机械设计无碳小车课程设计说明书

目录

一、设计任务书 (1)

二、总体结构设计 (1)

三、总传动比的设计与分配 (2)

四、转向轮轴运动参数的计算 (3)

五、对轴进行结构设计与校核 (3)

六、轴承的选择与寿命计算 (3)

七、润滑剂的选择 (3)

八、工艺设计方案 (4)

九、成本分析方案 (5)

(1)生产成本概述 (5)

(2)单件小批量生产类型的成本分析 (5)

十、工程管理方案 (8)

(1)概述 (8)

(2)生产过程组织 (8)

十一、徽标设计 (11)

十二、参考文献 (12)

十三、心得体会 (13)

十四、附件 (15)

一、设计任务书

命题：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:

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。该自行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）。以小车前行距离的远近、以及避开障碍的多少来综合评定成绩。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500±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￠60×20 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￠30mm。

二、总体结构设计

根据本届大赛命题要求，我们首先确定如下设计思路：

1．驱动机构根据能量守恒定律，要尽可能多的利用重物的重力势能，就必须简化结构，因此该系统不设储能装置，直接由重物通过细

绳拉动后轴驱动。

2．转向机构控制转向是该小车的核心问题之一，普通凸轮只能控

制转向轮规则摆动，在不需要转向的时候小车仍会转向，因此我们在

此处将凸轮机构进行了进一步的优化，通过引入“太空豆”控制转向信号，使得前轮在我们需要的时候转向,并以此实现小车的预编程功能。

3．驱动过程在起始时原动轮的转动半径较大，起动转矩大，有利起动。起动后，原动轮半径变小，转速提高，转矩变小，和阻力平衡后小车匀速运动。在重块行程末端，原动轮的半径再次变小，绳子的拉力不足以使原动轮匀速转动，但是由于物块的惯性，仍会减速下降，原动轮的半径变小，总转速比提高，小车缓慢减速，直到停止，物块停止下落，正好接触小车。

三、总传动比的设计与分配

后轮半径：r= 68.5mm; 绕线轮半径：r1=3 mm; 前轮半径：r2=15.1mm

后轮与绕线轮传动比：i=137:6

前轮与后轮传动比：i’=137:30.2

四、转向轮轴运动参数的计算

前轮最大摆角21.15°

五、对轴进行结构设计与校核

1．示意图

六、轴承的选择与寿命计算

1．轴承型号：角接触球轴承,内径Φ4

2．示意图：

3．计算轴承径向力

小车总重量M（小车自重800g、重物1kg、徽标400g、）; M=2.2kg;

轴承数量n=3;

轴承径向力Ｆ=7.19Ｎ;

七、润滑剂的选择

选用机油进行润滑（SH0386-1992）

八、工艺设计方案

1.确定生产纲领

根据大赛命题要求，转向轮部分实行单件小批量生产。

2.对零件进行工艺分析

由于转向轮和轮轴均为圆柱件，故采用车削加工方式

轮轴：车削加工、钳工、车削加工。

转向轮：车削加工、快速成型、钳工。

3.选择毛坯

根据大赛对前轮的要求D>30mm，故选择外径Φ30.7的尼龙棒、根据设计要求前轮轴选Φ12的45钢毛坯。

4.拟订工艺路线

轮轴：下料---车Φ4的轴---在Φ4的轴上攻丝---车削多余部分

转向轮：下料---钻Φ4孔---加工外径Φ30的转向轮---去除边上的毛刺

5.确定各工序加工余量

前轮的外轮廓要大于Φ30以满足题目要求。

6.确定各工序所使用的设备、刀具和量具

车床、快速成型机、游标卡尺、各种车床刀具

7.确定各加工工序的技术要求及检验方法

1. 车圆弧面要求比较光滑，目测。

2．轮与轮轴使用过盈配合。

九、成本分析方案

(1)生产成本概述

在制造企业中，产品的总成本通常包括生产成本、管理成本、财务成本和销售成本等。在本次竞赛中，由于只涉及零件的加工过程，为了简化分析，在进行成本分析方案设计时，只考虑零件的生产成本。

生产成本，又称制造成本，它包括围绕生产过程以及为此所提供的劳务所发生的各项直接费用、分摊的各项间接费用，其组成如下所示：

直接材料费：生产过程中直接消耗于产品生产的各种物资

直接人工费：生产过程中直接从事产品生产的人员工资

制造费用：发生在生产单位的制造费用

产品的生产类型不同，其工艺差别很大，成本分析方法也不同。下面以单件小批量生产类型对小车转向轮及其轮轴进行说明。

(2)单件小批量生产类型的成本分析

单件小批量生产的成本分析应根据该类型生产的工艺及管理特征来进行。单件小批量生产的组织形式一般采用通用机床，并按机群