無碳小車傳動裝置簡圖

1. 無碳小車底板與軸承座怎麼連接

無碳小車是一種不需要消耗燃料和電池存儲的能源，僅僅依靠重錘下落過程中生成的機械勢能產生動力而驅動行駛的小車，近年來已經成為廣泛的研究熱點。無碳小車的結構可以分為車體、原動機構、傳動機構、轉向機構、和微調機構共五個方面。其中，車體是小車全部零件的載體、原動機構為小車提供動力、傳動機構負責傳遞原動機構提供的動力、轉向機構實現小車有規律的轉向、微調機構改變小車行駛軌跡的半徑和周期。轉向轉機構是整個無碳小車中最為重要的機構，它的作用是通過將繞線軸轉角變化量通過機構轉化為導向輪的轉角變化量，從而實現無碳小車的轉向功能。在現有技術中，無碳小車在轉向時存在不夠靈活、容易出現偏差以及耗能較大的問題，且無碳小車的轉向方向角度不方便調整，因此需要設計一種方便碳小車轉向的裝置來解決上述問題。

2. 汽車底盤構造圖解及名稱

汽車底盤結構名稱圖解:底盤用於支撐安裝汽車發動機及其零部件和總成，形成汽車的整體造型，並接收發動機的動力，使汽車運動，保證正常行駛。底盤由傳動系統、驅動系統、轉向系統和制動系統四部分組成。

汽車底盤傳動系統圖一般由離合器、變速器、萬能變速器、終減速器、差速器和半軸等組成。

離合器圖
萬向傳動裝置差速器圖解

汽車底盤驅動系統圖由車架、車橋、車輪和懸架等組成。汽車底盤驅動系統的功能是:接收傳動系統的動力，通過驅動輪和路面的作用產生牽引力，使汽車能夠正常行駛；

承受汽車總重量和地面反作用力；

緩解不平整路面對車身的沖擊，衰減汽車行駛時的振動，保持乘坐舒適性；配合轉向系統，確保車輛操縱穩定性。汽車底盤驅動系統圖汽車轉向系統圖下圖為轉向系統結構圖，主要由轉向控制機構和轉向傳動機構組成。

轉向機構包括方向盤和安全轉向柱；轉向傳動機構包括轉向器、左右橫拉桿、轉向節臂和轉向節等。穩定器:減少車身側傾，增加轉彎時的機動性。

半軸:將發動機的動力傳遞給車輪驅動汽車。

轉向桿:控制車輪轉向，調節前束。

下臂、上臂:連接車輪和車身的懸架構件。

萬向軸:連接在兩軸之間，兩軸之間的傳動角度可以在一定范圍內任意變化。因為前輪要開車轉彎！

彈簧:起緩沖作用的彈性元件。這是一個螺旋彈簧。卡車用鋼板彈簧，一些高端車用空氣彈簧。

減震器:液壓阻尼元件，吸收路面沖擊能量，抑制彈簧壓縮後的反彈力。它與彈簧配合形成阻尼系統，用於減緩路面不平整引起的車身振動。減震器的阻尼力和彈簧的彈力通過不同的調節和匹配，會產生不同的底盤風格，比如運動和舒適。

汽車轉彎時，駕駛員轉動方向盤，安全轉向柱和轉向器中的轉向器一起轉動，帶動轉向器中的轉向齒條橫向移動。轉向齒條帶動左右橫拉桿運動，橫拉桿與左右轉向節臂連接，帶動轉向節臂轉動。手臂和指關節固定在一起，指關節隨之轉動；轉向節裝有轉向輪，因此轉向輪由轉向節驅動偏轉一個轉向角，從而改變汽車的行駛方向。轉向完成後，方向盤轉回原位，帶動方向盤回到原位，汽車恢復直線行駛。

汽車制動系統圖形制動系統主要由供能裝置、控制裝置、傳動裝置和制動器四部分組成。制動系統的主要作用是使行駛的汽車減速甚至停止，保持下坡車的速度穩定，使停止的汽車保持靜止。制動油管:傳遞制動踏板的力。

制動缸:將制動液的液壓轉化為機械力，作用在制動鉗上。卡鉗上的摩擦片摩擦制動盤，將汽車的動能轉化為熱能並消耗掉，從而使汽車停下來。

手剎拉線:拉手剎時制動後輪，就像自行車剎車一樣。汽車底盤零部件制動結構圖排氣管軟連接圖:阻斷發動機振動傳遞。

副車架:連接下擺臂和車身的懸架構件。

三元催化轉化器:將廢氣中的氮氧化物、一氧化碳等有害氣體轉化為N2、二氧化碳等無害氣體，減少排放污染。

消聲器:消除發動機排氣噪音。沒有這個東西，我們的車會像跑車一樣轟鳴。

活性炭罐:安裝在車尾右側的黑色小罐，內裝活性炭，與油箱相連，用於吸附汽油蒸氣。汽車啟動時，活性炭罐的電磁閥適時開啟，吸收的燃油蒸氣再次倒入進氣歧管，節省燃油，保護環境。

扭力梁:扭力梁式半獨立懸架的部件，能產生一定的扭轉變形，使懸架性能介於獨立懸架和非獨立懸架之間。這種懸架的特點是成本低，強度高，佔用空房間小，舒適性一般，多用於小型車。

@2019

3. 帶式運輸機傳動裝置的設計（一）

下面的數據表是滾筒功率以及轉速的表吧
這個地方可以用運輸機滾筒軸功率粗選內電機功容率 然後從電機去除個個功率遞減系數校核一下
根據速度 電機轉速等粗定減速比 然後制定參數後校核之
減速比知道了 根據課本如何設計減速器樣本就OVER了

4. 求一份無碳小車設計方案（繞S走的）越詳細越好，非常感謝

方案目錄

一：任務和要求 ………………………………………………………2
1.1 命題要求部分 ………………………………………………2
1.2 自我發揮部分 ………………………………………………3
二：方案設計及論證 …………………………………………………4
2.1 轉向輪及軌道設計 …………………………………………4
2.2 動力系統設計 ………………………………………………7
2.3 小車整體及外觀設計 ………………………………………8
2.4 最終方案 ……………………………………………………8
三： 材料及成本分析 ………………………………………………9
3.1 小車整體材料種類 …………………………………………9
3.2 小車各部位材料選擇 ………………………………………9
3.3 小車整體成本分析 …………………………………………9
四：方案總結 ………………………………………………………10

一：任務和要求
1.1命題要求部分
命題主題：「無碳小車」
競賽命題要求：
①小車要求採用三輪結構（1個轉向輪，2個驅動輪），具體結構造型以及材料選用均由參賽者自主設計完成。要求滿足：①小車上面要裝載一件外形尺寸為￠60×20 mm的實心圓柱型鋼制質量塊作為載荷，其質量應不小於750克；在小車行走過程中，載荷不允許掉落。②轉向輪最大外徑應不小於￠30mm。
②給定重力勢能為5焦耳（取g=10m/s2），競賽時統一用質
量為1Kg的重塊（￠50×65 mm，普通碳鋼）鉛垂下降來獲得，
落差500±2mm，重塊落下後，須被小車承載並同小車一起運動，
不允許掉落。小車前行過程中完成的所有動作所需的能量均由此
能量轉換獲得，不可使用任何其他的能量形式。
③障礙物放置要求：每間隔1米，放置一個直徑20mm、高200mm的彈性障礙圓棒。
小車結構示意圖：

小車運動軌跡示意圖：

第二階段附加要求：
參賽隊，需取下小車原有的轉向輪，重新製作小車的轉向輪。轉向輪的製作採用根據原設計圖紙和競賽組委會的指定要求，經計算機三維造型後，使用快速成型機製作、車床加工及鉗工方法完成，最終完成小車轉向輪的組裝和調試，總加工時間為4小時左右。
成績評定：
根據綜合工程管理方案、設計方案、加工工藝方案、成本
分析方案、小車徽標設計、轉向輪加工成本及質量（是否符合
圖紙要求）、現場加工質量、小車前行距離及答辯成績等得分，
經加權公式計算最終得分

1.2自我發揮部分
1）小車的前輪（即轉向輪）設計。單向偏轉或實現雙向偏轉及其轉向角度的確定。
2）小車的運行軌道的設計。根據轉向方案，設計出小車路程最少且位移量最大、符合命題要求的預算軌道。並確定小車的初始釋放位置。
3）小車的能量轉換方式。綜合考慮到轉換與行駛的相對關系，並盡可能的加大能量的利用率。
4）小車的前後輪設計。前輪盡量簡潔，且確保自己能夠用三維軟體自行作出，後輪設計盡量減少與地面的摩擦。
5）小車的外觀設計。在不影響小車的正常運行下，盡量減少小車自身的重量，並且要考慮到小車的整體外觀。
6）成本分析。 在實現小車能夠實現基本運行的情況下，充分考慮選材成本和裝飾材料的取捨。

二：方案設計及論證
2.1轉向輪及軌道設計
設計主體思路： 利用轉向輪中心軸偏轉，實現小車轉向。
本方案中將分校內比賽方案和後期參考放案兩種方案，校內方案目標是實現單向偏轉，後期參考方案目標是實現近S形路線。
方案一如圖1所示（為軸中心部位的半剖視圖），前輪的中軸設計，成一個傾斜的角度。使其能夠實現自行的繞一圓弧運動。從而實現繞開障礙物運行。方案二將採用平行連桿實現小車的轉向。且以方案二為主要設計思路。

前輪具體設計及軌道方案：
方案一：單向偏轉設計及其對應的軌道設計。如圖3（前輪剖視圖）所示。其軌道設計如圖2所示：
前輪設計軟體採用CAXA工程製造師設計，並實現自動成型。前輪輪廓圖如圖4和圖5：

各參數要點經計算得出，具體如下：（前輪最大外徑初步設為50mm,最大寬度設定為15.625mm）:
軌道參數：
1）.小車寬度要小於200mm；
2）.軌道半徑為2500mm；
3）.行駛初始角度（相對賽道偏角）為arctan4/3（約53度）。
前輪參數：（參考圖4）
1）.小車外輪最大外徑50mm； 最大寬度15.625mm。
2）.圖4注釋製造經過：①拉伸除料→拉伸深度6.25mm→增加拔模斜度30度。②過渡→半徑為1.25mm。③過渡→半徑為6.25mm。④打孔→通孔→直徑18.75mm。
3）.中軸孔經打孔→ 孔型→小徑1.25mm,大徑1.5625mm，通孔。（以50mm最大外徑，大經比小徑寬0.3053mm）。
設計小結：
該方案設計中，小車最大有效位移約為4000mm，可能還有出界的扣分。在初步比賽中，可以先用偏轉前輪實現類似的效果，前輪放置如圖6所示。前輪的安放轉角與上述計算角度一樣。

方案二：近S形偏轉設計及其軌道設計。軌道設計如圖7所示：

前輪設計軟體採用CAXA工程製造師設計，並實現自動成型。前輪輪廓圖如圖4和圖5所示
各參數要點經計算得出，具體如下：（前輪最大外徑初步設為50mm,最大寬度設定為15.625mm）:
軌道參數：
1）.小車寬度不易過寬，設定為180mm。
2）.每個旋轉弧行駛距離為1000mm—1100mm(符合小車寬度)。轉彎角度為arctan1/5（約11.3度）。
前輪參數：
1）.小車外輪最大徑50mm； 最大寬度15.625mm。
2）.圖4製造過程與注釋與方案一類同。
3）.中軸實現過程，選擇形孔，其外徑為2.2mm。

前輪轉向的實現方案設計（初步設計）
a.轉向距離設定：
本方案設計中小車動力轉變將經過發條盒帶動大齒輪，再帶動安裝在小車後輪上的小齒輪實現小車的驅動（詳見動力系統設計）。大齒輪設計時，除了提供小車行駛的能量，還將提供改變方向的能量。
如下圖8所示，當大齒輪每旋轉一周，就改變一次方向，這時初步設定後輪最大外徑為60mm.
則後輪每旋轉一周行駛距離為：2*3.14159*30=188.4954mm
為實現大齒輪旋轉一周至少行駛1000mm的距離，如果定小齒輪旋轉的周數為設定為5.3周，則行駛距離為：188.4954*5.3=999.02562mm.
所以可以設定大齒輪與小齒輪的齒數比53:10。
b.轉向結構設計：如圖8。

採用平行連桿，輪流經過大齒輪的凸起處，從而直接帶動前輪的中軸，改變其行駛方向。設計中，將採用前輪中軸平行於平行連桿固定軸。從而實現連桿固定軸轉角與前輪轉角一致，如圖9，設置連桿固定軸寬度為10mm，則大齒輪推動平行連桿的距離僅為1mm，故可以實現，且能減少能量消耗。
設計小結:
該方案設計中，前輪的製造工序簡單。前輪的安裝與卸載可能比較繁瑣，可以考慮將前輪中軸分段製造，以減少安裝與卸載的程序。實際製造中，轉向的具體參數設計需要實際實驗才能最終定論。該方案為本組主要設計方案。
2.2 動力系統設計
設計主體思路：首先利用發條將重力勢能轉化成彈性勢能，再利用發條能較穩定的能量釋放特性，經過齒輪轉變帶動後輪驅動小車
的前進。
理論計算數據：以網上木材—鋼間滾動摩擦系數（最大）0.04，小車整體重量為2KG，能量用5J計算可以得到運行最大距離為6250mm，但實際運行中，摩擦系數沒有0.04，能量運用率無法達到100%，相互抵消與否需要實驗數據說明。

小車動力系統圖如下圖10所示：

如圖10所示，重物經過滑輪，與發條相連接，發條軸與大齒輪中心軸相連，大齒輪帶動小齒輪實現後輪的驅動。該過程依能量的轉換分為兩個階段，具體如下：
a.勢能轉化為彈性勢能：
首先，釋放重物，由於發條處於反向轉動，不影響小車靜止。當重物下落到接近小車上方由於彈性勢能的加大，重物速度將會減慢。此時，藉助磁鐵的吸引力，將放在底板上的撞針壓下，同時固定住重物。撞針的另一端連接發條的固定針，使發條處於瞬間彈性最大值狀態。
b.彈性勢能轉化為小車動能：
當發條固定針將發條固定，此時，發條開始釋放彈性勢能，同時帶動大齒輪轉動，再經過小齒輪帶動後輪（小齒輪中心套在後輪連桿上）。
各參數如下：
1）.物體下落高度為500mm；
2）.重物能夠在無磁鐵的情況下恰好接觸底板，以保證「不使用其他形式的能量」（「恰好」即速度基本為零，以減少能量的損耗）；
3）.重物接觸底板後要保證發條處於恰飽和（最佳狀態）或要飽和狀態，確保能量的最大轉換。

設計小結：
該方案設計中，對發條的要求較高，但可以較平穩的使用法條中的能量，除去了重物下落的搖擺問題，同時可以實現小車的穩定轉向。

2.3小車整體及外觀設計(初步設計)
小車底板設計：小車底板寬度180mm，總長度300mm，前半部分採用等腰梯形，上底100mm，下底180mm，高100mm，後半部分為矩形設計長為200mm，寬度為180mm。底板厚度3mm。
重物支撐架設計：採用長度為600mm，寬度50mm，厚度為3mm中部為空的塑料板，另外重物支撐架兩邊用兩根長度為300mm的塑料棒支撐。
轉向裝置設計：轉向連桿統一採用直徑1mm的硬質鋁棒，中軸採用鋼棒。轉向輪位於小車中軸線上，轉向輪軸線與前底板相距30mm。轉向輪外徑為50mm，最大寬度15.625mm。
後輪驅動設計：後輪外徑60mm，寬度為10mm，兩輪中軸線離後底板30mm，採用嵌入式放置，小齒輪位於兩後輪連線中心處。
外 觀 設 計：外觀標幅以學校標志為主。注重不同顏色塗漆的結合使用。
載 物 放 置：放與小車中前部，使其同時起到平衡小車的作用。

2.4最終方案
本次方案設計中，分初次比賽用車和後期比賽用車（如果許可，可以直接用後期設計方案），前後用車主要不同處在於前輪轉向及軌道設計，與費用不產生太大影響，但是方案二為我組主要設計方案。能量系統設計，以經發條實現二次轉換為主，但也有備用方案。備用方案僅做意見保留。
三： 材料及成本分析
3.1小車應用材料種類：
塑料 硬質鋁 磁鐵 鋼柱 細線

3.2小車整體材料種類
本次方案中主要材料種類如下：
小車底板及重物支撐架：塑料為主.
後輪設計：塑料為主（成品設計）。
前輪（前期）：硬質鋁。
齒輪：塑料（成品設計）。
重物下落固定物：磁鐵。
連桿等：硬質鋁。
前後輪中軸：鋼。
裝飾：塑料為主。
發條：買標准品。

3.3小車整體成本分析（參考網上報價）
塑料板成本：總共約15元
前輪成本：自己製作
後輪成本：標准品兩個10元左右
連桿成本：約3元
齒 輪：小齒輪1元 大齒輪2元
發 條：25元左右
撞 針：0.5元
磁 鐵：4-5元
滑 輪：1元左右

總共材料成本約為63元（不包含工具等其他費用）。

四：方案總結
本次競賽命題要求中，以給定的能量設計三輪小車帶動給定負載進行避物運行。本方案設計中，分為前輪轉向，動力設計，成本分析三大部分展開設計。
前輪轉向設計過程中，首先考慮到的是單向偏轉的實現，但與理論最小運行值有較大差距，故考慮轉向運行。其中，平行連桿的設計，從理論上可以實現交替轉向。但前輪的支撐力如果較大，可能會導致能量的消耗，這也是實際要考慮到的問題。且對整個平行連桿的製作精度要求比較高。
動力系統的設計中，採用的是能量的二次利用，要求第一次能量的轉換率要高，故對發條的要求較高。該設計中，將會消除重物下落的搖擺問題，同時利用撞針設計，啟動小車行駛。
成本分析中，沒有考慮製作工具的相關成本，如果可以實現底板的一次成型，將會減少工序，增大精度要求。同時其費用也將加大。綜合成本，暫且不能確定。
該方案中，沒有就小車的整體外觀設計給出具體設計，將在小車輪廓設計完畢後進行整體外觀設計（暫時無法用三維製作軟體做出整體構架）。

5. 如何確定軸的支點位置和傳動零 件上力的作用點

目 錄
第一部分 設計任務書----------------------------------------------------------------3第二部分 電傳動方案的分析與擬定---------------------------------------------------5第三部分 電動機的選擇計算----------------------------------------------------------6第四部分 各軸的轉速、轉矩計算------------------------------------------------------7第五部分 聯軸器的選擇-------------------------------------------------------------9第六部分 錐齒輪傳動設計---------------------------------------------------------10第七部分 鏈傳動設計--------------------------------------------------------------12第八部分 斜齒圓柱齒輪設計-------------------------------------------------------14第九部分 軸的設計----------------------------------------------------------------17第十部分 軸承的設計及校核-------------------------------------------------------20第十一部分 高速軸的校核---------------------------------------------------------22第十二部分 箱體設計---------------------------------------------------------------23第十三部分 設計小結---------------------------------------------------------------24

第一部分 設計任務書
1.1 機械設計課程的目的
機械設計課程設計是機械類專業和部分非機械類專業學生第一次較全面的機械設計訓練，是機械設計和機械設計基礎課程重要的綜合性與實踐性教學環節。其基本目的是：
(1) 通過機械設計課程的設計，綜合運用機械設計課程和其他有關先修課程的理論，結合生產實際知識，培養分析和解決一般工程實際問題的能力，並使所學知識得到進一步鞏固、深化和擴展。
(2) 學習機械設計的一般方法，掌握通用機械零件、機械傳動裝置或簡單機械的設計原理和過程。
(3) 進行機械設計基本技能的訓練，如計算、繪圖、熟悉和運用設計資料（手冊、圖冊、標准和規范等）以及使用經驗數據，進行經驗估算和數據處理等。

1.2 機械設計課程的內容
選擇作為機械設計課程的題目，通常是一般機械的傳動裝置或簡單機械。
課程設計的內容通常包括：確定傳動裝置的總體設計方案；選擇電動機；計算傳動裝置的運動和動力參數；傳動零件、軸的設計計算；軸承、聯軸器、潤滑、密封和聯接件的選擇及校核計算；箱體結構及其附件的設計；繪制裝配工作圖及零件工作圖；編寫設計計算說明書。
在設計中完成了以下工作：
① 減速器裝配圖1張（A0或A1圖紙）；
② 零件工作圖2～3張（傳動零件、軸、箱體等）；
③ 設計計算說明書1份，6000～8000字。

1.3 機械設計課程設計的步驟
機械設計課程設計的步驟通常是根據設計任務書，擬定若干方案並進行分析比較，然後確定一個正確、合理的設計方案，進行必要的計算和結構設計，最後用圖紙表達設計結果，用設計計算說明書表示設計依據。
機械設計課程設計一般可按照以下所述的幾個階段進行：
1．設計准備
① 分析設計計劃任務書，明確工作條件、設計要求、內容和步驟。
② 了解設計對象，閱讀有關資料、圖紙、觀察事物或模型以進行減速器裝拆試驗等。
③ 浮系課程有關內容，熟悉機械零件的設計方法和步驟。
④ 准備好設計需要的圖書、資料和用具，並擬定設計計劃等。
2．傳動裝置總體設計
① 確定傳動方案——圓柱齒輪傳動，畫出傳動裝置簡圖。
② 計算電動機的功率、轉速、選擇電動機的型號。
③ 確定總傳動比和分配各級傳動比。
④ 計算各軸的功率、轉速和轉矩。
3．各級傳動零件設計
① 減速器內的傳動零件設計（齒輪傳動）。
4．減速器裝配草圖設計
① 選擇比例尺，合理布置試圖，確定減速器各零件的相對位置。
② 選擇聯軸器，初步計算軸徑，初選軸承型號，進行軸的結構設計。
③ 確定軸上力作用點及支點距離，進行軸、軸承及鍵的校核計算。
④ 分別進行軸系部件、傳動零件、減速器箱體及其附件的結構設計。
5．減速器裝配圖設計
① 標注尺寸、配合及零件序號。
② 編寫明細表、標題欄、減速器技術特性及技術要求。
③ 完成裝配圖。
6．零件工作圖設計
① 軸類零件工作圖。
② 齒輪類零件工作圖。
③ 箱體類零件工作圖。

第一部分 題目及要求
卷揚機傳動裝置的設計
1． 設計題目
設計一卷揚機的傳動裝置。傳動裝置簡圖如下圖所示。
（1）卷揚機數據
卷揚機繩牽引力F(N)、繩牽引速度v(m/s)及捲筒直徑D(mm)見附表。
（2）工作條件
用於建築工地提升物料，空載啟動，連續運轉，三班制工作，工作平穩。
（3） 使用期限
工作期限為十年，每年工作300天，三班制工作，每班工作4小時，檢修期間隔為三年。
（4） 產批量及加工條件
小批量生產，無鑄鋼設備。
2． 設計任務
1）確定傳動方案；
2）選擇電動機型號；
3）設計傳動裝置；
4）選擇聯軸器。
3． 具體作業
1）減速器裝配圖一張；
2）零件工作圖二張（大齒輪，輸出軸）；
3）設計說明書一份。
4． 數據表

牽引力F/N 12 10 8 7
牽引速度v/(m/s) 0.3，0.4 0.3，0.4，0.5，0.6
捲筒直徑D/mm 470，500 420，430，450，470，500 430，450，500 440，460，480

卷揚機傳動裝置的設計
5． 設計題目
設計一卷揚機的傳動裝置。傳動裝置簡圖如下圖所示。
（1）卷揚機數據
卷揚機繩牽引力F(N)、繩牽引速度v(m/s)及捲筒直徑D(mm)見附表。
（2）工作條件
用於建築工地提升物料，空載啟動，連續運轉，三班制工作，工作平穩。
（5） 使用期限
工作期限為十年，每年工作300天，三班制工作，每班工作4小時，檢修期間隔為三年。
（6） 產批量及加工條件
小批量生產，無鑄鋼設備。
6． 設計任務
1）確定傳動方案；
2）選擇電動機型號；
3）設計傳動裝置；
4）選擇聯軸器。
7． 具體作業
1）減速器裝配圖一張；
2）零件工作圖二張（大齒輪，輸出軸）；
3）設計說明書一份。
8． 數據表

牽引力F/N 12 10 8 7
牽引速度v/(m/s) 0.3，0.4 0.3，0.4，0.5，0.6
捲筒直徑D/mm 470，500 420，430，450，470，500 430，450，500 440，460，480

第二部分 傳動方案的分析與擬定
確定總傳動比:
由於Y系列三相非同步電動機的同步轉速有750,1000,1500和3000r/min四種可供選擇.根據原始數據,得到卷揚機捲筒的工作轉速為

按四種不同電動機計算所得的總傳動比分別是:
電動機同步轉速
750 1000 1500 3000
系統總傳動比
32.71 43.61 65.42 130.83

確定電動機轉速:
綜合考慮電動機和傳動裝置的尺寸、重量、價格以及總傳動比，750轉的低速電動機傳動比雖小，但電動機極數大價格高，故不可取。3000轉的電動機重量輕，價格便宜，但總傳動比大，傳動裝置外廓尺寸大，製造成本高，結構不緊湊，也不可取。剩下兩種相比，如為使傳動裝置結構緊湊，選用1000轉的電動機較好；如考慮電動機重量和價格，則應選用1500轉的電動機。現選用1500轉的電動機，以節省成本。
確定傳動方案：

驗算：通常V帶傳動的傳動比常用范圍為 ，二級圓柱齒輪減速器為 ，則總傳動比的范圍為 ，因此能夠滿足以上總傳動比為65.42的要求。

第三部分 電動機的選擇計算
1、確定電動機類型
按工作要求和條件,選用Y系列籠型三相非同步電動機,封閉式結構。
2、確定電動機的功率
工作機的功率
KW

效率的選擇：
1． V帶傳動效率： η1 = 0.96
2． 7級精度圓柱齒輪傳動：η2 = 0.98
3． 滾動軸承： η3 = 0.99
4． 彈性套柱銷聯軸器： η4 = 0.99
5． 傳動滾筒效率： η5 = 0.96
傳動裝置總效率為

工作機所需電動機功率
kw
因載荷平穩，電動機額定功率 略大於 即可。由Y系列電動機技術數據，選電動機的額定功率 為7.5 kw，結合其同步轉速，選定電動機的各項參數如下：
取同步轉速： 1500r/min ——4級電動機
型號： Y132M-4
額定功率： 7.5kW
滿載功率： 1440r/min
堵轉轉矩/額定轉矩： 2.2
最大轉矩/額定轉矩： 2.2

第四部分 確定傳動裝置總傳動比和分配各級傳動比
1、確定總傳動比

2、分配各級傳動比
取V帶傳動的傳動比 ，則減速器的傳動比 為

取兩級圓柱齒輪減速器高速級的傳動比

則低速級的傳動比

第五部分 運動參數及動力參數計算
0軸（電動機軸）：
P0 = Pd =7.2 kW
n0 = nm = 1440 r/min
T0 = 9550×( )= N?m
1軸（高速軸）：
P1 = P0η1 = kW
n1 = = r/min
T1 = 9550×( )= N?m
2軸（中間軸）：
P2 = P1η2η3 = kW
n2 = r/min
T2 = 9550×( )= N?m
3軸（低速軸）：
P3 = P2η2η3 = kW
n3 = r/min
T3 = 9550×( )= N?m
4軸（輸出軸）：
P4 = P3η3η4 = kW
n4 = r/min
T4 = 9550×( )= N?m

輸出軸功率或輸出軸轉矩為各軸的輸入功率或輸入轉矩乘以軸承效率(0.99），即
P』= 0.99P

軸名 功率P(kW) 轉矩T(N?m) 轉速
n(r/min) 傳動比
i 效率
η
輸入 輸出 輸入 輸出
電動機軸 7.20 47.75 1440
3.8 0.96
1軸 6.91 3.047 155.91 154.35 378.95
4.809 0.97
2軸 6.70 2.896 811.99 803.83 78.80
3.435 0.97
3軸 6.50 2.753 2705.97 2678.91 22.94
1 0.98
輸出軸 6.37 2.590 2651.85 2625.33 22.94

第六部分 傳動零件的設計計算
高速級斜齒圓柱齒輪設計
材料選擇：小齒輪40Cr （調質）硬度280HBs；
大齒輪45#鋼（調質）硬度240HBs；（硬度差40HBs）
七級精度，取Z1=21，Z2= ＝4.809×21=100.989，取Z2＝101，
初選螺旋角β=14°，
按齒輪面接觸強度設計：

1) 試選載荷系數 Kt=1.6
2) 由動力參數圖，小齒輪傳遞的轉矩

3） 由表10－7（機械設計）選取齒寬系數
4） 由表10－6查得材料的彈性影響系數
5） 由圖10－21d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限 ；大齒輪的接觸疲勞強度極限 ；
6） 由式10-13計算應力循環次數

7） 由圖10-19查得接觸疲勞壽命系數 ；
8） 計算接觸疲勞許用應力
取失效概率為1％，安全系數S=1,由式（10-12）得

9）由圖10-26（機械設計）得
εα1 = 0.76
εα2 = 0.86
則端面重合度
10）由圖10-30選取區域系數ZH = 2.433
11） 計算許用接觸應力
=
12）計算：
試算小齒輪分度圓直徑 ，由計算公式得
計算圓周速度

計算齒寬b及模數
= 1×60.59 = 60.59 mm
mnt = = mm
h = 2.25 mnt = mm

計算縱向重合度
縱向重合度 =0.318×φdZ1tanβ =
計算載荷系數K
已知，KA=1，取Kv=1.05（由圖10-8查得），由表10-4查得的計算公式
∴KHβ = 1.15+0.18(1+0.6φd2)+0.23×10-3×60.59 = 1.45
由圖10-13，得KFβ = 1.4
由表10-3，得
∴K = KA?Kv?KHα?KHβ = 1×1.05×1.3×1.45 = 1.98
按實際得載荷系數校正所算得德分度圓直徑，由試（10-10a）得

計算模數
mn= =
13） 按齒根彎曲強度設計

由圖10-20c查得小齒輪的彎曲疲勞強度極限 ；大齒輪的彎曲疲勞強度極限 ；
由圖10-18查得彎曲疲勞壽命系數 ；
計算彎曲疲勞許用應力
取彎曲疲勞安全系數S＝1.4，由式10-12得

計算載荷系數
K = KA?Kv?KFα?KFβ = 1×1.05×1.3×1.4= 1.91
根據縱向重合度εβ=1.6650，由圖10-28，查得螺旋角影響系數Yβ=0.88
計算當量齒數
= 22.9883

查取齒形系數
由表10-5查得 YFα1=2.69，YFα2=2.20，
查取應力校正系數
由表10-5查得 YSα1=1.56，YSα2=1.79
計算大、小齒輪的 並加以比較

大齒輪的數值較大。
設計計算

經園整，mn=2 mm
∵ ，∴mn=2.5 mm
Z1 = = ，取Z1=25，Z2=120

幾何尺寸計算：
中心距 a =
經園整，a = 187 mm
修正螺旋角， =
∵β變動不大，
∴εα、εβ、ZH無需修正。
計算大、小齒輪的分度直徑
mm
mm
計算齒輪寬度
b = φdd1 = mm
園整後，B2=65mm，B1=70mm

da1 = d1+2ha1 =69.48
da2 = d2+2ha2 = 315.08
df1 = d1-2hf1 = 49.48
df2 = d2-2hf2 =305.08

第九部分 軸的設計
1) 高速軸：
初定最小直徑，選用材料45#鋼，調質處理。取A0=112（下同）
則dmin = A0 = mm
∵最小軸徑處有鍵槽
∴dmin』 = 1.07 dmin = 17.72mm
∵最小直徑為安裝聯軸器外半徑，取KA=1.7，同上所述已選用TL4彈性套柱聯軸器，軸孔半徑d=20mm
∴取高速軸的最小軸徑為20mm。
由於軸承同時受徑向和軸向載荷，故選用單列圓錐滾子軸承按國標T297-94選取30206。
D×d×T=17.25mm
∴軸承處軸徑d=30mm
高速軸簡圖如下：
2)
取l1=38+46=84mm，l3=72mm，取擋圈直徑D=28mm，取d2=d4=25mm，d3=30mm，l2=l4=26.5mm，d1=d5=20mm。
齒輪輪轂寬度為46mm，取l5=28mm。

聯軸器用鍵：園頭普通平鍵。
b×h=6×6，長l=26mm
齒輪用鍵：同上。b×h=6×6，長l=10mm，倒角為2×45°
3) 中間軸：
中間軸簡圖如下：
初定最小直徑dmin= =22.1mm
選用30305軸承，
d×D×T = 25×62×18.25mm
∴d1=d6=25mm，取l1=27mm，l6=52mm
l2=l4=10mm，d2=d4=35mm，l3=53mm
d3=50mm，d5=30mm，l5=1.2×d5=36mm
齒輪用鍵：園頭普通鍵：b×h=12×8，長l=20mm
4) 低速軸：
低速軸簡圖如下： 初定最小直徑：
dmin = = 34.5mm
∵最小軸徑處有鍵槽
∴dmin』=1.07dmin=36.915mm
取d1=45mm，d2=55mm，d3=60mm，d4=d2=55mm
d5=50mm，d6=45mm，d7=40mm；
l1=45mm，l2=44mm，l3=6mm，l4=60mm，l5=38mm，l6=40mm，l7=60mm
齒輪用鍵：園頭普通鍵：b×h=16×6，長l=36mm
選用30309軸承：d×D×T = 40×90×25.25mm；B=23mm；C=20mm

6. 無碳小車的專業信息

設計、發明的目的和基本思路、創新點、技術關鍵和主要技術指標
設計一種將重力勢能轉換為機械能，並可用來驅動小車行走及轉向的裝置。無碳小車採用三輪結構，前轉向輪最大外徑不小於Φ30mm，小車上裝載一外形尺寸為Φ60mm×20mm且質量不小於400g的實心圓柱型鋼制質量塊。該無碳小車在前行時能夠自動避開賽道上設置的障礙物（每間隔1米，放置一個直徑20mm、高200mm的彈性障礙圓棒）。本小車著重體現了無碳的概念，小車的動能完全由重力勢能提供，是對環保的最高理想。創新點：本小車本身著重體現了無碳的概念，小車的動能完全由重力勢能提供，是對環保的最高理想。技術關鍵：（1）利用重力勢能這唯一的能量讓小車行走並能躲開障礙物。（2）小車採用的擺桿機構由傳統的剛性桿改為有柔性的繩索。（3）為了使小車在轉彎時更易實現差速，利用有機玻璃作為輪子，從而降低輪子與地面的摩擦系數。主要技術指標：驅動吊重；吊重高；前輪直徑；後輪直徑
科學性、先進性
本小車依照現代工程師的標准，注重設計的巧妙、製作的精良、調試的可靠性等。與其他類似的模型小車相比，本小車更注重能量的利用、車體結構的穩定性、勻速性等；採用的柔性擺桿機構更涉及了諸多數學理論的驗證；，且使小車控制轉彎更省力、使小車的躲避障礙物的周期更容易實現與控制，亦降低了整車重量。再者小車整體構造簡潔，組合零件不多，摩擦損耗小，效率高，較容易製造安裝。適合廣大青少年學習研究。參考文獻：《汽車原理及構造》作者：陳有方 重慶大學出版社 《通用工程起重機技術基礎》作者：王宗振 花藝出版社 《SolidWorks三維建模及實例教程》作者：上官林建 北京大學出版社《搬運小車機械結構設計與探討》陳奎 期刊論文《港口橋式起重機小車軌道接頭的處理形式分析》李曉軍 郭東 期刊論文《輕型起重機牽引式小車鋼絲繩張緊裝置設計》賈志平 鄭見粹 陳凱 期刊論文
獲獎情況及鑒定結果
2010年12月25日，洛陽，河南省教育廳與河南科技大學共同舉辦，第二屆全國大學生工程訓練綜合能力競賽河南賽區預賽，獲三等獎。
作品所處階段
實驗室階段 已完成，並參加了比賽獲省級三等獎
技術轉讓方式
專利申請權轉讓。
作品可展示的形式
■實物、產品 ■圖紙 ■圖片 ■錄像
使用說明,技術特點和優勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經濟效益預測
同類課題研究水平概述
以5焦耳重力勢能為唯一能量的、具有連續避障18米功能。

7. 無碳小車的前輪到底是是買的還是自己設計的

無碳小車是將固定質量及高度的重塊的重力勢能通過機械結構傳動轉化成小車的動能來驅動小車行走的機械裝置，該小車能成功規避賽道預置的障礙。

這種小車設計已成為考查大學生動手能力的重大科技創新競賽項目之一。現有的重力勢能驅動的無碳小車的前輪轉向機構，由於結構上的設計不合理，存在結構復雜，加工難，工作穩定性差，機械效率低等缺點。

技術實現要素：

為了解決以上的技術問題，本發明提供一種重力勢能驅動的無碳小車的前輪轉向機構。

為實現上述目的：

一種重力勢能驅動的無碳小車的前輪轉向機構，包括主動軸、橢圓形齒條、連桿、開孔連桿、主動球頭桿、從動球頭桿、前車輪支架桿、前車輪支架、前車輪，其特徵在於：所述主動軸上安裝有繞線輪和不完全齒輪，所述不完全齒輪與橢圓形齒條嚙合，

所述連桿穿過後支架與橢圓形齒條一端通過螺釘固定，開孔連桿一端穿過前支架與橢圓形齒條另一端通過螺釘固定，開孔連桿另一端設有開孔部，

所述主動球頭桿一端與開孔連桿另一端連接，主動球頭桿另一端與從動球頭桿一端連接，從動球頭桿另一端穿過前車輪支架桿，前車輪支架桿穿過軸承與前車輪支架通過螺釘固定，所述前車輪支架上安裝有前車輪。

所述主動球頭桿與從動球頭桿之間採用球面副連接。

所述主動球頭桿與開孔連桿之間採用螺紋連接，且主動球頭桿上裝有可以調節從動球頭桿與前車輪支架角度的螺母。

所述加前車輪支架與前車輪之間採用銷連接。

通過上述技術方案，本發明的有益效果是：

本發明採用不完全齒輪、橢圓形齒條、球頭桿作為轉向傳動機構，具有機械效率高、結構簡單、轉彎靈活且精度高、工作可靠等優點。

為本發明的重力勢能驅動的無碳小車的前輪轉向機構的結構示

8. 無碳小車的原理

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