新无碳小车说明书

摘要本作品是提出一种“无碳”方法，即给定重力势能为5焦耳（取g=10m/s2）,质量为1Kg的重块（050X65mm）铅垂下降，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。带动小车的运行，即给定一重力势能，根据能量转换原理，设计了一种可将该重力势能转化为机械能并用来驱动小车行走的装置。该自行小车在前行时能够以正弦曲线或余弦曲线轨迹自动避开赛道上设置的障碍物（每间隔1米，放置一个直径为20mm，高为200mm的弹性障碍圆棒）。此模型最大的特点是将重力势能转化为齿轮的转动，进而根据大小齿轮的粘合带动驱动轮和转向轮，从而按照规定的路线完成任务。本文将对无碳小车模型的设计过程，结构功能特点等进行详细的介绍。关键词运动轨迹；能量转换；结构设计AbstractIIIIIIIIiThisworkistoproposea"nocarbon"methodthatgivenfor5jouleIIii(gravitationalpotentialenergytakeg=10m/s2),qualityastheheavyblockII!cl\-11ici・CLCC,・,:(1Kg050x65mm)verticaldrop,dividelead2mm,heavypiecesof500+,itII1j1••j1••j1r*j•j1jr*nnimustbecarryingwithcarexercisewithafterfall,itnotallowedtofall.IIIIiDrivethecarrunning,givenagravitationalpotentialenergy,accordingtoII-theprincipleofenergyconversion,designakindofpotentialenergythatIIi■canbetransformedintoMechanicalenergy,theMechanicalenergyusedtodrive装ithecarwalks.IIImi1j1.1jj,•1j11.•j1iThecarwhentravelingcanbeautomaticavoidthebarrierswithsineIIi:curvetrackorcosinecurvetrack(intervalsof1meter,placeda20mmdiameterII订and200mmhighforelasticobstaclesroundrods).ThemodelbiggestIIIIicharacteristicsisapotentialenergyintogearrotation,whichaccordingtoIIthegearadhesiverotationthatdrivethedrivenwheelandsteeringwheel,IIi，thancompletethetaskwiththeprescribedroute.Thispaperwillbedetailing线iintroductionIIImi1inr*j111j1jj1r*j•iThenocarboncarmodelofthedesignprocessandthestructureandfunctionIIicharacteristics.Trajectory；EnergyConversion；StructureDesign目录中文摘要!英文摘要I!TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"!第1章引言1II\o"CurrentDocument"!第2章工作原理和设计理论推导8IIII2.1总体结构8II!2.2proe软件介绍8I1第3章无碳小车设计的理路指导27II!3.1小车的运动原理27II!一I3.2小车各个尺寸设计的推导27I装第4章转向机构的设计4014.1自由度的计算40III4.2齿轮传动41II第5章计算I订5.1齿轮设计:5.2机构效率I■5.3最远距离计算II5.4轴的校核I第6章结论及心得TOC\o"1-5"\h\z线参考文献55I!致谢57!I附录58第1章引言!1.1“环保在身边之'无碳生活’”一帖在东楚网黄石新闻网发出后，众多网友纷纷跟II帖支招，倡导“无碳生活”。多数网友认为，对社会整体而言，完全“无碳”难以做到，IIi但有意识地减少“碳排放”，却是随时随地可做的事，勿因善小而不为……IIIIIIIII11.2随着社会科技的发展，人们的生活水平的提高，无碳对于人们来说，显得越来越III重要，建设无碳社会，使得生活更加的环保，没有任何的污染。IIIIIIIIi1.3无碳小车的设计与发明，是国家和社会对能源问题和环境问题的更加重视。装IIIIII1.4“无碳车是比较环保的短途代步工具，节能、经济、方便，环保。因此，在人均拥I1有汽车比例很高的欧美发达国家，无一例外选择了提倡推广低碳车。”许多人认为，确II订保无碳车道便利通达，既是现实选择，也是大势所趋。现在许多发达国家都把无碳技术II运用到各个领域，像交通，家庭用具等，这也是我国当今所要求以及努力的方向。II针对目前这一现状，我们设计了无碳小车模型，用重力势能转换为机械能提供了III一种全新的思路，以便更好的解决以上问题。线第2章工作原理和设计理论推导总体结构无碳小车模型主要由一个转向轮和两个驱动轮以及几个大小齿轮组成，其中小车中的转向轮，驱动轮，齿轮，支撑块，横杆，木板等如下图所示。整体结构的初步设定尺寸如下驱动轮直径D=120mm采用橡胶材料转向轮直径d=30mm采用橡胶材料底板厚度e=5mm采用木材驱动轴及转向轴上轮子的定位介绍驱动轮采用橡胶结构，轴嵌入轮中，采用过度配合，由于橡胶的弹性性能好，可以使轴得到纵向及横向的约束。软件介绍IIIII!proe的概述IIIIIII在中国也有很多用户直接称之为“破衣”。1985年，PTC公司成立于美国波士II-顿，开始参数化建模软件的研究。1988年，V1.0的Pro/ENGINEER诞生了。经过10III余年的发展，Pro/ENGINEER已经成为三维建模软件的领头羊。目前已经发布了II1Pro/ENGINEERWildFire6.0（中文名野火6）。PTC的系列软件包括了在工业设计和装I机械设计等方面的多项功能，还包括对大型装配体的管理、功能仿真、制造、产II品数据管理等等。Pro/ENGINEER还提供了全面、集成紧密的产品开发环境。是一II套由设计至生产的机械自动化软件，是新一代的产品造型系统，是一个参数化、I订基于特征的实体造型系统，并且具有单一数据库功能的综合性MCAD软件。IIIIIIproe的特点和优势IIIIIIII线经过20多年不断的创新和完善，pore现在已经是三维建模软件领域的领头羊II之一，它具有如下特点和优势：IIIIIII参数化设计和特征功能：Pro/Engineer是采用参数化设计的、基于特征的实体模I型化系统，工程设计人员采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、III壳、倒角及圆角，您可以随意勾画草图，轻易改变模型。这一功能特性给工程设II计者提供了在设计上从未有过的简易和灵活。IIIIIII单一数据库Pro/Engineer是建立在统一基层上的数据库上，不象一些传统的ICAD/CAM系统建立在多个数据库上。所谓单一数据库，就是工程中的资料全部来自一个库，使得每一个独立用户在为一件产品造型而工作，不管他是哪一个部门的。换言之，在整个设计过程的任何一处发生改动，亦可以前后反应在整个设计过程的相关环节上。!例如，一旦工程详图有改变，NC（数控）工具路径也会自动更新；组装工程II图如有任何变动，也完全同样反应在整个三维模型上。这种独特的数据结构与工!I程设计的完整的结合，使得一件产品的设计结合起来。这一优点，使得设计更优I1化，成品质量更高，产品能更好地推向市场，价格也更便宜。IIIIIII1全相关性：Pro/ENGINEER的所有模块都是全相关的。这就意味着在产品开发II过程中某一处进行的修改，能够扩展到整个设计中，同时自动更新所有的工程文II档，包括装配体、设计图纸，以及制造数据。全相关性鼓励在开发周期的任一点I装进行修改，却没有任何损失，并使并行工程成为可能，所以能够使开发后期的一II些功能提前发挥其作用。IIIIII基于特征的参数化造型：Pro/ENGINEER使用用户熟悉的特征作为产品几何模订型的构造要素。这些特征是一些普通的机械对象，并且可以按预先设置很容易的III进行修改。例如：设计特征有弧、圆角、倒角等等，它们对工程人员来说是很熟II悉的，因而易于使用。IIII线I装配、加工、制造以及其它学科都使用这些领域独特的特征。通过给这些特-一I征设置参数（不但包括几何尺寸，还包括非几何属性），然后修改参数很容易的III进行多次设计叠代，实现产品开发。IIIIII数据管理：加速投放市场，需要在较短的时间内开发更多的产品。为了实现II这种效率，必须允许多个学科的工程师同时对同一产品进行开发。数据管理模块II的开发研制，正是专门用于管理并行工程中同时进行的各项工作，由于使用了IIIPro/ENGINEER独特的全相关性功能，因而使之成为可能。:II装配管理：Pro/ENGINEER的基本结构能够使您利用一些直观的命令，例如“啮合”、“插入”、“对齐”等很容易的把零件装配起来，同时保持设计意图。高级的功能支持大型复杂装配体的构造和管理，这些装配体中零件的数量不受限制。易于使用：菜单以直观的方式联级出现，提供了逻辑选项和预先选取的最普!通选项，同时还提供了简短的菜单描述和完整的在线帮助，这种形式使得容易学II习和使用。IIIIIIproe软件的主要模块组成IIIIIIIII.,，■、Pro/EngineerPro/Engmeer是软件包，并非模块，匕是该系统的基II1本部分，其中功能包括参数化功能定义、实体零件及组装造型，三维上色实体或II1线框造型棚完整工程图产生及不同视图（三维造型还可移动，放大或缩小和旋装I转）。Pro/Engineer是一个功能定义系统，即造型是通过各种不同的设计专用功I!能来实现，其中包括：肋（Ribs）、槽（Slots）、倒角（Chamfers）和抽空（Shells）II1等，采用这种手段来建立形体，对于工程师来说是更自然，更直观，无需采用复I订杂的几何设计方式。这系统的参数比功能是采用符号式的赋予形体尺寸，不象其II他系统是直接指定一些固定数值于形体，这样工程师可任意建立形体上的尺寸和II功能之间的关系，任何一个参数改变，其也相关的特征也会自动修正。这种功能III使得修改更为方便和可令设计优化更趋完美。造型不单可以在屏幕上显示，还可线I传送到绘图机上。Pro/Engineer还可输出三维和二维图形给予其他应用软件，诸II如有限兀分析及后置处理等，这都是通过标准数据交换格式来实现，用户更可配III上Pro/Engineer软件的其它模块或自行利用C语言编程，以增强软件的功能。II它在单用户环境下（没有任何附加模块）具有大部分的设计能力，组装能力（人工）II和工程制图能力（不包括ANSI，ISO，DIN或JIS标准），并且支持符合工业标准III的绘图仪（HP，HPGL）和黑白及彩色打印机的二维和三维图形输出。Pro/EngineerIII功能如下：IIIIII特征驱动（例如：凸台、槽、倒角、腔、壳等）；参数化（参数二尺寸、图样中的特征、载荷、边界条件等）；通过零件的特征值之间，载荷/边界条件与特征参数之间（如表面积等）的关系来进行设计。!4.支持大型、复杂组合件的设计（规则排列的系列组件，交替排列，Pro/IIPROGRAM的各种能用零件设计的程序化方法等）。IIIIIII5.贯穿所有应用的完全相关性（任何一个地方的变动都将引起与之有关的每I1个地方变动）。其它辅助模块将进一步提高扩展Pro/ENGINEER的基本功能。IIIIII二、Pro/ASSEMBLYIIIIIII装Pro/ASSEMBLY是一个参数化组装管理系统，能提供用户自定义手段去生成一!一..1组组装系列及可自动地更换零件。Pro/ASSEMBLY是Pro/ADSSEMBLY的一个扩展选II1项模块，只能在Pro/Engineer环境下运行，它具有如下功能：IIIIIIII订1.在组合件内自动零件替换（交替式）IIIIIIIII2.规则排列的组合（支持组合件子集）IIIII线I3.组装模式下的零件生成（考虑组件内已存在的零件来产生一个新的零件）IIIIIIIII4.Pro/ASSEMBLY里有一个Pro/Program模块，它提供一个开发工具。使用户能III自行编写参数化零件及组装的自动化程序，这种程序可使不是技术性用户也可产II生自定义设计，只需要输入一些简单的参数即可。IIIIIIIII5.组件特征（绘零件与，广组件组成的组件附加特征值.如：给两中零件之间加IIII一个焊接特征等）。三、Pro/CABLINGPro/CABLING提供了一个全面的电缆布线功能，它为在Pro/ENGINEER的部件内真正设计三维电缆和导线束提供了一个综合性的电缆铺设功能包。三维电缆的铺设可以在设计和组装机电装置时同时进行，它还允许工程设计者在机械与电缆I!I空间进行优化设计。Pro/CABLING功能包括：IIIIIII1・新特征包括：电缆、导线和电线束；IIIIIIII12.用于零件与组件的接插件设计；IIIIIIII-I3.在Pro/ENGINEER零件和部件上的电缆、导线及电线束铺设；装14.生成电缆/导线束直线长度及BOM信息；IIIIIIIIII5.从所铺设的部件中生成三维电缆束布线图；订II6.对参数位置的电缆分离和连接；IIIIIIIII7.空间分布要求的计算，包括干涉检查；线IIIIII8.电缆质量特性，包括体积、质量惯性、长度；IIIIIIII9.用于插头和导线的规定符号。第3章.无碳小车设计的理路指导3.1小车的运动原理以及如何实现正余弦曲线小车的运动原理重物的牵引带动原动轮轮的转动，原动轮的转动带动齿轮轮，再根据两齿轮之间的齿轮粘合带动驱动轮和齿轮的转动，带动齿轮盘的转动，从而使方向杆左右运动的同时，前后运动，杆的偏转，使得转向轮偏转，根据驱动轮轮和转向轮的合运动，小车就可以按照要求一边行走一边转弯。梯形原动轮梯形原动轮的原理1.在起始时原动轮的转动半径较大，起动转矩大，有利起动。2.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。

当物块距小车很近时，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。初步启动时转矩大约是360N.mm，滚动摩擦力大约为F=320N.mm，小车可以正常起步。3.2小车各个尺寸设计的推导:060*20歧戢二§\无碳小车二维示意图根据题目中赛道宽度2m，以及每间隔1m，放置一个直径20mm、高200mm的弹性障碍圆棒，以及赛道的大致行走路线（如图四），我组拟定一些实际尺寸的大小以及推导

无碳小车在重力势能作用下自动行走示意图考虑到要使小车的运动轨迹尽可能沿直线运动，绕过的障碍物越多，但又得考虑要使小车不碰到障碍物，经过我组在各方面的考虑，小车的宽度定为24cm,底板M的厚度为5mm，小车的长度200mm，而转向轮的直径为30mm，经网上查得，橡皮轮胎与干地面之间的动摩擦因素为0.71。根据运动轨迹路线，它须偏离直线方向35cm以及两圆柱障碍物的实际距离为98cm，我们采用Matlab软件模拟得E齿轮半径为10mm，齿轮盘半径为64mm，底板厚度为5mm，轴1和轴2直径为6mm，方向杆的长度为160mm，方向杆与齿轮盘的连接点的半径55mm，B齿轮的厚度为20mm，D齿轮的厚度为17mm，转向支撑块中孔的宽高大小为3-6mm，转向轮和驱动轮的宽度为1cm。MATLAB是矩阵实验室(MatrixLaboratory)的简称，是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。几种材料间的动摩擦因数材料动摩擦因数材料钢一钢0.25木一木0.30木一金属0.20皮革一铸铁0.28钢一冰0.02木头冰0.03橡胶轮胎一路面（十）0.71装驱向轮所获得的摩擦阻力大约为6N,假定两驱向轮的直径为120mm，则其转矩:M=F*R=360N.m,由于该车子的运动基本上是匀速运动，所以同轴上的转矩相等，所以D齿II轮的转矩也为60N.m,设其半径为r，则B、D边缘所受到的力FD=FB=60/r,所以D齿轮II线的转矩为MD=FD*RD=60R/r,因为小车是匀速行使，所以物体下降也应该是匀速下降,A齿轮的转矩:MA=mg*RA=10*10=100N.m,又根据同一轴上转矩相等，所以B的转矩:MB=MA=100N.m,得RB/rD=3.6。如何实现正余弦曲线重物的牵引带动原动轮轮的转动，原动轮的转动带动齿轮轮，再根据两齿轮之间的齿轮粘合带动驱动轮和齿轮的转动，带动齿轮盘的转动，从而使方向杆左右运动的同时，前后运动，杆的偏转，使得转向轮偏转，根据驱动轮轮和转向轮的合运动，小车就可以按照要求一边行走一边转弯。方向杆转动一个周期，小车的转向轮同时也转动了一个周期。通过运用matlab计算结果及模拟得到，其行进的路线大体是呈一正玄曲线Y=0.35sinnx

求导得到在每个位置的转角的正切大小:Y’=0.35ncosnx；我们可以得到前轮的最大转角为36°第3章.转向机构的设计转向机构简图采用凸轮推杆转向机构4.1自由度的计算平面机构自由度，由于在平面机构中，各构件只做平面运动，所以每个自由机构只具有三个自由。而每个平面低副（转动副和移动副）个提供两个约束，每个平面高副只提供一个约束。设平面机构中共有n个活动构件（机架不是活动构件），在个机构件尚未用运动副连接时，它们共有3n个自由度。而当个机构用运动副连接之后，设共有P1个低副和Ph个高副，则它们提供（2P1+Ph）个约束，故机构的自由度为F=3n-（2P1+Ph）机构简图F=3n-(2P1+Ph)=1!得出此机构的运动可以实现。I!4.2齿轮传动II订圆柱齿轮传动I!|用于平行轴间的传动，一般传动比单级可到8,最大20，两级可到45,最大60,三级!一一一一一、.一一:可到200，最大300。传递功率可到10万千瓦，转速可到10万转/分，圆周速度可到300IIJ米/秒。单级效率为0.96〜0.99。直齿轮传动适用于中、低速传动。斜齿轮传动运转平稳，适用于中、高速传动。人字齿轮传动适用于传递大功率和大转矩的传动。圆柱齿轮传动的啮合形式有3种:外啮合齿轮传动，由两个外齿轮相啮合，两轮的转向相反；内啮合齿轮传动，由一个内齿轮和一个小的外齿轮相啮合，两轮的转向相同；齿轮齿条传动，可将齿轮的转动变为齿条的直线移动，或者相反。锥齿轮传动用于相交轴间的传动。单级传动比可到6,最大到8,传动效率一般为0.94〜0.98。直齿锥齿轮传动传递功率可到370千瓦，圆周速度5米/秒。斜齿锥齿轮传动运转平稳，齿轮承载能力较高，但制造较难，应用较少。曲线齿锥齿轮传动运转平稳，传递功率可到3700千瓦，圆周速度可到40米/秒以上。综上所述根据本机构选择直尺圆柱齿轮传动。IIi4.22.齿轮材料的选择!i齿轮应按照使用的工作条件选择合适的材料。齿轮材料的合适与否于对齿轮的加工Iii性能和使用寿命都有直接影响。IIIIIIIIi1.常用的齿轮材料Ii制造齿轮常用的钢有调质钢、淬火钢、渗碳淬火钢和渗氮钢。铸钢的强度比锻钢稍ii低，常用于尺寸较大的齿轮；灰铸铁的机械性能较差，可用于轻载的开式齿轮传动中；I装球墨铸铁可部分地代替钢制造齿轮；塑料齿轮多用于轻载和要求噪声低的地方，与其IIi配对的齿轮一般用导热性好的钢齿轮。未来齿轮正向重载、高速、高精度和高效率等方ii向发展，并力求尺寸小、重量轻、寿命长和经济可靠。而齿轮理论和制造工艺的发展将i订是进一步研究轮齿损伤的机理，这是建立可靠的强度计算方法的依据，是提高齿轮承载i能力，延长齿轮寿命的理论基础；发展以圆弧齿廓为代表的新齿形；研究新型的齿轮材Ii料和制造齿轮的新工艺；研究齿轮的弹性变形、制造和安装误差以及温度场的分布，ii进行轮齿修形，以改善齿轮运转的平稳性，并在满载时增大轮齿的接触面积，从而提高I线齿轮的承载能力。摩擦、润滑理论和润滑技术是齿轮研究中的基础性工作，研究弹性IIi流体动压润滑理论，推广采用合成润滑油和在油中适当地加入极压添加剂，不仅可提高ii齿面的承载能力，而且也能提高传动效率。IIIIIIIIi2.齿轮材料的基本要求Ii应使齿面具有足够的硬度和耐磨性，齿心具有足够的韧性，以防止齿面的各种失效，ii同时应具有良好的冷、热加工的工艺性，以达到齿轮的各种技术要求。IIIIIII3.材料的使用性能使用性能主要是指在工作条件下，材料应具有的力学性能、物理性能和化学性能，这是选材时首先应予保证的。对于机械零件和工程构件，最重要的是力学性能。齿轮在机器中的主要作用是传递功率与调节速度。在工作时，齿轮通过齿面得接触传递动力，周期的受弯曲应力盒接触应力。在啮合的齿面上，还承受强烈的摩擦力和冲击力等。I!|因此要求齿轮材料具有：较高的弯曲疲劳和接触疲劳强度；齿面有较高硬度和耐磨!一一:性；齿轮心部要有足够的强度和韧性。所以材料米用40Cr。IIIIIIIII4.材料的工艺性能i制造每一个零件都要经过一系列的加工过程，因此，将材料加工成零件的难易程度，I1将直接影响零件的质量、生产效率和加工成本。II1工艺性能中最突出的问题是切削加工性和热处理工艺性。因此绝大部分材料需经过II装切削加工和热处理。IIIIIIIII5.材料的经济性II在满足使用性能的前提下，选用材料时应注意降低零件的总成本。零件的总成本包订I括材料本身的价格、加工费和其他费用，有时甚至还要包括运费与安装费用。I1在金属材料哦中，非金刚和铸铁的价格都比较低廉，而且加工方便。因此在能够满足零II1件力学性能与工艺性能的前提下，选用非合金刚和铸铁可降低成本。对于一些只要求表I线面性能高的零件，可选用廉价钢种进行表面强化处理来达到。另外，在考虑材料的经济!•••I性时不宜单纯的以价格来比较材料的优劣，而应以综合经济效益来评价材料的经济性。III初步选择齿轮E，齿轮B，齿轮F，材料为40钢（常化），齿轮D选择ZG310-570。III4.24.齿轮的尺寸计算I齿顶高hah=h*m齿根高hfh=(h*+c*)m齿顶圆直径dad=d+2h齿根圆直径dfdf=d-2hf

孔径b齿宽bb=wd第5章计算1.齿轮设计（一）、选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数。1）按简图所示的传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动。传动简图2）、此装置运转速度不高，故选用7级精度。3）、材料选择。齿条材料为40钢（常化），硬度为200HBS，齿轮材料为ZG310-570硬度为160HBS，二者材料硬度差为40HBS。、齿轮齿数z1=17z2=z1*3.6=612）初步设计齿轮主要尺寸（1）设计准则:先由齿面接触疲劳强度计算，再按齿根弯曲疲劳强度校核。（2）按齿面接触疲劳强度设计，即7、CCCKT_u土1/Z

dit，232\«寸•云(—)2

d1＞确定公式内的各计算数值I.试选载荷系数Kt=L3II.计算小齿轮传递的转矩

95.5x105PT=n=360N-mm1n2III.由《机械设计》表10-7选取齿宽系数中d=1。W.由V.由1《机械设计》表10-6III.由《机械设计》表10-7选取齿宽系数中d=1。W.由V.由1《机械设计》表10-6查得材料的弹性影响系数气=ISSMPa2。《机械设计》图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限=320Mpa；大齿轮的接触疲劳强度极限bhiim2=270MpabHlimlH.计算应力循环次数N1=60七jLh=1.037x109N2=j~1=0,288x108(假设的转速为240r/min)2iIIW.由《机械设计》图10-19取接触疲劳寿命系数K=°.92；Khn=°.94N1N2W.计算接触疲劳许用应力取失效概率为1%,安全系数S=1[b]=Khn?liml=294.4MPaH1S[b]=—hn2—iim2=253.8MPaH2S2>.计算试算小齿轮分度圆直径d1t，代入［bh］中较小的值。KTu+1,Zd1^当可计算圆周速度V。v二兀《己=0.2m：s60x1000'..“■(―e)2=16mm

u[b]III.计算齿宽b。b=中xd=16mmbW.计算齿宽与齿高之比亍h模数m=4=0.94mm齿高h=2.25m=2.12mmb=中xd=16mmbW.计算齿宽与齿高之比亍h模数m=4=0.94mm齿高h=2.25m=2.12mmtV.计算载荷系数根据v=0.2ms,7级精度，由《机械设计》图10-8查得动载系数气=1.02；直齿轮，K=K=1；H以Fa由《机械设计》表10-2查得使用系数KA=1；由《机械设计》表10-4用插值法查得7级精度、小齿轮相对支撑非对称分布时，KHP=1.423.；故载荷系数K=七七、K^^=1.452H.按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径K」——=16.50mm3KW.计算模数dm=t=0.97mmz1.按齿根弯曲强度设计

弯曲强度的设计公式mN，摆1(#^)3中片gF]i>.确定公式内的各计算数值I.由《机械设计》图10-20C查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限aFE广260MPa；大齿:轮的弯曲强度极限a=220MPa；1111FE21111II.由《机械设计》图10-18取弯曲疲劳寿命系数K=0.87,K=0.90；1!FN1FN2装1线111111III.计算弯曲疲劳许用应力；取弯曲疲劳安全系数S=1.4，有[a]=Kfn?fei=165.28MPafiS[a]=^FN2aFE2=141.42MPaF2Sw.计算载荷系数K；K=KKKfK砰=1.54V.查取齿形系数；齿形系数yFj及应力校正系数Z(Z17119222232226228291111111111111111v)801245722222222..2....2...2..2.111111111YFa2.53979858776966605551111111111111111111106252711111111..1.......1.YSa52554555575559661质2553567890

1z(z345689102030407058v)55000000022222222..2....2...2..2.YFa2.0652440332242218112552820411111111.1..1....1...1..YSa62861.976676777577798555803783注：1）基准齿形的参数为。=20°2)对内齿轮：当a=20°由表查得七广2.97；七广2.28H.查取应力校正系数;由表查得L1T.52；La2=侦3W.计算大、小齿轮的#肾并加以比较;g」F七1七1=0.027313[-f]1七2七2=0.027891[-f]2大齿轮的数值较大。训I.设计计算邑(4)=0.48mm中切尸]对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮的模数m的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘积）有关，可取由IIII!弯曲强度算得的模数0.48并就近圆整为标准值m=°.5mm，按接触强度算得的分度IIi圆直径，算出小齿轮齿数!id”:z=_l-33:1mIIIii大齿轮齿数，取z2=119。ii这样设计出的齿轮传动，既满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，IIi并做到结构紧凑，避免浪费。装i（4）.几个尺寸计算ii1>.计算分度圆直径IIiid=zm=16.5mm订id=zm=59.5mm!22i2>.计算中心距iia=1*2=38mm线2IIIIi3>.计算齿轮宽度IIIIib=Od=16.5mmid1Ii取B=17mm，B=2°mm。IIIIIIIIIIIIIii模数的标准化数值参考GB1357-87i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.（优先选用第一系列）。第二系列有0.35,0.7,0.9,1.75,2.25,2.75,3.25,3.5,3.75,4.5,5.5,6.5,7,9,11,14,18,22,28,36,45.单位mm各齿轮的参数如下：IIII|B齿轮Z=33分度圆直径D=16.5mm模数m=0.5齿轮宽度B1=20mmII|D齿轮Z=119分度圆直径D=59.5模数m=0.5齿轮宽度B2=17mm\由于转轴中的小齿轮如果满足弯曲及疲劳强度的话，同轴上的其他齿轮无需进行强'\度校核，设定其他齿轮参数如下：II\E齿轮Z=24分度圆直径D=20mm模数=1.25齿轮宽度B=8mm\:F齿轮盘Z=113模数=1.25齿轮宽度B=8mm装IIII\\2.能量利用率及效率的计算II\1.本设计的能量转换路线如下订\重力势能f原动轮动能f齿轮动能f驱动轮转动I\f转向轮转向\\其中转换的步骤越少，其能量的损失越小。II线2.效率分析\\小车的总效率，包括机械传动效率和能量转化效率机械传动效率表序号传动类别传动型式传动效率1圆柱齿轮传动很好跑合的6级精度和7级精度齿轮传动（稀油润滑）0.98〜0.992圆柱齿轮传动8级精度的一般齿轮传动（稀油润滑）0.973圆柱齿轮传动9级精度的齿轮传动（稀油润滑）0.96

4圆柱齿轮传动加工齿的开式齿轮传动（干油润滑）0.94〜0.965圆柱齿轮传动铸造齿的开式齿轮传动0.90〜0.936圆锥齿轮传动很好跑合的6级精度和7级精度齿轮传动（稀油润滑）0.97〜0.987圆锥齿轮传动8级精度的一般齿轮传动（稀油润滑）0.94〜0.978圆锥齿轮传动加工齿的开式齿轮传动（干油润滑）0.92〜0.959圆锥齿轮传动铸造齿的开式齿轮传动0.88〜0.9210蜗杆传动自锁蜗杆0.4〜0.4511蜗杆传动单头蜗杆0.7〜0.7512蜗杆传动双头蜗杆0.75〜0.8213蜗杆传动三头和四头蜗杆0.8〜0.9214蜗杆传动圆弧面蜗杆传动0.85〜0.9515带传动平带无压紧轮的开式传动0.9816带传动平带有压紧轮的开式传动0.9717带传动平带交叉传动0.918带传动V带传动0.9619链传动焊接链0.9320链传动片式关节链0.9521链传动滚子链0.9622链传动无声链0.9723丝杠传动滑动丝杠0.3〜0.624丝杠传动滚动丝杠0.85〜0.9525绞车卷筒0.94〜0.9726滑动轴承润滑不良0.9427滑动轴承润滑正常0.9728滑动轴承润滑特好（压力润滑）0.9829滑动轴承液体摩擦0.9930滚动轴承球轴承（稀油润滑）0.9931滚动轴承滚子轴承（稀油润滑）0.9832摩擦传动平摩擦传动0.85〜0.9233摩擦传动槽摩擦传动0.88〜0.9034摩擦传动卷绳轮0.9535联轴器浮动联轴器0.97〜0.9936联轴器齿轮联轴器0.9937联轴器弹性联轴器0.99〜0.99538联轴器万向联轴器（aW3°）0.97〜0.9839联轴器万向联轴器（a>3°）0.95〜0.9740联轴器梅花接轴0.97〜0.9841联轴器液力联轴器（在设计点）0.95〜0.9842复滑轮组滑动轴承（1=2〜6）0.98〜0.9043复滑轮组滚动轴承（1=2〜6）0.99〜0.9544减（变）速器单级圆柱齿轮减速器0.97〜0.9845减（变）速器双级圆柱齿轮减速器0.95〜0.9646减（变）速器单级行星圆柱齿轮减速器0.95〜0.9647减（变）速器单级行星摆线针轮减速器0.90〜0.9748减（变）速器单级圆锥齿轮减速器0.95〜0.9649减（变）速器双级圆锥-圆柱齿轮减速器0.94〜0.9550减（变）速器无级变速器0.92〜0.9551减（变）速器轧机人字齿轮座（滑动轴承）0.93〜0.9552减（变）速器轧机人字齿轮座（滚动轴承）0.94〜0.9653减（变）速器轧机主减速器（包括主联轴器和电机联轴器）0.93〜0.96本设计中重物的下降时匀速的绳带动原动轮转动，可看做带传动效率门=0.95齿轮传动从齿轮设计的角度讲，影响齿轮传动效率的因素主要是啮合角的大小和齿根滑动率的大小。另外，齿轮加工精度、齿面粗糙度、装配等，都可以影响到齿轮传动效率的。门=0.98得出其机构的总机械率大约为n=0.82最远距离的计算根据路径图科的小车在1/4个周期里面，转过n/2角度，即曲柄齿轮盘转过n/2角度。小车在行进过程中能量通过摩擦生热耗能，考虑各处磨损和车轮与地面的滚动摩擦力，可取摩擦因数f=0.01——0.02。小车的总重量大概为2-2.5kg左右小车行走过的距离S=5/Mgf=10-25m又对曲线方程Y=0.35sinnx曲线积分得■0.5jYds=4xf0.35sinnxdsL0=4.2m

即L1=4.2得行走距离L=S/L1=5——12m理论上设计的小车可前行5——12m左右。轴的校核进行轴的强度校核计算时，应根据轴的具体受载及应力情况，采取相应的计算方法，并恰当地选取其许用应力。对于仅仅（或主要）承受扭矩的轴（传动轴），应按扭矩强度条件计算，对于既承受弯矩又承受扭矩的轴，应按弯扭合成强度条件进行计算，需要时还应按疲劳强度条件进行精确校核。此外，对于瞬时过载很大或应力循环不对称性较为严重的轴，还应该按峰尖在和校核其静强度，以免产生过量的塑形变形。截面WWT~~dd［如*十。—加4十（5—①z一花z—花键次爰史一竺键齿数齿数K^ZZH322d~~dd［如*十。—加4十（5—①轴1的校核轴的直接初步设定为d=6mm，其他的相对位置关系如下图所示。得Ft=2T1/d1=3.36NF1=5.0NFr=Fttana=1.22NF2=8.7N假设重物的重量是1kgTI=100Nmm算得FNV2=3.6NFNV1=2.62NFNH2=7.39NFNH1=4.67NMV按弯扭合成应力校核轴的强度(d=6mm)W=0.1xd3进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩的截面的强度。根据轴单项旋转，以及扭转切应力为脉动循环变应力，取a=0.6,轴的计算应力。■M2■M2+=38.2MPAcab<b=60MPA且无大的瞬时过载及严重的应力的循环不对称性，故略去静强度ca-1校核和精确的疲劳强度。轴2的校核

MV1=377.65M=^MH2+MV2按弯扭合成应力校核轴的强度(d=6mm)W=0.1xd3进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩的截面的强度。根据轴单项旋转，以及扭转切应力为脉动循环变应力，取a=0.6,轴的计算应力。=53.01MPAcab<b=60MPA且无大的瞬时过载及严重的应力的循环不对称性，故略去静强度ca-1校核和精确的疲劳强度。

至此轴的校核结束。整体强度校核采用Ansys分析方法将proe模型导入Ansysworkbench得到集合模型GeomettyFrictionlessSupport2011/5/2218:570.00400.00〔mm]200.00材料选择及其模量0.00400.00〔mm]200.00转向轮和驱动轮用橡胶材料杨氏弹性模量E=O.OO77X108泊松比H=0.33底板以及支撑块采用木材杨氏弹性模量E=11Gpa泊松比日=0.33其它采用铸钢材料杨氏弹性模量E=175Gpa泊松比日=0.25-0.29网格划分网格划分方法为四面体划分，尺寸是20mm。得到的节点数为377787得到的单元数是17589400.00(mm)200.00Nodes37787Element