遥控玩具汽车控制系统设计

毕业 第1 页 共34 页 四年的大学生活即将结束，毕业设计将是我们在大学生活中的最后一门课 程，也是最难的一门课程，他将我四年的所学综合在一起，要想做好这次的毕业 设计，就必须吧四年的知识融会贯通，紧密联系。 只有做到了这些，才能够真正的掌握所学的知识。唯有这样，才能够合格的 走上工作岗位或继续进行深造打下良好的基础，同时通过这次的毕业设计可以检 验自己整个大学期间的学习成果。 本设计的课题是遥控电动玩具汽车的控制系统设计。以控制系统为主，这 对于四年来以机械为主的我来说是一个不小的挑战。开始的时候可以说什么也不 会，后来经过老师的讲解和查找相关的资料，对这个课题有了进一步的了解，逐 渐产生了浓厚的兴趣。 这个设计不仅要求我对遥控电动玩具汽车的导向控制机构进行总体的构 思，对发射电路和接收电路进行设计，而且还需要我对导向机构的零部件进行仔 细的设计，计算，校核。其中包括电动机的选择计算，齿轮的设计计算。轴的设 计计算校核。最后的总装配尺寸要符合一定的，这就要求我对箱体进行良好 的设计计算及齿轮传动的设计进行精确的计算，不能出一点尺寸上的错误。因为 一旦有任何一个地方出现错误，就会造成无法装配的问题。这也是整个设计的一 个难点。 毕业设计是大学教学的最后一个环节，同时是对学生进行的一次全面的设 计训练。其基本目的是:综合运用所学课程和其他相关课程理论及生产实践的知 识去和解决毕业设计的问题，并使所学的知识得到进一步的巩固和深化。学 习机械和电路设计的一般方法，了解和掌握常用机械零部件，机械传动装置或简 单机械的设计过程和进行方式，及其遥控发射电路和接收电路的设计和功能分 析，培养正确的设计思想和分析问题、解决问题的能力，特别是总体设计和零部 件的能力。 毕业设计 第2 页 共34 页 本次毕业设计由胡耀斌老师辅导，设计的课题是遥控电动玩具汽车控制系统 的设计。随着我们国家经济的飞速发展，人们的消费观念也在不断的提高，过去 传统单一的车模再也不能满足大多数孩子的要求，因此，遥控电动玩具汽车就有 了很大的市场空间。目前市场上的遥控电动玩具汽车价格虽然便宜，但质量却不 怎么理想。尤其是其导向机构的设计并不理想，可靠性不高。电器控制部分不灵 敏，工作一段时间后就失去其性能。因此，为了满足广大儿童的需要，使他们有 一辆既心仪又性能优良的遥控玩具汽车，提出了遥控电动玩具汽车的控制系统设 计这一课题。 起初对这一课题并不是很了解，随着设计的一步一步进行，我发现了这里面 有非常多值得我去学习，去思考的地方，比如说在遥控玩具汽车的前轮转向机构 中，有着非常巧妙的设计方法。它既不同于现实汽车的行星齿轮转向机构，又不 同于那些简单的靠两个电机控制两个前轮的速度差来控制转向。而是由一个电机 加一个四杆机构来控制。虽然做的可能不够完善，但是从中学到了很多之前没有 接触到的东西。 毕业设计 第3 页 共34 页 1 玩具车的动力是一个很关键的问题，我在这方面考虑了很多，有机械能、 太阳能、内燃机、压缩气体、电力等。针对这些我做了一个详细的比较: 机械能，考虑的是利用弹簧片的屈伸来提供动力，类似于老式的 座钟，这种方法简单，有着较为成熟的技术。但是动力提供不足，经不起长时间 的消耗，而且必须要求手工给弹簧压缩力，并且遥控部分还是需要一个独立的供 电系统。 太阳能，作为高新技术同样带来了一个问题——成本，在民用就目前来说最 多的只是用于计算器上，而且太阳能的功率小，受限制大(必须有光)。要有能 提供遥控汽车的运动和转向的动力的太阳能电池板的面积是很大的，这对我们设 计来说有了很大的限制。 内燃机，一不利于环保;二不利于儿童玩耍，危险性太大;再者也没有这么 小尺寸的内燃机(即使有，成本也高的怕人)。 压缩气体，采用高压缩的气体来推动小汽车里的零件来提供汽车的 驱动力，这个方案类似于机械能，也存在这必须独立配置一个给遥控部分供电的 系统，还有就是他的危险性也高，不适合于儿童。 电力，成本低，技术成熟，能长时间提供动力。缺点就是更换下来电池要是 处理不好的话容易造成环境污染，对于低龄儿童要是不小心电池被他们发现容易 被吞食。 综合上面几个方案，通过电力来实现是最现实可行的，为了使电池的缺点降 到最低，比如采用可充电Ni-Cd 电池，以重复利用。在设计的时候采用将电池采 用了挡板固定，并采用螺钉拧紧，尽量将缺点降到最低。 附: 遥控车的电池Ni—Cd 充电电池 电流为1000mA，电压为4.8V。镍镉(Ni-Cd)充电电池，正极为氧化镍，负极 为海绵状金属镉，电解液多为氢氧化钾，氢氧化钠碱性水溶液。小型密封镉镍电 池的结构紧凑，坚固，耐冲击，震动，成品电池自放电小，在使用上适合大 电流放电，适用温度范围广,零下40 度到零上60 度。它的特点是循环寿命长， 毕业设计 第4 页 共34 页 理论上有2000-4000 次的循环寿命。 镍镉(Ni-Cd)充电电池的优点 : 1)、体积小 2)、容量高 3)、重量轻 4)、循环寿命长 5)、放电平台好 6)、环保、污染较轻 7)、无记忆效应 毕业设计 第5 页 共34 页 2 2.1 电动机的主要参数包括电动机的类型，电动机额定功率和电动机的额定转 速。 (1) 电动机类型的选择 遥控电动玩具汽车的转向电机主要有以下几种:直流电动机，永磁无刷直流 电动机和快关磁阻电动机。在遥控电动玩具车上所用的各种传动电动机中，直流 电动机的效率比较来说相对较低，但是它使用方便，几节电磁就可以实现。考虑 到我们设计的玩具车的结构简单，通过更换电池就可以达到其供电要求，所以我 选择使用直流电动机。 ? 直流电动机工作原理 直流电动机接上直流电源后，当电枢绕组经电刷和换向器的滑动接触而通过 电流时，受到固定不变的磁场的作用而产生电磁力，力的方向可按左手定则来判 定，通过控制电枢及固定磁组来控制直流电动机的转矩和转速，电枢的转动带动 齿轮传动，再经过连接臂和转向节，实现遥控车的左、右转向运动。 ?直流电动机的特点 首先我想说明的是任何一种电动机都有其缺点和优点。 采用直流电动机的缺点是:直流电动机是通过电阻来调节转速的，这要消耗 大量的能量。特别对于我们这个本身外形空间就小的，就是靠几节干电池供电的 玩具车是很致命的，这对玩具车的设计来说是非常不利的。而且直流电机在结构 上有电刷，换向器等易磨损件，因此存在维修困难，使用寿命不是很长的问题。 但是玩具车又有一个真正汽车一个不能相比的优点，那就是我们可以不用对 它进行调速。所以这对于采用直流电动机又是有利的。而且使用环境相对较好。 另外直流电动机的造价和要求较其他电动机要低，这对经济效益是一个重要 的考虑。 (2) 电动机额定功率的选择 电动机的额定功率的选择是非常重要的，若选小了，则电动机将在过载的状 毕业设计 第6 页 共34 页 态下运行，会因发热过大而提前报废，还有可能就是在遥控汽车遇到较为复杂地 形是不能启动，甚至遇到障碍停下。若选大了，电动机将在欠载工作环境下运行， 其效率及功率因数等指标变差，使综合经济效益下降。正确选择转向电动机应考 虑连接臂左右移动时的最大速度、带动车轮转动时的最大力矩等性能要求。 (3) 电动机额定转速的选择 考虑到我设计的这个玩具汽车主要是塑料制品，重量不大。我选用的是微型 电动机。表4.1 是一些微型电动机的参数: 表4.1 M系列直流电动机技术数据 型 号 额 定 电压 (V) 额 定 转速 (r/min) 额 定 转矩 (gf?cm) 额 定 电流 (A) 不大于 额 定 功率 (W) 启 动 转 矩 倍数 不小于 外形尺寸 长*宽*高 (mm) M20-231 6 3000 10 0.20 0.30 2 30×20×20 M20-232 6 3000 20 0.33 0.61 2 38×20×20 M20-261 6 6000 10 0.35 0.60 3 30×20×20 M20-262 6 6000 20 0.65 1.20 3 38×20×20 M28-231 6 3000 40 0.55 1.20 2.5 33×22×22 M28-232 6 3000 80 1.00 2.46 2.5 41×22×22 M28-261 6 6000 40 1.00 2.46 3 33×22×22 M28-262 6 6000 80 1.90 4.9 3 41×22×22 M系列直流电动机的型号说明如下 例:M 28——832 其中:M——直流电动机系列代号 28——机座号 832——规格代号，8 为电压代号，3 为转速代号，2 为铁芯代号。 毕业设计 第7 页 共34 页 ? 电动机转速越高越有利，因为它可减少实际运行过程中的机械损耗，也 可以控制系统提供较大的调速范围。但是在汽车的行驶速度一定时，电动机的额 定转速越高，则传动比越大，就会有可能加大主减速器的速比和尺寸。 ? 根据机械的负载性质和生产的工艺对电动机的启动、制动、反转、调速 等要求，选择电动机类型。 ? 根据负载转矩、速度变化范围和启动频繁程度等要求，考虑电动机的温 升限制、过载能力和启动转矩，选择电动机功率。所选电动机功率应留有余量， 负荷率一般取0.8-0.9。 综上所述我们选择M20-232 型电动机，转速3000/s T1,T2 选用S8550 型三极管;T3,T6 选用S9014 型三极管;T4,T5 选用C9015 型三极管;T7~T9 选用C945 型三极管。 D1,D2 选用1N4148 型二极管。 其他元器件的选用如图上所示，无特殊要求。 参见图2.2，其中T9,L1,C8 等组成自熄式超再生检波电路，熄灭频率的高低 由L1,C8 等决定。调节L1 的磁芯可以改变接收频率。T8,R7 等组成音频信号放 大电路，D1,D2,T7 等组成整流触发电路。T7 的基极电压时利用噪声信号整流后 提供的。T1~T6 构成电机正转与反转驱动电路。接收机的工作过程如下: 毕业设计 第8 页 共34 页 图2.2 接收机电路原理图 当未按下发射器上的遥控开关AN 时，发射机不工作，天线无射频信号辐射， 接收电路的噪声较弱，T7 截止，其集电极呈高电位，使T3,T1,T6 导通，电机正 转，带动玩具车前进。当按下AN 开关时，发射机工作，天线辐射出射频信号， 接收机超再生检波电路收到射频信号后，即产生特有的噪声信号。次此信号经 T8 音频放大后，通过 C4 耦合至 D1,D2 进行整流。整流后的直流成分用来控制 触发管T7。此时由于噪声信号增强，整流后的直流成分也高，T7 导通，其集电 极电位由高转低，使T5,T4,T2 导通，电机反转，带动玩具车后退。 遥控接收电路见图 3.5，外部信号经过天线接收送入由 T11,L1,C2,C3 等构 成超再生接收电路;L1,C2 为并联谐振回路作选频用。调整 L1 可以改变接收频 率，C3 为超再生正反馈电容，R1,R3,C5 决定超再生的熄灭电压。接收信号经R5,C8 送入译码器RX3 的14 脚，R6 与R11 吧IC1 内部的 两个与非门偏置成放大器， 毕业设计 第9 页 共34 页 R7 与才0 作耦合之用，放大后的信号由1 脚输出经R12 送入 4 脚内进行译码。 然后从 11 脚输出前进信号，8 脚输出后退信号。该 ICRX3 为中国台湾地区的产 品，12 脚为电源脚，3 脚为接触脚，5 和7 脚外接R10 振荡电阻。 图3.5 遥控器接收机电路图 当接收到前进信号时，RX3 的11 脚输出高电平，T3 导通使电机A 端为低电 平，同时经R15 给T2 提供了偏置，使T2 导通，而使B 端出现高电平，使电机正 转。此时因8 脚为低电平，故T1,T4 均不导通，C14,C15,C16,C17,C18 为电机两 端滤波电容，B 端的高电平同时达到 T6，使 T6 导通。前灯与顶灯上端得电，C 毕业设计 第10 页 共34 页 端的高电平到T10 的 B 极使T10 导通，3V 电压加给音乐IC2 和闪光灯振荡电路 T8。T7,T8,R21,R20,R19,C19 构成振荡电路。电流从T6 到前灯、顶灯到T7 再到 地，故使灯闪烁，后退的原理相似，不做叙述。 毕业设计 第11 页 共34 页 3 玩具汽车的遥控器需要由发射机缏泛徒邮栈缏妨讲糠肿槌伞,,匕迳系? 机械控制由“前后左右手”组成。“前后左右手”控制摇杆发送相应的操作指令 来控制车体的运动。玩具车要求是前轮转向，后轮驱动。 图3.1 遥控器上壳实物图 左上面的孔是用来安装向前后方向的操纵杆，当想遥控电动车向前行驶时操 纵杆向前转动，向后行驶时就向后转动。右上方的孔是用来安装左右移动的操纵 杆，通过操纵杆的左右转动来控制遥控车的左右转向。中间的孔是用来安装电源 开关的，用来控制遥控器的电源的通断，当不使用时将电源关闭，从而也实现了 电源的节省。最上面的凸台用来安装天线的，用以传递遥控器发射的操纵信号， 使电动车实现各种运动。 图如下: 毕业设计 第12 页 共34 页 图3.2 操纵杆示意图 (1) 定位轴，使手柄只能绕着它转动。 (2) 手柄我们把它和手指接触的地方设计成光滑的球形，使手接触的时候不容 易产生疲劳感。很好的保护手。 (3) 压杆，图中 3、4。我们通过转动手柄使压杆压动弹片，使弹片和电路板 上的金属头接触，电路导通，从而控制车的前后移动，和左右转向。因为我们车 不能同时前进或同时左右移动。所以就要求我们设计的时候，不能使与它们对应 的弹片同时与下面的探头接触。所以我们设计时使3 、 4 两个压杆保持一定的 距离。但是它们又都同在一个圆心上。 从而实现其中一个与弹片接触时，另一 个就一定与之相对应的弹片分开。实现怂堑幕ゲ桓扇拧? 毕业设计 第13 页 共34 页 图3.3 遥控器内部电路实物图 参见图2.1，其中T1,T2 组成多谐振荡器，为发射机提供调制信号。T3，C8,L1 组成调频振荡发射电路。当按下AN 开关时，电路接通9V 电源，振荡器，开始 工作，产生30MHz 左右的振荡信号，经T3,L1,C5 调制后由天线辐射出去。 T1,T2 选用S9014 型三极管;T3 选用A733 型三极管。 毕业设计 第14 页 共34 页 图3.4 发射机电路原理图 遥控小汽车的遥控器电路图见图3.4，有前进按钮SW1，后退按钮SW2。T1， T2 构成多谐振荡器，T3 及XT 等构成载波振荡器，他们分别受T1，T2 调制。LED1 为 后 退 指 示 灯 ， LED2 为 前 进 指 示 灯 ， LED3 为 电 源 指 示 毕业设计 第15 页 共34 页 图3.5 遥控器电路图 毕业设计 第16 页 共34 页 4 机械传动位于原动机和工作机之间，用以传递运动和动力或改变运动方 式。传动装置方案设计是否合理，对整个导向机构的工作性能，尺寸，重量和成 本影响都很大。因此，传动方案的设计是遥控电动玩具汽车导向控制机构部分设 计的关键环节。 合理的传动方案，首先应满足工作机的工作要求，其次还应该满足工作可靠、 传动效率高、结构简单、尺寸紧凑、重量轻、成本低廉、工艺性好等要求。任何 一个方案，要满足上述所以要求十分困难，要统筹兼顾，满足最重要和最基本的 要求。 满足同一工作机的工作要求，往往可以采用不同的传动机构，不同的组合和 布局，从而得出不同的传动方案。拟定传动方案时，应该充分了解各种传动机构 的性能及其使用条件，结合工作机所传递的载荷性质和大小、运动方式和速度以 及工作条件等，对各种传动方案进行比较分析，合理选择。 通常原动机的转速与工作机的输出转速相差较大，在他们之间常采用多级传 动机构来减速。 我在这次设计中选用三级齿轮传动，齿轮传动具有承载能力大、效率高、允 许速度高，尺寸紧凑，使用寿命长等特点，因此在本次设计中采用了齿轮传动。 因为遥控电动玩具汽车的结构力求简单，在满足要求的条件下，力求结构紧凑和 可靠性高，以便减少成本，因此在齿轮传动中都采用直齿圆柱齿轮。 本次设计传动机构为三级直齿圆柱齿轮传动，为合理利用空间，节省材料， 传动方案的选择如下图所示: 毕业设计 第17 页 共34 页 图4.1 传动方案图 (1) 计算总传动比 传动装置的总传动比 I，根据转向电动机的满载转速 n,和工作机所需转速 n,按下式计算: i=n,/n, 总传动比为各级传动比的连续乘积，即: I=i1i2i3....in (2) 传动比的分配 毕业设计 第18 页 共34 页 在设计多级传动的传动装置时，分配传动比是设计中的一个重要问题。传动 分配不合理，会造成结构尺寸大、相互尺寸不协调、成本高、制造和安装不方便 等问题，因此，分配传动比时要考虑下列几点原则: 各级传动比应在推荐值的范围内，见下表4.1: 表4.1 传动类型 i 的推荐值 圆柱齿轮传动 闭式 3~5 开式 4~7 ? 各级传动比应使传动装置尺寸协调、结构均匀、不发生干涉现象。 ? 设计三级圆柱齿轮传动时，应该尽量使高速级和低速级的齿轮强度接近相等， 既按等强度原则分配传动比。 ? 因为遥控电动玩具汽车的导向机构部分的传动设计并不如轿车等车的传动设 计严格，其寿命、精度要求低，在本设计中没有润滑，因而没有搅油损失。 根据以上原则，三级齿轮传动采用了相同的齿轮配合传动.各级齿轮齿数选择如 下表4.2: 表4.2 配对齿轮 齿数 模数 Z1 Z2 12 0.4 40 0.4 Z3 Z4 12 0.4 40 0.4 Z5 Z6 12 0.4 40 0.4 i1= Z2/ Z1=40/12=3.333 毕业设计 第19 页 共34 页 i2= Z4/ Z3=40/12=3.333 i3= Z6/ Z5=40/12=3.333 I 总= i1i2i3=3.333*3.333*3.333=37.03 (3) 各轴的转速计算: 各轴的转速可根据电动机的满载转速和各相邻轴间的传动比计算，各轴的转速为 电动机的输出轴上装有一个甩子，当电动机转动时，甩子在离心力的作用下带动 套筒转动，套筒和齿轮1 是一个整体，我将电动机的输出轴设为轴1。 n1= n,=3000 r/min 轴2 和齿轮4 是间隙配合，轴只起支撑作用，并不和齿轮一起转动。 轴3 和齿轮6 固定在一起，和齿轮2 和齿轮3 是间隙配合 n3=n1/I 总=3000/37.03=81.02 r/min (1) 高速级齿轮传动的设计计算 1) 选定精度等级、材料及齿数 ? 遥控电动玩具汽车为一般工作机器，其导向机构转速不高，设计要求不是很 严格。所以选用8 级精度。 ? 材料选择。由资料[6]选择齿轮的材料为塑料:尼龙66。尼龙66 有较高的疲 劳强度和耐振性，但有较大的吸湿性(具有较高的强度刚性、韧性、耐磨性、耐 疲劳性及较高的热变形温度)。适合在低到中等载荷，少或无润滑，温度低于80? 的条件下工作。所以齿轮的材料选用尼龙66。 ? 选择小齿轮的齿数为12，大齿轮的齿数为40。考虑到结构尺寸不能太大，所 以模数选择m=0.4。 2) 几何尺寸计算 ? 计算分度圆直径 d1=mz1=0.4*12=4.8mm d2=mz2=0.4*40=16mm ? 计算中心距 a=m(z1+z2)/2=(4.8+16)/2=10.4 毕业设计 第20 页 共34 页 ? 计算齿轮宽度 大齿轮取齿宽B2=2mm,小齿轮齿宽B1=3mm ? 高速级齿轮传动的几何尺寸 高速级齿轮传动的几何尺寸归于下表4.3 表4.3 名称 计算公式 小齿轮 大齿轮 模数 m 0.4 0.4 压力角 а 20? 20? 分度圆直径 d=mz 4.8 16.0 齿顶圆直径 da=(z+2ha)m 5.6 16.8 齿根圆直径 df=(z-2ha-2c)m 3.8 15.0 齿宽 B 3 2 标准中心距 a=m(z1+z2)/2 10.4 传动比 i=z2/z1 3.33 (2) 中间级齿轮传动的设计计算 1) 选定精度等级、材料及齿数 ? 本次设计的齿轮选用一样的精度等级，都是8 级。 ? 材料选择。大、小齿轮也都选择塑料:尼龙66。 ? 选择小齿轮的齿数为12，大齿轮的齿数为40。考虑到结构尺寸不能太大，所 以模数选择m=0.4. 2) 几何尺寸计算 同高速级一样，见上 中间级齿轮传动的几何尺寸归于下表4.4 毕业设计 第21 页 共34 页 表4.4 名称 计算公式 小齿轮 大齿轮 模数 m 0.4 0.4 压力角 а 20? 20? 分度圆直径 d=mz 4.8 16.0 齿顶圆直径 da=(z+2ha)m 5.6 16.8 齿根圆直径 df=(z-2ha-2c)m 3.8 15.0 齿宽 B 3 2 标准中心距 a=m(z1+z2)/2 10.4 传动比 i=z2/z1 3.33 为了方便安装和制造，齿轮 2 和齿轮 3 做成双连齿轮，齿轮 4 和齿轮 5 做 成双连齿轮，且都和轴是间隙配合。双连齿轮如图4.2 所示: 图4.2 双连齿轮 (3) 低速级齿轮传动的设计计算 尺寸，精度等级，材料都同上。 齿轮6 和输出轴是用螺钉固定的，齿轮6 的转动带动输出轴转动，其上的摆 毕业设计 第22 页 共34 页 杆一起转动，从而带动连接臂左右移动。见图4.3 所示: 图4.3 低速级齿轮 在三级齿轮传动中二根轴的跨距都不大，而且因其设计简单，所以先进行高 速轴的设计，以确定跨距。 (1) 选择轴的材料 因高速轴和低速级齿轮要用螺钉紧固，带动连接臂左右移动，所以要承受一定的 力矩。相对低速轴要求高一些，根据设计要求，我选择材料为45 钢。45 钢应用 最广泛，而且足够满足本次设计的要求。由资料可查出 σ B=590MPa (2) 轴的初步估算 根据设计要求和齿轮初步估算轴的直径为2mm. (3) 高速轴的结构图示 根据轴上的零件的定位、装配及轴的工艺要求，初步确定出高速轴的结构如下图 4.3 所示 毕业设计 第23 页 共34 页 图4.4 高速轴 高速轴和齿轮6 是过渡配合，齿轮6 和高速轴一起转动。 (4) 各轴段轴向长度的确定 按轴上零件的轴向尺寸及零件间相对位置，确定出轴向长度，如上图所示。 (1) 选择轴的材料:45 钢 (2) 根据设计要求和齿轮初步估算轴的直径为2mm. (3) 根据轴上的零件的定位、装配及轴的工艺要求，初步确定出低速轴的结构 取轴颈处的直径为84mm，与轴承NJ216E(GB/T283-94)的孔径相同，取链轮 处的轴颈的直径为75mm，与轴承80215(GB278-64)的孔径相同。 齿轮处配合为H7/r6，链轮处的配合为M7/k6;轴颈处的配合为M7/k6; 齿轮的轴向固定采用双孔用挡圈GB893-76 和轴套。 考虑到直接传递动力的轴比较长，所以我只对这根长轴进行设计， 毕业设计 第24 页 共34 页 图4.5 力示意图 这就是我设计的轴的示意图。 我设计的小车很轻，初步设计为500 克，那么每个车轮的支撑力大概为125 克，也就是大概12.5N。即F1=F2=12.5N,我选择轴的直径为3mm. 求输出轴上的功率p 转速n 和转矩T T=9550×P/n n=N/i=3000×10/36×10/33=252.525 N.mm 所以可求T=21.367N.mm 又因为低速级大齿轮的分度圆直径为d=33×0.6=19.8mm 所以: Ft=2T3/d,=2.158N Fr=2T/d=0.786N 因为我选用的是直齿轮,所以Fa=0 根据上图计算支反力F1n, F2n 由图上数据可得 : F1×95,F1n×75,Fr×30= F2n×20 毕业设计 第25 页 共34 页 F1n ，F2n=1.714N 可计算出F1n =1.363， F2n=0.351 校核 根据对上图的分析，和简单计算，可知截面处受力最大，因此只需校核其中 的一个即可。 W=0.1d 3 =0.1×3 3 =2.7mm 3 W T =0.2d 3 =0.2×3 3 =5.4 mm 3 截面上的弯矩M为 M=25N.mm 截面上的扭矩T 为 T=Tt×d/2=10.68 N.mm 由已知可求出 截面上弯曲应力 б=M/W=25?2.7=9.26MPa τ =T/Wt=10.68?5.4=1.98 MPa 轴的材料为45 钢，调质处理，查表得 б b =640 MPa б -1 =275 MPa τ -1 =155 MPa 轴按磨削加工，查表得表面质量系数为0.92 轴未经表面强化处理，即β q=1 得综合系数值为 Kσ =Kτ =1/0.92=1.09 碳钢的特性系数 Ψσ =0.1-0.2 取 Ψσ =0.1 Ψτ =0.05--0.1 取Ψτ =0.05 毕业设计 第26 页 共34 页 S σ =б -1 /( Kσ б ，Ψσ б m )=9.91 Sτ =б -1 /( K τ τ，Ψσ τ m )=1.98 S ca = S σ Sτ /( S σ 2 ，Sτ 2 ) 1/2 =9.855>>S=1.5 所以设计的 轴合格。 齿轮2 和齿轮3 设计成双连齿轮，他们和低速轴是间隙配合，即低速轴只起 支撑作用，并不和齿轮一起转动。 箱体是减速器的重要组成部分。虽然在本设计中对其要求并不是十分严格， 但是好的减速箱体的设计能够使结构紧凑，使车身减小，减轻整车的质量。 箱体是减速器中所有零件的基座，是支承和固定轴系部件，保证传动零件的 正确相对位置并承受作用在减速器上的载荷的重要零件。遥控电动玩具汽车的导 向机构的减速箱由于其性能需要，并没有设计润滑。 为了保证具有足够的强度和刚度，箱体要有一定的壁厚。因为此减速箱设计 简易。没有轴承之类的零件，而其轴也是非常简单的一根轴，没有直径变化和弯 曲之类，所以这也给箱体的设计带来了简化。因为遥控车的设计需要，箱体的材 料也选用塑料:尼龙66，铸造而成。 为了便于齿轮和轴系部件的安装，箱体做成剖分式。本设计极其简单化，箱 座和箱盖用螺钉固定到车盘底座上。箱体的材料选用了尼龙66，尼龙66 具有较 高的疲劳强度和耐振性，适用于低到中等载荷，少或无润滑，温度低于 80 摄氏 度的条件下工作。 综上，为了使箱体的设计结构简单，降低工艺难度，便于加工。而且节省材 料，结构紧凑，降低生产成本。又满足性能要求，其最终设计如下图4.5: 毕业设计 第27 页 共34 页 图4.6 箱体结构及齿轮分布图 毕业设计 第28 页 共34 页 图4.7 参考车辆的箱座和箱盖实物拍摄照片 毕业设计 第29 页 共34 页 遥控电动玩具汽车的导向控制机构是用来保持或者改变遥控车的行驶方向 的机构，在遥控车转向行驶时，保证各转向轮之间有协调的转角关系。 机械导向控制机构依靠接收到的控制信号，经导向器和导向传动机构使转向 轮偏转。 对导向系提出的要求有: 1) 遥控车转弯行驶时，全部车轮应绕瞬时转向中心旋转，任何车轮不应有 侧滑。不满足这项要求会加速轮胎磨损，并降低遥控车的行驶稳定性。 2) 遥控车在任何行驶状态下，转向轮都不得产生自振。 3) 保证遥控车有较高的机动性，具有迅速和小转弯行驶能力。 4) 操纵轻便。 5) 进行运动校核，保证转向轮与发出信号的转动方向一致。 为了使遥控车具有良好机动性能，必须使转向轮有尽可能大的转角，并要达 到按前外轮车轨轨迹计算，其最小转弯半径大小能达到遥控车轴距的2-2.5 倍。 小车要实现左右转向，就必须有一套转向操纵机构，我们设计的转向操纵 机构结构简单，操作方便。它分为三个部分，它们是转向节(图5.1)、固定连接 桥(图5.2)。其图如下: 毕业设计 第30 页 共34 页 图5.1 转向节 图5.2 固定连接桥 5.2.1 (1) 连接臂: 连接臂将电动机经过三级齿轮传动后的转动实现为连接臂的左右移动，再经 转向节控制车轮实现左右转动。 (2) 固定连接桥: 固定连接桥主要有二个作用，其一是固定转向节，其二是将自身固定在车的 毕业设计 第31 页 共34 页 底盘上，控制连接桥左右移动的距离。即实现车轮左右转动的最大角度。 (3) 转向节: 转向节的作用就是由连接臂带动实现它的顺时针或逆时针转动从而实现车 轮的左右转动。 当遥控车的接收信号收到转向命令时，转向电动机在电路的控制下实现转 动，当电动机正转时，电动机带动连接臂向右移动，连接臂的两端是与转向节相 连的，所以当连接臂右移时，转向节将绕着它的轴心顺时针转动，从而达到转向 轮右转。同理当电动机反转时，实现转向轮的左转。固定连接桥的 作用是固定 有转向轮相连的两个转向节。把转向节固定在底板上。它的 装配图如下(图 5.4): 图5.4 转向节示意图 毕业设计 第32 页 共34 页 【1】 王永章，杜君文，程国金主编。数控技术【M】。北京:高等教育出版社。2001. 【2】 李建勇主编。机电一体化技术【M】。北京:科学出版社。2004. 【3】 陈家瑞主编。汽车构造:下册【M】。北京:人民交通出版社。2005. 【4】 孙训方，方孝淑，陆耀洪编。材料力学:上册【M】。北京:高等教育出版社，1987. 【5】 孙训方，方孝淑，陆耀洪编。材料力学:下册【M】。北京:高等教育出版社，1991. 【6】 濮良贵，纪名刚编。机械设计【M】。北京:高等教育出版社，2001. 【7】 大连理工大学工程画教研室编。机械制图【M】。北京:高等教育出版社，2004. 【8】 郑玉金，戴正强编。AutoCAD2005 机械制图【M】。北京:北京希望电子出版社; 兵器工业出版社。2005. 【9】 孙恒 ，陈作模主编。机械原理【M】。北京:高等教育出版社，1995. 【10】 李广弟，朱月秀，王秀山编。单片机原理【M】。北京:北京航空航天大学出版社。 2001. 【11】 谢铁邦，李柱，席宏卓编。互换性与技术测量【M】。武汉:华中科技大学出版社。 1998. 【12】 黄清渠主编。几何量计量【M】。北京:机械工业出版社。1981. 【13】 唐增宝，常建娥主编。机械设计课程设计【M】。武汉:华中科技大学出版社。2006. 【14】 大连理工大学工程画教研室.机械制图[M] 高等教育出版社,2004. 【15】 机械传动装置选用手册编委会.机械传动装置选用手册[M] 机械工业出版 社,1999. 毕业设计 第33 页 共34 页 大学里的毕业设计是对四年所学知识的综合应用，是一个重要的实践性教 学环节。掌握工程设计的一般程序、和方法，综合运用知识的能力，加深了 自己对所学课程的了解程度。这次我做的毕业设计的题目是遥控电动玩具汽车控 制系统设计。通过这次设计让我把以前学的基础课、技术基础课及有关专业课综 合的再一次学习了一遍，而且综合运用了一次.。并且要求熟悉零件的装配和可 靠性等方面的知识。提高分析问题和解决问题的能力。 我在做设计的过程中阅读大量的技术资料及设计手册，因此，本次设计不仅 加深了我对自己专业所学课程的理解和认识，而且也对自己的知识面进行了拓 宽。在绘图的过程中，使用了AutoCAD、CAXA、SolidWorks、Protel99 等二维、 三维和电路绘图软件，进行了手工绘图，这些都不同程度地使我学到了更多的知 识，提高了我理论联系实际和综合分析的能力。同时，相信这将为我进一步的学 习提高达下坚实的一步。 论文结束之际要向在整个毕业设计期间进行指导的老师表示深深的谢意。和 设计期间给予过我帮助的所以老师和同学表示衷心的感谢。敬请各位老师批评指 正，本人不胜感激。 毕业设计 第34 页 共34 页