆棒)。
给定重力势能为5
g=10m/s2),竞赛时
1Kg的重块(¢50365 mm,普通
碳钢)铅垂下降来获得,
2mm。
重块落下后,须被小车承载并同小车一起运,不允许掉
要求小车前行过程中完成的所有作所需的能量均由此能转换获得,不可使
何其他的能量形式。小车要求采用三结构(1个转向轮,2个动轮),具体结构
以及材料选用均由参赛者自主设计完。要求满足:①小车上面装载一件外形尺寸
60320 mm的实心圆柱型钢制质块作为载,其质量应不小400克;在小车行走
中,载荷不允许掉落。②转向轮最大外径应不小¢30mm。 图3 自小车重力势能作用下自动行走示
2.2 技术要求
1、1个转向轮和2个驱
2、转向轮控制机构的
3、轴的设计;
4、轴承的选择;
5、装配图、零件图
6、设计计算说明书
3 小车动力、传动、转向系统
3.1动力的获得
题目要求设计以重力势能驱动的具方向控制功能的自行小。即给定一重力势
根据能量转换原理,设计一种可将重力势能转换为机械能并用来驱动小车行走
置。可见自行小车的动力完全由力势能通过能量转化原得到的机械能所提
给定重力势能为5焦耳(取g=10m/s2),质为1Kg的重块(¢50365 mm,普
钢)铅垂下降来获得,落差500±2mm。
3.2 传动方案的
由题目可知,小车由一个转向轮和个驱动轮组成,可以通带传动连接驱动轮
动轴,并由传动轴带动曲柄摇杆转以控制转向轮的转动,从控制小车的运行方
如图4所示:
图4 小车转动
曲柄摇杆;2—传动轴;3—车身;4—驱轮;5带传动
3.3转向系统
物块从0.5米高处铅直下落,通过悬,滑轮,轮系来带动小车匀速前进后靠惯性继
进。再由齿轮,凸轮,连杆,弹簧,通过曲杆摇柄连接槽轮及前轮,使转向轮按照严格的正
线行走,来使小车完成
4 齿轮的设计计算
4.1 选精度等级、
材料及热处理:
1)由《机械设计(第八版)》表10—1,选择小齿材料为40Cr(
大齿轮材料为45钢(调质),硬度240HBS,二者材料硬
2)由《机械设计(第八版)》表10—8,精度级选用7级精
3)试选小齿轮齿数z1=20,大齿轮齿
4)选取螺旋角。初选螺旋
4.2 按齿面接触
因为低速级的载荷大于高速的载荷,所以通过低级的数据进行
按式《机械设计(第八版)》(10—21)试算,即
2KtTu?1?ZHZE?dt≥φdεαu?σH?4.2.1 确定公式内的各计算
(1) 试选Kt=1.6 3?? ? (4—1)?2
(2) 由《机械设计(第八版)》图10-30选取区
(3) 由《机械设计(第版)》表10-7选
(4) 由《机械设计(第八版)》图10-26
εα=εα1+εα2=1.62
(5) 由《机械设计(第八版)》表10-6查材料的弹性影响
(6) 由《机械设计(第八版)》10-21d按齿面硬度查小齿轮的接触疲劳强
限σHlim1=600MPa;大轮的解除
(7) 由《机械设计(第八)》式(10-13)计算应力循环
N1=60n1jLh=603192313(238330035)=3.32310e8 (4-2) N2=N1/5=6.643107 (4-3)
(8) 由《机械设计(第八版)》图10-19得接触疲劳寿命
KHN2=0.98
(9) 计算接触疲
取失效概率为1%,安全系数S=1,由《机械设计(第八版)》式(10-12)得
[σH]1==0.953600MPa=570MPa (4-4)
[σH]2==0.983550MPa=539MPa (4-5)
[σH]=[σH]1+[σH]2/2=554.5MPa (4-6)
4.2.2 计算
(1) 试算小齿轮分度
2KtT1u?1?ZHZE?d1t≥φdεαu?σH?33??? ?222?1.6?191?1036?2.433?189.8??=?=44.5mm (4-7) 1?1.625?554.5?
(2) 计算
v=πd1tn2π?44.5?192==0.45m/s (4-8) 60?100060?1000
(3) 计算齿宽b及
b??d?d1t?1344.5mm=44.5mm (4-9)
d1tcosβ44.5cos14。
mnt===2.16 (4-10) 20z1 h=2.25mnt=2.2532.16mm=4.86mm (4-11)
b/h=44.5/4.86=9.16 (4-12)
(4) 计算纵向重
??=0.318εβz1tanβ=0.318313tan14。=1.59 (4-13)
(5) 计算载
已知载荷平稳,所以
根据v=0.45m/s,7级精度,由《械设计(第八版)》图10—8得动载系数KV=1.11;由《机械设计(第八版)》10—4查的KH?的计算公式和直齿轮的
故 KH?? 1.12+0.18(1+0.6312)1312+0.23310?367.85=1.42 (4-14) 由《机械
由《机械设计(第八版)》表10—3查得KHα=KHα=1.4。故载荷
K=KAKvKF?KF?? 131.0331.431.42=2.05 (4-15) (6)按实际的载荷系数正所得的分度
d1=d1tK/Kt=44.5?2.05/1.6mm=110mm (4-16)
(7)计算模数mn
3
3
d1cosβ73.6?cos14。
mn ?=mm=3.74 (4-17)
20z1
4.3 按齿根弯曲
由《机械设计(第八版)》式(10—17)
2KTYβcos2βYFaYSa mn≥ (4-18) 2
σFφdz1εα
3
4.3.1 确定计算参
计算载荷系数
K=KAKvKF?KF??=131.0331.431.36=1.96 (4-19)
(2) 根据纵向重合度??=0.318?dz1tan? =1.59,从图10-28查得螺旋角影响
Y?=0.88 (3)
z1=z1/cos3β=20/cos314。=21.89 (4-20)
z2=z2/cos3β=100/cos314。=109.47 (4-21) (4) 查取齿
由《机械设计(第版)》表10-5查得YFa1 =2.724;YFa2=2.172 (4-22) (5) 查取应力校
由《机械设计(第八版)》表10-5查得Ysa1=1.569;Ysa2=1.798 (4-23) (6) 计算[σF]
σF1=500Mpa σF2=380MPa
KFN1=0.95 KFN2=0.98 [σF1]=339.29Mpa
[σF2]=266MPa (4-24) (7) 计算大、小
YFa1YSa1YFaYSa
并加以比较 σF2.74?1.569==0.0126 (4-25)
σF1
339.29
YFa2YSa22.172?1σ=.798
=0.01468 F2
266 齿轮的数值大。 4.3.2 设计
mn≥3
2?1.96?cos214?0.88?191
1?202
?1.62
0.01468=2.4 mn=2.5
4.4 几何
1)计算中心距
z1?
d1cosβ
m=32.9,取z1=33 n
z2=165 a?
?z1?z2?mn
2cosβ
=255.07mm a圆整后取255mm
2)按圆整后的中心距
β=arcos
?z1?z2?mn
。2a
=1355’50” 3)计算小、大齿轮的分度圆
d1?
z1mn
cosβ=44.5mm d2?z2m
ncosβ
=110mm 4)计算齿轮
(4-26)
(4-27) (4-28) (4-29) (4-30)
(4-31)
(4-32)(4-33)
b=?dd1
=0.8x44.5mm=35.6mm (4-34)
圆整后取 B1=40mm, B2=36mm (4-35)
5 轴的设计计算
5.1 求作用在齿
2T
=899N dtanαn
Fr1=Ft=337N
cosβ
Fa1=Fttanβ=223N; (5-1)
Ft1=
5.2 初步确定轴
d≥A0
3
33.84P
=126=34.2mm (5-2) N192
5.3 轴的
5.3.1 拟定轴上零
图5 轴的结
5.3.2 根据轴向定位的要求确定轴各段直径和
1. I-II段轴承宽度为22.75mm,所以长
2.II-III段轴肩考虑到齿轮和箱体的
3.III-IV段为小齿轮,长度就等于小齿轮度90mm。 4.IV-V段用于
5.V-VI段用于安装大齿轮,长度略小于轮的宽度,
5.4 求轴
Fr1=1418.5N
Fr2=603.5N
查得轴承30307的Y
Fd1=443N
Fd2=189N
因为两个齿轮旋向都
故:Fa1=638N
Fa2=189N
66
207.5
63.5
图6 轴的载
5.6 精确校核轴
5.6.1 判断
由于截面IV处受的载荷较大,直径小,所以断为危险截面 5.6.2 截面IV
Mm
?17.5MPa (5-3) W
T
截面上的转切应力为?T?2?7.64MPa (5-4)
WT
?15.98
?b??m?T??7.99MPa (5-5)
22
由于轴选用40cr,调
?B?735MPa,??1?386MPa,??1?260MPa。 综合系数的
Dr2
?0.045?1.6经直线插入,由?知道因轴而形成的理论应
dd55
???1.81,
?b?
轴的材料敏感系数为q??0.85,q??0.87,
故有效应力集中系数为 k??1?q?(???1)?2.05
k??1?q?(???1)?1.70 (5-6) 尺寸
轴采用磨削加工,表面质量系数为??????0.92,
k1K?????1?2.93
?q?1
,则综合系数值为
????
1
K??
k?
??
?
??
?1?2.11 (5-7)
碳钢系数的确定
碳钢的特性系数取为???0.1,???0.05 安全系数的算 轴的疲劳安全系
??1
?6.92
K??a????m
??1
S???24.66
K??a????m
S??
Sca?
S?S?S??S?
2
2
?6.66?1.5?S (5-8)
故轴的选用安全。
6 轴承的选
6.1 轴承的选择
图7 滚动轴承的
1-外圈;2-密封;3-引环;4-滚动体;5-内圈;6-保
合理选择轴承的类型、尺寸系列、内径以及诸如差等级、殊结构;根据
表1 滚动轴承的主要类
6.2尺寸系列代号
用数字表示(一般为两位),见下,前一位数表示宽度系,表明同一内径下
的不同;后一位数表示直径系列,表明同一度下外径的不
6.3内径代号
内径代号表示轴承内圈孔
6.4内部结构代号
内部结构代号表示轴承内部结变化。代号含义随同类型、结构而
6.5 公差
公差等级代号表示轴承的
6.6 配置代号
配置代号是表示一对轴承
6.7 计算
6.7.1 径向力
22
Fr?FH1?FV1?168.5 (6-1)
6.7.2 派生力
FdA?
FrAF
?52.7N,FdB?rB?52.7N (6-2) 2Y2Y
6.7.3 轴向力
由于Fa1?FdB?223?52.7?275.7N?FdA,
所以轴向力为FaA?223,FaB?52.7 (6-3) 6.7.4 当
由于:
FaAF
?1.32?e,aB?0.31?e, FrAFrB
所以XA?0.4,YA?1.6,XB?1,YB?0。
由于为一般载荷,所以载荷系数为fp?1.2,故当量载
PA?fp(XAFrA?YAFaA)?509.04NPB?fp(XBFrB?YBFaB)?202.22 (6-4)
6.7.5 轴承寿
106Cr?
Lh?()?3.98?107h?24000h (6-5)
60n1PA
7 带轮的设计计算
7.1 确定
由公式Pc=KA3P, 得,P—传递的额定功率,KA—工作情况系
7.2 选择V
根据技术功率PC和主轮(通常是小带轮)转速n1,选择V带型 号,当所选取果两种型号的分界线附,可以两种号同时 计算,最后从中选择较好的
根据PC=12KW,n1=960r/min,图9选用B型V
图8 普通V
7.3 确定带轮的
7.3.1 初选小带轮
带轮直径小可使传结构紧凑,但令一方面弯曲压力太大,使的寿命降低,设时应取小带轮的准直径d1>dmin,dmin的值,忽略
n1
动的影响dd2=dd13,dd1、dd2宜取标准直
n2
表7 普通V带带轮基准直
根据(表2)选取dd1=140,dd1=140≥ddmin=120,
n1960
大轮带基准直径dd2为dd2=3dd1=3140=268.8mm
n2500
选择标准直径dd2=265mm
265dd2
从动轮的实际转速n2=n13=9603=507r/min
140dd1
507500
从动轮的转速误差率为 3100%=1.4%
500
7.4 确定中心距a,并选择V带
根据结构要求定中心距a0。中心距小结构紧凑,但使小带轮上包角减小,降低带传动的工作能力,同时由于中心距小,V带的长度短,在一定速度下,单位时间内应力循数增多而导致使用寿命的降低,所以中距不宜取得太小。但也宜,太大除有相反的利弊外,速度较高时还易引起带的颤动。 对于V带传动
0.7(dd1+dd2)≤a0≤2(dd1+dd2)
初选a0后,V带初算的基长度Ld0可根据几关系由下式计
L0=2a0+
?
(dd1+dd2)+(dd2-dd1)2/4a0 (7-1) 2
根据上式算得的L0值,应由表4-3选定相近基准长度Ld,
由于V带传动的中心距一般可以调整的,所以可
Ld?L0
a?a0? (mm) 虑到为安装V带而必须的
2
余量,因此,最小
amin=a–0.015Ld (mm) (7-2)
如V带的初拉力靠加大中心距获得,则实际心距应能大。又考虑到使用的多次调整,最大中心距
(mm) (7-3)
按照结构设计要求初步确定中心距a0=700mm,
?2
L0=(23700)+3405+(125)/43700=2041.4mm
2
根据4-3图选取Ld=2000mm实际中心
a?a0? =700+=679mm
22
中心距a的
7.5 验算小带轮上
小带轮上的包角a1可
(7-5)
为使带传动有一定的工作能力,一般求a1≥120°(特殊情
a1小于此值,可适当加大中距a;若中心距不调时,可加张紧
从上式可看出,a1也与动比i有关,d2与d1相差越大,即i越大,则a1越小。通常为了在中心不过的条件下保证包角不致过,所用传动比
265-140ooo
a1=180–357.3=169.5>120(7-6)
679
o
7.6 确定带
根据计算功率Pc由下
(7-7)
为使每根V带受力比较均匀,所以根数不太多,通常小于10根,否则改选V带型号,重新设
根据dd1=140mm,n=960r/min,得P1=2.08kw,ΔP1=0.26kw。 由4-5图查得带长度修正系数KL=1.01。 由4-6图表查得包角系数Ka=0.97。 普通带根
12
30.8730.22=1.01。取Z=1根
2.08+0.26
7.7 确定带的初
适当的初拉力是证带传动正常工作的重要素之一。初拉力小,则摩擦力小,出现打滑。反之,初拉力过大,会使V带的拉应力增加而降命,并使轴和轴承的压力增大。对于非动紧的带传动,由于带的松驰作用,过高初拉力也不易保持。为保所传递功率,又不出现打滑,并考虑离心力的不利影响时,单根V带适当的初
(N)
F0=
2.5500?123(-1)+0.173(7.03)2N=274.9N (7-8)
0.877.03?6
7.8 计算带传动的
FQ=2ZFosin
?1
=23274.91363sin169.05o/2=3232.9N (7-9) 2
7.9 带轮结构设
对带轮的主要要求重量轻、加工工艺性好、质量分布均匀、与普通V带接触槽面应光洁,以轻带的损。对于铸造和焊接带轮、内应力
带轮由轮缘、轮幅和轮毂三部分组成。带轮的外圈形部分称为缘,装在轴上筒形分称为轮毂,中间部分称为轮
图9 V带轮的结构
带轮结构式按直径大小用的有S型实心带轮(用于尺寸较小的带轮)、P型腹板带(用于中小尺寸带轮)、H型孔板带轮(用于尺较大的带轮)
8 键连接的选择与
8.1 选择键连接的
8.2 校核键连
由于键采用静联接,冲击轻微,所以许用压应力为[?p]?110MPa,所以上述键皆安
9 外行设计
9.1无碳小车的
图10 无碳小车的
9.2无碳小车的外形材料选择 9.2.1小车应用材料
塑料 硬质铝 磁铁 钢
9.2.2小车整体
本次方案中要材料种类如下: 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)。 前轮(前期):硬质。 齿轮:塑料(成品设计)。 重物下落固定物:磁。 连杆等:硬质铝。 前后轮中轴:钢。 装饰:塑
发条:买标准品。
10 设计小结
通这次课程设计对无小车的设计,使我对课程设计有了一个深层次的了解,同时也加深了我对已修的基础课程的内的利用能力和word长篇文排版技巧的学习;在老师的带领下和组同学的共同努力下们终顺利的完成了对无碳小车的设计,在这个过中,使我认识了队作精的重要性,就是当你碰到一个让你绞尽脑计也想的问题时,你说出来与同组同学进行论,许那不是问题了。同时我也认识到了自己知识的理解和运用上的不足,希望自己能在以后的学习中更加努力的弥补自己
这我们组设计的课题为碳小车,我们的出发点主要于“无碳”;当下环保作为一个重大课题引起了全世界人们的高度关注,人都在谈环保,而且在当今社会中经有了很多类环保产品在使用,而我的无碳小车正是应了时代求才加以设计的;环保只是无碳小车的设计亮点之,其二为节能,因为行的动来源于物下降时损失的重力势能;无碳小车的计是存在有些不足之处,首先,因为时间限我们只在论方面证明其可行性,没有具体将小车车来更加没有大规模的加以推广;其次,我们也只是创新型设计,不能大规模的进行
总的来说,通过这次程设计,使我了解到了不管你理论基础学有多好也没么如果不加以实践的;而且这课程设计也很好的开发了我们的创新
参考文献
[1] 濮良贵,纪名刚.机械计.第八版.北京:高
[2] 杨光,席伟等.机械设计课程设计手册.第二版.北京:高教育出版社,2010 [3] 刘鸿
[4] 甘永立.几何量公差与检.第八版.上海:上海科
无碳小车的设计
机械设计课程设计
1(课程设计的内容和要求(包括原始数据、术要求、工要求等): 一、设
自行小车的设计
1.设计布置方案
图1 自行小车
2.功能设计要求
以重力能驱动的具有方向制功能的自行小车。给定一重势能,根据能量转换原理,设计一种可将该重力势转换为机械能并可用来动小行走的装置。该自行小车在前行时能自动避开赛道上设的障物(每间隔1米,放置一个直径20mm、高200mm的弹
棒)。
给定重力势能
(取g=10m/s2),竞赛时统
一用质量为1Kg的
50?65 mm,普通
下降来获得,落差500?2mm,
重块落下后,须被小车
车一起运动,不允许
要求小车前行过程中完成的所图2 自行小车在重势能作用下自动
示意图 动作所需的能量均由此量转换获
不可使用任何其他的能量
求采用三轮结构(1个转向轮,2驱动轮),具体结构造以及材料选用均由
者自主设计成。要求满足:?小车上面要装载一件形尺寸为,60?20 mm的实心圆型钢制质量块作为荷,质量应不小于400克;小车行走过程中,载荷
二.技术要求
1、1个转向轮和2个驱
2、转向轮控制机构的设
3、轴的设计;
4、轴承的选择;
5、装配图、零件图
6、设计计算说明书
三.工作要求
1. 学生应当在导老师指导下完成设计,必须独立完设计任务,严抄袭,一经发现绩以不格计,并给予批评教育各严肃处
2. 课程设计期间严格遵守学习纪律,在此期间缺勤1/3以,成绩以不格. 3. 课程设报告书一打印在A4纸上,同时配上封面装订
机械设计课程设计任务书 2(对课设计成果要求〔包括图
1、要求
(1)说明书要认真、准确、条理清晰,参文献要注明出
(2)按word排版,公式编器编辑公
(3)图纸按CAD作图,数据准,图面整
2、任务
(1)、转向轮控制机构的总
(2)主要零件
(3)设计说明
3(主要参考
, 要求按国标GB 7714—87《文后参考文献著
[1] 濮良贵,纪名刚.机械设.第八版.北京:高等
[2] 杨光,席伟光等.机械设计课设计手册.第二版.北京:
[3] 刘鸿文.材料力学.第版. 北京:高等教
[4] 甘永立.几何量公差与检测.第八版.海:上海科
序号 起 迄 日 期 工 作 内
设计前准备工作(接受设计任务、收资料、准
确定转向轮控制机构方案、1个
轮的设计
轴的设计计算 3 12.4——12.5
轴承的选择 4 12.6——12.7
装配图设计及复核计算 12.8——12.10 5
零件工作图设计 6 12.11——12.14
整理设计说明书及课程设计体会和收获 7 12.15
上交机械课程设计成果 8 12.16
日期: 2011年 11月28日 指导
目 录
1 前言........................................................................................................................................................... - 1 -
2 设计任务................................................................................................................................................... - 1 -
2.1 设计题
2.1.1
2.1.2 功能设计要求 ................................................................................................................... - 2 - 2.2 技术要
3 小车动力、传动、转向统 ................................................................................................................... - 3 - 3.1动力
3.2 传动方案的分析与
4 齿轮的设计
4.1 选精度等级、材及齿数 ............................................................................................................ - 4 - 4.2 按齿面接触强设
4.2.1 确定公式内的各计
4.2.2
4.3 按齿
4.3.1
4.3.2
4.4 几何
5 轴的设计计
5.1 求作用在齿轮上的力 .................................................................................................................... - 8 - 5.2 初步确定轴的最
5.3.1 拟定轴上零件的装
5.3.2 根据轴向定的要求确定轴的各段
5.4 求轴
5.6 精确
5.6.1
5.6.2
6 轴承的选
6.1 轴承
6.2尺寸系
6.3内径代
6.4内部结
6.5 公差
6.6 配置
6.7 计算.............................................................................................................................................. - 14 -
6.7.1
6.7.2
6.7.3
6.7.4
6.7.5
7 带轮的设计
7.1 确定
7.2 选择V带的带型 ......................................................................................................................... - 15 -
7.3 确定
7.3.1 初选小带的基准直径 ................................................................................................. - 15 - 7.4 确定心距a,
,17.5 验算小带轮上包角 ............................................................................................................ - 17 - 7.6
F07.7
Fp7.8
7.9 带轮结构设计及作图 .............................................................................................................. - 18 - 8 连接的选择与校计
8.1 选择
8.2 校核键连接的强度 ...................................................................................................................... - 19 - 9 外行设计................................................................................................................................................. - 19 -
9.1无碳小
9.2无碳小
9.2.1小
9.2.2小车整体材料种
参考文献..................................................................................................................................................... - 21 -
1 前言
本次课程设计的题目“无碳小车的设计”。 题目要小车在以重力势能驱动下具有方向控制功能的车的设计。根据能量守恒律,物块下降时所减少的重力能转化为驱动小车行动力。小车的设计涉及到了许多已修课的理论知,(械制图、CAD、理论力学、材料力学、工材、机械制造基础及机械设计),是用这理论知识并在设计中加以使用而实现小车的齿轮、轴承、轴、带轮、键、曲柄摇杆及车身与车轮
小的动力来源于物块降时减少的重力势能;小车一个转向轮两个驱动轮组成,通过带传动连接驱动轮与传动轮,并由传轴带动曲柄摇杆转动以控制转向的转动,从而实现小车的传动;小车转向系统是利用物块从0.5米高处铅直下落,通过悬线、滑轮、齿轮系来带小车先匀速前后惯继续进,再由轮、凸轮、连杆、弹簧,通过双曲柄杆连接槽轮及前轮,从而实现转向轮按正曲线走,实现小车转向的设计;而对于齿轮、轴、轴承、带轮、键的设计,都是先经过严格的选取、计算,再对其进行了强度方面相
2 设计任务
2.1 设计题目
无碳小车的设计
2.1.1 设计布
图1 总体布
1、3—质量块;2—支架;4—转向轮;5—驱动轮;6、8—滑轮;7—
- 1 -
图2 总体布
1—曲柄摇杆:2—转向轮;3—车身
2.1.2 功能设
以重力势能驱动的具有方控制功能的自行小。给定一重力势能,根据能量转换理,设计一种将该力势能转换为机械能并用来驱动小行走的装置。该自行小车在前行时能够自动避开
设置的障碍物(每间
置一个直径20mm、高200mm的弹
性障碍圆棒)。
给定重力势能为5
g=10m/s2),竞赛时
1Kg的重块(,50?65 mm,普通
碳钢)铅垂下降来获得,落差500?图3 自行小在重力势能作用下
重块落下后,须被小车承载并同小车一起运
要求小车前行过程完成的所有动作所需的能量均此能量转换获得,不可使用任何其他的能量式。小车要求采用三轮构(1个转向轮,2个驱动),具体结构造以材料选用均由参赛者自主设计完成。要求满足:?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荷,其应不小于400克;在小车行
2.2 技术要求
1、1个转向轮和2个驱
2、转向轮控制机构的设
3、轴的设计;
- 2 -
4、轴承的选择;
5、装配图、零件图
6、设计计算说明书
3 小车动力、传动、
3.1动力的获得
题目要求设以重力势能驱动具有方向控制功能的自行车。即给定一重力势能,根据能量转换原理,设计一种可将该重力能转为机械能并可用来驱动小车行走装置。可见自行车力完全由重力势能通过能量转化原理得到的机械能所
?65 mm,普碳给定重力势能为5焦耳(取g=10m/s2),质量1Kg的重块(,50钢)
3.2 传动方案的分析
由题目可知,车由一个转向轮和个驱动轮组成,可以通过带传动连驱动轮与传动,并传动轴带动曲柄摇杆转以控制转向的转动,从而控制小车的运行方向。如图4所
图4 小车转动结
曲柄摇杆;2—传动轴;3—车身;4—驱动轮;5带传动置 3.3转向系
物块从0.5米高处铅直下,通过悬线,滑轮,齿系来带动小车先匀速前进后靠惯性继续进。再由齿轮,凸,连,弹簧,通过双曲杆摇柄机接槽轮及前轮,使转轮按照严格的正弦曲线行走,来使小车完成转向目
- 3 -
4 齿轮的设
4.1 选精度等级、材
材料及热处理:
1)由《机械设计(第八版)》表10—1,选择小齿材料为40Cr(
大齿轮材料45钢(调质),硬度为240HBS,二者材料硬度差为40HBS。 ; 2)由《机械设计(第八)》表10—8,精度等级用7级精度; 3)
4)选取螺旋角。初选螺旋角β,14?
4.2 按齿面接触
因为低速级的载荷于高速级的载荷,所以通过低速级的据进行计算 式《机械设计(
32,,2KTZZu,1tHE,,dt? (4—1) ?,,,,φεuσdαH,,
4.2.1 确定公式内的
(1) 试选Kt,1.6
(2) 由《机械计(第八版)》图10,30选取区域系数ZH,2.433 (3) 由《机设计(第
(4) 由《机械设计(第八版)》图10,26查εα1,0.75,εα2,0.87,
εα,εα1,εα2,1.62
(5) 由《机械设计(第八版)》表10,6查得材料的弹性影响系数ZE,189.8Mpa (6) 由《机械设计(八版)》图10,21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳
限σHlim1,600MPa;大齿的解除疲劳强度极限σHlim2,550MPa; (7) 由《机械设计(第八版)》(10,13)计算应力
N2,N1/5,6.64?107 (4,3) (8) 由《机械设计(第八)》图10,19得
(9) 计算接触疲劳
取失概率为1,,全系数S,1,由《机
[σH]2,,0.98?550MPa,539MPa (4,5)
[σH],[σH]1,[σH]2/2,554.5MPa (4,6)
- 4 -
4.2.2 计算
(1) 试算小齿轮分度圆
32,,2KTZZu,1tHE1,, d1t??,,,,φεuσdαH,,
3232,1.6,191,1062.433,189.8,,==44.5mm (4,7) ?,,1,1.625554.5,,
(2) 计算圆
dnππ,44.5,1921t2v===0.45m/s (4,8) 60,100060,1000
(3) 计算齿宽b及模
1?44.5mm=44.5mm (4,9) b,,,d,d1t
。dcosβ44.5cos141tmnt===2.16 (4,10) 20z1
h=2.25mnt=2.25?2.16mm=4.86mm (4,11)
b/h=44.5/4.86=9.16 (4,12) (4) 计算纵向重合度 ,,
。 ==0.318?1?tan14=1.59 (4,13) ,0.318εztanβ,β1
(5) 计算载荷
已知载荷平稳,所
根据v=0.45m/s,7级精度,由《械设计(第版)》图10—8
由《机械设计(第八版)》表10—4查的的计算公式和
22,3故 1.12+0.18(1+0.6?1)1?1+0.23?1067.85=1.42 (4,14) KH,,
由《机械设计(第八版)》
由《机械设计(第八版)》表10—3查得KHα=KHα=1.4。故载荷系
- 5 -
1?1.03?1.4?1.42=2.05 (4,15) K=KKKK,AvF,F,
(6)按实际的载荷系数校正所的分度圆直径,由《机设计(第八版)》
(10—10a)得
33
=mm=110mm (4,16) d1=dK/K44.5,2.05/1.6tt1
(7)计算模
。73.6cos14dcosβ,1 mn =mm=3.74 (4,17) ,20z1
4.3 按齿根弯曲
由《机械设计(第八版)》式(10—17)
232cosKTYβYYβFaSa mn? (4,18) ?2,,σφzεFαd1
4.3.1 确定计
(1) 计算载
K==1?1.03?1.4?1.36=1.96 (4,19) KKKK,AvF,F,
(2) 根据纵向重合度= =1.59,从图10,28查螺旋角影响系
,0.88 Y,
(3) 计算当
33。z1=z1/cosβ=20/cos14=21.89 (4,20)
33。 z2=z2/cosβ=100/cos14=109.47 (4,21)
(4) 查取齿
由《机械设计(第版)》表10,5查得 =2.724;=2.172 (4,22) YYFa1Fa2(5) 查取应力校正
由《机械设计(第八版)》表10,5查得Ysa1=1.569;Ysa2=1.798 (4,23)
(6) 计算[σF]
σF1=500Mpa
σF2=380MPa
- 6 -
KFN1=0.95
KFN2=0.98
[σF1]=339.29Mpa
σF2]=266MPa (4,24) [
YYFaSa并加以比较 (7) 计算大、小齿轮
2.172,1.798YYFa2Sa2==0.01468 (4,26) 266,,σF2
大齿轮
4.3.2 设
232,1.96,cos14,0.88,191mn?=2.4 (4,27) ?0.0146821,20,1.62
mn=2.5
4.4 几何尺
1)计算中心距
dcosβ1z1=32.9,取z1=33 (4,28) ,mn
z2=165 (4,29)
,,z,zm12na=255.07mm (4,30) ,2cosβ
a圆整后取255mm 2)按圆整后的中距修正螺旋
zzm,,,。12nβ=arcos=1355’50” (4,31) 2a
3)计算小、大齿轮的分
zm1nd1=44.5mm (4,32) ,cosβ
zm2nd2=110mm (4,33) ,cosβ
4)计算齿轮宽度
- 7 -
=0.8x44.5mm=35.6mm (4,34) b=,dd1
圆整后取 B1=40mm, B2=36mm (4,35)
5 轴的设计计算
5.1 求作用在齿
2TFt1==899N d
tanαnFr1=Ft=337N cosβ
Fa1=Fttanβ=223N; (5,1)
5.2 初步确定轴的
333.84Pd?,126=34.2mm (5,2) A0N192
5.3 轴的结
5.3.1 拟定轴上零件
图5 轴的结构
5.3.2 根据轴向定位的要求确定轴的段直径和长
-II段轴承宽度为22.75mm,所以长度为22.75mm。 1. I
2.II-III段轴肩考虑到齿轮和箱的间隙12mm,轴承和箱的间隙4mm,所以长
16mm。
3.III-IV段为小齿轮,长度就等于小齿轮宽90mm。 4.IV-V用于隔
5.V-VI段用于安装大齿轮,长度略小于齿的宽度,
- 8 -
5.4 求轴上
Fr1=1418.5N 66 207.5 63.5
Fr2=603.5N
查得轴承30307的Y
Fd1=443N
Fd2=189N
因为两个齿轮旋向都
故:Fa1=638N
Fa2=189N
图6 轴的载荷
5.6 精确校核轴的疲劳强度 5.6.1 判断危险截
由于截面IV处受的载荷较大,直径较小,所判断为危险截
5.6.2 截面IV右侧
Mm (5,3) ,,,17.5MPabW
T2截面上的转切应力为 (5,4) ,,,7.64MPaTWT
,15.98T (5,5) ,,,,7.99MPa,,bm22
由于轴选用40cr,调质
,,。 ,,735MPa,,386MPa,,260MPaB,1,1综合系数的计
r2D由,经直线插入,知道因轴肩而形成的论应力集中
,,1.81, ,
轴的材料敏感系数为,, q,0.85q,0.87,,有效应力集中系数
k,1,q(,,1),2.05,,,
(5,6) k,1,q(,,1),1.70,,,
尺寸系数为,,0.72,扭转尺寸系数为,,0.76, ,,
- 9 -
, 轴采用磨削加工,表面质量系数为,,,,0.92,,
,,1q轴表面未经强化处理,即,则合系数值
k1, ,,,1,2.93K,,,,,
k1, (5,7) ,,,1,2.11K,,,,,
碳钢系数的确定
碳钢的特性系数取为, ,,0.1,,0.05,,
安全系数的计算
轴的疲劳安全
,,1 S,,6.92,K,,,,,,am
,,1 S,,24.66,K,,,,,,am
SS,, (5,8) S,,6.66,1.5,Sca22S,S,,
故轴的选用安全。
6 轴承的选择
6.1 轴承
图7 滚动轴承的
1-外圈;2-密封;3-引环;4-滚动体;5-内圈;6-保持
合理选择轴承的类型、尺寸系列、内以及诸如公差等级、特殊构;根据表1 ,
考虑,选择轴承30206
表1 滚动轴承的主要类
结构简图、 类型尺寸系组合代承类型 特性 承载方 代号 列代号
- 10 -
主要承受径向载荷,也可同
时承受少量双向轴向载荷。1 (0)2 12 外圈滚为球面,具有自动调调心球轴(1) 22 22 心性能。 内外轴线对偏斜承 1 (0)3 13 允许 2?,3?,适于多支(1) 23 23 轴,弯曲刚度小的轴以
精确对中的支承。
2 13 213 用于承受径载荷,其
2 22 222 能力比调心球承约大一
2 23 223 能承受少量的双向轴向载调心滚子2 30 230 荷。外滚道为球面,具有轴承 2 31 231 心性能,内外圈轴线相
2 32 232 允许0.5?~2?,适用于多支
2 40 240 轴、弯曲刚度的轴以及
2 41 241 精确
可以承受很大的轴
一定的径载荷。滚子为形,2 92 292 推力调心外圈滚道为球面,能自动心,2 93 293 滚子轴承 允许轴线偏 2?,3?,转速2 94 294 可比推力球轴承高,常
轮机轴和起重机
3 02 302 能承受较大的径向载荷和单3 03 303 向的轴向载,极限
3 20 320 内外圈可分,故轴承游隙圆锥滚子3 22 322 可在安装时调整,通常成对使轴承 3 23 323 用,称安。 3 29 329 3 30 330 适用转速
主要承受径向载,也能承双列深沟4 (2)2 42 受一定的双向轴载荷 球轴承 4 (2)3 43 它比深沟球轴承具有
载能力
推力球轴承的套圈
多半是可分离的。单
5 11 511 轴承只承受单向轴向载荷,力单5 12 512 两个圈的内孔一样大,内径球向 5 13 513 较小的紧圈与轴配合,孔承 5 14 514 较大的是松圈,与机座固
一起。极限转速较低,适用于
轴向力大而 转速较低
- 11 -
双向推力轴承可承
向载荷,中间圈为紧
配合,另两圈为松圈。 5 22 522 双 高速时,由于离心力大,球5 23 523 向 保持架因摩擦而发热严,5 24 524 寿命较低。 常用于轴向载荷大、
高处。
6 17 617 主要承受径载荷,也
6 37 637 时承受少量双
6 18 618 作时内外圈线允许
6 19 619 8′,16′。 摩擦阻力小,极深沟球轴16 (0)0 160 限速高,结构简单,格便承 6 (1)0 60 宜,应用最广泛。但承
6 (0)2 62 负荷能力较差。适用于高
6 (0)3 63 合,在高速时,可能来代
6 (0)4 64 力球轴承。 6.2尺寸系列代
用数字表示(一般两位),见下表,前一位数表示宽度系列,表明同一内径宽度的不同;后位数表示径系列,表明同一宽度下外径的不
表 2 尺寸系
宽度系列代号
直径系列代号
窄 正常 宽
0 1 2
02 12 22 轻2
03 13 23 中3
04 14 24 重4
6.3内径代号
内径代号表示轴承内圈孔
表 3 内
轴承内径内径代号 示例 d/(mm)
10 00
深沟球轴承6201 10,17 12 01
15 02
- 12 -
17 03
20,495 用内除以5得的商数表示。当商只有深沟球轴承6210 (22、28、32个位数,需在十位处用0占位 内径d=50mm 除
深沟球轴承 用内径米数直接表示,并在尺寸系列?500 62/500,内径d=500mm 代号于内径
6.4内部结
内部结构代号表示轴承内部结变化。代号含义随不
表 4 内部结
代号 示例 对应
C 角接触球轴承 公称接触
AC 角接触球轴承 公称接触
66210 角接触球轴承 公称接触角α=40? 7210B B 圆锥滚子承 接
E 加强型,改进结构设计,
6.5 公差等
公差等级代号表示轴承的
表5 公差等
精度低-----〉精度
/P0 /P6 /P5 /P4 /P2 6206/P5 6.6 配置代
配置代号是表示一对轴承的
表6 配置代号
代号 /DB /DF /DT 含 背对背装方式 面对面装方式 串联安装方
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7210C/DF 7210C/DB 7210C/DT
示例
6.7 计算
6.7.1
22 (6,1) F,F,F,168.5rHV11
6.7.2
FFrArB, (6,2) F,,52.7NF,,52.7NdAdB2Y2Y
6.7.3
由于, F,F,223,52.7,275.7N,Fa1dBdA所以轴向力为, (6,3) F,223F,52.7aAaB
6.7.4 当
由于:
FFaAaB,, ,1.32,e,0.31,eFFrArB
所以,,,。 X,0.4Y,1.6X,1Y,0AABB由于一般载荷,所载荷系
(6,4) P,f(XF,YF),509.04NP,f(XF,YF),202.22ApArAAaABpBrBBaB
6.7.5 轴承寿
610Cr,7 (6,5) L,(),3.98,10h,24000hh60nPA1
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7 带轮的设
7.1 确定计
由公式Pc=K?P, 得,P—传递的额定功率,K—
7.2 选择V带
根据技术功率P和主动轮(
号,当所选取结果在两型号的分界线附近,以两种型号同
计算,最后从中选择较
根据P=12KW,n=960r/min,由图9
图8 普通V带选型图 7.3 确定轮的基准直
7.3.1 初选小带轮
带轮直径小可使传动结构紧凑,令一方面弯曲压力太大,使带的寿命降低,
时应取小带轮的基准直径d>d,d的值,忽略弹
n1动的影响d=d?,d、d宜取标准直径。 d2d1d1d2n2
表7 普通V带带轮基准直径
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根据(表2)选取d=140,d=140?d=120, d1d1dmin
n1960大轮带基准直径d为d=?dd1=?140=268.8mm d2d2n2500
选择标准直径d=265mm d2
265dd2 从动轮的实际转速n=n?=960?=507r/min 21140d1d
507500 从动轮的转速
7.4 确定中心距a,并选择V带的
根据结构要求初定中心距a。中心小则结构紧凑,但使小轮上包角减小,降
带传动的工能力,同时由中心距小,V带的长度,在一定速度下,单位时间内的应力循次数增多而导致使寿命降低,所以中心距不宜取得小。但也不宜大,大除有相反的利弊外,速度较高时还易引起带的颤
对于V带传动一
0.7(d+d)?a?2(d+d) d1d20d1d2
初选a后,V带初算的基准长L可根据几何关系
,2L=2a+ (d+d)+(d-d)/4a(7,1) 00d1d2d2d10 2
根据上式算得的L值,应由表4-3定相近的基准长度L,然
a。
由于V带传动的中心距一般是以调整的,所以可下式近似计算a
LLd,0 (mm) 考虑到
余量,因此,最小中
a=a–0.015L(mm) (7,2) mind
如V带的初拉力靠加大中心距获得,则实际心距应能调。又考虑到使用中多次调整,最大中心距应
(mm) (7,3)
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按照结构设计要求初步确定中心距a0=700mm,
,2L=(2?700)+?405+(125)/4?700=2041.4mm 02
根据4-3图选取Ld=2000mm际中心距a
LLd,020002041.4, =700+=679mm aa,,022 中心距a的动范
a=a+0.03Ld=(679+0.03?2000)mm=759mm (7,4) max
,17.5 验算小带轮
小带轮上的包角可按下式
(7,5)
为使带传动有一定的作能力,一般要求a?120?(特殊情况允a,90?)。11小于此值,可适加大中心
从上式可看出,a也与传比i有关,d与d相越大,即i越大,则a越小。1211通常为了在中心距过大条件下保证包角不致过小,所用传动比不
265140-ooo oa–?57.3=169.5>120(7,6) 1=180679
7.6 确定带的
根据计算功率P由下
? (7,7)
为使每根V带受力比较均匀,所以根数不宜多,通常小于10根,否则
根据d=140mm,n=960r/min,得P=2.08kw,ΔP=0.26kw。 d111
由4-5图表查得带长度修正系数K=1.01。 L
由4-6图表查得包角系数Ka=0.97。
12普通带根数Z=?0.87?0.22=1.01。取Z=1根 2.080.26+
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F07.7 确定带
适当的初拉力是证带传动正常工作的重要素之一。初拉力小,则摩擦力小,出现打滑。反之,初拉力过大,会使V带的拉应力增加而降命,并使轴和轴承的压力增大。对于非自紧的带传动,由于带的松驰作用,过高的拉力也不易保持。为了证传递功率,又不出现打滑,并考虑离心力的不利影响时,单根V带适当的初拉
(N)
50012,2.52F=?(-1)+0.17?(7.03)N=274.9N (7,8) 00.877.036,
Fp7.8 计算带传动
1,oF=2ZFosin=2?274.91?6?sin169.05/2=3232.9N (7,9) Q2
7.9 带轮结构设计
对带轮的要要求是重量轻、加工工艺性好、质量分布匀、与普通V带触的槽面应光洁,减轻带的损。对于铸造和焊接带轮、内应力要
带轮由轮缘、轮幅和轮毂三部分组成。带轮的外圈形部分称为缘,装在轴上筒形部
图9 V带轮
带轮结构式按直径大小用的有S型实心带轮(用于尺寸较小的带轮)、P型腹板带轮(用于中小尺寸的轮)、H型孔板带轮(用于尺寸大的带轮)
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8 键连接的选择与
8.1 选择键连接的类
表8 键连接的类
代号 直径 工作长工作高
(mm) 度 度 (N?m) 力
(mm) (mm) (MPa) 高8?7?60(单
12?8?80(单头) 40 68 4 39.8 7.32
中12?8?70(单头) 40 58 4 191 41.2 间
轴
低20?12?80(单头) 75 60 6 925.2 68.5 速18?11?110(单头) 60 107 5.5 925.2 52.4 轴
8.2 校核键连接
由于键采用静联接,冲击轻微,所以许用
9 外行设计
9.1无碳小车的外
图10 无碳小车的
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9.2无碳小车的外形
9.2.1小车应用
塑料 硬质铝 磁铁 钢 细
9.2.2小车整体
本次方案中主要材料种
小车底板及重物支撑架:
后轮设计:塑料为主(成
前轮(前期):硬
齿轮:塑料(成品设
重物下落固定物:
连杆等:硬质铝。
前后轮中轴:钢。
装饰:塑料为主。
发条:买标准品。
10 设计小结
通这次课程设计对无小车的设计,使我对课程设计有了一个深层次的了解,同时也加深了我对已修的基础课程的内的利用能力和word长篇文档版技巧的学习;在老师的带领下和组同学的共同努力下我最顺利的完成了对无碳小车的设计,在这个过程,使我认识了队作精神重要性,就是当你碰到一个让你绞尽脑计也没到问题时,你说出来与同组同学进行讨,或那就是问题了。同时我也认识到了自己在识的理解和运用上的不足,希望自己能在以后的学习中更加努力的弥补自己的
这我们组设计的课题为碳小车,我们的出发点主要于“无碳”;当下环保作为一个重大课题引起了全世界人们的高度关注,人都在谈环保,而且在当今社会中经有了很多类环保产品在使用,而我的无碳小车正是应了时代需才加以设计的;环保只是无碳小车的设计亮点之一,其二为节能,为前的动力源于物块降时损失的重力势能;无碳小车的计还存在有些不足之处,首先,因为时间有我们只是理方面证明其可行性,没有具体将小车做来更加没有大规模的加以推广;其次,我们也只是创新型设计,不能大规模的进行生
总的来说,通过这次程设计,使我了解到了不管你理论基础学得多好也没什用果不加以实践的话;而且这次程设计也很好的开发了我们的创新思
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参考文献
[1] 濮贵,纪名刚.机械计.第八版.北京:高等育出版社,2010 [2] 杨光,席伟等.机械设计课程设手册.第二版.北京:高等教育出版社,2010 [3] 刘
[4] 甘永立.几何量公差与检测.第八版.上海:上海科学
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