玩具汽车的传动小设计分析.pdf

玩具汽车的传动小设计 摘要：在 20 世纪开始，随着以玩具促进孩子成长的思潮的兴 起，具有启蒙或是开发儿童智力的玩具开始成为玩具市场的主流产 品。与此同时，人们开始将新的动力电，应用于玩具汽车中。因此 玩具汽车成了最精致的玩具之一，它不仅在儿童中流行， 同时也深受 许多成年人的喜爱。 这些玩具汽车不仅可以对汽车外形进行改造甚至 可以根据需要对玩具汽车内部结构进行少量的改造而达到预期目 的。 关键词：玩具汽车；传动设计；减速器 1、社会背景 今市面上的遥控玩具汽车的驱动形式大致可分为四轮驱动和二 轮驱动。因此四轮驱动的遥控玩具汽车结构相对于二轮驱动而言更为 复杂，并且其转向机构的设计也十分复杂，设计难度也十分大。 虽然在现实生活中许多轿车都是运用前轮驱动的结构，但是对于 玩具汽车而言， 由于设计成本和设计结构及其批量生产要求，所以目 前大多数中低端档次的遥控玩具汽车都使用的是后轮驱动结构。因为 采用后轮驱动的方式可以将转向与动力驱动结构分开设计，及前轮进 行转向后轮进行驱动。 因此相对前轮驱动而言汽车内部结构就相对容 易的多了，并且所需要的零件也将减少从而可以节省设计成本和生产 成本。又因为玩具汽车与实际生活中的汽车并不完全相同，在实际操 作时玩具汽车并不需要考虑汽车内部设计和空间的容纳量大小，因此 大多遥控玩具车都采用后轮驱动的设计机构。 2、设计思想 2、1 驱动方式的选择 由于个人自身能力有限， 所以无法自行设计出像欧美那些所谓的 高端玩具汽车，因此本次设计根据自身的实际水平决定使用二轮驱动 中的后轮驱动方式来驱动遥控玩具汽车，并且驱动力将通过二级齿轮 减速器来传递。 2、2 动力源的分析与选择 由于设计的玩具汽车体积较小，且主要适用对象是儿童， 所以动 力机构必须小巧轻便， 且所需的动力能源也必须容易得到。因此动力 机构选小型的 M 型电动机。 在遥控玩具汽车上所用的各种传动电动机中，直流电动机的效率 比较来说相对较低，但它使用很方便，几节电池就可以搞定；考虑到 设计的玩具车产品生产对象是大规模批量生产，必须结构简单， 制造 容易，且成本低廉，所以只能通过更换电池来达到其供电要求，因而 选择使用直流电动机 随着现代科学的高速发展，电池种类繁多，各有优点。常见的有 干电池、燃料电池、锂电池、太阳能电池等。在考虑到现实生活的实 用性和性价比， 干电池和锂电池就自然成了理想的动力源。而再考虑 到电池的耐用性，持久性， 可多次使用和等因素，锂电池便成为了玩 具汽车最佳的动力源。 总设计思想即通过电池产生电力，进而驱动小型电动机转动， 之后再经二级齿轮减速箱传递动力到后车轮上而驱动玩具汽车运动。 3、减速器设计 因为本次设计的减速器为二级减速器所以决定将减速器结构设 置为如图 1。 图 1 查相关资料了解到M 系列直流电动机中的M20262 和 M28 231 满足要求。 若取 M20262 则遥控玩具汽车的总传动比： 总=11.1I nn=11.1 若取 M28231 则玩具遥控汽车的总传动比： 总 =5.5 I 因为二级齿轮减速器传动比一般在840 故选取 M20262 电动 机为驱动机构。 由于本次设计的减速器为二级减速器，所以可初定： 高低 =1.3 ii 又由 总 =11.1 i 可得： 高 =3.7 i低 =3.0 i 3、1 高速齿轮的设计 在高速轴上的塑料齿轮的齿数一般为4 齿或者 8 齿，因此为了机 构在传动过程中能够稳定，我们选用8 齿的齿轮。则： 中高高 =83.730 iZZ 初选高速齿轮与中速齿轮间距为a=10mm则： 高中 m2/()=210/(8+30)=0.52a ZZ 故查资料，由圆柱齿轮标准模数系列表，取塑料齿轮模数为 m=0.6 则由此得高速齿轮分度圆直径为： 高高 =m=4.8mm d Z 中速齿轮分度圆直径为： 中中 =m=18mm d Z 则两齿轮的最终确定中心距为： 12 a=m(+)/2=11.4mm Z Z 在对高速齿轮进行强度校核后，查圆柱齿轮的齿宽系数d 可知 对于非金属齿轮可取 d=0.51.2。所以取 d=1.2则高速齿轮的齿厚 为： 高高 =1.24.8=5.76mm b d d 因此中速齿轮的齿厚可取： 中 =2mm b 。 由上述数据进行画图分析可得这对齿轮完全满足设计要求。 由此可知齿数 Z=8的齿轮的基本参数为： da=m×(z+2ha)=0.6×(8+2 ×1)=6mm d=m ×z=0.6 ×8=4.8mm dn=m×(z-2ha-2c*)=0.6×(8-2 ×1-2 ×0.25)=3.3mm b=5.76mm 对于齿数 Z=30的齿轮的基本参数为： da=m×(z+2ha)=0.6×(30+2 ×1)=19.2mm d=m ×z=0.6 ×30=18mm dn=m×(z-2ha-2c*)=0.6×(30-2 ×1-2 ×0.25)=16.5mm b=2mm 由此可得高速齿轮与中速齿轮的三维造型如图2、图 3。 图 2 高速齿轮图 3 中速齿轮 3.2.低速齿轮设计 当高速齿轮带动中速齿轮旋转后，中速轴上的主动齿轮也将带 动低速轴旋转从而形成低速传递部分。同时为了方便生产可以将中速 轴上的从动齿轮与主动齿轮合并变为双联齿轮零件。 对于低速传递部分，可初选两齿轮的中心距a=12mm，由模数为 m=0.6，传动比为 i=3 得： 中 低中 2m2 12 =10 (1)0.6 (1 3) =3=30 Z mi ZZ 因此两齿轮最终的中心距为： 中 低 ) 0.6 (10 30) =12 22 ( m amm ZZ 中速齿轮的分度圆直径为： 中中 =0.6 10=6mmm dz 低速齿轮的分度圆直径为： 低低 =0.6 30=18mmm dz 在对高速齿轮进行强度校核后，查圆柱齿轮的齿宽系数d 可知 对于非金属齿轮可取 d=0.51.2。 所以取 d=1.0，则高速齿轮的齿 厚为： 中 b=1 6=6mmd d 因此中速齿轮的齿厚可取： 低 =3mm b 。 由上述数据进行画图分析可得这对齿轮完全满足设计要求。 由此可知齿数 Z=10的中速齿轮的基本参数为 中中 中中 * 中中 中 =m(+2ha) 0.6 (10 2 1)7.2 =m=0.6 10mm6 =m(-2ha 2 )0.6 （10-2 1-2 0.25）mm=4.5mm =6mm a n mmmm mm c dz dz dz b 对于齿数 Z=30的低速齿轮的基本参数为： 低低 低低 * 低低 低 =m(+2ha) 0.6 (302 1)19.2 =m=0.6 30mm18 =m(-2ha 2 )0.6 （30-2 1-2 0.25）mm=16.5mm =3mm a n mmmm mm c dz dz dz b 因为中速齿轮为双联齿轮， 因此对中速齿轮进行三维造型的修改， 所得三维造型图如图4、图 5。 图 4 中速双联齿轮图 5 低速轮 3、3 玩具车减速器轴的设计 对于高速轴由于它是电动机的一部分所以无需设计，因此可以 从固定中速双联齿轮的中速轴开始设计。对于中速轴由于采用45 合 金钢，并且采用过渡配合的配合方式，所以受扭矩影响较小，可不必 考虑。对于低速轴由于采用45 合金钢，并采用过盈配合的配合方式， 所以必须考虑扭转对轴的影响。 3、4 减速箱外壳设计 通过对前面关于齿轮和轴的设计， 再结合现有玩具汽车的减速箱 结构设计与电动机的尺寸大小， 可以做出减速箱底的三维造型如图6。 图 6 减速箱箱底 根据下盖结构和电动机的尺寸， 可以随之设计出上盖及其装配的 三维造型图。因此减速箱的内置装配三维造型图如图7 所示 图 7 减速箱齿轮装配图 对于遥控玩具汽车底座的后端，最主要的作用是装配减速箱。 但 是考虑到材料的成本和生产的效率问题，可以将减速箱与底座相结 合，使得底座与减速箱合为一体，及将减速箱的外形及其尺寸直接运 用到遥控玩具汽车的底座上， 并将减速箱与玩具汽车底座的中间部分 连接在一起。这样设计的另一个好处在于装配时也将节省下很多的成 本，并且在工厂的玩具小车车装配流程中也可以节省工人们很多的时 间，从而提高生产的效率。 4、设计总结 通过这次设计， 不仅强化了所学习的专业知识，同时也加强了将 所学的知识运用到实际问题中的能力，锻炼了分析和解决实际生产问 题的能力，在这次设计的过程中， 发现了许多曾经忽略的缺点并及时 的改正了，同时也在设计过程中学习到了许多优秀的设计思路和设计 方法，也在不知不觉中提高了自己的设计水平。由于在设计的过程中 需要大量的运用到设计手册设计标准、规范的画图标准及其相对应的 资料数据，因此在进行设计过程中，我对相关数据的了解、碰到具体 问题需要的文献资料、及绘图能力都有了相当大的提升。 本次设计，虽然我查阅了大量的相关资料，并尽我所能，以严格 端正的态度完成了这次设计， 但毕竟能力有限，必然会存在不少问题。 因此，希望各位老师多多指导，批评指正。 参考文献 1 郑文纬，吴克坚 .机械原理 M. 北京：高等教育出版社， 1997.7 2 塑料齿轮设计精要 : 宝理公司提供的 Duracon(夺钢)品牌 3 濮良贵，纪名刚. 机械设计 M. 8 版. 北京 :高等教育出版 社, 2011.11. 4 刘鸿文主编 . 材料力学 M. 4 版. 北京：高等教育出版社， 2008.12. 5 丛晓霞主编 . 机械设计课程设计 M. 北京：高等教育出版社， 2010.8