無碳小車設(shè)計說明書-大學生工程訓(xùn)練綜合能力競賽.doc

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圖2為小車的前輪轉(zhuǎn)向部分，為使得小車能夠繞開定距離的障礙物，小車前輪轉(zhuǎn)向要設(shè)計成具有周期性擺動的轉(zhuǎn)向機構(gòu)。故，轉(zhuǎn)向機構(gòu)設(shè)計成正弦機構(gòu)。前輪的動力來源：重物圓錐滾筒帶輪1帶輪2轉(zhuǎn)向撥盤轉(zhuǎn)向輪帶輪帶動撥盤轉(zhuǎn)動，撥動轉(zhuǎn)向輪上的轉(zhuǎn)向槽前后擺動，這樣即可以帶動前輪的左右擺動。3、后輪差速 總所周知，汽車為了順利拐彎，后輪必須要有差速器，而我們小車也一樣，拐彎時候也必須解決后輪的差速問題。但汽車上面的那種差速裝置直接利用在我們小車上面，有兩點不合適： 差速器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工困難，除非買現(xiàn)成的，但是現(xiàn)成的的差速器尺寸又往往很難滿足我們的要求； 如果買現(xiàn)成的，就降低了這次“無碳小車”的設(shè)計意義。我們小車后輪的解決采用單向軸承，左右后輪輪轂里面各嵌一個，驅(qū)動原理類似三輪車，但比三輪車更好。四、參數(shù)設(shè)計 為使得小車行走的軌跡是正弦路線，理論上最佳的正弦曲線應(yīng)該是：周期為2000，幅值為半個車身寬度。但考慮到加工誤差以及一些暫不可預(yù)知的原因，我們對幅值做了修正，就是：幅值=1/2車身寬度+安全距離；1、軌跡設(shè)計 如圖3，設(shè)曲線軌跡方程Y=A*cos(*X)小車總寬為230，安全距離取50，曲線幅值為A=165；周期T=2000,則=;則軌跡曲線方程為：Y=165*cos（）;2、轉(zhuǎn)角設(shè)計小車的最大轉(zhuǎn)角應(yīng)該為軌跡曲線相對X軸方向的最大傾斜角：求導(dǎo)：Y=*sin();最大擺角=arctan()=27.43如圖4為控制擺角最大值的裝置：撥盤和連桿，尺寸設(shè)計如圖：3、帶輪設(shè)計如圖1，小車的后輪直徑為D=150，齒輪傳動比為i=50/17；小車正好通過兩個障礙物為擺角擺動一周期，這樣，反應(yīng)到小車的尺寸設(shè)計上面為后輪轉(zhuǎn)過某一圈數(shù)，前輪剛好擺動一個周期；而后輪轉(zhuǎn)過的圈數(shù)即為小車前進的路程S：S=利用MATLAB編程求解：syms x z y1 S;y1=(165*pi/1000)*sin(pi*x/1000);z=sqrt(1+y1.2);S=int(z,0,2000);S=vpa(S,7)S = 2128.244所以一個周期，小車前進路程為 S=2128.244mm后輪周長 C=*D=471.238mm一個周期，帶輪1轉(zhuǎn)過圈數(shù) N1=N/i=1.535（圈）則，帶輪2轉(zhuǎn)過1圈，可求得帶輪直徑比 D1：D2=1：1.535 取 D1=13mm D2=20mm4、小車部分零件的設(shè)計 （1）撥盤 實體圖：零件圖：一、零件的分析 零件的作用撥盤，重物下落的豎直向下運動，通過帶輪傳動到撥盤，使得撥盤做圓周運動，撥盤的上的撥銷撥動滑槽，使得撥盤的回轉(zhuǎn)運動變?yōu)榛鄣膩砘剡\動。 零件的工藝分析撥盤中的重要部位為撥銷相對撥盤中心的距離16.1，這個距離和前輪轉(zhuǎn)向角度直接關(guān)系；以及撥銷的直徑4，這個直徑與滑槽直接配合，過大過小都會影響到裝配問題和路線的不確定性。其他都為一般加工。二、工藝規(guī)程設(shè)計 確定毛坯的制造形式 零件的材料選定為鋁棒，選擇鋁棒為撥盤材料主要是其密度較小，質(zhì)量輕，可以減輕小車整體的重量，且小車整體重量不大，受載荷較輕，選擇鋁棒，其切削性能好。 選擇基準以撥盤中心孔5的軸線為基準，加工撥盤外圓時以此軸線為基準，確保同軸；加工撥銷時，亦以此軸線為基準。 制定工藝路線 制定工藝路線的出發(fā)點，應(yīng)當是使零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術(shù)要求達到相應(yīng)的要求。工序1 ：將毛胚（直徑大于40的鋁棒）裝夾在車床上； 工序2：車削毛胚使其直徑為400.1； 工序3：在圓柱中心鉆一 的孔； 工序4：量取16.1的長度后，切下圓盤； 工序5：以5孔的軸線為基準，鉆一距離其16.1的孔； 工序6：車一長為18，直徑的銷； 工序7：緊配合圓盤和銷。 （2）轉(zhuǎn)向輪銷 一、零件的分析 零件圖：轉(zhuǎn)向輪銷軸為中間軸，起到支撐轉(zhuǎn)向輪的作用，轉(zhuǎn)向輪銷軸和內(nèi)徑為8的軸承配合，而軸承外圈則是和轉(zhuǎn)向輪固定緊配合，從而將轉(zhuǎn)向輪固定在前叉的中間為止，防止轉(zhuǎn)向輪的左右串動。 零件的工藝分析轉(zhuǎn)向軸有兩個重要的加工部分，一個為8的軸頸，一個為攻螺紋的6軸頸。加工10的軸頸是為了擋住軸承的內(nèi)圈，防止軸承的軸向串動。對于8的軸頸技術(shù)要求：與軸承內(nèi)圈配合，軸承屬于標準的精密零件，查表表2.30和表2.8（互換性與技術(shù)測量 主編 邢閩芳）可以知道軸頸為8j5要精密工具進行加工并進行校驗查表2.36（互換性與技術(shù)測量 主編 邢閩芳）可知道與軸承內(nèi)圈配合的8軸頸的表面粗糙度為R=0.8um為了實現(xiàn)定位套筒可以頂?shù)捷S承內(nèi)圈，從而實現(xiàn)軸承在轉(zhuǎn)向銷軸上的定位，要求8軸頸的軸向長度小于軸承的寬度，即設(shè)計為4mm。對于6軸頸的技術(shù)要求：使得8的軸頸在此處為工藝軸肩，實現(xiàn)軸承的安裝方便。在6軸頸上加工出M6的外螺紋，從而可以通過螺紋連接來實現(xiàn)轉(zhuǎn)向銷在前叉中的定位。二、工藝規(guī)程設(shè)計 確定毛坯的制造形式 由于此處作用力較大，要求銷軸剛度較大，因此采用45鋼材原料制作。且由于尺寸規(guī)格較小，質(zhì)量因素不大。 選擇基準8的軸頸為重要的加工部位，它與軸承內(nèi)圈配合，因此以8的軸頸的軸線作為加工及測量的基準。 制定工藝路線工序1：車削鋼軸直徑為14，總長為33.5mm工序2：在軸的一端加工直徑為10，長度為25.5mm工序3：在工序2的基礎(chǔ)上，再將軸的一端車成直徑為8，長度為17.5mm工序4：在工序3的基礎(chǔ)上，再將軸的一端車成6的直徑，長度為13.5mm工序5：在6的軸頸上加工M6的外螺紋。 （3）轉(zhuǎn)向輪槽零件圖：一、零件的分析 零件的作用轉(zhuǎn)向輪的支撐架，為轉(zhuǎn)向輪的安裝提供位置，是旋轉(zhuǎn)軸和轉(zhuǎn)向輪的連接部分。 零件的工藝分析轉(zhuǎn)向槽中12的孔和10的孔要求對心，在轉(zhuǎn)向槽中攻M10的內(nèi)螺紋孔，深度為14mm，要求12的孔的軸線和M10的螺紋孔的軸線保證垂直度。二、工藝規(guī)程設(shè)計 確定毛坯的制造形式 零件的材料選定為鋁塊，選擇鋁塊為轉(zhuǎn)向軸材料主要是其密度較小，質(zhì)量輕，可以減輕小車整體的重量，且小車整體重量不大，受載荷較輕，選擇鋁塊，其切削性能好。 選擇基準選擇M10的軸線為基準，加工17的凸沿，并在轉(zhuǎn)向槽中加工槽，鉆10和12的孔 制定工藝路線工藝1：在銑床上，將鋁塊銑成長x寬x高尺寸為57x17x20。保證六個平面的平行度及側(cè)面間的垂直度工藝2：將銑好的鋁塊夾緊于車床中，車出17的直徑，長度為7 凸沿臺。并在此端面上攻M10的內(nèi)螺紋。工藝3：在鋁塊的一個側(cè)面鉆10的孔，不要鉆通，只要鉆一半的長度，在這個側(cè)面的對面再鉆一個12的孔，深度為鋁塊寬度的一半工藝4：在工藝3的基礎(chǔ)上銑出長x寬x高為37x10x17的方孔。 （4）皮帶輪零件圖： 一、零件的分析 零件的作用 皮帶輪起到傳動作用，通過皮帶傳動，實現(xiàn)轉(zhuǎn)向機構(gòu)的驅(qū)動，并由前后兩個皮帶輪的直徑比確定轉(zhuǎn)向機構(gòu)的擺動幅度，從而控制轉(zhuǎn)向機構(gòu)。 零件的工藝分析 皮帶輪中20的直徑尺寸為關(guān)鍵尺寸，它的尺寸決定了，轉(zhuǎn)向輪的最大擺角，直接關(guān)系到小車軌跡的周期及曲線形狀。要求尺寸達到較高的精度。二、工藝規(guī)程設(shè)計 確定毛坯的制造形式由于負載較輕，故采用密度較小的，且強度可以滿足要求的尼龍棒材料。 選擇基準選擇20的軸線為基準。 制定工藝路線 工藝1：將尼龍棒夾緊于車床的卡盤上，并將尼龍棒的一端直徑車成25，長度為22工藝2：在工藝1的基礎(chǔ)上將一端車成直徑為10長度為10的軸頸工藝3：在25的軸頸上加工出20的槽，要求尺寸精度達到較高的標準。工藝4：在軸向用鉆頭開一個6的光孔。工藝5：換把刀具，將皮帶輪切割下來，長度為20工藝6：在10的軸頸上攻一個M5的內(nèi)螺紋孔，用來打緊定螺釘。 （5） 轉(zhuǎn)向軸實體圖：零件圖： 一、零件的分析 零件的作用旋轉(zhuǎn)軸，接受由轉(zhuǎn)向連桿的力，從而實現(xiàn)轉(zhuǎn)向軸繞著其軸線作旋轉(zhuǎn)運動，從而帶動轉(zhuǎn)向輪作旋轉(zhuǎn)運動，進而實現(xiàn)小車在行駛過程中變更方向，躲避障礙物。 零件的工藝分析轉(zhuǎn)向軸中有兩個重要的加工面，即兩個直徑為8的軸頸，這兩個軸頸是和軸承配合，通過軸頸和軸承內(nèi)圈的緊配合，把軸頸的力傳給軸承內(nèi)圈，再傳給轉(zhuǎn)向塞，傳遞到車身板上，從而實現(xiàn)支撐車身的作用。在轉(zhuǎn)向軸10的部分加工出M10的外螺紋。其余軸頸部分為一般的加工。對于兩個直徑為8的軸頸有相應(yīng)的技術(shù)要求：與軸承內(nèi)圈配合，軸承屬于標準的精密零件，查表表2.30和表2.8（互換性與技術(shù)測量 主編 邢閩芳）可以知道軸頸為8j5要精密工具進行加工并進行校驗查表2.36（互換性與技術(shù)測量 主編 邢閩芳）可知道與軸承內(nèi)圈配合的8軸頸的表面粗糙度為R=0.8um在10的軸頸部分加工一個M10的外螺紋，長度為12mm，尺寸公差為一般公差。 二、工藝規(guī)程設(shè)計 確定毛坯的制造形式 零件的材料選定為鋁塊，選擇鋁塊為轉(zhuǎn)向軸材料主要是其密度較小，質(zhì)量輕，可以減輕小車整體的重量，且小車整體重量不大，受載荷較輕，選擇鋁塊，其切削性能好。 選擇基準以兩個與軸承內(nèi)圈配合的8軸頸的軸線為基準，在加工其余軸頸時候，以8軸線為基準，確保同一基準。 制定工藝路線 制定工藝路線的出發(fā)點，應(yīng)當是使零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術(shù)要求達到相應(yīng)的要求。工序1 ：在軸的兩端面圓的圓心處攻兩個定位孔，便于用頂尖把軸支撐起來。 工序2：先把鋁軸加工成直徑為10，公差控制在內(nèi)，長度為25 工序3：車削8的軸頸，長度為5 工序4：車削7的軸頸，分別長度為15mm和40mm 工序5：車削6的軸頸，保證轉(zhuǎn)向軸的總長為104mm 工序6：在10的軸頸處攻M10的 工序7：用磨床打磨8的軸頸，控制其直徑的公差為，表面粗造度為0.8，并通過相應(yīng)的儀器校核 （6）轉(zhuǎn)向連桿零件圖：一、零件的分析 零件的作用 轉(zhuǎn)向連桿連接旋轉(zhuǎn)軸和撥槽，將撥槽的力傳給旋轉(zhuǎn)軸，從而實現(xiàn)轉(zhuǎn)向輪的來回擺動，也從而實現(xiàn)小車的“s”形曲線軌跡，成功的壁障。 零件的工藝分析 在轉(zhuǎn)向連桿中10的孔和6的孔之間的距離41mm為重要尺寸，關(guān)系到轉(zhuǎn)向輪的最大擺動角，因此加工時候要精確的調(diào)整尺寸到符合要求。在轉(zhuǎn)向連桿上10的孔為與杯式軸承配合，因此要求尺寸精度較高，10。二、工藝規(guī)程設(shè)計 確定毛坯的制造形式 零件的材料選定為小鋁塊，選擇鋁塊為轉(zhuǎn)向軸材料主要是其密度較小，質(zhì)量輕，可以減輕小車整體的重量，由于撥動撥槽所需要的力并不大，因此在滿足剛度要求的前提下我們選擇了鋁材料。 選擇基準先銑出一個長55，寬度15，高為7的小鋁塊，確保六個平面的平面度及相鄰側(cè)面間的垂直度。之后再以其中長寬的平面為基準，畫出兩個孔的中心來。 制定工藝路線工藝1：在銑床上銑出一個長x寬x高的尺寸為55x15x7的小鋁塊，保證小鋁塊的六個平面的平面度和相鄰側(cè)面的垂直度。工藝2：在小鋁塊上刻畫出兩個孔的中心位置工藝3：在鉆床上加工出10和6的孔 （7） 撥槽零件圖 一、零件的分析 零件的作用撥槽本身可以繞自己的軸線旋轉(zhuǎn)，撥銷在撥槽內(nèi)滑動，可以使撥槽帶動轉(zhuǎn)向連桿來回反復(fù)擺動，從而實現(xiàn)轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)向功能。 零件的工藝分析5的軸頸和杯式軸承配合，要求為緊配合，要求加工尺寸精度較高。加工7的軸頸是為了形成軸肩，頂住軸承的內(nèi)圈。R2.1的延長孔和撥銷軸配合，要求撥銷可以在孔內(nèi)任意滑動，但兩者之間的間隙要盡可能小，避免返回過程形成空行程，不能及時的更改轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)向。二、工藝規(guī)程設(shè)計 確定毛坯的制造形式 撥槽和撥銷軸配合，由于存在較大的彎矩，因此應(yīng)選擇剛度較大的材料，由于撥槽尺寸規(guī)格較小，故采用45鋼材 選擇基準 選擇5的軸頸的軸線為基準。 制定工藝路線 制定工藝路線制定工藝路線的出發(fā)點，應(yīng)當是使零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術(shù)要求達到相應(yīng)的要求。工序1：在車床上車出直徑為8長度為56的軸頸工序2：在工序1的基礎(chǔ)上，由軸的端面加工直徑為7長度為11的軸頸工序3：由軸的端面開始加工直徑為5長度為6的軸頸，此處軸頸與軸承內(nèi)圈配合，尺寸精度要求較高。工序4：取下?lián)懿?，在銑床上加工與撥銷配合的延長孔。此處要求尺寸精度高，表面光滑，使得撥銷軸可以在撥槽中順利移動，從而實現(xiàn)撥槽移動，進而帶動轉(zhuǎn)向連桿的轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)向。 （8） 撥槽加工工藝分析零件圖 一、零件的分析 零件的作用撥槽本身可以繞自己的軸線旋轉(zhuǎn)，撥銷在撥槽內(nèi)滑動，可以使撥槽帶動轉(zhuǎn)向連桿來回反復(fù)擺動，從而實現(xiàn)轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)向功能。 零件的工藝分析5的軸頸和杯式軸承配合，要求為緊配合，要求加工尺寸精度較高。加工7的軸頸是為了形成軸肩，頂住軸承的內(nèi)圈。R2.1的延長孔和撥銷軸配合，要求撥銷可以在孔內(nèi)任意滑動，但兩者之間的間隙要盡可能小，避免返回過程形成空行程，不能及時的更改轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)向。二、工藝規(guī)程設(shè)計 確定毛坯的制造形式 撥槽和撥銷軸配合，由于存在較大的彎矩，因此應(yīng)選擇剛度較大的材料，由于撥槽尺寸規(guī)格較小，故采用45鋼材 選擇基準 選擇5的軸頸的軸線為基準。 制定工藝路線 制定工藝路線制定工藝路線的出發(fā)點，應(yīng)當是使零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術(shù)要求達到相應(yīng)的要求。工序1：在車床上車出直徑為8長度為56的軸頸工序2：在工序1的基礎(chǔ)上，由軸的端面加工直徑為7長度為11的軸頸工序3：由軸的端面開始加工直徑為5長度為6的軸頸，此處軸頸與軸承內(nèi)圈配合，尺寸精度要求較高。工序4：取下?lián)懿?，在銑床上加工與撥銷配合的延長孔。此處要求尺寸精度高，表面光滑，使得撥銷軸可以在撥槽中順利移動，從而實現(xiàn)撥槽移動，進而帶動轉(zhuǎn)向連桿的轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)向。 （9）齒輪零件圖：一、零件的分析 零件的作用 齒輪傳動，實現(xiàn)動力的傳遞。齒輪間的傳動實現(xiàn)傳動比的放大作用，從而使得小車走得更遠的路程。 零件的工藝分析 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(chǎn)率，還是從保證齒輪的加工質(zhì)量，都必須重視齒輪的毛坯的加工。在這一加工過程中應(yīng)注意以下三個問題：1) 當以齒頂圓作為測量基準時，應(yīng)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(nèi)孔制造精度，減少與夾具心軸的配合間隙。二、工藝規(guī)程設(shè)計 確定毛坯的制造形式 選擇鋁塊為加工材料，由于傳動的力并不很大，因此采用鋁塊可以滿足剛度要求，同時鋁制品可以減輕車身的質(zhì)量，從而使車可以輕松的運行。 選擇基準對于空心軸，在中心內(nèi)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，同時對齒坯的內(nèi)、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(chǎn)。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(yīng)滿足以下要求：1. 應(yīng)選擇基準重合、統(tǒng)一的定位方式；2. 內(nèi)孔定位時，配合間隙應(yīng)近可能減少；3. 定位端面與定位孔或外圓應(yīng)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。 制定工藝路線工藝1：加工齒