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1、 南华大学机械工程学院毕业设计（论文） 第 0 页 共 66 页大学四年我们在老师的指导下已经做了很多的设计，但是，毕业设计是我们这四年最后一次设计，也是大学四年来最重要的一次设计。它是对我们这四年专业学习的最彻底的一次检测和总结。通过这次设计不仅可以让我们更加熟悉和巩固之前所学习的专业知识，而且让我们更加深入的了解了机械这一行业，并且这次设计是联系到了生活中的实际问题，具有重要的现实意义。由于这次设计的重要性与现实性，所以这次设计的设计量也是这四年来最大的。我们不仅要回顾之前所学习的知识，还要去学习探索在课堂里没接触的东西。这次设计我们进行了大量的资料查询，并运用了大量的设计手册里的设计标准
2、及其许多网络上的相关资料，这不仅加强了我的设计能力同时也在不只知不觉中提高了我的自学和查找资料的能力。而在后续的产品设计与造型中我的分析能力与制图和读图能力也得到了很大的提高。我的毕业设计设计课题是：“遥控玩具汽车的外形及机械系统的设计” 。这个课题是在我们曾经的课程设计的基础上的扩展和延伸。既用到了曾经所学的专业知识又学习到了很多新材料的设计标准与知识。尤其是塑料齿轮的设计是本次设计的重点也是设计中最难的一步。虽然国外对于塑料齿轮的设计已经不再是什么新鲜事，但在中国这一课题还只是刚起步而已，很多设计并没有统一的标准，所以许多资料必须依据国外的设计标准来完成，这也让我感受到了我国机械行业与国外
3、发达国家的差距之大。一些错误与问题，希望老师们能予以纠正。 南华大学机械工程学院毕业设计（论文） 第 1 页 共 66 页1 绪论1.1 玩具汽车发展与状况分析玩具汽车开始于 19 世纪的欧美，并且都为无动力玩具汽车。但随着欧美铁路事业的发达，火车的普及，玩具汽车里也开始出现了以发条或蒸汽为动力的汽车玩具。而在 20 世纪开始，随着以玩具促进孩子成长的思潮的兴起，具有启蒙或是开发儿童智力的玩具开始成为玩具市场的主流产品。与此同时，人们开始将新的动力电，应用于玩具汽车中。因此玩具汽车成了最精致的玩具之一，它不仅在儿童中流行，同时也深受许多成年人的喜爱。这些玩具汽车不仅可以对汽车外形进行改造甚至可
4、以根据需要对玩具汽车内部结构进行少量的改造而达到预期目的。在两次世界大战之后，玩具汽车开始在玩具市场中占据一定数量的市场份额，而在之后电池的出现与无线遥控技术的发展进步，也使得玩具汽车的形式与种类变的更加多种多样。而在如今玩具汽车已经不再是简单的玩具而已了，如今许多国家都将遥控玩具汽车的技术应用于军事战略项目中，而在一些地形勘探或是考古活动中也能见到遥控玩具汽车的身影。就连当今的好莱坞大片中许多玩具汽车也成了影片中的电影明星。正是由于欧美玩具汽车行业起步早，工业与电子自动化控制水平也普遍高于中国，所以玩具汽车市场在欧美已经形成了较为规范的生产制造流程。并且，美国早在 1961 年就颁布了第一部
5、针对玩具制造而作出规定的法案联邦有害物质管理法 ，而且目前中国的海关入口商品玩具编码产品中，有 70%的产品均是电动玩具车系列。而相对于中国的玩具汽车行业则起步相对较晚，开始于改革开放后，而且目前的玩具汽车行业并没有出台相应的玩具汽车统一标准，因此质量参差不齐，市场管理混乱，且生产出来的玩具汽车的合格率与质量远低于欧美产品。但在中国也不乏玩具汽车制造的佼佼者，如 Rastar 品牌玩具车模型，且产品销售一 南华大学机械工程学院毕业设计（论文） 第 2 页 共 66 页直处于龙头位置。Rastar 是广东星辉车模股份有限公司的主打产品之一。广东星辉车模股份有限公司是一家专业生产车模型的企业，生产
6、世界上 20 家著名汽车企业如 “ 宝马 ” 飞驰 ” 克莱斯勒 ” 悍马 ” 等的车模，该公司是国内拥有最多著名轿车企业授权生产玩具的车模型生产企业之一。虽然中国的玩具汽车行业起步晚，生产水平还相对较低，但是据该行业相关的专业人士分析，在中国玩具汽车行业至少有 45 亿人民币的市场。因此市场份额还是相当大的。再加上如今人们的生活水平的不断提高，轿车正在逐渐成为家庭出行的重要工具之一，于此同时也将间接带动玩具汽车的销售市场。如今的许多电影或动画中也不乏涉及玩具汽车的故事如汽车总动员 、 四驱兄弟 、 四驱小子 、 变形金刚等都极大的促进了玩具汽车市场的发展壮大。因此眼下国内的玩具汽车制造企业应
7、不断把工作重心致力于产品的发明创新，不断提高玩具汽车的产品质量，并研发出环保安全的玩具材料，不断发掘玩具汽车的附加价值与娱乐功能和使用功能，才能在不久的将来赶超欧美国家，使国内的玩具汽车也能进入高端档次玩具的行列。1.2 材料分析由于玩具汽车体积小，市场需求量大，所以所需的制造材料必须成本低廉，容易成型，又不易损坏。因此高分子化合物及大家常说的塑料便成为了最理想的制造材料。因为大多数塑料质量较轻，化学性质不易变化，不会生锈；耐冲击性良好；具有很好的透明性和耐磨性；绝缘性极好，导热性能低；一般易于成型和易于着色，加工成本也较低。当然塑料材料也有不少缺点，大部分塑料都不耐热，受热容易膨胀，极易燃烧
8、；尺寸稳定性低且容易变形；并且多数塑料在低温条件下容易变脆且易老化；某些塑料还极易溶于某些溶剂。但玩具汽车的使用并不处于极端温度中，且很少能与有害的化学实验溶剂相接触，因此这部分缺点并不影响玩具汽车的生产制造。但我们必须注意的的是塑料材料本身的安全问题，因为接触玩具汽车的群体，大多数为儿童，且儿童的自身的抵抗能力较低，且有可能误将玩具汽车放入口中，所以必须保证塑料材料的安全性。对于如今经常在生产制造塑料常用的五大工程塑料为 南华大学机械工程学院毕业设计（论文） 第 3 页 共 66 页PA、PC、POM、PBT 、PPO。1.3 玩具汽车的原理分析由于我们能力有限，所以无法自行设计出像欧美那些
9、所谓的高端玩具汽车，所以老师这次给我们定位的玩具汽车属于中低端档次的无线遥控玩具汽车。汽车主要可以实现的功能是在无线遥控器的控制下玩具汽车可以灵活的实现前进、后退、左右转向的功能。我们所设计的玩具汽车是通过无线遥控来实现玩具汽车 4 个方向的灵活运动。并采用后轮驱动前轮转向的运动方式。控制系统的基本原理是：通过输入的遥控器控制命令（转向，前进及后退命令） ，再由遥控器中的信号发射器产生信号，再由遥控器上的天线发射出去，之后在玩具汽车内部的信号接收接收器接收到所发出的信号指令并将其转化为相应的控制信号，并通过控制信号控制电流从而控制电动机的正反转，从而实现电动机的左右转动和前进后退的命令。机械传
10、动是通过 4 个 7 号电池产生电力，进而驱动小型电动机转动，之后再经二级齿轮减速箱传递动力到后车轮上而驱动玩具汽车运动。而前轮则由两个转向节控制，并通过转向桥连接，前轮的小型电动机上的小齿轮与转向桥上的齿条相啮合，从而实现了小型电动机控制前轮转向。2 动力选择和设计2.1 动力源的分析与选择（1）盐水发电能源，作为新兴的一种玩具汽车能源方式，这种能源已经越来越受到大家的关注和玩具行业人士的兴趣。其原理与铁的生锈原理相同。生锈原理是：铁本生属于容易氧化的金属，而当在潮湿环境时，更加加剧了铁原子的氧化。当铁原子氧化后将产生两个电子，而离子在水中又将与水分子和氧气反应，从而使水分呈碱性，这水分附着
11、在铁上时，就让铁发生氧化，氧化过程中又将发生电子的转移，而这产生的电子再被水分子中被溶解在水中的氧气获得，并和水发生作用生成氢氧根，而碳元素的存在将加速这一过程的发生：4e- + O2 + 2H20 =4OH- 南华大学机械工程学院毕业设计（论文） 第 4 页 共 66 页当铁失去两个电子而变成亚铁离子时便也进入到溶液中，且极易与氢氧根作用而生成氢氧化亚铁：Fe+2 + 2OH- =Fe(OH)2氢氧化亚铁本身不稳定易氧化，因此便被水中的氧气氧化为氢氧化铁：4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3氢氧化铁本身也不是很不稳定，因此立即分解为三氧化二铁和水：2Fe(OH)3
12、= Fe2O3 + 3H2O在铁生锈的过程中有电子转移，即有电流产生。所以盐水电池产生电的原理很简单，和上面讲的过程一样，只是电子从铁棒通过导线转移到碳棒上，而且反应过程更激烈。并且在碳棒和铁棒之间存在较高的电势差，结果就是让食盐水发生电解！电解食盐水产生的氯气和NaOH，这无疑又加速了铁的腐蚀速度。如今在市面上最普遍采用这一能源的是盐水动力车如图 2.1图 2.1 盐水动力车(2)模型燃油提供动力源，模型燃油的主要成份是：木精(甲醇)、润滑油、硝基甲皖等物质。其工作原理及发动机结构与实物汽车相同，其发动机称之为模型发动机。而模型发动机又分为柴油发动机和电热式发动机。对于柴油发动机来说，主要是
13、利用压缩热引起燃油混合气本身的爆发，来产生玩具汽车的动力，但对电热式发动机来说，最初主要是由电热塞引起爆发，此后再利用自身压缩所产生的 南华大学机械工程学院毕业设计（论文） 第 5 页 共 66 页热量，对混合气体进行点火和使之爆发而产生汽车的动力。燃料玩具遥控汽车外形与动力结构形式与现实汽车十分接近，如图 2.2，因此结构复杂，不易操作，且对燃油的使用不当极易发生危险事故，因此不适合儿童使用。图 2.2 模型燃料动力车（3）电池类能源提供动力来源，电池是指通过电池内部的电解质溶剂和金属产生的电极差而产生电源。随着现代科学的高速发展，电池也已经衍生出了许多种类。其中最常见的有干电池、燃料电池、
14、锂电池、太阳能电池等。而这些电池也各有优点。干电池如图 2.3，在生活中我们接触最多的要属锌锰干电池。来源丰富、适合大量自动化生产。但放电电压不够平稳，容量受放电率影响较大。适于中小放电率和间歇放电使用。新型锌锰干电池采用高浓度氯化锌电解液、优良的二氧化锰粉和纸板浆层结构，使容量和寿命均提高一倍，并改善了密封性能。锌锰干电池的保存相当重要，若放置于炎热和湿度大的环境中，便会使得电池正极的金属锌发生化学反应从而产生严重的自放电现象。另外，保证锌锰干电池的密封性也十分重要；如果密封条件不好，电解液中的水分子将十分容易被挥发减少，从而导致电池无法放电，同时也会由于氧分子进入电池内部而加剧自放电的加剧
15、。如今干电池的发展已经十分广泛已经广泛的被运用到了国家军事防御、科 南华大学机械工程学院毕业设计（论文） 第 6 页 共 66 页学研究、深海或陆地钻探石油和矿质、电子通讯设备、航空航海设备的备用能源、一般医疗、天气气象检测以及日常的工业与农业中的生产和生活照明、计算器、录音机和录音机、摄影机、电子钟、电子表等电源，从而成为了国家产业和人们生活中十分重要的一部分。图 2.3 干电池燃料电池如图 2.4，是一种通过燃烧燃料并在这一过程中将其产生的化学能量通过化学原理而转变成为电能的能量装置。但它与蓄电池也存在着不一样的地方，其主要在于它可以通过外界的两个电极区域持续不断地往内部补充燃料和氧化剂并且不必充电。燃料电池的组成主要有：燃料如氢气、甲烷等易燃气体、氧化剂如高氧气体等、电极和电解液等四部分构成。他的两个电极具有催化化学能量反应转换成电能的作用，并且是多孔宽免的结构，使其确保具有足够的活性面积以促进电池工作。在电池产生电流时将燃料通入负极，氧化剂通入正极，它们便可以在各自电极的催化作用下进行电化学反应从而便
