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1、南 湖 学 院课程设计报告书 题 目： 无碳小车的设计 系 部： 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： N机自09-4F 姓 名： 学 号： 序 号： 组号： 2011 年 12 月 15 日V 南湖学院 课程设计任务书设计题目： 无碳小车的设计 系 部： 机电系 专 业： 机械设计制造及其自动化 学生姓名: 陈桃波 学号:24091901549序号: 34 起迄日期: 2011年11月28日至 2011 年12月16日 指导教师: 谭湘夫 南湖学院课程设计 机械设计课程设计任务书1课程设计的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）：一、设计题目 无碳小车的设计1.设计布置方案图
2、1 无碳小车示意图2.功能设计要求 以重力势能驱动的具有方向控制功能的无碳小车。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。该无碳小车在前行时能够自动避开赛道上设置的障碍物（每间隔1米，放置一个直径20mm、高200mm的弹性障碍圆棒）。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5002mm，图2 无碳小车在重力势能作用下自动行走示意图重块落下后，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
3、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。二.技术要求1、1个转向轮和2个驱动轮的设计2、转向轮控制机构的设计计算；3、轴的设计；4、轴承的选择；5、装配图、零件图的绘制；6、设计计算说明书的编写；三.工作要求1. 学生应当在指导老师指导下完成设计,必须独立完成设计任务,严禁抄袭,一经发现成绩以不及格计,并给予批评教育各严肃处理.2. 课程设计期间要严格遵
4、守学习纪律,在此期间缺勤1/3以上,成绩以不及格计.3. 课程设计报告书一律打印在A4纸上,同时配上封面装订成册. 机械设计课程设计任务书2对课程设计成果的要求包括图表、实物等硬件要求：1、要求（1）说明书要认真、准确、条理清晰，参考文献要注明出处（2）按word排版，公式编辑器编辑公式（3）图纸按CAD作图，数据准确，图面整洁2、任务（1）转向轮控制机构的总装配图一张（2）主要零件图两张（3）设计说明书一份3主要参考文献：l 要求按国标GB 771487文后参考文献著录规则书写，例如：1 濮良贵，纪名刚.机械设计.第八版.北京:高等教育出版社,20102 杨光，席伟光等.机械设计课程设计手册
5、.第二版.北京:高等教育出版社,20103 刘鸿文.材料力学.第四版. 北京:高等教育出版社,20094 甘永立.几何量公差与检测.第八版.上海:上海科学技术出版社,20094课程设计工作进度计划：序号起 迄 日 期工 作 内 容111.28设计前准备工作(接受设计任务、收集资料、准备工具)212.1确定转向轮控制机构方案、1个转向轮和2个驱动轮的设计312.4轴的设计计算412.6轴承的选择512.8装配图设计及复核计算612.11零件工作图设计712.14整理设计说明书及课程设计体会和收获812.16上交机械课程设计成果指导教师谭湘夫日期： 2011年 12月 23日III目 录1 前言-
6、 1 -2 设计任务- 1 -2.1 设计题目- 1 -2.1.1 设计布置方案- 1 -2.1.2 功能设计要求- 2 -2.2 技术要求- 3 -3 动力的获得及传动方案的分析与拟定- 3 -3.1动力的获得- 3 -3.2 传动方案的分析与拟定- 3 -4 齿轮的设计计算- 4 -4.1 选精度等级、材料及齿数- 4 -4.2 按齿面接触强度设计- 4 -4.2.1 确定公式内的各计算数值- 4 -4.2.2 计算- 5 -4.3 按齿根弯曲强度设计- 6 -4.3.1 确定计算参数- 7 -4.3.2 设计计算- 8 -4.4 几何尺寸计算- 8 -5 轴的设计计算- 9 -5.1 求
7、作用在齿轮上的力- 9 -5.2 初步确定轴的最小直径- 9 -5.3 轴的结构设计- 9 -5.3.1 拟定轴上零件的装配方案- 9 -5.3.2 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度- 9 -5.4 求轴上的载荷- 10 -5.6 精确校核轴的疲劳强度- 10 -5.6.1 判断危险截面- 10 -5.6.2 截面IV右侧- 10 -6 轴承的选择及计算- 11 -6.1 轴承的选择- 11 -6.2 计算- 13 -6.2.1 径向力- 13 -6.2.2 派生力- 13 -6.2.3 轴向力- 13 -6.3.4 当量载荷- 14 -6.3.5 轴承寿命的校核- 14 -7 带轮的
8、设计计算- 14 -7.1 确定计算功率- 14 -7.2 选择V带的带型- 14 -7.3 确定带轮的基准直径- 15 -7.3.1 初选小带轮的基准直径- 15 -7.4 确定中心距a，并选择V带的基准长度La- 15 -7.5 验算小带轮上的包角- 16 -7.6 确定带的根数z- 17 -7.7 确定带的初拉力- 17 -7.8 计算带传动的压轴力- 17 -7.9 带轮结构设计及工作图- 18 -8 键连接的选择与校核计算- 18 -8.1 选择键连接的类型及尺寸- 18 -8.2 校核键连接的强度- 19 -9 车身及车轮的设计- 19 -10 设计小结- 19 -参考文献- 20
9、 -南湖学院课程设计 1 前言本次课程设计为“无碳小车的设计”， “无碳小车”是根据能量转换原理，将给定的重力势能转换为机械能驱动小车。该小车由能量转换机构、传动机构 、转向机构和车身构成，通过能量转换机构获得动力来驱动后轮转动再通过传动机构将运动传给转向机构使转向轮周期性转向从而自动避开障碍物。要求完成以重力势能驱动的具有方向控制功能的无碳小车的设计。通过本环节的小车的机械设计，利用先修课程-机械制图、理论力学、材料力学、工程材料、机械制造基础及机械设计中的理论知识在此次设计实践中加以综合运用，完成小车的齿轮、轴承、轴、带轮、V带、曲柄摇杆及车身与车轮的设计，达到任务书中所要求的预期效果。2
10、 设计任务2.1 设计题目无碳小车的设计2.1.1 设计布置方案图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转向轮；3车身2.1.2 功能设计要求以重力势能驱动的具有方向控制功能的无碳小车。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。该无碳小车在前行时能够自动避开赛道上设置的障碍物（每间隔1米，放置一个直径20mm、高200mm的弹性障碍圆棒）。图3 自行小车在重力势能作用下自动行走示意图给定重力势能为5焦耳（取g=10m/s2），竞赛时统一用质量为1Kg的重块（5065 mm，
11、普通碳钢）铅垂下降来获得，落差5002mm。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。2.2 技术要求1、1个转向轮和2个驱动轮的设计2、转向轮控制机构的设计计算；3、轴的设计；4、轴承的选择；5、装配图、零件图的绘制；6、设计
12、计算说明书的编写；3 动力的获得及传动方案的分析与拟定3.1动力的获得题目要求设计以重力势能驱动的具有方向控制功能的无碳小车。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势能转换为机械能并可用来驱动小车行走的装置。可见无碳小车的动力完全由重力势能通过能量转化原理得到的机械能所提供。给定重力势能为5焦耳（取g=10m/s2），质量为1Kg的重块（5065 mm，普通碳钢）铅垂下降来获得，落差5002mm。图4 小车的动力系统3.2 传动方案的分析与拟定 由题目可知,小车由一个转向轮和两个驱动轮组成，可以通过带传动连接驱动轮与传动轴，并由传动轴带动曲柄摇杆转动以控制转向轮的转动，从而控制
13、小车的运行方向。如图4所示： 图5 小车转动结构简图曲柄摇杆；2传动轴；3车身；4驱动轮；5带传动装置4 齿轮的设计计算4.1 选精度等级、材料及齿数材料及热处理:1） 由机械设计（第八版）表101，选择小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢（调质），硬度为240HBS，二者材料硬度差为40HBS。 ；2） 由机械设计（第八版）表108，精度等级选用7级精度；3） 试选小齿轮齿数z120，大齿轮齿数z2100；4） 选取螺旋角。初选螺旋角144.2 按齿面接触强度设计因为低速级的载荷大于高速级的载荷，所以通过低速级的数据进行计算按式机械设计（第八版）（1021）试算，即 dt （41）4.2.1 确定公式内的各计算数值（1） 试选（2） 由机械设计（第八版）图1030选取区域系数（3） 由机械设计（第八版）表107选取尺宽系数1（4） 由机械设计（第八版）图1026查得，则（5） 由机械设计（第八版）表106查得材料的弹性影响系数
