1、太阳能垃圾清运车的模拟与仿真毕业论文烟台大学毕业论文（设计）太阳能垃圾清运车的模拟与仿真Analogue simulator of solar energy garbage truck申请学位： 工学学士学位 院 系： 机电汽车工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 姓 名： 宗井彬 学 号： 201023701213 指导老师： 臧艳红(讲师) 2012年6月10日烟台大学太阳能垃圾清运车的模拟与仿真 姓 名： 宗井彬 指导教师： 臧艳红 2012年6月10日烟台大学烟台大学毕业论文（设计）任务书院（系）：机电学院姓名宗井彬学号201023701213毕业届别2012专业机械设计制造及其
2、自动化毕业论文（设计）题目太阳能垃圾清运车的模拟与仿真指导教师臧艳红学历硕士职称讲师所学专业机械设计具体要求(主要内容、基本要求、主要参考资料等)：在熟练掌握一门三维软件的前提下，完成设计题目的整体结构设计、各零件的三维建模和装配。基本要求及进度安排：（1） 在3月10日前查阅相关的资料，分析相关领域的研究成果，完成本课题的文献综述；并提出可行性方案，写出开题报告。（2） 在4月1日前完成基本原理设计；包括课题整体结构的工作原理，方案设计。（3） 在4月15日前所有的机械设计，主要零部件的结构设计（4） 在5月25日前完成所有零件的三维造型、装配及仿真；并整理毕业设计论文。（5） 在5月31日
3、上交的毕业设计论文，要求说明工作原理，详细的计算和建模过程、装配总图及仿真过程。作ppt准备答辩。指导教师签字： 2012 年2月1 3日院（系）意见： 教学院长（主任）签字： 年 月 日附注：参考资料1. 孟宪源.现代机构手册.北京:机械工业出版社.1994，62. 邱宣怀.机械设计.北京：高等教育出版社.2007.13. 吴宗泽.机械设计师手册.北京:机械工业出版社，2002.1.4. 在校期间的机械制图、机械原理、机械设计、理论力学、材料力学等教材摘要太阳能垃圾清运车被广泛的应用于展览会、飞机场、火车站、超市、餐厅的人口来往密集的场所，主要清理一些重量较轻，体积较大的垃圾的垃圾。太阳能垃
4、圾清运车主要保持室内环境，减轻服务人员的劳动强度，同时也相应了党的“绿色、科技。”的号召。目前的垃圾清运车新产品开发设计以经验设计和功能设计为主，设计流程为：概念设计细节设计物理样机试验测试定型生产。这种设计方法费时、费电、费力，使设费用提高，开发时间长。本文应用虚拟样机技术，建立了太阳能垃圾清运车带传动系统数字模型并进行动力学仿真，从而实现了基于计算机虚拟为产品的设计、研究、优化的研究平台。本文应用SolidWorks软件建立了太阳能垃圾清运车带传动系统实体模型；对太阳垃圾清运车带传动系统的运动特性进行仿真，得到了带传动系统中各零部件的位移、速度、及运动频率。本文为企业采用虚拟样机技术开发设
5、计太阳能垃圾清运车新产品进行了初步探索和尝试，取得了一些对开发设计新产品有益的数据和经验。关键词：太阳能垃圾清运车带传动系统虚拟样机运动学ABSTRACTSolar energy garbage truck is widely used in the exhibition, the airport, the railway station, the super market and the restaurant etc, where is full with population, the solar energy garbage trucks main task that clean up
6、some light in weight and volume of the garbage. The solar energy garbage trucks main task that it can keep the indoor environment clear and reduce the labor intensity of servicer. At the same time, it also responds to the call of our party” green, technology”Current, the design of solar garbage truc
7、k put important in experience design and function design. The design process including: conception design-details design-physical prototype-text-production. This design method is tine-consuming, metal-consuming, force-consuming, which makes the cost of the product development design rise and the per
8、iod of development long.Using virtual prototype technology, the digital model of solar energy garbage truck belt transmission system was build and the kinematics simulation was done in this paper, which provides a research platform for designing product based on virtual reality.Establishing the Soli
9、dworks software designs the belt transmission system entity model of solar energy garbage truck in his paper, in order to simulate the belt transmission system of movement characteristics the solar energy garbage truck, and get the displacement, velocity and exercise frequency of the belt transmissi
10、on system. Using virtual prototype technology, the design process of the solar energy garbage truck was build in this paper, which provides experience to explore the new production for the enterprise,Key words: solar energy garbage truck belt transmission system virtual prototype kinematics目 录中文摘要英文
11、摘要目录 第一章 绪论 11.1 太阳能在国内的应用与发展 11.2 太阳能光伏发电系统的基本概念及组成 11.3 太阳能垃圾清运车的应用及其发展 3第二章 整体设计方案 42.1 设计思路 42.2 方案的选择 4第三章机械系统的设计 53.1带传动机构零件的设计 53.1.1 轴承的选择 53.1.2轴承端盖的设计 53.1.2带轮的设计 63.1.3 电动机的选择 63.1.4 V带的选择 73.2 曲柄摇杆机构零部件的设计 83.2.1 曲轴的设计 83.2.2连杆的设计 93.2.3脚轮的选择 10第四章 三维模型的建立 124.1 Solidworks 简介 124.1.1 Sol
12、idWork的发展 124.1.2 Solidworks特点 124.1.3装配设计 134.2带传动机构零件的三维建模 134.2.1轴承端盖的三维建模过程 134.2.2 扫除的三维设计 224.2.3 带传动机构的三维模型 264.2.4阶梯轴的加工工艺路线 284.3曲柄摇杆机构零部件的三维建模 294.3.1 曲轴的三维设计 294.3.2 摇手的三维建模 294.3.3 曲柄摇杆机构的三维建模 304.4 太阳能垃圾清运车的三维实体模型 31第五章 总结 33致谢 34参考文献 35 第一章 绪论1.1 太阳能在国内的应用与发展随着经济社会的发展与进步，人们对能源提出了更高的要求，
13、寻找新能源来代替常规能源逐渐成为当前人类面临的迫切课题。由于太阳能发电具有火电、水电、核电等所无法比拟的清洁性、安全性、环保性、资源的广泛性和充足性等优点，太阳能被认为是二十一世纪最重要的新型能源。目前太阳能应用技术已取得了可喜的成就，并且已较成熟地应用于公路街道照明、城市亮化照明、太阳能发电、太阳能热水供应及取暖等系统。尤其是太阳能光伏技术的高速发展，给太阳能在各个方面的应用带来了更加广阔的前景。由于我国煤炭资源丰富，煤炭巨量消费已成为我国大气污染的主要来源，但煤炭资源有限。我国具有丰富的太阳能、潮汐能、风能、地热能和海洋能等新能源和可再生能源资源，然而太阳能的发展前景更为广阔。太阳能光伏发
14、电应用70年代开始发展，在80年代得到了高度重视。在八十年代中期先后从西方发达国家引进了数条太阳电池生产线，在1984年和1988年期间，使我国太阳电池的生产能力以年产200千瓦跃升到45兆瓦。目前在通信系统、边远无电县、无电乡村、无电岛屿等边远偏辟地区的应用更为广泛，年销售约1.1兆瓦，成效十分显著。 1.2 太阳能光伏发电系统的基本概念及组成太阳能光伏发电系统是利用太阳电池半导体材料的光伏效应,将太阳能转换为电能的一种新型发电系统。光伏发电系统是将太阳能转换成电能的发电系统,利用的是光生伏打效应。光伏发电系统的主要有太阳能电池板、蓄电池、充电控制器和逆变器组成如图1-1所示。（6） 太阳能
15、电池板太阳能电池板的作用是将太阳能转换成电能，供负载使用或存储于蓄电池中备用。一般要根据用户需求，将若干太阳电池板按一定方式连接，组成太阳能板电池方阵，再配上适应的支架及接线盒组成。（7） 充电控制器在类型不同的光伏发电系统中，充电控制器也不尽相同，其功能多少及复杂程度也差别很大，这要根据系统的要求及重要程度来确定。充电控制器主要的部件有电子器件、仪表、继电器、开关。在太阳能发电系统中，充电控制器的基本作用是为蓄电池提供适合的充电电流和电压，并快速、平稳、高效的为蓄电池充电，同时在充电过程中控制损耗，尽量延长蓄电池的使用寿命；在保护蓄电池的过程中，也避免过充电或过放电现象的发生。如果用户使用直
16、流负载，通过充电控制器还可以为负载提供稳定的直流电流。 （8） 逆变器 逆变器的作用就是将太阳能电池方阵和蓄电池提供的低压直流电逆变成220伏交流电，供给交流负载使用。（9） 蓄电池组蓄电池组是将太阳能电池方阵转化出来的直流电储存起来，供负载使用。在光伏发电系统中，蓄电池处于浮充放电状态，夏天日照强度大、时间长，除了供给负载使用外，还对蓄电池进行充电；在冬天日照强度小、时间短，这部分储存的电能逐步放出。白天太阳能电池方阵给蓄电池充电，同时方阵还要给负载供电，晚上负载所用的电全部由蓄电池供给。因此，要求蓄电池的自放电流量要小，而且充电效率要高，同时还要考虑价格和使用是否方便等其他的因素。 图1-
17、1太阳能发电系统1.3 太阳能垃圾清运车的应用及其发展 太阳能作为绿色能源应用到各个方面，太阳能在垃圾清运车方面的应用得到充分的应用。特别是在党中央和环保部门的大力支持下，各式各样的太阳能垃圾清运车应用而生，不仅得到政府的支持，还深受商业人士的青睐。太阳垃圾清运车清扫马路，街道，整理垃圾场的应用，不仅减轻了环卫人员的劳动强度，还美化了城市的环境，使城市的环境质量大大提高；太阳能垃圾清运车在飞机场、火车站、大型卖场、读书馆等人口密集的地方同时得到广泛的应用，特别国内各个高校积极开发新的太阳能垃圾清运车，并在校内试点使用，使太阳垃圾清运车百花齐放；商业人士更看好家庭太阳能垃圾清运车，随着中国的老龄
18、化的加剧，老人更需要太阳能垃圾清运车去清理家中的垃圾，同时也给上班族带来了便捷。总之，太阳能垃圾清运车的发展前景非常广阔，应用更加普遍。 太阳能在垃圾清运车方面的应用，更为垃圾清运车如虎添翼。太阳能垃圾清运车不仅能够识别垃圾并清理垃圾，还能够自行绕过障碍物，具有自动卸垃圾，压缩垃圾的功能，但目前还没有识别可以不可以回收垃圾的功能。太阳能垃圾清运车的发展仍需要我们的共同努力，共同保护我们赖以生存的环境。第二章 整体设计方案2.1 设计思路太阳能垃圾清运车在清扫垃圾的过程中，主要完成的基本功能是清扫垃圾和自动倒垃圾。为完成两大功能，必须充分考虑到清扫垃圾和倒垃圾的运动动作，并根据运动动作来考虑所用
19、的基本机构。还得基本机构的组成部分，以及动力源，然后再考虑这些机构的支撑部分（即机架）。2.2 方案的选择本文设计主要是机械系统的设计，也就是来设计太阳能垃圾清运车运动、转向、停止、清扫垃圾和倒垃圾等动作，以及实现这些动作的基本机械机构。总之，机械系统设计可以分为扫垃圾机构的设计和倒垃圾机构的设计。图2-1 机械系统设计的流程图第三章机械系统的设计3.1带传动机构零件的设计3.1.1 轴承的选择太阳能垃圾清运车的轴承具有以下特点：1） 轴承的载荷较小，主要承受径向载荷。2） 轴承的转速较低，但很轻便，不需要经常润滑。3） 价格低，易于购买。由于太阳能垃圾清运车属于小型器械，功率小，工作载荷小，
20、故选用深沟球轴承，型号为16001。如图3-1所示。图3-1 深沟球轴承深沟球轴承与曲轴连接在一起，其轴向由轴肩固定。轴承仅需要很小的力就能启动，操作方便。深沟球轴承易于安装，而且结构紧凑，便于润滑。3.1.2轴承端盖的设计1、轴承端盖的作用 轴承端盖作为太阳能垃圾清运车设计中的疯长重要的机械零件之一，用途十分广泛。该零件的主要工作表面是左右端面以及与轴承相接端的外圆表面，其一般作用有：（1）作用于轴承的外圈，使轴向定位。（2）密封和防尘，它常与密封圈配合，进而达到防尘和密封.（3）具有传送扭矩和缓冲吸振的作用，主要使太阳能垃圾清运车的自卸垃圾装置运动平稳。1、轴承端盖的结构结构工艺分析（1）
21、毛坯的选择 由于轴承端盖在工作过程中主要承受冲击载荷，为增强轴承端盖的抵抗强度和冲级韧度，应获得显微组织，毛坯选择铸件。由于轴承端盖的轮廓尺寸大，且生产类型属于大批量生产，为提高铸件精度和生产率，最好采用模铸方法制造毛坯。3.1.2带轮的设计 图3-2 为带轮实体模型。带轮由旋转扫描、旋转切除而成。此带轮为从动论，和扫除同时安装在传动轴上，从而把转矩和速度传给扫除，其周向运动由键固定，轴向由轴肩固定。带轮的选择可以根据扫除的转动速度和电机的转动速度，即传动比而定。由于扫除的转速不是很好，而电机的转速较高，故选择较大的传动比。带轮的材料可以选择铸钢或球墨铸铁。 图3-2 带轮实体模型图3.1.3
22、 电动机的选择图3-3 为建立的电动机实体模型，由于实际电动机的外形复杂，建模耗时，所以简易了电动机的画法。电动机是太阳能垃圾清运车提供动力的装置，是把太阳能板传过来的电能转化为机械能，从而带动带轮、扫把做连续的运动。它与机座有螺栓连接，它与带轮由键连接。由于太阳能垃圾清运车的工作强度小，所以电动机的选择要求功率小。电动机的型号是Y801-2。 图3-3 电动机的实体模型图3.1.4 V带的选择根据工作原理的不同，可将机械传动部分分为两类：1）机械能不改变为另一种形式能的传动机械传动。2）机械能改变为其他形式能的传动。机械传动又分为摩擦传动、啮合传动、液压传动和气压传动。他们的特性对比列于表1
23、。 表1 各类传动特性的对比各种特点电力传动机械传动啮合的摩擦的液压的气压的易于自动控制和远程控制 + 作用于工作部分的压力大 + + +周围环境温度变化影响很小+ + + +易于实现直线运动 + + +可用于高转速 + +保持准确的传动比 +易于在较大的范围内实现无级变速 + + +易于在较小的范围内实现有机变速 + + +能量易于储存 +在远距离传动时，设备简单 + 便于集中供应能量 + +机械传动安传动形式可以分为带传动、链传动、齿轮传动和涡轮蜗杆传动等等。带传传动和链传动都是通过中间的绕行机构传递运动和动力的，结构简单，制造精度相对较低，制造成本较高，传动比不稳定，主要适用于两轴中心距
24、较大的场合。齿轮传动和涡轮蜗杆传动是通过两轮的齿形啮合来传递运动和动力的，结构复杂，制造精度较高，需要专用机床加工，制造成本较高，但结构紧凑，传动比稳定，主要适用于两轴中心距较小的场合。带传动属于摩擦传动，由于太阳能垃圾清运车结构简单，成本低廉，故选择V带。V带传动是一种挠性传动（如图3-4）。V带传动的基本不组成零件为主动轮、从动轮和V型带。当主动轮1转动时，利用带轮和V带间的摩擦作用，将运动和动力通过V带3传动给从动论2.带传动具有结构简单、传动平稳、价格低廉和缓冲减振等特，故在太阳能来及清运车的设计中选择此机构。 图3-4 V带传动系统示意图3.2 曲柄摇杆机构零部件的设计3.2.1 曲
25、轴的设计1、曲轴设计的基本要求曲柄部分的主要尺寸和结构形状，对曲柄的扭转刚度和抗弯曲疲劳强度有主要影响，因而曲柄的设计必须满足以下要求：（1）足够的强度 主要满足曲柄的扭转疲劳强度、弯曲疲劳强度以及功率输出端的静强度。（2）足够的刚度为减少曲柄的挠曲线变形，以保证曲柄与各个轴承和连杆组可靠工作，同时也改变了曲柄的自振频率，尽量避免在工作转速范围内发生共振。（3）轴承副轴颈具备足够的承受压力面积和较高的耐磨性，并设置合理的油孔。（4）曲柄的排列要合理，是为了其工作时运转平稳，扭矩均衡，并改善轴系的扭转和振动状况。（5）平行块配置的要合理，是为了减轻主轴承负荷和振动。2、曲轴的加工工艺 由于太阳能
26、垃圾清运车的曲轴尺寸小，所以选择整体铸造，其优点：加工性能好，金属切屑量少，成本低，可以较容易的获得合理的结构形式，使应力分布均匀，对提高曲轴的疲劳强度有显著效果。3.2.2连杆的设计 连杆的带螺纹端与曲柄连接，另一端与垃圾箱体相连。连杆与曲轴是面接触，属于低副，耐磨损。与转动副相接触的表面是圆柱面，制造简单，易于获得较高的制造精度。同时也有诸多的缺点如：低副中存在配合间隙，低副的数目越多，运动误差累积的也就越多，而却设计较为复杂，其运动轨迹不以准确的实现。连杆的结构如图3-5所示。图3-5 连杆的实体模型3.2.3脚轮的选择脚轮主要有金属部件与塑胶部件组合而成，作用于需要移动并需承载重量的产
27、品下面，隶属于产品配套的部件。在医疗行业，轻工业制造行业，物流搬运设备制造行业，厨具厨房设备行业广泛使用。 脚轮是根据安装尺寸与承载重量来分类的，主要的供应行业为纸箱包装行业，轴承行业，塑胶原材料行业，金属板材行业以及螺丝标准件行业。产品塑胶部分的材料决定了它的使用环境，它的系列分类决定了所能承受的载荷，因此，它是一个具有专业性的产品。根据行业使用的特性，它的使用功能也不近相同。使用单位在购买的时候，一定要根据使用环境、频率、载荷等因素，选择适合自己所需的产品类型。脚轮的组成部分有：（1）活支总成：由活动支架、轮轴及螺母组成。轴套是套在轮轴外面的，钢铁制造的非转动零件，供轮子轴承转动固定轮子在
28、支架内。（2）固支总成：由固定支架、轮轴和螺母组成。 （3）转向轴承：有若干不同的型号。例如：单层轴承：在大的轨道上只有一层钢球。双层轴承：在两个不同的轨道上，有双层钢球。 (4)防缠盖：是用以避免和其它材料缠绕轮轴在一起，使轮子能自由转动。(5)密封圈：避免转向轴承或单轮轴承入尘，保持其润滑性，便于旋转。(6)转向锁定：通过把弹簧插销锁定转向轴承 ，可以把活动脚轮锁定为固定脚轮。(7)单轮刹掣：安在轮子轴套或轮胎表面上，用手或脚操纵的刹掣装置。(8)全刹掣：即可锁定转向又可以固定轮子的刹掣装置。(6)支撑架：安装在运输工具下面，能令其固定在某一位置上的装置。其他：包括转向臂、杠杆、橡胶防撞垫
29、、防松垫以及其它具有特定用途的零件。其是体模型如图3-6所示。 图3-6 太阳能垃圾清运车脚轮的实体模型第四章 三维模型的建立4.1 Solidworks 简介4.1.1 SolidWork的发展SolidWorks公司在1993年建立，由PTC公司的技术副总裁与CV公司的副总裁共同提起，总部坐落于马萨诸塞州的康克尔郡 ，他们的初步目标就是希望在每一个设计者的桌面上提供一套具有一定生产力的实体模型设计系统。从1995年推出第一套SolidWorks三维模型设计软件至今，到2010年已经拥有世界级的办事处， 300多家经销商在全球140多个国家进行销售与分销该软件。1997年，Solidwork
30、s被法国达索公司收购，作为达索中端主流市场的主打品牌。 SolidWorks软件作为首个基于Windows开发的三维CAD软件，他的技术创新满足CAD技术的发展趋势，SolidWorks公司在短短的两年之间成为CAD/CAM产业信誉最高的公司。良好的财务状况和广大用户的支持使得SolidWorks每年都有数十乃至数百项的技术更新，为公司锦上添花。 Windows OLE技术、直观式设计技术、先进的parasolid内核以及良好的与第三方软件的兼容性的应用，使得SolidWorks软件成为全球销售量最大的软件之一。数据表明，目前全世界发放的SolidWorks软件使用许可量约28多万，涉及到国防、科技、制造业、轻工业、教育等行业，分布于全球100多个国家的约3万1千多家企业。在教育培训机构上，每年来自全球4，300多所教育机构的近145，000多名学生通过SolidWorks的进行教育 。 在美国，一些著名大学（麻省理工学院、斯坦福大学）已经把SolidWorks列为制造专业的必修课， 在国内，如清华大学、哈尔滨工业大学、北京航空航天大学、大连理工大学、北京理工大学、上海教育局、烟台大学等高校也在使用SolidWorks进行教学。 4.1.2 Solidworks特点Solidworks应用软件功能强大，组件类型多。Sol
