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1、 机械设计课程设计计算说明书题 目 。 专业班级 。 学 号 。 学生姓名 。 指导教师 。 。 。年。月。日 机械设计课程设计任务书学生姓名 。 专业班级。班 学 号 。指导教师 。 职 称 教研室 。 题目 无碳小车设计方案与要求“无碳小车”以重力势能驱动的具有方向控制功能的自行小车。功能设计要求是给定一重力势能，根据能量转换原理，设计一种可将该重力势能转换为机械能并可用来驱动小车行走的装置如上图所示。小车在前行时能够在半张标准乒乓球台（长1525mm、宽1370mm)上，绕两个障碍物按“8”字形轨迹运行。障碍物为直径20mm|、长200mm的2个圆棒，相距一定距离放置在半张标准乒乓球台的
2、中线上，以小车完成8字绕行圈数的多少来评定成绩。给定重力势能为5焦耳（取g=10m/s2），竞赛时统一用质量为1Kg的重块（5065 mm，普通碳钢）铅垂下降来获得，落差4002mm，重块落下后，须被小车承载并同小车一起运动，不允许掉落。要求小车前行过程中完成的所有动作所需的能量均由此能量转换获得，不可使用任何其他的能量形式。小车要求采用三轮结构（1个转向轮，2个驱动轮），具体结构造型以及材料选用均由参赛者自主设计完成。要求满足：小车上面要装载一件外形尺寸为6020 mm的实心圆柱型钢制质量块作为载荷，其质量应不小于400克；在小车行走过程中，载荷不允许掉落。转向轮最大外径应不小于30mm。要
3、求完成：1.装配图1张（A2）。2.零件工作图2张（齿轮和轴两个零件）。3.设计说明书1份，6000-8000字。开始日期 2014 年 12 月15日 完成日期 2015 年 01 月 02 日 2014年 11 月 20 日第 5 页 页 机械设计课程设计目录计算与说明11.设计任务书21.1设计题目21.2原始数据21.3工作条件21.4动力来源21.5传动方案22.传动比的分配32.1总传动比的分配32.2减速器传动比43.传动装置的运动和动力参数计算53.1 各轴转速的计算53.2各轴输入功率53.3各轴输入转矩54.转向设计64.1 选定转向装置64.2 确定转向装置的基本参数65
4、.齿轮的设计8 5.1设计计算一级齿轮8 5.1.1选择齿轮类型、精度等级、材料及齿数8 5.1.2按齿面接触强度设计8西安文理学院2012级机械设计制造及其自动化 第 5 页 页 机械设计课程设计 5.1.3按齿根弯曲疲劳强度设计105.2设计计算一级齿轮14 5.2.1选择齿轮类型、精度等级、材料及齿数14 5.2.2按齿面接触强度设计15 5.2.3按齿根弯曲疲劳强度设计176.轴的结构设计216.1按扭转强度条件计算216.2按弯扭合成强度条件计算226.3轴的扭转刚度校核计算277.键连接的选择及校核计算297.1平键连接强度计算298 轴承的选择309润滑方式选择319.1齿轮的润
5、滑319.2轴承的润滑3110注意装配事项3210.1轴的装配3210.2齿轮的装配3210.3转向杆的装配3211设计小结3312参考文献34西安文理学院2012级机械设计制造及其自动化第 35 页 页 机械设计课程设计计算与说明 我们本次的机械设计课程设计是以“全国大学生工程实训综合能力竞赛”题目“无碳小车”为题。该无碳小车是利用一个一定质量的重物从一定的距离下落是由其自身重力势能转换成机械能来驱动小车行走。小车前行过程中完成的所有行走功能所需的能量均有此能量转换获得，不消耗其他形式的能量。通过计算设计出能完成预期行走功能的转向系统和相关传动系统，并使小车在前行时能够在半张标准乒乓球台（长
6、、宽)上，绕两个障碍物按“”字形轨迹运行。障碍物为直径|、长的个圆棒，相距一定距离放置在半张标准乒乓球台的中线上，以小车完成字绕行圈数的多少来评定成绩。所以我们选择曲柄连杆机构来实现小车的转向，选择传动平稳可靠的齿轮机构来实现周性的绕过障碍物。随着社会的发展，低碳生活对我们越来越重要，建设无碳生活，使得生活更加环保，是我们每个人的职责。我们通过设计无碳小车模型，用重力势能转化为机械能，为以后能源发展提供了一种全新的思路，使更多的人有意识的去享受低碳生活。保护环境是每个人得责任，在人们开始有意识地减少对大气的二氧化碳排放量，就要求生活中的交通工具尽可能的减少或不排放二氧化碳,随着人们的生活水平越
7、来越高，人们对环境质量的要求也日益增加。环境对人类的健康越来越重要，人们提出建设无碳社会使生活更加环保。无碳车的研发可以缓解社会对能源的需求。主要结果.装.订.线.1.设计任务书 1.1设计题目 无碳小车设计 1.2原始数据 小车所受牵引力； 小车速度, 后轮直径； 1.3工作条件 平缓的路面波动较小 1.4动力来源 重锤1kg的重力势能 1.5传动方案 俩个一级直齿圆柱齿轮传动2.传动比的分配 2.1总传动比的分配重锤重，下落高度，。按8字桩最小距离计算，由于小车在走字时，其精确轨迹无法估算，先在暂时认为小车在走八字是近似为扫描圆形轨迹，如下图所示： 图1-1 小车扫描轨迹 根据图1-1和圆
8、的周长公式，我们可以大致确定出小车所要走过的路径，根据公式：. 将数据代入公式中可得：由于小车要走过的距离为两个圆的周长，所以小车要走过的距离为而绳子所下降的距离为400mm.根据摩擦理论可知：摩擦力矩和正压力的关系为：. 而滚动摩擦所受的阻力为：. 根据上述公式我们可以初步判定我们无碳小车的设计原则，即小车质量要轻，轮体直径应尽可能的大。初步计算时，为了方便计算，我们初步取得轮子直径为100mm,但是在绘图的过程中发现无法安装转向机构，所以后初步设计直径为150mm。小车至少要完整的走过一圈的距离，所以车轮要转动的圈数为：. 式中：, 将以上数据代入公式中： 根据设计结构即无碳小车的传动路线
9、，小车采用的是重块通过绳索直接与滚筒相连，由滚筒驱动与之同轴的齿轮，齿轮再驱动后面的小齿轮。而在齿轮传功中，齿轮件的传动比常取，在此我们取常用传动系数.则与滚筒同轴的齿轮需要转动圈，同样的滚筒也要转圈。近似的我们圆整为圈，又因为小车上的重块需要下降，据此根据公式我们可以估算出小车滚筒的直径： 在绘图过程中，根据装配的要求我们取前轮直径为。 2.2减速器传动比考虑到一级齿轮传动圆柱齿轮范围为，故选，。3.传动装置的运动和动力参数计算 3.1 各轴转速的计算 3.2各轴输入功率 3.3各轴输入转矩（1）输入转矩4.转向设计 4.1 选定转向装置 该自行小车在前行时能够自动避开赛道上设置的两个障碍物（每间隔到，放置一个直径、高的弹性障碍圆棒），并在半个乒乓球案长，宽中，绕两个障碍物走 字型，不完全齿轮具有转向功能。 所以转向装置选择不完全齿轮。 4.2 确定转向装置的基本参数 小车行走时的轨迹如图可知，用滑块连杆实现表示出来可得杆件的基本参数：摆杆长54.5mm，宽度6mm，厚度3mm,滑杆长56mm，宽度6mm，厚度3mm,支撑架高51mm，宽度4mm，厚度4mm，连杆高30mm,厚度5mm，宽度10mm,转向机构轴高69mm，直径8mm. 转向机构杆如图 支撑架 转向机构 摆杆 滑杆 连杆 前轮最大转角：13度5.齿轮的设计 5.1设计计算一级齿轮
