S型無碳小車設(shè)計(jì).ppt
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無碳小車,11/9/2019015-12-8,,目錄,,,,,,課題內(nèi)容,整體設(shè)計(jì)思路,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及參數(shù)選擇,仿真結(jié)果,課題內(nèi)容,本課題圍繞主題:基于SolidWorks下無碳小車的設(shè)計(jì)及模擬仿真,設(shè)計(jì)一種無碳小車,根據(jù)能量轉(zhuǎn)換原理,驅(qū)動小車運(yùn)動的能量是給定重力的重錘下落的勢能轉(zhuǎn)換來的機(jī)械能讓其行走及轉(zhuǎn)向的。給定重力勢能為4焦耳(取g=10m/s2),用質(zhì)量為1Kg的重塊(¢50×65 mm,普通碳鋼)鉛錘下降來獲得,落差400±2mm,重塊落下后,能和小車一起運(yùn)動并被小車承載,避免鉛垂從小車上掉落。圖1-1為小車示意圖。 圖1-1 無碳小車示意圖,課題內(nèi)容,小車運(yùn)動要求: 小車在前行時能夠按照預(yù)定路線行走,自動交錯繞過賽道上設(shè)置的障礙物。障礙物為直徑20mm、高200mm的多個圓棒,沿直線間距1000mm擺放。如圖1-2,圖1-2 運(yùn)動軌跡示意圖,整體設(shè)計(jì)思路,圍繞無碳小車的命題要求,對命題進(jìn)行了簡要的分析: ①無碳小車在整個行駛過程中,都是由重錘下落的重力勢能提供能量,在設(shè)計(jì)中應(yīng)盡可能利用這勢能,減少其它不必要結(jié)構(gòu)消耗能量。 ②因?yàn)樘峁┑哪芰坑邢?,要可能減少整個無碳小車的質(zhì)量,無碳小車越輕越好,因此盡可能使用輕質(zhì)材料構(gòu)成。 ③無碳小車按照“s”型路線行走,要有一定的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)按照一定的規(guī)律周期運(yùn)轉(zhuǎn),并且穩(wěn)定可靠能及時響應(yīng)。 ④重錘下落牽動繩子,繩子帶動繩輪轉(zhuǎn)動,然后通過齒輪的傳動按照一定轉(zhuǎn)動比將轉(zhuǎn)速傳遞給車輪軸,帶動小車行走。因此要設(shè)計(jì)好齒輪的參數(shù)及傳動比,盡量減少齒輪數(shù)量減少能量損失。 ⑤無碳小車的車輪與地面的摩擦越小,小車行走的越遠(yuǎn)。,整體設(shè)計(jì)思路,基于上述考慮,得出無碳小車的結(jié)構(gòu)越簡單重力勢能轉(zhuǎn)換成動能時損失的能量少效 率就高;通過設(shè)計(jì)齒輪的傳動比可以改變小車的初始速度,速度越快,小車能走得 越遠(yuǎn);合理的設(shè)計(jì)出轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)能夠讓小車按近似于“S”型路線行走;微調(diào)機(jī)構(gòu)能 夠調(diào)節(jié)小車的轉(zhuǎn)向角度,讓無碳小車順利避過障礙物;合理的選材減輕整車質(zhì)量, 減少摩擦。因此完整的無碳小車應(yīng)當(dāng)包括車架、傳動構(gòu)件、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、車輪、重錘 架。下面簡要考慮車架、傳動構(gòu)件、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的選用。,整體設(shè)計(jì)思路,車架 車架承受的力不大,要求重量輕,加工簡單,考慮到加工成本等,車架采用無機(jī)橡膠加工制作成正方形底板式,尺寸還要進(jìn)一步確定。 傳動構(gòu)件 為了使小車行駛得更遠(yuǎn)及按設(shè)計(jì)的軌道精確地行駛,傳動機(jī)構(gòu)需要傳遞效率高、傳動穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡單重量輕等。一般傳動機(jī)構(gòu)主要有齒輪傳動、帶輪傳動、鏈傳動。 1.齒輪傳動的特點(diǎn)是:傳動平穩(wěn)、傳動比精確、工作可靠、效率高、壽命長,使用的功率、速度和尺寸范圍大。 2.帶輪具有結(jié)構(gòu)簡單、傳動平穩(wěn)、價格低廉、緩沖吸震等特點(diǎn)但其效率及傳動精度并不高。不適合本小車設(shè)計(jì)。 3. 鏈傳動平均傳動比準(zhǔn)確,傳動效率高,軸間距離適應(yīng)范圍較大,能在溫度較高、濕度較大的環(huán)境中使用;但鏈傳動一般只能用作平行軸間傳動,且其瞬時傳動比波動,傳動噪聲較大。 帶輪傳動精確度不高,不適合小車精確傳動。鏈傳動由于制作不便,且制作成本高,故只用齒輪傳動。,整體設(shè)計(jì)思路,轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu) 轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)是本無碳小車設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分,直接決定著小車能否按“S”的路線行走。一般能按特定規(guī)律運(yùn)動的機(jī)構(gòu)有:凸輪機(jī)構(gòu)、曲柄搖桿、齒帶槽、凹槽輪等。 凸輪機(jī)構(gòu):凸輪是具有一定曲線輪廓或凹槽的構(gòu)件,它運(yùn)動時,通過高副接觸可以使從動件獲得連續(xù)或不連續(xù)的任意預(yù)期往復(fù)運(yùn)動。優(yōu)點(diǎn):只需設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)耐馆嗇喞?,便可使從動件得到任意的預(yù)期運(yùn)動,而且結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、設(shè)計(jì)方便;缺點(diǎn):凸輪輪廓設(shè)計(jì)計(jì)算麻煩,加工比較困難。 曲柄搖桿:優(yōu)點(diǎn):運(yùn)動副單位面積所受壓力小,且面接觸方便潤滑,故磨損減小,制造方便,能夠獲得較高精度;兩構(gòu)件之間的接觸是靠本身的幾何封閉來維系的,它不像凸輪機(jī)構(gòu)有時需利用彈簧等力封閉來保持接觸。缺點(diǎn):一般情況下只能近似實(shí)現(xiàn)給定的運(yùn)動規(guī)律或運(yùn)動軌跡,且設(shè)計(jì)較為復(fù)雜;當(dāng)給定的運(yùn)動要求較多或較復(fù)雜時,需要的構(gòu)件數(shù)和運(yùn)動副數(shù)往往比較多,這樣就使機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,工作效率降低,不僅發(fā)生自鎖的可能性增加,而且機(jī)構(gòu)運(yùn)動規(guī)律對制造、安裝誤差的敏感性增加;機(jī)構(gòu)中做平面復(fù)雜運(yùn)動和作往復(fù)運(yùn)動的構(gòu)件所長生的慣性力難以平衡,在高速時將引起較大的振動和動載荷,故連桿機(jī)構(gòu)常用于速度較低的場合。,整體設(shè)計(jì)思路,齒帶槽:通過在齒帶背后建立特定軌跡凹槽,凹槽連接搖桿,帶動搖桿左右有規(guī)律擺動,驅(qū)動轉(zhuǎn)向輪規(guī)律轉(zhuǎn)動。優(yōu)點(diǎn):凹槽軌跡容易獲得,制作方便。缺點(diǎn):如果小車運(yùn)動軌跡長,齒條也要較長,齒輪的增加消耗過多勢能。 凹槽輪:在輪子面部制作凹槽,凹槽連接搖桿,帶動搖桿左右有規(guī)律擺動,驅(qū)動轉(zhuǎn)向輪規(guī)律轉(zhuǎn)動。優(yōu)點(diǎn):凹槽軌跡容易獲得,制作方便,在較小的空間在齒輪面可以圓周規(guī)律循環(huán),不用考慮長度。缺點(diǎn):體積較大。參見圖2-1,圖2-1凹槽輪,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及參數(shù)選擇,軌道的設(shè)計(jì) 無碳小車按正弦曲線行走,路線近似于“S”型,在行駛軌跡確定的情況下,小車的行駛路徑不變,對路徑的研究設(shè)計(jì),可以大概確定小車行走路程,初步斷定車輪的半徑,轉(zhuǎn)向輪的最大角度。 無碳小車在寬度為2000mm的賽道上行駛,中間的障礙物相隔100mm,為了不讓無碳小車越出賽道,避免無碳小車與障礙物碰撞,擬定出一下路線圖參見圖3-1:,圖3-1小車行走路線示意圖,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及參數(shù)選擇,把此路線近似于余弦曲線,振幅為300mm,波長2000mm,軌跡方程近似為: 用Mathematica數(shù)學(xué)軟件求解得s=2388.97mm 可知無碳小車行駛一個周期走過的路徑為2388.97mm,無碳小車的車輪也近似走了2388.97mm。,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及參數(shù)選擇,車輪尺寸的設(shè)計(jì) 由小車行走路線的軌跡及方案的初步計(jì)算可知,車輪半徑越大,小車走得越遠(yuǎn),無碳小車行走一個半徑時,車輪轉(zhuǎn)過的圈速越小越好。這里設(shè)定車輪轉(zhuǎn)過3圈,則可以計(jì)算出無碳小車的車輪半徑為 =126.8mm,為了方便制作取半徑為 =125mm 齒輪的確定 確定了無碳小車的車輪半徑后,根據(jù) ds= *d = (3-5) 其中齒輪2于齒輪1的傳動比i=,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及參數(shù)選擇,可知齒輪1和齒輪2的傳動比決定了無碳小車初始速度的大小,適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)齒輪的轉(zhuǎn)動比,確定齒數(shù)大小的比例,從而可以得出齒輪半徑的大小。 由《機(jī)械原理》第七版180頁齒輪標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)系列表確定齒輪1、齒輪2、齒輪3的模數(shù)為2。 無碳小車的齒輪轉(zhuǎn)動精度要求高齒數(shù)越多越好,傳動比在10以內(nèi)比較合適,在這里選用齒輪2和齒輪1的轉(zhuǎn)動比為4。根據(jù)《機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)》第3版100頁各種常用傳動比的適用齒數(shù),參見表3-1:,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及參數(shù)選擇,選用齒輪1和齒輪2的總齒數(shù)為100。齒輪1齒數(shù)為20,齒輪2齒數(shù)為80。 根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可計(jì)算出齒輪1、齒輪2的參數(shù)如下: m=2 齒輪1:=20,直徑=m=40mm 齒頂圓直徑 =44mm; 齒根圓直徑=35mm; 齒頂高 =2mm; 齒根高 =2.5mm; 齒輪2:=80,直徑=m=160mm 齒頂圓直徑 =164mm ; 齒根圓直徑=155mm; 齒頂高 =2mm; 齒根高 =2.5mm,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及參數(shù)選擇,轉(zhuǎn)向撥桿的設(shè)計(jì) 轉(zhuǎn)向撥桿的端面小球直徑10mm,桿長60mm,桿直徑3mm,桿面有螺紋便于調(diào)節(jié)球面與凹槽輪的長度,引起轉(zhuǎn)向軸的輕微偏轉(zhuǎn)。這種設(shè)計(jì)把轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)與微調(diào)機(jī)構(gòu)整合在一起,設(shè)計(jì)簡單、機(jī)構(gòu)輕巧、靈活方便。 凹槽輪的設(shè)計(jì) 凹槽輪的寬度由撥桿小球的球面直徑和前輪轉(zhuǎn)向的最大角度決定。 在實(shí)際的運(yùn)動中無碳小車的轉(zhuǎn)向角度,參見圖3-2 為了便于設(shè)計(jì)與實(shí)際制作,凹槽輪的直徑與齒輪3的直徑相同為120mm。,圖3-2 前輪最大轉(zhuǎn)動角度,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及參數(shù)選擇,,在轉(zhuǎn)動最大角度及撥桿小球的直徑確定情況下,凹輪槽的寬度尺寸由轉(zhuǎn)向軸心與凹槽輪軸心的距離確定, 為了能更好的調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)向角度,設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向最大轉(zhuǎn)向角度為 。轉(zhuǎn)向軸心與凹槽輪軸心的距離不宜過長,太長 會影響整體小車的車身變長,設(shè)定兩軸心距離為85mm。在SolidWorks草繪圖型界面下,可以容易看出兩 凹槽的中心距離,參見圖3-3。,圖3-3 凹槽中心距示意圖,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及參數(shù)選擇,轉(zhuǎn)向輪的設(shè)計(jì) 轉(zhuǎn)向輪隨著軸向軸的偏轉(zhuǎn)而偏轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)向輪起到調(diào)整小車轉(zhuǎn)彎的作用,轉(zhuǎn)向輪不應(yīng)過大,一般小于后輪的尺寸,設(shè)定轉(zhuǎn)向輪的半徑為25mm。 軸承的選用 考慮到軸承不易制作,在實(shí)際中可以通過選用購買標(biāo)準(zhǔn)件用于小車的制作。軸承的選用標(biāo)準(zhǔn)參考《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》機(jī)械工業(yè)出版社第133頁滾動軸承的國家標(biāo)準(zhǔn)。選用最小的深溝球軸承C6201,最小直徑為12mm,最大外徑為32mm。 軸的設(shè)計(jì) 在整個無碳小車的設(shè)計(jì)方案中,包括后車輪軸、繩輪軸、槽輪軸、轉(zhuǎn)向軸4跟軸(參見圖3-4至3-7)。根據(jù)無碳小車的選用的C6201軸承,這4根最大直徑應(yīng)該為12mm,便于裝配。因?yàn)闊o碳小車的動力較小,軸承產(chǎn)生的扭矩較小,不再對軸的強(qiáng)度進(jìn)行校核。,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及參數(shù)選擇,車輪軸的尺寸見圖3-4 繩輪軸的尺寸見圖3-5,圖3-4 車輪軸尺寸,圖3-5 繩輪軸的尺寸,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及參數(shù)選擇,槽輪軸尺寸見圖3-6 轉(zhuǎn)向軸尺寸見圖3-7,圖3-6 槽輪軸尺寸,圖3-7 轉(zhuǎn)向軸尺寸,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及參數(shù)選擇,槽輪軸尺寸見圖3-6 轉(zhuǎn)向軸尺寸見圖3-7,圖3-6 槽輪軸尺寸,圖3-7 轉(zhuǎn)向軸尺寸,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及參數(shù)選擇,完成各種零件的裝配后得到了無碳小車的完整裝配圖,圖3-8無碳小車的完整裝配圖建模,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及參數(shù)選擇,完成各種零件的裝配后得到了無碳小車的完整裝配圖,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及參數(shù)選擇,完成各種零件的裝配后得到了無碳小車的完整裝配圖,仿真結(jié)果,在完成整體裝配圖的環(huán)境下,單擊左下角的運(yùn)動算例,把動畫模擬時間軸拉到20秒的位置。在無碳小車裝配體中,單擊虛擬馬達(dá),彈出馬達(dá)類型對話窗,選擇旋轉(zhuǎn)馬達(dá),然后單擊繩輪面,為繩輪軸添加一個虛擬馬達(dá)。虛擬馬達(dá)模擬重錘下落時牽動繩子帶動繩索轉(zhuǎn)動的情況,設(shè)定虛擬馬達(dá)的轉(zhuǎn)速為30r/min。 然后按下從頭播放動畫,觀察小車齒輪、車輪、凹槽輪、撥桿運(yùn)動情況。輸出動畫結(jié)果,對結(jié)果進(jìn)行分析。 對于建立的無碳小車,在沒有考慮其它摩擦力、阻力、能量損失的情況下,加人虛擬馬達(dá)模擬運(yùn)動時,繩輪能帶動軸的轉(zhuǎn)動,引起齒輪2的轉(zhuǎn)動,齒輪2又帶動齒輪1、齒輪3的轉(zhuǎn)動。當(dāng)車輪轉(zhuǎn)過1.5圈時,凹槽輪剛好轉(zhuǎn)過0.5圈,說明齒輪1、齒輪2、齒輪3在齒數(shù)設(shè)計(jì)上符合擬定的運(yùn)動軌跡轉(zhuǎn)向要求。 對于轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì),凹槽輪轉(zhuǎn)動時,撥桿球面與凹槽面相切運(yùn)動,隨著凹槽的改變,撥桿也能隨著凹槽路徑改變,引起轉(zhuǎn)向軸的改變,帶動前輪轉(zhuǎn)動。說明設(shè)計(jì)的這種轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)有一定的實(shí)用性,能夠帶動小車有規(guī)律的轉(zhuǎn)向。同理可以通過邊凹槽輪上的凹槽路徑,設(shè)定出特定規(guī)律的路徑,讓無碳小車沿不同特定規(guī)律路線行走。比如走“8”字型、“0”路線。,謝謝觀看,,- 1.請仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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