智能玩具小車的設(shè)計(jì)

PAGE摘要本設(shè)計(jì)課題研究的主題是將設(shè)計(jì)出一款擁有真實(shí)汽車一樣的變速小車。變速小車主要包括動(dòng)力系統(tǒng)，變速系統(tǒng)，控制轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，以及制動(dòng)系統(tǒng)。本課題選用了直流電動(dòng)機(jī)，和機(jī)械變速控制的變速箱，在操作上與真車無異。關(guān)鍵詞：變速、轉(zhuǎn)向、制動(dòng)目錄1緒論 12變速小車的整體設(shè)計(jì) 22.1變速小車工作原理 22.2變速小車各組成系統(tǒng)分析 22.3小車的主要設(shè)計(jì)參數(shù) 33小車變速系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 43.1變速箱的結(jié)構(gòu)分析 43.2小車變速箱的設(shè)計(jì) 43.2直流電機(jī)的選擇 103.3變速箱齒輪的設(shè)計(jì) 113.3.1變速箱齒輪的設(shè)計(jì) 113.4變速箱體軸的設(shè)計(jì) 173.4.1變速箱軸的設(shè)計(jì) 173.4.2輸出軸的設(shè)計(jì) 193.5鏈輪的設(shè)計(jì) 213.6離合器的選擇 223.7驗(yàn)算軸承壽命 233.8齒套的選擇 234方向控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 245小車制動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 255.1鼓式剎車優(yōu)缺點(diǎn) 255.2盤式剎車的優(yōu)缺點(diǎn) 256小車輪軸的校核 276.1小車后輪軸校核 276.2小車前左軸校核 28參考資料 29致謝辭 31PAGE321緒論隨著社會(huì)的發(fā)展，生活水平的提高，人們生活已漸漸從物質(zhì)生活轉(zhuǎn)變成精神生活，這使得各種各樣的消費(fèi)品為世人所接受。而由于過大的人口基數(shù)，使得中國(guó)實(shí)行了計(jì)劃生育的基本國(guó)策，獨(dú)生子女越來越多，這使得孩子逐漸成為了人們的中心，孩子的消費(fèi)在家庭中也占了很大的比重，同時(shí)兒童的玩具也出現(xiàn)了不同的元素。玩具小車自從汽車出現(xiàn)就已在男孩子的玩具世界中占了重要的角色，幾年前更是出現(xiàn)了自動(dòng)行駛的玩具小車，推動(dòng)了玩具小車市場(chǎng)，逐漸向汽車靠攏，各種各樣的玩具小車也出現(xiàn)在市場(chǎng)當(dāng)中。雖然現(xiàn)在市場(chǎng)中的玩具小車名目繁多，各式各樣，可是卻與現(xiàn)實(shí)的汽車存在差異。首先：現(xiàn)今的玩具小車雖然已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了如真實(shí)汽車一樣的手動(dòng)操作，卻只有固定的兩個(gè)轉(zhuǎn)速，一個(gè)是前進(jìn)，另一個(gè)則是后退，不能像真實(shí)汽車一樣的實(shí)現(xiàn)變速，降低了玩具小車的操作性。其次：現(xiàn)今的玩具小車行駛速度過慢，往往還趕不上成人步行的速度，這樣雖然安全，可是卻體現(xiàn)不出駕駛的刺激與樂趣，使玩具小車永遠(yuǎn)停留在玩具的高度，得不到提高。本課題主要是致力于設(shè)計(jì)出一款與真實(shí)汽車并無多大差異的玩具小車，使玩具小車具有變速能力，具有不同的轉(zhuǎn)速的同時(shí)還加上了離合器、剎車等汽車中上的主要操作部件，使玩具小車具有同汽車一樣的操作方法。這樣既能提高玩具小車的操作性，還能把小車當(dāng)作駕駛教具，讓孩子在玩耍的同時(shí)還能掌握駕駛技術(shù)，可謂是一舉兩得。2變速小車的整體設(shè)計(jì)2.1變速小車工作原理變速小車是靠固定轉(zhuǎn)速的電機(jī)提供初始轉(zhuǎn)速，在經(jīng)過變速裝置將轉(zhuǎn)速傳遞到小車后輪上，使小車具有動(dòng)力。傳動(dòng)原理如圖1。圖1小車傳動(dòng)原理圖2.2變速小車各組成系統(tǒng)分析變速小車主要是由動(dòng)力系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、車身四大部分組成。小車的動(dòng)力原件是直流電動(dòng)機(jī)，它將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能輸出動(dòng)力和轉(zhuǎn)速，再通過變速箱將動(dòng)力和轉(zhuǎn)速傳遞給小車。小車的傳動(dòng)系統(tǒng)是由電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)速，通過聯(lián)軸器傳遞到變速箱的第一軸，再在變速箱內(nèi)通過多軸不同齒輪的嚙合產(chǎn)生不同的傳動(dòng)比，將電機(jī)固定轉(zhuǎn)速實(shí)行多級(jí)分化，讓小車達(dá)到變速的功能。小車的控制部分主要分為三個(gè)部分組成。一是方向控制；二是變速控制系統(tǒng)；三是制動(dòng)系統(tǒng)。這三個(gè)部分的控制主要是依靠曲柄連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。變速控制是將變速桿與曲柄聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)相連，通過曲柄聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)撥動(dòng)鏈條，使不同的齒輪嚙合，完成變速功能；方向控制則是通過斜輪嚙合將方向盤的斜向轉(zhuǎn)動(dòng)傳動(dòng)到連桿機(jī)構(gòu)上，通過連桿機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)前輪，完成前輪的轉(zhuǎn)向問題使小車前輪實(shí)現(xiàn)單向轉(zhuǎn)動(dòng)，達(dá)到現(xiàn)實(shí)汽車的轉(zhuǎn)向。制動(dòng)是通過制動(dòng)控制器連接曲柄聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)，分離動(dòng)力元件和工作元件，避免制動(dòng)時(shí)電機(jī)忽然停轉(zhuǎn)增大電流燒毀電機(jī)，其次在通過曲柄聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)控制制動(dòng)元件實(shí)現(xiàn)制動(dòng)。2.3小車的主要設(shè)計(jì)參數(shù)主要參數(shù)小車時(shí)速：10km/h8km/h5km/h3km/h額定載客：1人額定載重：50kg3小車變速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3.1變速箱的結(jié)構(gòu)分析發(fā)動(dòng)機(jī)的物理特性決定了變速箱的存在。首先，任何發(fā)動(dòng)機(jī)都有其峰值轉(zhuǎn)速；其次，發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率及最大扭矩在一定的轉(zhuǎn)速區(qū)出現(xiàn)。比如，發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率出現(xiàn)在5500轉(zhuǎn)。變速箱可以在汽車行駛過程中在發(fā)動(dòng)機(jī)和車輪之間產(chǎn)生不同的變速比，換檔可以使得發(fā)動(dòng)機(jī)工作在其最佳的動(dòng)力性能狀態(tài)下。變速箱雖然主要目的是為了使小車實(shí)現(xiàn)變速的功能，同時(shí)使用變速箱卻也使得小車性能更加優(yōu)越。例如：當(dāng)小車正要起步或爬坡時(shí)，這時(shí)轉(zhuǎn)矩過大，電機(jī)內(nèi)部電流增高，如果突然停止此時(shí)電流無限升高，很可能將電機(jī)燒壞。但是如果此時(shí)使用大傳動(dòng)比的齒輪傳遞轉(zhuǎn)速，這樣可以增大力矩，減小電機(jī)轉(zhuǎn)速，可以起到保護(hù)電機(jī)的作用，同時(shí)還提高了小車的操作性。由于玩具小車體型上的限制，這就要求變速箱擁有較小尺寸的同時(shí)還要達(dá)到變速要求。為了使變速箱體型更加緊湊，通過查閱了各種變速箱的結(jié)構(gòu)特選定了多軸連桿傳動(dòng)的變速箱。這種變速箱就是將主動(dòng)軸分布在同一直線上，再將被動(dòng)軸分布在另一直線上。輸出軸上的齒輪與軸體是虛套的，各齒輪雖然與輸入軸對(duì)應(yīng)的齒輪常接合，但每一時(shí)刻只有其中一對(duì)齒輪起作用，其它齒輪空轉(zhuǎn)。不同的齒對(duì)起作用，輸出軸的轉(zhuǎn)速就不同。通過改變起作用的齒對(duì)，可以實(shí)現(xiàn)不同的傳動(dòng)比。實(shí)現(xiàn)變速的關(guān)鍵部件是套在輸出軸上的滑套，它通過花鍵與輸出軸連接，帶動(dòng)軸體旋轉(zhuǎn)。駕駛者通過拔叉控制滑套與旋轉(zhuǎn)齒輪的接合?；咨厦嬗型箟K，滑套的凸塊插入齒輪的凹位，把滑套與齒輪固連在一起，使齒輪帶動(dòng)滑套，滑套帶動(dòng)輸出軸，將動(dòng)力從輸入軸傳送至輸出軸。擺動(dòng)撥叉可以控制滑套與不同齒輪的結(jié)合與分離，達(dá)到換檔的目的。3.2小車變速箱的設(shè)計(jì)變速器具有這樣幾個(gè)功用：①改變傳動(dòng)比，擴(kuò)大驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的變化范圍，以適應(yīng)經(jīng)常變化的行駛條件，同時(shí)使發(fā)動(dòng)機(jī)在有利(功率較高而油耗較低)的工況下工作；②在發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)方向不變情況下，使汽車能倒退行駛；③利用空擋，中斷動(dòng)力傳遞，以發(fā)動(dòng)機(jī)能夠起動(dòng)、怠速，并便于變速器換檔或進(jìn)行動(dòng)力輸出。而變速箱實(shí)現(xiàn)便速的原理則是通過撥叉擺動(dòng)滑套與旋轉(zhuǎn)齒輪的接合，不同的齒輪嚙合組擁有不同的傳動(dòng)比，而通過滑套與不同的齒輪對(duì)連接就實(shí)現(xiàn)了不同的轉(zhuǎn)速。變速箱的工作原理如圖2所示：圖2變速箱的工作原理圖如圖2所示，綠色輸入軸通過離合器和發(fā)動(dòng)機(jī)相連。通過一對(duì)固定齒輪的嚙合，綠色軸帶動(dòng)紅色中間軸的旋轉(zhuǎn)。黃色軸輸出軸是一根等直花鍵軸，兩藍(lán)色齒輪空套在軸上，藍(lán)色齒輪和輸出軸是由套筒來連接的，套筒隨著花鍵軸轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)也可以在軸上左右自由滑動(dòng)來嚙合齒輪（藍(lán)色）。當(dāng)小車要變速時(shí)只要通過換擋叉撥動(dòng)滑套與與之轉(zhuǎn)速相對(duì)應(yīng)的齒輪就可實(shí)現(xiàn)變速。小車變速原理，如圖3：圖3小車變速原理圖如圖所示，輸入軸（綠色）帶動(dòng)中間軸，中間軸帶動(dòng)右邊的齒輪（藍(lán)色），齒輪通過套筒和花鍵軸相連，傳遞能量至驅(qū)動(dòng)軸上。在這同時(shí)，左邊的齒輪（藍(lán)色）也在旋轉(zhuǎn)，但是由于它是空套在軸上，且沒有和軸套結(jié)合所以其轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)小車行進(jìn)沒有影響。

當(dāng)套筒在兩個(gè)齒輪中間時(shí)，變速箱在空擋位置，兩齒輪都不與軸套結(jié)合。以上是變速箱的變速原理，而實(shí)際的變速箱則要比之復(fù)雜許多，其擁有的變速級(jí)數(shù)也就更多，在擁有不同的變速比的同時(shí)還擁有了倒退的檔位。要實(shí)現(xiàn)不用使電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)就能實(shí)現(xiàn)倒檔只要在一齒輪對(duì)中間加上一個(gè)齒輪，就可是傳動(dòng)方向轉(zhuǎn)變，如圖4所示：圖4換向原理圖齒輪（藍(lán)色）始終朝其他齒輪（藍(lán)色）相反的方向轉(zhuǎn)動(dòng)。這樣就實(shí)現(xiàn)了倒檔。本課題所研究的玩具小車擁有4個(gè)速度，和一個(gè)倒檔。當(dāng)拍檔桿波到一檔時(shí)，換擋叉波動(dòng)軸套與一檔的齒輪結(jié)合，其它檔位依然。傳動(dòng)系統(tǒng)圖如下：圖5小車變速箱傳動(dòng)系統(tǒng)圖換擋原理：首先在變速箱的頂部開有供換擋叉移動(dòng)的槽。如圖所示圖6變速箱體換擋位圖7拍檔桿檔位置當(dāng)拍檔桿、換擋叉處于中間位置，三個(gè)軸套不予任一齒輪接合，所有齒輪在軸上空轉(zhuǎn)，不傳遞功率。當(dāng)拍檔桿處于1檔位置時(shí)，換擋叉向左運(yùn)動(dòng)與一檔大齒輪接合，當(dāng)拍檔桿處于2檔時(shí)，換檔叉向右運(yùn)動(dòng)，與2檔齒輪接合，其他依然。要實(shí)現(xiàn)同一時(shí)間有且只有一個(gè)齒輪和軸套接合，只有在特定的檔位時(shí)，三個(gè)換叉只有一個(gè)可以運(yùn)動(dòng)到接合位置。為此將與換檔叉相連的連接桿設(shè)計(jì)如下。在換擋叉與連接桿接觸的地方鉆孔裝上彈簧彈珠，并在換擋叉的套筒上相對(duì)位置上鉆孔，用于換擋叉與連桿的定位與連接。如圖所示：當(dāng)拍檔桿處于1檔位置時(shí)，2、3換擋桿受變速箱空位影響不能移動(dòng)，彈珠受套筒擠壓壓下彈簧就可從套筒空內(nèi)彈出，這樣就只有一個(gè)軸套與齒輪接合；當(dāng)推出一檔時(shí)，彈珠受套筒擠壓向下運(yùn)動(dòng)，又可回到初始位置，使三個(gè)換擋叉同是運(yùn)動(dòng)。變速箱是連接電機(jī)和工作原件的中間機(jī)構(gòu)，所以要確定其各個(gè)參數(shù)要通過所選電機(jī)和實(shí)際車速?zèng)Q定。3.2直流電機(jī)的選擇電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)經(jīng)鏈輪傳動(dòng)后,驅(qū)動(dòng)車輪旋轉(zhuǎn)，從而使車體沿車場(chǎng)內(nèi)車道運(yùn)行。所以電機(jī)表現(xiàn)為克服車輪在車道上旋轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)的摩擦力作功。車輛載客運(yùn)行最大速度需用功率已知負(fù)荷：N=（50kg×9.8N）/4=122.5N所以摩擦力f=μN(yùn)=0.15×122.5≈18.38Nμ—摩擦系數(shù)最大運(yùn)行速度:v=10km/h≈2.8m/s需用功率P1=k.f.v/(η鏈)=1.3×18.38×2.8*0.96)≈256wk—?jiǎng)虞d系數(shù)現(xiàn)有小車所有時(shí)速分別為10km/h8km/h5km/h再根據(jù)設(shè)計(jì)中小車車輪的直徑是200mm由此可以計(jì)算出小車的周長(zhǎng)是1.26m再通過小車時(shí)速可以算出小車后輪轉(zhuǎn)速分別為133r/min106r/min66r/min40r/min由于直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速可以根據(jù)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)所得，故而現(xiàn)選用電機(jī)轉(zhuǎn)速為106r/min功率為300W＞256W故而可選額定工作電壓：DC12V電機(jī)功率：300w電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速:106r/min3.3變速箱齒輪的設(shè)計(jì)現(xiàn)已知，電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)速106r/min,輸出功率300w,變速箱輸出轉(zhuǎn)速133r/min106r/min66r/min40r/min則變速箱的傳動(dòng)比為=0.83.3.1變速箱齒輪的設(shè)計(jì)各齒輪由于傳動(dòng)比功率的不同，其選用的齒輪材料也不相同?，F(xiàn)選用最高級(jí)傳動(dòng)小齒輪材料HT300查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表5-1得：硬度為207~310HB，取210~300HB大齒輪輪材料HT200硬度為151~229HB，取160~220HB次高級(jí)傳動(dòng)小齒輪材料HT250硬度為：180~169HB，取190~160HB大齒輪材料HT200齒面硬度151~229，取160~220HB下一級(jí)小齒輪材料HT250硬度為：180~169HB，取190~160HB大齒輪材料HT200硬度為151~229HB，取160~220HB：最低級(jí)小齒輪材料:HT250硬度為：180~169HB，取190~160HB大齒輪材料:HT200硬度為151~229HB，取160~220HB.先設(shè)計(jì)最高級(jí)齒輪對(duì)，即是傳遞小車最低轉(zhuǎn)速的齒輪對(duì)（一檔齒輪）。選齒輪精度為8級(jí)查《機(jī)械設(shè)計(jì)》得：，。計(jì)算其盈利循環(huán)次數(shù)N查《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖5-17得，（允許有一定點(diǎn)蝕）取,，計(jì)算疲勞許用應(yīng)力由《機(jī)械設(shè)計(jì)》世5-28得按接觸疲勞強(qiáng)度確定中心距由《機(jī)械設(shè)計(jì)》世5-18得世中由于轉(zhuǎn)速不高初取取由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表5-5得由《機(jī)械設(shè)計(jì)》世（5-14）計(jì)算初定中心距取=85mm一般取取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)m=1齒數(shù)取整48則可得到圓周速度由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表5-6知選取齒輪精度8是合適的由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表5-3知電機(jī)驅(qū)動(dòng)平穩(wěn)取按8級(jí)精度查《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖5-7a得按8級(jí)精度由表5-4得由《機(jī)械原理》公式計(jì)算端面重合度由《機(jī)械設(shè)計(jì)》公式（5-17）得故而是安全的從而可這對(duì)齒輪得參數(shù)如下m=1由于所有齒輪平行分布在兩條軸上，所以其中心距是相等得所以可得到所有齒輪對(duì)的模數(shù)是相同得都是m=1且同上可算出各齒輪對(duì)得參數(shù)如下且校核安全傳動(dòng)比為1.6得齒輪對(duì)傳動(dòng)比為1的齒輪對(duì)傳動(dòng)比為0.8的齒輪對(duì)實(shí)現(xiàn)倒檔的齒輪對(duì)3.4變速箱體軸的設(shè)計(jì)3.4.1變速箱軸的設(shè)計(jì)主動(dòng)軸的設(shè)計(jì)由以上部分可知：主動(dòng)軸傳動(dòng)的功率為300W，轉(zhuǎn)速為106r/min五隊(duì)齒輪都是直齒圓柱齒輪。其分度圓直徑分別為48mm、66mm85mm95mm40mm齒寬分別為19.1mm26mm34mm29mm16mm該軸傳遞的功率小，轉(zhuǎn)速低故而齒輪材料選用45優(yōu)質(zhì)碳素鋼調(diào)制處理，其機(jī)械性能由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表8-1查得按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度先計(jì)算軸徑由《機(jī)械設(shè)計(jì)》式（8-2）及表8-2得mm考慮到軸安裝齒輪需要開鍵槽故而將直徑加大并區(qū)標(biāo)準(zhǔn)值，所以軸端最小直徑為17mm現(xiàn)以的等直徑軸為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)a：在軸的輸入端安裝牙嵌式離合器，其空徑為17mm長(zhǎng)度為30mm離合器與外端面由于要安裝離合器裝置所以與軸承相距30mm根據(jù)裝菜需要安裝軸承的軸段直徑應(yīng)該較最小直徑稍大，故初選61804軸承，其孔徑為20mm寬為7mm軸承與齒輪相距為10mm所有齒輪之間相距為30mm且用軸套固定。其各部件分布如下按彎矩合成校核軸`因?yàn)槠滢D(zhuǎn)速相同，轉(zhuǎn)矩相同，故而只要校核其中最危險(xiǎn)截面輸出軸轉(zhuǎn)矩由于所以可以算出其所受彎矩分在四段軸上，分別由四個(gè)軸承承擔(dān)，其中第一段受彎矩最大，故而只校核第一段其水平面支承力平面彎矩：彎矩：故而是安全的3.4.2輸出軸的設(shè)計(jì)已知：該軸傳遞的功率為300W，轉(zhuǎn)速分別為133r/min106r/min66r/min40r/min軸上分布齒輪直徑分別為112mm104mm85mm75mm64mm寬度分別為18mm24mm34mm31mm14mm且都是直齒圓柱齒輪。選擇軸的材料該軸傳遞小功率，轉(zhuǎn)速低，無特殊要求，故而選用45優(yōu)質(zhì)碳素鋼調(diào)制處理其機(jī)械性能可以查出按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度初步計(jì)算軸徑由《機(jī)械設(shè)計(jì)》式（8-2）和表8-2得由上式可以算出：由于軸上要開鍵槽。故加大軸徑尺寸，取d=25mm因軸上要按章相同尺寸的軸承，且要求齒套在軸上滑動(dòng)，所以將軸設(shè)計(jì)為等直徑軸軸上部件都由軸套定位。在軸的輸出端安裝鏈輪，輪孔設(shè)定為15mm，其與軸承相距為15mm因要與主動(dòng)論上的齒輪嚙合，故軸向零件分布與主動(dòng)輪相同。按彎矩強(qiáng)度條件校核軸軸所受彎矩扭矩圖(略)由于鏈輪端所受彎矩最大，且開有鍵槽，故而只校核這一段軸軸輸出功率為圓周力水平支承力平面彎矩彎矩所以其安全3.5鏈輪的設(shè)計(jì)由于玩具小車行駛過程中由顛簸，為了保護(hù)人體要在輪子上安裝減震器，若用齒輪嚙合會(huì)使齒輪產(chǎn)生沖撞損壞齒輪，所以選用鏈輪將轉(zhuǎn)速傳遞給工作軸。已知傳遞功率主動(dòng)軸和傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速相同載荷平穩(wěn)，兩軸中心距為40mm該鏈輪傳動(dòng)比為1鏈速為1~3由表3.5選取選定鏈型號(hào)，確定鏈節(jié)距式中工況系數(shù)由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表4.7查得小鏈系數(shù)由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖4-13查得由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表4.7查得根據(jù)選定鏈輪型號(hào)為08A得P=12.7演算鏈速度故鏈速合適計(jì)算節(jié)數(shù)由于先選定其中心距為40取節(jié)數(shù)為27根據(jù)轉(zhuǎn)速及圖4-16選取人工定期潤(rùn)滑計(jì)算鏈輪主要幾何尺寸分度圓其他尺寸從略3.6離合器的選擇離合器的公用主要是用來分離動(dòng)力原件及工作原件，使小車在換擋和制動(dòng)的時(shí)候本課題選的是牙嵌式離合器，這類離合器的特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，離合容易，離合時(shí)間短。其主要尺寸為外徑mm選D=40mm內(nèi)徑mm取 mm牙寬度mm牙高度=（0.5-1）b=5.5mm牙數(shù)取單數(shù)為53.7驗(yàn)算軸承壽命輸入軸所選用的軸承是68704其使用年限是三年每年工作300天每天工作2小時(shí)并查《機(jī)械設(shè)計(jì)》得其當(dāng)量動(dòng)載荷為1.3輸出軸擁有四個(gè)轉(zhuǎn)速，以最快轉(zhuǎn)速校核其選用的齒輪為61805它的動(dòng)載系數(shù)為由動(dòng)載荷計(jì)算公式得C=3.97小于許用載荷4.3故其安全3.8齒套的選擇齒套是將空轉(zhuǎn)的齒輪與軸練成一體，其工作原理與離合器相同，由于本課題的玩具小車承載不大，且轉(zhuǎn)速不高，傳遞轉(zhuǎn)矩小，所以特選用與離合器結(jié)構(gòu)相同的齒套，材料為45號(hào)優(yōu)質(zhì)鋼，主要尺寸如下齒套外徑為50mm齒套內(nèi)徑為35mm牙寬度為8mm牙高度為4方向控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方向盤是控制小車行駛過程中所需要實(shí)現(xiàn)的方向轉(zhuǎn)變的控制工具，它的使用性能決定在著控制小車方向的準(zhǔn)確程度。要使小車完成現(xiàn)實(shí)汽車相同的轉(zhuǎn)向控制小車的兩個(gè)前輪就不能布置在同一根軸上，分別布置在車的兩邊，固定在車架上，并安裝減震裝置。本課題設(shè)計(jì)的玩具小車要實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向主要使靠一套曲柄滑塊機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的。其主要包括的構(gòu)件為：方向盤，錐齒輪，和一套由三個(gè)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)組成的機(jī)構(gòu)組成。方向盤，方向盤是圓環(huán)形狀的一個(gè)零件，由三根橫桿支撐，與水平面成45度角安裝在小車前部圓心處的下端聯(lián)接的是傳動(dòng)桿，它跟隨方向盤一起轉(zhuǎn)動(dòng)；傳動(dòng)桿的另一端與圓錐齒輪1相連，傳動(dòng)桿的轉(zhuǎn)動(dòng)圓錐齒輪2一起轉(zhuǎn)動(dòng)，將方向盤傳遞的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換到水平面上，而圓錐齒輪2則連接一個(gè)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，滑塊與關(guān)節(jié)軸相連，關(guān)節(jié)軸的一段連接在小車前輪上，當(dāng)方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，同過關(guān)節(jié)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)就可實(shí)現(xiàn)小車轉(zhuǎn)向。曲柄滑塊機(jī)構(gòu)設(shè)定一定長(zhǎng)度，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)達(dá)到一極限角度時(shí)，曲柄滑塊機(jī)構(gòu)與關(guān)節(jié)軸成90度角到達(dá)極限位置就不能在轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)。其機(jī)構(gòu)安裝如圖所示5小車制動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)剎車系統(tǒng)有盤式、鼓式兩種，盤式剎車又可分為盤式與通風(fēng)盤式。碟式、盤式、摩擦片式都可歸于盤式剎車。

盤式剎車的作用方式與普通自行車的制動(dòng)方式相似———卡鉗上的剎車片、與車輪鏈接的剎車盤在剎車時(shí)相互作用，直到車輪停止轉(zhuǎn)動(dòng)。通風(fēng)盤則是在剎車盤上打孔，利用行駛帶來的自然風(fēng)幫助散熱。鼓式剎車的作用方式與自行車的“漲閘”相似———盆形的剎車鼓與車輪相連、半月形的剎車片在連桿的作用下向上頂起，使車輪停轉(zhuǎn)。盤式剎車可以方便地與ABS系統(tǒng)配合，更多地在中高檔轎車上使用；而鼓式剎車的成本較低、絕對(duì)制動(dòng)力更高，被較多地運(yùn)用在小型轎車的后輪。新型電動(dòng)小車采用的是混合剎車裝置。5.1鼓式剎車優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：（1）自剎作用：鼓式剎車有良好的自剎作用，由于剎車來令片外張，車輪旋轉(zhuǎn)連帶著外張的剎車鼓扭曲一個(gè)角度（當(dāng)然不會(huì)大到讓你很容易看得出來）剎車來令片外張力（剎車制動(dòng)力）越大，則情形就越明顯，因此，一般大型車輛還是使用鼓式剎車，除了成本較低外，大型車與小型車的鼓剎，差別可能只有大型采用氣動(dòng)輔助，而小型車采用真空輔助來幫助剎車。（2）成本較低：鼓式剎車制造技術(shù)層次較低，也是最先用于剎車系統(tǒng)，因此制造成本要比碟式剎車低。缺點(diǎn)：由于鼓式剎車剎車來令片密封于剎車鼓內(nèi)，造成剎車來令片磨損后的碎屑無法散去，影響剎車鼓與來令片的接觸面而影響剎車性能。5.2盤式剎車的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：由于剎車系統(tǒng)沒有密封，因此剎車磨損的細(xì)屑不會(huì)沉積在剎車上，盤式剎車的離心力可以將一切水、灰塵等污染向外拋出，以維持一定的清潔。此外由于盤式剎車零件獨(dú)立在外，要比鼓式剎車更易于維修。缺點(diǎn)：盤式剎車除了成本較高，基本上皆優(yōu)于鼓式剎車，不過，就這一點(diǎn)，便成了它致命傷，而鼓式制動(dòng)器成本相對(duì)低廉，比較經(jīng)濟(jì)。本課題研究的玩具小車由于體積小，而盤式制動(dòng)所占空間較大，故而選用鼓式制動(dòng)。制動(dòng)的原理是用較細(xì)的鋼絲繩子連接剎車裝置，并在小車后輪軸上安裝剎車鼓，在需要?jiǎng)x車的時(shí)候通過鋼絲繩收緊剎車片，使剎車片壓緊剎車鼓，產(chǎn)生摩擦力，迫使小車制動(dòng)。小車簡(jiǎn)易剎車裝置如下：當(dāng)踩下剎車時(shí)：A點(diǎn)向上運(yùn)動(dòng)，鋼絲繩受力拉緊，且B點(diǎn)時(shí)固定的，使得撒剎車片向里合攏，彈簧合攏，抱緊剎車鼓，實(shí)現(xiàn)制動(dòng)；當(dāng)松開剎車時(shí)，彈簧舒張，彈開剎車片，A點(diǎn)向下運(yùn)動(dòng)，剎車回到原位。6小車輪軸的校核電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)經(jīng)鏈輪傳動(dòng)后,驅(qū)動(dòng)車輪旋轉(zhuǎn)，從而使車體沿車場(chǎng)內(nèi)車道運(yùn)行。所以電機(jī)表現(xiàn)為克服車輪在車道上旋轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)的摩擦力作功。車輛載客運(yùn)行最大速度需用功率已知負(fù)荷：N=（50kg×9.8N）/4=122.5N所以摩擦力f=μN(yùn)=0.15×122.5≈18.38Nμ—摩擦系數(shù)最大運(yùn)行速度:v=10km/h≈2.8m/s需用功率P1=k.f.v/(η鏈)=1.3×18.38×2.8*0.96)≈256wk—?jiǎng)虞d系數(shù)實(shí)際上選用的電機(jī)功率為300w，故電機(jī)功率足夠。所以：電機(jī)功率滿足負(fù)荷要求。6.1小車后輪軸校核根據(jù)小車設(shè)計(jì)的需要確定后輪軸的尺寸。乘人部分影響人身安全的主要零件為：后輪軸、前左軸、前右軸；其中前左軸和前右軸彎矩相同、后輪軸彎矩和轉(zhuǎn)矩最大,所以以后輪軸、前左軸來進(jìn)行強(qiáng)度校核計(jì)算。由于小車后輪要承載重力，并且還要輸出轉(zhuǎn)速，故而小車后輪軸同時(shí)受彎矩和轉(zhuǎn)矩作用。滿載時(shí)負(fù)載為：P=(50×9.8)/4=122.5N彎矩:M=P×L=122.5×40=4900N.mm彎曲應(yīng)力σ=κM/W=1.5×4900/(0.0982×253)=4.79Mpa轉(zhuǎn)矩:T=9550P/n=9550×0.30/133=21.541N.m=21541N.mm抗扭應(yīng)力τ=κT/WNWN—抗扭截面系數(shù)=1.5×21541/(0.0982×2×253)=10.13Mpa根據(jù)受力情況，按彎扭合成強(qiáng)度計(jì)算，據(jù)第三強(qiáng)度理論：σh=√σ2+3τ2=√21.082+3×9.342=27.43MpaW—抗彎截面系數(shù)κ動(dòng)載系數(shù)已知45#鋼調(diào)質(zhì)后的許用應(yīng)力[σ]=335Mpa,所以其安全系數(shù)n=[σ]/σ=335/27.43=12.2根據(jù)GB8408-2000中的有關(guān)規(guī)定:重要銷、軸安全系數(shù)n≥6。實(shí)際計(jì)算安全系數(shù)n=12.2≥6,故安全系數(shù)足夠。結(jié)論：后橋輪軸的強(qiáng)度足夠。6.2小車前左軸校核由于小車前輪不輸出轉(zhuǎn)矩，所以小車前輪軸只受彎矩。滿載時(shí)負(fù)載P=(50×9.8)/4=122.5N彎矩:M=P×L=122.5×40=4900N.mm彎曲應(yīng)力σ=κM/W=1.5×4900/(0.0982×253)=4.79MpaW—抗彎截面系數(shù)κ動(dòng)載系數(shù)已知45#鋼調(diào)質(zhì)后的許用應(yīng)力[σ]=335Mpa,所以其安全系數(shù)n=[σ]/σh=335/30.87=10.85根據(jù)GB8408-2000中的有關(guān)規(guī)定:重要銷、軸安全系數(shù)n≥6。實(shí)際計(jì)算安全系數(shù)n=10.85≥6,故安全系數(shù)足夠。結(jié)論：前左軸強(qiáng)度足夠由此可得小車強(qiáng)度足夠。參考資料[1]孫志禮.機(jī)械設(shè)計(jì)[M]沈陽：東北大學(xué)出版社.2000.[2]馮秋官.機(jī)械制圖與計(jì)算機(jī)繪圖[M]北京：機(jī)械工程出版社.2002[3]申永勝.機(jī)械原理教程[M]北京：清華大學(xué)出版社.2005[4]于永泗.機(jī)械工程材料[M]大連：大連理工大學(xué)出版社.2006[5]周元康.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)[M]重慶：重慶大學(xué)出版社.2001[6]機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)編委會(huì).機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M]北京：機(jī)械工程出版社.2007[7]王伯平.互換性與測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)[M]北京：機(jī)械工程出版社.2004致謝辭本課題在研究和完成期間本人遇到了不小的困難，現(xiàn)今課題能夠完成，首先離不開我的指導(dǎo)教師袁玉紅老師，是她時(shí)時(shí)不忘提醒與敦促才能讓我在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成我的畢業(yè)設(shè)計(jì)，在此同時(shí)還要感謝我的同學(xué)，感謝他們幫我尋來了各種資料與各種參數(shù)，才能讓我順利的完成我的畢業(yè)設(shè)計(jì)。在此為幫助和鼓勵(lì)我的同學(xué)和老師送上我深深的感激?；贑8051F單片機(jī)直流電動(dòng)機(jī)反饋控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究基于單片機(jī)的嵌入式Web服務(wù)器的研究MOTOROLA單片機(jī)MC68HC（8）05PV8/A內(nèi)嵌EEPROM的工藝和制程方法及對(duì)良率的影響研究基于模糊控制的電阻釬焊單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)的研制基于MCS-51系列單片機(jī)的通用控制模塊的研究基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的供暖系統(tǒng)最佳啟停自校正（STR）調(diào)節(jié)器單片機(jī)控制的二級(jí)倒立擺系統(tǒng)的研究基于增強(qiáng)型51系列單片機(jī)的TCP/IP協(xié)議棧的實(shí)現(xiàn)基于單片機(jī)的蓄電池自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)基于32位嵌入式單片機(jī)系統(tǒng)的圖像采集與處理技術(shù)的研究基于單片機(jī)的作物營(yíng)養(yǎng)診斷專家系統(tǒng)的研究基于單片機(jī)的交流伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)研究與開發(fā)基于單片機(jī)的泵管內(nèi)壁硬度測(cè)試儀的研制基于單片機(jī)的自動(dòng)找平控制系統(tǒng)研究基于C8051F040單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)基于單片機(jī)的液壓動(dòng)力系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)儀開發(fā)模糊Smith智能控制方法的研究及其單片機(jī)實(shí)現(xiàn)一種基于單片機(jī)的軸快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于雙單片機(jī)沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究基于CYGNAL單片機(jī)的在線間歇式濁度儀的研制基于單片機(jī)的噴油泵試驗(yàn)臺(tái)控制器的研制基于單片機(jī)的軟起動(dòng)器的研究和設(shè)計(jì)基于單片機(jī)控制的高速快走絲電火花線切割機(jī)床短循環(huán)走絲方式研究基于單片機(jī)的機(jī)電產(chǎn)品控制系統(tǒng)開發(fā)基于PIC單片機(jī)的智能手機(jī)充電器基于單片機(jī)的實(shí)時(shí)內(nèi)核設(shè)計(jì)及其應(yīng)用研究基于單片機(jī)的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究基于單片機(jī)的煙氣二氧化硫濃度檢測(cè)儀的研制基于微型光譜儀的單片機(jī)系統(tǒng)單片機(jī)系統(tǒng)軟件構(gòu)件開發(fā)的技術(shù)研究基于單片機(jī)的液體點(diǎn)滴速度自動(dòng)檢測(cè)儀的研制基于單片機(jī)系統(tǒng)的多功能溫度測(cè)量?jī)x的研制基于PIC單片機(jī)的電能采集終端的設(shè)計(jì)和應(yīng)用基于單片機(jī)的光纖光柵解調(diào)儀的研制氣壓式線性摩擦焊機(jī)單片機(jī)控制系統(tǒng)的研制基于單片機(jī)的數(shù)字磁通門傳感器基于單片機(jī)的旋轉(zhuǎn)變壓器-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的研究基于單片機(jī)的光纖Bragg光柵解調(diào)系統(tǒng)的研究單片機(jī)控制的便攜式多功能乳腺治療儀的研制基于C8051F020單片機(jī)的多生理信號(hào)檢測(cè)儀基于單片機(jī)的電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)Pico專用單片機(jī)核的可測(cè)性設(shè)計(jì)研究基于MCS-51單片機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