玩具四驱车

玩具四驱车 广州学院 《机械创新竞赛》 产品设计书 太阳能四驱玩具车 院 (系) 机械工程学院 专 业 机械工程及自动化 班 级 机电3班 学 生 欧凯汕 指导老师 牛吉梅 2012年 12月 19日 机械创新设计任务书 兹发给 班学生 设计任务书，内容如下: 1( 设计题目: 太阳能四驱玩具车的设计 2( 应完成的项目: (1) 绘制太阳能具车机机构运动简图 (2) 工作原理分析 3) 传动方式方式 ( (4) 各部分零件的具体设计 (5) 编写13页左右的详细说明书 3( 参考资料以及说明: (1)李琳，李杞仪主编. 机械原理. 中国轻工业出版社， 2009 (2)杨忠秀主编. 机械原理课程设计指导书. 机械工业出版社， 2003 4( 本设计任务书于2012年 11 月 14日发出，应于2012年 12月21日前完 成，然后进行答辩。 指导教师 签发 2012 年 11 月 14 日 课程设计评语: 课程设计总评成绩: 指导教师签字: 年 月 日 目录 摘要--------------------------------------------------------------------------------- --------------1 1.产品设计----------------------------------------------------------------------------------------1 1.1，设计背景-----------------------------------------------------------------------------1 1.2，设计目的-----------------------------------------------------------------------------1 1.3，设计技术条件-----------------------------------------------------------------------2 1.4，设计内容-----------------------------------------------------------------------------2 1.5，设计对象说明-----------------------------------------------------------------------2 2.原理分析----------------------------------------------------------------------------------------2 2.1，功能原理分析------------------------------------------------------------------------3 2.2，工作原理分析------------------------------------------------------------------------3 3.结构设计-----------------------------------------------------------------------------------------4 3.1、机构评价------------------------------------------------------------------------4 3.2、两种方案的机构---------------------------------------------------------------------5 3.3、最佳方案的阐述---------------------------------------------------------------------6 3.4、整体机构设计-----------------------------------------------------------------------------------6 4.设计的创新点-----------------------------------------------------------------------------------10 5.设计应用和发展前景--------------------------------------------------------------------------10 6.完成此次创新设计的收获和体会-----------------------------------------------------------10 参考文献--------------------------------------------------------------------------------------------11 - 1 - 摘要 四驱车在中国的发展同样是风起去涌，方兴未艾。90年代初奥迪玩具实业有限公司从日本引进技术，开始生产系列四驱车。经过几年的发展，奥迪公司已具备了自发研制和生产的能力，尤其是99系列以其多变外型广受车迷喜爱。另一个方面。太阳能的发展也不断进步，其相关产品也日益受广大人民喜欢。 关键词:四驱车 太阳能 一(产品设计 .设计背景 1 近几年我国玩具汽车行业发展速度较快，受益于玩具汽车行业生产技术不断提高以及下游需求市场不断扩大，玩具汽车行业在国内和国际市场上发展形势都十分看好。据统计，在中国13亿多人口中，14岁以下的少年儿童及婴幼儿便接近3亿多人，占全国人口的25%，占全球适龄儿童的1/3左右。我国城市儿童有8，000万人，他们构成了一个异常庞大的玩具销售费群体 四驱车玩具向来是小孩特别是男孩子喜欢的玩具，它可以加强孩子对机械机构的理解，同时有助于孩子的健康成长，但是四驱车所用的电池，在孩子的玩耍下确实损耗很大，这样就造成了很大的浪费和环境污染，在现在太阳能不断发展的时代下，我也试着将这两者进行一个结合创新。 2.设计目的 四驱车在中国的发展同样是风起去涌，方兴未艾。90年代初奥迪玩具实业有限公司从日本引进技术，开始生产系列四驱车。经过几年的发展，奥迪公司已具备了自发研制和生产的能力，尤其是99系列以其多变外型广受车迷喜爱。四驱车模是一项有着广泛群众基础、健康有益的体育活动，它有利于青少年增长知识、开阔眼界，培养他们动手动脑的能力，有利于青少年综合素质的提高。开展四驱车科普活动，具有深远的社会意义。四驱车模竞赛运动集力学、机械学、电学、电磁学、物理学、空气动力学、美学、行为学为一身，具有很强的知识性、趣味性、是培养青少年动手技能的好方法，是素质教育的有效补充。国家教委、国家体委非常重视。从96年开始将此项活正式列为第年的车模比赛活动。这样，一个蓬蓬勃勃的四驱车科普活动在 - 2 - 全国普遍兴起。设计这样一款四驱车，可以减少电池污染，使儿童更喜欢，家长更加放心。 3. 设计技术条件 太阳能四驱玩具车主要有外形设计和机构设计，主要运用了solidworks和CAD两个软件来进行设计。其中，用 solidworks软件对玩具车进行三维建模，包括外观的曲面设计和机构设计，而CAD 软件则用来绘制工程图以及机构运动简图等。 4. 设计内容 本次太阳能四驱玩具车的设计内容主要包括四个方面: ? 能量控制部分:太阳能四驱玩具车采用太阳能提供能量，众所周知，太 阳能是一种清洁能源，在实际生活中应用的很多，如何更广泛的使用太阳能也是未 来发展的一个方面，所以在本次的设计中采用了太阳能。 ? 外观设计:由于上次玩具车采用的是F1赛车的外形，所以本次玩具车我 采用了另外一种外形，也就是新型概念跑车的外观，采用了大量的复杂曲面造型， 因此也成为了本次设计过程的一大亮点。 ? 结构创新:太阳能四驱玩具车采用了齿轮传动机构和曲柄滑块联动机构， 分别用于传动机构和转向机构，就能实现在玩具车前进的同时转向。 ? 控制方式创新:其实就是自动转向功能，意思就是说，只要在有合适的 太阳光的照射下，按下开关就能使太阳能四驱玩具车前进并且自动转向，与市场上 的遥控形式的是不同的，遥控形式的玩具车采用的电力控制，而该玩具车采用的是纯机械装置自动控制。 5. 设计对象说明 设计对象为太阳能四驱玩具车，具有的自动转向功能，能够绕过一定的障碍 物，相对于上次的玩具车，这次是四轮驱动的，后面两个车轮是驱动轮，前面两个 是转向轮，这两个转向轮是同时转向的，结构很简单。其次就是玩具车完全由太阳 能提供能量，太阳能做为了动力源。 二(工作原理 - 3 - 1. 功能原理分析 本次太阳能玩具车的功能原理与上次实验中的能绕障碍物的太阳能玩具车的基本上是相同的，也就是玩具车的轨迹都是走蛇形曲线，能绕过规定的障碍物，达到勾起小孩子兴趣的目的。完全由太阳能提供能量，对环境污染小，算得上是一种绿色设计产品，在此就不做过多的阐述了。 2. 工作原理分析 工作原理分析包括三大部分，能量控制部分、传动工作原理分析和转向工作原理分析，现详细的分析，如下: ? 能量控制部分:能量的传递系统为:太阳能?太阳能电池板(玩具车的外形采用太阳能电池的设计)?电能?微型电动机?机械能，最终转换为机械能驱动传动机构和导向部分运动，使玩具车运动起来。 ? 传动机构工作原理分析:传动机构还是采用的齿轮传动机构，通过齿轮的传动，把电动机的纵向圆周运动转化为曲柄的横向旋转运动，一共有三个直齿轮和两对锥齿轮，其机构运动简图如下: 曲 柄 驱 动 轮 图1 传动机构运动简图 ? 转向工作原理分析:对于转向结构，包括两个同时转向的转向轮和曲柄滑块联动机构，其中两个转向轮是同时的，并且同时前进，所以在转向轮中的万向节上装有滚动轴承，转向和前进得以同时进行，其机构运动简图如下: - 4 - 图2 转向机构运动简图 三(结构设计 1(机构方案评价 机构方案评价 评价指标 具体项目 1 2 1. 运动规律、沿着某一方向走正弦或也是走的S形曲线，运 轨迹 余弦曲线，运行速度会时动起来跟稳定一些，更A 运动指标 2. 运转速度、刻都在变化，没有一个固平稳一些，速度也是时 运转程度 定的值 刻变化的 1. 效率高低 结构简单，工作效率相对结构相对负载一些，工 B 2. 使用范围 较高，使用范围单一 作效率较低，使用范围工作性能 相对要广些 1. 承载能力 三轮结构承载能力较差，四轮结构承载能力较 C 2. 传力特性 传动部件较少，传力特性好，传力特性较好，不动力性能 3. 振动噪音 好，噪音小 过噪音较大 1. 加工难易 外形和地底板都可铸成，同方案1一样，外形和 D 2. 维护方便性 维护容易，不需要耗能，底板都可铸成，有太阳经济性 3. 能耗大小 只需要阳光 光就能动 1. 尺寸 整体尺寸较小，材料都可整体尺寸相对大些，同E 结构经凑 2. 重量 用塑料的，较轻，只有一样用塑料制成，很轻， - 5 - 3. 结构复杂性 个曲柄滑块机构，结构简结构相对要复杂些 单 2(两种方案的机构(结构)构型 1. 方案一和方案二的能量控制部分都是一样的，如小图所示: 2. 传动机构运动简图比较: 曲 柄驱动轮 齿轮2齿轮1齿轮2 齿轮3 齿轮5 驱 动 轮 方案一 方案二 3. 转向机构运动简图 - 6 - 方案一 方案二 3(确定最佳方案并阐述所选方案功能及工作原理 总的来说，对于此两种方案，其中方案二更好些，也就是四轮驱动的玩具车，更具有代表性，四轮驱动总体稳定性能更好，更优越，虽然结构复杂了些，但是总体上还是很好的，能够实现走正弦或余弦曲线的功能，能自行转向，绕过一定的障碍物。在太阳光的照射下，由太阳能电池板吸收能量并转化成电能，通过电容的储能，传送到电动机，由电动机把电能转化成机械能，从而带动传动机构运动，把电动机的圆周运动转化为曲柄的旋转运动，然后传到导向机构，进行转向，实现规定的运动。 4(零件结构设计 零件名称 数量 零件名称 数量 零件1(车声外壳) 1 零件8(电动机) 1 零件2(车轮) 4 零件9(传动轴 3 零件3(驱动轴) 1 零件12(曲柄) 1 零件4(滚动轴承) 7 零件13(连杆) 2 零件5(直齿轮) 3 零件14(万向节) 2 零件7(锥齿轮) 4 零件16(底板) 1 - 7 - - 8 - - 9 - 此次设计中，使用了solidworks软件对玩具车模型进行设计，让我感觉solidworks 软件的功能比较强大，但是对于曲面造型的设计，自己还不是很熟练，或者是或还不 能够很灵活的使用此软件进行复杂全面的设计，比如说此次的外形设计，模仿的是新 型概念车的外形，虽然能够通过solidworks软件把每一块曲面建起来，但是最终不能 使曲面缝合在一起，不能形成一个整体，也就不能加厚了，这是一个难题。最后只能 把其中能够缝合的就连起来，不能缝合的就单独加厚了。 - 10 - 四(本项设计的创新点 1. 外观设计:本次太阳能四驱玩具车采用的是新型概念跑车的外形，是本次设计的一大亮点，漂亮好看的外观总能第一时间就能吸引人们的眼球，所以外观设计绝对是一个很重要的部分。通过solidworks软件的曲面设计功能，最终设计出了次外形。 2. 结构设计:该玩具车改用四驱结构，传动部分仍然采用齿轮传动，但是导向机构采用的曲柄滑块联动机构变得更加有趣，其中零件15(连杆)同时做两个方向的运动，形成了复合运动，最终实现转向。 五(本项设计的应用和发展前景 太阳能四驱玩具车用于小孩子的娱乐活动，结构简单易行，能够被广泛应用。。但是如何在这种激烈的竞争中生存下去，只有创新。创新才能走的更长。 六(完成此次机械创新的收获和体会 此次让我对solidworks软件操作更加熟练，通过外观设计和结构设计，让我 - 11 - 对机械方面的设计工作又有了更深的了解，对创新有了更多想法，有了更深刻的体会。想像力比知识更重要，因为知识是有限的，而想像力概括着世界的一切，推动着进步，并且是知识进化的源泉。严格地说，想像力是科学研究的实在因素。知识本身不会使一个人具有创造力。……创造力的真正关键在于如何活用知识。活用知识和经验来寻找新点子、新创意，就是培养创造性思考所需的态度。只有不断的创新，我们的发展道路才能更宽阔。 参考文献 [1] 濮良贵,纪名刚.《机械设计》第八版.高等教育出版社 ，2006. [2] 陈秀宁.施高义.《机械设计课程设计》第二版.杭州.浙江大学出版，2004. [3] 孙桓,陈作模,葛文杰.《机械原理》第七版.高等教育出版社2006. - 12 -