一种新能源小推车的设计.docx

一种新能源小推车的设计摘要：随着能源的日益衰竭和大气环境不断恶化，我们越来越需要低碳生活，建设无碳生活，使得生活环保无污染，是当代每个人都应该承担的责任本文以“新能源小推车”为基础，对各部件进行改进，然后设计出能完成预期行走功能的转向系统和相关传动系统，并使小推车能够在前进过程中绕障碍物走“S”形轨迹在标准实验台上运行此小推车是将重力势能转化为动能，为未来世界能源发展提供了一新的可能，使更多的人有意识的去享受低碳生活新能源推车的研发可以减少二氧化碳排放量，提高空气质量，减小社会对能源的需求，对于构建可持续发展社会来说有着深远的意义关键词：小推车；新能源；结构设计d)6编轮图3.3绳轮受力分析驱动力矩M X= G X-X21. 刚开始启动时，需要较大的启动力矩，满足要求2. 平稳运行后，所需驱动力矩变小，小推车转速增加，提供的驱动力矩在数值上和小推车所受外力相等时，能够使小推车保持匀速运行3. 当重物将要落到小推车上时，随着绳轮半径的减小，驱动力矩在数值上就会小推车所受外力，相当于给小推车进行减速3.2传动机构设计传动机构是用来把重物重力势能转化而来的能量传送到后轮和转向机构，若要使小推车实现长时间稳定的按预定轨迹行走，本设计选择传动效率高的传动方式，从下列传动方式中选择合适的传动机构：直齿轮传动。

优点：传动效率高；传动比大且稳定；传递大扭矩；结构简单缺点：体积较大笨重；传动距离非常小带传动、链传动优点：能够平稳的传动；没有复杂的结构；能够在传动过程吸收载荷冲击；缺点：传动精度低；传递效率不高；尤其是带传动还比较容易打滑；采用本身传动优点：后轮驱动力矩和转向机构的动力来源直接由绳轮轴生成，可以用最简单的结构高效率的完成行驶；缺点：中心不好找通过以上对比：切合实际，从自身考虑，满足加工工艺的可行性，本设计选择齿轮传动图3.4齿轮传动为了使小推车能够运行更长时间，对后轮的选择应该是直径越大越好,但不能超过一个定值，因为后轮过大对启动力矩的要求也越高，过大会造成较大的能量损耗初步按传动比为1： 6进行设计，选择大齿轮齿数为96,那么小齿轮齿数为16那么，小推车的运动满足带轮旋转一圈，车轮旋转6圈，对小推车后轮合理的设计，选择合适的传动比以及齿轮的齿数，可以帮助小推车向前行驶更远的距离为了降低小推车质量，减少能量的损耗，使小推车能够运行的更远，选用3mm的有机玻璃经线切割后作为齿轮的材料这样在减轻小推车自重的同时选择小模数齿轮，从而降低小推车前进时的阻力，综合考虑加工难度和齿轮寿命，本设计选择的齿轮的模数为0.75。

齿轮通过轴套与轴配合，为了保证齿轮的轴向和径向定位良好，选择轴套与轴配合的方式3.3传动轴设计本设计中的新能源小推车需要两根传动轴完成传动和导向过程，对于传动轴的材料选择硬铝，利用轴肩对轴上零件进行轴向定位，其径向定位是通过轴套实现的图3.5小推车传动机构和转向机构图两根传动轴的中心距a的计算m(zj + z2) 0.75x(96 + 16) 小a = = = 422 23.4转向机构设计小推车能否实现S型轨迹运动是由转向机构决定的，其设计是最重要,也是最关键的为了满足S行轨迹行驶，选择曲柄连杆机构作为转向机构为了适应不同场地以及不同障碍物的距离，在采用曲柄连杆机构作为转向机构的同时，采用微调机构对小推车的运行轨迹和方向进行调整图3.6.1：间距0.9m函数图像可以把小推车运行的S型轨迹看作余弦函数利用MATLAB对其进行数学建模，更精确的分析小推车运行的轨迹对不同间距的对应的轨迹进行计算，结果如表3.1所示振幅越大，小推车行走距离越大，障碍物间距越大，小推车行走距离越大表3.1不同振幅不同间距小推车一个周期行走不同距离AL B JL c JL D1振幅（iran）间距 llOOiran间距 lOOOinin间距 900iniri25003044. 72899. 22759. 534002776. 72618.32465. 643002556. 32383. 82215.752002371.72186.42001.2小推车是利用曲柄连杆机构作为转向机构。

利用曲柄连杆机构和转向杆之间的相互作用和运动实现小推车的周期性的往复转动由于本小推车设计的速度和传递的力不大，零件质量较轻，可以忽略惯性力而且机构并不复杂，可以用MATLAB和SoildWorks软件进行参数化设计而且有现成的标准件和工具可以改造，其中的连杆和曲柄也便于制作微调机构3.5行走机构设计行走机构由三个轮子构成，组成轮子的大小、厚薄、材料都是新能源小推车在实际运行过程中的关键影响因素根据所学的摩擦理论知识了解到摩擦力矩与正压力满足如下关系：M=N・S对于相同的材料3为一定值而滚动摩擦阻力f=M/R=N・8/R,为了能够在实验台上运行更长时间，选尺寸大的轮子，因为可以有效减小阻力轮子的具体尺寸受加工、材料题、装配等因素限制，需综合各方面因素分析后确定小推车是沿着”S”字轨迹避障行驶，如果两个轮子驱动，后轮会不可避免的会在行驶过程中后产生差速现象于采用了单轮驱动，另一个轮子作为从动轮的设计方式可以有效避免差速造成的影响，利用从动轮与地面的摩擦将差速影响消除齿轮模数的确定：选用的齿轮模数尽量小，齿数尽量多，啮合度高，传动精度高的齿轮，来消除齿轮的制造误差3.6方案草图的建立及原理对新能源小推车的各部件和机构进行优化，利用三维软件SolidWorks分别建模分析，然后画出装配图:图3.9新能源小推车整体结构图驱动机构一重物+棉绳+绳轮传动机构一小齿轮+大齿轮转向机构一曲柄转盘+T型连杆+摇杆（控制方向和正弦轨迹振幅）行走机构一两个后轮+前轮微调机构一微调螺母式、滑块式原理是：驱动机构产生的动能转化为小推车的原动力，一部分用来驱动行走机构使小推车前进，另外借助齿轮传动机构把扭矩传递到转向机构，驱动小推车实现转向功能小推车实现周期性换向，微调机构在小推车前进的运行轨迹振幅脱离预定轨迹时，通过改变曲柄的长度，使小推车回归到原前进位置。

第4章小推车的尺寸与参数计算4.1小推车后轮尺寸计算新能源小推车所行走的路线为S型，实际计算分析的时候可以看作是余弦函数，对其进行数学建模y = Acoscox初设顶障碍物间距Im,振幅A=0.3,带入可得j = 0.3cos/zx对函数求导y = — = 0.3^sm7irdx对小推车行走一个周期进行路线积分幻2.8经过对上面微积分进行求解，得出小推车周期内走过的轨迹距离为2.8m那么可以利用小推车的传动比对后轮直径进行计算，具体计算公式如下S = i/id = 6旭=2.8求得后轮直径尺寸d =148mm本次对小推车进行设计，选择的传动比为1： 6,意味着前轮转向机构完成一次往复运动，小推车后轮旋转六圈，才能构成一个完整的运行周期在整个运行周期内，小推车运行轨迹总路程为2.8m,在对运行轨迹设计时，选择设置的障碍物间距为1200mm,小推车运行轨迹的最上端与障碍物间距为300mm,后轮直径可根据公式d = s/izr求出，将传动比i=6带入，计算求出后轮直径并对其进行修约，选择200mm直径的后轮假设小推车整体质量为女，那么小推车的重力可用下式表示：P.g,地面对小推车的反作用力用N。

表示，数值和小推车重力相等，方向相反下图中％代表小推车的驱动力，则驱动力矩M=F/D』那么驱动力的数值为Fq=2MID\驱动力矩可利用下面公式进行求解：M=Gx%=F/% 将公式带入驱动力矩与驱动力计算公式，可求出驱动力符合下列公式Fo=Gx（plD，’.小推车在行驶过程中受到的阻力包括惯性阻力和静阻力组成，其中惯性阻力的计算公式为（N） = Poxa a为小推车运行或启动瞬间的加速度基本阻力是小推车运行过程中运行阻力的主要来源，其计算公式为：（N）= %x口其中g为重力加速度，取9.8m/s2； w为运行阻力系数经过对相关资料的查找确定，本次新能源小推车设计中w= 0.03oF°>%S + gQ）地面对小推车摩擦阻力写,（摩擦系数）不打滑条件 FQ

目录第1章引言 31.1课题背景 31.2研究意义 3第2章小推车的总体方案设计 42.1小推车的结构形式 42.2小推车的工作原理 52.3小推车整体方案设计 62.4小推车控制系统设计 7第3章小推车的主要结构设计 93.1驱动机构设计 93.2传动机构设计 103.3传动轴设计 123.4转向机构设计 133.5行走机构设计 153.6方案草图的建立及原理 15第4章小推车的尺寸与参数计算 184.1小推车后轮尺寸计算 184.2小推车整体零件加工概述 204.2.1 小推车叉架工艺 204.2.2前轮的工艺 214.3转向装置的基本参数 215总结 22参考文献 234.2小推车整体零件加工概述为了锻炼自己的动手能力，本次毕业设计的新能源小推车的多是机构和零件都是自行加工制造的，使其更符合毕业设计对动手能力的要求，本次对于零部件加工主要用到的设备包括铢床、车床、激光切割机等设备，通过对上述设备的合理使用，锻炼了动手能力，将获得的零部件进行组装4.2.1小推车叉架工艺姗X图4.4前轮叉架零件图对叉架的设计非常关键的工序，因为其是转向机构的零部件之一，良好的设计会使小推车获得更好的转向性能，从而使运行轨迹更加满足要求。

4.2.2前轮的工艺对于新能源小推车而言，前轮的设计非常关键，因为前轮是影响小推车转向和运行灵活性的主要部件，所以，由于新能源小推车要求转向灵活、平稳因此再对其进行加工的过程中，要严格按照标准执行，保证尽量高的加工精度图4.5前轮零件图根据轮式工件加工工艺，小推车前轮加工工序如下：将车轮端面利用铁床铢平，获得较高的平面度，在中心部位打孔并倒角,尺寸和轴承一致，检查去掉加工表面的毛刺4.3转向装置的基本参数本次新能源小推车对于转向装置的设计是非上重要的，其决定着小推车能否按着预定轨迹正常行驶，对其参数进行设计也要综合各方面因素，选取最优值转向机构杆如图4.6图4.65总结时间过得真快，转眼间即将毕业，我本次毕业设计课题是对8字重力驱动新能源小推车进行设计主要要求对新能源小推车进行结构设计。