基于稳定性研究的无碳小车设计

基于稳定性研究的无碳小车设计 目 录 内容提要……………………………………………………………………? Summary ……………………………………………………………………? 1 绪论………………………………………………………………………1 1.1 研究的目的和意义„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1 1.2 国内外现状„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1 1.3 应用前景„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2 1.4 研究主要内容及术„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3 2 概念设计 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„6 2.1 功能分析 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„6 2.2概念产生——原理设计…„…………………………………………8 2.3总体设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„10 2.4概念选择—— 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 确定„„„„„„„„„„„„„„„„„„12 3工程设计…………………………………………………………………14 3.1转向功能计算校核„„„„„„„„„„„„„„„„„„„14 3.2防侧翻校核计算„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„21 3.3动力系统分析 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„24 3.4结构设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„27 4总结………………………………………………………………………28 参考文献……………………………………………………………………29 致谢…………………………………………………………………………30 邵阳学院毕业设计(论文) 1 绪论 1.1研究的目的和意义 根据《全国大学生工程训练综合能力竞赛命 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 原则》，命题与高校工程训练教学内容相衔接，体现综合性工程能力。命题内容体现“创新设计能力、制造工艺能力、实际操作能力和工程管理能力”四个方面的要求，在分析和总结首届竞赛全国大学生工程训练综合能力竞赛命题经验的基础上，提出“第二届全国大学生工程训练综合能力竞赛命题”。 本届竞赛分为“分省区预赛”和“全国决赛”二个阶段。竞赛命题也对应两个阶段分为两部分。预赛阶段只发布预赛命题，各参赛队在预赛阶段完成命题要求的设计任务和规定的加工制作，参与各省区预赛。经预赛选拔并按组委会公布的比例确定参加决赛的队伍。全国决赛时，各队需要携带预赛中的加工制作并提交设计报告。设计报告包括命题要求的机械设计、工艺方案设计、经济成本分析和工程管理方案设计。全国决赛的内容包括对指定零部件的现场加工制作、作品的装配调试、竞赛及现场答辩等命题中的工程管理能力项要求综合考虑材料、加工、制造成本等各方面因素，提出合理的工程规划。设计能力项要求参赛学生对参赛作品的设计具有创新性和 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 性。命题中的制造工艺能力项以考核综合运用加工制造工艺知识的能力为主。 1.2 国内外现状 根据对比赛要求分析，其目的是设计一简单机械机构，通过对机械系统动力学分析使其运动轨迹满足设计要求。 机械系统动力学方程常常是多参量非线性微分方程，只在特殊条件下可直接求解，一般情况下需要用数值 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 迭代求解。许多机械动力学问题可借助电子计算机分析。机械运动过程中，各构件之间相互作用力的大小和变化规律是设计运动副的结构、分析支承和构件的承载能力 ，以及选择合理润滑方法的依据。在求出机械真实运动规律后可算出各构件的惯性力，再依据达朗贝尔原理，用静力学方法求出构件间的相互作用力。平衡的目的是消除或减少作用在机械基础上周期变化的振颤力和振颤力矩。对于刚性转子的平衡已有较成熟的技术和方法:对于工作转速接近或超过转子自身固有频率的挠性转子平衡问题，不论是理论和方法都需要进一步研究。 平面或空间机构中包含有往复运动和平面或空间一般运动的构件 ，其质心沿一封闭曲线运动。根据机构的不同结构，可以应用附加配重或附加构件等方 1 邵阳学院毕业设计(论文) 法，全部或部分消除其振颤力。但振颤力矩的全部平衡较难实现。机械运转过程中能量的平衡和分配关系包括:机械效率的计算和分析，调速器的理论和设计，飞轮的应用和设计等。机械振动的分析是机械动力学的基本内容之一， 已发展成为内容丰富、自成体系的一门学科。机构分析和机构综合一般是对机构的结构和运动而言，但随着机械运转速度的提高，机械动力学已成为分析和综合高速机构时不可缺少的内容。 近代机械发展的一个显著特点是 ，自动调节和控制装置日益成为机械不可缺少的组成部分。机械动力学的研究对象已扩展到包括不同特性的动力机和控制调节装置在内的整个机械系统，控制理论已渗入到机械动力学的研究领域。在高速、精密机械设计中，为了保证机械的精确度和稳定性，构件的弹性效应已成为设计中不容忽视的因素。一门把机构学、机械振动和弹性理论结合起来的新的学科——运动弹性体动力学正在形成，并在高速连杆机构和凸轮机构的研究中取得了一些成果。 在某些机械的设计中，已提出变质量的机械动力学问题。各种模拟理论和方法以及运动和动力参数的测试方法，日益成为机械动力学研究的重要手段。 1.3 应用前景 在已知外力作用下，求具有确定惯性参量的机械系统的真实运动规律 ;分析机械运动过程中各构件之间的相互作用力;研究回转构件和机构平衡的理论和方法;机械振动的分析;以及机构的分析和综合等等。 为了简化问题，常把机械系统看作具有理想、稳定约束的刚体系统处理。对于单自由度的机械系统，用等效力和等效质量的概念 ，可以把刚体系统的动力学问题转化为单个刚体的动力学问题;对多自由度机械系统动力学问题一般用拉格朗日方程求解。机械系统动力学方程常常是多参量非线性微分方程，只在特殊条件下可直接求解，一般情况下需要用数值方法迭代求解许多机械动力学问题可借助电子计算机分析计算机根据输入的外力参量、构件的惯性参量和机械系统的结构信息，自动列出相应的微分方程并解出所要求的运动参量。 分析机械运动过程中各构件之间的相互作用力。这些力的大小和变化规律是设计运动副的结构、分析支承和构件的承载能力以及选择合理润滑方法的依据。在求出机械真实运动规律后可算出各构件的惯性力，再依据达朗伯原理用静力学方法求出构件间的相互作用力。 2 邵阳学院毕业设计(论文) 研究回转构件和机构平衡的理论和方法。平衡的目的是消除或减少作用在机械基础上周期变化的振颤力和振颤力矩。对于刚性转子的平衡已有较成熟的技术和方法:对于工作转速接近或超过转子自身固有频率的挠性转子平衡问题，不论是理论和方法都需要进一步研究。 平面或空间机构中包含有往复运动和平面或空间一般运动的构件。其质心沿一封闭曲线运动。根据机构的不同结构，可以应用附加配重或附加构件等方法全部或部分消除其振颤力但振颤力矩的全部平衡较难实现优化技术应用于机构平衡领域已经取得较好的成果。 研究机械运转过程中能量的平衡和分配关系。这包括:机械效率的计算和分析;调速器的理论和设计;飞轮的应用和设计等。 机械振动的分析研究是机械动力学的基本内容之一。它已发展成为内容丰富、自成体系的一门学科。 机构分析和机构综合一般是对机构的结构和运动而言，但随着机械运转速度的提高，机械动力学已成为分析和综合高速机构时不可缺少的内容。 在我国由"中国制造"向"中国创造"转变的过程中,创新是必不可少的有力武器."每一次的变革中都孕育着创新的火花."机械工程设计本身是一种技术含量较高,可以直接促进工业生产工艺的改进和产量提高,创造巨大物质财富,进而推动社会的发展和进步.但是工程设计并非是依从固有模式或者局限在某一范畴,机械设计理应是最富创造力和能够充分发挥人的能动性的活动.因此,就创新思维在机械工程设计中的运用展开论述,探讨创新思维方法和创新在设计领域所带来的深刻变化。 1.4 本文研究主要内容及关键技术 1.4.1目的和主要内容 通过对本课题的研究加强对机械运动的分析计算能力，培养创新思维。机械零部件设计的本质是创造和革新。现代机械机械零部件设计强调创新设计,要求在设计中更充分地发挥设计者的创造力,利用最新科技成果,在现代设计理论和方法的指导下,设计出更具有生命力的产品。 (一)培养创造思维 3 邵阳学院毕业设计(论文) 设计者的创造力是多种能力、个性和心理特征的综合表现,它包括观察能力、记忆能力、想象能力、思维能力、表达能力、自控能力、文化修养、理想信念、意志性格、兴趣爱好等因素。其中想象能力和思维能力是创造力的核心,它是将观察、记忆所得信息有控制地进行加工变换,创造表达出新成果的整个创造活动的中心。创造力的开发可以从培养创新意识、提高创新能力和素质、加强创新实践等方面着手。设计者不是把设计工作当成例行公事,而是时刻保持强烈的创新愿望和冲动,掌握必要创新方法,加强学习和锻炼,自觉开发创造力,成为一个符合现代设计需要的创新人才。 (二)培养发散思维 发散思维又称辐射思维或求异思维等。它是以欲解决的问题为中心,思维者打破常规,从不同方向,多角度、多层次地考虑问题,求出多种答案的思维方式。例如,若提出“将两零部件联结在一起”的问题,常规的办法有螺纹联结、焊接、胶接、铆接等,但运用发散思维思考,可以得到利用电磁力、摩擦力、压差或真空、绑缚、冷冻等方法。发散思维是创造性思维的主要形式之一,在技术创新和方案设计中具有重要的意义。 (三)培养创新思维 创造力的核心是创新思维。创新思维是一种最高层次的思维活动,它是建立在各类常规思维基础上的。人脑在外界信息激励下,将各种信息重新综合集成,产生新的结果的思维活动过程就是创新思维。机械机械零部件设计的过程是创新的过程。设计者应打破常规思维的惯例,追求新的功能原理、新方案、新结构、新造型、新材料、新工艺等,在求异和突破中体现创新。 1.4.2 关键技术 (一)PROE运动仿真 Pro/ Engineer 是一套由设计至生产的机械自动化软件 ,是一个参数化、基于特征的实体造型系统 , 并具有单一数据库功能。现在已经发展到 Pro/ Engineer Wildfire5. 0 , 它赋予软件更多的增强功能。其中 Proe - Mechanism Design Ex2tension (结构设计扩展) 是 Proe 包含运动的一个模块 , 能够对设计进行模拟仿真校验 , 如运动仿真显示、运动干涉检验、运动轨迹、位移、 4 邵阳学院毕业设计(论文) 速度、加速度计算等 。机构运动包括自由度的计算、各个构件位移、速度和加 速度的计算以及构件会不会干涉、还有如何改变构件的尺寸来满足设计的需要等内容 。 (二)空间力系作用下刚体平衡条件 力系的平衡条件在工程中有着十分重要的意义，是设计结构、运动分析、构件和机械零件计算的基础。刚体问题在力学中和理论力学中都作为重要的一章出现。 而其中又必讲刚体平衡问题。 刚体平衡问题同时又是生活中和工程中常见的问题,颇有实际意义。 5 邵阳学院毕业设计(论文) 2 概念设计 2.1 功能分析 2.1.1势能转换为动能 根据比赛要求，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。 首先从能量转化角度看，只要在某一物理过程中。系统的机械能总量始终保持不变，而且系统内或系统与外界之间没有机械能转化为其他形式的能，也没有其他形式的能转化为系统的机械能，那么系统的机械能就是守恒的，与系统内是否一定发生动能和势能的相互转化无关。如在光滑的水平面上做匀速直线运动的物体。其机械能守恒;如果系统内或系统与外界之间有其他形式的能与机械能的转化如图2.1: 图2.1 根据能量守恒定律，物块下落的重力势能直接转化为小车前进的动能时，能量损失最少，所以小车前进能量来源直接由重物下落过程中减少的重力势能提供为宜。 2.1.2驱动功能 齿轮传动是利用两齿轮的轮齿相互啮合传递动力和运动的机械传动。按齿轮 6 邵阳学院毕业设计(论文) 轴线的相对位置分平行轴圆柱齿轮传动、相交轴圆锥齿轮传动和交错轴螺旋齿轮传动。齿轮传动的特点是:齿轮传动平稳，传动比精确，结构紧凑、工作可靠、效率高、寿命长，使用的功率、速度和尺寸范围大。例如传递功率可以从很小至几十万千瓦;速度最高可达300m/s;齿轮直径可以从几毫米至二十多米将重力势能转换过来的机械能转换为驱动小车前进的扭矩，同时驱动系统的转动与转向系统需满足固定的传动比才能实现按照设计的轨迹行走，齿轮传动正好满足这要求。 2.1.3转向功能 根据比赛要求，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。 图2.2 无碳小车自动行走示意图 2.1.4小车结构 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:?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。?转向轮最大外径应不小于,30mm。 为了实现结构紧凑我们采用贯通式车架结构，车架纵梁件镂空的空间可以布置齿轮传动系统及转向系统。采用龙门式立杆结构，增加小车运行的平稳性。 7 邵阳学院毕业设计(论文) 2.2 概念产生——原理设计 2.2.1势能转换为动能 (一)碰撞蓄能 1Kg的重块做自由落体下落，下落至车上与车上蓄能机构碰撞，蓄能机构可以是压缩弹簧或扭力弹簧，重块的重力势能部分转换成弹簧的弹性势能。压缩后的弹簧在棘轮机构的控制下慢慢舒张，驱动小车前行。蓄积的弹性势能慢慢转化为小车的机械能。 (二) 绳拉力为动力 将物块下落的势能尽可能多的转换为小车的动能，进而克服阻力做功。物块在下落的过程中不可避免的要与小车发生碰撞，碰撞过程必然要有能量损失，所以要解决的问题:1下降过程中，尽可能的降低下落的速度;2在将要下降到小车时，改变转速比，使物块减速下落，进一步减少碰撞损耗。 2.2.2转向功能 通过对小车行径要求的分析，其轨迹符合周期性的余弦函数图形。故其转向需符满足周期性要求， (一)曲柄滑块机构 图2.3 曲柄滑块机构简图 ?运动是否具有确定的运动 该机构中构件n=3。在各个构件构成的的运动副中三个转动副和一个移动副，机构中不存在虚约束。.由以上条件可知:机构的自由度 F=3n-(2Pl+Ph-P')-F'=1机构的原动件是曲柄机构，原动件的个数等于机构的自由度，所以机构具有确定的运动。 ?机构传动功能的实现 8 邵阳学院毕业设计(论文) 在原动件曲柄1带滑块2会在一定的幅度范围内转动。带动摆杆绕C点在一定范围内摆动，从而实现前轮的转向功能。 ?主传动机构的工作性能 曲柄1 的角速度恒定，带动滑块2做圆周运动，在凸轮1 随着角速度转动时，连杆3也随着杆2 的摇动不断的改变角度，使滑块4的速度变化减缓，即滑块4的速度变化在切削时不是很快，速度趋于匀速;在凸轮的回程时，只有惯性力和摩擦力，两者的作用都比较小，因此，机构在传动时可以实现刨头的工作行程速度较低，而返程的速度较高的急回运动。传动过程中会出现最小传动角的位置，设计过程中应注意增大基圆半径，以增大最小传动角。机构中存在高副的传动，降低了传动的稳定性。 (二)圆柱凸轮摆杆机构 圆柱凸轮可以视为将移动凸轮卷成圆柱体演化而成的，但因主动件和从动件的运动不在同一个平面，圆柱凸轮机构属于空间机构。 圆柱凸轮的设计一般是将圆柱面展成平面，按平面凸轮的方法来设计其展开轮廓曲线的。与直动从动件圆柱凸轮机构不同， 摆动从动件凸轮机构的凸轮及从动件的运动是分别绕各自的交错轴转动， 其运动轨迹是相互干涉的，工作时必然带来传动误差。这种误差主要在表现凸轮工作轨迹误差和凸轮有效平均半径误差， 这两者是相互关联的。 Z下图所示为摆动从动件圆柱凸轮机构的工作原理图。圆柱凸轮以角速度绕, LL轴负方向转动，摆杆相应地绕平行与 y 轴的轴线摆动，摆角为，摆杆的长度为， r圆柱的半径 为圆柱凸轮的平均半径，设摆杆在初始位置(,,)与圆柱相切。 ,0 图2.4 摆动从动件圆柱凸轮机构的工作原理 9 邵阳学院毕业设计(论文) , 图2.5 摆动从动件圆柱凸轮机构简图 1运动是否具有确定的运动 ? 该机构中构件n=3。在各个构件构成的的运动副中三个转动副，凸轮和转子、摆杆组成运动副中有一个局部自由度，即F'=1。机构中不存在虚约束。由以上条件可知:机构的自由度F=3n-(2Pl+Ph-p')-F'=1，机构的原动件是圆柱凸轮，原动件的个数等于机构的自由度，所以机构具有确定的运动。 2机构传动功能的实现 ? 在原动件凸轮1带动摆杆2会在一定的幅度范围内摆动，从而实现前轮的转向功能。 3主传动机构的工作性能 ? 凸轮1 的角速度恒定，推动2杆摇摆，在凸轮1 随着角速度转动时，连杆3也随着杆2 的摇动不断的改变角度，使滑块4的速度变化减缓，即滑块4的速度变化在切削时不是很快，速度趋于匀速;在凸轮的回程时，只有惯性力和摩擦力，两者的作用都比较小，因此，机构在传动时可以实现刨头的工作行程速度较低，而返程的速度较高的急回运动。传动过程中会出现最小传动角的位置，设计过程中应注意增大基圆半径，以增大最小传动角。机构中存在高副的传动，降低了传动的稳定性。 2.3 总体设计 根据题目要求，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。设小车中心余弦轨迹线的振幅A=160mm，考 10 邵阳学院毕业设计(论文) 虑到小车过障碍时须留有安全距离，设小车的宽度B=120mm来进行推导分析。下图为设定的余弦轨迹线。 图2.7 无碳小车行走轨迹示意图 根据对轨迹线的模型分析，在余弦函数曲线波峰附近曲率半径最小，即小车的转弯半径最小。通过AutoCAD对轨迹分析测得1282.72mm。 R,min 11 邵阳学院毕业设计(论文) , 前轮转弯半径 , 图2.8 三轮车转弯原理图 设前轮轴与后轮轴距为，根据几何关系可以得出: l ,,, Rmin,,arcsin则前轮最大转弯偏角 maxl 2.4 概念选择——方案确定 2.4.1动力方案确定蓄能与线拉方案对比 从能量利用率对比，蓄能式能量经过两次转换，由重力势能转换为弹性势能再转换为小车行进的动能，能量的利用率降低。线拉方案为慢慢释放的过程，能量利用率较高。 从结构设计对比，蓄能方式需要设有蓄能模块，压缩弹簧或者发条。弹性模块蓄能释放需设有棘轮机构以实现单边释放，传动链长，结构过于复杂。线拉方案直接将重力加载到驱动系统，传动链简短，结构简单，易于实现，故选用线拉方案。 2.4.2曲柄滑块机构与圆柱凸轮摆杆机构对比 曲柄滑块机构从驱动系统获得动力后需经过一级齿轮传动副，一级移动副及两个转动副，其运动特点是周期往返运动，制造及装配误差会带来回程误差，不宜采用。 圆柱凸轮摆杆机构从驱动系统获得动力后只需经过一级移动副及一级转动副，结构简 12 邵阳学院毕业设计(论文) 单、传动链短传动精度高。故采用圆柱凸轮滑块机构。 图2.9小车总体结构图 13 邵阳学院毕业设计(论文) 3 工程设计 3.1 设计计算 3.1.1转向功能计算校核 h , 图3.1 圆柱凸轮转向原理图 由上图几何关系可以推导出从动件行程。为圆柱凸轮设计的基hL,，2sin,h 本参数。 凸轮设计的关键是设计凸轮工作部分的轮廓曲线。传统的凸轮轮廓曲线设计方法有作图法和解析法两种， 作图法简便、 直观，但作图误差较大，难于获得凸轮轮廓曲线上各点的精确坐标。对于圆柱凸轮设计难度更大，因为圆柱凸轮的轮廓曲线是一条封闭的空间曲线， 所以用作图法所获得的轮廓数据加工的凸轮只能用于低速或不重要的场合。对于高速和精确度要求较高的凸轮，必须建立凸轮理论轮廓曲线 (或实际轮廓曲线) 的坐标方程， 并精确计算轮廓上各点坐标， 以适应在数控机床上加工。随着计算机技术的发展， 采用解析法设计轮廓曲线已成为凸轮设计的重要方法。 (一)基于PROE 的设计方法 目前,机械产品的运动分析和仿真已经成为机械制造设计中不可缺少的重要环节,因为进行机械产品设计时, 通常要进行机构的运动分析,以此来验证机构设计的合理性和可行性。机构运动分析模块( Mechanism)是Pr o/ ENGINEER 中一个进行运动仿 14 邵阳学院毕业设计(论文) 真和机构分析的模块。利用该模块, 可以根据设计意图对一个完整的机构添加运动副、 驱动器,使其运动起来,以实现机构的运动模拟,同时能运行机构分析, 对机构进行运动速度、 轨迹、 位移、运动干涉情况的分析, 为研究机构模型提供方便。凸轮机构是一种结构简单但又能实现各种复杂的运动的一种机构,广泛应用于各种自动机械、 仪器和操纵控制装置。 尽管解析法设计解决了凸轮的精度问题， 但要得到完整的凸轮轮廓曲线就要编制复杂的程序， 给设计带来诸多不便。对于这些问题， PROE 软件都能很好地解决， 只要设计者提供相应的变量和几何参数， PROE软件通过在建模环境下建立表达式，利用曲线功能绘制凸轮理论轮廓曲线及凸轮实际轮廓曲线， 最后通过拉伸成型操作生成凸轮的三维实体。正是PROE采用了表达式形式， 避免了复杂的编程处理， 使 ， 圆柱凸轮轮廓设计既精确又简单快捷。现设计圆柱凸轮， 圆柱半径rmm,170 高，曲线槽宽,槽深，从动件行程， 由Hmm,46bmm,6vmm,5hmm,36 0运动轨迹推杆的运动规律为:?当凸轮转过时从动件按余弦加速度运动规律推 90程 ;?凸轮转时从动件运动到最远位置，此时车获得最大转弯半径;?凸轮又 90转过时从动件按余弦加速度运动规律回程 。 根据以上条件设计凸轮的实际轮廓曲线， 并生成凸轮的三维实体。数学模型的建立根据机械原理知识， 圆柱凸轮理论轮廓曲线参数方程为: xrj,cos yrj,sin0 zs, j式中:zs,表示曲线上任意点坐标;s表示升程;表示基圆半径;表示凸轮的r0 转角。 图3.2圆柱凸轮建模图 15 邵阳学院毕业设计(论文) (二)圆柱凸轮机构的运动仿真及分析 该凸轮机构由圆柱凸轮、摆杆杆和滑轮三个零件构成 ,滑轮设在圆柱凸轮的槽中，只能作左右摆动。 在 PRO E基础模块完成三个零件的建模后 ,首先对该机构进行装配 (如图3.3) 图3.3转向结构装配示意图 将圆柱凸轮的安装轴和设在车架上的轴承座为销钉连接 ( Pin) ,设前叉摆杆合件与转向轴承座位圆柱连接。,其中运动的核心连接是圆柱凸轮和滑块之间的槽连接 。由于圆柱凸轮上滑槽宽度和滑块的圆柱连接的孔径尺寸一致 ,在滑轮外孔表面的中间上端取点 PNT0 ,将此点和圆柱凸轮上滑槽几何中心线定义为槽连接 ,其意义就是此点在闭合的轨迹线上滑动。机构安装定义完成，;然后进入机构运动分析模块 。 16 邵阳学院毕业设计(论文) : 图3.4分析定义 由于旋转凸轮的安装轴为动力源 ,定义此轴为伺服电机 ,方向为顺时针 ,角速度为匀速 ,大小根据实际自定义。至此 ,该凸轮机构的运动仿真装配以及参数设置完成 ,在分析定义( AnalysisDefinitio n)的窗口里完成运动时间和帧数的设置 ,便可以观看仿真动画。 17 邵阳学院毕业设计(论文) 图3.5动画 随后将运动仿真的分析结果保存起来 ,以便于分析在旋转凸轮驱动下的矩形滑块的运动规律。由于旋转凸轮的电机旋转中心轴是相对静止的 ,而滑杆圆头的轴则是运动的 ,此两轴相互平行 ,故过两轴作一个平面 (此面和凸轮以及滑杆的外表面重合)与两轴相交得出两个点 ,一个是静止点 ,一个则是运动点 (如图 5) ,且此两点的运动轨迹都在该平面内。打开测量窗口 ,在类型里选择“分离”并将测量点分别定义为静止点和运动点 ,目的在于得出动点的运动规律。测量的结果得到一条类似正弦的曲线 (如图 5) ,该曲线就是运动点到静止点的距离 18 邵阳学院毕业设计(论文) 图3.6定义测量分析点 图3.7分析运行 19 邵阳学院毕业设计(论文) 图3.8摆杆沿圆柱凸轮轴向分析曲线图 由曲线可知 ,在伺服电机匀速旋转的驱动下 ,摆杆滑轮在滑槽内作变速往复运动 ,该曲线的波峰时刻是凸轮的高凸面和滑轮接触的换向时刻 ,而曲线的波谷的直线段是凸轮的低凸面和滑轮换向时刻出现的短暂的运动间歇。 在轨迹曲线窗口里可以定义该机构上任意一点并计算其运动的轨迹 ,由上图可知 :摆杆的运动轨迹是绕着基点做摆动。综上所述 ,该凸轮机构在匀速电机的驱动下所连带的往复直线运动是也变速的 ,且速度规律是类似正弦曲线。 20 邵阳学院毕业设计(论文) 3.1.2防侧翻校核计算 , 轮轴中心转弯半径, 前轮转弯半径, 重块转弯半径 图3.9 重块转弯原理示意图 由几何关系可得 ,,, RR,cos,31 L1 ,,arcsin R1 22RRL,，则 232 邵阳学院毕业设计(论文) (一)小车右侧翻临界分析 图3.10 小车右侧翻受力示意图 以小车为研究对象，受力如上图所示。其中、、和是主动力，、PPPPF123A 、为地面的约束力，为重块转弯的离心力，此8个力互相构成空间平衡FFFBCmax1 力系。 取坐标系如图所示，列出三个平衡方程: Oxyz F,0, ,,PP,,，，，,PPFFF0,Z123ABC MF()0, P,,,,,，,,3830901200mmPmmPmmFmm,X12C MF()0, P,，,，,，,41609860mmPmmPmmPmm,Y123 +60120600FmmFmmFmm,,,,,,max1AC 若小车出现右侧翻，则=0 FB 22 邵阳学院毕业设计(论文) 解得 = 6.81 = 0 =7.29 =7.19 NNNNFFFFABCmax1 2v1max1其中 Fm,max12Rmin 为重块的最小转弯半径=1279.5 Rmin 2FRmax1min则 v,max1m 解得: =4.28859 ms/vmax1 (二)小车左侧翻临界分析 图3.11 小车左侧翻受力示意图 以小车为研究对象，受力如上图所示。其中、、和是主动力，、PPPPF1A23 、为地面的约束力，为重块转弯的离心力，此8个力互相构成空间平衡FFFBmax2C 力系。 取坐标系如图所示，列出三个平衡方程: Oxyz 23 邵阳学院毕业设计(论文) F,0 ,,PP,,，，，,PPFFF0,Z123ABC MF()0, P,,,,,，,,3830901200mmPmmPmmFmm,X12C MF()0, P,，,，,，,41609860mmPmmPmmPmm,Y123 +60120600FmmFmmFmm,,,,,,max2AC 若小车出现右侧翻，则=0 FA 解得: =0 = 6.81 =7.29 =6.43 NNNNFFFFABCmax2 2v1max1其中 Fm,max22Rmin 为重块的最小转弯半径 Rmin 2FRmax1min则 v,max2m 解得=4.055 ms/vmax2 3.1.2动力系统分析 图3.12 小车阻力受力分析图 以小车为研究对象，受力如上图所示。其中、、和是主动力，、PPPPF123A 、为地面的约束力，此7个力互相构成空间平衡力系。 FFBC 24 邵阳学院毕业设计(论文) 取坐标系如图所示，列出三个平衡方程: Oxyz F,0, ,,PP,,，，，,PPFFF0,Z123ABC MF()0, P,,,,,，,,3830901200mmPmmPmmFmm,X12C MF()0, P,，,，,，,41609860mmPmmPmmPmm,Y123 ,,,,,FmmFmm120600AC 解得: NNN= 3.21 = 3.6 =7.29 FFFABC又因为铝合金-硬橡胶摩擦系数=0.25 u fuF,，fuF,，fuF,，AABACC 解得: 0.8025 0.9 1.82 NNNf,f,f,ABC 在3.1中求得=4.28859 =4.055 取最小值，于是小车ms/ms/vvmax1max2运行的最大安全速度 =4.055 ms/vmax 设重块的拉力对O点的矩为M(P)摩擦阻力对O点的矩为M(f)如下图所示 图3.13 轮轴受力情况图 以顺时针为正方向，则 MMPMfMf,,,()()()ABc 其中 MP()Pr,， MfffR()(),，ABAB MffR(),，cc 当小车作匀速运动时，M=0 25 邵阳学院毕业设计(论文) ()fffR，，ABC求得 r, P (0.80250.91.82)90NNNmm，，， ,10N =3.17 mm 图3.14 小车加速度时间关系图 图3.15 小车速度时间关系图 26 邵阳学院毕业设计(论文) 3.2 结构设计 驱动轮轴系设计: 图3.16 驱动轴结构设计 1、8驱动轮 2轴套 3、7车架 4齿轮1 5驱动轴， 6齿轮2 图3.17驱动轴结构示意图 27 邵阳学院毕业设计(论文) 总结 所有的机械设计办法都有自身的特点，机械产品设计方法简括为下述3大类型:1系统化设计方法的主要特点:将设计看成由若干个设计要素组成的一个系统，每个设计要素具有独立性，各个要素间存在有机的联系，并具有层次性，所有的设计要素结合后即可实现设计系统所需完成的任务。我国许多设计学者在进行产品设计时还借鉴和引用了其他发达同家的系统化设计思想(从而形成了自身的没计方法。由于每个设计者研究问题的角度及考虑问题的侧重点不同，进行方设计时采用的具体研究方法办存在差异。2(智能化设计方法的丰要特点:根据设计方法学理论，借助于三维图形软件、智能化设计软件和虚拟现实技术，以及多媒体工具进行产品的开发设计，表达产品的构思、描述产品的结构。3，结构模块化设计方法:从规划产品的角度提出: 描述定义设计任务时以功能化的产晶结构为基础，引用已有的产品( 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 零件部件等)设计任务，即分解任务时就考虑每个分任务是否存在对应的产品，这样，能够在产品规划阶段就消除设计任务中可能存在的矛盾，早期预测牛产能力、费用，以及开发设计过程中计划的可调整性，由此提高设计效率和设计的可靠性，同时也降低新产品的成本。 通过近三个月的毕业设计，我们掌握了课本外的实际知识，将书本上理论的知识，。除了完成了老师给的实训任务，我们收获更多的是共同完成一项任务后的满足感，真的很感谢学校和老师在期末给我们怎么好的实习机会，也体会到一位优秀的教师为我们这次项目的付出。在老师的精心组织下，我们班顺利完成了规定任务。实训是短暂的，但它让我们在学校里学到了我们平常在书本上没能学到的动手方面的实践，那也是我们毕业前与社会工作的接触，它让我们感受集体的力量，感受了与社会类似的工作。为我们毕业后的社会工作做好准备。 28 邵阳学院毕业设计(论文) 参考文献 [1] 张世昌 李旦 高航主编. 机械制造技术基础[M]. 高等教育出版社.2001.8. [2] 张代东主编. 机械工程材料应用基础[M]. 北京:机械工业出版社，2001.6. [3] 邹青主编.机械制造技术基础课程设计指导教程[M]. 北京:机械工业出版社，2009.6. [4] 徐圣群主编. 简明机械加工工艺手册[M].上海科学技术出版社，1991. [5] 华中工学院机械制造工艺教研室编.机械制造工艺学课程设计简明手册[M].上海:华中工学院 出版社，1981.10. [6] 哈尔滨工业大学.上海工业大学主编.机床夹具设计[M].上海科学技术出版社，1980. [7] 哈尔滨工业大学.上海工业大学主编. 轴、箱体、丝杆加工[M].上海科学技术出版社,1980. [8] 王绍俊主编.机械制造工艺设计手册[M].机械工业出版社, 1985.11. [9] 北京农业工程大学，农业机械学(上册)[M].北京:农业出版社，1994 [10] 张德文等(精密播种机械[M].北京:农业 出版社，1982 [11] 中国农机院编，农业机械设计手册(上册)[M].北京:机械工业出版社，1988 [12] 张波屏，播种机械设计原理[C].北京:机械工业出版社，1982 [13] 机械电子工业部.机械设计手册[M].(第三版).北京:机械工业出版社.1993.11 [14] 机械电子工业部.机械零件设计手册[M].(第三版).北京机械工业出版社.1993.11 [15] 孙宏生编. CAD/CAM实用教程[M]. 北京:机械工业出版社，2003 [16] 西安冶金建筑学院.机械零件及建筑机械[M].北京:中国建筑工业社.1987 [17] 蒋秀珍主编. 机械学基础(第三版)[M]. 北京: 科学出版社，2001 [18] 吴瑞祥主编. 机械设计基础[M]. 北京:北京航空航天大学出版社，2000 [19] PN Ra著. 制造技术[M]. 美国:机械工业出版社，1999 [20] 周萼秋.现代工程机械应用技术[J].湖南:国防技术大学出版社.1997 [21] 周世学主编. 机械制造工艺与夹具[M]. 北京:北京理工大学出版社, 1999.8 . [22] 冯辛安 主编. 机械制造装备设计第二版[M]. 机械工业出版社, 2007.7. 29 邵阳学院毕业设计(论文) 致 谢 经过三个多月的努力，毕业设计终于完成了，在这里我衷心感谢李梦奇老师对我这三个月毕业设计的精心指导和大力支持，在这段时间里，在老师的指导下，应用大学四年所学的知识，如:机械原理，机械制造，理论力学等科目，才做出了本设计，当然这里首先要感谢的李梦奇老师在工作之余对我的毕业设计及其他各方面的细心指导，如:说明书的标准、格式，设计的合理性，设计方案的选取等等。在他的指导下，我慢慢学会了，认真仔细的工作态度，积极吸取新的知识，对事物好坏的判断，怎样在设计方案中选取最优方案等，可以说他是我日后学习、工作与生活中的最好的榜样! 感谢所有同学和朋友们，感谢你们多次的帮助过我，感谢你们陪我度过了快乐的大学四年，特别感谢一起做过科研项目的朋友们让我学到了更多，感谢一起自行车协 会和科技创新协会让我认识了更多的朋友，感谢一起打球的同学朋友们„ 感谢学校为我们提供了快乐学习生活的环境,为我们提供了各种设备和实验室，让我们能够自由发挥,学习各种知识。 感谢在大学期间教我知识的老师们，让我学到了很多知识，同时也教会了我怎样去吸取知识，在毕业后能够自我学习，同时也感谢校工厂的老师和师傅们教会了我在课堂上学不到的东西，提高了我的动手能力。 感谢我的家人，多年来一直对我的细心照顾和支持，是你们的关爱给了我自由的空间，让我在蓝天里自由飞翔。 感谢我的爸爸妈妈，用你们勤劳的双手，让我长大成人，让我感受到了幸福，我会努力的，不会让你们失望。 祝所有我感谢的人，一生幸福平安～ 30