机械工程学院毕业设计（论文）题 目： 无碳小车设计 专 业： 机械电子工程 班 级：） 姓 名： 学 号： 指导教师： 日 期： 2015年5月27日 无碳小车设计摘要：进入二十一世纪，科技在迅猛的发展，人们的生活水平在不断的提高，生活方式也发生了翻天覆地的变化。但是我们在享受科技带来便利的同时，环境问题越来越引起人们的广范关注，鉴于此，中国提出了走可持续发展道路，在响应绿色环保的口号的号召下，我们设计了用重力势能驱动的无碳小车，通过分析，设计出合理的尺寸，然后用CAD画出小车的各个零件图和小车的装配图，最后用UG画出小车三维图。 关键词：无碳小车；环保；机械设计 Carbon-free car design Abstract: the 21st century, in the rapid development of science and technology, peoples standard of living is constantly improving, the lifestyle also changed dramatically. But we enjoy the technology bring convenient at the same time, environmental problems become more and more aroused peoples wide attention, in view of this, puts forward the sustainable development in China, in response to the green environmental protection under the call of the slogan, we designed a carbon-free car driven by the gravitational potential energy, through the analysis, design a reasonable size, then use CAD draw a car parts diagram and the car assembly drawings, three-dimensional figure with UG finally draw a car. Key words: carbon-free car; Environmental protection; Mechanical design 引言 设计无碳越障小车之初，首先我们要确定一套优化方案。然后我们运用所学过的一些物理学知识进行分析。最后用机械设计方面的知识来设计出合理的结构。小车主要有六个部分组成，它们分别是：车架 、原动机构 、传动机构 、转向机构 、行走机构和微调机构。我们要对这六个机构逐个进行设计。无碳小车工作的原理就是把重力势能转化成机械能带动小车运动。然后小车通过合理的转向机构最终能够自行的避开障碍物等动作。目 录目 录III1.1 概况11.2现状分析22总体设计32.1 任务分析52.2 总体设计要求52.3 总体结构设计要求83小车各个重要机构设计93.1 滑轮的设计93.2 驱动机构的设计103.3 车架的设计113.5 导向机构的设计123.6 行走机构的设计133.7 传动机构的设计143.7.1 齿轮的设计143.7.2 传动轴的设计164 重要零件设计计算174.1 小车后轮尺寸计算174.2 微调机构的设计及选择174.3 车底板设计184.4 车支架的设计195.1 小车整体零件加工概述205.1.1 小车叉架工艺205.1.2 前轮的工艺216 三维模型的建立227 装配并调试小车23III1前言1.1 概况无碳小车是一项全国工程训练综合能力竞赛的课题。如表1所示是第三届工程训练综合能力竞赛中“S”型的小车全国前二十名。表1 无碳越障小车比赛信息表参赛队队号总名次上海大学141石油大学062河南理工大学383山东理工大学274常州大学475安徽工程大学416北京理工大学457天津职业技术师范大学028哈尔滨工业大学329浙江大学1110桂林电子科技大学3711河南科技大学4212合肥工业大学3013厦门大学3314北京航空航天大学3615福州大学0116上海工程技术大学2217湖南工程学院3518江西理工大学3919安徽理工大学0620他们的车一般由车架 、原动机构 、传动机构 、转向机构 、行走机构 、微调机构六个模块组成。对他们小车的六个模块依次分析可以得出下列结论：（1） 在选材料方面,一般用铝合金和有机玻璃,因为这些材料密度低,相同体积下做出的材料,小车质量小.（2） 传动机构选择要求传动效率高的,一般用一级齿轮组传动并且选择模数小的齿轮.（3） 驱动机构小车通过滑轮悬挂重物，使重物缓慢下落,带动驱动轴旋转,从而带动轮子转动,最后保证小车能够正常运行.小车上的滑轮半径设计得要合理,过大过小都不好。（4）常用的微调机构有螺纹微调和曲柄盘微调。由于小车对转向机构精度要求非常高，在调试的时候，通过微调机构可以改变小车行走的轨迹，不断地微调直到小车跑出最优的轨迹路线。 （5）转向机构是小车设计的关键部分，常用的转向机构有曲柄连杆+摇杆机构和凸轮机构。（6）行走机构常用的有两种驱动分别是单轮驱动和双轮驱动。 通过上述分析之后，小车对加工精度，装配精度，工艺性都有较高的要求，因此在设计的过程中我们应该结合自身的条件，通过比较最终选择加工精度相对高的设备加工小车零部件，提高小车的工艺性，探寻一套好的装配方法，提高小车装配精度，设计合理的转向机构。最后小车组装完成后，我们花大量时间调试，力求小车跑出的轨迹最优。近几年，竞赛的水平一直在提高，无碳小车的整体结构也越来越简单，这样调试起来相对比较简单，此外要想小车跑的跟远更好，加工精度一定要高，因此采用高精度的加工机器将是提高比赛成绩的可靠途径。在比赛中我们发现一些车子采用了新材料，结果成绩得到了显著的提高。但是新材料价格往往比较贵，这样会增加成本，因此，我们结合实际情况，选择适合的材料。1.2现状分析最近几十年科技在高速的发展，经济得到了高速发展，人们的生活水平得到了提高，生活方式也发生了很大的改变。但是科技发展的同时，环境问题也越来越变得严峻起来，一些传统的能源也在不断的减少。这几年我国经济持续增长，但是环境问题变得越来越严峻，到处都是污染，PM2.5严重超标，再也看不到多年前清澈的河流和蔚蓝的天空。我们的身心健康受到了极大的影响，因此我国提出了走可持续发展的道路。新能源的发现，开发和利用渐渐的变成了科学家们关注的焦点。无碳小车顾名思义就是绿色环保的代名词，它具有经济、环保、便利等优点。无碳小车的研制对于我们寻找新的无污染能源有这一定的引导作用，有利于能量转化途径，以及提高能量的利用效率。图1.1： 小车整体简图带着浓厚的兴趣我开始查阅资料来深入了解无碳小车这个课题.通过查找资料发现该课题已被当作一项比赛.近年来各个大学为了响应绿色环保主题,都积极参加该项比赛.无碳越障小车之所以能前进，它的驱动力直接由重物下落过程中的重力势转化成动能来实现的。重力势能与机械能的能量转换，使得小车实现前进、转向和调节。无碳越障小车行驶的轨迹近似于正弦曲线，呈周期性变化，并且障碍物的间距在1000mm左右可调。设计无碳越障小车，他的驱动力是通过重力势能转化过来的。给定重力势能为4焦耳（取g=10m/s2），竞赛时统一用质量为1Kg的重块（5065 mm，普通碳钢）铅垂下降来获得，落差4002mm，重块落下后，须被小车承载并同小车一起运动，不允许从小车上掉落。图1.1为小车示意图。小车的结构为三轮结构，这样小车结构比较稳定，小车的整体设计方案，所用的材料以及采用什么方式加工制作不同的学校可以采用不同的方法。只要小车能够自动交错的绕过赛道上设置的障碍物，就达到了比赛的要求。障碍物是有多个圆棒组成的，相邻两个圆棒间距为一米。圆棒的直径20mm、高度200mm。最终以小车越过障碍的数量和所行的距离综合评定成绩。见图1.2。 图1.2： 重力势能驱动小车行走图首先通过讨论确定一套可行的设计思路，然后通过不断地实践完成一个可以按照比赛规则运行的装置。最后通过不断地调试使小车跑出最理想的成绩。设计出来的无碳小车作品要提交相关的设计、工艺、成本分析和工程管理报告。小车设计过程中需要完成以下四个方面的设计：机械设计、工艺方案设计、经济成本分析和工程管理方案设计。机械设计要求能采用合理的设计方案，各个机构要合理的设计，同时要尽量做到参数最优化。经济成本分析要求在最节省成本的前提条件下作出最好的作品。工程管理要求整体考虑各个方面的因素，达到最优化的设计。工艺方案要求对制造工艺有一定的了解，对加工工艺要学会合理的运用。2总体设计设计无碳越障小车之初，首先我们要确定一套优化方案。然后我们运用所学过的一些物理学知识进行分析。最后用机械设计方面的知识来设计出合理的结构。小车主要有六个部分组成，它们分别是：车架 、原动机构 、传动机构 、转向机构 、行走机构和微调机构。我们要对这六个机构逐个进行设计。无碳小车工作的原理就是把重力势能转化成机械能带动小车运动。然后小车通过合理的转向机构最终能够自行的避开障碍物等动作。在确定最终方案的时候，我们应该考虑各个方面的因素，例如选择什么样的材料，采用什么样的加工方法。小车的制造成本如何。在我们做决策的时候应该要相互提出意见，避免决策的片面性，综合考虑，这样才能选择一套合理的方案。27 2.1 任务分析 这次设计的无碳越障小车，其行走轨迹是S形的，当然比赛的小车也有走8字形的。走S形轨迹的小车能够绕过一排间距可调的障碍物并且能节约能源的小车。要想使小车能够走的稳，绕过的障碍物多，主要在于设计出好的转向机构。如何才能让小车在900mm1100mm的范围内的实现精确可调，是亟待解决的问题。通过对题目分析，我们可以得出结论，要想让无碳小车跑出好的成绩，小车对加工精度，装配精度，工艺性都有较高的要求，因此在设计的过程中我们应该结合自身的条件，通过比较最终选择加工精度相对高的设备加工小车零部件，提高小车的工艺性，探寻一套好的装配方法，提高小车装配精度，设计合理的转向机构。最后小车组装完成后，我们花大量时间