課程設計---以重力勢能驅動的具有方向控制功能的自行小車

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p>　　設計任務書 ………………………………………………1</p><p>　　總體結構設計 ………………………………………………1</p><p>　　總傳動比的設計與分配 ……………………………………2</p><p>　　轉向輪軸運動參數(shù)的計算 ………

2、…………………………3</p><p>　　對軸進行結構設計與校核 …………………………………3</p><p>　　軸承的選擇與壽命計算 ……………………………………3</p><p>　　潤滑劑的選擇 ………………………………………………3</p><p>　　工藝設計方案 ………………………………………………4</p>&

3、lt;p>　　成本分析方案 ………………………………………………5</p><p>　　生產(chǎn)成本概述 ……………………………………………5</p><p>　　單件小批量生產(chǎn)類型的成本分析 ………………………5</p><p>　　工程管理方案 ………………………………………………8</p><p>　　概述 …………………………………

4、……………………8</p><p>　　生產(chǎn)過程組織 ……………………………………………8</p><p>　　徽標設計 …………………………………………………11</p><p>　　參考文獻 …………………………………………………12</p><p>　　心得體會 …………………………………………………13</p><

5、p>　　附件 ………………………………………………………15</p><p><b>　　設計任務書</b></p><p>　　命題：以重力勢能驅動的具有方向控制功能的自行小車</p><p><b>　　功能設計要求:</b></p><p>　　給定一重力勢能，根據(jù)能量轉換原理，設計一種

6、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）。以小車前行距離的遠近、以及避開障礙的多少來綜合評定成績。給定重力勢能為5焦耳（取g=10m/s2），競賽時統(tǒng)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，重塊落下后，須被小車承載并同小車一起運動，不允許掉落。

7、要求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），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，其質量應不小于400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于￠30mm。</p><p><b>

8、　　二、總體結構設計</b></p><p>　　根據(jù)本屆大賽命題要求，我們首先確定如下設計思路：</p><p>　　1．驅動機構 根據(jù)能量守恒定律，要盡可能多的利用重物的重力勢能，就必須簡化結構，因此該系統(tǒng)不設儲能裝置，直接由重物通過細繩拉動后軸驅動。</p><p>　　2．轉向機構 控制轉向是該小車的核心問題之一，普通凸輪只能控制轉向輪規(guī)則擺

9、動，在不需要轉向的時候小車仍會轉向，因此我們在此處將凸輪機構進行了進一步的優(yōu)化，通過引入“太空豆”控制轉向信號，使得前輪在我們需要的時候轉向,并以此實現(xiàn)小車的預編程功能。</p><p>　　3．驅動過程 在起始時原動輪的轉動半徑較大，起動轉矩大，有利起動。起動后，原動輪半徑變小，轉速提高，轉矩變小，和阻力平衡后小車勻速運動。在重塊行程末端，原動輪的半徑再次變小，繩子的拉力不足以使原動輪勻速轉動，但是由于物塊的

10、慣性，仍會減速下降，原動輪的半徑變小，總轉速比提高，小車緩慢減速，直到停止，物塊停止下落，正好接觸小車。</p><p>　　三、總傳動比的設計與分配</p><p>　　后輪半徑：r= 68.5mm; 繞線輪半徑：r1=3 mm; 前輪半徑：r2=15.1mm</p><p>　　后輪與繞線輪傳動比：i=137:6</p><p>　　前輪

11、與后輪傳動比：i’=137:30.2</p><p>　　四、轉向輪軸運動參數(shù)的計算</p><p>　　前輪最大擺角21.15° </p><p>　　五、對軸進行結構設計與校核</p><p><b>　　1．示意圖</b></p><p>　　六、軸承的選擇與壽命計算</p

12、><p>　　1．軸承型號：角接觸球軸承,內徑Φ4</p><p><b>　　2．示意圖：</b></p><p><b>　　3．計算軸承徑向力</b></p><p>　　小車總重量M（小車自重800g、重物1kg、徽標400g、）;</p><p><b>　　

13、M=2.2kg;</b></p><p><b>　　軸承數(shù)量n=3;</b></p><p>　　軸承徑向力Ｆ=7.19Ｎ;</p><p><b>　　七、潤滑劑的選擇</b></p><p>　　選用機油進行潤滑（SH0386-1992）</p><p>&

14、lt;b>　　八、工藝設計方案</b></p><p>　　1.確定生產(chǎn)綱領 </p><p>　　根據(jù)大賽命題要求，轉向輪部分實行單件小批量生產(chǎn)。</p><p>　　2.對零件進行工藝分析</p><p>　　由于轉向輪和輪軸均為圓柱件，故采用車削加工方式</p><p>　　輪軸：車削加工、鉗

15、工、車削加工。</p><p>　　轉向輪：車削加工、快速成型、鉗工。</p><p><b>　　3.選擇毛坯</b></p><p>　　根據(jù)大賽對前輪的要求D>30mm，故選擇外徑Φ30.7的尼龍棒、根據(jù)設計要求前輪軸選Φ12的45鋼毛坯。</p><p><b>　　4.擬訂工藝路線</b&

16、gt;</p><p>　　輪軸：下料---車Φ4的軸---在Φ4的軸上攻絲---車削多余部分</p><p>　　轉向輪：下料---鉆Φ4孔---加工外徑Φ30的轉向輪 ---去除邊上的毛刺</p><p>　　5.確定各工序加工余量</p><p>　　前輪的外輪廓要大于Φ30以滿足題目要求。</p><p>　　

17、6.確定各工序所使用的設備、刀具和量具</p><p>　　車床 、快速成型機、游標卡尺 、各種車床刀具</p><p>　　7.確定各加工工序的技術要求及檢驗方法</p><p>　　1. 車圓弧面要求比較光滑，目測。</p><p>　　2．輪與輪軸使用過盈配合 。</p><p><b>　　九、成本分

18、析方案</b></p><p><b>　　(1)生產(chǎn)成本概述</b></p><p>　　在制造企業(yè)中，產(chǎn)品的總成本通常包括生產(chǎn)成本、管理成本、財務成本和銷售成本等。在本次競賽中，由于只涉及零件的加工過程，為了簡化分析，在進行成本分析方案設計時，只考慮零件的生產(chǎn)成本。</p><p>　　生產(chǎn)成本，又稱制造成本，它包括圍繞生產(chǎn)過程

19、以及為此所提供的勞務所發(fā)生的各項直接費用、分攤的各項間接費用，其組成如下所示：</p><p>　　直接材料費：生產(chǎn)過程中直接消耗于產(chǎn)品生產(chǎn)的各種物資</p><p>　　直接人工費：生產(chǎn)過程中直接從事產(chǎn)品生產(chǎn)的人員工資</p><p>　　制造費用 ：發(fā)生在生產(chǎn)單位的制造費用</p><p>　　產(chǎn)品的生產(chǎn)類型不同，其工藝差別很大，成本分

20、析方法也不同。下面以單件小批量生產(chǎn)類型對小車轉向輪及其輪軸進行說明。</p><p>　　(2)單件小批量生產(chǎn)類型的成本分析</p><p>　　單件小批量生產(chǎn)的成本分析應根據(jù)該類型生產(chǎn)的工藝及管理特征來進行。單件小批量生產(chǎn)的組織形式一般采用通用機床，并按機群式布置；毛坯可考慮采用型材，在市場上直接購得。其零件的加工過程一般采用工序集中原則，工藝過程相對較短。成本分析從直接材料費、直接人工

21、費和制造費用考慮。</p><p>　　1、直接材料費用F零件</p><p>　　根據(jù)零件材料的種類，可通過市場詢價確定材料的市場價格，再計算零件毛坯體積，利用式（3-1）計算零件的直接材料費用F零件。</p><p>　　F零件=p*m=p*(V*§) 元 （3-1）</p><p>　　其中，p為材料單價、m為零件毛坯

22、重量、V為毛坯體積，§為材料比重。</p><p>　　所以， F輪軸=0.0042元/克*89.3克=0.37506元</p><p>　　所以， F輪 =0.025元/克*74克=1.85元</p><p><b>　　2、直接人工費S</b></p><p>　　對于單件小批量生產(chǎn)，直接操作機床的人

23、工工資可按計件工資發(fā)放，可以根據(jù)不同設備操作工人的市場價格，利用式（3-2），得到單件小批量生產(chǎn)的直接人工費。</p><p><b>　　n</b></p><p>　　S=∑Pi*Si （3-2）</p><p><b>　　I=1</b></p><p>　

24、　其中，Pi為第i種設備的操作工人數(shù)；Si為第i種設備的操作工人工資。</p><p>　　所以，S輪軸= P車*S車+ P鉗*S鉗</p><p>　　=20元/小時*0.5小時+20元/小時*0.1小時</p><p><b>　　=12元</b></p><p>　　S輪 = P快速成型*S快速成型+ P鉗*S

25、鉗</p><p>　　=20元/小時*0.5小時+20元/小時*0.2小時</p><p><b>　　=14元</b></p><p><b>　　3、制造費用M</b></p><p>　　制造費用是設備與廠房折舊費用、間接管理人員工資、能源、水等消耗所產(chǎn)生的費用，以及其它間接費用以分攤形式計

26、入產(chǎn)品中。在單件小批量生產(chǎn)條件下，上述成本項目無法按成本發(fā)生法計算，通常簡化為機床的小時費率來計算制造費用。因此，可根據(jù)零件工藝過程各工序的時間定額和所用機床的小時費率來計算。零件的制造費用M可用式（3-3）計算。</p><p>　　M=T1*Q1+T2*Q2+…+Tn*Qn （3-3）</p><p>　　其中，T1、T2…Tn為設備1，設備2.

27、，…，設備n的加工時間，Q1，Q2，…Qn為設備1，設備2，…設備n的機床小時費率。</p><p>　　所以，M車=T車*Q車=0.5小時*10元/小時=5元</p><p>　　M快速成型=T快速成型*Q快速成型=0.5小時*20元/小時=10元</p><p><b>　　4、生產(chǎn)成本C</b></p><p>　

28、　單件小批量生產(chǎn)成本即為以上三者相加，即：</p><p><b>　　C=F+S+M</b></p><p>　　所以，C= F輪軸+ F輪+S輪軸+S輪+M車+M快速成型</p><p>　　=0.37506元+1.85元+12元+14元+5元+10元</p><p><b>　　=43.23元</b

29、></p><p><b>　　十、工程管理方案</b></p><p><b>　　1.概述</b></p><p>　　為實現(xiàn)安全、文明生產(chǎn)，包裝按期供貨，降低總成本，提高經(jīng)濟效益，需進行工程管理的設計。工程管理設計放啊的主要內容包括：生產(chǎn)過程組織形式、人力資源配置、進度計劃與控制、質量管理、現(xiàn)場管理、成本管理等

30、幾個方面。成本費用以在前一部分計算，在此不再累述。</p><p><b>　　2.生產(chǎn)過程組織</b></p><p>　　生產(chǎn)過程空間組織設計：該設計主要是按專業(yè)化分工原則把工作組織起來，使產(chǎn)品生產(chǎn)過程能有效運行。專業(yè)化分工包括三種形式：工藝專業(yè)化，產(chǎn)品對象專業(yè)化，成組生產(chǎn)?？臻g組織設計的重點是設施布置，與專業(yè)化分工湘對應，由于我們的作品屬于單件小批量生產(chǎn)，因此我

31、們將按工藝原則來布置生產(chǎn)，當需要用到某種機床，即選擇相應機床進行加工。</p><p>　　生產(chǎn)過程時間組織設計：該設計方式可采用順序移動方式、平行移動方式、平行順序移動方式，移動方式的選取主要由生產(chǎn)空間組織形式來決定。由于我們的作品生產(chǎn)周期短，不連續(xù)加工，所以我們將選用平行移動方式。</p><p><b>　　3.人力資源配置</b></p><

32、;p>　　當接到通知后，我們馬上查閱資料進行構思，尋找出一個符合命題要求的制做方案。當我們的方案通過學校審核后，我們便開始組建團隊，在團隊組建過程中我們充分考慮人員特長組合以及課余時間</p><p>　　4.生產(chǎn)進度計劃與控制</p><p>　　生產(chǎn)周期：按照產(chǎn)品結構、工藝特點，主要考慮產(chǎn)品零件中的主要件和關鍵件在工藝上的邏輯關系，我們將生產(chǎn)周期設定為3小時。</p>

33、<p><b>　　5.質量管理</b></p><p>　　質量管理一般以全面質量管理思想為核心，以ISO9000系列標準為依據(jù)，強調全員全過程質量管理；確保質量管理中的管理職責、質量體系和過程控制；在此基礎上形成質量體系文件。</p><p>　　按照工序控制設置原則：要注意先車削外圓和攻絲，最后再切斷軸端，這樣不會夾傷工件。要保證前輪的表面粗糙度小

34、于等于R3.2</p><p>　　車削加工輪軸時，另外，要保證軸中的粗糙度小于等于R1.6，使得前輪與軸盡量減小摩擦。</p><p><b>　　6.現(xiàn)場管理</b></p><p>　　現(xiàn)場管理是對現(xiàn)場中的生產(chǎn)要素和管理目標要素進行設計綜合治理，主要包括：“5S”管理、目視管理、看板管理、定置管理。</p><p>

35、;　　“5S”管理：以整理、整頓、清掃、清潔和素養(yǎng)為內容的活動。通過規(guī)范現(xiàn)場、現(xiàn)物，營造一目了然的工作環(huán)境，培養(yǎng)員工良好的工作習慣，是一種獨特的管理方法，其最終目的是提升人的品質。</p><p>　　目視管理：利用形象直觀而又色彩適宜的各種視覺感知信息來組織現(xiàn)場生產(chǎn)活動，達到提高勞動生產(chǎn)率的一種管理手段，也是一種利用視覺來進行管理的科學方法。 所以目視管理是一種以公開化和視覺顯示為特征的管理方式。</p&

36、gt;<p>　　看板管理：準時生產(chǎn)方式的看板旨在傳達信息：“何物，何時，生產(chǎn)多少數(shù)量，以何方式生產(chǎn)、搬運”。 看板的信息包括：零件號碼、品名、制造編號、容器形式、容器容量、發(fā)出看板編號、移往地點、零件外觀等。及時生產(chǎn)方式的看板在生產(chǎn)線上分為兩類：領取看板和生產(chǎn)看板。</p><p>　　定置管理：是其他各項專業(yè)管理在生產(chǎn)現(xiàn)場的綜合運用和補充企業(yè)在生產(chǎn)活動中，研究人、物、場所三者關系的一門科學。它是

37、通過整理，把生產(chǎn)過程中不需要的東西清除掉，不斷改善生產(chǎn)現(xiàn)場條件，科學地利用場所，向空間要效益；通過整頓，促進人與物的有效結合，使生產(chǎn)中需要的東西隨手可得，向時間要效益，從而實現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場管理規(guī)范化與科學化。</p><p><b>　　十一、徽標設計</b></p><p>　　★時代背景：隨著世界經(jīng)濟的飛速發(fā)展和人們物質需求的日益增長，環(huán)境污染也日益嚴重，許多國家都出

38、臺了相關政策促進節(jié)能減排?！盁o碳環(huán)?！背闪水斀袷澜绮蛔兊闹黝}。</p><p>　　★創(chuàng)意：該徽標造型既是對本次大賽主題的直觀反映，亦是我們團隊對祖國未來的美好愿景：120度的箭頭是象形的“C”，也就是化學元素中的碳?；諛送庑渭仁茄h(huán)使用標志的變形也有降低碳含量的意義。然而能量是守恒的，如果要減少含碳能源的使用，我們就必須依靠一雙勤勞的雙手。就像本次大賽的重物的能量需要我們用手舉高來獲取一樣，我們倡導大家伸出雙手

39、來支持環(huán)保，讓偉大祖國真正走上可持續(xù)發(fā)展的道路！</p><p><b>　　★材料：45鋼</b></p><p>　　★制作說明：先采用雕刻機雕刻成型，再使用鉗工加工修飾。</p><p><b>　　+ = </b></p><p><b>　　十二、參考文獻</b>

40、</p><p>　　朱 理主編 《機械原理》</p><p>　　張建中、何曉玲主編 《機械設計課程設計》</p><p>　　徐錦康主編 《機械設計》</p><p>　　陳軼鳴主編 《新編機械設計課程設計圖冊》</p><

41、;p>　　王昆、何小柏、汪信遠主編《機械設計課程設計》</p><p>　　機械設計手冊編委會編寫的《機械設計手冊》</p><p>　　朱 理主編 《車工工藝學》</p><p>　　王忠宗主編 《成本分析與費用控制技巧》</p><p>　　希爾頓主編

42、 《成本管理》</p><p>　　劉建長、程堅、施卓晨主編 《成本會計》 </p><p>　　王文勝主編 《高效成本管理》 </p><p>　　周鑫、張磊光主編 《機械加工技術》 </p><p>　　賀月光、高成發(fā) 主編 《工程測量技術》</p><p&g

43、t;　　劉鐘瑩 主編的 《工程估價》</p><p>　　馬楠 主編的 《工程估價》</p><p>　　左用泰司 主編的的 《工程管理》</p><p><b>　　十三、心得體會</b></p><p>　　經(jīng)過了一個多月的努力，我們的小車終于完成了她的處

44、女航。從最初的零件設計和小車定位計算到繪制零件圖，點點滴滴雖然包含心酸和汗水，但是當我們體會到學以致用的樂趣時，這些都不算什么了。通過這一階段的自主學習，我們明白了動手實踐的重要性。理論和實踐有時候很有很大差距的，比如小車的轉向問題，我們在理論上計算了小車的軌跡，但事實上小車的運行路線遠不像我們想象的那樣簡單，還有很多無法避免的影響因素；包括加工工藝、小車的起始角度、方向，這些因素都是無法達到我們要求的那樣精確。</p>

45、<p>　　通過對“無碳小車”的自主設計加工，以及對各零部件的加工工藝分析，讓我們知道加工工藝的好壞直接影響工件的成型和后續(xù)加工的連貫。</p><p>　　制定一個良好的加工工藝是保證零件達到要求性能的前提，也需要我們真正的開動腦筋。例如：我們使用的普通車床，所有的操作都是人為的控制，要想做出比較滿意的零件，首先要有一個科學合理的工序安排。我們拿到一個需要加工零件的零件圖時，不要急于下料加工，分析工序

46、很重要，我們必須先制定好合理的加工工序，使待加工零件達到相應的設計標準和性能指標。同時還可以提升自己的邏輯思維能力，提高生產(chǎn)效率。</p><p>　　工程管理方案的撰寫過程讓我們還體會到了查找資料的樂趣，學會了怎樣找到自己需要的參考書籍以及參考示例。團隊成員的密切配合使得我們的工作效率得到了極大的提高。當然，在整個項目進程中，大家也避免不了分歧，大家都有自己的想法，也提出了自己認為可行的方案。經(jīng)歷了數(shù)十次失敗后