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机械设计课程设计-自适应可翻转探测车-设计与制作

更新时间:2007-10-20:  来源:毕业论文
机械设计课程设计-自适应可翻转探测车-设计与制作|机械设计课程设计

机械设计课程设计_"自适应可翻转探测车"设计与制作

作者: 彭时林王桂明 王士琴
一.思路由来

随着航天事业的飞速发展,人类的步伐已开始走向太空,对复杂环境探测的需求越来越迫切,对探测车的自适应性能要求也越来越高。目前的探测车,从美国的Rocky系列火星探测车和登上火星的“勇气”号和“机遇”号,到国内研究设计的月球探测车,为了在行驶时不至翻转,运行时总是很小心,速度都很慢。目前一般的设计思路是想尽一切办法不让探测车翻,即:尽量改善探测车的底盘和轮子结构,使探测车能越过更高的障碍而不翻转,同时也提高探测车的运行速度。即使这样,目前的探测车的工作效率还不是很高。

针对这种情况,我们想出了一种全新的方案:大多数设计者想尽一切办法不让探测车翻,我们要设计一种探测车,它四面都可着地行驶,翻转后可继续保持原方向前行。由于它不怕翻转,自适应能力得到了提高,在需要时可以快速行驶到达指定地点执行探测任务,同时,也不用像普通探测车那样,担心由于翻转,造成探测车不能工作。

二.机构设计

1.移动系统的设计

1) 新式的轮架结构

要实现四个面都可着地行驶,通常的想法是在每个面上都装上轮子,要是每个面都采用四轮轮式驱动,则总共需要16个轮子,再加上相应配置的驱动、减速和传动装置,这套移动系统就太复杂了,实现起来很困难,即使实现了,也无法满足体积小、重量轻、功耗低的设计要求。针对这一难题,我们提出了45°的轮架结构,如图2.1所示,车轮的旋转轴与地面成的角度是45°,每一对轮子被相邻的两个面共用,这样,就使所用轮子的总数降为原来的一半,只要8个轮子就可实现每个面都可着地行驶,并且使整个机构方案得到简化,大大减轻了探测车的重量。

 

2)减震联轴器

探测车要携带贵重的精密仪器,因此探测车的减震抗冲击性能至关重要,为此,我们的车轮架机构上必须设计一套减震装置;同时,需要设计一个机构,将从电机输出的转矩传递到轮子。

根据这一设计要求,我们巧妙的设计了一个机构——减震联轴器,同时实现了减震和传递扭矩的功能。

 

如图2.2所示,减震联轴器(2)有一直径为   Φ10的孔,内置一弹簧,然后与轮子轴(6)间隙配合。减震联轴器(2)有一个宽为3㎜长为10㎜的滑动槽(5),轮子轴上有一个直径为Φ3的孔,Φ3的销钉(4)同时穿过滑动槽(5)和轮子轴上Φ3的孔,这样,可以轮子轴可以相对于减震联轴器(2)作轴向移动,但不能相对于减震联轴器(2)作周向转动,从而实现了减震功能,又将转矩从减震联轴器(2)传到轮子轴(6)。

 

有了上述结构,转矩能从减震联轴器传到轮子轴,但扭矩是如何从电机传到减震联轴器的呢?我们原先采用螺纹连接直接将电机轴和减震联轴器固定在一起,从而实现扭矩的传递。我们自己加工试制了一套轮架机构,经过装配试验,发现由于加工精度不够,减震联轴器的同轴度达不到要求,结果传动阻力很大,传动效率很低。并且,由于特殊的45°轮架结构决定了传动轴不仅要承受径向力,还要承受轴向力,电机轴和减震联轴器的刚性连接,使得电机轴要直接承受轴向力和径向力,这样电机容易因外来的冲击而损坏,针对这种情况,我们想出了传动槽结构,利用传动槽来传递扭矩。如图2.3所示,电机轴与传动槽之间是一个移动副,有了这个移动副,就可以实现扭矩的传递,由于两者没有刚性连接,电机不直接承受轴向力和径向力,同时,由于电机轴可以相对于减震联轴器移动,可以弥补减震联轴器的一部分加工误差,使得减震联轴器的加工精度要求可以放低,大大降低了加工难度。

 

 减震联轴器的三维模型图如图2.4所示,其中2就是上面所述的传动槽,1是移动槽。

减震联轴器的整个配合示意图如图2.5所示。

 

整个轮架机构的爆炸图如图2.6所示,其中,电机盖板用来固定电机,同时也承受由减震联轴器传来的轴向力;外套筒承受由减震联轴器传来的径向力,对整个轮架机构起支撑作用,将连同电机盖板通过螺纹连接固定在车身上。

 

2.车身结构

车身是整个探测车的框架,轮架机构要固定在车身上,探测车的供能部分要装在车身里,探测车的控制部分也要装在车身里,因此,车身的设计也是整个探测车设计里的一个重要环节。

 

我们拟采用铝合金材料的角铝和一些铝板先搭一个框架,这个框架具有探测车车身的外形,是车身的骨架,车身的机械强度大部分靠这一框架保证,装配时,将要装配的零部件先固定在框架上,最后用装饰性的铝板封上。

装上轮架结构后探测车框架的模型如图2.7所示,探测车的整个机构模型如图2.8所示。

三.控制部分设计

 

 

自适应可翻转探测车的控制采用的是以AT89S8252单片机为核心的控制系统,由我们自行设计的四向控制开关来获取探测车的姿态信号(即探测车哪个面着地的信号),将这信号输入给单片机,由单片机作出判断,来控制探测车的运行。图3.1是控制系统的电路原理图,图3.2所示是做出的控制电路板的实物照片。


四.制造加工

需加工零件有:轮子轴、减震联轴器、外套筒、电机盖板、侧板、角铝、盖板、铝杆。由于很多零件的加工工艺比较类似,所以本实验报告只对几个典型零件的加工工艺方案进行介绍。

 

减震联轴器

减震联轴器的实体模型和工程零件图分别如图4.1和图4.2所示。

工序1:车外圆至Φ14,并精车外圆两端(长度为9mm),钻内孔至Φ9.8,精铰内孔至Φ10。

工序2:铣宽为3mm的滑动槽

工序3:铣宽为3mm的传动槽

其中,工序2和工序3的数控铣床加工代码如附录所示。

 

2. 外套筒

外套筒的实体模型和工程零件图分别如图4.3和图4.4所示

其加工工艺方案为:

 

工序1:在车床上车外圆至Φ38,然后再车Φ18、长53mm的圆筒部分,并钻Φ14的内孔,最后从至端面55mm处将起割断。

 

工序2:在铣床上打孔。(由于4-Φ3的孔之间的位置度要求比较高,我们自己用钻床加工达不到精度要求,所以我们利用数控铣床的精密定位功能来实现这些孔的位置度要求。)

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