无碳小车设计说明书-大学生工程训练综合能力竞赛.docx

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1、无碳小车设计说明书-大学生工程训练综合 能力竞赛无碳小车设计说明书 -大学生工程训练综合能力竞赛 第三届省大学生工程训练综合能力竞赛(荣获S形组省赛一等奖)无碳小车设计说明书 一、概要3二、分析3三、 原理设计4 1、驱动机构4 2、转向机构5 3、后轮差速5四、 参数设计6 1、轨迹设计6 2、转角设计6 3、带轮设计7 4、 小车部分零件的设计 8 (1)拨盘8 (2)转向轮销9 (3) 转向轮槽零件图： 11 (4)皮带轮12 (5) 转向轴13实体图： 13 (6)转向连杆14 (7) 拨槽15 (8) 拨槽加工工艺 分析16 (9)齿轮17 (10)底板19 (11)后驱动轴零件 图

2、:20五、小车装配完成图片 21无碳小车”设计说明书 一、 概要 此次无碳小车的设计主要是利用重物下落的重力势能 作为原动力，来驱动小车前进以及使小车能按规定绕开障碍 物。重物质量 M=1kg ,下落高度H=400mm ,每个障碍物之间 隔0.9米、1米、1.1米。二、分析1、为使得小车能够行走，首要解决的就是小 车驱动，要设计小车的驱动机构；2、为使得小车能够转弯，并能够绕开等距离的障碍物，所以要设计一个能够走S形路线的周期性的转向机构；3、由于只有一个动力源，所以还要设计一套小车的传动机构；4、为了使得小车能够顺利转弯，还要解决小车后轮的差速问题。三、原理设计1、驱动机构 图1左侧部分为我

3、们的驱动 简图，考虑到小车的启动时需要较大的启动力矩，同时为使 得重物的重力势能能够尽可能大地转化到有利小车行走的 方面，与重物下落连线驱动圆锥滚筒设计成为如图所示，再 考虑，为使得小车走的路程要长，所以，重物下落的行程要 经过一对直齿圆柱齿轮放大。所以，传动流程：重物圆锥滚筒大齿轮小齿轮后驱动轮2、转向机构 图2为小车的前轮转向部分，为使得小车能够绕开定距离的 障碍物，小车前轮转向要设计成具有周期性摆动的转向机 构。故，转向机构设计成正弦机构。前轮的动力来源：重物-圆锥滚筒-带轮1-带轮2-转向拨盘-转向轮 带轮 带动拨盘转动，拨动转向轮上的转向槽前后摆动，这样即可 以带动前轮的左右摆动。3

4、、后轮差速 总所周知，汽车为了顺利拐弯，后轮必须 要有差速器，而我们小车也一样，拐弯时候也必须解决后轮 的差速问题。但汽车上面的那种差速装置直接利用在我们小车上面，有两点不合适： 差速器结构复杂，加工困难，除非买现成的，但是现成 的的差速器尺寸又往往很难满足我们的要求； 如果买现成的，就降低了这次 无碳小车”的设计意义。我们小车后轮的解决采用单向轴承，左右后轮轮毂里面 各嵌一个，驱动原理类似三轮车，但比三轮车更好。四、参数设计 为使得小车行走的轨迹是正弦路线，理论 上最佳的正弦曲线应该是：周期为2000,幅值为半个车身宽度。但考虑到加工误差以及一些暂不可预知的原因，我们对幅 值做了修正，就是：

5、幅值=1/2车身宽度+安全距离；1、轨迹设计 如图3,设曲 线轨迹方程Y=A*cos(a*X)小车总宽为230,安全距离取50, 曲线幅值为A=165;周期T=2000，则3=;则轨迹曲线方程 为：Y= -165*cos () ; 2、转角设计 小车的最大转角应该为轨迹曲线相对X轴方向的最大倾斜角：求导：Y' =*sin();最大摆角9 =arctan()=27.43如图4为控制摆角最大 值的装置：拨盘和连杆，尺寸设计如图：3、带轮设计 如图1,小车的后轮直径为 D=150,齿轮传动比为i=50/17;小车正好通过两个障碍物为摆角摆动一周期, 这样，反应到小车的尺寸设计上面为后轮转过奥

6、一圈数，前 轮刚好摆动一个周期；而后轮转过的圈数即为小车前进的路 程S:S=利用MATLAB 编程求解：syms x z y1 S; y1=(165*pi/1000)*sin(pi*x/1000); z=sqrt(1+y1. ); S=int(z,0,2000); S=vpa(S,7) S = 2128.244 所 以一个周期，小车前进路程为S=2128.244mm后轮周长C=tt *D=471.238mm 一 个周期，带轮 1 转过圈数 N1=N/i=1.535 (圈) 则，带轮2转过1圈， 可求得带轮直 径比D1 :D2=1 :1.535取 D1=13mm D2=20mm 4、小车部分零件

7、的设计(1)拨盘实体图：零件图：一、零件的分析 零件的作用 拨盘，重物下落的竖直向 下运动，通过带轮传动到拨盘，使得拨盘做圆周运动，拨盘 的上的拨销拨动滑槽，使得拨盘的回转运动变为滑槽的来回 运动。零件的工艺分析拨盘中的重要部位为拨销相对拨盘 中心的距离16.1,这个距离和前轮转向角度直接关系；以及 拨销的直径 4,这个直径与滑槽直接配合，过大过小都会 影响到装配问题和路线的不确定性。其他都为一般加工。二、工艺规程设计 确定毛坯的制造形式 零件的材料 选定为铝棒，选择铝棒为拨盘材料主要是其密度较小，质量 轻，可以减轻小车整体的重量，且小车整体重量不大，受载 荷较轻，选择铝棒，其切削性能好。 选

8、择基准 以拨盘中心孔 5的轴线为基准，加工拨盘 外圆时以此轴线为基准，确保同轴；加工拨销时，亦以此轴 线为基准。 制定工艺路线 制定工艺路线的生发点，应当是使零 件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求达到相应的 要求。工序1 :将毛胚(直径大于 40的铝棒)装夹在车床上；工序2:车削毛胚使其直径为 40土0.1 工序3:在圆柱中心钻一的孔；工序4:量取16.1的长度后，切下圆盘；工序5:以5孔的轴线为基准，钻一距离其16.1的孔； 工序6:车一长为18,直径的销；工序7:紧配合圆盘和销。(2)转向轮销 一、零件的分析 零件图：转向轮销轴为中间轴，起到支撑转向轮的作用，转向轮销轴和内径为 8

9、的轴承配合，而轴承外圈则是和转向轮固定紧 配合，从而将转向轮固定在前叉的中间为止，防止转向轮的 左右串动O零件的工艺分析转向轴有两个重要的加工部分，一 个为8的轴颈，一个为攻螺纹的6轴颈。加工10的轴颈是为了挡住轴承的内圈，防止轴承的轴向串动。对于8的轴颈技术要求：与轴承内圈配合，轴承属于标准的精密零件， 查表表2.30 和表2.8 （互换性与技术测量 主编邢闽芳）可以知道轴颈 为8j5要精密工具进行加工并进行校验查表2.36（互换性与技术测量 主编 邢闽芳）可知道与轴承内圈配合的8轴颈的表面粗糙度为R=0.8um为了实现定位套筒可以顶到轴承内圈，从而实现轴承在转向销轴上的定位，要求 8 轴颈

10、的轴向长度小于轴承的宽度，即设计为4mmo对于6轴颈的技术要求：使得8的轴颈在此处为工艺轴肩，实现轴承的安装方 便。在 6轴颈上加工由 M6的外螺纹，从而可以通过螺纹 连接来实现转向销在前叉中的定位。二、工艺规程设计 确定毛坯的制造形式由于此处作用力较大，要求销轴刚度较大，因此采用45钢材原料制作。且由于尺寸规格较小，质量因素不大。选择基准 8的轴颈为重要的加工部位，它与轴承内圈配合，因此以8的轴颈的轴线作为加工及测量的基准。制定工艺路线工序1:车削钢轴直径为 14,总长为33.5mm工序2:在轴的一端加工直径为 10,长度为25.5mm工序3:在工序2的基础上，再将轴的一端车成直径为8,长度

11、为17.5 mm 工序 4:在工序3的基础上，再将轴的一端车成6的直径，长度为17.6 mm 工序 5:在6的轴颈上加工M6的外螺纹。(3)转向轮槽零件图：一、零件的分析 零件的作用 转向轮的支撑架，为转向 轮的安装提供位置，是旋转轴和转向轮的连接部分。 零件的工艺分析 转向槽中 12的孔和 10的孔要求 对心，在转向槽中攻 M10的内螺纹孔，深度为14mm,要求 12的孔的轴线和 M10的螺纹孔的轴线保证垂直度。二、工艺规程设计 确定毛坯的制造形式 零件的材料 选定为铝块，选择铝块为转向轴材料主要是其密度较小，质 量轻，可以减轻小车整体的重量，且小车整体重量不大，受 载荷较轻，选择铝块，具切

12、削性能好。 选择基准 选择M10的轴线为基准，加工17的凸沿,并在转向槽中加工槽，钻10和12的孔 制定工艺路线工艺1:在铳床上，将铝块铳成长 x宽x高尺寸为57x17 x20 o保证六个平面的平行度及侧面间的垂直度工艺2:将铳好的铝块夹紧于车床中，车由17的直径，长度为7凸沿台。并在此端面上攻 M10的内螺纹。工艺3:在铝块的一个侧面钻 10的孔，不要钻通，只要钻一半的长度，在这个侧面的对面再钻一个 12的孔，深度为铝块宽度的一半工艺4:在工艺3的基础上铳由长 x宽x高为37x10x17的方孔。(4)皮带轮零件图：一、零件的分析 零件的作用 皮带轮起到传动作用，通 过皮带传动，实现转向机构的

13、驱动，并由前后两个皮带轮的 直径比确定转向机构的摆动幅度，从而控制转向机构。零件的工艺分析皮带轮中20的直径尺寸为关键尺 寸，它的尺寸决定了，转向轮的最大摆角，直接关系到小车 轨迹的周期及曲线形状。要求尺寸达到较高的精度。二、工艺规程设计 确定毛坯的制造形式 由于负载较 轻，故采用密度较小的，且强度可以满足要求的尼龙棒材料 选择基准 选择20的轴线为基准。制定工艺路线工艺1:将尼龙棒夹紧于车床的卡盘上，并将尼龙棒的一端直径车成25长度为22工艺2:在工艺1的基础上将一端车成直径为 10长度为10的轴颈 工 艺3:在25的轴颈上加工由 20的槽，要求尺寸精度达到较高 的标准。工艺4:在轴向用钻头

14、开一个 6的光孔。工艺5:换把刀具，将皮带轮切割下来，长度为 20工艺6:在10的轴颈上攻一个 M5的内螺纹孔，用来打紧定螺钉。(5) 转向轴实体图：零件图：一、零件的分析 零件的作用 旋转轴，接受由转向连杆 的力，从而实现转向轴绕着其轴线作旋转运动，从而带动转 向轮作旋转运动，进而实现小车在行驶过程中变更方向，躲 避障碍物。 零件的工艺分析 转向轴中有两个重要的加工面，即 两个直径为 8的轴颈，这两个轴颈是和轴承配合，通过轴 颈和轴承内圈的紧配合，把轴颈的力传给轴承内圈，再传给转向塞，传递到车身板上，从而实现支撑车身的作用在转向轴 10的部分加工由 M10的外螺纹。其余轴颈部分为一般的加工。

15、对于两个直径为 8的轴颈有相应的技术要求：与轴承内圈配合，轴承属于标准的精密零件， 查表表2.30 和表2.8 （互换性与技术测量主编邢闽芳）可以知道轴颈为8j5要精密工具进行加工并进行校验查表2.36（互换性与技术测量 主编 邢闽芳）可知道与轴承内圈配合的8轴颈的表面粗糙度为 R=0.8um在10的轴颈部分加工一 个M10的外螺纹，长度为12mm,尺寸公差为一般公差。二、工艺规程设计 确定毛坯的制造形式 零件的材料 选定为铝块，选择铝块为转向轴材料主要是其密度较小，质 量轻，可以减轻小车整体的重量，且小车整体重量不大，受 载荷较轻，选择铝块，具切削性能好。 选择基准 以两个与轴承内圈配合的

16、8轴颈的轴线 为基准，在加工其余轴颈时候，以 8轴线为基准，确保同 一i基准。 制定工艺路线 制定工艺路线的生发点，应当是使零 件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求达到相应的 要求。工序1 :在轴的两端面圆的圆心处攻两个定位孔，便于用顶尖把轴支撑起来工序2:先把铝轴加工成直径为 10,公差控制在内，长度为 25工序3:车削8的轴颈，长度为5工序4:车削7的轴颈，分别长度为 15mm和40mm工序5:车削6的轴颈，保证转向轴的总长为104mm工序6:在10的轴颈处攻M10的工序7:用磨床打磨 8的轴颈，控制其直径的公差为，表面粗造度为0.8,并通过相应的仪器校核（6）转向连杆 零件图：一、

17、零件的分析 零件的作用 转向连杆连接旋转轴和拨 槽，将拨槽的力传给旋转轴，从而实现转向轮的来回摆动， 也从而实现小车的 “ s形曲线轨迹，成功的壁障。零件的工艺分析 在转向连杆中 10的孔和 6的孔 之间的距离41mm为重要尺寸，关系到转向轮的最大摆动角， 因此加工时候要精确的调整尺寸到符合要求。在转向连杆上 10的孔为与杯式轴承配合，因此要求尺寸精度较高，100二、工艺规程设计 确定毛坯的制造形式 零件的材料 选定为小铝块，选择铝块为转向轴材料主要是其密度较小， 质量轻，可以减轻小车整体的重量，由于拨动拨槽所需要的力并不大，因此在满足刚度要求的前提下我们选择了铝材料。选择基准先铳由一个长55

18、,宽度15,高为7的小铝 块，确保六个平面的平面度及相邻侧面间的垂直度。之后再以其中长宽的平面为基准，画由两个孔的中心来。制定工艺路线工艺1:在铳床上铳由一个长 x宽x高的尺寸为55x15x7的小铝块，保证小铝块的六个平面的平面度和相邻侧面的垂直度。工艺2:在小铝块上刻画出两个孔的中心位置工艺3:在钻床上加工由 10和6的孔（7）拨槽 零件图 一、零件的分析 零件的作用 拨槽本身可以绕自己的轴线旋转，拨销在拨槽内滑动，可以使拨槽带动转向连杆来回反复 摆动，从而实现转向轮的转向功能。零件的工艺分析5的轴颈和杯式轴承配合，要求为紧配合，要求加工尺寸精度较高。加工7的轴颈是为了形成轴肩，顶住轴承的内

19、圈。R2.1的延长孔和拨销轴配合， 要求拨销可以在孔内任意滑动，但两者之间的间隙要尽可能小，避免返回过程形成空行程，不能及时的更改转向轮的转向。二、工艺规程设计 确定毛坯的制造形式 拨槽和拨销 轴配合，由于存在较大的弯矩，因此应选择刚度较大的材料， 由于拨槽尺寸规格较小，故采用 45钢材选择基准选择5的轴颈的轴线为基准。制定工艺路线制定工艺路线制定工艺路线的由 发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技 术要求达到相应的要求。工序1:在车床上车由直径为 8长度为56的轴颈工序2:在工序1的基础上，由轴的端面加工直径为7长度为11的轴颈工序3:由轴的端面开始加工直径为 5长度为6的轴颈

20、，此处轴颈与 轴承内圈配合，尺寸精度要求较高。工序4:取下拨槽，在铳床上加工与拨销配合的延长孔。此处要求尺寸精度高，表面光滑，使得拨销轴可以在拨槽 中顺利移动，从而实现拨槽移动，进而带动转向连杆的转动， 实现转向轮的转向。(8)拨槽加工工艺分析 零件图 一、零件的分析 零 件的作用 拨槽本身可以绕自己的轴线旋转，拨销在拨槽内 滑动，可以使拨槽带动转向连杆来回反复摆动，从而实现转 向轮的转向功能。零件的工艺分析5的轴颈和杯式轴承配合，要求为 紧配合，要求加工尺寸精度较高。加工7的轴颈是为了形成轴肩，顶住轴承的内圈R2.1的延长孔和拨销轴配合，要求拨销可以在孔内任意滑 动，但两者之间的间隙要尽可能

21、小，避免返回过程形成空行程，不能及时的更改转向轮的转向。二、工艺规程设计 确定毛坯的制造形式 拨槽和拨销 轴配合，由于存在较大的弯矩，因此应选择刚度较大的材料， 由于拨槽尺寸规格较小，故采用 45钢材选择基准选择 5的轴颈的轴线为基准。制定工艺路线制定工艺路线制定工艺路线的由 发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技 术要求达到相应的要求。工序1:在车床上车由直径为 8长度为56的轴颈工序2:在工序1的基础上，由轴的端面加工直径为7长度为11的轴颈工序3:由轴的端面开始加工直径为 5长度为6的轴颈，此处轴颈与 轴承内圈配合，尺寸精度要求较高。工序4:取下拨槽，在铳床上加工与拨销配合

22、的延长孔。此处要求尺寸精度高，表面光滑，使得拨销轴可以在拨槽 中顺利移动，从而实现拨槽移动，进而带动转向连杆的转动， 实现转向轮的转向。(9)齿轮零件图：、零件的分析 零件的作用 齿轮传动，实现动力的传 递。齿轮间的传动实现传动比的放大作用，从而使得小车走得 更远的路程。零件的工艺分析齿面加工前的齿轮毛坯加工，在整 个齿轮加工过程中占有很重要的地位。因为齿面加工和检测所用的基准必须在此阶段加工由来， 同时齿坯加工所占工时的比例较大，无论从提高生产率，还 是从保证齿轮的加工质量，都必须重视齿轮的毛坯的加工。在这一加工过程中应注意以下三个问题：1）当以齿顶圆作为测量基准时，应严格控制齿顶圆的尺寸精

23、度；2）保证定位端面和定位孔或外圆间的垂直度；3）提高齿轮内孔制造精度，减少与夹具心轴的配合间隙。二、工艺规程设计 确定毛坯的制造形式 选择铝块为 加工材料，由于传动的力并不很大，因此采用铝块可以满足 刚度要求，同时铝制品可以减轻车身的质量，从而使车可以 轻松的运行。 选择基准 对于空心轴，在中心内孔钻由后，用两端 孔口的斜面定位；孔径大时则采用锥堵。顶点定位的精度高，且能作到基准重合和统一。对带孔齿轮在齿面加工是常采用一下两种定位、夹紧方1)以外圆和端面定位，当工件和加剧心轴的配合间隙 较大时，采用千分表校正外圆已确定中心的位置，并以端面 作为轴向定位，从另一端面夹紧，同时对齿坯的内、外圆同

24、 轴要求高，而对夹具精度要求不高，故适用于单件、小批生 产。综上所述，为了减少定位误差，提高齿轮加工精度，在 加工时应满足以下要求：1.应选择基准重合、统一的定位方式；2.内孔定位时，配合间隙应近可能减少； 3.定位端面与定位孔或外圆应在 一次装夹中加工由来，以保证垂直度要求。2、齿轮毛坯的加工。制定工艺路线工艺1:加工齿轮坯，10的轴颈长度为10,104的轴颈的长度为 10 工艺2:在104的轴颈上铳由轮齿工艺3:在10的轴颈处攻M5的内螺纹孔工艺4:在轴颈的轴线方向上加工 6的光孔。(10)底板零件图：一、零件的分析 零件的作用 车身底板为其他零件的安 装提供支撑，保证各零件的相对位置，确

25、保小车的行驶轨迹 路线，从而实现成功壁障功能。 零件的工艺分析要求各孔的相对位置为图中所标的 尺寸，保证安装的顺利进行。在板上挖一个长110宽度为85的方形通孔，给齿轮留下 足够的空间。二、工艺规程设计 确定毛坯的制造形式 所有零件都 是安装在车板上，要求板的材料有较大的刚度，但为了使小 车更好的运行，又要求板尽可能的质量轻，兼顾考虑两个因 素，我们选择塑料硬板。 选择基准 选择塑料板的中心线为加工基准及测量中 心。制定工艺路线工艺1:在塑料板上将尺寸都画由来， 在铳床上铳由长x宽为262x200 的车身板。工艺2:在板上铳由一个长110宽度为85的孔。工艺3在铳下来的板上刻画由中心线，并以此

26、中心线为 基准，将各个孔的相对位置刻画下来，之后再在钻床上将各 个孔钻由来。(11)后驱动轴零件图：一、零件的分析 零件的作用： 图为后轮驱动轴，装配后轮，支撑车身。 零件的工艺分析 在轴的两端加工为 5,形成轴肩， 顶住轴承内圈，从而防止轴在小车中的左右串动。在6的轴颈上铳一个小平面，从而可以使紧定螺钉更好的锁在轴上二、工艺规程设计 确定毛坯的制造形式 由于轴的跨度相对较大，因此要避免挠度过大，选择刚度较大的45钢材。选择长度大于224的45钢长轴。选择基准选择6的轴线为基准制定工艺路线工艺1:将钢轴车成6工艺2:在钢轴的两端各车成5的轴颈工艺3:在6的轴颈上铳由一个小平面。便于紧定螺钉锁定。五、小车装配完成图片 六、省赛比赛图片