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1 摘 要 隨著人們生活水平的提高 人們對兒童這一弱勢群體的關注越來越多 對兒童 產品的要求也是越來越高 本論文主要針對童車產品領域 以嬰兒車為主要論述和 設計對象 運用理論研究與實際調查相結合的方式 完成論文的論述和設計的實踐 通過搜集資料 調查研究 理論學習入手 以嬰幼兒為出發(fā)點探索嬰兒車產品各方 面的特性 包括生理 心理特性 使用特性及物的特性 分析出嬰幼兒在成長過程 中容易忽略的行為問題 從尺度 造型 功能 色彩 材質等方面研究嬰兒車的設 計因素 使嬰兒車的設計更全面 本文研究部分主要包括一下四個方面的內容 第一部分可分為緒論和市場調查部分 闡述了命題背景 意義以及研究的對象 和主要內容 強調童車產品設計化是市場的必然趨勢 并對這一趨勢從各方面做了 分析 也為嬰兒車人性化設計提供了現實依據 第二部分著重分析物的使用者與物之間的關系 為人機設計提供理論依據 第三部分在前面的分析研究上 以人性化設計和人機設計兩個方面的設計理念 總結出產品的特性及產品的設計要素 為設計實踐提供設計依據 本文的主要創(chuàng)新點如下 1 大多數企業(yè)都忽略了成人這個隱性使用者 本文將成人的使用特點引入嬰 兒車的設計中 包括研究成人手部結構 成人使用嬰兒車時的手部特點和運動能力 分析 為嬰兒車設計提供一定的參考 2 本文將嬰兒車的設計理論從人性化設計和人機設計兩種不同的角度分析 將兩種平時容易混淆的設計理念分開論述 使嬰兒車的設計理論兼具理性和感性 為童車設計提供新的設計思維 關 鍵詞 嬰兒車 成人 互動性 人性化設計 人機設計 2 Abstract As people s living standards improve people s attention to this vulnerable group of children more and more demands on children s products is also increasing This thesis focuses stroller product areas the main discussion of baby carriages and design objects the use of theoretical research and practical investigation combination complete discussion papers and design practice By gathering information research theoretical learning perspective and as a starting point to explore infant strollers all aspects of product characteristics including physical psychological characteristics using the properties and physical characteristics of the infants and young children in the growth process is easy to overlook the behavior issues from the scale shape function color texture and other aspects of design factors stroller baby car design to make more comprehensive This study section includes about four aspects The first part of the introduction and market research can be divided into parts elaborated propositions background significance as well as the object of study and main content of the product design emphasizes stroller is the inevitable trend of the market and do an analysis of all aspects of this trend but also for stroller friendly design provides a realistic basis The second part focuses on the user analyte relationship between things provide a theoretical basis for the design of human machine The third part of the analysis in the previous research to design user friendly design and human aspects of the design concept summed up the characteristics of the product and product design elements providing design basis for the design practice The main innovations are as follows 1 Most companies have ignored this recessive adult users This article will feature the introduction of the use of adult stroller design including the structure of adult hands adult stroller hand characteristics and exercise capacity analysis stroller designed to provide a reference 2 This article will stroller design theory from human design and human design two different perspective usually easy to confuse the two design concepts are described separately so that the baby car design theory both rational and emotional for the stroller designed to provide a new design thinking Keywords Baby carriages Adult Interactive User friendly design Ergonomics design 3 目錄 摘 要 1 Abstract 2 第一張 緒論 5 1 1 研究的背景 5 1 2 研究的意義 5 1 3 研究的對象與方法 5 1 4 國外的嬰兒車產品市場調查概述 6 1 4 1 國外嬰兒車產品概述 6 1 4 2 國外幾款嬰兒車產品簡介 6 1 5 我國的嬰兒車產品市場現狀綜述 8 1 5 1 我國的嬰兒車產品市場現狀分析 8 1 5 2 我國嬰兒車市場存在的問題 8 1 6 我國市場上嬰兒車產品的分類 9 第二章 設計要求及方案 11 2 1 設計要求 11 2 2 設計方案確定 11 第三章 主要參數的選擇 12 3 1 行走速度的選定 12 3 2 搖擺頻率和幅度的選定 12 3 3 行走和搖擺所需最大功率的確定 12 3 4 電機的選定 12 3 5 離合器的選定 13 3 5 1 電磁離合器的特點 13 3 5 2 電磁離合器的工作原理 13 3 5 3 使用注意事項 14 第四章 行走傳動裝置的設計 15 4 1 計算傳動裝置的總傳動比和分配各級傳動比 15 4 1 1 傳動裝置總傳動比 15 4 1 2 分配各級傳動比 15 4 1 3 計算傳動裝置的運動和動力參數 15 4 2 齒輪設計 16 4 2 1 變速器第一組齒輪設計 16 4 4 2 2 變速器第二組齒輪設計 19 4 2 3 外傳動齒輪設計 22 4 3 軸的設計及校核 22 4 3 1 軸 的設計 22 4 3 2 軸 的設計 24 4 4 軸承的校核 27 4 5 換擋機構的設計 28 4 6 變速器的箱體和附件 29 第五章 搖擺傳動裝置的設計 30 5 1 各級傳動比的分配 30 5 2 電機 減速器開式齒輪傳動的設計 30 5 3 二級減速器的設計計算 31 5 3 1 傳動系統(tǒng)各軸的轉速 功率和轉矩計算 31 5 3 2 標準直齒圓柱齒輪的設計計算 32 5 3 3 軸的設計 38 5 4 傳動 V 帶及帶輪的設計計算 42 5 4 1 V 帶輪及 V 帶的設計 42 5 4 2 V 帶輪的結構設計 44 5 5 曲柄滑塊機構的設計 45 5 5 1 對心曲柄滑塊機構運動分析 45 5 5 2 曲軸扭矩理論計算 47 總 結 48 參考文獻 49 致 謝 50 5 第一張 緒論 1 1 研究的背景 兒童這一特殊的群體一直是受到社會各個方面關注的 從歷史上看 從來沒有 任何一個時代的兒童能對今天的社會產生如此巨大的經濟和社會影響 特別是對于 中國現在大部分的家庭來說 由于家庭結構的原因 對兒童的關注度甚高 中國的兒童人口數在世界兒童人口數中占有較大比例 中國兒童作為直接消費 者 影響市場者和主導未來市場者等多重角色 兒童產品市場蘊涵著巨大的商機 無疑給這些在經濟大洋中乘風破浪的商家們帶來了新的希望 然而 巨大的市場商 機也帶來了許多負面效果 為了滿足市場供求的需要 大量兒童產品生產出來 質 量卻難以保證 大大降低了兒童產品的安全性 給兒童身心帶來了不利的影響 有 的商家為了爭取更大的利潤空間 盲目擴大海外市場 破壞了品牌的形象 也損害 了國家的名譽 在這些產品中 產品的設計含量不高 一味的簡單模仿 抄襲 制 造商偷工減料 降低成本 企業(yè)違規(guī)現象屢禁不止 讓人不得不感慨兒童產品的明 天在哪里 兒童的身心健康誰能保證 針對這一現象 國際和國內都相繼出臺了一 系列政策加以保護這類弱勢群體的利益 對各類兒童產品企業(yè)進行抽樣檢查 召回 一些有缺陷的產品 使得兒童類產品的發(fā)展狀況有了一定的改觀 1 2 研究的意義 創(chuàng)新設計是一種設計能力的表現 是從問題的發(fā)現開始 對問題進行分析 提 出 論證 進而解決問題的過程 并能在這一過程中發(fā)現新的問題而不斷重復這一 過程 以此來推動事物的發(fā)展 產品的創(chuàng)新設計是這個時代的要求 是通過設計這 種手段達到產品百變的效果 千篇一律的產品已不能滿足現代消費者的精神需求 童車產品更是有別于成人的產品 滿足兒童消費者的需要和欲望應是每個設計者和 制造者的責任 童車產品現在大部分都是以模仿為主 雖然企業(yè)的進步都從模仿其 他企業(yè)產品開始 并且模仿在本質上也確實帶動了一些技術上的創(chuàng)新活動 但是在 未來的發(fā)展趨勢下 產品的創(chuàng)新設計是增加企業(yè)競爭力和實力的有效保障 創(chuàng)新永 遠是企業(yè)的主題 而如今 我國的童車產品不僅供應給本國的兒童使用 有些還出 口海外 簡單的抄襲國外產品已經不能適應激烈的市場經濟要求 獨特的設計創(chuàng)意 理念才能彌補我國市場經濟起步晚 產品設計滯后于其他國家的局面 中國童車制 造已不能滿足于我們 如何變中國童車制造為中國童車創(chuàng)造 如何打開童車產品設 計的突破口 提高產品的設計能力 建立良好的品牌形象已是眾多兒童產品設計者 們所思考的問題 1 3 研究的對象與方法 6 在目前的市場上 童車的種類很多 按照功能和使用者年齡的劃分大致可分為 學步車 嬰兒車 三輪車和自行車等 本篇論文以嬰兒車為主要設計對象 以探索 的方式研究嬰兒車的創(chuàng)新設計 研究的內容主要有以下兩個方面 1 嬰兒車的設計特性研究 根據市場調查部分的內容 了解市場上嬰兒車產品 已具備的各種特性和人們的不同需求 找出嬰兒車設計出現的問題 分析出嬰兒車 產品的特性要求 為人性化的嬰兒車設計奠定理論基礎 2 嬰兒車的設計要素研究 首先要對產品設計各類理論化概念進行歸納和梳理 以此對嬰兒車這類產品的要素展開研究 設計理論結合嬰兒車用戶的實際需求 才 能全面的設計出 以人為本 的產品 本文的研究方法如下 1 文獻研究法 撰寫本文的前期階段進行大量的資料查閱 包括網絡資料 一 些大型童車產品企業(yè)內部報告 市場分析報告 國內外各類產品設計理論書籍等 對這些資料進行分析和總結 2 參與觀察法 對嬰兒車產品市場進行調查 觀察用戶選擇嬰兒車產品時方向 和購買心理 采用詢問的方式了解用戶的實際需求 歸納出市場上嬰兒車產品的種 類及其構件 幫助全面了解嬰兒車產品 3 理論結合實際法 根據前面的理論內容的歸納和總結 運用到嬰兒車的設計 中 理論結合實際 確定設計方向 完成嬰兒車的設計實踐 1 4國外的嬰兒車產品市場調查概述 嬰兒車的歷史可追溯到三百年前 產生于歐洲 設計者當時是為歐洲中產階級 的婦女提供一種節(jié)省體力的工具 它的出現受到了歐洲及世界各地母親的歡迎 一 直風靡至今 以下是對國外嬰兒車設計現狀及經典產品的簡單概述 1 4 1 國外嬰兒車產品概述 在國外 制作嬰兒車產品的企業(yè)并不多 尤其是美國 制作嬰兒車產品的品牌 屈指可數 原因是由于人們對消費者權益的保護意識增強 特別是對嬰幼兒這類弱 勢群體的保護 制定了許多法規(guī)政策及技術方面的限定 也有大量問題產品招回的 案例 一旦嬰兒車產品有問題 企業(yè)是要付出巨大代價的 輕則官司纏身 重則企 業(yè)倒閉 所以在國外 童車行業(yè)是個高風險高投入的行業(yè) 另外在設計方面 國外 的嬰兒車設計堅持創(chuàng)新理念 他們認為嬰幼兒是有簡單的思維能力的 不是完全蒙 昧混沌的 所以設計必須要考慮到嬰幼兒的角度 從材料的選擇 設計的風格 裝 置的配備及工藝等各方面都有很高的要求 并且首要原則是要保護嬰幼兒身體不受 到傷害 產品質量過硬 安全性能高 生產的標準非常嚴格 1 4 2 國外幾款嬰兒車產品簡介 豪爵是 Silver Cross 公司的經典產品 是由那時杰出的發(fā)明家威廉姆 威爾遜在 英國利茲的 Silver Cross 街發(fā)明 這是他發(fā)明的第一輛最具有革命性的嬰兒車也是 由全手工打造的嬰兒車 由于它有著極為優(yōu)美的曲線和奢侈風格的完美體現 百年 7 來都受到各國皇室的青睞 精湛的工藝 堅實的底盤 手動剎車裝置 皮革減震帶 造就了其優(yōu)雅 高貴的氣質 柔和的曲線使童車整個造型象極了童話里的南瓜車 帶給人無限的遐想 Silver Cross 公司始終堅持他們的設計風格 選用最好的材料和 完美的手工藝 打造現實與童話完美統(tǒng)一的構想 它也始終代表英國革命性設計始 終如一的品質 這也是它能響譽世界的原因 圖 2 1 圖 2 1 Silver Cross 公司豪爵 Bob Revolution 運動型的嬰兒車 是一款只用輕輕著力 就能按照受力方向前 行的科技型嬰兒車 即便只用一手推行 這款嬰兒車巨大的后輪設計很輕松掌控就 能驅使車子按照規(guī)定路線行進 如果遇到顛簸不平的路面 嬰兒車獨特的可調節(jié)懸 掛系統(tǒng)可以讓嬰兒免于上下震蕩 前輪的即鎖功能 能讓嬰兒車瞬間轉化成慢跑模 式 成人就可以和孩子一起運動了 圖 2 2 圖 2 2 Bob Revolution 運動型的嬰兒車 Zooper 童車 是一個美國品牌的童車企業(yè) 也只針對美國市場的銷售 Zooper 的嬰兒車多為歐洲風格 從嬰兒的角度出發(fā)去設計 考慮他們的感受以及父母的享 受 強調高功能 高人性化設計 由于不同群體的需要 它的嬰兒車擁有多種完全 不同骨架的款式 戶外 居家都能使用 并且高功能也不失簡便輕量 極顯其專業(yè) 的能力 圖 2 3 8 圖 2 3 Zooper 童車 1 5我國的嬰兒車產品市場現狀綜述 我國嬰兒車產品的市場現狀的探討要從嬰兒車產品的市場潛力談起 因為沒有 消費就沒有生產 沒有生產那么設計也就毫無意義 從前 很少會有人把嬰幼兒歸 為消費者的行列 而如今 垂涎這塊市場的企業(yè)范圍越來越大 分析我國嬰兒車產 品市場的現狀以及這一現狀所帶來的問題 能幫助嬰兒車的設計找到變化的突破口 達到解決問題的目的 1 5 1 我國的嬰兒車產品市場現狀分析 從我國嬰兒車產品市場人口環(huán)境及經濟環(huán)境分析中可以看出 童車產品目前乃 至以后發(fā)展?jié)摿κ蔷薮蟮?據預測 在未來 15 年內 國內嬰幼兒用品市場有較穩(wěn) 定數量的目標消費群并且這個市場只開發(fā)了 20 2 由于我國長期實行計劃生育的 基本國策 我國目前大多數的家庭是 老人 父母 孩子 的簡單家庭結構 兒童是一個 家庭的核心 是小公主小皇帝 尤其是嬰幼兒階段的孩子 長輩們投入的呵護和寵 愛尤為的多 當前無論是國民收入還是居民消費水平都已經得到了較大的提高 并 且 在我國將要迎來的 嬰兒潮 中 將對嬰兒車產品的需求更大 另一方面 一個家庭孩子的數量本來就不多 隨著我國城鎮(zhèn)居民家庭孩子數量 的明顯降低 以及農村家庭對孩子觀念的改變 生活質量的提高和意識的增強 家 庭對孩子的生活質量 生活環(huán)境 生活用品的投入也越發(fā)重視 可以說新生兒一降 生 父母及周圍的親人們就為其制定出一系列的計劃 這就為童車產品活躍的市場 提供了條件 同時 也對童車產品的品質提出了要求 1 5 2 我國嬰兒車市場存在的問題 我國兒童消費每年對家庭消費額的直接影響和間接影響加起來的數字已經吸引 了許多企業(yè)的注意 這些企業(yè)中有的早已在開發(fā)全新的童車產品 有的企業(yè)是通過 調整現有的生產線來開發(fā)童車產品 有的甚至干脆轉型成為童車產品制造企業(yè) 不 論是那種 已經是成千上萬的企業(yè)都在生產童車產品 同時 中國已成為世界制造 業(yè)的加工基地 國外企業(yè)拿來樣圖 中國企業(yè)進行加工 這樣給童車企業(yè)更多的抄 9 襲模仿的機會 并且目前大多數中國童車企業(yè)都是以這樣的方式運營的 方便的利 潤模式使得中國童車企業(yè)越來越多 市場出現了魚目混珠的現象 偷工減料 制作 粗濫 功能性產品開發(fā)力度小 個性化需求滿足能力差 一個成熟的市場 比拼的 是實力 而不是僅限于價格層面的較量 中國童車品牌眾多 若因產品問題倒閉了 還可以換個品牌再來 不考慮設計 中低檔產品多 高檔和高科技含量產品少 沒 有過硬的質量檢測和試驗系統(tǒng) 沒有健全的法規(guī)制度保障 完全不能保護我國嬰幼 兒的身體健康 而在近年來多次出現的嬰兒車傷人事件來看 這種本應高投入的行 業(yè)其實是在做低投入的簡易加工而已 在嬰兒車不合格產品中 大多都存在結構不 合理 以下是問題的歸納 1 安全帶尺寸不合標準的問題 2 童車的穩(wěn)定性 材料的堅固性和承重性也不好 3 嬰兒車內嬰幼兒可以觸及到的零構件安裝不牢固或者尺寸過小 很可能會導 致嬰幼兒吞食或者造成梗塞的危險 4 嬰兒車鎖緊和保險及剎車裝置不牢固 導致嬰幼兒處于車內時意外折疊而傷 及身體 5 嬰兒車粗制濫造 與人體接觸的部分有毛刺 銳邊或者容易脫落的現象 6 嬰兒車含鉛量超標時有發(fā)生 嬰幼兒生理機能發(fā)育不完善 抵抗外界侵襲的 能力低 接觸鉛含量超標的產品會對紅細胞 腎臟等其他功能造成影響 1 6 我國市場上嬰兒車產品的分類 根據調查 市面上的嬰兒車及其功能大致可劃分為以下幾個方面 A 型推車 具有托傘功能 此車型又可稱為輕型傘把車 一般具有流行款式 輕 便的車型 配置有可以旋轉傘把的把手 操作簡單 是實用型嬰兒車 圖 2 5 圖 2 5 A 型推車 圖 2 6 B 型推車 B 型推車 具有豪華形態(tài) 雙向的推桿 可以兩面推行 輪子可以拆卸 前輪設 有定向裝置 后輪設有剎車裝置 折疊后體積小 是方便攜帶型 圖 2 6 10 C 型推車 一般具有推車功能 搖籃功能 學步車功能 一般具有優(yōu)化的結 構 方便的操作 豪華大氣的造型的特點 操作功能也比較多 圖 2 7 圖 2 7 C 型推車 D 型推車 具有并排雙人坐椅 是為雙胞胎嬰兒設計的 有的推車有換向裝置 可以使兩個孩子可相對而坐也可以相向而坐 一般此型車蓬比普通嬰兒車的車蓬要 大 形態(tài)也是大流線型設計 屬豪華型 圖 2 8 圖 2 8 D 型推車 圖 2 9 E 型推車 E 型推車 車兜可拆卸 附有超大物籃 防寒腳兜 布料厚實 有的推車還有 搖籃功能 可平行 弧型兩種擺動方式 一般輪子是可拆卸 前輪設有定向裝置 前后輪設有避震裝置 功能性 豪華性 實用性都有體現 圖 2 9 11 第二章 設計要求及方案 2 1 設計要求 實現其 行走 兩個速度 搖擺 兩功能 用同一電機 可分別控制 2 2設計方案確定 由于要實現兩速行走 故行走傳動裝置中選用兩檔變速器 為實現搖擺功能 選用曲柄滑塊機構 滑塊端與搖籃的連接 由于兩套傳動系統(tǒng)需用同一電機驅動 并要求分別控制 故兩套傳動系統(tǒng)需分 別用離合器連接 為了實現兩套傳動系統(tǒng)控制的操作簡便性 此處選用電磁離合器 具體方案如下 一個電機同時帶動一個減速器和一個二級變速箱 減速器和二級變速箱的輸入 端各有一個離合器 電磁離合器 變速箱輸出端接童車驅動輪 減速器輸出端通過 皮帶傳到童車上端 用曲柄滑塊機構實現搖籃的搖擺 12 第三章 主要參數的選擇 3 1 行走速度的選定 童車安全最重要 為實現童車仿人工手推速度 行駛速度取成年人行走速度左 右最佳 查相關資料正常成年人行走速度1 2m s 因此此次設計行走速度選定如下 行走一速 smv 8 01 行走二速 52 3 2 搖擺頻率和幅度的選定 童車的自動搖擺應與人工搖擺頻率和幅度一致 查相關資料正常成年人搖擺童 車頻率為80次 min 幅度為250mm 因此此次設計搖擺頻率和幅度選定如下 搖擺頻率 min 80次 搖擺幅度 A25 3 3 行走和搖擺所需最大功率的確定 童車的最大重量約25Kg 包含童車 嬰兒 自帶物品 行走所需最大功率應 在最大重量時以行走二速爬坡時出現 假定最大允許坡度10 1s實現 的加速 2 0v 地面阻力系數取0 1 tmvgmgP2ax 1 0cos10sin 行 走 則 w1285 215 0cos8 95 i8 925 行 走 查閱相關資料搖晃嬰兒搖籃所需推力約為 NF2 推 搖擺平均速度 取s m67 0 Av s m34 1axv 則 wFP82341max 推搖 擺 13 3 4 電機的選定 行走所需電機最大功率 w1409 098 12 31maxax1 總行 走 P 搖擺所需電機最大功率 398 6 8 432axax2總搖 擺 行走和搖擺同時進行時所需電機最大功率 w179max2a1max P 考慮到童車安全性 應選用安全電壓 36V 以內的直流電機 故選擇電機型號 如下 型號 轉矩 N mm 轉速 r min 功率 W 電壓 V 電流 A 不大于 允計順逆 轉速差 r min 110ZYT05 637 3000 200 24 13 200 3 5 離合器的選定 為了實現兩套傳動系統(tǒng)控制的操作簡便性 本設計選用電磁離合器 3 5 1 電磁離合器的特點 一是采用增加電磁離合器摩擦副徑向尺寸的單磁路來實現 如 SOMET 公司的 SM92 TM 11E 劍桿織機的離合器 就是由 SM92中的離合器采用增加徑向尺寸滿足 TM llE 中的離合器扭矩增大需求來實現的 其離合器結構可采用非金屬摩擦材料 片作為摩擦副 非金屬摩擦片與金屬摩擦 使用壽命較長 由于離合器的壽命取決 于摩擦副的使用壽命 無梭織機的可靠性取決于織機中的基礎件壽命 因此采用單 磁路方式增加離合器摩擦副直徑來增大扭矩的措施 其實質是提高了無梭織機使用 的可靠性 二是電磁離合器受無梭織機結構尺寸的限制 在離合器徑向尺寸不能增加的情 況下 運用多片電磁離合器磁通多次過片理論 采用雙磁路離合器結構 其扭矩亦 可以大為提高 滿足無梭織機扭矩增大的需要 但雙磁路中由于磁通兩次過片 摩 擦副必須選擇金屬材料 由此造成無梭織機因離合器摩擦副磨損太快 促使雙磁路 的摩擦副磨損率極高 而導致無梭織機可靠性下降 3 5 2 電磁離合器的工作原理 電磁離合器的主動部分和從動部分借接觸面間的摩擦作用 或是用液體作為傳 動介質 液力偶合器 或是用磁力傳動 電磁離合器 來傳遞轉矩 使兩者之間可 14 以暫時分離 又可逐漸接合 在傳動過程中又答應兩部分相互轉動 振動電機 倉 壁振動器 海安縣藍天機電制造有限公司目前在汽車上廣泛采用的是用彈簧壓緊的 摩擦 簡稱為摩擦離合器 電機發(fā)出的轉矩 通過飛輪及壓盤與從動盤接觸面的摩擦作用 傳給從動盤 當駕駛員踩下踏板時 通過機件的傳遞 使膜片彈簧大端帶動壓盤后移 此時從動 部分與主動部分分離 磁粉離合器摩擦應能滿足以下基本要求 1 保證能傳遞發(fā)動機發(fā)出的最大轉矩 并且還有一定的傳遞轉矩余力 2 能作到分離時 徹底分離 接合時柔和 并具有良好的散熱能力 3 從動部分的轉動慣量盡量小一些 這樣 在分離離合器換檔時 與變速器 輸進軸相連部分的轉速就比較輕易變化 從而減輕齒輪間沖擊 4 具有緩和轉動方向沖擊 衰減該方向振動的能力 且噪音小 5 壓盤壓力和摩擦片的摩擦系數變化小 工作穩(wěn)定 6 操縱省力 維修保養(yǎng)方便 3 5 3 使用注意事項 干式電磁離合器使用時禁止加入油脂 否則將導致扭矩下降 電磁離合器安裝前必須清洗干凈 去除防銹脂及雜物 電磁離合器可同軸安裝 也可以對軸安裝 軸向必須固定 主動部分與從動 部分均不允許有軸向竄動 對軸安裝時 主動部份與從動部份軸之間同軸度應不大 于0 lmm 濕式電磁離合器工作時 必須在摩擦片間加潤滑油 潤滑方式采用 1 分澆油潤 滑 2 油浴潤滑 其浸入油中的部分約為離合器體積的5倍 3 軸心供油潤滑 在高 速和高頻動作時應采用軸心供油方法 牙嵌式電磁離合器安裝時 必須保證端面齒之間有一定間隙 使空轉時無磨齒 現象 但不得大于 值 電磁離合器及制動器為 b 級絕緣 正常溫升40 極限熱平衡時的工作溫度不 允許超過100 否則線圈與摩擦部分容易發(fā)生破壞 電源及控制線路 離合器電源為一般為直流24伏 特殊定貨除外 它由三相 或單相交流電壓經降壓和全波整流得到 無穩(wěn)壓及濾波要求 電源功率要大于電磁 離合器額定功率1 5倍以上 使用半波整流電源必須加裝續(xù)流二極管 15 第四章 行走傳動裝置的設計 4 1計算傳動裝置的總傳動比和分配各級傳動比 4 1 1 傳動裝置總傳動比 min 14302 3560i 7 82211 rDvn 車 輪車 輪 車 輪車 輪 1 243 972211 電 機車 輪總 電 機車 輪總 nii 4 1 2 分配各級傳動比 若外傳動 電機 變速器 變速器 車輪 傳動比取 1 則變速器兩速傳動比分別別為 2931 總總i 4 1 3 計算傳動裝置的運動和動力參數 1 各軸轉速 軸 n 3000 r min 軸的兩個輸出速度 n 764 3r min 193 n 1433r min2 2 各軸功率 軸 P P 140 0 98 0 99 135 8w 0離齒 軸 P P 135 8 0 99 0 98 131 8w 1軸 齒 3 各軸扭矩 16 電動機軸 T 9550 9550 445 7mN m0mnP03014 軸 T 9550 9550 432 3mN m1 18 5 軸 T 9550 9550 1646 9mN m1 1nP3 764 T 9550 9550 878 4mN m228 將以上計算的運動和動力參數列表 軸名 參數 電動機軸 軸 軸 764 3轉速 n 1mir 3000 3000 1433 功率 P w 140 135 8 131 8 1646 9扭矩 T mN m 445 7 432 3 878 4 1 3 93傳動比 i 2 1 4 2齒輪設計 4 2 1 變速器第一組齒輪設計 一 要求分析 1 使用條件分析 傳遞功率 P1 135 8w 主動輪轉速 n1 3000r min 齒數比 130 9764u 轉矩 T1 432 2 mN m 圓周速度 4m sv 2 設計任務 確定一種能滿足功能要求和設計約束的較好的設計方案包括 一組基本參數 m z1 z2 x1 x2 17 主要幾何尺寸 d1 d2 a 等 二 選擇齒輪材料 熱處理方式 1 選擇齒輪材料 熱處理方式 按使用條件 屬于中速 中載 重要性和可靠性一般的齒輪傳動 可選用軟齒面齒 輪 具體選用 小齒輪 45 號鋼 調質處理 硬度為 230 255HBS 大齒輪 45 號鋼 正火處理 硬度為 190 217HBS 2 確定許用應力 1 確定極限應力 和 limH 1liF 齒面硬度 小齒輪按 230HBS 大齒輪按 190HBS 參 1 圖 3 16 得 580Mpa 550 Mpali1 lim2F 參 1 圖 3 17 得 220Mpa 210 MpalimH li 2 計算應力循環(huán)次數 N 確定壽命系數 Z Y N1 60an1t 60 1 3000 5 365 4 1 31 109 N21 1UN8 9103 N22 8 924 6 參 1 圖 3 18 ZN1 ZN2 1 參 1 圖 3 19 YN1 YN2 1 3 計算許用應力 參 1 表 3 4 取 S 1 S 1 4minHinF 參 1 式 3 11 得 MP li11mn580NHPZS MPlim2250NHPz 參 1 由式 3 12 得lim1n02134 8 FSTNPYMP 18 lim22n1023 4FSTNPYMP Y 試驗齒輪的應力修正系數 按國家標準取 Y 2 0ST ST S 為彎曲強度計算的最小安全系數 取 1 4 lim2F 三 初步確定齒輪的基本參數和主要尺寸 1 選擇齒輪類型 根據齒輪傳動的工作條件 中速 中載 可選用直齒圓柱齒輪傳動 2 選擇齒輪精度等級 按估計的圓周速度 由 1 表 3 5 初步選用 8 級 3 初選參數 初選 Z 20 Z Z U 20 3 93 78 6 取整為 79 121 4 初步計算齒輪的主要尺寸 可用式由 1 3 16 或式 3 18 初步計算出齒輪的分度圓直徑或模數 由 于選用軟齒面齒輪的方案 其齒面強度相對較弱些 故按式 3 16 式較合理 用 式 3 16 計算 d1 還首先確定系數 K Z Z ZHE 2212 51736 03 2648FasFY 因電動機驅動 工作載荷平穩(wěn)查表 3 1 得 KA 1 取 Kv 1 1 因非對稱布置 軸 的剛性較小 取 KB 1 13 Ka 1 2 K KA KB Ka 1 1 1 1 13 1 2 1 492 由圖 3 11 查得 Z 2 5H 查表 3 2 得 取 0 85 取 1 0 5 參 2 p417E189 MpaZ d d 1di 由此可初步計算出齒輪的分度圓直徑 d1 m 等主要參數和幾何尺寸 d1 213HEPdZKTU 23 589 05 4932 911 11 3mm 19 m 1 30562dZ 按表 3 7 取標準模數 m 0 6 則 a m 0 6 20 79 59 4mm 取整為 60mm 此時 Z2 80 12 修改直徑 d1 mz 0 6 20 12mm130 41 8 66ndms 2 8mz 12db 2 5 2 315m 5 驗算輪齒彎曲強度條件 參 1 圖 3 14 得 Y 1Fa2 82 5Fa 參 1 圖 3 15 得 6s17s 計算彎曲應力 1221 493 258 60 43 806FFaskTYbdm 221 784 5asFF 故安全 4 2 2 變速器第二組齒輪設計 一 要求分析 1 使用條件分析 傳遞功率 135 8w 1P 主動輪轉速 n1 3000r min 齒數比 230 14u 轉矩 T1 432 2 mN m 圓周速度 4m sv 2 設計任務 確定一種能滿足功能要求和設計約束的較好的設計方案包括 一組基本參數 m z1 z2 x1 x2 20 主要幾何尺寸 d1 d2 a 等 二 選擇齒輪材料 熱處理方式 1 選擇齒輪材料 熱處理方式 按使用條件 屬于中速 中載 重要性和可靠性一般的齒輪傳動 可選用軟齒面齒 輪 具體選用 小齒輪 45 號鋼 調質處理 硬度為 230 255HBS 大齒輪 45 號鋼 正火處理 硬度為 190 217HBS 2 確定許用應力 1 確定極限應力 和 limH 1liF 齒面硬度 小齒輪按 230HBS 大齒輪按 190HBS 參 1 圖 3 16 得 580Mpa 550 Mpali1 lim2F 參 1 圖 3 17 得 220Mpa 210 MpalimH li 2 計算應力循環(huán)次數 N 確定壽命系數 Z Y N1 60an1t 60 1 3000 5 365 4 1 31 109 N21 1UN8 9103 N22 8 924 6 參 1 圖 3 18 12NZ 參 1 圖 3 19 Y 3 計算許用應力 參 1 表 3 4 取 S 1 S 1 4minHinF 參 1 式 3 11 得 MP lim1n580HNPZS MPli22mHPz 參 1 由式 3 12 得 21 lim11n20134 28 FSTNPYMP li22mn FSTP Y 試驗齒輪的應力修正系數 按國家標準取 Y 2 0ST ST S 為彎曲強度計算的最小安全系數 取 1 4 lim2F 三 初步確定齒輪的基本參數和主要尺寸 1 選擇齒輪類型 根據齒輪傳動的工作條件 中速 中載 可選用直齒圓柱齒輪傳動 2 選擇齒輪精度等級 按估計的圓周速度 由 1 表 3 5 初步選用 8 級 3 初選計算齒輪的主要尺寸 可用式由 1 3 16 或式 3 18 初步計算出齒輪的分度圓直徑或模數 由于用軟齒面齒輪的方案 其齒面強度相對較弱些 故按式 3 16 較合理 用式 3 16 計算 d1 時 還需首先確定系數 K Z Z ZHE 因電動機驅動 工作載荷平穩(wěn)查表 3 1 得 1 取 Kv 1 1 因非對稱布置 軸AK 的剛性較小 取 1 13 Ka 1 2 則 K Ka 1 1 1 1 13 BK vB 1 2 1 492 由圖 3 11 查得 Z 2 5H 查表 3 2 查得 ZE 189 Mpa 取 0 88 取 0 27 0 5 參 2 p417 d d 1di 由此可初步計算出齒輪的分度圓直徑 d1 m 等主要參數和幾何尺寸 d1 213HEPdZKTU 23 589 0 4932 1 06 13mm 由一組齒輪已確定中心距 a 60mm 22 adu21 12 求得 圓整取 md65 40 35 91 md40 211 取模數 m 0 5 齒數 802 1 mdz 齒寬 2 5 21 612dbm 12b 135m 6 驗算輪齒彎曲強度條件 參 1 圖 3 14 得 Y 2 063 1Fa2Fa 參 1 圖 3 15 得 93s 1 8s 計算彎曲應力 1 1221 4 2063 972 55FFas FpkTYbdm 221 9 198asFF 故安全 4 2 3 外傳動齒輪設計 4 2 3 1 電機 變速器齒輪設計 計算方法與上述相同 結合變速器總成和減速器總成安裝尺寸同理可得 maBz341568 021 4 2 3 2 變速器 車輪齒輪設計 計算方法與上述相同 結合變速器總成和車輪軸成安裝尺寸同理可得 maBz901821 4 3軸的設計及校核 23 4 3 1 軸 的設計 一 選擇軸的材料 初選 45 號鋼 經正火處理 其機械性能由資料 1 131 頁表 6 1 查得 查 141 頁表 6 4 得 60Mpa 二 初計算軸徑 選 C 110 33min0 158 92PdCm 考慮到軸上鍵槽影響 將其直徑擴大 4 5 選為 5mm 初選 624 型深溝球 軸承 其尺寸 根據軸上零件的定位 加工要求以及不同的零件7248DB 裝配方案 參考軸的結構設計的基本要求 可確定軸的各段尺寸 得出如圖 5 1 所 示結構形式 套筒 左端軸承從左端裝入 而右端軸承從右端裝入 甩油環(huán)和齒輪 在安裝套杯之后從軸的右端裝入 三 按彎矩合成校合 1 畫受力簡圖 5 1 中 b 將軸上作用力分解為垂直面受力圖 c 和水平受力圖 d 分別求出 垂直面上的支反力和水平面的支反力 對于零件上的分布載荷或轉矩當作集中力作 用于軸上零件的寬度中點 對于支反力的位置 隨軸承類型和布置方式不同而異 2 軸上受力分析 軸傳遞的轉矩 612 789 50490Tnm 齒輪的圓周力 由資料 1 57 頁公式 3 1 246 75tFNd 齒輪的徑向力 由資料 1 57 頁公式 3 1 tan14 6tan20416 9r N 3 計算作用軸上的支反力 垂直平面內支反力 915 4HAFN 397 HBF 水平面內支反力 27 6VA285 64VBN 4 計算軸的彎矩 并畫彎 轉矩圖 如圖 5 1 所示 分別作水平出面和垂直面上的彎矩圖 e f 并按 進行合2HVM 24 成 畫轉矩圖 g 5 計算并畫出當量彎矩圖 轉矩按脈動循環(huán)變化計算 取 則0 6 0 619371TNmNm 按 計算 并畫出當量彎矩圖 h 22caMT 6 校核軸的強度 根據軸的結構尺寸和當量彎矩圖可知 A 即支點 A 處 截面彎矩最大 且截面也 非最大 屬于危險截面 其余截面相對而言是安全面 A 截面處當量彎矩為 225403caMTNm 強度校核 考慮鍵槽的影響 參 1 附表 6 8 計算 23 3 892abtdWmbt 330 1 56bc421 8 9accMMPa 1acb 故安全 4 3 2 軸 的設計 一 選擇軸的材料 初選 45 號鋼 經正火處理 其機械性能由資料 1 131 頁表 6 1 查得 查 141 頁表 6 4 得 55MPa 二 初計算軸徑 選 C 110 33min0 187 5PdCm 考慮到軸上鍵槽影響 將其直徑擴大 4 5 選為 8mm 又考慮到使用時間長 的因素將直徑定為 10mm 初選 60202 型深溝球軸承 其尺寸 1039dDB 根據軸上零件的定位 加工要求以及不同的零件裝配方案 參考軸的結構設計的基 本要求 可確定軸的各段尺寸 得出如圖 5 1 所示結構形式 套筒 左端軸承從左 端裝入 而右端軸承從右端裝入 甩油環(huán)和錐齒在安裝套杯之后從軸的右端裝入 三 按彎矩合成校合 1 第一對齒輪嚙合時的受力 由于軸上三個齒輪不是同時嚙合 故以下分別進 25 行計算 1 畫受力簡圖 5 1 中 b 將軸上作用力分解為垂直面受力圖 c 和水平受力圖 d 分別求出垂直面上 的支反力和水平面的支反力 對于零件上的分布載荷或轉矩當作集中力作用于軸上 零件的寬度中點 對于支反力的位置 隨軸承類型和布置方式不同而異 2 軸上受力分析 嚙合軸傳遞的轉矩 該齒輪在軸的中間 且彎612 789 501503Tnm 扭和矩最大 齒輪的圓周力 由資料 1 57 頁公式 3 1 210698 75tTFNd 齒輪的徑向力 由資料 1 57 頁公式 3 1 tan69 tan208 6r N 3 計算作用軸上的支反力 垂直平面內支反力 26 VAFN 46 315VBF 水平面內支反力 7 HA2 HB 4 計算軸的彎矩 并畫彎 轉矩圖 如圖 3 所示 分別作水平出面和垂直面上的彎矩圖 e f 并按 進行合2HVM 成 畫轉矩圖 g 5 計算并畫出當量彎矩圖 轉矩按脈動循環(huán)變化計算 取 則0 6 0 6715435TNmNm 按 計算 并畫出當量彎矩圖 h 22caMT 6 校核軸的強度 根據軸的結構尺寸和當量彎矩圖可知 A 即支點 A 處 截面彎矩最大 且截面也 非最大 屬于危險截面 其余截面相對而言是安全面 A 截面處當量彎矩為 226357 caMTNm 強度校核 考慮鍵槽的影響 參 1 附表 6 8 計算 26 23 3 69852abtdWcmbt 330 14 875b61 9 2accMPa 故安全 1acb 2 第二對齒輪嚙合時的受力情況 1 畫受力簡圖 5 1 中 b 將軸上作用力分解為垂直面受力圖 c 和水平受力圖 d 分別求出垂直面 上的支反力和水平面的支反力 對于零件上的分布載荷或轉矩當作集中力作用于軸 上零件的寬度中點 對于支反力的位置 隨軸承類型和布置方式不同而異 2 軸上受力分析 軸傳遞的轉矩 該齒輪在軸的中間 且彎扭和612 789 50410Tnm 矩最大 齒輪的圓周力 由資料 1 57 頁公式 3 1 2106987 1tFNd 齒輪的徑向力 由資料 1 57 頁公式 3 1 tan72 3tan023 r N 3 計算軸的支反力 垂直平面內支反力 120 VAFN 103VBF 水平面內支反力 37 HA6 8HBN 4 計算軸的彎矩 并畫彎 轉矩圖 如圖 4 所示 分別作水平出面和垂直面上的彎矩圖 e f 并按 進行合2HVM 成 畫轉矩圖 g 5 計算并畫出當量彎矩圖 轉矩按脈動循環(huán)變化計算 取 則0 6 0 64710284TNmNm 27 按 計算 并畫出當量彎矩圖 h 22caMT 6 校核軸的強度 根據軸的結構尺寸和當量彎矩圖可知 A 即支點 A 處 截面彎矩最大 且截面也 非最大 屬于危險截面 其余截面相對而言是安全面 A 截面處當量彎矩為 2270618 caMTNm 強度校核 考慮鍵槽的影響 參 1 附表 6 8 計算 23 3 6952abtdWmbt 330 14 875bc619 2 acMMPa 1acb 故安全 4 4軸承的校核 軸承所需壽命 10 300 8h 24000hhL 以 624 的校核為例 查資料 3 表 14 3 得 1520rCN 012r 由資料 1 200 頁表 8 8 地 1 0 軸承所受載荷平穩(wěn) pf 一 計算派生軸向力 1S2 由資料 1 201 頁表 8 9 查得 624 型軸承的派生軸向力為 S 0 5 則rF 可求得左 右軸承的派生軸向力分別為 110 5 45 9207rSFN 28 220 5 498 5249 6rSFN 二 計算軸承的軸向載荷 因為 并由圖 6 1 分析知 左軸承被壓緊 而右2107aS 軸承被放松 由此可得 1249 6aAFN 249 6aFSN 三 計算當量載荷 10 0 38aC 由資料 1 表 8 7 得 0 5507 1e11249 65arFe 查資料 2 表 8 7 得 0 44 1 4525 由此可得1X1Y 111praPfXFY 045 9429 654N 右軸承 20 6 038arFC 由資料 1 表 8 7 得 0 5507 2e2207 41598arFe 查資料 1 表 8 7 得 1 0 由此可得2X2Y 22praPfXFY 0498 50 6498 5N 四 軸承壽命 計算hL 因 故校核左軸承的壽命 12P 3660102450 15hCLhnp hL 4 5換擋機構的設計 29 滑移齒輪的定位系統(tǒng)是換擋機構的設計的關鍵 變速箱是通過定位系統(tǒng)來實現 其變速的 如下圖 圖 6 所示 為遙控操作方便采用電磁鐵驅動換擋撥叉移動滑 移齒輪實現換擋 換擋機構由 電磁鐵 換擋軸 換擋撥叉 定位鎖緊機構 彈簧 壓緊鋼球 組成 圖6 4 6變速器的箱體和附件 一 潤滑與密封 一 潤滑 齒輪采用浸油潤滑 當齒輪圓周速度 時 圓柱齒輪浸入油的深度約一smv 12 個齒高 三分之一齒輪半徑 大齒輪的齒頂到油底面的距離 30 60mm 滾動軸承 的潤滑 考慮箱體結構可選用脂潤滑 潤滑油的選擇 齒輪潤滑 考慮到該裝置用于小型設備 選用 L AN15 潤滑油 箱體潤滑 考慮到箱體的結構 選用脂潤滑 二 密封 防止外界的灰塵 水分等侵入軸承 并阻止?jié)櫥瑒┑穆┦?一 箱體 用來支持旋轉軸和軸上零件 并為軸上傳動零件提供封閉工作空 間 防止外界灰砂侵入和潤滑逸出 并起油箱作用 保證傳動零件嚙合過程良好的 潤滑 材料為 HT200 二 附件 包括換檔機構 軸承蓋 油標 放油孔及放油螺塞起吊裝 軸承蓋 根據結構要求采用嵌入式軸承蓋各尺寸由 3 表 4 13 查得 放油孔及放油螺塞 為排放變速箱箱體內污油和便于清洗箱體內部 在箱座油 池的最低處設置放油孔 箱體內底面做成斜面 向放油孔方向傾斜 1 2 使油易于 30 流出 由 3 表 15 7 和 15 8 查得 第五章 搖擺傳動裝置的設計 5 1各級傳動比的分配 現 在 對 傳 動 比 進 行 分 配 總 傳 動 比 為 5 3780 曲 柄電 機總 ni 取 V 帶 傳 動 的 傳 動 比 為 2 Vi 取 外 傳 動 電 機 減 速 器 齒 輪 傳 動 的 傳 動 比 為 2 齒i 則 減 速 箱 二 級 齒 輪 傳 動 的 總 傳 動 為 375 9 齒總減 iiV 為 了 便 于 二 級 圓 柱 齒 輪 減 速 器 采 用 浸 油 潤 滑 當 二 級 齒 輪 的 配 對 的 材 料 相 同 齒 面 硬 度 HBS 350 齒 寬 系 數 相 等 時 考 慮 齒 面 接 觸 強 度 接 近 相 等 的 條 件 取 高 速 級 傳 動 比 為 則 取12i i 49 37 1 5 312 i 低 速 級 傳 動 比 為 32i 1 68 7 5 2電機 減速器開式齒輪傳動的設計 由 第 四 節(jié) 已 知 小 齒 輪 mBzm15305 1 而 外 傳 動 電 機 減 速 器 齒 輪 傳 動 的 傳 動 比 為 2 齒i 故大齒輪 z6 22 ma5 中 心 距 6 驗算輪齒彎曲強度條件 參 1 圖 3 14 得 Y 2 063 1Fa2Fa 31 參 1 圖 3 15 得 1 93saY 21 8sa 計算彎曲應力 1 122 46 703 973 895FFas FpkTbdm 故滿足要求221 2 031 9784 asF FpFY 5 3二級減速器的設計計算 5 3 1 傳動系統(tǒng)各軸的轉速 功率和轉矩計算 由于搖擺過程中容易出現過載 故如下計算按照電機最大功率進行 以防止損 壞傳動系統(tǒng) 0 軸 電 動 機 軸 n0 3000r min P0 0 2Kw T0 636 67N mm 95 1 軸 減 速 器 高 速 軸 10in in 502r 0 PKW194 8 9 mNnT 275069511 2 軸 減 速 器 中 速 軸 in 428 3012ri 0 194 0 99 0 98 0 1883Kw 3212 PmNnT 41957 28095022 3 軸 減 速 器 低 速 軸 in 608 23rin 0 1883 0 99 0 98 0 183Kw 423 P 32 mNnPT 2 10946 8395033 4 軸 曲 柄 軸 n4 n3 80 r min 0 183 0 99 0 96 0 174Kw 53 NnPT 1 27944 5 3 2 標準直齒圓柱齒輪的設計計算 根據工作條件 一般用途的減速器采用閉式軟齒面?zhèn)鲃?提升機為一般工作機械 速度不高 選用 8 級精度 此減速器采用二級傳動 兩對齒輪的傳動比都不大 所以 選用小齒輪用同一種材料 大齒輪用同一種材料 材料選擇 小齒輪 45r 調質處理 HBS 2801 大齒輪 45 鋼 調質處理 HBS 2402 兩齒輪齒面硬度差為 40HBS 符合軟齒面?zhèn)鲃拥脑O計要求 根據設計要求 高速級齒輪 輸入功率為 0 194KW 小齒輪轉速為 1500r min 傳動比為 3 5 低速級齒輪 輸入功率為 0 1883KW 小齒輪轉速為 428 57r min 傳 動比為 2 68 工作壽命 5 年 每年工作 365 天 5 3 2 1 高速級齒輪的設計 1 確定齒數 小齒輪齒數 20 大齒輪齒數 i 3 5 20 701Z2Z1 2 按按齒面接觸強度設計 d 2 32 13 21 HEduTKt 1 確定公式