关于机械设计大赛

第一篇：关于机械设计大赛

学生个人或参赛小组根据科研、生产和生活实践中的具体问题，应用机械设计及其相关知识，独立完成的能够实现既定功能的机械装置。

TAT大赛

目录[隐藏]

一、基本情况

二、全国ITAT教育工程简介

三、活动背景

四、比赛说明

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一、基本情况主办单位：教育部教育管理信息中心

承办单位：正保教育集团

协办单位：中国电脑教育报社

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二、全国ITAT教育工程简介2000年5月，全国信息技术应用培训教育工程（以下简称“ITAT教育工程”）正式启动。近九年来，ITAT教育工程得到了教育部有关领导的充分肯定，也得到了社会各界人士的关心与支持。ITAT教育工程的发展目标是成为我国规模最大、系统性最强、质量最高、最经济实用的信息技术培训，为我国的信息产业发展培养高素质的人才。截至目前，ITAT教育工程在全国建立了300多家培训基地，有近120万学生参加了培训，其中有近40万学生获得了ITAT教育工程认证证书。

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三、活动背景近年来，随着我国信息技术及相关产业的高速发展，实用型IT人才的需求一直在持续地增长。然而，很多学校毕业生因缺乏实际动手能力，无法胜任工作岗位的要求而面临就业窘境。参加IT技能培训，是解决这一问题的有效办法。ITAT教育工程以提高学生信息素养、培养学生动手能力、提高学

生就业竞争力作为培训的宗旨。为了检验ITAT教育工程的教学效果，考察学生的动手能力，我中心于2005年和2006年分别举办了第一届和第二届全国ITAT教育工程就业技能大赛，取得了良好的社会效果。为此，我中心决定于2007年6月—11月在全国20个城市举办“正保教育杯”第三届全国ITAT教育工程就业技能大赛。此次大赛得到了正保教育集团的大力支持。正保教育集团是一家具备网络教育资质、经教育部批准开展远程教育的专业公司，为联合国教科文组织技术与职业教育培训在中国的唯一试点项目。正保教育集团通过ITATEDU网、中华会计网校、自考365、医学教育网、考研教育网等品牌网校，年培训学员近百万，连续多年被评为“中国十大品牌教育集团”。

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四、比赛说明

1、举办城市

北京、上海、天津、哈尔滨、石家庄、呼和浩特、兰州、西安、乌鲁木齐、成都、昆明、南宁、武汉、长沙、南昌、济南、苏州、杭州、厦门、广州

2、比赛内容

Office办公自动化高级应用、Java程序设计、Photoshop平面设计、3Ds MAX三维设计、Flash动画设计、AutoCAD机械设计

预赛由专家组命题，复赛和决赛由专家组和企业共同命题。

3、奖项设置

特等奖6名（奖品为笔记本电脑）、一等奖30名、二等奖120名、三等奖1600名；大赛特设组织奖和伯乐奖。

4、活动安排

(1)组织机构

ITAT教育工程工作组特设大赛组委会，负责大赛的总体组织工作。在二十个举办城市设立赛区筹委会，负责当地的预赛与复赛的组织工作，同时协调当地的人才机构与相关企业，为学生积极开辟就业渠道。

（2）赛前培训

大赛组委会将在7月10日之前在网上公布比赛的大纲及模拟样卷。各参赛单位可以此为参考开展赛前培训工作。

（3）报名

该大赛采取网上报名，报名费10元/人，报名工作由各参赛单位组织。报名费由参赛单位自留，用于预赛的组织工作。

（4）预赛

预赛由各单位自行组织，赛区筹委会按照交叉巡考的原则，向各参赛单位派出巡考员，监督比赛的实施，巡考费由大赛组委会承担。组织预赛的单位在报名及预赛期间需张贴宣传海报、悬挂横幅，并达到大赛组委会要求的参赛人数。预赛采取网上在线考试、系统自动阅卷。预赛成绩合格的学生，可自愿申请全国ITAT教育工程认证证书，费用为80元/人。

（5）复赛

ITAT教育工程工作组依据各参赛单位的预赛成绩和预赛规模分配参加复赛的名额，每个城市将有500人进入复赛，全国共有10000人进入复赛。复赛由各城市的赛区筹委会组织安排，大赛组委会监督比赛的实施。通过复赛产生获得三等奖以上学生的名单，共计1600人。复赛有关经费由大赛组委会提供。复赛采取网上在线考试、提交考试结果并由大赛阅卷组统一阅卷。

（6）决赛

复赛成绩排在前156位的学生进入决赛。决赛在北京举行，由大赛组委会统一组织。通过决赛，产生特等奖6名、一等奖30名、二等奖120名。决赛有关经费由大赛组委会提供。

第二篇：机械设计大赛说明书

第四届全国大学生机械创新设计大赛决赛参赛作品

便携式万向千斤移设计说明书

目录

作品内容简介.......................................................3

便携式万向千斤移设计说明书

——————————————————————————————————————— 研制背景及意义....................................................3 2 设计方案..........................................................4 2.1 总体结构.......................................................4 2.2 “零抬起”机构的设计...........................................5 2.3 动态水平支撑机构的设计.........................................5 2.4 可控双向棘轮设计...............................................6 3 理论设计计算......................................................6 3.1 轴的校核.......................................................6 3.2 撬头的校核....................................................7 3.3 三角板连接销校核:..............................................8 4 工作原理及性能分析................................................8 4.1 “零抬起”工作原理.............................................8 4.2 提升工作原理...................................................9 4.3 动态水平支撑工作原理..........................................10 4.4 移动重物工作原理——可控双向棘轮..............................10 4.5 性能分析......................................................11 5 创新点及应用.....................................................11 6 作品实物照片.....................................................11 参考文献..........................................................12

便携式万向千斤移设计说明书

作品内容简介

通过长期的调研、计算与实践，我们小组设计并制造了一台用于地震、泥石流等灾难的便携式万向千斤移设计说明书

——————————————————————————————————————— 救援排障工具，其名称为便携式万向千斤移。本作品体积小，携带方便，功能全面，工作效率高，主要用于排除障碍，可以将障碍物从紧贴地面抬起，而在抬起到合适的高度时可将重物进行移动，并且可向前、向后移动和顺时针、逆时针转动，可以很好地达到其排除障碍的目的。本作品创新点多并突出，主要体现在其对障碍物的“零抬起”功能及移动旋转障碍物功能。其实现功能的主要机构为：液压式千斤顶、可控双向棘轮机构、前轮锁紧机构、四杆稳定平面抬起机构以及各链轮传动机构。主要零件全为标准件和常用件，即降低成本又便于维护和更换。

该作品主要应用协助灾难现场的救援破障工作，它的便携性使它能在灾难发生时第一时间赶赴现场，其强大的救援排障功能若将来普遍使用可成为营救生命的第一先锋器械。

本作品已申请国家专利，专利申请号为：201020520020.9 联系人：孙学雁 联系电话：*** Email:sxy19551004@sina.com 研制背景及意义

近年来，地震、泥石流等自然灾害频频发生，不但造成大量的人员伤亡与房屋坍塌，同时还造成公路桥梁损坏或被障碍物阻塞，使大型的排障救援车辆和工具无法第一时间赶赴灾难现场，人们只能通过简单的棍棒、铁具甚至徒手来进行救援与破障，其效率和安全性可想而知。

据调研相关资料后得知，震后20分钟获救的救活率达98%以上，震后一小时获救的救活率下降到63%，震后2小时还无法获救的人员中，窒息死亡人数占死亡人数的58%。他们不是在地震中因建筑物垮塌砸死，而是窒息死亡，如能及时救助，是完全可以获得生命的。而唐山大地震中就有几十万人被埋压在废墟中。

因此，目前我们极需一种小型便携、能在灾难发生时第一时间出现在现场的排障工具，并且需要这种工具能够使用方便、功能全面，能够应用于紧急情况，提高救援效率。所以，本小组研发并制造出了“便携式万向千斤移”。设计方案

本小组经过调研发现，国内外现有的普通千斤顶须在重物与地面之间存在一定距离时使用，它的局限性令其不能很好的应用于灾难现场。于是，为了解决现有普通千斤顶使用局限性的缺点，我们设计了“零抬起”机构。并且，我们巧妙的利用了可控双向棘轮的特点，设计了平移和旋转重物的机构，该机构使本作品在处理灾难现场的障碍物时能发挥更大的作用。除此以外，考虑到千斤顶提升重物时的平稳性，我们设计了四杆水平提升机构，从而使本作品能更好的处理重物的重心。

便携式万向千斤移设计说明书

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2.1 总体结构

总体由抬起机构、提升机构、传动机构和控制机构四部分组成。图1为本作品整体结构图。

2.2 “零抬起”机构的设计

图1 整体结构图

实现该机构功能的主要零件为：撬头、曲形提扣、提升架、液压缸和操作杆，如图2所示。当操作杆往复按压液压缸时，提升架上升，曲形提扣拉动撬头像上翘起。

便携式万向千斤移设计说明书

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图2 抬起机构简图

2.3 动态水平支撑机构的设计

实现该机构功能的主要零件有：提升轮、平衡轮、提升架、三角板和长条杆，如图3所示。其中三角板、长条杆、提升架和机架组成的四杆机构可使提升轮和平衡轮保持水平上升。

2.4 可控双向棘轮设计

图3 提升机构简图

该设计由两个可控制的双向棘轮制作而成，其完成效果见图4，通过分别控制两棘轮方向可实现两提升轮的转向，固图中蓝色开关即为该装置的转向控制开关。

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图4 可控双向棘轮零件效果图 理论设计计算

3.1 轴的校核

C轴(零起传动机构轴)的直径为d20mm，长度为40mm，材料为45钢。其承受重物重量为G10000N。

做出梁的计算图:

图5 梁计算图

做出剪力图和弯矩图：

图6 剪力图

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图7 弯矩图

得:G2F

M1FL1.0105 N·mm WD3203785mm33232

maxMW11.0105785127MPa 已知120MPa 因此 max接近

，所以该轴满足强度条件。

3.2 撬头的校核

该机构材料为Q345B钢，L38mm,h10mm,d45mm

MFd1.0104454.5105Nmm

GFt1.0105N

T1FtA1.010426.313810MPa W1bh2138102407mm

366 TM4.51052W2407186.9MPa

maxT1T226.3186.9213.2MPa钢体的安全系数为St = 2.5 .2max2132.585.28<100MPa

所以该撬头能满足使用要求。3.3 三角板连接销校核:

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此销轴材料为45钢，截面直径d12mm 由动态水平支撑机构可知: F11100002500N4

F170F238 得:F24605.26N 根据切应力计算公式得：

F24605.2640.7100MPa 2A3.146

此销轴合格。工作原理及性能分析

4.1 “零抬起”工作原理

将撬头放入重物与地面之间的缝隙，如图8所示。当按动操作杆令液压缸工作推动提升架上升时，撬头受提升架的拉动而往上顶起如图9所示。此时重物一端被翘起并随撬头像前运动直至接触提升轮，此时须停止液压缸的操作。

图8 “零抬起”工作原理示意图a

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4.2 提升工作原理

该机构的主要作用在于可以将“零抬起”机构所提起的重物承接托起，进而进行大幅度的提升工作。具体工作原理如图10所示。当往复按动插于可控双向棘轮套筒上的操作杆时，链传动机构带动提升轮顺时针旋转，并由于提升轮与重物底面的高摩擦促使重物向上移动，直至落于提升轮的上方。

图9 “零抬起”工作原理示意图b

图10 提升工作原理示意

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4.3 动态水平支撑工作原理

图11 动态水平支撑工作原理示意图

如图11所示，该机构为由提升架（杆1）、三角板（杆2)、长条杆（杆3）和机架组成的四杆机构。其中杆1和杆3长度相等，机架上两支点AE距离与杆2短边CD长度相等，ACDE构成了一个平行四边形。在提升架上升的过程中，由于CD永远平行于AE，因此BC将永远保持水平。4.4 移动重物工作原理——可控双向棘轮

图12 移动重物工作原理示意图

如图12所示，当重物位于提升轮上方时，通过改变两棘轮各自的转向即可控制分别控制两提升轮的转向。当两轮转向相同时，重物做前移或后移动作；当两轮转向不同时，重物做原地旋转动作。

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4.5 性能分析

通过计算和校核撬头及各轴的强度，并对实践进行分析，该装置最大能承受重量能力超过1吨。而在处理重物的过程中，能平稳地完成提升、移动和旋转动作。由于制作时考虑到排障负荷大强度高，所以该装置大部分零件采用了现有的标准件和常用件，如有损坏可方便更换。创新点及应用

三核心机构成为了本作品最主要的创新点。

1）“零抬起”传递机构：置于机构前方的撬头可以将紧贴地面的物体撬起，并将重物一端放到提升移动轮上，从而进行下一步提升工作。

2）动态水平支撑机构：该机构通过四杆机构设计，可将重物水平放置并使其平稳上升。

3）可控双向棘轮机构：可控制两侧提升移动轮的旋转方向，从而达到可令重物前移、后移和旋转的功能。

其余，我们还采用了许多巧妙地细节设计。

① 应用撬头，实现自锁的特性，使撬头协助油压缸承载重物的压力。② 装置前轮加装制动螺栓，令装置更平稳提升重物而不前后滑动。

③ 两个刹车制动螺栓和一个油压缸控制螺栓的松紧度可用一个操作杆来控制，使用起来更加方便，更加人性化。

④ 装置两侧分别是操作杆的夹套和把手，使用完便可将操作杆夹于夹套上，而把手则使整台装置可单手提起，便于携带。

本作品属救援破障工具。目前使用在突发灾难现场的工作少之又少，本作品的出现弥补了该领域的空白，它的便携特点与设计巧妙的机构在将来必获得广泛的应用。作品实物照片

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参考文献

[1] 蔡春源 主编 《简明机械零件手册》 冶金工业出版社1996.3 [2] 东北工学院《机械零件设计手册》编写组编写.机械零件设计手册[M].北京：冶金工业出版社，1983 [3] 杨可桢，程光蕴，李仲生 主编 《机械设计基础（第五版）》 高等教育出版社2006.5 [4] 金嘉琦 主编 《几何量精度设计与检测》 沈阳：东北大学出版社，1998 [5] 刘鸿文 主编 《材料力学》第四版 高等教育出版社，2004.1 [6] 北京科技大学，东北大学 主编《工程力学-静力学》第四版 高等教育出版社 2008.1

第三篇：第五届大学生机械设计创新大赛总结

第五届大学生机械设计创新大赛总结

全国大学生机械创新设计大赛是教育部负责组织的重大赛事之一，受到了各高校的普遍重视，对培养创新型人才具有重要意义。通过对大赛的发展趋势和大赛中学生暴露出的主要问题的分析，提出了当前大学生创新能力的培养途径。

我们有幸能够代表我校参加第五届全国大学生机械创新设计大赛，并且取得可喜的成绩，这些都将归功于我校各位领导的大力支持与鼓励以及两位指导老师金老师、孙老师长期以来对我们的帮助与教导。从项目开始立项到整个比赛结束，金老师、孙老师就一直与我们在一起，对我们细心的指导，耐心的帮助，这些都让我们很感动。可以说没有各位领导的大力支持，没有金老师、孙老师以及其他老师的指导与帮助就没有我们今天的成绩。在这里我代表我们组所有成员对各位领导以及金老师、孙老师表示衷心的感谢，谢谢你们。

创新是一个民族的灵魂，是一个国家兴旺发达的不竭动力。随着市场经济的发展，大家越来越清楚地认识到了这个道理。作为21世纪的新青年，我们更应该培养自己的创新能力与发散思维能力。通过此次比赛，不管是在准备过程中还是在比赛过程中，我们都学到了许多在平时的学习中所学不到和感受不到的东西。参加比赛是对一个人各个方面能力的全面锻炼，是一个自我提升的过程。在这个过程中所得到的经验对以后的学习、工作和生活都很重要。我们收获的不仅仅是理论知识与技术，更是团队之间的完美合作。通过这次比赛，我们更加的了解了比赛的各项流程，积累了丰富的经验教训，充

分认识到和其他学校同学在某些方面的差距，知道了自己专业知识的匮乏，视野还不够宽广，这促使我们更有热情的去学习知识和运用知识。同样在这次比赛中我们也收获了队友们的友谊，大家因为同一兴趣而联系在一起，为共同目标而努力奋斗，大家因此而成为了要好的朋友。参加此次比赛让我感受颇多，下面我将从以下几点谈谈我的感受。

第一：每个人都是创新者

其实创新并没有我们想象中那么难，尤其是机械创新。说简单点机械的创新就是用已有的机械机构来完成目前所没有完成的事。只要我们善于观察、勤于思考、多问为什么，敢于打破常规思维并且勇于跳出束缚我们的无形圈子，那么我们也可以成为一名优秀的创新者与发明者。同时我们应该放下那些不必要的包袱，其实我们和其他高校的同龄者一样，他们能想到的，我们也能想到；他们能做到的，我们也能做到，甚至我们比他们做的还要好，相信自己。

第二：明确的目标和坚定的信念以及不灭的斗志

坚持到最后就是胜利，说的容易但做起来却不是那么回事，很多时候在最需要坚持时，我们往往忘记了这句话。生活最怕没有目标，做一件事如此，参加一个比赛亦如此。没有一个明确和强烈的目标就很难取得比赛的成功。记得刚开始我校有五十多个立项，可是一学期下来就只剩下两项了，不是他们的项目不新颖更不是他们想不到好的解决方案而是因为他们目标不明确，信念不坚定，以致于在后来他们的这些项目都变成了其他学校的得奖作品。

第三：敢于吃苦，信心决心

机械设计竞赛，不同于其他各类比赛的一个特点就是耗时长，脑力体力精力消耗很大，因为省赛和国赛都要求有实物展示，不能仅仅是一个理念或者概念化的想法，而且要求你的实物有足够的魅力去说服评委。

有时候会为了一个机构或者一个方案苦思冥想也得不到任何结果，并且要不时的去翻阅各种厚如巨石的手册资料，有时甚至为了1mm的误差需要你重新修改所有的图纸，因此很多同学在这个时候会选择放弃。所以，参加机械设计竞赛首先必须有不怕艰难与困苦的精神与决心。

第四：敢于创新，不断总结

国家赛的全称叫做全国大学生机械创新设计大赛，其中有“创新”二字，创新包括借用其他机械上已有的一些机构来实现自己所需的功能和原创性创新，要出成绩最好要有创新，但是我们却不能为了创新而创新。

不断总结就是总结一些成功或失败的经验教训，以及加工方法等。比如说一些常用的数据等。比方说我们要加工一个螺孔，需要先在基体上钻出一个孔，然后用丝锥攻丝，那么一个螺纹孔需要多大的底孔呢？比方说需要一个M5的螺纹孔，需要拿多大的钻头打孔呢？这个就需要查相关表格了，查来的结果是4.2mm的钻头钻得的孔刚好适合用来攻M5的螺纹孔。查完之后最好把几个常用的尺寸记住，这样下次再打孔攻丝的时候就很方便了。

第五：团队合作与协调沟通

任何一种机械产品的开发，凭一人之力是很难完成的，此时团队的力量将变得十分重要。个人能力不仅有限，而且在思维的灵活、见识的广度上个人都是无法和团队相比拟的。一个团结的团队会有不竭的动力，成员间互相鼓励保证了团队旺盛的斗志，成员间相互交流相互理解，相互信任，心往一处想，劲往一处使，那么整个比赛过程将更加协调高效。每一次团队合作也是一个相互学习的过程，这个学习不仅仅是涉及项目知识的快速学习，而是学习他人优秀的品质。通过团队合作，我们可以认识很多优秀的人，通过他们，意识到自己的不足，每个人都有自己的优点，我们只有虚心请教他人，才能使自己快速成长。

这届比赛结束了下届比赛也快要开始了，创新不断比赛也就常在，希望我的这次参赛感受能够对我校下届的参赛选手有所帮助，希望我校在第六届的全国大学生机械设计创新大赛上能取得更好的成绩。

第四篇：机械设计常用材料

机械设计常用材料 1、45——优质碳素结构钢，是最常用中碳调质钢。

主要特征: 最常用中碳调质钢，综合力学性能良好，淬透性低，水淬时易生裂纹。小型件宜采用调质处理，大型件宜采用正火处理。

应用举例: 主要用于制造强度高的运动件，如透平机叶轮、压缩机活塞。轴、齿轮、齿条、蜗杆等。焊接件注意焊前预热，焊后消除应力退火。

2、Q235A（A3钢）——最常用的碳素结构钢。

主要特征: 具有高的塑性、韧性和焊接性能、冷冲压性能，以及一定的强度、好的冷弯性能。

应用举例: 广泛用于一般要求的零件和焊接结构。如受力不大的拉杆、连杆、销、轴、螺钉、螺母、套圈、支架、机座、建筑结构、桥梁等。

3、40Cr——使用最广泛的钢种之一，属合金结构钢。

主要特征: 经调质处理后，具有良好的综合力学性能、低温冲击韧度及低的缺口敏感性，淬透性良好，油冷时可得到较高的疲劳强度，水冷时复杂形状的零件易产生裂纹，冷弯塑性中等，回火或调质后切削加工性好，但焊接性不好，易产生裂纹，焊前应预热到100～150℃，一般在调质状态下使用，还可以进行碳氮共渗和高频表面淬火处理。

40CR属于低淬透性合金调质钢，一般调质使用，比45#钢要好点，做要求不是很严的轴类件，也可以热处理后表面处理做齿轮，一般做轴退火后800度保温5小时淬火，用油淬，然后520度保温80分钟用水或者油快冷回火

应用举例:调质处理后用于制造中 速、中载的零件，如机床齿轮、轴、蜗杆、花键轴、顶针套等，调质并高频表面淬火后用于制造表面高硬度、耐磨的零件，如齿轮、轴、主轴、曲轴、心轴、套筒、销子、连杆、螺钉螺母、进气阀等，经淬火及中温回火后用于制造重载、中速冲击的零件，如油泵转子、滑块、齿轮、主轴、套环等，经淬火及低温回火后用于制造重载、低冲击、耐磨的零件，如蜗杆、主轴、轴、套环等，碳氮共渗处即后制造尺寸较大、低温冲击韧度较高的传动零件，如轴、齿轮等。

4、HT150——灰铸铁

应用举例:齿轮箱体，机床床身，箱体，液压缸，泵体，阀体，飞轮，气缸盖，带轮，轴承盖等5、35——各种标准件、紧固件的常用材料

主要特征: 强度适当，塑性较好，冷塑性高，焊接性尚可。冷态下可局部镦粗和拉丝。淬透性低，正火或调质后使用

应用举例: 适于制造小截面零件，可承受较大载荷的零件：如曲轴、杠杆、连杆、钩环等，各种标准件、紧固件6、65Mn——常用的弹簧钢

应用举例:小尺寸各种扁、圆弹簧、座垫弹簧、弹簧发条，也可制做弹簧环、气门簧、离合器簧片、刹车弹簧、冷卷螺旋弹簧，卡簧等。7、0Cr18Ni9——最常用的不锈钢（美国钢号304，日本钢号SUS304）

特性和应用: 作为不锈耐热钢使用最广泛，如食品用设备，一般化工设备，原于能工业用设备

8、Cr12——常用的冷作模具钢（美国钢号D3，日本钢号SKD1)

特性和应用: Cr12钢是一种应用广泛的冷作模具钢，属高碳高铬类型的莱氏体钢。该钢具有较好的淬透性和良好的耐磨性；由于Cr12钢碳含量高达2.3%，所以冲击韧度较差、易脆裂，而且容易形成不均匀的共晶碳化物；

Cr12钢由于具有良好的耐磨性，多用于制造受冲击负荷较小的要求高耐磨的冷冲模、冲头、下料模、冷镦模、冷挤压模的冲头和凹模、钻套、量规、拉丝模、压印模、搓丝板、拉深模以及粉末冶金用冷压模等

9、DC53——常用的日本进口冷作模具钢

特性和应用: 高强韧性冷作模具钢，日本大同特殊钢（株）厂家钢号。高温回火后具有高硬度、高韧性，线切割性良好。9用于精密冷冲压模、拉伸模、搓丝模、冷冲裁模、冲头等

10、SM45——普通碳素塑料模具钢（日本钢号S45C）

一、材料代号的统一

1.一般结构用钢：Q235

2.轴类零件：S45，SKD11，SUJ2等，推荐使用标准镀硬铬棒45钢，或SUJ2（轴承钢）

3.铝合金材料：AL5052,AL5056,AL6061,AL6063，4.不锈钢材料：SUS304，SUS316

5.非金属材料：POM，尼龙，MC尼龙，优力胶，铁氟龙，电木

6.其它金属材料：黄铜，紫铜，铬铜，二、表面处理

1.镀锌：用于一般钢零件，板件

目的、特长：防锈、低价格，但外观不好

2.镀化镍：用于钢，不锈钢，铜，铝合金

目的、特长：防锈、高价格，耐腐蚀性提高

3.镀硬铬：用于钢，铜，黄铜

目的、特长：有光泽外观，耐腐蚀性良好

4.发黑处理：用于钢

目的、特长：外观良好，价格低，处理时间短 5.阳极氧化：用于铝合金，分为本色和黑色

目的、特长：防腐性，耐磨性，耐热性较好，无导电性，三、钢铁材料的热处理

1.轴的调质

2.零件表面或整体淬火,渗碳淬火，渗氮，碳氮共渗，氮化

3.硬度的标示：以洛氏硬度标注，代号HRC~

第五篇：机械设计大赛 无碳小车 设计说明书

目录

前言

第1章、绪论…………………………………………………………...4

1.1 参赛主题………………………………………………...4

1.2 功能分析………………………………………………...4

1.3 设计方法………………………………………………...4

第2章、轨迹和行走机构选型与计算………………………………6

2.1

轨迹和行走机构选型………………………………….6

2.2

轨迹参数计算………………………………………….7

第3章、控制机构选型与计算………………………….………….10

3.1

控制机构选型………………………………………...10

3.2

放大机构的设计…………………...…………………12

3.3

凸轮的设计………………………………………...…13

第4章、传动机构选型与计算……………………………………16

4.1

传动机构选型………………..……………………….16

4.2

齿轮系的设计…………………….…………………..16

4.2

尺寸参数校核………………………..……………….17 第5章、动力机构选型与计算………………………………………19

5.1

绕绳轮安装位臵分析……………………………..….19

5.2

力分析…………………………………………..…….20

5.3

前轮转向阻力矩的计算………………………...……23

5.4

弹簧劲度系数的计算……………………………….23

5.5

尺寸参数的获取…………………………...………23

5.6

质量属性参数的确定………………..…………….26

5.7

参数的计算…………………………………….…..27

5.8

绕绳轮最大半径的确定……………….…………..29

第6章、微调机构简介………………………………….……….….30

第7章、误差分析及效率计算………………………….…………..31

7.1 误差分析

………………………………...……….31

7.1.1 设计误差……………………………..……………31

7.1.2 参数误差…………………………………………31

7.1.3 加工与装配误差……………………...………….31

7.2 传动效率的计算…………………………….…………32

7.2.1 动力机构效率的计算……………...…………….32

7.2.2 传动机构效率的计算…………………………..33

7.2.3 控制机构效率的计算……………………….….34 第8章、仿真分析………………….………………………..………35

第9章、综合评价及改进方案……………………..………………37

9.1 综合评价………………………….…..…………..37

9.2 改进方案………………………………...………..39

第10章、参考文献…………………………………………..…….40

第11章、附录……………………………………………..…………..40

11.1 机构运动简图及装配图………………...…………………40

11.2 小车三维装配图及爆炸图……………………….………..42

第1章、绪论

1.1 参赛主题

第三届全国大学生工程训练大赛的竞赛主题为“无碳小车越障竞赛”。这次竞赛包含两个竞赛项目。第一个项目与往届竞赛相同，为小车走“S”形线路绕杆。竞赛项目二为小车走“8”字形线路绕杆。通过商量，我们选择的竞赛项目为项目二。

1.2 功能分析

根据本次竞赛规定，竞赛项目二是小车在半张标准乒乓球台（长1525mm、宽1370mm）上，绕相距一定距离的两个障碍沿8字形轨迹绕行，绕行时不可以撞倒障碍物，不可以掉下球台。障碍物为直径20mm、长200mm的2个圆棒，相距一定距离放臵在半张标准乒乓球台的中线上。

小车是在重物下落所带来的重力势能的作用下实现运动和转向。因此，小车需具备能量转换装臵、转向控制装臵、驱动机构等。

1.3 设计方法

在小车的设计过程中，应该充分综合考虑到材料、加工制造、生产成本等个方面因素，以保证小车的设计更加符合实际，削减理论 与实际之间的差距。

小车实现绕“8”字功能，应有相应的轨迹，因此，在进行小车的机构设计时可采用从小车的理论轨迹入手，逆向进行机构设计的方法。在进行机构设计时，应采用发散思维，注意机构的选型与组合，应充分考虑到各机构间的相互关系以及整体效应，注意及时对机构进行调整。

小车的设计方法是保证小车技术含量的关键，在设计方法上，我们在关键部分采用参数化组合设计，以保证设计精度和方案的可行性。再设计流程上，我们循序渐进步步为营，同时兼顾全局。下面是我们的设计流程图。

图1-1 第2章、轨迹和行走机构选型及其

计算

2.1 轨迹和行走机构的选型

为了获得最优的理论轨迹，我们采用列举法，进行逐一筛选。经过商议，列举了以下几种轨迹：

1、双纽线

2、互补正弦曲线

3、相切圆

4、形“8”字折线

5、其他形似“8”的曲线等 双纽线：

其直角坐标以及极坐标方程为：(x2 + y2)2 = 2a2(x2 − y2)，ρ^2=a^2*cos2θ，由此可知极坐标下曲线上任何一点的曲率半径为R2a3cos2。

通过分析，双纽线是所有曲线中经过相同距离的俩个桩的路程是最短的，同时双纽线曲率又大变小再变大在变小，再回到出发点，运动过程没有曲率突变，所有路程都光滑过渡。但是，由于双纽线本身的复杂性，导致控制机构的设计的难度相当大，通过绘图计算，发现四杆机构不能同时满足转向及时间上的控制，而用凸轮机构则导致 凸轮的轮廓曲线太过复杂。互补正弦曲线，相切圆，折线

正弦曲线可以用四杆机构实现，但是由于在端点处存在去两次曲率突变。相切圆、“8”字折线可以很简答的实现，但是也存在曲率突变的问题，这些问题都会严重影响小车的稳定性，因此不采用这些轨迹作为理论曲线。轨迹敲定：

为了保证小车能够稳定实现八字运动，我们最终确定小车的理论轨迹为俩段圆弧通过俩段公切线连接。这样既保证了小车运动过程的平稳性，又同时使得轨迹规律性强，易于控制。

针对这个想法，我们设定了俩种轨迹分别如图（2-1）、（2-2）所示。

图2-1

图2-2 考虑到小车的行走机构，我们拟定了三种小车行走机构的方案，如下：

方案

一、后轮单轮驱动，其他俩轮从动 方案

二、后轮定时驱动，前轮从动 方案

三、后轮同时驱动，前轮从动

针对方案一，左轮与主动轴通过键连接，后轮通过轴承与主动轴相连，即可实现转弯时的差速，简单有效。

针对方案二，采用齿轮系分别驱动左右后轮，其中用互补的的不完全齿轮定时驱动左轮右轮。针对方案三，通过在后轮主动轴上安装差速器来实现差速。通过分析，方案一不能实现轨迹图（2-1），方案二不能实现轨迹图（2-2），方案三则能实现俩种轨迹。由于方案二和方案三需要增加许多齿轮，大大的增加了成本和机构复杂度。况且，方案二的定时控制难度较大，而根据经验方案三可靠度不高，因此，考虑到经济效益以及可靠度，放弃了这两种方案。最终选定的轨迹如图（2-2）所示，实现的方式为方案一。

2.2 轨迹参数计算

理论轨迹的计算及参数确定：

假设：小车尺寸参数：小车宽为2c，轮距为b，前轮最大转角为

轨迹参数：中心距为2p,圆弧半径为R，直线斜率为k，设定不可行区域为直径为200mm的圆。

小车运动场地尺寸：长1525mm，宽1370mm。根据以上参数，建立直角坐标系，理论轨迹下，可列出以下方程：

2p+2R+2c1500 ……..………………………………..(2-1)

2(R+2c)1350…………………………………………..(2-2)

R100+c ………………………………………….……..(2-3)

又小车转弯时左轮曲率半径满足关系：=

bc…………(2-4)tan

转弯时，小车曲率半径满足R

根据以上式子，线性规划取合理的值，所得结果如下：

=250mm，2p=600mm，R=250，=38.66

2c=150mm，b=200mm.根据以上参数，可作出小车左右轮的轨迹图（2-1）如图所示： 10

图2-1

由于左轮驱动，右轮从动，故需计算左轮有关参数，如图粉色曲线所示。测量计算得：主动轮一个周期走过的路程为 S=3219.23mm，其中直线路程为：S1=331.66*2=663.32mm，弧线路程为：S21278.00*2=2556 第3章、控制机构选型及计算

3.1

控制机构选型

根据小车运动的轨迹，可知小车前轮转向为间歇运动，因此可用不完全齿轮机构，槽轮机构，凸轮机构等做小车前轮转向的控制机构。

在假定小车速率恒定运动的情况下，设小车驱动轮的速率恒定为v，周期为T。忽略过渡阶段，设小车走直线的时间为t1，走弧线的时间为t2。根据小车一个周期内的轨迹可绘制出小车运动循环图

表3-1 小车运动循环分析 0~ t1 t1~ t1+ t2

t1+ t2~2 t1+ t2

2t1+t2~2(t1+ t2)小车启动，走直由直线过渡到轨迹由弧线过轨迹由直线再转线，前轮转角为曲线，并走直渡到直线，前轮回到弧线，前轮左0度。线，前轮右转度。

回转度。

转度。历时t2后回到起始点。

根据上表分析，由于t1t2,故排不采用槽轮机构。不完全齿轮以及凸轮机构均可实现.令：T=60s，后轮半径R1=70mm,前轮R2=20mm,左轮周长C=2R1 则：左轮一周期内所转过的圈数为：r1= 半个周期内，走直线所需圈数：r2=

S1 CSC 12 走曲线所需圈数：r=

3S2 C代入数据即可求得: r1=7.3194r r2=0.7541r r3=2.9262r 根据以上计算，可知，如果用不完全齿轮，在保证一定精度的情况下，导致齿轮过大，且须附加锁止机构，因此成本科及复杂度较高。而小车实现理论轨迹所需控制简单，只需在必要的时候驱动前轮转向即可，而不需考虑转向这个过程。如果用凸轮摇块机构，只需凸轮有四段圆弧即可，所以，凸轮轮廓曲线简单，加工难度大大降低，加工精度也可相应提高。

因此，可初步设计出凸轮摇块机构如图所示：

凸轮推程与推杆到摇块的距离满足关系：=dtan

由于=38.66，考虑到安装，d10mm,则：=8.00mm。

图3-1

3．2

放大机构的设计

由2.1可知，=8.00mm，推程过大，导致凸轮过渡区域过大，严重影响控制精度。为此，设计一个放大机构来保证控制精度。故须增加放大机构。

图3-2 为了后续设计的方便，我们对整个控制机构做了逐步分析计算以确定其大体尺寸参数。如图所示;

图3-3 14 设四杆长度依次为：a,b,c,d，各杆的方向向量为：a，b，c，d。根据几何关系有：

a+b=c+d……………………………………………………….(3-1)acos11bcos21dcos41ccos31…………………………..(3-2)

acos13bcos23dcos43ccos33…………………………..(3-3)1113=…………………………………………………………...(3-4)b2(ac)2d2……………………………………………………….(3-5)1DEtan31………………………………………………………..(3-6)2DEtan33………………………………………………………..(3-7)根据小车尺寸，考虑到安装问题，选定合适参数，令a=20mm,DE20mm,又=38.66，可求得控制机构各尺寸参数如下： b=30mm,c=84mm,1=3.76mm,2=4.08mm。

3.3 凸轮的设计：

凸轮推程为1=3.76mm，回程2=4.08mm，凸轮基圆半径为0，偏距e=0。T=60s,小车走直线所对应凸轮的转角为1=

S1180=36.88，走S2弧线所对应的凸轮的转角为2=1801=143.12。则推杆的运动规律如下表所示：

表3-2 凸轮运动循环分析

序号 1

凸轮运动转角 0~36.88

推杆运动规律 如图位臵2所示，前轮转角位0，推杆处于推程为2的位臵。

36.88~180

推杆由2上升到

1+2，之后保持远休 180~216.88 回程，通过圆弧过渡，回到2位臵，并保持休止 216.88~360 推杆继续回程，推程变为0后保持休止状态

根据推杆的运动规律，为了提高精确度，减少过渡时间，并且保证过渡平滑减少冲击，同时考虑到整体尺寸，设定凸轮基圆半径033.92mm,滚子半径为7mm,则大圆弧半径为138mm，小圆弧半径为230.20mm，可设计图轮轮廓曲线如下图（3-4）所示：

图3-4 根据以上设计，可绘制控制机构总体部署如图（3-5）所示：图3-5

第4章、传动机构及计算

4.1 传动机构的选型

重物下落产生的动力需要经过一定的传动机构调速后传动到凸轮以驱动前轮转向机构使前轮转向。凸轮做整周定速运转，这就要求传动机构末端构件能做整周圆周运动，而传动机构前端也是整周运转构件，所以，可以考虑使用带轮、齿轮、链轮为传动主机构。由于小车整体尺寸比较小，传动距离较短，所以带轮以及链轮机构不能表现其优势，而且这俩种机构传动效率低，精度不够高。再考虑到结构方面，齿轮机构是最好的选择。

4.2 齿轮系的设计

左轮转速：n1S7.3606rpm C凸轮转速：n21rpm 总传动比为：i127.3606

5059 2020因此，传动机构由两级直齿圆柱齿轮传动。

考虑到小车整体尺寸以及加工精度和难度问题，取齿轮的模数为m=1.5。标准齿轮ha1,c0.25,各齿轮参数如下表：

表4-1 齿轮参数

序号 M Z

Alpha(压d/毫da/毫df/毫db/毫b（齿力角)/度 米

米

米

米

宽）/毫米 2 3 4 1.5 1.5 1.5 1.5 20 50 20 59 20 20 20

30.00 33.00 26.25 28.19 20 75.00 78.00 71.25 70.48 10 30.00 33.00 26.25 28.19 20 88.50 91.50 84.75 83.16 10

4.3齿轮尺寸校核：

各齿轮模数等参数都一致，且Zmin=,17，如果齿数最大的齿轮满足齿厚条件，则其他各齿轮也将满足条件。m=1.5,z=59,alpha=20,ha1,c0.25 则，分度圆齿厚：s=齿顶圆半径 ra基圆半径rbdb 2m 2da 2b齿顶圆压力角：aarccos

rrainvatanaa

invtan

则齿顶厚度：sasra2rainvainv r 19 求得：a24.65，inv0.0149,inva0.0287 代入式：得sa1.173mm满足齿厚条件条件。

所以，所有齿轮都不会有齿廓变尖的情况。整理设计后的齿轮系传动机构如下图所示：

图4-1 第5章、动力机构选型及计算

动力机构是驱动小车运动以及驱动前轮转向的原动力机构，其输入能量为铁块下落所提供的重力势能，输出为驱动轴的转动动能。就机构的实现形式而言，用绕绳轮直接连接驱动轴作为动力输出机构最为简便，能量损耗最低。因此，动力机构的关键在于绕绳轮的设计。

小车的运动过程分为启动—稳定运转—停止三个阶段，在启动阶段，小车需要较大的驱动力矩来推动小车前进，稳定运转阶段要求小车的加速度很小，即驱动轮的转速基本稳定不变，停车阶段主要是能量消耗完毕，动能逐渐减少的零，是自动的过程。因此，需要初步计算出小车的启动驱动力矩以及稳定运驱动转力矩。

5.1 绕绳轮安装位臵的确定

理论上，绕绳轮安装在任何一根轴上都能实现小车的驱动和转向，但是，考虑到传动效率以及车体稳定性问题，把绕绳轮安装在驱动轮轴上最合适。

理由如下：如图（4-1）定轴齿轮系

设：后轮驱动阻力矩为：Mr1，前轮转向阻力矩为：Mr2

1、假设绕绳轮桩在齿轮2的轮轴上，重物下落通过绕绳轮产生的驱动力矩为Me，则传递到齿轮1所在轮轴上的力矩变为:MMeR1，因R2此齿轮副转动存在扭矩改变的问题，而Mr2 Mr1，若果绕绳轮不安 装在驱动轮轮轴上的话，会导致齿轮系传力负荷过大，一方面会降低传动效率，另一方面会加速齿轮磨损，而且对齿轮的各方面性能 要求更高。因此，把绕绳轮安装在驱动轮轮轴最合适。

5.2

控制过程力分析

根据小车的轨迹，前轮转向机构一个周期共分为四个阶段，只有在过渡阶段存在力的改变，转向力矩的计算;

前轮转向阻力矩为：Mr2。

摩擦系数：各构件材料均采用5A05铝合金，滑动摩擦系数为：f10.14，与木板的滚动摩阻系数：10.36/mm，摩擦圆半径为，各构件长为：li，转动副销钉半径为R，弹簧的劲度系数为k，推杆最大推程p,暂态推程为x。对转向控制机构做力分想，析：

阶段4：

图5-1 过渡阶段4，各构件的状态如图（5-1）所示，对构件分别做力分析 受力分析图（5-3）如下

图5-2-1 23

图5-2-2

图5-2-3

图5-2-4

图5-2-5 对构件1有：

FR21l1cos1Mr2………………………………（5-1)对构件2有：

FR12FR32………………………………………………..(5-2)对构建3有：

2FR23…………………………...(5-3)（l3cos）FR43l3对构件4有：

FR34cos2FnFf54sin3FN54…………………………..(5-4)对构件5有：

Me5FR45d………………………………………………(5-5)联立上述5式，求得：

1Mr2l3cos2cos2Fn2l3l1cos1d………………………(5-6)cos3fsin3

Me5忽略摩擦的情况下：

同样对各构件分别做力分析可求得：

1Mr2l3cos2cos2Fn2l3l1cos1d…………………………(5-7)cos3

Me5其中：

2fR………………………………………….………..….…(5-8)代入数值得：=0.66mm…………………….................................(5-9)

Fnkx……………………………………………………….(5-10)

5.3

前轮转向阻力矩的计算：

前轮在车体重力的作用下发生变形，由于力很小，前轮变形极小，故可假设前轮与地面接触面为一半径为R深为h的圆柱。则，前轮转动的阻力矩为：

积分得：

Mr2(0RFC2r2f)dr……………………(5-11)2R

Mr2

其中：R2FCR………………………………………(5-12)3FC…………………………………………(5-13)

5.4 弹簧劲度系数的计算：

为了保证第二过渡阶段弹簧能驱动前轮转向，其劲度系数与阻力矩满足以下关系：

Mr2kx2………………………………………………...…..(5-14)Mr2kxl321………………...………………………………………..(5-15)l312 5.5 参数的获取：

在过渡阶段，前轮的转角处于渐变阶段，为了获取合适的参数，我们采用作图法来获取特殊点参数，以求得最大的驱动力矩。由于实际加工与装配过程中会有较大的误差，因此，这些理论计算的出的数据只能作为一个参考，实际绕绳轮的大小可能还需经过一定的调整。如下图(5-4)所示：

通过作一系列的辅助线，量取相应的尺寸即可。凸轮转动中心到对应位臵滚子的转动中心的距离即连心线长为h0，到滚子与凸轮接触处切线的法线的距离为d，连心线与法线的夹角为3。

图5-3 测得阶段四与阶段二的参数如下表：

表5-1 阶段四数据

h d 13.01 10.06

3

 2 1 2

8.60 39.64

19.84 14.70

1.48 2.46

11.90 6.35

24.30 14.98

1.47 4.65

表5-2 阶段二数据

h d 13.41 9.93

3

 2 1 2

42.95 43.98

18.12 13.05

1.69 2.72

2.98 2.76

15.74 26.17

4.85 7.82 5.6

质量相关参数的确定：

通过三维造型，设计好零件并组装成装配图之后，定义了各个零件的质量属性，通过proe分析测量，获得了小车的质量，重心（如图（5-5）线圈内的坐标系）等数据，记录如下：

图5-4 体积 = 5.7502203e+05 毫米^3 曲面面积 = 3.0700972e+05 毫米^2平均密度 = 4.0046427e-09 公吨 / 毫米^3 质量 = 2.3027578e-03 公吨

根据 PRT_CSYS_DEF 坐标边框确定重心: X

Y

Z 4.9962801e+01 1.5108786e+02 7.8382376e+01 毫米

5.7 参数的确定

根据以上参数，可以计算出，在加上铁块后，各个轮子所受正压力：设，前轮为C，后轮左轮为A，右轮为B。如图（5-6）所示：

图5-5 参照坐标系在m处，测得小车重心坐标系在n处。对小车整体受力分析有：

FAFBFCG……………………………………………………..(5-16)GyGFCyc………………………………………………………..(5-17)GxGFBxB………………………………………………………(5-18)xB150,yC200,xG79,yG50,G22.57N

代入数值，求得：

FC5.64N

FB11.87N

FA5.06N

代入式

:Mr20.0003 Nm(R=0.089mm)……………………(5-19)38.66,第四过渡阶段14.08mm，第二过渡阶段23.74mm，k=24.32 N/m 左轮的滚动摩阻：Mr11(FAFBFC),代入数值：得Mr18.13Nmm 第四阶段：Me558.20Nmm

55.75Nmm 第二阶段：x4.08

Fn0.14N0

0.165N

Me5=72.06Nmm 68.56Nmm 因此，加在绕绳轮上的最大阻力矩为：MR80.19Nmm…………(5-20)5.8 绕绳轮最大半径的确定：

如图所示：绕绳轮的半径为R1 铁块重力为G=9.8N

平衡状态下绕绳轮的受力关系满足下式：

GR1MR

代入数据，解得：

R1=8.18mm

图5-6 至此，所车体有构件尺寸均已确定。

第6章

微调机构简介

由于存在加工误差和转配误差，并且，小车转向存在过渡阶段，因此，小车实际运动轨迹将会与理论轨迹有一定的偏差，为了是小车尽可地能实现尽量多的完整8字绕行，必要的微调机构是比不可少的。

小车转弯的曲率半径由车体尺寸以及前轮转角决定，但是，车子一旦加工完成，车体尺寸无法改动，因此，可以通过改变前轮转角来调整小车的形势轨迹。如图所示：

图6-1 控制前轮转向的摇杆通过螺钉固定连接，但是螺钉相对于摇杆的位臵式可调的，通过改变其相对位臵来改变摇杆的长度，从而调节前轮的转角。

第7章、误差分析及效率计算

7.1 误差分析

7.1.1 设计误差

在进行小车的设计时，添加了一些理想化设计，如在假定小车做匀速运动的情况下完成整个轨迹，据此选定和似的参数，设计出了前轮转向控制机构。实际中，小车不可能做完全的匀速运动，必定会有速度的波动，此外，由于小车在转弯时，不可能突变，过渡阶段很关键地影响着小车的运动轨迹，虽然，我们通过放大机构来提高精度，但是，任然存在一定的误差，因此，在控制机构的设计上存在误差。

7.1.2 参数误差

在第5章所进行的力分析时，采用了参数化设计，涉及到许多的参数，如铝合金与木板的滑动摩擦因素以及滚动摩阻系数等，在计算前轮的变形时，使用的尼龙许用应力也与现实存在一定的差距。因此，在绕绳轮的设计上存在一定的误差，但是这个误差可以通过更换绕绳轮来的待解决。

7.1.3 加工误差及装配误差

加工误差和装配误差的存在，必定会导致小车运动的偏差，然而

这个误差是可以调节的。在进行结构设计时，我们考虑到加工的问题，使设计出的零件尽可能地易于加工，减少成本，因而大大的减少了加工误差。然而，对装配的误差考虑较少，造成整体结构不够紧凑，装配误差比较大。因此，在后续的过程程中，应当对整体结构做相应的调整优化。

7.2 效率的计算

小车主体由动力机构、传动机构和转向控制机构串联而成。令各机构的机械效率为

1、2、3，则小车整体的机械效率为：

总123

7.2.1动力机构的机械效率

如图

所示，绕绳轮与后轮转轴直接固定连接，绳子与定滑轮以及绕绳轮只存在滚动摩擦（或者存在极少量的滑动摩擦，故可忽略不计），因此能量的损耗只在于滑轮与滑轮轴之间的摩擦损耗。滑轮和滑轮轴的材料都是采用5A05铝合金，其滑动摩擦因数为f=0.14，滑轮半径R1=22mm，滑轮与滑轮轴组成的转动副的摩擦圆曲率半径为0.66mm。

对滑轮受力分析如下图(7-1)所示：

图7-1 对转动中心由平衡条件可得：

TR1FrGR1………………………………………….(7-1)

FrGT……………………………………………………..(7-2)联立可求得：

T=GR1……………………………………………...(7-3)R1忽略摩擦的情况下，同理可求得：

TG……………………………………………….……(7-4)又，1T……………………………………………………….(7-5)T联立

代入数据，求得：195.9%..............................................(7-6)

7.2.2

传动机构效率的计算

查阅资料可知，8级精度的直齿圆柱齿轮在有席油润滑的情况下

的传动效率为97%。由于，传动机构为两级齿轮副传动，因此，可计算出传动机构的总机械效率为：

297%97%=94.1%............................................................(7-7)

7.2.3转向控制机构传动效率的计算

过渡阶段，前轮转向控制机构的传动效率可有式

计算可得。联立式 有：

3Me5………………………………………………………(7-8)Me5取最大传动力矩位臵的参数做计算，求得：

3=93.6%..................................................................................(7-9)综合式(7-6)、(7-7)、(7-9)可得：

总84.5%..................................................................................(7-10)

第8章、仿真分析

通过对小车进行机构连接，我们对小车做了运动仿真分析。输出了仿真动画，以及小车前轮的转速，角加速度和角位移图象，如下图所示：

图8-1

通过测量，发现前轮最大转角分别为：34.96度、38.46度。与理论设计的角度38.66存在一定的误差。在时间上，通过测量，过渡阶段主要分配在小车走弧线的阶段，过渡阶段的时间为3.5秒，走直线的时间为6.02秒，走弧线的时间为20.37秒。

小车前轮角速度和角加速度图象如图（8-2）所示，通过测量，小车前轮的最大加速度如图第一个波峰所示，为16.05度/秒。变速阶段与小车前轮角位移改变阶段相对应。

图8-2

小车前轮角加速度图象如左图（8-3）所示，显然，在个别位臵加速度较大，大体变化不大，因此，小车在转向时不会出现急转弯导致小车失衡的情形。

图8-3

第9章、综合评价及方案改进

通过对小车的设计以及运动仿真分析，我们对小车做了整体的综合评价，并提出了改进方案。

9.1 综合评价

9.1.1

不足处

1、小车主要由凸轮四杆机构，齿轮传动机构，以及绕绳轮动力机构组成，机构组成较复杂，零件装配定位难度大。

2、小车整体机构分布不够紧凑，零件分布不够均匀。

3、小车各机构采用串联方式连接，传动效率不够高。

9.1.2

优点

1、小车整体设计采用优化参数设计，控制精度高。

2、在进行机构或零件设计时充分考虑到加工与制造，因此零件相对简单，加工难度低，加工精度高，成本低。

3、小车运动过渡阶段平稳缓和，运行稳定性高。

9.2 方案改进

针对以上分析，我们提出了一下改进方案:

1、保证加工精度和一定加工成本的前提下，优化结构设计，使小车整体结构尽可能的紧凑。

2、在保证实现预定功能的前提下，优化机构设计，尽可能地提高整体机械效率，减少摩擦损耗。

3、优化机构布局，使小车重心尽可能地靠里，增强小车抵抗外界 干扰的能力。

第10章、参考文献

【1】濮良贵，纪名刚.机械设计.8版.北京 ： 高等教育出版社，2006.【2】孙恒，陈作模.，葛文杰.机械原理.7版.北京：高等教育出版社，2006.【3】黄靖远，高志，陈祝林.机械设计学.3版.北京：机械工业出版社，2006.【4】周增文，汤酚则，张亮峰.机械加工工艺基础.长沙:中南大学出版社.2003.【5】徐绍军，云忠.工程制图.2版.长沙：中南大学出版社.2010.41

第11章、附录

附录

1、机构运动简图及装配图

11.1.1 机构运动简图

图11-1

11.1.2 装配图

图11-2

1、摇杆1

2、连杆

3、摇杆2

4、推杆

5、推杆座

6、弹簧

7、凸轮

8、轴承座1

9、齿轮3

10、齿轮2

11、轴承座2

12、齿轮2

13、后轮轴

14、后轮

15、齿轮1

16、轴1

17、轴2

18、车板

11.2三维装配图及爆炸图

图11-3

图11-4 44

图11-5 45