簡(jiǎn)易起草皮機(jī)的設(shè)計(jì)【含14張CAD圖帶開(kāi)題報(bào)告-獨(dú)家】.zip,含14張CAD圖帶開(kāi)題報(bào)告-獨(dú)家,簡(jiǎn)易,草皮,設(shè)計(jì),14,CAD,開(kāi)題,報(bào)告,獨(dú)家 簡(jiǎn)易起草皮機(jī)的設(shè)計(jì) 摘要 園林綠化機(jī)械作為林業(yè)機(jī)械的一個(gè)分支，它的發(fā)展只有50年左右的歷史，它是隨著城市園林化，特別是草坪業(yè)的發(fā)展，而逐步發(fā)展壯大起來(lái)。良好的環(huán)境，合理的生態(tài)系統(tǒng)，是人類賴以生存和發(fā)展的不可缺少的搖籃。隨著生活水平的提高，人們對(duì)生活環(huán)境的要求也越來(lái)越高。綠籬在城市道路和園林綠化中也占有重要地位。 文章對(duì)簡(jiǎn)易起草皮機(jī)硬件結(jié)構(gòu)做了詳細(xì)的可行性分析及設(shè)計(jì)，本次設(shè)計(jì)的起草皮機(jī)，采用直流電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)，改變了傳統(tǒng)的汽油機(jī)的結(jié)構(gòu)。本文收線確認(rèn)方案，然后做了相應(yīng)的計(jì)算、校核，主要包括：驅(qū)動(dòng)輪電機(jī)和轉(zhuǎn)向輪電機(jī)的選擇及其驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)；齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算和校核；前后減震系統(tǒng)以及轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和車體的一些機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等。 關(guān)鍵詞 : 簡(jiǎn)易起草皮機(jī)、車體、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu) Abstract Gardening machinery as a branch of forestry machinery, its development is only 50 years of history, it is as the garden city, especially the development of grass industry, and gradually grow up.Good environment, reasonable ecological system, is indispensable to human survival and development of the cradle.With the improvement of living standards, people living environment is becoming more and more high.Hedge in the urban roads and landscaping also occupies an important position. Article to the summary drafting machine hardware structure to do a detailed feasibility analysis and design, the design of drafting machine, adopts dc motor as drive, changing the structure of a conventional gasoline engine.The line in this article confirm solutions, and then do the corresponding calculation, check, mainly includes: the choice of driving wheel motor and steering wheel motor and its drive circuit design;Design calculation and checking of gear;Before and after the suspension system and steering mechanism design and car body of some of the mechanical structure design, etc. Keywords: simple drafting machine, car body, steering mechanism 不要?jiǎng)h除行尾的分節(jié)符，此行不會(huì)被打印 - II - 目錄 摘要 I Abstract II 第1章 緒論 1 1.1 國(guó)內(nèi)外園林機(jī)械的發(fā)展現(xiàn)狀 1 1.1.1 國(guó)外的發(fā)展 1 1.1.2 國(guó)內(nèi)的發(fā)展 1 1.2 國(guó)內(nèi)外園林機(jī)械的差距 2 1.3 小動(dòng)力園林機(jī)械的發(fā)展趨勢(shì)與建議 3 1.4 本課題研究的意義和目的 5 1.5 本課題主要研究?jī)?nèi)容 6 第2章 簡(jiǎn)易起草皮機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及方案論證 7 2.1 驅(qū)動(dòng)方案的確認(rèn) 7 2.1.1 液壓驅(qū)動(dòng) 7 2.1.2 氣壓驅(qū)動(dòng) 8 2.1.3 電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng) 8 2.2 簡(jiǎn)易起草皮機(jī)運(yùn)動(dòng)方式的選擇 9 2.3 簡(jiǎn)易起草皮機(jī)驅(qū)動(dòng)方案的選擇 10 第3章 簡(jiǎn)易起草皮機(jī)本體的設(shè)計(jì)分析 13 3.1 簡(jiǎn)易起草皮機(jī)驅(qū)動(dòng)輪組成 13 3.1.1驅(qū)動(dòng)電機(jī)選擇 13 3.1.2減速機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與校核 18 3.1.3變速箱體及后減震 27 3.1.4驅(qū)動(dòng)車輪及輪轂 27 3.2簡(jiǎn)易起草皮機(jī)轉(zhuǎn)向輪組成 29 3.2.1驅(qū)動(dòng)電機(jī)選擇 30 3.2.2傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及前減震機(jī)構(gòu) 33 3.2.3前車體及電池箱 34 3.2.4轉(zhuǎn)向輪胎和輪轂 34 3.3簡(jiǎn)易起草皮機(jī)受力分析及如何保證加速度最優(yōu) 35 3.4系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì) 36 結(jié)論 38 致謝 40 參考文獻(xiàn) 41 - III - 第1章 緒論 千萬(wàn)不要?jiǎng)h除行尾的分節(jié)符，此行不會(huì)被打印。在目錄上點(diǎn)右鍵“更新域”，然后“更新整個(gè)目錄”。打印前，不要忘記把上面“Abstract”這一行后加一空行 -1- 1.1 國(guó)內(nèi)外園林機(jī)械的發(fā)展現(xiàn)狀 1.1.1 國(guó)外的發(fā)展 由于土地資源、人文環(huán)境、生活水平等因素影響，國(guó)外小動(dòng)力園林機(jī)械發(fā)展較早，20世紀(jì)初,國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家就已使用園林機(jī)械代替繁重的體力勞動(dòng)。隨著人民生活水平的提高和居住環(huán)境的改善,小型園林機(jī)械已進(jìn)入百姓家庭,成為家庭必備機(jī)具。21世紀(jì)初,發(fā)達(dá)國(guó)家從家庭到公共綠地全部實(shí)現(xiàn)機(jī)械化作業(yè),并向更高層次發(fā)展。 經(jīng)過(guò)近百年的發(fā)展，美國(guó)、日本、德國(guó)、意大利、瑞典等國(guó)家小動(dòng)力園林機(jī)械得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，培養(yǎng)出許多國(guó)際知名品牌，如美國(guó)的B&S（百力通）、Kohler、MTD、Tecumsen,日本的小松、ECHO、YAMAHA、HONDA，意大利的Emark、ALPLA，德國(guó)的STIHL、SOLO，瑞典的HUSQVARNA,等等。這些企業(yè)歷史較長(zhǎng)，在行業(yè)中有較大的影響。如瑞典的HUSQVARNA公司成立于1689年，是世界上生產(chǎn)園林機(jī)械歷史最悠久的公司之一，在行業(yè)中一直處于領(lǐng)先地位。HUSQVARNA公司能夠生產(chǎn)從專業(yè)機(jī)器到大眾用途的各種產(chǎn)品，現(xiàn)有員工2200人，其中1800人從事研究開(kāi)發(fā)、市場(chǎng)促銷等，其產(chǎn)品出口至100多個(gè)國(guó)家，年銷售額達(dá)到5億瑞典克郎。 1.1.2 國(guó)內(nèi)的發(fā)展 我國(guó)小動(dòng)力園林機(jī)械生產(chǎn)起始于20世紀(jì)70年代，當(dāng)初規(guī)模較小,主要企業(yè)有泰州林機(jī)廠、西北林機(jī)廠、柳州機(jī)械廠等。90年代以來(lái)，特別是最近幾年，隨著市政建設(shè)、工業(yè)用途和城市園林綠化需求規(guī)模的迅速擴(kuò)大及草坪業(yè)的持續(xù)發(fā)展，帶動(dòng)了園林機(jī)械生產(chǎn)企業(yè)和產(chǎn)品的迅猛發(fā)展。 從企業(yè)類型來(lái)看，分成老牌企業(yè)、民營(yíng)企業(yè)和外資企業(yè)三種。山東華盛、江蘇林海等企業(yè)是老牌企業(yè)的代表，他們發(fā)揮了各自優(yōu)勢(shì)，在整機(jī)或動(dòng)力產(chǎn)品上占有重要位置。隆鑫、宗申、綠友、永佳等民營(yíng)企業(yè)的參與，大大推動(dòng)了我國(guó)園林機(jī)械行業(yè)的發(fā)展。外資企業(yè)的加盟縮小了我國(guó)園林機(jī)械產(chǎn)品與國(guó)外的差距，也使競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈。近年來(lái)，國(guó)際上許多企業(yè)積極在華投資或轉(zhuǎn)移生產(chǎn)基地，利用我國(guó)廉價(jià)勞動(dòng)力賺取更大利潤(rùn)。如百力通，是全球最大的供應(yīng)戶外動(dòng)力設(shè)備使用的風(fēng)冷汽油機(jī)制造商，其發(fā)動(dòng)機(jī)用在草坪機(jī)、發(fā)電機(jī)、高壓清洗機(jī)、水泵等產(chǎn)品中。2005年3月，百力通增加投資，在重慶成立百力通（重慶）發(fā)動(dòng)機(jī)有限公司，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力100萬(wàn)臺(tái)；又在上海成立百力通（上海）發(fā)動(dòng)機(jī)有限公司，生產(chǎn)發(fā)電機(jī)組和水泵等終端產(chǎn)品，年產(chǎn)量為30萬(wàn)臺(tái)。目前STIHL、HUSQUARNA、小松等國(guó)外生產(chǎn)廠家也在中國(guó)積極活動(dòng)，如STIHL尋求產(chǎn)品的國(guó)產(chǎn)化、并購(gòu)輝煌三聯(lián)；HUSQUARNA在東北舉行中國(guó)市場(chǎng)推介會(huì)；小松尋找質(zhì)優(yōu)價(jià)廉配套廠家；美國(guó)MTD公司和綠友集團(tuán)結(jié)盟，銷售園林機(jī)械、高爾夫設(shè)備、草坪噴灌設(shè)備等。以上生產(chǎn)企業(yè)集中在江蘇、山東、浙江、重慶、上海等地區(qū)，規(guī)模較大的有山東華盛、臨沂永佳、江蘇林海、南通草地機(jī)械有限公司、綠友集團(tuán)等。 加入WTO后，面對(duì)歐美園林機(jī)械的巨大市場(chǎng)，中國(guó)商品以其低價(jià)格等優(yōu)勢(shì)，出口量得以大幅度提高，促進(jìn)了國(guó)內(nèi)園林機(jī)械制造業(yè)的迅速發(fā)展。 1.2 國(guó)內(nèi)外園林機(jī)械的差距 我國(guó)小型汽油機(jī)產(chǎn)品品種較少，與美國(guó)和日本相比差距較大。美國(guó)和日本的產(chǎn)品已實(shí)現(xiàn)了系列化、統(tǒng)一化、標(biāo)準(zhǔn)化，各公司均有自成體系的系列產(chǎn)品，產(chǎn)品覆蓋很大的功率范圍，配套幾十種機(jī)具。目前，我國(guó)配套的園林機(jī)具僅有十幾種，許多企業(yè)為單機(jī)出廠，由于技術(shù)含量低，形成惡性競(jìng)爭(zhēng)。 在草坪機(jī)械方面,草坪養(yǎng)護(hù)機(jī)械有草坪修剪機(jī)械、草坪通氣機(jī)、草坪修整設(shè)備、草坪排水灌溉設(shè)備等，其中，草坪修剪機(jī)械包括滾刀式、旋刀式草坪修剪機(jī)和往復(fù)運(yùn)動(dòng)剪切式割草機(jī)等。就草坪修剪機(jī)而言，目前我國(guó)主要生產(chǎn)隨進(jìn)或推進(jìn)旋刀式草坪機(jī)，而自行（乘座式）旋刀修剪機(jī)在國(guó)外已非常普遍；美國(guó)和日本能生產(chǎn)各種規(guī)格的步行操縱自走式和拖拉機(jī)懸掛式垂直打孔通氣機(jī)，我國(guó)未有這方面的報(bào)道；草坪修邊機(jī)、草坪梳草機(jī)、草坪滾壓機(jī)在國(guó)外使用較普遍，國(guó)內(nèi)才剛剛開(kāi)始關(guān)注；草坪灌溉設(shè)備上，國(guó)外產(chǎn)品如雨鳥(niǎo)、HUNTER、LEGO等壟斷國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，國(guó)產(chǎn)如林海的SP50噴灑器已淡出市場(chǎng)，華潤(rùn)等品牌也尚無(wú)法抗衡國(guó)外產(chǎn)品。 在庭院和行道樹(shù)養(yǎng)護(hù)機(jī)械方面，與國(guó)外也有較大差距。 我國(guó)生產(chǎn)的小動(dòng)力園林機(jī)械技術(shù)上大多相當(dāng)于上世紀(jì)80年代的水平，產(chǎn)品性能普遍低于國(guó)外同類產(chǎn)品。我國(guó)小型汽油機(jī)的平均有效壓力、升功率等指標(biāo)處于中等水平，與國(guó)外先進(jìn)水平相比低一個(gè)檔次，壓縮比和活塞平均速度等強(qiáng)化指標(biāo)低于國(guó)外。 產(chǎn)品的性能和可靠性較差；這主要與企業(yè)的設(shè)計(jì)能力、質(zhì)量管理、生產(chǎn)工藝、原材料、檢驗(yàn)等因素有關(guān)。國(guó)內(nèi)一些企業(yè)在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)未鍛煉成熟就涌向國(guó)外市場(chǎng)，迎接發(fā)達(dá)國(guó)家的挑戰(zhàn)，以低廉的價(jià)格來(lái)占領(lǐng)市場(chǎng)，產(chǎn)品的性能和可靠性得不到保障。 達(dá)不到環(huán)保安全指標(biāo)；目前，我國(guó)生產(chǎn)的園林機(jī)械多數(shù)不能達(dá)到國(guó)外很多國(guó)家的排放、噪聲、無(wú)線電干擾、安全、振動(dòng)指標(biāo)的要求，與國(guó)外產(chǎn)品相比還有較大的差距。從我國(guó)向美國(guó)、歐盟出口的產(chǎn)品看，排放和安全已成為園林機(jī)械面臨的非關(guān)稅技術(shù)壁壘。 外觀表面質(zhì)量較差：很多企業(yè)對(duì)產(chǎn)品外觀重視不夠，技術(shù)上不能做到認(rèn)真細(xì)致，精益求精。 1.3 小動(dòng)力園林機(jī)械的發(fā)展趨勢(shì)與建議 ⑴大力發(fā)展系列園林機(jī)械產(chǎn)品，努力塑造中國(guó)小動(dòng)力園林機(jī)械品牌。 品牌是產(chǎn)品的質(zhì)量、產(chǎn)品的服務(wù)、企業(yè)的管理和核心競(jìng)爭(zhēng)力的綜合體現(xiàn)。努力塑造中國(guó)園林機(jī)械產(chǎn)品品牌，積極開(kāi)展共性基礎(chǔ)技術(shù)的研究，大力發(fā)展具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的系列園林機(jī)械產(chǎn)品，迅速提升園林機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量和技術(shù)水平，培養(yǎng)造就一批具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力特別是具有自主創(chuàng)新能力的優(yōu)勢(shì)規(guī)模企業(yè)，應(yīng)當(dāng)成為當(dāng)前和今后小動(dòng)力園林機(jī)械行業(yè)的發(fā)展方向和奮斗目標(biāo)。 ⑵ 加快產(chǎn)品更新?lián)Q代，開(kāi)發(fā)更具人性化和自動(dòng)化的新產(chǎn)品。 目前，國(guó)內(nèi)小動(dòng)力園林機(jī)械產(chǎn)品的數(shù)量?jī)H有十幾種，大力發(fā)展園林機(jī)械新產(chǎn)品，加速老產(chǎn)品的更新?lián)Q代，使產(chǎn)品向人性化和自動(dòng)化方向發(fā)展已成當(dāng)務(wù)之急。國(guó)產(chǎn)老型號(hào)油鋸于20世紀(jì)70年代投產(chǎn)，30多年來(lái)雖有一些改進(jìn), 但其較大的振動(dòng)，使得一些林區(qū)工人不同程度有“擺手”的職業(yè)病。而國(guó)外油鋸從20世紀(jì)80年代起,不斷降低振動(dòng)和噪聲，類似產(chǎn)品早已不復(fù)存在。當(dāng)初草坪修剪機(jī)進(jìn)入家庭時(shí)，以步行操縱推行式為主導(dǎo)產(chǎn)品；進(jìn)入90年代，步行自走式代替推進(jìn)式；21世紀(jì)初，乘座式又取代步行自走式，而現(xiàn)在已出現(xiàn)無(wú)級(jí)變速、零轉(zhuǎn)彎半徑，操縱非常簡(jiǎn)單的草坪修剪機(jī)。 ⑶ 降低污染和循利用。 國(guó)外許多企業(yè)很早就重視這些問(wèn)題，如HUSQUARNA公司研發(fā)了貫穿于生產(chǎn)方法、材料處理、能源消耗、發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣排放、產(chǎn)品的最終回收利用全過(guò)程的環(huán)保措施，新材料研發(fā)成功后立即替代原來(lái)使用的舊材料，產(chǎn)品最終回收率達(dá)到85%。 目前，國(guó)內(nèi)園林機(jī)械產(chǎn)品在研發(fā)時(shí)，必須重視如下問(wèn)題：①加強(qiáng)降低尾氣排放的研究，例如，日本小松最早擁有世界上最先進(jìn)的層狀掃氣二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，該發(fā)動(dòng)機(jī)有很好的環(huán)保特性、節(jié)能性，能滿足歐盟和美國(guó)最嚴(yán)格的廢氣排放要求；②提高曲軸、機(jī)體剛度，降低燃燒噪聲及機(jī)械噪聲，利用復(fù)合材料作隔音結(jié)構(gòu)，提高*的消聲能力；③ 取代石棉制品，使用芳族聚酰胺纖維及金屬密封墊片，提高發(fā)動(dòng)機(jī)密封性；④降低電磁干擾，提高抗靜電干擾能力；⑤采用可降解的潤(rùn)滑油，克服廢棄潤(rùn)滑油對(duì)環(huán)境的污染。 ⑷ 小動(dòng)力園林機(jī)械的安全化設(shè)計(jì)。 綜合運(yùn)用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，特別是安全科學(xué)技術(shù)的成就，對(duì)園林機(jī)械進(jìn)行科學(xué)可靠的設(shè)計(jì)，使機(jī)具具有可靠和安全特性，其標(biāo)志主要有三個(gè)：一是機(jī)具應(yīng)有可靠和穩(wěn)定的安全特征，在操作者發(fā)生誤操作時(shí)，也能自動(dòng)保護(hù)操作者的人身安全和機(jī)具的本身安全；二是機(jī)具應(yīng)具有安全的保護(hù)功能，當(dāng)出現(xiàn)意外和故障時(shí)，應(yīng)能自動(dòng)切斷或脫離故障部分；三是機(jī)具應(yīng)具有安全舒適的操作環(huán)境和良好的人機(jī)工程學(xué)特性。 以油鋸為例，在油鋸標(biāo)準(zhǔn)《林業(yè)機(jī)械 油鋸 安全要求和試驗(yàn)》中，對(duì)油鋸設(shè)計(jì)的安全要求，如對(duì)油鋸反彈角度和鏈制動(dòng)角、手把的空間最小間隙和尺寸、高溫部分的防護(hù)和?；痖_(kāi)關(guān)的功能都有明確的規(guī)定?；推靼惭b加濃裝置，稍大排量的機(jī)具設(shè)計(jì)減壓裝置，操作安全的電子互鎖等應(yīng)廣泛應(yīng)用在園林機(jī)械上。 ⑸發(fā)展園林機(jī)械的一機(jī)多用和聯(lián)合作業(yè)。 一機(jī)多用是指一種機(jī)具能配備多種工作裝置和附件，更換不同的裝置就能完成各種不同的工作，這對(duì)家庭、小型企事業(yè)單位、住宅小區(qū)和經(jīng)營(yíng)規(guī)模較小的綠地的用戶是非常適用的。如美國(guó)CRAFTSMAN推出的一種帶有10多種附件的園林拖拉機(jī)，幾乎能進(jìn)行全部的草坪護(hù)養(yǎng)和庭院作業(yè)，很受用戶的歡迎。林海集團(tuán)的YJ4油鋸，更換一些簡(jiǎn)單的機(jī)具可改裝成風(fēng)力滅火機(jī)、切割機(jī)、森林泵等，在市場(chǎng)上很有銷路。一種聯(lián)合作業(yè)的機(jī)械設(shè)備，能同時(shí)或按一定的程序進(jìn)行聯(lián)合作業(yè)，使用于大型園林綠化工程或?qū)I(yè)化機(jī)械施工等。一機(jī)多用和聯(lián)合作業(yè)是園林機(jī)械未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。 1.4 本課題研究的意義和目的 園林綠化機(jī)械作為林業(yè)機(jī)械的一個(gè)分支，它的發(fā)展只有50年左右的歷史，它是隨著城市園林化，特別是草坪業(yè)的發(fā)展，而逐步發(fā)展壯大起來(lái)。良好的環(huán)境，合理的生態(tài)系統(tǒng)，是人類賴以生存和發(fā)展的不可缺少的搖籃。隨著生活水平的提高，人們對(duì)生活環(huán)境的要求也越來(lái)越高。因此對(duì)起草皮的工作非常重要。 通過(guò)本課題，讓學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中綜合大學(xué)所學(xué)基礎(chǔ)課程及專業(yè)課程，培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)和技能去分析和解決一般工程技術(shù)問(wèn)題的能力；進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題、創(chuàng)造性地解決實(shí)際問(wèn)題的能力。 1.5 本課題主要研究?jī)?nèi)容 課題主要完成簡(jiǎn)易起草皮機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 1.機(jī)械結(jié)構(gòu)部分包括簡(jiǎn)易起草皮機(jī)構(gòu)成方案選擇、簡(jiǎn)易起草皮機(jī)本體機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇。 2.針對(duì)設(shè)計(jì)要求結(jié)合所選用的電機(jī)，并討論系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可靠性問(wèn)題。 第2章 簡(jiǎn)易起草皮機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及方案論證 2.1 驅(qū)動(dòng)方案的確認(rèn) 設(shè)備的驅(qū)動(dòng)方式有液壓式、氣動(dòng)式、和電動(dòng)式。下面將三種驅(qū)動(dòng)方式進(jìn)行分析比較。 2.1.1 液壓驅(qū)動(dòng) 設(shè)備的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用液壓驅(qū)動(dòng)，有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)： (1)液壓容易達(dá)到較高的壓力（常用液壓為2.5～6.3MPa），體積較小，可以獲得較大的推力或轉(zhuǎn)矩； (2)液壓系統(tǒng)介質(zhì)的可壓縮性小，工作平穩(wěn)可靠，并可得到較高的位置精度； (3)液壓傳動(dòng)中，力、速度和方向比較容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制； (4)液壓系統(tǒng)采用油液作介質(zhì)，具有防銹性和自潤(rùn)滑性能，可以提高機(jī)械效率，使用壽命長(zhǎng)。 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的不足之處是： (1)油液的粘度隨溫度變化而變化，影響工作性能，高溫容易引起燃爆炸等危險(xiǎn)； (2)液體的泄漏難于克服，要求液壓元件有較高的精度和質(zhì)量，故造價(jià)較高； (3)需要相應(yīng)的供油系統(tǒng)，尤其是電液伺服系統(tǒng)要求嚴(yán)格的濾油裝置，否則引起故障。 液壓驅(qū)動(dòng)方式的輸出力和功率更大，能構(gòu)成伺服機(jī)構(gòu)，常用于大型設(shè)備的驅(qū)動(dòng)。 2.1.2 氣壓驅(qū)動(dòng) 與液壓驅(qū)動(dòng)相比，氣壓驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)是： (1)壓縮空氣粘度小，容易達(dá)到高速； (2)利用工廠集中的空氣壓縮站供氣，不必添加動(dòng)力設(shè)備； (3)空氣介質(zhì)對(duì)環(huán)境無(wú)污染，使用安全，可直接應(yīng)用于高溫作業(yè)； (4)氣動(dòng)元件工作壓力低，故制造要求也比液壓元件低。 它的不足之處是： (1)壓縮空氣常用壓力為0.4～0.6MPa，若要獲得較大的力，其結(jié)構(gòu)就要相對(duì)增大； (2)空氣壓縮性大，工作平穩(wěn)性差，速度控制困難，要達(dá)到準(zhǔn)確的位置控制很困難； (3)壓縮空氣的除水問(wèn)題是一個(gè)很重要的問(wèn)題，處理不當(dāng)會(huì)使鋼類零件生銹，導(dǎo)致設(shè)備失靈。此外，排氣還會(huì)造成噪聲污染。 氣動(dòng)式驅(qū)動(dòng)多用于點(diǎn)位控制、抓取、開(kāi)關(guān)控制和順序控制的設(shè)備。 2.1.3 電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng) 電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)可分為普通交、直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，交、直流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。 普通交、直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)需加減速裝置，輸出力矩大，但控制性能差，慣性大，適用于中型或重型設(shè)備。伺服電動(dòng)機(jī)和步進(jìn)輸出力矩相對(duì)小，控制性能好，可實(shí)現(xiàn)速度和位置的精確控制，適用于中小型設(shè)備。交、直伺服電動(dòng)機(jī)一般用于閉環(huán)控制系統(tǒng)，而步進(jìn)電動(dòng)機(jī)則主要用于開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)，一般用于速度和位置精度要求不高的場(chǎng)合。 從能源方面看，工廠的電源能有效地保證并充足，且有降低生產(chǎn)成本，便于操作，工件可靠，維修方便，應(yīng)盡量選用電力驅(qū)動(dòng)。從對(duì)環(huán)境影響來(lái)看，電力驅(qū)動(dòng)方式所產(chǎn)生的污染較小，可選擇電動(dòng)機(jī)。從經(jīng)濟(jì)方面來(lái)看，電動(dòng)機(jī)應(yīng)滿足一定的功率，防止功率過(guò)大造成浪費(fèi)，過(guò)小負(fù)荷過(guò)大，使生產(chǎn)率達(dá)不到要求致使浪費(fèi)時(shí)間。所以為了滿足上訴要求，選擇直流無(wú)刷電機(jī)最為合適。 2.2 簡(jiǎn)易起草皮機(jī)運(yùn)動(dòng)方式的選擇 簡(jiǎn)易起草皮機(jī)運(yùn)動(dòng)方式歸納起來(lái)基本有三種:輪子方式、履帶方式和腿足方式。為了得到我們?cè)O(shè)計(jì)需要最合適的方式，我們對(duì)以上三種方式做了簡(jiǎn)單的比較如下表2-1() 表2-1運(yùn)動(dòng)方式的比較 考慮因素 驅(qū)動(dòng)方式 適應(yīng)的環(huán)境 驅(qū)動(dòng)方面的考慮 機(jī)構(gòu)方面的考慮 輪子方式 適于范圍廣泛。 驅(qū)動(dòng)方式簡(jiǎn)單多樣，力矩相對(duì)較小主要有：兩輪驅(qū)動(dòng)兼轉(zhuǎn)向加隨動(dòng)輪；兩輪差動(dòng)加輔助輪；驅(qū)動(dòng)輪加轉(zhuǎn)向輪。 機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)相對(duì)簡(jiǎn)單，相互約束條件少，穩(wěn)定性較好，輪子安裝需要一定精度要求。 履帶方式 適應(yīng)環(huán)境最廣泛，特別是崎嶇不平地和濕洼地形。 驅(qū)動(dòng)方式單一，力矩較大，使用兩側(cè)輪差動(dòng)，實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)和轉(zhuǎn)向，不需要輔助輪。 機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)較輪子復(fù)雜，需要履帶的張緊設(shè)計(jì)，支撐面積大，穩(wěn)定性好。 腿足方式 適應(yīng)范圍較廣，適應(yīng)地形受其步態(tài)影響，不適合崎嶇山路。 驅(qū)動(dòng)復(fù)雜，對(duì)平衡和穩(wěn)定要求極高，自由度越多，驅(qū)動(dòng)控制部分越多。 有較多的 運(yùn)動(dòng)部件和關(guān)節(jié)，要求較高的加工和裝配等級(jí)，對(duì)材料性能要求較高。 通過(guò)對(duì)以上方式的比較，我們選用輪子方式做為簡(jiǎn)易起草皮機(jī)運(yùn)動(dòng)方式，它符合我們的設(shè)計(jì)要求：適應(yīng)各種環(huán)境；需要?jiǎng)恿^小；能量消耗少；結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單可靠。 2.3 簡(jiǎn)易起草皮機(jī)驅(qū)動(dòng)方案的選擇 輪式簡(jiǎn)易起草皮機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)()如圖2-1，圖2-2，圖2-3。 圖2-1 驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu) 圖2-2 前輪驅(qū)動(dòng)兼轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu) 圖2-3 后輪驅(qū)動(dòng)，前輪轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu) 如圖2-1，采用兩輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的結(jié)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)輪分別由兩套直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，提供需要的轉(zhuǎn)速或者力矩;前輪為萬(wàn)向輪，可任意移動(dòng)。這種結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單輕便，控制性好，運(yùn)動(dòng)靈活轉(zhuǎn)彎半徑小。缺點(diǎn)：承載能力低，對(duì)地面環(huán)境的要求高。 圖2-2中的簡(jiǎn)易起草皮機(jī)，稱為前輪驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)易起草皮機(jī)，后輪為輔助輪，方向不變，前輪為驅(qū)動(dòng)輪兼轉(zhuǎn)向輪，兩輪驅(qū)動(dòng)速度相同，轉(zhuǎn)向速度一致。這種結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)：運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，穩(wěn)定性好。缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，控制難度高。 我們根據(jù)設(shè)計(jì)需要和實(shí)現(xiàn)的難易程度選擇了圖2-3中的簡(jiǎn)易起草皮機(jī)行走部分模型，我們稱之為后輪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，它是一種典型的非完整約束的輪式簡(jiǎn)易起草皮機(jī)模型。后輪為驅(qū)動(dòng)論方向不變，提供前進(jìn)驅(qū)動(dòng)力，兩輪驅(qū)動(dòng)速度相同；前輪為轉(zhuǎn)向輪，稱為舵輪，通過(guò)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)同步控制兩輪轉(zhuǎn)向，使簡(jiǎn)易起草皮機(jī)按照要求的方向移動(dòng)。 輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)又主要分三個(gè)輪、四個(gè)輪，三輪支撐理論上是穩(wěn)定的。然而，這種裝置很容易在施加到單獨(dú)輪的左右兩側(cè)力F作用下翻倒，因此對(duì)負(fù)載有一定限制。我們?yōu)樘岣叻€(wěn)定性和承載能力，決定選用四輪機(jī)構(gòu)，前輪為兩驅(qū)動(dòng)輪，兩個(gè)轉(zhuǎn)向輪為后輪，具體結(jié)構(gòu)模型見(jiàn)圖2-4。這種結(jié)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃、穩(wěn)定以及跟蹤等控制任務(wù)，可適應(yīng)復(fù)雜的地形，承載能力強(qiáng)。 圖2-4小車整體結(jié)構(gòu)模型圖 第3章 簡(jiǎn)易起草皮機(jī)本體的設(shè)計(jì)分析 3.1 簡(jiǎn)易起草皮機(jī)驅(qū)動(dòng)輪組成 前輪驅(qū)動(dòng)裝置機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)如圖4-1所示: 1 變速箱底座； 2 變速箱蓋； 3 軸承； 4 齒輪Ⅰ； 5 齒輪Ⅱ； 6 齒輪Ⅲ； 7 電動(dòng)機(jī)； 8 中間軸； 9 輪轂； 10 輪胎 圖4-1 驅(qū)動(dòng)輪機(jī)械傳動(dòng)示意圖 根據(jù)上面所確定的方案，簡(jiǎn)易起草皮機(jī)前輪驅(qū)動(dòng)裝置由驅(qū)動(dòng)電機(jī)，減速裝置，車輪及輪轂組成。 3.1.1驅(qū)動(dòng)電機(jī)選擇 目前在簡(jiǎn)易起草皮機(jī)的驅(qū)動(dòng)中較為常用的電機(jī)有直流無(wú)刷電機(jī)、交流電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)，對(duì)它們的特性、工作原理與控制方式有分類介紹，下面總結(jié)如表3-1所示： 一般簡(jiǎn)易起草皮機(jī)用電機(jī)的基本性能要求； 1. 啟動(dòng)、停止和反向均能連續(xù)有效的進(jìn)行，具有良好的響應(yīng)特性； 2. 正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)時(shí)的特性相同，且運(yùn)行特性穩(wěn)定； 3. 良好的抗干擾能力，對(duì)輸出來(lái)說(shuō)，體積小、重量輕； 4. 維修容易，不用保養(yǎng)。 驅(qū)動(dòng)輪為兩前輪，要求控制性好且精度高，能耗要低，輸出轉(zhuǎn)矩大，有一定過(guò)載能力，而且穩(wěn)定性好。通過(guò)比較以上電機(jī)的特性、工作原理、控制方式以及簡(jiǎn)易起草皮機(jī)的移動(dòng)性能要求、自身重量、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)特點(diǎn)等因素，所以我們決定選用直流電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)電機(jī)。 直流電動(dòng)機(jī)以其良好的線性調(diào)速特性、簡(jiǎn)單的控制性能、較高的效率、優(yōu)異的動(dòng)態(tài)特性，一直占據(jù)著調(diào)速控制的統(tǒng)治地位。雖然近年不斷受 表3-1不同電機(jī)的特性、工作原理與控制方式 電機(jī)類型 主要特點(diǎn) 構(gòu)造與工作原理 控制方式 步進(jìn)電機(jī) 直接用數(shù)字信號(hào)控制，與計(jì)算機(jī)接口簡(jiǎn)單，沒(méi)有電刷，維修方便，壽命長(zhǎng)。缺點(diǎn)是能量轉(zhuǎn)換效率低，易失步，過(guò)載能力弱。 按產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的方式可分為：永磁式，反應(yīng)式和混合式?；旌鲜侥墚a(chǎn)生較大轉(zhuǎn)矩，應(yīng)用廣泛。 永磁式是單向勵(lì)磁，精度高，但易失步，反應(yīng)式是雙向勵(lì)磁，輸出轉(zhuǎn)矩大，轉(zhuǎn)子過(guò)沖小，但效率低；混合式是單-雙向勵(lì)磁，分辨率高，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。 直流無(wú)刷電機(jī) 接通直流電即可工作，控制簡(jiǎn)單；啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩容易控制，效率高；需要定時(shí)維護(hù)和更換電刷，使用壽命短，噪聲大。 由永磁體定子，線圈轉(zhuǎn)子，電刷和換向器構(gòu)成。通過(guò)電刷和換向器使電流方向隨轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)角度而變化，實(shí)現(xiàn)連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。 轉(zhuǎn)動(dòng)控制采用電壓控制方式，兩者成正比。轉(zhuǎn)矩控制采用電流控制方式，兩者也成正比。 交流伺服電機(jī) 沒(méi)有電刷和換向器，無(wú)須維修；驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜，價(jià)格高。 按結(jié)構(gòu)分為同步和異步。無(wú)刷直流電機(jī)結(jié)構(gòu)與同步電機(jī)相同，特性與支流電機(jī)相同。 分為電壓控制和頻率控制兩種方式。異步電機(jī)常采用電壓控制。 到其他電動(dòng)機(jī)(如交流變頻電動(dòng)機(jī)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)等)的挑戰(zhàn)，但直流電動(dòng)機(jī)仍然是許多調(diào)速控制電動(dòng)機(jī)的最優(yōu)選擇，在生產(chǎn)、生活中有著廣泛的應(yīng)用。 所需電機(jī)的功率計(jì)算： 簡(jiǎn)易起草皮機(jī)小車的受力簡(jiǎn)圖如圖3-2所示： 簡(jiǎn)易起草皮機(jī)所需的牽引力: 式中 ——簡(jiǎn)易起草皮機(jī)移動(dòng)需要的牽引力 式中 ——自身重力而產(chǎn)生的阻力 式中 ——簡(jiǎn)易起草皮機(jī)移動(dòng)所受摩擦力 圖3-2 簡(jiǎn)易起草皮機(jī)小車的受力簡(jiǎn)圖 則有： 式中 ——摩擦系數(shù) 式中 ——最大爬坡角度（據(jù)課題要求可以按0計(jì)算） 則簡(jiǎn)易起草皮機(jī)在水平面上運(yùn)動(dòng)的功率為： 傳動(dòng)裝置的總效率： 按照中表2.1-1確定的個(gè)部分效率有：齒輪傳動(dòng)效率：；滑動(dòng)軸承效率： 代入得到： 所需直流電機(jī)的最小功率： 通過(guò)以上的比較和計(jì)算，我們決定選用廣東德昌微電機(jī)公司生產(chǎn)的 SRC-555-3250型直流電動(dòng)機(jī)其外觀如圖3-3所示，尺寸如圖3-4所示，技術(shù)參數(shù)如表4-2所示： 圖3-3 電動(dòng)機(jī)其外觀如圖 圖3-4 直流電機(jī)尺寸圖 表3-3直流電機(jī)技術(shù)參數(shù)表 型號(hào) 額定電壓 空載 最大效率下 制動(dòng) 轉(zhuǎn)速 電流 轉(zhuǎn)速 電流 力矩 功率 力矩 功率 r/min A r/min A g.cm W g.cm W SRC-555-3250 12v CONSTANT 6100 0.24 5300 1.49 229 14.2 1650 9.20 3.1.2減速機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與校核 直流電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速較高，一般不能直接接到車輪軸上，需要減速機(jī)構(gòu)來(lái)降速，同時(shí)也提高了轉(zhuǎn)距。減速裝置的形式多種多樣，選擇一種合適的減速裝置對(duì)簡(jiǎn)易起草皮機(jī)的性能有著相當(dāng)重要的作用。 3.1.2.1減速形式的選擇 驅(qū)動(dòng)輪機(jī)械傳動(dòng)形式有多種，主要分為：鏈條傳動(dòng)；皮帶傳動(dòng)；蝸桿傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)等。 1.鏈條傳動(dòng) 優(yōu)點(diǎn)是：工況相同時(shí)，傳動(dòng)尺寸緊湊；沒(méi)有滑動(dòng)；不需要很大的張緊力，作用在軸上的載荷小；效率高；能在惡劣的環(huán)境中使用。 缺點(diǎn)：瞬時(shí)速度不均勻，高速運(yùn)轉(zhuǎn)是傳動(dòng)不平穩(wěn)；不易在載荷變化大和急促反向的傳動(dòng)中使用；工作噪音大。 2．皮帶傳動(dòng) 優(yōu)點(diǎn)是：能緩和沖擊；運(yùn)行平穩(wěn)無(wú)噪音；制造和安裝精度要求低；過(guò)載時(shí)能打滑，防止其他零件的損壞。 缺點(diǎn)：有彈性滑動(dòng)和打滑，效率低不能保證準(zhǔn)確的傳動(dòng)比；軸上載荷大；壽命低。 3.蝸桿傳動(dòng)： 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊；工作平穩(wěn)；無(wú)噪聲；沖擊震動(dòng)?。荒艿玫胶艽蟮膯渭?jí)傳動(dòng)比。 缺點(diǎn)是：傳動(dòng)比相同下效率比齒輪低；需要用貴重的減磨材料制造。 4.齒輪傳動(dòng)： 工作可靠，使用壽命長(zhǎng)；易于維護(hù)；瞬時(shí)傳動(dòng)比為常數(shù)；傳動(dòng)效率高；結(jié)構(gòu)緊湊；功率和速度使用范圍很廣。缺點(diǎn)是：制造復(fù)雜成本高；不宜用于軸間距的傳動(dòng)。 比較以上傳動(dòng)形式，結(jié)合本設(shè)計(jì)中簡(jiǎn)易起草皮機(jī)的要求：輸出轉(zhuǎn)矩大傳動(dòng)效率高噪音小等條件，我們采用兩級(jí)齒輪傳動(dòng)，減速比為15。電機(jī)軸直接作為輸入軸安裝主動(dòng)齒輪，不是用聯(lián)軸器，既提高了精度又減輕了重量。輪轂和齒輪3安裝在同一根軸上，他們轉(zhuǎn)速相同。齒輪類型為漸開(kāi)線直齒齒輪，聯(lián)軸器相聯(lián)，齒輪與車輪裝在同一個(gè)軸上，它們的轉(zhuǎn)速相同。 齒輪參數(shù)如下: 第一級(jí)減速：, m=3,,mm, ,mm, 第二級(jí)減速：, m=3,,mm, ,mm, 3.1.2.2齒輪傳動(dòng)的計(jì)算與校核 設(shè)計(jì)中第一級(jí)齒輪傳動(dòng)的齒輪強(qiáng)度計(jì)算與校核，如下： 1.齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算 （1） 初步計(jì)算 轉(zhuǎn)矩 齒數(shù) 接觸疲勞極限 由表12.13，取 由表1.7 初步計(jì)算的許用接觸應(yīng)力 值 由，取 初步計(jì)算小齒輪直徑 取=25 初步齒寬b （2） 校核計(jì)算 圓周速度 精度等級(jí) 由表14.4 選6級(jí)精度 齒數(shù)z和模數(shù)m 初取齒數(shù)； 由表14.1，?。ㄟ@里往大或往小取均可，視驗(yàn)算結(jié)果而定。） 則 使用系數(shù) 由表12.9 動(dòng)載系數(shù) 由表12.9 齒間載荷分配系數(shù) 由表12.10，先求 由此得 齒向載荷分布系數(shù) 由表12.11 載荷系數(shù) 彈性系數(shù) 由表12.12 節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) 由圖12.16 接觸最小安全系數(shù) 由表12.14 總工作時(shí)間 應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 由表12.15，估計(jì)，則指數(shù) 原估計(jì)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)正確。 接觸壽命系數(shù) 由圖12.18 許用接觸應(yīng)力 計(jì)算結(jié)果表明，接觸疲勞強(qiáng)度教為合適，齒輪尺寸無(wú)需調(diào)整。否則，尺寸調(diào)整后還應(yīng)在進(jìn)行驗(yàn)算。 2.齒根彎曲疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算 重合度系數(shù) 齒間載荷分配系數(shù) 由表12.10， 齒向載荷分布系數(shù) 由圖12.14 載荷系數(shù) 齒形系數(shù) 由圖12.21 應(yīng)力修正系數(shù) 由圖12.22 彎曲疲勞極限 由圖12.23c 彎曲最小安全系數(shù) 由表12.14 應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 由表12.15，估計(jì)，則指數(shù) 原估計(jì)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)正確 彎曲壽命系數(shù) 由圖12.24 尺寸系數(shù) 由圖12.25 許用彎曲應(yīng)力 驗(yàn)算 傳動(dòng)無(wú)嚴(yán)重過(guò)載，故不做靜強(qiáng)度校核 第二級(jí)嚙合齒輪、的計(jì)算校核也采用以上步驟，通過(guò)計(jì)算知：強(qiáng)度均符合要求。 3.1.3變速箱體及后減震 變速箱體要求在保證足夠剛度的條件下，應(yīng)盡量減輕車架的重量，以提高有效承載重量。其次，變速箱體應(yīng)保證其它元件安裝上以后，能達(dá)到平衡、對(duì)稱和同軸。材料為ABS，厚度為6mm，軸承盒集成在箱體上，降低了制造難度。。 為保護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)免受震動(dòng)的損傷，和提高躍障能力，在變速箱與前車體間加一減震彈簧。它不但能緩沖震動(dòng)，而且當(dāng)簡(jiǎn)易起草皮機(jī)遇到低于100mm 的幛礙物，或者高低不平的路面時(shí)不至于被架空。 3.1.4驅(qū)動(dòng)車輪及輪轂 本設(shè)計(jì)中可選用簡(jiǎn)易起草皮機(jī)的運(yùn)動(dòng)方式為輪子方式，輪子方式可以提供多種排列方式，從而滿足不同情況需要，而且轉(zhuǎn)向容易，可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的精確控制，機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單。所以我們考慮到所設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易起草皮機(jī)的工作環(huán)境和控制要求，我們選用了四輪方式。 選擇車輪需要考慮多種因素：有簡(jiǎn)易起草皮機(jī)的尺寸、重量、地形狀況、電機(jī)功率等。車重加負(fù)載重量為20kg—45kg,所以用質(zhì)地堅(jiān)硬且易于加工的聚苯乙烯作輪轂，采用不充氣的中空橡膠輪胎，其優(yōu)點(diǎn)在于不僅重量小而 且橡膠與地面的附著系數(shù)大，保證了足夠的驅(qū)動(dòng)能力，輪胎及輪轂參考圖圖如圖3-5 圖3-5 輪胎和輪翼 其機(jī)構(gòu)如圖3-5，其中輪胎直徑d=300mm,則車輪轉(zhuǎn)一圈移動(dòng)的為： 車輪最大轉(zhuǎn)速為: (電機(jī)轉(zhuǎn)速/傳動(dòng)比) 則簡(jiǎn)易起草皮機(jī)的最大線速度為: 簡(jiǎn)易起草皮機(jī)小車的受力簡(jiǎn)圖如圖4-6 簡(jiǎn)易起草皮機(jī)所需的牽引力: 式中 ——簡(jiǎn)易起草皮機(jī)移動(dòng)需要的牽引力 式中 ——自身重力而產(chǎn)生的阻力 式中 ——簡(jiǎn)易起草皮機(jī)移動(dòng)所受摩擦力 則有： 式中 ——摩擦系數(shù)； 式中 ——最大爬坡角度。 則簡(jiǎn)易起草皮機(jī)在水平面上的功率為： 其最大加速度為： （其中的計(jì)算在3.1.1中作了介紹） 圖4-6 簡(jiǎn)易起草皮機(jī)小車的受力簡(jiǎn)圖 3.2簡(jiǎn)易起草皮機(jī)轉(zhuǎn)向輪組成 轉(zhuǎn)向輪起支撐和轉(zhuǎn)向作用，不產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力矩。在小車轉(zhuǎn)向時(shí)它可以以一定角度轉(zhuǎn)動(dòng)。主要機(jī)械組成結(jié)構(gòu)如圖3-7： 1 前減震彈簧； 2 轉(zhuǎn)向連桿； 3 拉桿； 4 拉緊彈簧； 5撥叉； 6步進(jìn)電機(jī)； 7 前車體蓋； 8 轉(zhuǎn)向節(jié)； 9 前輪軸； 10 前輪轂； 11輪胎； 12 電池盒蓋； 13 后減震彈簧； 14連接軸； 15 變速箱 圖3-7轉(zhuǎn)向裝置結(jié)構(gòu)圖 簡(jiǎn)易起草皮機(jī)前輪裝置由以下幾部分構(gòu)成：驅(qū)動(dòng)電機(jī)，蓄電池和充電部分，轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和前減震機(jī)構(gòu)，前車體和電池箱及輪胎和輪轂五部分。 3.2.1驅(qū)動(dòng)電機(jī)選擇 轉(zhuǎn)向輪的電機(jī)通過(guò)對(duì)表4-1不同電機(jī)的特性、工作原理與控制方式的分析比較，為了滿足轉(zhuǎn)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)精度高，控制性能強(qiáng)，并且控制簡(jiǎn)單容易實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)，我們決定選用步進(jìn)電機(jī)作為轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)電機(jī)。 步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成角位移(或線位移)的機(jī)電元件。對(duì)這種電機(jī)施加一個(gè)電脈沖后，其轉(zhuǎn)軸就轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度，稱為一步;脈沖數(shù)增加，角位移(或線位移)就隨之增加，脈沖頻率高，則步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)速度就高，反之就低;分配脈沖的相序改變后，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向則隨之而變。步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和通常勻速旋轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)有一定的差別，它是步進(jìn)形式的運(yùn)動(dòng)，故也稱其為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。 步進(jìn)電機(jī)的主要指標(biāo)有： 相數(shù):產(chǎn)生不同對(duì)極N, S磁場(chǎng)的激磁線圈對(duì)數(shù)。常用m表示。 拍數(shù):完成一個(gè)磁場(chǎng)周期性變化所需脈沖數(shù)或?qū)щ姞顟B(tài)用n表示，或指電機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒距角所需脈沖數(shù)：以四相電機(jī)為例，有四相四拍運(yùn)行方式即AB-BC-CD-DA-AB,八拍運(yùn)行方式即A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A 。 步距角:對(duì)應(yīng)一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的角位移用θ表示。θ=360度(轉(zhuǎn)子齒數(shù)J*運(yùn)行拍數(shù))，以常規(guī)二、四相，轉(zhuǎn)子齒為50齒電機(jī)為例。四拍運(yùn)行時(shí)步距角為θ=360°/(50×4)=1.8°(俗稱整步)，八拍運(yùn)行時(shí)步距角為θ=360°/(50×8)=0.9°(俗稱半步)。 定位轉(zhuǎn)矩:電機(jī)在不通電狀態(tài)下，電機(jī)轉(zhuǎn)子自身的鎖定力矩(由磁場(chǎng)齒形的諧波以及機(jī)械誤差造成的) 靜轉(zhuǎn)矩:電機(jī)在額定靜態(tài)電作用下，電機(jī)不作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)軸的鎖定力矩。此力矩是衡量電機(jī)體積(幾何尺寸)的標(biāo)準(zhǔn)，與驅(qū)動(dòng)電壓及驅(qū)動(dòng)電源等無(wú)關(guān)。雖然靜轉(zhuǎn)矩與電磁激磁匝數(shù)成正比，與定齒轉(zhuǎn)子間的氣隙有關(guān)，但過(guò)分采用減小氣隙，增加激磁安匝來(lái)提高靜力矩是不可取的，這樣會(huì)造成電機(jī)的發(fā)熱及機(jī)械噪音。 步距角精度:步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角的實(shí)際值與理論值的誤差。用百分比表示:（誤差/步距角）×100%。不同運(yùn)行拍數(shù)其值不同，四拍運(yùn)行時(shí)應(yīng)在5%之內(nèi)，八拍運(yùn)行時(shí)應(yīng)在15%以內(nèi)。 失步:電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)的步數(shù)，不等于理論上的步數(shù)。稱之為失步。 失調(diào)角:轉(zhuǎn)子齒軸線偏移定子齒軸線的角度，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)必存在失調(diào)角，由失調(diào)角產(chǎn)生的誤差，采用細(xì)分驅(qū)動(dòng)是不能解決的。 最大空載起動(dòng)頻率:電機(jī)在某種驅(qū)動(dòng)形式、電壓及額定電流下，在不加負(fù)載的情況下，能夠直接起動(dòng)的最大頻率。 最大空載的運(yùn)行頻率:電機(jī)在某種驅(qū)動(dòng)形式，電壓及額定電流下，電機(jī)不帶負(fù)載的最高轉(zhuǎn)速頻率。 運(yùn)行矩頻特性:電機(jī)在某種測(cè)試條件下測(cè)得運(yùn)行中輸出力矩與頻率關(guān)系的曲線稱為運(yùn)行矩頻特性，這是電機(jī)諸多動(dòng)態(tài)曲線中最重要的，也是電機(jī)選擇的根本依據(jù)。 步進(jìn)電機(jī)有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，歸納起來(lái)主要有: 1. 步距值不受各種干擾因素的影響。簡(jiǎn)而言之，轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)的速度主要取決于脈沖信號(hào)的頻率，而轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)的總位移量取決于總的脈沖個(gè)數(shù)。 2. 位移與輸入脈沖信號(hào)相對(duì)應(yīng)，步距誤差不長(zhǎng)期積累。因此可以組成結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單而又具有一定精度的開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)，也可以在要求更高精度時(shí)組成閉環(huán)控制系統(tǒng)。 3. 可以用數(shù)字信號(hào)直接進(jìn)行開(kāi)環(huán)控制，整個(gè)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單廉價(jià)。 4. 無(wú)刷，電動(dòng)機(jī)本體部件少，可靠性高。 5. 控制性能好。起動(dòng)、停車、反轉(zhuǎn)及其他運(yùn)行方式的改變，都在脈沖內(nèi)完成，在一定的頻率范圍內(nèi)運(yùn)行時(shí)，任何運(yùn)行方式都不會(huì)丟步。 6. 停止時(shí)有自鎖能力。 7. 步距角選擇范圍大，可在幾角分至大范圍內(nèi)選擇。在小范圍情況下，通?？梢栽诔退傧赂咿D(zhuǎn)距穩(wěn)定的運(yùn)行 通過(guò)比較各種指標(biāo)和參數(shù)后，我們決定選用常州豐源公司生產(chǎn)的35BYHJ03減速步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)，自帶25:1的減速器。參數(shù)如表4-3所示: 表4-3步進(jìn)電機(jī)參數(shù) 步距角 （θ，° 相 數(shù) 電壓 U,V 電流 I,mA 電阻 R,Ω 減速比 空載運(yùn)行頻率F,pps 空載啟動(dòng)頻率 F,pps 起動(dòng)轉(zhuǎn)距 T,（g.cm） 鎖定 轉(zhuǎn)距 T,（g.cm） 7.5/25 4 12 255 47 1/25 550 680 750 1400 3.2.2傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及前減震機(jī)構(gòu) 在本課題中我們?yōu)榱说玫椒€(wěn)定和承載能力強(qiáng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，我們采用了兩前置轉(zhuǎn)向輪，轉(zhuǎn)向輪不作為驅(qū)動(dòng)輪，只提供支撐和轉(zhuǎn)向作用。結(jié)構(gòu)形式模仿普通機(jī)動(dòng)車的一些結(jié)構(gòu)，步進(jìn)電機(jī)變速箱輸出軸連接撥叉，撥叉撥動(dòng)左右轉(zhuǎn)向節(jié)連桿來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。為了消除傳動(dòng)間隙和電機(jī)反轉(zhuǎn)死區(qū)，我們?cè)跈C(jī)構(gòu)中加裝了兩個(gè)拉緊桿和一條拉緊彈簧，很大程度上消除了誤差。轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)受力簡(jiǎn)圖如圖3-8 為保護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)免受震動(dòng)的損傷，提高簡(jiǎn)易起草皮機(jī)在不平地面上的行走能力，在每個(gè)轉(zhuǎn)向節(jié)軸上加裝減震彈簧。它不但能緩沖震動(dòng)，而且防止在特殊情況下簡(jiǎn)易起草皮機(jī)被架空。它與后減震配合工作效果更加明顯，工作原理與后減震類似。 圖3-8 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)受力簡(jiǎn)圖 3.2.3前車體及電池箱 前車體是轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)零件的載體，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，要求精度也高(實(shí)物模型圖如圖。特別是轉(zhuǎn)向節(jié)安放孔和電機(jī)支撐座等，要求同軸度和垂直度高，因此為了提高裝配精度，車體蓋和車體配合的螺栓孔采用了卯榫式設(shè)計(jì)（其結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖紙裝配圖1），保證了裝配的精度。 為簡(jiǎn)化制造工序，提高車體的緊湊程度和牢固程度，將電池盒設(shè)計(jì)到前車體后部，并且盡量降低電池盒與地面間距，以降低簡(jiǎn)易起草皮機(jī)的重心高度。 為了保證運(yùn)行時(shí)電池在和內(nèi)的牢靠程度和降低噪聲，電池盒蓋內(nèi)側(cè)附貼一薄層海綿（結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖紙裝配圖） 控制電路容易受到電動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)電路的影響，因此我們將控制電路板與驅(qū)動(dòng)板并列排列。 3.2.4轉(zhuǎn)向輪胎和輪轂 前輪輪胎采用和后輪相同的結(jié)構(gòu)和材料，輪轂的軸孔與軸相對(duì)滑動(dòng)，所以要求較后輪精度高機(jī)。 3.3簡(jiǎn)易起草皮機(jī)受力分析及如何保證加速度最優(yōu) 本設(shè)計(jì)中簡(jiǎn)易起草皮機(jī)采用四輪支撐，即兩后輪（驅(qū)動(dòng)輪）和兩前輪（轉(zhuǎn)向輪）。為了增加車輪和地面的滑動(dòng)摩擦系數(shù)，每個(gè)車輪的輪胎材料均為橡膠?；瑒?dòng)軸承和輪轂采用了具有自潤(rùn)滑能力的塑料，摩擦力很小，可以忽略不計(jì)。采用這些結(jié)構(gòu)，使小車具有一很好的運(yùn)動(dòng)性能。簡(jiǎn)易起草皮機(jī)小車受力如圖3-9所示： 有如下關(guān)系: 滑動(dòng)摩擦力: 支撐反力: 水平方向受力: 以上關(guān)系可推出加速度: 從上式可以看出，由于小車質(zhì)量m一定，若想增加加速度只有增加摩擦系數(shù)μ和減少支撐力N。由于簡(jiǎn)易起草皮機(jī)活動(dòng)場(chǎng)所在室內(nèi)需要頻繁的更換速 圖3-9 小車受力圖 度，只有加速度大一些時(shí)，才能滿足足球簡(jiǎn)易起草皮機(jī)快速性、實(shí)時(shí)性要求。 在摩擦系數(shù)一定時(shí)，只有盡量減少支撐力N，加速度才能達(dá)到最大，這直接關(guān)系到小車重心的位置。小車的電池和后加負(fù)載是小車中比重較大者，在放置是應(yīng)該盡量靠近后輪，這樣支撐力N就會(huì)減小，加速度在啟動(dòng)時(shí)就能保持盡量大。通過(guò)計(jì)算簡(jiǎn)易起草皮機(jī)通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證最優(yōu)加速度為3.92m/s左右。 3.4系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì) 控制系統(tǒng)質(zhì)量的高低主要表現(xiàn)在技術(shù)性能、可靠性、適應(yīng)性和經(jīng)濟(jì)性四個(gè)方面，其中技術(shù)性和可靠性是最重要的方面。但在系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)工作中，往往特別強(qiáng)調(diào)其技術(shù)性能指標(biāo)而忽視了它的可靠性。而由于可靠性設(shè)計(jì)的不周密，在偶然囚素或意外事件的作用下，系統(tǒng)便不能正常工作，從而可能造成災(zāi)難性的后果，系統(tǒng)的可靠性保證有賴十完善的可靠性設(shè)計(jì)、嚴(yán)格的部件制作、規(guī)范的設(shè)備安裝調(diào)試、正確的操作使用和經(jīng)常性的維護(hù)。 本運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)充分考慮了可靠性這一指標(biāo)，主要體現(xiàn)在以下兒個(gè)方面 1．屏蔽技術(shù) 本系統(tǒng)中，直流電機(jī)、驅(qū)動(dòng)部件、甚至是微控制器使用的振蕩器，都是電磁干擾的噪聲源。當(dāng)距離較近時(shí)，電磁波會(huì)通過(guò)分布電容和電感藕合到信號(hào)回路而形成電磁干擾;當(dāng)距離較遠(yuǎn)時(shí)，電磁波則以輻射形式構(gòu)成干擾。針對(duì)上幾述情況，主要要通選用高導(dǎo)磁材料做成屏蔽體，使電磁波經(jīng)屏蔽體壁的低磁阻磁路快速衰減，以降低干擾。 2．地線的處理 理解產(chǎn)生地線噪聲的機(jī)制對(duì)于減小地線干擾至關(guān)重要，所有地線都有阻抗，和所有電路一樣，電流必須流回其源點(diǎn)，電流通過(guò)地線卜的有效陰_抗將產(chǎn)生一個(gè)電壓降，這些電壓降就是地線干擾的原因。正確接地是控制系統(tǒng)抑制干擾所必須注意的重要問(wèn)題，在設(shè)計(jì)中若能把接地和屏蔽正確的結(jié)合，可很好地消除外界丁擾的影響。接地設(shè)計(jì)的基本目的是消除各電路電流流經(jīng)公共地線時(shí)所產(chǎn)生的噪聲電壓，以及免受電磁場(chǎng)和地位差的影響，即使其不能形成地環(huán)路。 3．抑制自感電動(dòng)勢(shì)干擾 在本系統(tǒng)中，使用了電動(dòng)機(jī)這種具有較大電感量的器件。當(dāng)電感回路的電流被切斷時(shí)，會(huì)產(chǎn)生很大的反電勢(shì)而形成噪聲干擾。這種噪聲不但能產(chǎn)生電磁場(chǎng)干擾其它回路，甚至還有可能擊穿電路中的晶體管之類的器件。對(duì)此在線圈兩端并聯(lián)了二極管來(lái)抑制反向自感電勢(shì)的干擾。 結(jié)論 本次設(shè)計(jì)內(nèi)容是:簡(jiǎn)易起草皮機(jī)硬件設(shè)計(jì)與驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)。第二章的內(nèi)容是對(duì)簡(jiǎn)易起草皮機(jī)進(jìn)行了選型，分別對(duì)簡(jiǎn)易起草皮機(jī)的運(yùn)動(dòng)方式、模型結(jié)構(gòu)和車體成型方式做了比較，最終確定了非完整約束輪驅(qū)四輪式移動(dòng)結(jié)構(gòu)模型。后輪同軸驅(qū)動(dòng)，前輪轉(zhuǎn)向的簡(jiǎn)易起草皮機(jī)。并分別詳細(xì)介紹了簡(jiǎn)易起草皮機(jī)的驅(qū)動(dòng)部分和轉(zhuǎn)向部分的組成硬件。首先，選定驅(qū)動(dòng)電機(jī)為直流電機(jī)，轉(zhuǎn)向電機(jī)為步進(jìn)電機(jī)，然后對(duì)前后各部分的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，經(jīng)校核，各零部件的強(qiáng)度和剛度都符合要求。最后結(jié)合所有設(shè)計(jì)內(nèi)容對(duì)系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)問(wèn)題進(jìn)行了研究討論。 按照設(shè)計(jì)要求認(rèn)真投入的完成了設(shè)計(jì)內(nèi)容，整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程使我對(duì)已經(jīng)學(xué)過(guò)的知識(shí)更加系統(tǒng)，拓寬了我的知識(shí)面，進(jìn)一步提高了我的自學(xué)能力，經(jīng)過(guò)努力最終達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。同時(shí)根據(jù)設(shè)計(jì)要求對(duì)簡(jiǎn)易起草皮機(jī)的整體方案進(jìn)行了分析，包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)選擇。 文章對(duì)簡(jiǎn)易起草皮機(jī)硬件結(jié)構(gòu)做了詳細(xì)的可行性分析及設(shè)計(jì)，并進(jìn)行了相應(yīng)的計(jì)算、校核，主要有驅(qū)動(dòng)輪電機(jī)和轉(zhuǎn)向輪電機(jī)的選擇及其驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)；齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算和校核；前后減震系統(tǒng)以及轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和車體的一些機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等，并針對(duì)本設(shè)計(jì)所研究的簡(jiǎn)易起草皮機(jī)做了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可靠性設(shè)計(jì)。 畢業(yè)設(shè)計(jì)收獲很多，比如學(xué)會(huì)了查找相關(guān)資料相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，分析數(shù)據(jù)，提高了自己的繪圖能力，懂得了許多經(jīng)驗(yàn)公式的獲得，是不懈努力的結(jié)果。同時(shí)，仍有很多課題需要在以后的工作中去努力去完善。但是畢業(yè)設(shè)計(jì)也暴露出自己專業(yè)基礎(chǔ)的很多不足之處。比如缺乏綜合應(yīng)用專業(yè)知識(shí)的能力，對(duì)材料的不了解等等。這次實(shí)踐是對(duì)自己大學(xué)四年所學(xué)的一次大檢閱，使我明白自己知識(shí)還很淺薄，雖然馬上要畢業(yè)了，但是自己的求學(xué)之路還很長(zhǎng)，以后更應(yīng)該在工作中不斷努力學(xué)習(xí)，努力使自己成為一個(gè)對(duì)社會(huì)有所貢獻(xiàn)的人，為中國(guó)機(jī)械行業(yè)添上自己的微薄之力。 致謝 這次畢業(yè)設(shè)計(jì)可以圓滿的完成，離不開(kāi)導(dǎo)師XXX的悉心指導(dǎo)。從課題的提出和論證到論文完成，X導(dǎo)師淵博的學(xué)識(shí)、先進(jìn)的學(xué)術(shù)思想、對(duì)待研究的嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度和無(wú)私的奉獻(xiàn)精神都是學(xué)生的楷模，使我受益匪淺，在論文完成之際，謹(jǐn)向尊敬的X導(dǎo)師致以崇高的敬意和由衷的感謝。 經(jīng)過(guò)這段時(shí)間的畢業(yè)設(shè)計(jì)，我感覺(jué)到掌握扎實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)和學(xué)會(huì)使用必要工具的重要性，深刻體會(huì)到網(wǎng)絡(luò)資源的巨大作用，在遇到難以解決的問(wèn)題時(shí)，可以在網(wǎng)絡(luò)中尋找所需的資料，到相關(guān)的論壇上去求得幫助；學(xué)會(huì)靈活運(yùn)用電腦網(wǎng)絡(luò)這個(gè)現(xiàn)代工具是我們必備的素質(zhì)。同時(shí)畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)我的英語(yǔ)水平也提出了較高的要求，通過(guò)閱讀英文資料、翻譯英文材料切實(shí)提高了我使用英語(yǔ)的水平，使我在今后的學(xué)習(xí)中不至落后現(xiàn)代技術(shù)發(fā)展的潮流。 在進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中 ，我的感激之情無(wú)以言表，僅以此文獻(xiàn)給他們，感謝我的朋友們，大家這四年來(lái)無(wú)論深處何地，距離多遠(yuǎn)，我始終感受的到與你們大家在一起；感謝我的老師，四年來(lái)對(duì)我的關(guān)心幫助讓我在學(xué)校的生活和學(xué)習(xí)中都能有親人般的感覺(jué)；感謝我的同學(xué)們，大家雖然來(lái)自不同的地方，但是大家始終相親相愛(ài)，團(tuán)結(jié)一致。我很慶幸能有了你們大家陪我一路走過(guò)艱難的歷程?；厥状髮W(xué)四年，往事歷歷在目，心緒難以平復(fù)，如此多的關(guān)心和幫助讓我感到莫大的幸運(yùn)，感覺(jué)充滿力量，無(wú)論是身邊的同學(xué)老師還是遠(yuǎn)方的親人朋友們，他們的支持是我可以努力和堅(jiān)持的最大動(dòng)力，有了他們才真正讓我感受到這個(gè)世界是無(wú)與倫比的美麗，這些都將支持我走向新的崗位，為社會(huì)為他人貢獻(xiàn)我的綿薄之力。 參考文獻(xiàn) [1] 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)編委會(huì)編，機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，機(jī)械工業(yè)出版社出版.2005.9： 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