新無碳小車說明書

1、 摘要本作品是提出一種“無碳”方法，即給定重力勢能為5焦耳（取g=10m/s2），質(zhì)量為1kg的重塊（5065 mm）鉛垂下降，落差5002mm，重塊落下后，須被小車承載并同小車一起運(yùn)動，不允許掉落。帶動小車的運(yùn)行，即給定一重力勢能，根據(jù)能量轉(zhuǎn)換原理，設(shè)計了一種可將該重力勢能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能并用來驅(qū)動小車行走的裝置。該自行小車在前行時能夠以正弦曲線或余弦曲線軌跡自動避開賽道上設(shè)置的障礙物（每間隔1米，放置一個直徑為20mm，高為200mm的彈性障礙圓棒）。此模型最大的特點(diǎn)是將重力勢能轉(zhuǎn)化為齒輪的轉(zhuǎn)動，進(jìn)而根據(jù)大小齒輪的粘合帶動驅(qū)動輪和轉(zhuǎn)向輪，從而按照規(guī)定的路線完成任務(wù)。本文將對無碳小車模型的設(shè)計過

2、程，結(jié)構(gòu)功能特點(diǎn)等進(jìn)行詳細(xì)的介紹。關(guān)鍵詞 運(yùn)動軌跡；能量轉(zhuǎn)換；結(jié)構(gòu)設(shè)計 abstract this work is to propose a no carbon method that given for 5 joule (gravitational potential energy take g = 10m/s2), quality as the heavy block (1kg 50 x 65 mm) vertical drop, divide lead 2mm, heavy pieces of 500 +, it must be carrying with car exercise wi

3、th after fall , it not allowed to fall. drive the car running, given a gravitational potential energy, according to the principle of energy conversion, design a kind of potential energy that can be transformed into mechanical energy, the mechanical energy used to drive the car walks . the car when t

4、raveling can be automatic avoid the barriers with sine curve track or cosine curve track(intervals of 1 meter, placed a 20mm diameter and 200mm high for elasticobstacles round rods). the model biggest characteristics is a potential energy into gear rotation, which according to the gear adhesive rota

5、tion that drive the driven wheel and steering wheel, than complete the task with the prescribed route .this paper will be detailing introductionthe no carbon car model of the design process and the structure and function characteristics .trajectory； energy conversion；structure design目 錄中文摘要英文摘要第1章 引

6、言.1第2章 工作原理和設(shè)計理論推導(dǎo). .8 2.1 總體結(jié)構(gòu).82.2 proe軟件介紹.8第3章 無碳小車設(shè)計的理路指導(dǎo) 273.1小車的運(yùn)動原理273.2 小車各個尺寸設(shè)計的推導(dǎo)27第4章 轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計404.1 自由度的計算404.2齒輪傳動41第5章 計算 5.1 齒輪設(shè)計 5.2 機(jī)構(gòu)效率 5.3 最遠(yuǎn)距離計算 5.4 軸的校核第6章 結(jié)論及心得參考文獻(xiàn)55致謝57附錄 58 第1章 引言1.1 “環(huán)保在身邊之無碳生活”一帖在東楚網(wǎng)黃石新聞網(wǎng)發(fā)出后，眾多網(wǎng)友紛紛跟帖支招，倡導(dǎo)“無碳生活”。多數(shù)網(wǎng)友認(rèn)為，對社會整體而言，完全“無碳”難以做到，但有意識地減少“碳排放”，卻是隨時隨地可

7、做的事，勿因善小而不為1.2 隨著社會科技的發(fā)展，人們的生活水平的提高，無碳對于人們來說，顯得越來越重要，建設(shè)無碳社會，使得生活更加的環(huán)保，沒有任何的污染。1.3 無碳小車的設(shè)計與發(fā)明，是國家和社會對能源問題和環(huán)境問題的更加重視。1.4 “無碳車是比較環(huán)保的短途代步工具，節(jié)能、經(jīng)濟(jì)、方便，環(huán)保。因此，在人均擁有汽車比例很高的歐美發(fā)達(dá)國家，無一例外選擇了提倡推廣低碳車。”許多人認(rèn)為，確保無碳車道便利通達(dá)，既是現(xiàn)實(shí)選擇，也是大勢所趨?，F(xiàn)在許多發(fā)達(dá)國家都把無碳技術(shù)運(yùn)用到各個領(lǐng)域，像交通，家庭用具等，這也是我國當(dāng)今所要求以及努力的方向。 針對目前這一現(xiàn)狀，我們設(shè)計了無碳小車模型，用重力勢能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能

8、提供了一種全新的思路，以便更好的解決以上問題。 第2章 工作原理和設(shè)計理論推導(dǎo)1. 總體結(jié)構(gòu) 無碳小車模型主要由一個轉(zhuǎn)向輪和兩個驅(qū)動輪以及幾個大小齒輪組成，其中小車中的轉(zhuǎn)向輪，驅(qū)動輪，齒輪，支撐塊，橫桿，木板等如下圖所示。 2. 整體結(jié)構(gòu)的初步設(shè)定尺寸如下 驅(qū)動輪直徑d=120mm 采用橡膠材料 轉(zhuǎn)向輪直徑d=30mm 采用橡膠材料 底板厚度e=5mm 采用木材3. 驅(qū)動軸及轉(zhuǎn)向軸上輪子的定位介紹 驅(qū)動輪采用橡膠結(jié)構(gòu)，軸嵌入輪中，采用過度配合，由于橡膠的彈性性能好，可以使軸得到縱向及橫向的約束。 2.軟件介紹2.1 proe的概述在中國也有很多用戶直接稱之為“破衣”。1985年，ptc公司成立

9、于美國波士頓，開始參數(shù)化建模軟件的研究。1988年，v1.0的pro/engineer誕生了。經(jīng)過10余年的發(fā)展，pro/engineer已經(jīng)成為三維建模軟件的領(lǐng)頭羊。目前已經(jīng)發(fā)布了pro/engineer wildfire6.0（中文名野火6)。ptc的系列軟件包括了在工業(yè)設(shè)計和機(jī)械設(shè)計等方面的多項(xiàng)功能，還包括對大型裝配體的管理、功能仿真、制造、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理等等。pro/engineer還提供了全面、集成緊密的產(chǎn)品開發(fā)環(huán)境。是一套由設(shè)計至生產(chǎn)的機(jī)械自動化軟件，是新一代的產(chǎn)品造型系統(tǒng)，是一個參數(shù)化、基于特征的實(shí)體造型系統(tǒng)，并且具有單一數(shù)據(jù)庫功能的綜合性mcad軟件。 2.2 proe的特點(diǎn)和優(yōu)

10、勢經(jīng)過20多年不斷的創(chuàng)新和完善，pore現(xiàn)在已經(jīng)是三維建模軟件領(lǐng)域的領(lǐng)頭羊之一，它具有如下特點(diǎn)和優(yōu)勢： 參數(shù)化設(shè)計和特征功能： pro/engineer是采用參數(shù)化設(shè)計的、基于特征的實(shí)體模型化系統(tǒng)，工程設(shè)計人員采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、殼、倒角及圓角，您可以隨意勾畫草圖，輕易改變模型。這一功能特性給工程設(shè)計者提供了在設(shè)計上從未有過的簡易和靈活。 單一數(shù)據(jù)庫 pro/engineer是建立在統(tǒng)一基層上的數(shù)據(jù)庫上，不象一些傳統(tǒng)的cad/cam系統(tǒng)建立在多個數(shù)據(jù)庫上。所謂單一數(shù)據(jù)庫，就是工程中的資料全部來自一個庫，使得每一個獨(dú)立用戶在為一件產(chǎn)品造型而工作，不管他是哪一個部門的

11、。換言之，在整個設(shè)計過程的任何一處發(fā)生改動，亦可以前后反應(yīng)在整個設(shè)計過程的相關(guān)環(huán)節(jié)上。 例如，一旦工程詳圖有改變，nc（數(shù)控）工具路徑也會自動更新；組裝工程圖如有任何變動，也完全同樣反應(yīng)在整個三維模型上。這種獨(dú)特的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與工程設(shè)計的完整的結(jié)合，使得一件產(chǎn)品的設(shè)計結(jié)合起來。這一優(yōu)點(diǎn)，使得設(shè)計更優(yōu)化，成品質(zhì)量更高，產(chǎn)品能更好地推向市場，價格也更便宜。 全相關(guān)性：pro/engineer的所有模塊都是全相關(guān)的。這就意味著在產(chǎn)品開發(fā)過程中某一處進(jìn)行的修改，能夠擴(kuò)展到整個設(shè)計中，同時自動更新所有的工程文檔，包括裝配體、設(shè)計圖紙，以及制造數(shù)據(jù)。全相關(guān)性鼓勵在開發(fā)周期的任一點(diǎn)進(jìn)行修改，卻沒有任何損失，并使

12、并行工程成為可能，所以能夠使開發(fā)后期的一些功能提前發(fā)揮其作用。 基于特征的參數(shù)化造型：pro/engineer使用用戶熟悉的特征作為產(chǎn)品幾何模型的構(gòu)造要素。這些特征是一些普通的機(jī)械對象，并且可以按預(yù)先設(shè)置很容易的進(jìn)行修改。例如：設(shè)計特征有弧、圓角、倒角等等，它們對工程人員來說是很熟悉的，因而易于使用。 裝配、加工、制造以及其它學(xué)科都使用這些領(lǐng)域獨(dú)特的特征。通過給這些特征設(shè)置參數(shù)（不但包括幾何尺寸，還包括非幾何屬性），然后修改參數(shù)很容易的進(jìn)行多次設(shè)計疊代，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品開發(fā)。 數(shù)據(jù)管理：加速投放市場，需要在較短的時間內(nèi)開發(fā)更多的產(chǎn)品。為了實(shí)現(xiàn)這種效率，必須允許多個學(xué)科的工程師同時對同一產(chǎn)品進(jìn)行開發(fā)。數(shù)

13、據(jù)管理模塊的開發(fā)研制，正是專門用于管理并行工程中同時進(jìn)行的各項(xiàng)工作，由于使用了pro/engineer獨(dú)特的全相關(guān)性功能，因而使之成為可能。 裝配管理：pro/engineer的基本結(jié)構(gòu)能夠使您利用一些直觀的命令，例如“嚙合”、“插入”、“對齊”等很容易的把零件裝配起來，同時保持設(shè)計意圖。高級的功能支持大型復(fù)雜裝配體的構(gòu)造和管理，這些裝配體中零件的數(shù)量不受限制。 易于使用：菜單以直觀的方式聯(lián)級出現(xiàn)，提供了邏輯選項(xiàng)和預(yù)先選取的最普通選項(xiàng)，同時還提供了簡短的菜單描述和完整的在線幫助，這種形式使得容易學(xué)習(xí)和使用。 2.3 proe軟件的主要模塊組成一、 proengineer pro/enginee

14、r是軟件包，并非模塊，它是該系統(tǒng)的基本部分，其中功 能包括參數(shù)化功能定義、實(shí)體零件及組裝造型，三維上色實(shí)體或線框造型棚完整工程圖產(chǎn)生及 不同視圖（三維造型還可移動，放大或縮小和旋轉(zhuǎn)）。pro/engineer是一個功能定義系統(tǒng)，即 造型是通過各種不同的設(shè)計專用功能來實(shí)現(xiàn)，其中包括：筋（ribs）、槽（slots）、倒角 （chamfers）和抽空（shells）等，采用這種手段來建立形體，對于工程師來說是更自然，更 直觀，無需采用復(fù)雜的幾何設(shè)計方式。這系統(tǒng)的參數(shù)比功能是采用符號式的賦予形體尺寸，不象其他系統(tǒng)是直接指定一些固定數(shù)值于形體，這樣工程師可任意建立形體上的尺寸和功能之間的關(guān)系，任何一個

15、參數(shù)改變，其也相關(guān)的特征也會自動修正。這種功能使得修改更為方便和可 令設(shè)計優(yōu)化更趨完美。造型不單可以在屏幕上顯示，還可傳送到繪圖機(jī)上。pro/engineer還可輸出三維和二維圖形給予其他應(yīng)用軟件，諸 如有限元分析及后置處理等，這都是通過標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)交換格式來實(shí)現(xiàn)，用戶更可配上 pro/engineer軟件的其它模塊或自行利用 c語言編程，以增強(qiáng)軟件的功能。它在單用戶環(huán)境下(沒有任何附加模塊)具有大部分的設(shè)計能力，組裝能力(人工)和工程制圖能力(不包括ansi，iso， din或 jis標(biāo)準(zhǔn))，并且支持符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的繪圖儀(hp，hpgl)和黑白及彩色打印機(jī)的二維和三維圖形輸出。pro/engin

16、eer功能如下： 1 特征驅(qū)動（例如：凸臺、槽、倒角、腔、殼等）； 2 參數(shù)化（參數(shù)=尺寸、圖樣中的特征、載荷、邊界條件等）；3 通過零件的特征值之間，載荷/邊界條件與特征參數(shù)之間（如表面積等）的關(guān)系來進(jìn)行設(shè)計。 4 支持大型、復(fù)雜組合件的設(shè)計(規(guī)則排列的系列組件，交替排列，proprogram的各種能用零件設(shè)計的程序化方法等)。 5 貫穿所有應(yīng)用的完全相關(guān)性(任何一個地方的變動都將引起與之有關(guān)的每個地方變動)。其它輔助模塊將進(jìn)一步提高擴(kuò)展 proengineer的基本功能。 二、 proassembly pro/assembly是一個參數(shù)化組裝管理系統(tǒng)，能提供用戶自定義手段去生成一組組裝系列

17、及可自動地更換零件。pro/assembly是 pro/adssembly的一個擴(kuò)展選項(xiàng)模塊，只能在 pro/engineer環(huán)境下運(yùn)行，它具有如下功能： 1 在組合件內(nèi)自動零件替換(交替式)2 規(guī)則排列的組合(支持組合件子集) 3 組裝模式下的零件生成(考慮組件內(nèi)已存在的零件來產(chǎn)生一個新的零件) 4 pro/assembly里有一個 pro/program模塊，它提供一個開發(fā)工具。使用戶能自行編寫 參數(shù)化零件及組裝的自動化程序，這種程序可使不是技術(shù)性用戶也可產(chǎn)生自定義設(shè)計，只需要 輸入一些簡單的參數(shù)即可。 5 組件特征(繪零件與，廣組件組成的組件附加特征值如：給兩中零件之間加一個焊接特征等）

18、。 三、 procabling pro/cabling提供了一個全面的電纜布線功能，它為在pro/engineer的部件內(nèi)真正設(shè)計三維 電纜和導(dǎo)線束提供了一個綜合性的電纜鋪設(shè)功能包。三維電纜的鋪設(shè)可以在設(shè)計和組裝機(jī)電裝置時同時進(jìn)行，它還允許工程設(shè)計者在機(jī)械與電纜空間進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。pro/cabling功能包括： 1 新特征包括：電纜、導(dǎo)線和電線束； 2 用于零件與組件的接插件設(shè)計； 3 在pro/engineer零件和部件上的電纜、導(dǎo)線及電線束鋪設(shè)； 4 生成電纜/導(dǎo)線束直線長度及bom信息； 5 從所鋪設(shè)的部件中生成三維電纜束布線圖； 6 對參數(shù)位置的電纜分離和連接； 7 空間分布要求的計算

19、，包括干涉檢查； 8 電纜質(zhì)量特性，包括體積、質(zhì)量慣性、長度； 9 用于插頭和導(dǎo)線的規(guī)定符號。 第3章.無碳小車設(shè)計的理路指導(dǎo) 3.1 小車的運(yùn)動原理以及如何實(shí)現(xiàn)正余弦曲線1.小車的運(yùn)動原理重物的牽引帶動原動輪輪的轉(zhuǎn)動，原動輪的轉(zhuǎn)動帶動齒輪輪，再根據(jù)兩齒輪之間的齒輪粘合帶動驅(qū)動輪和齒輪的轉(zhuǎn)動，帶動齒輪盤的轉(zhuǎn)動，從而使方向桿左右運(yùn)動的同時，前后運(yùn)動，桿的偏轉(zhuǎn)，使得轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)，根據(jù)驅(qū)動輪輪和轉(zhuǎn)向輪的合運(yùn)動，小車就可以按照要求一邊行走一邊轉(zhuǎn)彎。 梯形原動輪 2.梯形原動輪的原理1.在起始時原動輪的轉(zhuǎn)動半徑較大，起動轉(zhuǎn)矩大，有利起動。2.起動后，原動輪半徑變小，轉(zhuǎn)速提高，轉(zhuǎn)矩變小，和阻力平衡后小車勻速

20、運(yùn)動。3.當(dāng)物塊距小車很近時，原動輪的半徑再次變小，繩子的拉力不足以使原動輪勻速轉(zhuǎn)動，但是由于物塊的慣性，仍會減速下降，原動輪的半徑變小，總轉(zhuǎn)速比提高，小車緩慢減速，直到停止，物塊停止下落，正好接觸小車。 初步啟動時轉(zhuǎn)矩大約是360n.mm，滾動摩擦力大約為f=320n.mm，小車可以正常起步。3.2 小車各個尺寸設(shè)計的推導(dǎo)： 無碳小車二維示意圖根據(jù)題目中賽道寬度2m，以及每間隔1m，放置一個直徑20mm、高200mm的彈性障礙圓棒，以及賽道的大致行走路線（如圖四），我組擬定一些實(shí)際尺寸的大小以及推導(dǎo) 無碳小車在重力勢能作用下自動行走示意圖 考慮到要使小車的運(yùn)動軌跡盡可能沿直線運(yùn)動,繞過的障礙

21、物越多,但又得考慮要使小車不碰到障礙物,經(jīng)過我組在各方面的考慮,小車的寬度定為24cm, 底板m的厚度為5mm，小車的長度200mm，而轉(zhuǎn)向輪的直徑為30mm,經(jīng)網(wǎng)上查得,橡皮輪胎與干地面之間的動摩擦因素為0.71。根據(jù)運(yùn)動軌跡路線，它須偏離直線方向35cm以及兩圓柱障礙物的實(shí)際距離為98cm，我們采用matlab軟件模擬得e齒輪半徑為10mm，齒輪盤半徑為64mm，底板厚度為5mm，軸1和軸2直徑為6mm，方向桿的長度為160mm，方向桿與齒輪盤的連接點(diǎn)的半徑55mm， b齒輪的厚度為20mm，d齒輪的厚度為17mm，轉(zhuǎn)向支撐塊中孔的寬高大小為3-6mm，轉(zhuǎn)向輪和驅(qū)動輪的寬度為1cm。mat

22、lab是矩陣實(shí)驗(yàn)室（matrix laboratory）的簡稱，是美國mathworks公司出品的商業(yè)數(shù)學(xué)軟件，用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計算的高級技術(shù)計算語言和交互式環(huán)境，主要包括matlab和simulink兩大部分。 幾種材料間的動摩擦因數(shù) 材料動摩擦因數(shù)鋼鋼0.25木木0.30木金屬0.20皮革鑄鐵0.28鋼冰0.02木頭冰0.03橡膠輪胎路面（干）0.71 驅(qū)向輪所獲得的摩擦阻力大約為6n,假定兩驅(qū)向輪的直徑為120mm,則其轉(zhuǎn)矩m=f*r=360n.m,由于該車子的運(yùn)動基本上是勻速運(yùn)動,所以同軸上的轉(zhuǎn)矩相等,所以d齒輪的轉(zhuǎn)矩也為60n.m,設(shè)其半徑為r ,則b、d邊

23、緣所受到的力fd=fb=60/r ,所以d齒輪的轉(zhuǎn)矩為md=fd*rd=60r/r ,因?yàn)樾≤囀莿蛩傩惺?所以物體下降也應(yīng)該是勻速下降,a齒輪的轉(zhuǎn)矩:ma=mg*ra=10*10=100n.m,又根據(jù)同一軸上轉(zhuǎn)矩相等,所以b的轉(zhuǎn)矩:mb=ma=100n.m,得rb/rd=3.6。如何實(shí)現(xiàn)正余弦曲線重物的牽引帶動原動輪輪的轉(zhuǎn)動，原動輪的轉(zhuǎn)動帶動齒輪輪，再根據(jù)兩齒輪之間的齒輪粘合帶動驅(qū)動輪和齒輪的轉(zhuǎn)動，帶動齒輪盤的轉(zhuǎn)動，從而使方向桿左右運(yùn)動的同時，前后運(yùn)動，桿的偏轉(zhuǎn)，使得轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)，根據(jù)驅(qū)動輪輪和轉(zhuǎn)向輪的合運(yùn)動，小車就可以按照要求一邊行走一邊轉(zhuǎn)彎。方向桿轉(zhuǎn)動一個周期，小車的轉(zhuǎn)向輪同時也轉(zhuǎn)動了一個周

24、期。 通過運(yùn)用matlab計算結(jié)果及模擬得到，其行進(jìn)的路線大體是呈一正玄曲線 y=0.35sinx 求導(dǎo)得到在每個位置的轉(zhuǎn)角的正切大?。?y=0.35cosx ；我們可以得到前輪的最大轉(zhuǎn)角為36 第3章.轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計 轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)簡圖 采用凸輪推桿轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)4.1 自由度的計算 平面機(jī)構(gòu)自由度，由于在平面機(jī)構(gòu)中，各構(gòu)件只做平面運(yùn)動，所以每個自由機(jī)構(gòu)只具有三個自由。而每個平面低副（轉(zhuǎn)動副和移動副）個提供兩個約束，每個平面高副只提供一個約束。設(shè)平面機(jī)構(gòu)中共有n個活動構(gòu)件（機(jī)架不是活動構(gòu)件），在個機(jī)構(gòu)件尚未用運(yùn)動副連接時，它們共有3n個自由度。而當(dāng)個機(jī)構(gòu)用運(yùn)動副連接之后，設(shè)共有p1個低副和ph個高副，則

25、它們提供（2p1+ph）個約束，故機(jī)構(gòu)的自由度為 f=3n-（2p1+ph） 機(jī)構(gòu)簡圖 f=3n-（2p1+ph）=1得出此機(jī)構(gòu)的運(yùn)動可以實(shí)現(xiàn)。4.2 齒輪傳動 圓柱齒輪傳動 用于平行軸間的傳動，一般傳動比單級可到8,最大20，兩級可到45,最大60，三級可到200，最大300。傳遞功率可到10萬千瓦,轉(zhuǎn)速可到10萬轉(zhuǎn)分，圓周速度可到300米/秒。單級效率為0.960.99。直齒輪傳動適用于中、低速傳動。斜齒輪傳動運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，適用于中、高速傳動。人字齒輪傳動適用于傳遞大功率和大轉(zhuǎn)矩的傳動。圓柱齒輪傳動的嚙合形式有3種:外嚙合齒輪傳動，由兩個外齒輪相嚙合，兩輪的轉(zhuǎn)向相反；內(nèi)嚙合齒輪傳動，由一個內(nèi)齒

26、輪和一個小的外齒輪相嚙合，兩輪的轉(zhuǎn)向相同；齒輪齒條傳動，可將齒輪的轉(zhuǎn)動變?yōu)辇X條的直線移動，或者相反。 錐齒輪傳動 用于相交軸間的傳動。單級傳動比可到6，最大到8，傳動效率一般為0.940.98。直齒錐齒輪傳動傳遞功率可到370千瓦，圓周速度5米秒。斜齒錐齒輪傳動運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，齒輪承載能力較高，但制造較難，應(yīng)用較少。曲線齒錐齒輪傳動運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，傳遞功率可到3700千瓦，圓周速度可到40米秒以上。 綜上所述根據(jù)本機(jī)構(gòu)選擇直尺圓柱齒輪傳動。4.22. 齒輪材料的選擇齒輪應(yīng)按照使用的工作條件選擇合適的材料。齒輪材料的合適與否于對齒輪的加工性能和使用壽命都有直接影響。1常用的齒輪材料制造齒輪常用的鋼有調(diào)質(zhì)鋼、

27、淬火鋼、滲碳淬火鋼和滲氮鋼。鑄鋼的強(qiáng)度比鍛鋼稍低，常用于尺寸較大的齒輪；灰鑄鐵的機(jī)械性能較差，可用于輕載的開式齒輪傳動中；球墨鑄鐵可部分地代替鋼制造齒輪 ；塑料齒輪多用于輕載和要求噪聲低的地方，與其配對的齒輪一般用導(dǎo)熱性好的鋼齒輪。未來齒輪正向重載、高速、高精度和高效率等方向發(fā)展，并力求尺寸小、重量輕、壽命長和經(jīng)濟(jì)可靠。而齒輪理論和制造工藝的發(fā)展將是進(jìn)一步研究輪齒損傷的機(jī)理，這是建立可靠的強(qiáng)度計算方法的依據(jù)，是提高齒輪承載能力，延長齒輪壽命的理論基礎(chǔ)；發(fā)展以圓弧齒廓為代表的新齒形；研究新型的齒輪材料和制造齒輪的新工藝； 研究齒輪的彈性變形、制造和安裝誤差以及溫度場的分布，進(jìn)行輪齒修形，以改善齒

28、輪運(yùn)轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性，并在滿載時增大輪齒的接觸面積，從而提高齒輪的承載能力。摩擦、潤滑理論和潤滑技術(shù)是 齒輪研究中的基礎(chǔ)性工作，研究彈性流體動壓潤滑理論，推廣采用合成潤滑油和在油中適當(dāng)?shù)丶尤霕O壓添加劑，不僅可提高齒面的承載能力，而且也能提高傳動效率。2齒輪材料的基本要求應(yīng)使齒面具有足夠的硬度和耐磨性，齒心具有足夠的韌性，以防止齒面的各種失效，同時應(yīng)具有良好的冷、熱加工的工藝性，以達(dá)到齒輪的各種技術(shù)要求。3材料的使用性能使用性能主要是指在工作條件下，材料應(yīng)具有的力學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能，這是選材時首先應(yīng)予保證的。對于機(jī)械零件和工程構(gòu)件，最重要的是力學(xué)性能。齒輪在機(jī)器中的主要作用是傳遞功率與調(diào)節(jié)速度

29、。在工作時，齒輪通過齒面得接觸傳遞動力，周期的受彎曲應(yīng)力盒接觸應(yīng)力。在嚙合的齒面上，還承受強(qiáng)烈的摩擦力和沖擊力等。因此要求齒輪材料具有：較高的彎曲疲勞和接觸疲勞強(qiáng)度；齒面有較高硬度和耐磨性；齒輪心部要有足夠的強(qiáng)度和韌性。所以材料采用40cr。4材料的工藝性能制造每一個零件都要經(jīng)過一系列的加工過程，因此，將材料加工成零件的難易程度，將直接影響零件的質(zhì)量、生產(chǎn)效率和加工成本。工藝性能中最突出的問題是切削加工性和熱處理工藝性。因此絕大部分材料需經(jīng)過切削加工和熱處理。5材料的經(jīng)濟(jì)性在滿足使用性能的前提下，選用材料時應(yīng)注意降低零件的總成本。零件的總成本包括材料本身的價格、加工費(fèi)和其他費(fèi)用，有時甚至還要包

30、括運(yùn)費(fèi)與安裝費(fèi)用。在金屬材料哦中，非金剛和鑄鐵的價格都比較低廉，而且加工方便。因此在能夠滿足零件力學(xué)性能與工藝性能的前提下，選用非合金剛和鑄鐵可降低成本。對于一些只要求表面性能高的零件，可選用廉價鋼種進(jìn)行表面強(qiáng)化處理來達(dá)到。另外，在考慮材料的經(jīng)濟(jì)性時不宜單純的以價格來比較材料的優(yōu)劣，而應(yīng)以綜合經(jīng)濟(jì)效益來評價材料的經(jīng)濟(jì)性。 初步選擇齒輪e，齒輪b，齒輪f，材料為40鋼（?；?齒輪d選擇zg310-570。4.24. 齒輪的尺寸計算齒頂高齒根高齒頂圓直徑齒根圓直徑孔徑b齒寬第5章 計算1.齒輪設(shè)計(1) 、選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù)。 1）按簡圖所示的傳動方案，選用直齒圓柱齒輪傳動。 傳

31、動簡圖 2）、此裝置運(yùn)轉(zhuǎn)速度不高，故選用7級精度。3）、材料選擇。齒條材料為40鋼（?；?，硬度為200hbs，齒輪材料為zg310-570硬度為160hbs，二者材料硬度差為40hbs。4）、齒輪齒數(shù)z1=17 z2=z1*3.6=612) 初步設(shè)計齒輪主要尺寸 (1) 設(shè)計準(zhǔn)則:先由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計算，再按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核。 (2) 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計，即 1 確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值.試選載荷系數(shù)。.計算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 .由機(jī)械設(shè)計表10-7選取齒寬系數(shù)。.由機(jī)械設(shè)計表10-6查得材料的彈性影響系數(shù)。.由機(jī)械設(shè)計圖10-21d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限；大齒輪的接觸

32、疲勞強(qiáng)度極限。.計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)（假設(shè)的轉(zhuǎn)速為240r/min）.由機(jī)械設(shè)計圖10-19取接觸疲勞壽命系數(shù)；。.計算接觸疲勞許用應(yīng)力取失效概率為1%,安全系數(shù)s=1 2.計算. 試算小齒輪分度圓直徑，代入中較小的值。 .計算圓周速度。 .計算齒寬。.計算齒寬與齒高之比 模數(shù) 齒高 .計算載荷系數(shù) 根據(jù)，7級精度，由機(jī)械設(shè)計圖10-8查得動載系數(shù)； 直齒輪，； 由機(jī)械設(shè)計表10-2查得使用系數(shù)； 由機(jī)械設(shè)計表10-4用插值法查得7級精度、小齒輪相對支撐非對稱分布時，； 由，查機(jī)械設(shè)計圖10-13得 故載荷系數(shù).按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑 .計算模數(shù) (3).按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計 彎曲強(qiáng)

33、度的設(shè)計公式 1.確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值.由機(jī)械設(shè)計圖10-20c查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限；大齒輪的彎曲強(qiáng)度極限；.由機(jī)械設(shè)計圖10-18取彎曲疲勞壽命系數(shù)，；.計算彎曲疲勞許用應(yīng)力； 取彎曲疲勞安全系數(shù) s=1.4，有 .計算載荷系數(shù)； .查取齒形系數(shù)；齒形系數(shù)yfa及應(yīng)力校正系數(shù)z(zv)17181920212223242526272829yfa2.972.912.852.802.762.722.692.652.622.602.572.552.53ysa1.521.531.541.551.561.571.5751.581.591.5951.601.611.62z(zv)30354045

34、5060708090100150200yfa2.522.452.402.352.322.282.242.222.202.182.142.122.06ysa1.6251.651.671.681.701.731.751.771.781.791.831.8651.97 注：1）基準(zhǔn)齒形的參數(shù)為=20 2）對內(nèi)齒輪：當(dāng)=20 由表查得；.查取應(yīng)力校正系數(shù)；由表查得；.計算大、小齒輪的并加以比較； 大齒輪的數(shù)值較大。.設(shè)計計算 對比計算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計算的模數(shù)大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計算的模數(shù)，由于齒輪的模數(shù)的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，僅與齒輪直

35、徑（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關(guān)，可取由彎曲強(qiáng)度算得的模數(shù)0.48并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值，按接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑，算出小齒輪齒數(shù) 大齒輪齒數(shù)，取。這樣設(shè)計出的齒輪傳動，既滿足了齒面接觸疲勞強(qiáng)度，又滿足了齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，并做到結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費(fèi)。(4).幾個尺寸計算1.計算分度圓直徑 2.計算中心距 3.計算齒輪寬度 取，。模數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值參考gb1357-87第一系列有：0.1，0.12，0.15，0.2，0.25，0.3，0.4，0.5，0.6，0.8，1，1.25，1.5，2，2.5，3，4，5，6，8，10，12，16，20，25，32，40，50.（優(yōu)先選用第一系列）。第二系列有0.35

36、，0.7，0.9，1.75，2.25，2.75，3.25，3.5，3.75，4.5，5.5，6.5，7，9，11，14，18，22，28，36，45.單位mm各齒輪的參數(shù)如下：b齒輪 z=33 分度圓直徑d=16.5mm 模數(shù)m=0.5 齒輪寬度d齒輪 z=119 分度圓直徑d=59.5 模數(shù)m=0.5 齒輪寬度 由于轉(zhuǎn)軸中的小齒輪如果滿足彎曲及疲勞強(qiáng)度的話，同軸上的其他齒輪無需進(jìn)行強(qiáng)度校核，設(shè)定其他齒輪參數(shù)如下：e齒輪 z=24 分度圓直徑d=20mm 模數(shù)=1.25 齒輪寬度b=8mmf齒輪盤 z=113 模數(shù)=1.25 齒輪寬度b=8mm 2.能量利用率及效率的計算1.本設(shè)計的能量轉(zhuǎn)換路

37、線如下重力勢能原動輪動能齒輪動能驅(qū)動輪轉(zhuǎn)動 轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)向其中轉(zhuǎn)換的步驟越少，其能量的損失越小。2. 效率分析小車的總效率，包括機(jī)械傳動效率和能量轉(zhuǎn)化效率機(jī)械傳動效率表序號傳動類別傳動型式傳動效率1圓柱齒輪傳動很好跑合的6級精度和7級精度齒輪傳動（稀油潤滑）0.980.992圓柱齒輪傳動8級精度的一般齒輪傳動（稀油潤滑）0.973圓柱齒輪傳動9級精度的齒輪傳動（稀油潤滑）0.964圓柱齒輪傳動加工齒的開式齒輪傳動（干油潤滑）0.940.965圓柱齒輪傳動鑄造齒的開式齒輪傳動0.900.936圓錐齒輪傳動很好跑合的6級精度和7級精度齒輪傳動（稀油潤滑）0.970.987圓錐齒輪傳動8級精度的一般齒輪

38、傳動（稀油潤滑）0.940.978圓錐齒輪傳動加工齒的開式齒輪傳動（干油潤滑）0.920.959圓錐齒輪傳動鑄造齒的開式齒輪傳動0.880.9210蝸桿傳動自鎖蝸桿0.40.4511蝸桿傳動單頭蝸桿0.70.7512蝸桿傳動雙頭蝸桿0.750.8213蝸桿傳動三頭和四頭蝸桿0.80.9214蝸桿傳動圓弧面蝸桿傳動0.850.9515帶傳動平帶無壓緊輪的開式傳動0.9816帶傳動平帶有壓緊輪的開式傳動0.9717帶傳動平帶交叉?zhèn)鲃?.918帶傳動v帶傳動0.9619鏈傳動焊接鏈0.9320鏈傳動片式關(guān)節(jié)鏈0.9521鏈傳動滾子鏈0.9622鏈傳動無聲鏈0.9723絲杠傳動滑動絲杠0.30.624

39、絲杠傳動滾動絲杠0.850.9525絞車卷筒0.940.9726滑動軸承潤滑不良0.9427滑動軸承潤滑正常0.9728滑動軸承潤滑特好（壓力潤滑）0.9829滑動軸承液體摩擦0.9930滾動軸承球軸承（稀油潤滑）0.9931滾動軸承滾子軸承（稀油潤滑）0.9832摩擦傳動平摩擦傳動0.850.9233摩擦傳動槽摩擦傳動0.880.9034摩擦傳動卷繩輪0.9535聯(lián)軸器浮動聯(lián)軸器0.970.9936聯(lián)軸器齒輪聯(lián)軸器0.9937聯(lián)軸器彈性聯(lián)軸器0.990.99538聯(lián)軸器萬向聯(lián)軸器（3）0.970.9839聯(lián)軸器萬向聯(lián)軸器（3）0.950.9740聯(lián)軸器梅花接軸0.970.9841聯(lián)軸器液力聯(lián)

40、軸器（在設(shè)計點(diǎn)）0.950.9842復(fù)滑輪組滑動軸承（i=26）0.980.9043復(fù)滑輪組滾動軸承（i=26）0.990.9544減（變）速器單級圓柱齒輪減速器0.970.9845減（變）速器雙級圓柱齒輪減速器0.950.9646減（變）速器單級行星圓柱齒輪減速器0.950.9647減（變）速器單級行星擺線針輪減速器0.900.9748減（變）速器單級圓錐齒輪減速器0.950.9649減（變）速器雙級圓錐-圓柱齒輪減速器0.940.9550減（變）速器無級變速器0.920.9551減（變）速器軋機(jī)人字齒輪座（滑動軸承）0.930.9552減（變）速器軋機(jī)人字齒輪座（滾動軸承）0.940.96

41、53減（變）速器軋機(jī)主減速器（包括主聯(lián)軸器和電機(jī)聯(lián)軸器）0.930.96本設(shè)計中重物的下降時勻速的繩帶動原動輪轉(zhuǎn)動，可看做帶傳動效率 =0.95齒輪傳動從齒輪設(shè)計的角度講，影響齒輪傳動效率的因素主要是嚙合角的大小和齒根滑動率的大小。另外，齒輪加工精度、齒面粗糙度、裝配等，都可以影響到齒輪傳動效率的。=0.98得出其機(jī)構(gòu)的總機(jī)械率大約為=0.823.最遠(yuǎn)距離的計算根據(jù)路徑圖科的小車在1/4個周期里面，轉(zhuǎn)過/2角度，即曲柄齒輪盤轉(zhuǎn)過/2角度。小車在行進(jìn)過程中能量通過摩擦生熱耗能，考慮各處磨損和車輪與地面的滾動摩擦力，可取摩擦因數(shù)f=0.010.02。小車的總重量大概為2-2.5kg左右小車行走過的

42、距離s=5/mgf=10-25m又對曲線方程 y=0.35sinx 曲線積分得4x0.35sinxds =4.2m即l1=4.2得行走距離l=s/l1=512m理論上設(shè)計的小車可前行512m左右。 4.軸的校核進(jìn)行軸的強(qiáng)度校核計算時，應(yīng)根據(jù)軸的具體受載及應(yīng)力情況，采取相應(yīng)的計算方法，并恰當(dāng)?shù)剡x取其許用應(yīng)力。對于僅僅（或主要）承受扭矩的軸（傳動軸），應(yīng)按扭矩強(qiáng)度條件計算，對于既承受彎矩又承受扭矩的軸，應(yīng)按彎扭合成強(qiáng)度條件進(jìn)行計算，需要時還應(yīng)按疲勞強(qiáng)度條件進(jìn)行精確校核。此外，對于瞬時過載很大或應(yīng)力循環(huán)不對稱性較為嚴(yán)重的軸，還應(yīng)該按峰尖在和校核其靜強(qiáng)度，以免產(chǎn)生過量的塑形變形。截面wwt截面wwtz花鍵齒數(shù)z花鍵齒數(shù)軸1的校核軸的直接初步設(shè)定為d=6mm，其他的相對位置關(guān)系如下圖所示。得ft=2t1/d1=3.36n f1=5.0nfr=ft tana=1.22n f2=8.7n 假設(shè)重物的重量是1kgti=100nmm算得 fnv2=3.6n fnv1=2.62n fnh2=7.39n fnh1=4.67n 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 （d=6mm） w=0.1進(jìn)行校核時，通常只校核軸上承受最大彎矩的截面的強(qiáng)度。根據(jù)軸單項(xiàng)旋轉(zhuǎn)，以及扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動循環(huán)變應(yīng)力，取a=0.6,軸的計算應(yīng)力。38