无碳小车设计机械设计课程设计说明书

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（￠50×65 mm，普通碳钢）铅垂下降来获得，落差400±2mm，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：①小车上面要装载一件外形尺寸为Φ60×20 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。②转向轮最大外径应不小于Φ30mm。

要求完成：

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

目录

计算与说明 0

1.设计任务书 (2)

1.1设计题目 (2)

1.2原始数据 (2)

1.3工作条件 (2)

1.4动力来源 (2)

1.5传动方案 (2)

2.传动比的分配 (3)

2.1总传动比的分配 (3)

2.2减速器传动比 (5)

3.传动装置的运动和动力参数计算 (6)

3.1 各轴转速的计算 (6)

3.2各轴输入功率 (7)

3.3各轴输入转矩 (7)

4.转向设计 (8)

4.1 选定转向装置 (8)

4.2 确定转向装置的基本参数 (8)

5.齿轮的设计 (10)

5.1设计计算一级齿轮 (11)

5.1.1选择齿轮类型、精度等级、材料及齿数 (11)

5.1.2按齿面接触强度设计 (11)

5.1.3按齿根弯曲疲劳强度设计 (13)

5.2设计计算一级齿轮 (19)

5.2.1选择齿轮类型、精度等级、材料及齿数 (19)

5.2.2按齿面接触强度设计 (19)

5.2.3按齿根弯曲疲劳强度设计 (22)

6.轴的结构设计 (26)

6.1按扭转强度条件计算 (26)

6.2按弯扭合成强度条件计算 (29)

6.3轴的扭转刚度校核计算 (35)

7.键连接的选择及校核计算 (37)

7.1平键连接强度计算 (37)

8 轴承的选择 (39)

9润滑方式选择 (40)

9.1齿轮的润滑 (40)

9.2轴承的润滑 (40)

10注意装配事项 (42)

10.1轴的装配 (42)

10.2齿轮的装配 (42)

10.3转向杆的装配 (42)

11设计小结 (44)

12参考文献 (45)

图1-1 小车扫描轨迹

根据图1-1和圆的周长公式，我们可以大致确定出小车所要走过的路径，

根据公式：

d l π=..........................................................................................①

将数据代入公式中可得：

mm l 1257=

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

mm l 25142=

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：

σ⨯=N M .................................................................................② 而滚动摩擦所受的阻力为：

R N R M f σ

⋅==

.............................................................................③

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：

支撑架转向机构摆杆滑杆

连杆

对轴B ：

)8(6114

352.010

5619.4955000033

mm mm d 取=⨯⨯⨯⨯≥-

对轴C ：

)8(6114

352.010

5619.4955000033

mm mm d 取=⨯⨯⨯⨯≥-

6.2按弯扭合成强度条件计算

通过轴的结构设计，轴的主要结构尺寸、轴上零件的位置、以及外载荷和支

反力的作用位置均已确定，轴上的载荷（弯矩和扭矩）已可以求得，因而可

按弯扭合成强度条件对轴进行强度校核计算。一般的轴使用这种方法计算即可。其计算步骤如下：

(1)作出轴的计算简图（即力学模型）： 对轴A ：

轴A 的计算简图

mm d 875.04= s

m v 026.0=

mm b 3525.4=

mm h 152.1=

778.3==h b

01.1=v K

N

F t 044.1524=

mm

N b F K t A 1004<1.1=αF K 417.1=βH K 6.1=βF K

7776.1=F K