畢業(yè)論文終稿-玩具遙控汽車結構設計[下載送CAD圖紙 全套打包資料]

需要CAD圖紙，Q咨詢414951605或1304139763圖紙預覽請見文檔前面的插圖，原稿更清晰，可編輯摘要本文首先對玩具遙控車的國內為發(fā)展現(xiàn)狀做了介紹，同時根據(jù)設計要求對玩具遙控車的整體方案進行了分析，包括幾何尺寸、驅動芯片的選擇和程序的編制。然后從玩具遙控車性能要求的角度出發(fā)，分別對玩具遙控車的運動方式、模型結構和車體成型方式做了比較，最終確定了非完整約束輪驅四移動結構模型后輪同軸驅動，前輪轉向的玩具遙控車。文章對玩具遙控車硬件結構做了詳細的可行性分析及設計，并且做了相應的計算、校核，主要包括驅動輪電機和轉向輪電機的選擇及其驅動電路的設計；齒輪的設計計算和校核；前后減震系統(tǒng)以及轉向機構設計和車體的一些機械結構設計等。并且針對本設計所研究的玩具遙控車，設計了驅動模塊。最后，本文對所作研究和主要工作進行了總結，并將設計的玩具遙控車的結構進行聯(lián)合調試。實驗結果表明，該系統(tǒng)性能穩(wěn)定、可靠，可控制性高，安全性高，達到了本設計的設計要求。關鍵詞玩具遙控車；硬件結構；驅動電路；驅動模塊需要CAD圖紙，Q咨詢414951605或1304139763圖紙預覽請見文檔前面的插圖，原稿更清晰，可編輯ABSTRACTFIRSTLY,THEDOMESTICTOYREMOTECONTROLCARSFORTHECURRENTDEVELOPMENTISINTRODUCED,ANDACCORDINGTOTHEDESIGNREQUIREMENTSOFTHEOVERALLSCHEMEOFREMOTECONTROLLEDTOYVEHICLEAREANALYZED,INCLUDINGTHESELECTIONANDCOMPILATIONOFPROGRAMSIZE,THEDRIVINGCHIPTHENFROMTHEPERSPECTIVEOFTHEPERFORMANCEOFREMOTECONTROLLEDTOYS,DOEXERCISE,RESPECTIVELYONTOYREMOTECONTROLCARBODYMODELSTRUCTUREANDFORMINGMETHOD,ANDULTIMATELYDETERMINETHEFOURWHEELDRIVEDRIVENNONHOLONOMICMOBILESTRUCTUREMODELREARWHEELCOAXIAL,REMOTECONTROLLEDTOYVEHICLEWITHFRONTWHEELSTEERINGTHISPAPERMADEAFEASIBILITYANALYSISANDDETAILEDDESIGNOFTHEREMOTECONTROLLEDTOYVEHICLEHARDWARESTRUCTURE,ANDTHECORRESPONDINGCALCULATION,CHECKING,MAINLYINCLUDESWHEELDRIVINGMOTORANDSTEERINGWHEELMOTORANDITSDRIVINGCIRCUITDESIGNDESIGNANDCHECKGEARBEFOREANDAFTERTHESHOCKABSORBERSYSTEMANDVEHICLESTEERINGMECHANISMDESIGNANDSOMEMECHANICALSTRUCTUREDESIGNETCANDFORTHEREMOTECONTROLLEDTOYVEHICLERESEARCHOFTHISDESIGN,THEDRIVEMODULEDESIGNFINALLY,THISPAPERSUMMARIZESTHERESEARCHWORKANDMAINSTRUCTURE,TOYREMOTECONTROLCARSANDWILLDESIGNTHEJOINTDEBUGGINGTHEEXPERIMENTALRESULTSSHOWTHAT,THESYSTEMISSTABLE,RELIABLE,HIGHCONTROLLABILITY,HIGHSAFETY,MEETTHEDESIGNREQUIREMENTSOFTHEDESIGNKEYWORDSREMOTECONTROLTOYCARHARDWAREDRIVECIRCUITDRIVEMODULE需要CAD圖紙，Q咨詢414951605或1304139763III目錄摘要IABSTRACTII目錄III第1章緒論111課題研究的目的與意義112我國玩具行業(yè)的發(fā)展概況113我國玩具行業(yè)的消費現(xiàn)狀314玩具行業(yè)的發(fā)展前景4141傳統(tǒng)玩具向電子玩具過渡4142提高玩具附加值勢在必行415方案分析及設計要求416本課題主要研究內容5第2章玩具遙控車結構設計721玩具遙控車運動方式的選擇722玩具遙控車驅動方案的選擇823玩具遙控車驅動輪組成9231驅動電機選擇10232減速機構的設計與校核14233變速箱體及后減震24234驅動車輪及輪轂2424玩具遙控車轉向輪組成26241驅動電機選擇27242傳動機構及前減震機構29需要CAD圖紙，Q咨詢414951605或1304139763IV243前車體及電池箱30244轉向輪胎和輪轂3025玩具遙控車受力分析及如何保證加速度最優(yōu)3026系統(tǒng)可靠性設計32第3章玩具遙控車驅動設計3331玩具遙控車驅動組成3432轉向電機控制34321電機驅動芯片的選擇34322電機驅動電路設計36323程序控制流程及代碼3833直流電機控制41331直流電機驅動芯片的選擇41332直流電機驅動電路設計42333直流電機PWM調速43334閉環(huán)反饋控制模塊44335程序控制流程及代碼46結論50致謝51參考文獻需要CAD圖紙，Q咨詢414951605或1304139763V需要CAD圖紙，Q咨詢414951605或1304139763VI需要CAD圖紙，Q咨詢414951605或1304139763VII需要CAD圖紙，Q咨詢414951605或1304139763VIII需要CAD圖紙，Q咨詢414951605或1304139763IX需要CAD圖紙，Q咨詢414951605或1304139763X需要CAD圖紙，Q咨詢414951605或1304139763XI需要CAD圖紙，Q咨詢414951605或1304139763XII需要CAD圖紙，Q咨詢414951605或1304139763XIII需要CAD圖紙，Q咨詢414951605或1304139763XIV需要CAD圖紙，Q咨詢414951605或1304139763XV52需要CAD圖紙，Q咨詢4149516051章緒論11課題研究的目的與意義中國是玩具大國，玩具出口在我國的外貿出口中占主要地位。中國的玩具廠商要在國際上站穩(wěn)腳跟，就要有所發(fā)展，一定要有新的、高層次的產品。國內的大型玩具企業(yè)已經(jīng)充分意識到這一點，正在和科研院所合作，研發(fā)高端兒童玩具車產品。企業(yè)的參與將為兒童玩具車的發(fā)展起到推動作用。隨著人們對休閑、娛樂需求的增加，以及人們對玩具功能觀念的改變，玩具的消費群體也正在迅速擴大。玩具已不再是兒童的專利，越來越多高檔、新穎的玩具開始成為成年人的休閑、娛樂用品。而目前，我國成人玩具的開發(fā)還是一個空白，顯然這個市場有著巨大的潛力去開發(fā)，從而解決了因玩具出口受限而轉內銷的市場銷量瓶頸。有關數(shù)據(jù)顯示，中國現(xiàn)有玩具企業(yè)2萬余家，從業(yè)人員超過400萬，年產值1000多億元，產量占世界總產量的70以上。而目前高端成年人玩具市場卻是眾多玩具業(yè)廠商不重視的一個市場，所以對于內銷市場，國內企業(yè)應該加大投入力度，力爭中國市場成為另外一個美國市場，成為中國玩具業(yè)最堅定，最雄厚的一條頂梁柱。通過本課題，讓學生在畢業(yè)設計過程中綜合大學所學基礎課程及專業(yè)課程，培養(yǎng)學生綜合應用所學知識和技能去分析和解決一般工程技術問題的能力；進一步培養(yǎng)學生分析問題、創(chuàng)造性地解決實際問題的能力。12我國玩具行業(yè)的發(fā)展概況中國是全球玩具第一大生產國。我國玩具行業(yè)是從上世紀80年代后發(fā)展起來，70以上還是來料加工和來樣加工，自主開發(fā)和創(chuàng)新的能力不強，能夠以自創(chuàng)品牌出口的還為數(shù)不多，要從依附式發(fā)展轉向自主式發(fā)展還需要一定的過程。中國國內市場的玩具質量合格率僅為763。還面臨著嚴峻的知識產權保需要CAD圖紙，Q咨詢414951605和歐盟貿易壁壘等難題。而且近一年來國際石油價格不斷攀升，使得塑料原料價格大幅上揚，玩具生產成本增加，市場競爭加劇。東部沿海一些地區(qū)出現(xiàn)的電力供應緊張以及勞動力短缺問題，也制約著玩具行業(yè)發(fā)展?，F(xiàn)代玩具工業(yè)的發(fā)展經(jīng)歷了以下幾個階段二戰(zhàn)后，由于塑料的出現(xiàn)，塑料玩具代替了木制玩具。70年代，電子玩具的出現(xiàn)已成為玩具的發(fā)展潮流。80年代末，兩家日本玩具商搶先推出托架玩具，行銷一時?，F(xiàn)在，世界幾家大型玩具生產商從傳統(tǒng)產品中脫穎而出，轉產電子游戲；為應對多媒體的挑戰(zhàn)，搶占市場，這些公司又捷足先登，研發(fā)智能玩具。我國是世界上最大的玩具制造國和出口國，全球70的玩具是在我國境內制造的。我國現(xiàn)有玩具企業(yè)2萬余家，從業(yè)人員超過400萬，年產值1000多億元，產量占世界總產量的70以上，其中,廣州的產值達300億元。2005年全國玩具出口額達150多億美元。廣東、江蘇、浙江、上海、山東和福建這五省一市歷來是中國玩具最重要的生產和出口基地，占中國玩具年銷售額的95以上，其中廣東占中國玩具年銷售額50以上，其主要生產基地在深圳、東莞以及澄海地區(qū)。澄海玩具禮品生產單位超3000家，從業(yè)人員10多萬人，2005年產值120億元，并以年均30的速度遞增。全區(qū)250多家企業(yè)在126個國家和地區(qū)建立營銷渠道或固定銷售網(wǎng)點，產品外銷達70以上，占全國玩具出口量的9左右。有了這些基礎，澄海區(qū)正積極申報建設“國家澄海玩具特色產業(yè)基地”。玩具制造業(yè)在我國屬于開放程度較高的行業(yè)。目前，三資企業(yè)仍占據(jù)行業(yè)的主導地位，取得全行業(yè)產品銷售收入的658和利潤總額的627。民營企業(yè)的經(jīng)濟效益則是行業(yè)內最好的。國內市場的玩具約有3萬多個品種，大部分適合4歲8歲兒童，適合嬰幼兒的玩具不多，適合成年人的玩具更少。殘障兒童玩具市場有待開發(fā)。玩具用塑料原料主要有ABS、PP、PE、PVC、POM、EVA樹脂、PA、需要CAD圖紙，Q咨詢414951605飽和聚酯、熱塑性彈性體等，在我國的用量較大，而且增長潛力巨大。統(tǒng)計數(shù)字表明，僅2003年全國各類塑料玩具用樹脂量達到近180萬噸，銷售額已突破140億元，預計還將以每年40的速度繼續(xù)遞增。這也預示著作為制造塑料玩具的基礎原料也將在玩具業(yè)的推動下進入一個快速增長的黃金時代。13我國玩具行業(yè)的消費現(xiàn)狀我國玩具消費正以每年3040的速度增長，到2010年我國玩具消費總額將超過1000億元。中國社會調查事務所日前進行的一項中國玩具產業(yè)調查的結果顯示，中國玩具市場蘊藏著巨大商機。中國14歲以下人口為3億多，其中的城市人口為8000萬人，構成了龐大的玩具消費群體。城市兒童每年人均玩具消費額為35元，城市成年人12元。大中城市的消費者普遍可接受的玩具價格在100元以下，一些售價在1000元以上的高檔玩具同樣有市場。在中國玩具市場，毛絨玩具和兒童車最為暢銷，模型玩具、遙控玩具和塑膠玩具的銷量持續(xù)看好。有34的城市消費者選購電子玩具，31選擇智能型玩具，23選擇高檔毛絨、布制玩具。農村消費者以傳統(tǒng)的玩具類型為主，48的農村消費者愿意購買電動玩具，28愿意購買拼裝玩具，24愿意購買中、低檔毛絨、布制玩具。以下玩具將成為市場新寵模型玩具、專利授權玩具電影玩具、卡通玩具等、玩偶、高科技玩具、益智玩具、互聯(lián)網(wǎng)兼容玩具，以及適合成年人休閑娛樂的成人玩具。成年男士比較喜愛電腦智力型玩具，成年女士喜歡高檔精美的裝飾性玩具，如布娃娃、毛絨娃娃、木制玩具和小動物玩具等。中年人多會選購消遣性、輕度運動型玩具。老年人較喜歡各種觀賞型玩具，如小動物玩具、玩偶等。需要CAD圖紙，Q咨詢414951605或1304139763414玩具行業(yè)的發(fā)展前景141傳統(tǒng)玩具向電子玩具過渡玩具智能化成為玩具行業(yè)的發(fā)展新趨勢。高科技智能化玩具不僅滿足了兒童的好奇心，加強了孩子和玩具的互動，同時也激發(fā)了孩子的求知欲。玩具企業(yè)將計算機、電子、通訊等領域內的先進技術“嫁接”到玩具產品中，突破了傳統(tǒng)玩具的局限性，賦予玩具“聽”、“說”功能，與人進行互動。智能化玩具的形式多樣、內容豐富、寓知于樂，可以與孩子們進行“情感”交流，進而培養(yǎng)孩子良好的習慣，并在愉悅中學習、體會生活，真正達到寓教于樂的目的。而且玩具已經(jīng)不在僅是兒童的專利。據(jù)中國玩具協(xié)會統(tǒng)計，約64的成人消費者表示有興趣購買適合自己的玩具，估計成人休閑益智玩具市場每年約值500億元人民幣。傳統(tǒng)玩具的市場日趨下滑，益智類、成人類玩具的出口已不斷呈現(xiàn)增長趨勢。142提高玩具附加值勢在必行近年來，國際油價持續(xù)攀高，與石油相關的原材料價格亦隨之上揚，塑料價格較年前上漲3040。而一件玩具中，塑料成本大概占據(jù)總成本的6070，這大大增加了塑料玩具的生產成本。這就要求生產企業(yè)必須跨越原料價格高漲、貿易壁壘和3C認證等重重障礙。有人認為，國內玩具企業(yè)面臨著如此多的困難，制約其發(fā)展的主要因素可以歸結為質量不高和技術含量低。據(jù)此，我們不難找到解決難題的路徑研發(fā)符合安全和環(huán)保要求的產品；利用科技創(chuàng)新，提高產品附加值，并向高檔化邁進。15方案分析及設計要求本文所討論玩具遙控車系統(tǒng)運動學模型近似于汽車，因此稱為玩具遙控車，它的組態(tài)由玩具遙控車在工作環(huán)境中的位態(tài)確定。它作為一種小型玩具遙控車，需要CAD圖紙，Q咨詢414951605一種非線性控制系統(tǒng)。為了能發(fā)揮將來加載到這種玩具遙控車上的功能，因而對小車性能作了要求。作為主要用于娛樂的玩具遙控車長度不宜超過1000MM，高度要控制在玩具遙控車平衡穩(wěn)定運作的范圍內。因此，車體在保證穩(wěn)定的情況下做的盡量小，各部件排列方式應盡量減小縱向尺寸，使車體緊湊。內置于其中的電路板和電池的尺寸也要受到限制。設計電路是要盡量選用功能大，集成度高的芯片，而電池要選用體積小并且耐用的型號。因此，本課題控制器設計選用SPCE061A系列單片機來實現(xiàn)控制電路的架構，并且減少外圍邏輯電路，使板面布局緊湊。車體系統(tǒng)的運動是影響系統(tǒng)性能，決定玩具遙控車性能達標的重要因素。因此，在軟硬件選型時，滿足快速性、準確性要求是考慮的第一要素之一。要求機構能夠具有更大的靈活性與柔性，能夠具有更大的跨越障礙的能力。最好采用減震設計，它有利于保護玩具遙控車各組成部件，特別是電器元件。我們設計的玩具遙控車所處的環(huán)境所受的強磁干擾要小得多，但是要達到系統(tǒng)運作實時、準確，某些干擾就顯得較為明顯首先，玩具遙控車體積很小，電機及其驅動系統(tǒng)，處理器系統(tǒng)，無線模塊同處于很小的空間，這幾部分之間的相互干擾，特別是電機及其驅動系統(tǒng)對處理器的干擾，無線模塊對處理器的干擾以及無線通訊所特有的噪聲干擾都不容忽視。本課題中，分別采用了硬件抗干擾設計和軟件抗干擾設計。其次，玩具遙控車工作環(huán)境周圍的電器將對其產生影響。16本課題主要研究內容課題主要完成玩具遙控車結構設計，驅動電機選擇，驅動芯片的選擇及程序的編制，驅動電路設計。1機械結構部分包括玩具遙控車構成方案選擇、玩具遙控車本體機構設計和驅動電機的選擇。需要CAD圖紙，Q咨詢414951605或130413976362針對設計要求結合所選用的電機，設計電機的驅動模塊，并討論系統(tǒng)設計的可靠性問題。需要CAD圖紙，Q咨詢4149516052章玩具遙控車結構設計21玩具遙控車運動方式的選擇玩具遙控車運動方式歸納起來基本有三種輪子方式、履帶方式和腿足方式。為了得到我們設計需要最合適的方式，我們對以上三種方式做了簡單的比較如下表212文獻表21運動方式的比較考慮因素驅動方式適應的環(huán)境驅動方面的考慮機構方面的考慮輪子方式適于室內、硬路面等平整地面，特別不適合松軟或崎嶇地面。驅動方式簡單多樣，力矩相對較小主要有兩輪驅動兼轉向加隨動輪；兩輪差動加輔助輪；驅動輪加轉向輪。機構實現(xiàn)相對簡單，相互約束條件少，穩(wěn)定性較好，輪子安裝需要一定精度要求。履帶方式適應環(huán)境最廣泛，特別是崎嶇不平地和濕洼地形。驅動方式單一，力矩較大，使用兩側輪差動，實現(xiàn)驅動和轉向，不需要輔助輪。機構實現(xiàn)較輪子復雜，需要履帶的張緊設計，支撐面積大，穩(wěn)定性好。腿足方式適應范圍較廣，適應地形受其步態(tài)影響，不適合崎嶇山路。驅動復雜，對平衡和穩(wěn)定要求極高，自由度越多，驅動控制部分越多。有較多的運動部件和關節(jié)，要求較高的加工和裝配等級，對材料性能要求較高。需要CAD圖紙，Q咨詢414951605過對以上方式的比較，我們選用輪子方式做為玩具遙控車運動方式，它符合我們的設計要求適應室內活動環(huán)境；需要動力較?。荒芰肯纳?；結構實現(xiàn)簡單可靠。22玩具遙控車驅動方案的選擇玩具遙控車的機械結構如圖21，圖22，圖23。5文獻圖21驅動結構圖22前輪驅動兼轉向結構圖23后輪驅動，前輪轉向結構如圖21，采用兩輪獨立驅動的結構，驅動輪分別由兩套直流伺服系統(tǒng)驅動，提供需要的轉速或者力矩前輪為萬向輪，可任意移動。這種結構優(yōu)點需要CAD圖紙，Q咨詢414951605單輕便，控制性好，運動靈活轉彎半徑小。缺點承載能力低，對地面環(huán)境的要求高。圖22中的玩具遙控車，稱為前輪驅動玩具遙控車，后輪為輔助輪，方向不變，前輪為驅動輪兼轉向輪，兩輪驅動速度相同，轉向速度一致。這種結構優(yōu)點運動平穩(wěn)，穩(wěn)定性好。缺點結構復雜，控制難度高。我們根據(jù)設計需要和實現(xiàn)的難易程度選擇了圖23中的玩具遙控車，我們稱之為后輪驅動玩具遙控車，它是一種典型的非完整約束的玩具遙控車模型。后輪為驅動論方向不變，提供前進驅動力，兩輪驅動速度相同；前輪為轉向輪，稱為舵輪，通過轉向系統(tǒng)同步控制兩輪轉向，使玩具遙控車按照要求的方向移動。移動機構又主要分三個輪、四個輪，三輪支撐理論上是穩(wěn)定的。然而，這種裝置很容易在施加到單獨輪的左右兩側力F作用下翻倒，因此對負載有一定限制。我們?yōu)樘岣叻€(wěn)定性和承載能力，決定選用四輪機構，后輪為兩驅動輪，兩個轉向輪為前輪。這種結構能實現(xiàn)運動規(guī)劃、穩(wěn)定以及跟蹤等控制任務，可適應復雜的地形，承載能力強，但是軌跡規(guī)劃及控制相對復雜。23玩具遙控車驅動輪組成后輪驅動裝置機械傳動結構如圖24所示需要CAD圖紙，Q咨詢414951605或1304139763101變速箱底座；2變速箱蓋；3軸承；4齒輪；5齒輪；6齒輪；7電動機；8中間軸；9輪轂；10輪胎圖24驅動輪機械傳動示意圖根據(jù)上面所確定的方案，玩具遙控車后輪驅動裝置由驅動電機，減速裝置，車輪及輪轂組成。231驅動電機選擇目前在玩具遙控車的運動控制中較為常用的電機有直流電機和交流電機，對它們的特性、工作原理與控制方式有分類介紹，下面總結如表22所示一般玩具遙控車用電機的基本性能要求；1啟動、停止和反向均能連續(xù)有效的進行，具有良好的響應特性；2正轉反轉時的特性相同，且運行特性穩(wěn)定；3良好的抗干擾能力，對輸出來說，體積小、重量輕；4維修容易，不用保養(yǎng)。需要CAD圖紙，Q咨詢414951605或130413976311驅動輪為兩后輪，要求控制性好且精度高，能耗要低，輸出轉矩大，有一定過載能力，而且穩(wěn)定性好。通過比較以上電機的特性、工作原理、控制方式以及玩具遙控車的移動性能要求、自身重量、傳動機構特點等因素，所以我們決定選用直流電機作為驅動電機。直流電動機以其良好的線性調速特性、簡單的控制性能、較高的效率、優(yōu)異的動態(tài)特性，一直占據(jù)著調速控制的統(tǒng)治地位。雖然近年不斷受表22不同電機的特性、工作原理與控制方式電機類型主要特點構造與工作原理控制方式直流電機接通直流電即可工作，控制簡單；啟動轉矩大，轉速和轉矩容易控制，效率高；需要定時維護和更換電刷，使用壽命短，噪聲大。由永磁體定子，線圈轉子，電刷和換向器構成。通過電刷和換向器使電流方向隨轉子的轉動角度而變化，實現(xiàn)連續(xù)轉動。轉動控制采用電壓控制方式，兩者成正比。轉矩控制采用電流控制方式，兩者也成正比。交流電機沒有電刷和換向器，無須維修；驅動電路復雜，價格高。按結構分為同步和異步。無刷直流電機結構與同步電機相同，特性與支流電機相同。分為電壓控制和頻率控制兩種方式。異步電機常采用電壓控制。到其他電動機如交流變頻電動機、步進電動機等的挑戰(zhàn)，但直流電動機仍然是許多調速控制電動機的最優(yōu)選擇，在生產、生活中有著廣泛的應用。需要CAD圖紙，Q咨詢414951605或130413976312所需電機的功率計算玩具遙控車小車的受力簡圖如圖25所示玩具遙控車所需的牽引力WFAF式中玩具遙控車移動需要的牽引力AFSINMG式中自身重力而產生的阻力WCOSFF式中玩具遙控車移動所受摩擦力F圖25玩具遙控車小車的受力簡圖則有COSSINMGFA式中摩擦系數(shù)式中最大爬坡角度（據(jù)課題要求可以按0計算）則玩具遙控車在水平面上運動的功率為WVFPA615890315需要CAD圖紙，Q咨詢414951605或130413976313傳動裝置的總效率2BG按照中表211確定的個部分效率有齒輪傳動效率14文獻；滑動軸承效率970G970B代入得到8902所需直流電機的最小功率WPW69701通過以上的比較和計算，我們決定選用廣東德昌微電機公司生產的SRC5553250型直流電動機其外觀如圖26所示，尺寸如圖27所示，技術參數(shù)如表23所示圖26電動機其外觀如圖需要CAD圖紙，Q咨詢414951605或130413976314圖27直流電機尺寸圖表23直流電機技術參數(shù)表空載最大效率下制動轉速電流轉速電流力矩功率力矩功率型號額定電壓R/MINAR/MINAGCMWGCMWSRC555325012VCONSTANT610002453001492291241650920232減速機構的設計與校核直流電機輸出轉速較高，一般不能直接接到車輪軸上，需要減速機構來降速，同時也提高了轉距。減速裝置的形式多種多樣，選擇一種合適的減速裝置對玩具遙控車的性能有著相當重要的作用。2321減速形式的選擇驅動輪機械傳動形式有多種，主要分為鏈條傳動；皮帶傳動；蝸桿傳動和齒輪傳動等。1鏈條傳動需要CAD圖紙，Q咨詢414951605或130413976315優(yōu)點是工況相同時，傳動尺寸緊湊；沒有滑動；不需要很大的張緊力，作用在軸上的載荷??；效率高；能在惡劣的環(huán)境中使用。缺點瞬時速度不均勻，高速運轉是傳動不平穩(wěn)；不易在載荷變化大和急促反向的傳動中使用；工作噪音大。2皮帶傳動優(yōu)點是能緩和沖擊；運行平穩(wěn)無噪音；制造和安裝精度要求低；過載時能打滑，防止其他零件的損壞。缺點有彈性滑動和打滑，效率低不能保證準確的傳動比；軸上載荷大；壽命低。3蝸桿傳動優(yōu)點結構緊湊；工作平穩(wěn)；無噪聲；沖擊震動小；能得到很大的單級傳動比。缺點是傳動比相同下效率比齒輪低；需要用貴重的減磨材料制造。4齒輪傳動工作可靠，使用壽命長；易于維護；瞬時傳動比為常數(shù)；傳動效率高；結構緊湊；功率和速度使用范圍很廣。缺點是制造復雜成本高；不宜用于軸間距的傳動。比較以上傳動形式，結合本設計中玩具遙控車的要求輸出轉矩大傳動效率高噪音小等條件，我們采用兩級齒輪傳動，減速比為15。電機軸直接作為輸入軸安裝主動齒輪，不是用聯(lián)軸器，既提高了精度又減輕了重量。輪轂和齒輪3安裝在同一根軸上，他們轉速相同。齒輪類型為漸開線直齒齒輪，聯(lián)軸器相聯(lián)，齒輪與車輪裝在同一個軸上，它們的轉速相同。齒輪參數(shù)如下第一級減速,M3,MM,MM,31I10Z3D302Z92D第二級減速,M3,MM,MM,5351需要CAD圖紙，Q咨詢414951605或1304139763162322齒輪傳動的計算與校核設計中第一級齒輪傳動的齒輪強度計算與校核，如下1齒面接觸疲勞強度計算（1）初步計算轉矩T8651024590596161NPMN8齒數(shù)D接觸疲勞極限LIH由表1213，取2文獻60D由表173文獻60DMPAH251LIMLI初步計算的許用接觸應力H25901LIM1H2LI2MPA51H92值DA由，取3文獻0D初步計算小齒輪直徑1需要CAD圖紙，Q咨詢414951605或130413976317MUTADHD1823519608323211取251M初步齒寬B25601D5（2）校核計算圓周速度93610652106NDSM93精度等級由表1262文獻選6級精度齒數(shù)Z和模數(shù)M初取齒數(shù)；103012IZ31ZD由表123，取（這里往大或往小取均可，視驗算結果而定。2文獻M）則1031DZ12IM需要CAD圖紙，Q咨詢414951605或13041397631810Z32使用系數(shù)AK由表129文獻51A動載系數(shù)V由表1292文獻1VK齒間載荷分配系數(shù)HK由表1210，先求9文獻NDTFT2645821MBKTA/30MNBFKTA1037985412623COS12812Z90354Z由此得2112ZKH5130Z2H齒向載荷分布系數(shù)HK由表1211文獻需要CAD圖紙，Q咨詢414951605或1304139763191031507610922321BCDBKH3H載荷系數(shù)K8513215HVAK彈性系數(shù)EZ由表12122文獻MPAE456節(jié)點區(qū)域系數(shù)HZ由圖1216文獻52HZ接觸最小安全系數(shù)MINHS由表1214文獻051MINHS總工作時間HT6023HT60應力循環(huán)次數(shù)LN由表1215，估計，則指數(shù)2文獻9710LN78M需要CAD圖紙，Q咨詢414951605或1304139763206787878178MAXAX11037302502060NIHIIHMINIHIVLTTTTN原估計應力循環(huán)次數(shù)正確。661210723INL61072L接觸壽命系數(shù)NZ由圖1218文獻51NZ2許用接觸應力H0512MIN1L1NHSZIN2L2MPAH132需要CAD圖紙，Q咨詢414951605或130413976321231510342810546UBDKTZHE計算結果表明，接觸疲勞強度教為合適，齒輪尺寸無需調整。否則，尺寸調整后還應在進行驗算。MPAPAHH132322齒根彎曲疲勞強度驗算重合度系數(shù)Y740521072504齒間載荷分配系數(shù)FK由表1210，2文獻351740Y351FK齒向載荷分布系數(shù)FK483250HB由圖1214文獻61FK載荷系數(shù)89361521FVA齒形系數(shù)AY需要CAD圖紙，Q咨詢414951605或130413976322由圖12212文獻751FAY432應力修正系數(shù)SAY由圖1222文獻381SAY42彎曲疲勞極限LIMF由圖1223C文獻MPAF81LIM2LI彎曲最小安全系數(shù)MINFS由表1214文獻251MINFS應力循環(huán)次數(shù)LN由表1215，估計，則指數(shù)文獻106103LN94M794949141914MAXAX110330250206606NIHIIHMINIHIVLTTTT需要CAD圖紙，Q咨詢414951605或130413976323原估計應力循環(huán)次數(shù)正確77121033INL71023L彎曲壽命系數(shù)NY由圖1224文獻521NY尺寸系數(shù)X由圖12252文獻01XY許用彎曲應力F16258MIN1L1XNFSYIN2L2FMPAF162驗算05274381523104892111YMBDKTSAFF90122SAFFY需要CAD圖紙，Q咨詢414951605或130413976324傳動無嚴重過載，故不做靜強度校核11052FFMPA2第二級嚙合齒輪、的計算校核也采用以上步驟，通過計算知強度均3Z4符合要求。233變速箱體及后減震變速箱體要求在保證足夠剛度的條件下，應盡量減輕車架的重量，以提高有效承載重量。其次，變速箱體應保證其它元件安裝上以后，能達到平衡、對稱和同軸。材料為ABS，厚度為6MM，軸承盒集成在箱體上，降低了制造難度。為保護系統(tǒng)結構免受震動的損傷，和提高躍障能力，在變速箱與前車體間加一減震彈簧。它不但能緩沖震動，而且當玩具遙控車遇到低于100MM的幛礙物，或者高低不平的路面時不至于被架空234驅動車輪及輪轂本設計中可選用玩具遙控車的運動方式為輪子方式，輪子方式可以提供多種排列方式，從而滿足不同情況需要，而且轉向容易，可以實現(xiàn)運動的精確控制，機構實現(xiàn)簡單。所以我們考慮到所設計玩具遙控車的工作環(huán)境和控制要求，我們選用了四輪方式。選擇車輪需要考慮多種因素有玩具遙控車的尺寸、重量、地形狀況、電機功率等。車重加負載重量為2KG45KG,所以用質地堅硬且易于加工的聚苯乙烯作輪轂，采用不充氣的中空橡膠輪胎，其優(yōu)點在于不僅重量小而且橡膠與地面的附著系數(shù)大，保證了足夠的驅動能力。其中輪胎直徑D300MM,則車輪轉一圈移動的為MDS942031需要CAD圖紙，Q咨詢414951605或130413976325車輪最大轉速為電機轉速/傳動比MIN35101RI則玩具遙控車的最大線速度為SMS5I8294201玩具遙控車小車的受力簡圖如圖213玩具遙控車所需的牽引力WFAF式中玩具遙控車移動需要的牽引力AFSINMG式中自身重力而產生的阻力WCOSFF式中玩具遙控車移動所受摩擦力F則有SSINMGA式中摩擦系數(shù)；式中最大爬坡角度。則玩具遙控車在水平面上的功率為WVFPA4725893150其最大加速度為21/SMMA（其中的計算在231中作了介紹）AF需要CAD圖紙，Q咨詢414951605或130413976326圖28玩具遙控車小車的受力簡圖24玩具遙控車轉向輪組成轉向輪起支撐和轉向作用，不產生驅動力矩。在小車轉向時它可以以一定角度轉動。主要機械組成結構如圖291前減震彈簧；2轉向連桿；3拉桿；4拉緊彈簧；5撥叉；6電機；7前車體蓋；8轉向節(jié)；9前輪軸；10前輪轂；11輪胎；12電池盒蓋；13后減震彈簧；14連接軸；15變速箱需要CAD圖紙，Q咨詢414951605或130413976327圖29轉向裝置結構圖玩具遙控車前輪裝置由以下幾部分構成驅動電機，蓄電池和充電部分，轉向傳動機構和前減震機構，前車體和電池箱及輪胎和輪轂五部分。如上圖215所示。241驅動電機選擇轉向輪的電機通過對表21不同電機的特性、工作原理與控制方式的分析比較，為了滿足轉向系統(tǒng)轉動精度高，控制性能強，并且控制簡單容易實現(xiàn)的特點，我們決定選用電機作為轉向機構驅動電機。電機是一種將電脈沖信號轉換成角位移或線位移的機電元件。對這種電機施加一個電脈沖后，其轉軸就轉過一個角度，稱為一步脈沖數(shù)增加，角位移或線位移就隨之增加，脈沖頻率高，則電機旋轉速度就高，反之就低分配脈沖的相序改變后，電機的轉向則隨之而變。電機的運動狀態(tài)和通常勻速旋轉的電動機有一定的差別，它是步進形式的運動，故也稱其為步進電動機。電機的主要指標有相數(shù)產生不同對極N,S磁場的激磁線圈對數(shù)。常用M表示。拍數(shù)完成一個磁場周期性變化所需脈沖數(shù)或導電狀態(tài)用N表示，或指電機轉過一個齒距角所需脈沖數(shù)以四相電機為例，有四相四拍運行方式即ABBCCDDAAB,八拍運行方式即AABBBCCCDDDAA。步距角對應一個脈沖信號，電機轉子轉過的角位移用表示。360度轉子齒數(shù)J運行拍數(shù)，以常規(guī)二、四相，轉子齒為50齒電機為例。四拍運行時步距角為360/50418俗稱整步，八拍運行時步距角為360/50809俗稱半步。定位轉矩電機在不通電狀態(tài)下，電機轉子自身的鎖定力矩由磁場齒形的諧波以及機械誤差造成的靜轉矩電機在額定靜態(tài)電作用下，電機不作旋轉運動時，電機轉軸的鎖需要CAD圖紙，Q咨詢414951605或130413976328定力矩。此力矩是衡量電機體積幾何尺寸的標準，與驅動電壓及驅動電源等無關。雖然靜轉矩與電磁激磁匝數(shù)成正比，與定齒轉子間的氣隙有關，但過分采用減小氣隙，增加激磁安匝來提高靜力矩是不可取的，這樣會造成電機的發(fā)熱及機械噪音。步距角精度電機每轉過一個步距角的實際值與理論值的誤差。用百分比表示（誤差/步距角）100。不同運行拍數(shù)其值不同，四拍運行時應在5之內，八拍運行時應在15以內。失步電機運轉時運轉的步數(shù)，不等于理論上的步數(shù)。稱之為失步。失調角轉子齒軸線偏移定子齒軸線的角度，電機運轉必存在失調角，由失調角產生的誤差，采用細分驅動是不能解決的。最大空載起動頻率電機在某種驅動形式、電壓及額定電流下，在不加負載的情況下，能夠直接起動的最大頻率。最大空載的運行頻率電機在某種驅動形式，電壓及額定電流下，電機不帶負載的最高轉速頻率。運行矩頻特性電機在某種測試條件下測得運行中輸出力矩與頻率關系的曲線稱為運行矩頻特性，這是電機諸多動態(tài)曲線中最重要的，也是電機選擇的根本依據(jù)。電機有其獨特的優(yōu)點，歸納起來主要有1步距值不受各種干擾因素的影響。簡而言之，轉子運動的速度主要取決于脈沖信號的頻率，而轉子運動的總位移量取決于總的脈沖個數(shù)。2位移與輸入脈沖信號相對應，步距誤差不長期積累。因此可以組成結構較為簡單而又具有一定精度的開環(huán)控制系統(tǒng)，也可以在要求更高精度時組成閉環(huán)控制系統(tǒng)。3可以用數(shù)字信號直接進行開環(huán)控制，整個結構簡單廉價。4無刷，電動機本體部件少，可靠性高。需要CAD圖紙，Q咨詢414951605或1304139763295控制性能好。起動、停車、反轉及其他運行方式的改變，都在脈沖內完成，在一定的頻率范圍內運行時，任何運行方式都不會丟步。6停止時有自鎖能力。7步距角選擇范圍大，可在幾角分至大范圍內選擇。在小范圍情況180下，通?？梢栽诔退傧赂咿D距穩(wěn)定的運行通過比較各種指標和參數(shù)后，我們決定選用常州豐源公司生產的35BYHJ03減速電機，自帶251的減速器。參數(shù)如表26所示表26電機參數(shù)步距角（，相數(shù)電壓U,V電流I,MA電阻R,減速比空載運行頻率F,PPS空載啟動頻率F,PPS起動轉距T,（GCM）鎖定轉距T,（GCM）75/25412255471/255506807501400242傳動機構及前減震機構在本課題中我們?yōu)榱说玫椒€(wěn)定和承載能力強的系統(tǒng)結構，我們采用了兩前置轉向輪，轉向輪不作為驅動輪，只提供支撐和轉向作用。結構形式模仿普通機動車的一些結構，電機變速箱輸出軸連接撥叉，撥叉撥動左右轉向節(jié)連桿來實現(xiàn)轉向。為了消除傳動間隙和電機反轉死區(qū)，我們在機構中加裝了兩個拉緊桿和一條拉緊彈簧，很大程度上消除了誤差。轉向傳動機構受力簡圖如圖210為保護系統(tǒng)結構免受震動的損傷，提高玩具遙控車在不平地面上的行走能力，在每個轉向節(jié)軸上加裝減震彈簧。它不但能緩沖震動，而且防止在特殊情況下玩具遙控車被架空。它與后減震配合工作效果更加明顯，工作原理與后減震類似。需要CAD圖紙，Q咨詢414951605或130413976330圖210傳動機構受力簡圖243前車體及電池箱前車體是轉向機構零件的載體，其結構復雜，要求精度也高實物模型圖如圖。特別是轉向節(jié)安放孔和電機支撐座等，要求同軸度和垂直度高，因此為了提高裝配精度，車體蓋和車體配合的螺栓孔采用了卯榫式設計（其結構見圖紙裝配圖1），保證了裝配的精度。為簡化制造工序，提高車體的緊湊程度和牢固程度，將電池盒設計到前車體后部，并且盡量降低電池盒與地面間距，以降低玩具遙控車的重心高度。為了保證運行時電池在和內的牢靠程度和降低噪聲，電池盒蓋內側附貼一薄層海綿（結構見圖紙裝配圖1）控制電路容易受到電動機和驅動電路的影響，因此我們將控制電路板與驅動板并列排列。244轉向輪胎和輪轂前輪輪胎采用和后輪相同的結構和材料，輪轂的軸孔與軸相對滑動，所以要求較后輪精度高機。需要CAD圖紙，Q咨詢414951605或13041397633125玩具遙控車受力分析及如何保證加速度最優(yōu)本設計中玩具遙控車采用四輪支撐，即兩后輪（驅動輪）和兩前輪（轉向輪）。為了增加車輪和地面的滑動摩擦系數(shù)，每個車輪的輪胎材料均為橡膠?；瑒虞S承和輪轂采用了具有自潤滑能力的塑料，摩擦力很小，可以忽略不計。采用這些結構，使小車具有一很好的運動性能。玩具遙控車小車受力如圖211所示有如下關系滑動摩擦力GRNF支撐反力GGAM水平方向受力FR以上關系可推出加速度MNGA從上式可以看出，由于小車質量M一定，若想增加加速度只有增加摩擦系數(shù)和減少支撐力N。由于玩具遙控車活動場所在室內需要頻繁的更換速需要CAD圖紙，Q咨詢414951605或130413976332圖211小車受力圖度，只有加速度大一些時，才能滿足足球玩具遙控車快速性、實時性要求。在摩擦系數(shù)一定時，只有盡量減少支撐力N，加速度才能達到最大，這直接關系到小車重心的位置。小車的電池和后加負載是小車中比重較大者，在放置是應該盡量靠近后輪，這樣支撐力N就會減小，加速度在啟動時就能保持盡量大。通過計算玩具遙控車通過實驗驗證最優(yōu)加速度為392M/S左右。26系統(tǒng)可靠性設計控制系統(tǒng)質量的高低主要表現(xiàn)在技術性能、可靠性、適應性和經(jīng)濟性四個方面，其中技術性和可靠性是最重要的方面。但在系統(tǒng)的具體設計工作中，往往特別強調其技術性能指標而忽視了它的可靠性。而由于可靠性設計的不周密，在偶然囚素或意外事件的作用下，系統(tǒng)便不能正常工作，從而可能造成災難性的后果，系統(tǒng)的可靠性保證有賴十完善的可靠性設計、嚴格的部件制作、規(guī)范的設備安裝調試、正確的操作使用和經(jīng)常性的維護。本運動控制系統(tǒng)的設計充分考慮了可靠性這一指標，主要體現(xiàn)在以下兒個方面1屏蔽技術本系統(tǒng)中，直流電機、驅動部件、甚至是微控制器使用的振蕩器，都是電磁干擾的噪聲源。當距離較近時，電磁波會通過分布電容和電感藕合到信號回路而形成電磁干擾當距離較遠時，電磁波則以輻射形式構成干擾。針對上幾述情況，主要要通選用高導磁材料做成屏蔽體，使電磁波經(jīng)屏蔽體壁的低磁阻磁路快速衰減，以降低干擾。2地線的處理理解產生地線噪聲的機制對于減小地線干擾至關重要，所有地線都有阻抗，和所有電路一樣，電流必須流回其源點，電流通過地線卜的有效陰_抗將產生需要CAD圖紙，Q咨詢414951605或130413976333一個電壓降，這些電壓降就是地線干擾的原因。正確接地是控制系統(tǒng)抑制干擾所必須注意的重要問題，在設計中若能把接地和屏蔽正確的結合，可很好地消除外界丁擾的影響。接地設計的基本目的是消除各電路電流流經(jīng)公共地線時所產生的噪聲電壓，以及免受電磁場和地位差的影響，即使其不能形成地環(huán)路。3抑制自感電動勢干擾在本系統(tǒng)中，使用了電動機這種具有較大電感量的器件。當電感回路的電流被切斷時，會產生很大的反電勢而形成噪聲干擾。這種噪聲不但能產生電磁場干擾其它回路，甚至還有可能擊穿電路中的晶體管之類的器件。對此在線圈兩端并聯(lián)了二極管來抑制反向自感電勢的干擾。需要CAD圖紙，Q咨詢414951605或130413976334第3章玩具遙控車驅動設計31玩具遙控車驅動組成玩具遙控車驅動設計主要包括步進電動機和直流電動機的控制。其中包括各驅動芯片的選擇，驅動電路的設計以及程序的編制。32轉向電機控制轉向電動機控制主要實現(xiàn)電動機啟動、停止、正轉、反轉。以滿足玩具遙控車能夠實現(xiàn)左右轉彎。321電機驅動芯片的選擇電機的功率驅動芯片我們選擇SGS公司的L298。L298功率集成電路采用SGS公司特有的MULTIWATT塑料封裝，15個引腳，可用螺釘固定在散熱器上。L298內含的功率輸出器件設計制作在一塊石英基片上，由于制作工藝的同一性，因而具有分立元件組合電路不可比擬的性能參數(shù)一致性，工作穩(wěn)定。L298是雙H橋高電壓大電流功率集成電路，它接受標準TIL邏輯信號，可以用來驅動繼電器、線圈、直流電動機和步進電動機等電感性負載。兩個H橋能夠使其接受或不接受輸入信號。它的每個H橋的下側臂晶體管發(fā)射極連在一起，相應外接電流檢測電阻。L298的內部結構如圖31所示需要CAD圖紙，Q咨詢414951605或130413976335圖31L298內部結構圖L298各引腳特性如下CURRENTSENSINGA和CURRENTSENSINGB（引腳1和引腳15）用來連接電流檢測電阻；LOGICSUPPLYVOLTAGEVSS（引腳9）接邏輯控制部分的電源，常用5V；SUPPLYVOLTAGEVS（引腳4）為電機驅動電源；INPUT1，INPUT2，INPUT3，INPUT4（引腳5，7，10，12）輸入標準TTL邏輯電平信號，用來控制H橋的開與關；ENABLEA和ENABLEB（引腳6和引腳11）為使能控制端，當為低電平時，L298不工作；OUTPUT1，OUTPUT2，OUTPUT3和OUTPUT4（引腳2，3，13，14）為輸出，控制電機GND（引腳8）則為接地腳。L298的封裝及各管腳如圖32所示需要CAD圖紙，Q咨詢414951605或130413976336圖32L298的封裝圖322電機驅動電路設計本設計中將電機采用L297/L298實現(xiàn)環(huán)行分配器與功率放大器的功能。L297是電機控制集成芯片（包括環(huán)形分配器），采用模擬/數(shù)字電路兼容的IL工藝，20腳DIP塑料封裝，常以5V供電，全部信號線是TTL/CMOS兼2容。L297四相驅動信號，應用于微處理機控制兩相雙極性和四相單極性電機。電動機可由半階梯、正常和斬波驅動模式驅動，同時設于晶片內的PWM斬波線路容許以開關形式控制線路的電流。此器件只需要時鐘、方向和模式輸入信號。相位是由內部產生的，因此可減輕微處理機和程序設計的負擔。單片機、L297、L298構成步進電動機控制驅動器電路，單片機發(fā)出時鐘信號、正反轉信號、工作模擬信號、復位信號、使能輸入信號及控制信號。需要CAD圖紙，Q咨詢414951605或130413976337圖33電機驅動電路L297的引腳（17）控制電機的轉向，取1和取0時的轉向CW/相反，（18）為步進脈沖信號輸入端，在每一個脈沖的下降沿，電機CLOK產生一步步進。（19）為半步或基本步矩模式設置，為1時是半FULHA/步模式，為0時是基本步距。取低電平，當脈沖分配器工作于奇L/數(shù)狀態(tài)，則為兩相激勵方式；當工作于偶數(shù)狀態(tài)，則為單相激勵方式。（11）斬波控制，當為0時控制（5）和（8）；當為1時CONTRL1INT2I控制。（10）使能輸入，當為0時，、ABDENTAB和（4，6，7和9）都為0。（20）是異步復位信號，其作用是將RES環(huán)行脈沖分配器復位，當輸入為0時，脈沖分配器回到初狀態(tài)（HOME）,此時狀態(tài)輸出信號（HOME）為1。需要CAD圖紙，Q咨詢414951605或130413976338L298引腳SENSEA和SENSEB（1和15）用來連接電流檢測電阻，VSS（9）接邏輯控制部分的電源，常用5V，VS（4）為電機驅動電源，IN1，IN2，IN3，IN4（5，7，10，12）輸入標準TTL邏輯電平信號，既從L297的輸出口4，6，7，9輸出的信號，用來控制H橋的開與關，ENA和ENB（6和11）為使能控制端，當為低電平時，L298不工