無碳小車設計方案.doc
無碳小車的運動原理:
如圖所示,重物的牽引帶動A輪的轉動,A輪的轉動帶動B輪,再根據(jù)B、D之間的齒輪粘合帶動C1,C2和E齒輪的轉動,E輪帶動F輪的轉動,從而使G桿左右運動的同時,前后運動,桿的偏轉,使得H輪偏轉,根據(jù)C1,C2輪和H輪的合運動,小車就可以按照要求一邊行走一邊轉彎。
梯形原動輪
1.在起始時原動輪的轉動半徑較大,起動轉矩大,有利起動。
2.起動后,原動輪半徑變小,轉速提高,轉矩變小,和阻力平衡后小車勻速運動。
3.當物塊距小車很近時,原動輪的半徑再次變小,繩子的拉力不足以使原動輪勻速轉動,但是由于物塊的慣性,仍會減速下降,
原動輪的半徑變小,總轉速比提高,小車緩慢減速,直到停止,物塊停止下落,正好接觸小車。
2.2.2 小車各個尺寸設計的推導:
根據(jù)題目中賽道寬度2m,以及每間隔1m,放置一個直徑20mm、高200mm的彈性障礙圓棒,以及賽道的大致行走路線(如圖),我組擬定一些實際尺寸的大小以及推導
圖五: 無碳小車在重力勢能作用下自動行走示意圖
考慮到要使小車的運動軌跡盡可能沿直線運動,繞過的障礙物越多,但又得考慮要使小車不碰到障礙物,經(jīng)過我組在各方面的考慮,小車的寬度定為30cm, 底板M的厚度為5mm,小車的長度200mm,而轉向輪的直徑為30mm,經(jīng)網(wǎng)上查得,橡皮輪胎與干地面之間的動摩擦因素為0.71,驅向輪所獲得的摩擦阻力大約為1N,假定兩驅向輪的直徑為120mm,則其轉矩M=F*R=60N.m,由于該車子的運動基本上是勻速運動,所以同軸上的轉矩相等,所以D齒輪的轉矩也為60N.m,設其半徑為r ,則B、D邊緣所受到的力FD=FB=60/r ,所以D齒輪的轉矩為MD=FD*RD=60R/r ,因為小車是勻速行使,所以物體下降也應該是勻速下降,從而A齒輪的轉矩:MA=mg*RA=10*10=100N.m,
又根據(jù)同一軸上轉矩相等,所以B的轉矩:MB=MA=100N.m,又MB=FB*RB=60/r*10=600/r。
所以有: 100=600/r
解得: r=6 mm .(即D齒輪的半徑)
RB=10mm(即B齒輪的半徑)
根據(jù)運動軌跡路線,它須偏離直線方向35cm以及兩圓柱障礙物的實際距離為98cm,我們采用Matlab軟件模擬得E齒輪半徑為6mm,F(xiàn)齒輪半徑為64mm,厚度為6mm,I板的高度為35mm,寬度為5mm,1,2,G桿的直徑為3mm,G桿的長度為160mm,G桿與P齒輪的連接點的半徑55mm, B、D齒輪的厚度為6mm,零件L中孔的直徑大小為5mm,H、C1、C2 輪的寬度為1cm,我組假定物體下降速度為V ,則下降時間t=500/v ,皮帶輪A的角速度: WA=V / RA=V / 10 rad/s,
又B與A同軸,所以
WB=WA=V / 10 rad/s ,
從而
VD=VB=WB*RB= V mm/s ,
WC1=WD=VD / r=V / 6 rad/s,
VC1=WC1*R=10V mm/s.
轉彎系統(tǒng):
根據(jù)小車的行走路線近似的模擬為正弦曲線,由于實際的尺寸大小可算得振幅為0.35m,波長為2m,所以可以近似的求出軌跡的方程為:
Y=0.35sinπx ;
求導得到在每個位置的轉角的正切大小:
Y’=0.35πcosπx ;
我們可以得到前輪的最大轉角為36
如下圖六所示
齒輪的轉彎系統(tǒng)的原理圖
2.2.4 齒輪加工工藝過程分析
1. 基準的選擇
對于齒輪加工基準的選擇常因齒輪的結構形狀不同而有所差異。帶軸齒輪主要采用頂點孔定位;對于空心軸。則在中心內孔鉆出后,用兩端孔口的斜面定位;孔徑大時則采用錐堵。頂點定位的精度高,且能作到基準重合和統(tǒng)一。對帶孔齒輪在齒面加工是常采用一下兩種定位、夾緊方式。
1) 以內孔和端面定位,這種定位方式是以工件內孔定位,確定定位位置, 再以端面作為軸向定位基準,并對著端面夾緊。這樣可使定為基準、設計基 準、裝配基準和測量基準重合,定位精度高,適合于批量生產、但對于夾具的制造精度要求較高。
2) 以外圓和端面定位,當工件和加劇心軸的配合間隙較大時,采用千分表校正外圓已確定中心的位置,并以端面作為軸向定位,從另一端面夾緊。這種定位方式因每個工件都要校正,故生產率低;同時對齒坯的內、外圓同軸要求高,而對夾具精度要求不高,故適用于單件、小批生產。
綜上所述,為了減少定位誤差,提高齒輪加工精度,在加工時應滿足以下要求:
1. 應選擇基準重合、統(tǒng)一的定位方式;
2. 內孔定位時,配合間隙應近可能減少;
3. 定位端面與定位孔或外圓應在一次裝夾中加工出來,以保證垂直度要求。
2、齒輪毛坯的加工。
齒面加工前的齒輪毛坯加工,在整個齒輪加工過程中占有很重要的地位。因為齒面加工和檢測所用的基準必須在此階段加工出來,同時齒坯加工所占工時的比例較大,無論從提高生產率,還是從保證齒輪的加工質量,都必須重視齒輪的毛坯的加工。
在齒輪圖樣的技術部要求中,如果規(guī)定以分度圓選齒厚的減薄量來測定齒測間隙時,應注意齒頂圓的精度要求,因為齒厚的檢測是以齒頂圓為測量基準的。齒頂圓精度太低,必然使測量出的齒厚無法正確反映出齒側間隙的大小,所以,在這一加工過程中應注意以下三個問題:
齒輪加工方式
1) 當以齒頂圓作為測量基準時,應嚴格控制齒頂圓的尺寸精度;
2) 保證定位端面和定位孔或外圓間的垂直度;
3) 提高齒輪內孔制造精度,減少與夾具心軸的配合間隙。
3、齒形及齒端加工
齒形加工是齒輪加工的關鍵,其方案的選擇取決于多方面的因素,如設備條件、齒輪精度等級、表面粗糙度、硬度等。常用的齒形加工方案在上節(jié)已有講解,在此不再敘述。
齒輪倒圓
齒輪的齒羰加工有倒圓、倒尖、倒棱和去毛刺等方式。如圖所示。經(jīng)倒圓、倒尖后的齒輪在換檔時容易進入嚙合狀態(tài),減少撞擊現(xiàn)象。倒棱可除去齒端尖角和毛刺。圖八是用指狀銑刀對齒端進行倒圓的加工示意圖。倒圓時,銑刀告訴旋轉,并沿圓弧作舞動,加工完一個齒后,工作退離銑刀,經(jīng)分度再快速向銑刀靠近加工下一個齒的齒端。
齒端加工必須在淬火之前進行,通常都在滾(插)齒之后,剃齒之前安排齒端加工。
4、輪加工過程中的熱處理要求
在齒輪加工工藝過程中,熱處理工序的位置安排十分重要,它直接影響齒輪的力學性能及切削加工性。一般在齒輪加工中進行兩種熱處理工序,即毛壞熱處理和齒形處理。
(4)齒輪軸的加工工藝及設備刀具:
1、下料----鋸床。
2、粗車----車床。
3、熱處理----箱式爐。
4、精車----車床。
5、銑鍵槽----銑床。
6、滾齒-----滾齒機。
7、齒面淬火---高頻淬火機床。
8、磨---外圓磨床。
細長軸的齒輪軸加工工藝(以45號鋼為例):
一、毛坯下料
二、調質處理(提高齒輪軸的韌性和軸的剛度)
三、帶跟刀架、用皂化液充分冷卻的前提下,粗車齒輪軸
四、去應力退火
五、精車齒坯至尺寸(帶跟刀架、用皂化液充分冷卻)
六、若軸上有鍵槽時,可先加工鍵槽等
七、滾齒
八、齒面高頻淬火,淬火硬度HRC48-58(具體硬度值需要依據(jù)工況、載荷等因素而定)
九、磨齒
十、成品的最終檢驗
注:細長軸類零件的放置一定要垂吊放置(用鐵絲系住,懸掛在掛架上),不得平放!
用于中小型軋鋼機傳動箱體中的齒輪軸,設計上一般為軟齒面,即小齒輪軸硬度為280~320HB,大齒輪軸硬度為250~290HB,模數(shù)mn=8~25,技術要求一般為調質處理。這種零件在無感應加熱淬火設備的工廠中加工時,其加工工藝路線為:鍛毛坯→粗加工→調質→精加工→制齒→磨軸頸。按這樣的工藝流程生產出來的模數(shù)mn≤10的齒輪軸,使用情況基本良好,但模數(shù)mn≥12時,使用壽命短。突出表現(xiàn)為輪齒不耐磨,使用半年以后,齒面已有明顯磨痕,當發(fā)生較大沖擊時,還會出現(xiàn)斷齒現(xiàn)象。針對這種情況,我們對原有工藝進行了分析,找出工藝路線中所存在的缺陷,并提出了新的制作工藝方法。
齒輪傳動
用于平等軸間的傳動,一般傳動比單級可到8,最大20,兩級可到45,最大60,三級可到200,最大300。傳遞功率可到10萬千瓦,轉速可到10萬轉/分,圓周速度可到300米/秒。單級效率為0.96-0.99。直齒輪傳動適用于中、低速傳動。斜齒輪傳動運轉平穩(wěn),適用于中、高速傳動。人字齒輪傳動適用于傳遞大功率和大轉矩的傳動。圓柱齒輪傳動的嚙合形式有三種:外嚙合齒輪傳動,由兩個外齒輪相嚙合,兩輪的轉向相反;內嚙合齒輪傳動,由一個內齒輪和一個小的外齒輪相嚙合,兩輪的轉向相同;齒輪齒條傳動,可將齒輪的轉動變?yōu)辇X條的直線移動,或者相反。
齒輪傳動
齒輪參數(shù)及制造誤差測定
齒輪齒頂圓、齒根圓測量的原理
(1)齒輪齒數(shù)為偶數(shù)時
當齒輪為偶數(shù)時,齒頂圓直徑da和齒根圓直徑df可用游標卡尺在待測齒輪上直接測定。
(2)齒輪齒數(shù)為奇數(shù)時
直接測量得不到齒頂圓直徑da和齒根圓直徑df的真實值,而須用間接的方法。先量出齒輪安裝孔直徑D,再分別量出孔壁到某一齒頂?shù)木嚯xH1和孔壁到某一齒根的距離H2,如圖所示:
齒頂、齒根圓的測量
則齒頂圓直徑da和齒根圓直徑df可按下式求出:
da=D+2H1
df=D+2H2
齒輪公法線的測量
齒輪的公法線
測定公法線長度Wk和Wk+1,是為了求出基圓齒距,從而確定出齒輪的壓力角α、模數(shù)m和變位系數(shù)x。
首先根據(jù)被測齒輪的齒數(shù)Z,從教材或手冊中按標準齒輪查出跨測齒數(shù)k,量出跨測個齒時的公法線長度Wk。為減少測量誤差,應在齒輪一周的三個均分部分上測量三次,取其平均值。
為求出基圓齒距Pb,還應按同樣的方法量出跨測(k+1)各齒的公法線長度Wk+1。為避免公法線長度變動量的影響,測量Wk和Wk+1,應在相同的幾個齒輪上進行。
確定基圓齒距、模數(shù)和壓力角
若x>0,則被測齒輪為正變位齒輪;若x<0,則被測齒輪為負變位齒輪。
創(chuàng)新點
l 支撐為翅膀狀的流線型,能夠更好的減少空氣阻力,使小車行使的更遠。
l 原動輪設計為梯形,開始半徑較大,是能夠讓物體作加速運動,物體作一段勻速運動,物體快要接觸底板時,半徑變小,使物體作減速運動,減少物體與底板的碰撞,使重力勢能更好的轉換為小車的動能。
l 本作品通過底板上橫放的齒輪的轉動帶動桿的轉動,從而使小車能夠靈活的避開障礙物。
齒輪的多次粘合能夠更好的控制物體與車子的速度,使小車能夠按照規(guī)定的路線順利的完成任務。
項目經(jīng)費預算
1. 車底木板價格(5mm厚度 20*30cm) ¥: 50元
2. 小車左右兩邊2塊固定側板(6mm厚度 高35mm)¥: 25╳2元
3. 小車轉向輪(厚度為6mm,直徑為30mm) ¥: 30元
4. 小車兩側的驅向輪(厚度為6mm,直徑為120mm) ¥: 50╳ 2元 5. 小車原動輪 (半徑為10mm) ¥: 20 元
6. 齒輪(兩個外徑為12mm,內徑6mm,齒數(shù)21) ¥: 35 元
7. 齒輪軸兩根(直徑d=3mm長分別為30mm,42mm)¥: 30╳2元
8. 潤滑油一瓶 ¥:20元
9.連接桿一根 (直徑為3mm) ¥: 25元
10. 棉線一根(長1.5m) ¥:3元
11. 膠水(兩瓶) ¥:20╳2元
12. 小螺釘(一包) ¥:10元
13. 其余小零件 ¥:50元
總計 493元
2012.11.06