無碳重力勢能小車設計開題報告.doc

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本科畢業(yè)設計開題報告 題 目：　　　 無碳重力勢能小車設計 院 （系）： 機械工程學院 班 級： 機械制造08-4 班 姓 名： 趙璽超 學 號： 080514020519 指導教師： 李光輝 教師職稱： 高工 黑龍江科技學院本科畢業(yè)設計開題報告 題 目 無碳重力勢能小車設計 來源 科技創(chuàng)新 1、 研究目的和意義 開發(fā)新能源和可再生能源是能源可持續(xù)發(fā)展的應有之義。我國的能源供應結構里，煤炭、石油與天然氣等不可再生能源占絕大部分，新能源和可再生能源開發(fā)不足，這不僅造成環(huán)境污染等一系列問題，也嚴重制約能源發(fā)展，必須下大力氣加快發(fā)展新能源和可再生能源，優(yōu)化能源結構，增強能源供給能力，緩解壓力。 2、國內外發(fā)展情況 目前，我國“新興能源產業(yè)發(fā)展規(guī)劃”已編制完畢，即將上報國務院；“十二五”能源發(fā)展規(guī)劃也正在編制中?？傮w而言，在今后20—30年內，我國傳統(tǒng)能源的主導地位仍然難以改變，新能源只能起到補充作用。從發(fā)展戰(zhàn)略來說，新能源必須具備一定規(guī)模，這樣才能降低發(fā)展成本，并為相關裝備制造業(yè)和技術創(chuàng)新提供有力支撐。根據目前我國新能源發(fā)展現狀和今后發(fā)展?jié)摿浪?，?020年，我國新能源占一次能源消費的比重應該達到15%左右。因此，在“十二五”期末，新能源所占比重應該達到12%—13%。 世界部分主要國家新能源發(fā)展狀況 美國推行“綠色新政”，明確發(fā)展目標。根據奧巴馬提出的新能源政策構想，美國將在可再生能源、節(jié)能汽車、分布式能源供應、天然氣水合物、清潔煤、節(jié)能建筑、智能網絡等領域探索出一個能夠實現利益最大化的創(chuàng)新戰(zhàn)略。 日本通過法律約束、稅收優(yōu)惠和政策引導等一系列配套措施，大力推動新能源產業(yè)的發(fā)展，積極開發(fā)太陽能、風能、核能等新能源和節(jié)能技術。經過三十多年的發(fā)展，日本在新能源發(fā)電、新能源電池和節(jié)能環(huán)保方面處于世界領先地位。 巴西生物能源在其能源消費結構中占據半壁江山，汽車市場售出的新車中約有80%是可以使用乙醇燃料的新能源汽車，新能源汽車普及率較高，有效地降低了對石油的依賴，在使用生物乙醇解決污染方面走在世界前列。 3、研究/設計的目標 給定一重力勢能，根據能量轉換原理，設計一種可將該重力勢能轉換為機械能并可用來驅動小車行走的裝置。該自行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）。 給定重力勢能為5焦耳（取g=10m/s2），即質量為1Kg的重塊（￠5065 mm，普通碳鋼）鉛垂下降來獲得，落差5002mm，重塊落下后，須被小車承載并同小車一起運動，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。 小車要求采用三輪結構（1個轉向輪，2個驅動輪） 綜合運用知識，多種方案比較，確定最優(yōu)方案。圖紙總量A0號圖紙2.5張：其中1張圖必須徒手畫。設計說明書一份（1.5萬~2萬字）。 4、設計方案 （1）根據功能設計要求，設計一種可將重力勢能轉換為機械能并可用來驅動小車行走的裝置，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，因此設計中要充分利用重錘的重力勢能，以確保小車行駛距離更遠； （2）根據功能設計要求，小車在前行時能夠自動避開賽道上設置的障礙物，因此小車前進的路線以“s”周期性變化，同時，在小車能夠順利前行的的前提下，確定小車軌跡與中心線之間合適的偏距； （3）結構設計要最大程度地減小小車的重量和阻力，同時要與生產綱領、工藝性（加工、裝配）、成本、質量統(tǒng)籌考慮，力求產品的最優(yōu)化設計。 （4）結構設計要從重要到次要、從總體到局部、從粗略到精細，權衡利弊，反復推敲，逐步改進。 5、方案的可行性分析 （1）能力轉化裝置 重塊的重力勢能通過線繩→定滑輪→繞線軸→齒輪傳動機構將轉化為小車的動能。我們知道：1）小車在在靜止時的所受的靜摩擦力大于運動中所受的動摩擦力；2）小車在啟動時需要一定的加速度；3）小車在平穩(wěn)運行時需要阻力矩于動力矩相平衡。在設計繞線結構時，突破了傳統(tǒng)的思想，將繞線軸設計為錐面螺紋與圓柱面相結合。小車啟動時線繩繞在錐面螺紋的大端，以增加其啟動力矩，使小車能夠順利啟動，之后線繩通過錐面螺紋平滑過渡到圓柱面上，實現阻動力矩平衡，以確保小車平穩(wěn)運行。 （2）傳動比確定 “s”型曲線其波長為2m。通過一系列計算，設計了完成“s”型曲線一周期，驅動輪須轉4圈，轉向輪轉1個周期，因此可以確定小車的總傳動比為 1:4。為了使小車傳動機構盡量緊湊簡單，將傳動機構設計為二級傳動，并將總傳動比平均分配，即為Ⅰ軸到Ⅱ軸傳動比為2:1，Ⅱ軸到Ⅲ軸傳動比為2:1。 （3）主副輪驅動 在這部分設計中，我們發(fā)揮了創(chuàng)造性思維，沒有將兩個后輪均與驅動軸固定，而是將驅動軸的一側通過鍵與一后輪聯接，另一側通過軸承與另一后輪聯接，此結構解決了小車在行駛過程中兩后輪轉彎半徑不相同的缺點，使其轉向更靈活，也同時減小了小車啟的動力矩。 （4）轉向裝置 將小車轉向運動通過空間四桿機構運動的轉換來實現。由于理論計算與實際情況有一定差距，將轉向裝置設計為可調：經過分析，小車行駛軌跡的振幅與曲柄的長短成正比；軌跡偏左偏右與連桿的長短有密切關系。因此可以調節(jié)曲柄的長短來控制軌跡的振幅，調節(jié)連桿的長短來控制軌跡偏向，從而使小車軌跡處于最佳狀態(tài)。 （5）重塊高度可調 當小車出發(fā)點已經確定時，重塊高度不一致。經分析其產生的原因是繞線過程中存在誤差。而命題要求重塊落差為5002mm。為了解決此問題，設計了重塊高度調整機構，通過此機構保證了重塊落差要求的同時也保證了小車正確的出發(fā)點。 6、該設計的創(chuàng)新之處 主副輪驅動 在這部分設計中，，沒有將兩個后輪均與驅動軸固定，而是將驅動軸的一側通過鍵與一后輪聯接，另一側通過軸承與另一后輪聯接，此結構解決了小車在行駛過程中兩后輪轉彎半徑不相同的缺點，使其轉向更靈活，也同時減小了小車啟的動力矩。 7、設計產品的主要用途和應用領域 可作為自動化生產線產品物流中的一個基本搬運環(huán)節(jié)，真正做到低碳減排，節(jié)能環(huán)保，保護環(huán)境的同時節(jié)約了傳統(tǒng)搬運環(huán)節(jié)因耗電等增加的生產成本。 8、時間進程 3月28號-4月6號 整理實習日記、撰寫實習總結和開題報告 4月7號-5月4號 設計計算、總體結構草圖設計 5月5號-5月25號 總體圖和部件圖設計 5月26號-5月31號 零件圖設計 6月1號-6月10號 整理、撰寫畢業(yè)設計說明書和設計圖紙 6月10號-6月20號 答辯 9、參考文獻 1成大先.機械設計手冊[M]. 北京：化學工業(yè)出版社，2008 2劉品.機械精度設計與檢測基礎[M]. 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社，2009 指導教師意見 教師簽字： 年 月 日 開題答辯小組意見： 組長簽字： 成員簽字： 年 月 日 畢業(yè)設計領導小組意見: 組長簽字： 年 月 日