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基于稳定性研究的无碳小车设计.doc
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目 录
内容提要……………………………………………………………………Ⅰ
Summary ……………………………………………………………………Ⅱ
1 绪论………………………………………………………………………1
1.1 研究的目的和意义……………………………………………………1
1.2 国内外现状……………………………………………………………1
1.3 应用前景………………………………………………………………2
1.4 研究主要内容及术……………………………………………………3
2 概念设计 ………………………………………………………………6
2.1 功能分析 ……………………………………………………………6
2.2 概念产生——原理设计………………………………………………8
2.3 总体设计………………………………………………………………10
2.4 概念选择——方案确定………………………………………………12
3 工程设计…………………………………………………………………14
3.1 转向功能计算校核…………………………………………………14
3.2 防侧翻校核计算……………………………………………………21
3.3 动力系统分析 ……………………………………………………24
3.4 结构设计………………………………………………………………27
4 总结………………………………………………………………………28
参考文献……………………………………………………………………29
致谢…………………………………………………………………………30
1
1 绪论
1.1 研究的目的和意义
根据《全国大学生工程训练综合能力竞赛命题原则》,命题与高校工程训练教学
内容相衔接,体现综合性工程能力。命题内容体现“创新设计能力、制造工艺能力、
实际操作能力和工程管理能力”四个方面的要求,在分析和总结首届竞赛全国大学生
工程训练综合能力竞赛命题经验的基础上,提出“第二届全国大学生工程训练综合能
力竞赛命题”。
本届竞赛分为“分省区预赛”和“全国决赛”二个阶段。竞赛命题也对应两个阶段分
为两部分。预赛阶段只发布预赛命题,各参赛队在预赛阶段完成命题要求的设计任务
和规定的加工制作,参与各省区预赛。经预赛选拔并按组委会公布的比例确定参加决
赛的队伍。全国决赛时,各队需要携带预赛中的加工制作并提交设计报告。设计报告
包括命题要求的机械设计、工艺方案设计、经济成本分析和工程管理方案设计。全国
决赛的内容包括对指定零部件的现场加工制作、作品的装配调试、竞赛及现场答辩等
命题中的工程管理能力项要求综合考虑材料、加工、制造成本等各方面因素,提出合
理的工程规划。设计能力项要求参赛学生对参赛作品的设计具有创新性和规范性。命
题中的制造工艺能力项以考核综合运用加工制造工艺知识的能力为主。
1.2 国内外现状
根据对比赛要求分析,其目的是设计一简单机械机构,通过对机械系统动力学
分析使其运动轨迹满足设计要求。
平面或空间机构中包含有往复运动和平面或空间一般运动的构件 ,其质心
沿一封闭曲线运动。根据机构的不同结构,可以应用附加配重或附加构件等方
法,全部或部分消除其振颤力。但振颤力矩的全部平衡较难实现。机械运转过
程中能量的平衡和分配关系包括:机械效率的计算和分析,调速器的理论和设
计,飞轮的应用和设计等。机械振动的分析是机械动力学的基本内容之一, 已
发展成为内容丰富、自成体系的一门学科。机构分析和机构综合一般是对机构
的结构和运动而言,但随着机械运转速度的提高,机械动力学已成为分析和综
合高速机构时不可缺少的内容。
近代机械发展的一个显著特点是 ,自动调节和控制装置日益成为机械不可
缺少的组成部分。机械动力学的研究对象已扩展到包括不同特性的动力机和控
制调节装置在内的整个机械系统,控制理论已渗入到机械动力学的研究领域。
2
在高速、精密机械设计中,为了保证机械的精确度和稳定性,构件的弹性效应
已成为设计中不容忽视的因素。一门把机构学、机械振动和弹性理论结合起来
的新的学科——运动弹性体动力学正在形成,并在高速连杆机构和凸轮机构的
研究中取得了一些成果。 在某些机械的设计中,已提出变质量的机械动力学问
题。各种模拟理论和方法以及运动和动力参数的测试方法,日益成为机械动力
学研究的重要手段。
1.3 应用前景
在已知外力作用下,求具有确定惯性参量的机械系统的真实运动规律 ;分
析机械运动过程中各构件之间的相互作用力;研究回转构件和机构平衡的理论
和方法;机械振动的分析;以及机构的分析和综合等等。
为了简化问题,常把机械系统看作具有理想、稳定约束的刚体系统处理。
对于单自由度的机械系统,用等效力和等效质量的概念 ,可以把刚体系统的动
力学问题转化为单个刚体的动力学问题;对多自由度机械系统动力学问题一般
用拉格朗日方程求解。机械系统动力学方程常常是多参量非线性微分方程,只
在特殊条件下可直接求解,一般情况下需要用数值方法迭代求解许多机械动力
学问题可借助电子计算机分析计算机根据输入的外力参量、构件的惯性参量和
机械系统的结构信息,自动列出相应的微分方程并解出所要求的运动参量。
分析机械运动过程中各构件之间的相互作用力。这些力的大小和变化规律
是设计运动副的结构、分析支承和构件的承载能力以及选择合理润滑方法的依
据。在求出机械真实运动规律后可算出各构件的惯性力,再依据达朗伯原理用
静力学方法求出构件间的相互作用力。
平面或空间机构中包含有往复运动和平面或空间一般运动的构件。其质心
沿一封闭曲线运动。根据机构的不同结构,可以应用附加配重或附加构件等方
法全部或部分消除其振颤力但振颤力矩的全部平衡较难实现优化技术应用于机
构平衡领域已经取得较好的成果。
研究机械运转过程中能量的平衡和分配关系。这包括:机械效率的计算和
分析;调速器的理论和设计;飞轮的应用和设计等。
机械振动的分析研究是机械动力学的基本内容之一。它已发展成为内容丰
富、自成体系的一门学科。
机构分析和机构综合一般是对机构的结构和运动而言,但随着机械运转速
度的提高,机械动力学已成为分析和综合高速机构时不可缺少的内容。
3
在我国由"中国制造"向"中国创造"转变的过程中,创新是必不可少的有力武
器." 每一次的变革中都孕育着创新的火花." 机械工程设计本身是一种技术含量
较高,可以直接促进工业生产工艺的改进和产量提高, 创造巨大物质财富,进而推
动社会的发展和进步. 但是工程设计并非是依从固有模式或者局限在某一范畴,
机械设计理应是最富创造力和能够充分发挥人的能动性的活动. 因此, 就创新思
维在机械工程设计中的运用展开论述,探讨创新思维方法和创新在设计领域所带
来的深刻变化。
1.4 本文研究主要内容及关键技术
1.4.1 目的和主要内容
通过对本课题的研究加强对机械运动的分析计算能力,培养创新思维。机械零
部件设计的本质是创造和革新。现代机械机械零部件设计强调创新设计,要求在
设计中更充分地发挥设计者的创造力,利用最新科技成果,在现代设计理论和方
法的指导下,设计出更具有生命力的产品。
(一)培养创造思维
设计者的创造力是多种能力、个性和心理特征的综合表现,它包括观察能力、
记忆能力、想象能力、思维能力、表达能力、自控能力、文化修养、理想信念、
意志性格、兴趣爱好等因素。其中想象能力和思维能力是创造力的核心,它是将
观察、记忆所得信息有控制地进行加工变换,创造表达出新成果的整个创造活动
的中心。创造力的开发可以从培养创新意识、提高创新能力和素质、加强创新
实践等方面着手。设计者不是把设计工作当成例行公事,而是时刻保持强烈的创
新愿望和冲动,掌握必要创新方法,加强学习和锻炼,自觉开发创造力,成为一个
符合现代设计需要的创新人才。
(二)培养发散思维
发散思维又称辐射思维或求异思维等。它是以欲解决的问题为中心,思维者
打破常规,从不同方向,多角度、多层次地考虑问题,求出多种答案的思维方式。
例如,若提出“将两零部件联结在一起”的问题,常规的办法有螺纹联结、焊接、
胶接、铆接等,但运用发散思维思考,可以得到利用电磁力、摩擦力、压差或真
4
空、绑缚、冷冻等方法。发散思维是创造性思维的主要形式之一,在技术创新和
方案设计中具有重要的意义。
(三)培养创新思维
创造力的核心是创新思维。创新思维是一种最高层次的思维活动,它是建立
在各类常规思维基础上的。人脑在外界信息激励下,将各种信息重新综合集成,
产生新的结果的思维活动过程就是创新思维。机械机械零部件设计的过程是创
新的过程。设计者应打破常规思维的惯例,追求新的功能原理、新方案、新结构、
新造型、新材料、新工艺等,在求异和突破中体现创新。
1.4.2 关键技术
(一)PROE 运动仿真
Pro/ Engineer 是一套由设计至生产的机械自动化软件 ,是一个参数化、
基于特 征的实 体造型 系统 , 并具 有单一 数据库 功能。 现在已 经发展 到 Pro/
Engineer Wildfire5. 0 , 它赋予软件更多的增强功能。其中 Proe - Mechanism
Design Ex2tension (结构设计扩展) 是 Proe 包含运动的一个模块 , 能够对设计
进行模拟仿真校验 , 如运动仿真显示、运动干涉检验、运动轨迹、位移、速度、
加速度计算等 。机构运动包括自由度的计算、各个构件位移、速度和加
速度的计算以及构件会不会干涉、还有如何改变构件的尺寸来满足设计的需要
等内容 。
(二)空间力系作用下刚体平衡条件
力系的平衡条件在工程中有着十分重要的意义,是设计结构、运动分析、构件和
机械零件计算的基础。刚体问题在力学中和理论力学中都作为重要的一章出现。 而
其中又必讲刚体平衡问题。 刚体平衡问题同时又是生活中和工程中常见的问题,颇有
实际意义。
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老帽爬新坡
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