斯特林發(fā)動機小汽車的設(shè)計與制作畢業(yè)論文.doc

高 職 部畢業(yè)設(shè)計作 者： 學(xué) 號： 專 業(yè)： 班 級： 題 目： 組合零件的設(shè)計與加工 斯特林發(fā)動機小汽車的設(shè)計與制作指導(dǎo)者： 高級實習(xí)指導(dǎo)教師 2016年06月摘 要數(shù)控技術(shù)及數(shù)控機床在當(dāng)今制造業(yè)中的重要地位和巨大效益，顯示了其在國家基礎(chǔ)工業(yè)現(xiàn)代化中的戰(zhàn)略性作用數(shù)控技術(shù)及數(shù)控機床的廣泛應(yīng)用，給機械制造業(yè)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、以及生產(chǎn)方式帶來了革命性的變化。在數(shù)控加工中，從零件的設(shè)計圖紙到零件成品合格，不僅要考慮到數(shù)控程序的編寫，還要考慮到諸如零件加工的工藝路線的安排、加工機床的選擇、切削刀具的選擇等一系列因素的影響，在開始編程前，必須要對零件圖紙和技術(shù)要求進行詳細(xì)的分析，以最終確定哪些是零件的技術(shù)關(guān)鍵，哪些是數(shù)控加工的難點，以及編程的難易程度。運用Pro/E軟件和AutoCAD軟件進行模型的設(shè)計，完成模型的零件圖和裝配圖的繪制。并根據(jù)相應(yīng)的圖紙在車工和鉗工車間進行模型零件的實體加工和裝配。關(guān)鍵詞：設(shè)計；加工；使用說明目 錄摘 要II1 緒論11.1 作品簡介11.2 斯特林發(fā)動機特點21.3 斯特林發(fā)動機優(yōu)缺點22 汽車傳動系統(tǒng)設(shè)計32.1 汽車底盤設(shè)計32.1.1主要設(shè)計思路32.2 傳動飛輪機架的設(shè)計32.2.1主要設(shè)計思路32.3 小汽車模型所需要的標(biāo)準(zhǔn)件42.3.1汽車車輪主要設(shè)計思路42.3.2熱燃缸和配氣缸主要設(shè)計思路52.3.3螺栓和螺母標(biāo)準(zhǔn)件63 斯特林小汽車零件的實體加工83.1 汽車底盤的加工83.2 飛輪加工83.3曲柄連桿加工94 小汽車的使用說明114.1安全注意事項114.2安裝使用方法11結(jié) 論12參考文獻(xiàn)13致 謝14天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)2013級?？粕厴I(yè)設(shè)計1 緒論數(shù)控技術(shù)，即采用電腦程序控制機器的方法，按工作人員事先編好的程序?qū)C械零件進行加工的過程。它的應(yīng)用范圍廣泛，如制造業(yè)、信息行業(yè)醫(yī)療設(shè)備行業(yè)、軍事設(shè)備以及其他的輕工業(yè)。數(shù)控技術(shù)的重要性，它是國民經(jīng)濟各部門的重要技術(shù)支撐，是高薪技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的重要技術(shù)支撐，是加強和實現(xiàn)國防現(xiàn)代化的重要技術(shù)支撐。數(shù)控機床是一種機電一體化的產(chǎn)品，適用于加工多品種小批量的零件、結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、精度要求較高的零件。設(shè)計中除了用到數(shù)控機床，還要運用到AutoCAD，它用于二維繪圖、詳細(xì)繪圖、設(shè)計文檔和基本三維設(shè)計，成為廣為流行的繪圖工具。它的基本功能是平面繪圖、編輯繪圖、三維繪圖。它的特點是具有完善的圖形繪制功能，具有強大的圖形編輯功能，可以進行多種圖形格式的轉(zhuǎn)換，具有較強的數(shù)據(jù)交換能力，支持多種硬件設(shè)備，支持多種操作平臺，具有通用性、易用性，適用于各類用戶。將數(shù)控技術(shù)與繪圖技術(shù)相結(jié)合，設(shè)計出一臺經(jīng)濟環(huán)保實用的小車。1.1 作品簡介圖1-1斯特林小汽車系統(tǒng)分解1底盤；2車輪；3油箱；4油管；5曲柄；6螺桿；7帶輪；8連桿；9飛輪；10支持架；11V帶；12支持桿；13螺母；14墊片；15活塞桿；16活塞；17保持架；18配氣缸；19熱燃缸；20車軸；21油箱蓋；22配氣管；23螺旋副；24密封圈我們通過對斯特林發(fā)動機研究和認(rèn)識加上已學(xué)的機械知識，在老師的幫助下完成了自己設(shè)計的第一輛小汽車。我們的小汽車采用斯特林發(fā)動機為動力，再加上廢棄車胎。我們的設(shè)計理念是在不影響小車性能的情況下，盡量減輕小車的質(zhì)量，選用較輕的零件以使小車走的更遠(yuǎn)，同時盡量選用便宜，容易買到的零件，節(jié)約生產(chǎn)成本。設(shè)計圖如1-1所示。1.2 斯特林發(fā)動機特點斯特林發(fā)動機，又稱熱氣機，是一種外燃機，即依靠外部熱源對密封在機器中的氣體工質(zhì)加熱，使其不斷熱脹冷縮，進行閉式循環(huán)，推動活塞做功。1.3 斯特林發(fā)動機優(yōu)缺點1優(yōu)點（1）適用于各種能源無論是液態(tài)的、氣態(tài)的還是固態(tài)的。（2）噪音小。熱氣機在運行時，由于燃料的燃燒是連續(xù)的，因此避免了類似內(nèi)燃機的做功和間歇燃燒過程，從而實現(xiàn)了低噪音的優(yōu)勢（3）不受氣壓影響。這是由于斯特林閉循環(huán)中工質(zhì)與大氣隔絕產(chǎn)生的。是的它非常適合于高海拔地區(qū)使用。2缺點（1）對材料要求高。斯特林發(fā)動機的加熱器和膨脹腔需要長時間保持較高的溫度，這對材料提出了較高的要求。（2）熱量損失大。因為長時間保持高溫，這使得很多熱量通過直接傳遞和熱輻射的形式損失了。（3）體積大。這是由減少熱損失的一系列措施導(dǎo)致的，要隔絕，比功率小。（4）反應(yīng)慢。由于熱源來自外部，傳熱需要時間，因此發(fā)動機需要經(jīng)過一段時間才能使氣缸的溫度發(fā)生變化。2 汽車傳動系統(tǒng)設(shè)計2.1 汽車底盤設(shè)計2.1.1主要設(shè)計思路1.設(shè)計分析（1）部件作用:如圖2-1所示底盤的作用是支撐、安裝汽車發(fā)動機及其各部件總成。（2）材料選擇：鋁作為汽車的底盤，因為鐵過重會加重汽車的整體質(zhì)量從而影響車速。從經(jīng)濟實用型出發(fā)也是最好的選擇。（3）具備加工的條件：可以用電鉆打孔并且可以利用臺虎鉗據(jù)等。（4）注意事項：加工時注意安全，打孔時設(shè)計好間距。圖2-1 斯特林小汽車底盤2.2 傳動飛輪機架的設(shè)計2.2.1主要設(shè)計思路1.設(shè)計分析（1）部件作用：如圖2-2支架是用來支撐、固定組成零部件的一個框架。（2）材料選擇：選用45號鋼（3）具備加工的條件：可以利用電鉆孔、鋸、數(shù)控機床編程來加工（4）注意事項：首先需要準(zhǔn)備好所需圖紙準(zhǔn)備好加工所需的機床、刀具、工裝及量具等有疑問的話與老師核對后再進行加工。圖2-2機架2.3 小汽車模型所需要的標(biāo)準(zhǔn)件2.3.1汽車車輪主要設(shè)計思路1.設(shè)計分析（1）部件作用：如圖2-3所示小汽車車輪是支撐整車的重量，緩沖有路面?zhèn)鱽淼恼駝雍蜎_擊，具有一定的耐磨性和抗沖擊能力確?？梢孕惺挂欢ɡ锍?。（2）材料選擇：計劃利用廢棄輪胎，并且根據(jù)輪胎的大小設(shè)計整體尺寸。（3）具備加工的條件：無需加工。（4）注意事項：輪胎的磨損、更換以及日常檢查。圖2-3 小汽車車輪2.3.2熱燃缸和配氣缸主要設(shè)計思路1.設(shè)計分析（1）部件作用：如圖2-4所示熱燃缸是燃料連續(xù)燃燒，通過加熱器傳給工作介質(zhì)如氫氣，工作介質(zhì)不直接參與燃燒，也不更換。（2）材料選擇：玻璃針管、木條。（3）具備加工的條件：需要電鉆。（4）注意事項：用小電鉆在圓柱木條鉆出小孔，將玻璃針筒以熱溶膠固定在木條上，并用橡皮筋加以固定。同樣將試管固定在木條上。然后以塑膠軟管連接。可以稍作測試。加熱試管前段，拉動活塞，看看針筒是否會前后伸縮移動。如沒有，則應(yīng)該檢查是否出現(xiàn)漏氣現(xiàn)象。圖2-4 熱燃缸圖2-5 配氣缸2.3.3螺栓和螺母標(biāo)準(zhǔn)件1.加工分析（1）部件作用：如圖2-6所示螺栓它屬于機械零件，配用螺母的圓柱形帶螺紋的緊固件，由頭部和螺桿（帶有外螺紋的圓柱體），兩部分組成的一類緊固件，需與螺母配合，用于緊固連接兩個帶有通孔的零件，它在本次設(shè)計中的作用是用于固定連接保持架和底盤。（2）材料選擇：計劃從市場購買鋼料材質(zhì)的螺栓螺母。（3）具備加工的條件：因為是購買所得，所以只要大小合適就行。（4）注意事項:螺母與零件貼合表面要平整光滑。a 螺栓b 螺母圖2-6 螺栓和螺母標(biāo)準(zhǔn)件2.4準(zhǔn)備材料兩個玻璃針管作為活塞；圓柱木條一支；橡皮筋兩根；熱熔膠若干；廢棄輪胎四個鋁板一塊；螺栓螺母各兩個；器皿一個；酒精若干133 斯特林小汽車零件的實體加工3.1 汽車底盤的加工3.1.1底盤的材料選用188.51001.5(mm)鋁合板加工。因為鋁材料比較輕，硬度低、便與加工以及價格便宜。3.1.2鉗工鋸削加工根據(jù)零件圖尺寸，采用高度尺劃線，畫出需要鋸割的位置，以上下表面作為定位基準(zhǔn)裝夾在臺虎鉗上，手持鋼鋸加工出合格的零件并檢測。3.1.3臺鉆鉆孔根據(jù)圖紙要求，采用高度尺劃線，把零件兩側(cè)面作為定位基準(zhǔn)放在平板上，畫出需要鉆孔的位置，然后裝夾在臺鉆的工作臺上鉆出合格的尺寸并檢測。3.2 飛輪加工1 飛輪的材料采用硬鋁合金。因為硬鋁合金強度和耐熱性好。2 加工方式采用數(shù)控車床加工。因為數(shù)控機床加工精度高，加工質(zhì)量穩(wěn)定可靠。3 加工程序O0001；N1；（粗車）G00 G40 G97 G99 M03 S800 T0101 F0.1；（外圓刀）Z2.；X57.；G71 U2. R0.5；G71 P10 Q20 U0.2；N10 G00 X0.；G01 Z0.；X50.5 C0.5；Z-7.；N20 X57.；G00 X150.；Z150.；M05；M00；N2；（精車）G00 G40 G97 G99 M03 S1200 T0101 F0.05；（外圓刀）Z2.；X57.；G70 P10 Q20；G00 X150.；Z150.；M05；M00；N3；（切斷）G00 G40 G97 G99 M03 S500 T0202 F0.05；（切斷刀）Z-10.；X57.；G94 X0.；G00 X150.；Z150.；M30；3.3曲柄連桿加工1 選用的材料0.5mm的鋁合金。因為鋁合金與其他的金屬材料比密度小、耐腐蝕性好、易加工。2 加工方式根據(jù)圖紙的尺寸，用鉛筆、鋼尺、圓規(guī)畫出形狀，并用剪刀剪出零件的尺寸。3 連桿特點連桿是發(fā)動機的主要傳動件之一，連桿的尺寸精度、形狀精度以及位置的要求精度都很高，而連桿的剛性比較差，容易發(fā)生變形，因此在安排工藝過程時，就需要把各主要表面的粗精加工工序分開。逐步減少加工余量、切削力及內(nèi)應(yīng)力的作用，并修正加工后的變形，就能達(dá)到零件的技術(shù)要求。4 小汽車的使用說明4.1安全注意事項氣體交換室（試管）的密閉性要高，盡量不要有漏氣現(xiàn)象;移氣活塞的銅棒管接合處，要盡量滑順，但又不能有大量漏氣現(xiàn)象;挑選銅管與銅棒時，公差要配合好；連接曲柄的冰棒棍要盡量平行推動，不要有分向力量減低推動；潤滑油不要太黏稠；點燃時注意安全，防止發(fā)生火災(zāi)。4.2安裝使用方法安裝時首先用螺栓螺母將飛輪、輪胎、將保持架與底座固定；然后用薄鋁片將飛輪與保持架固定連接，在使用時小器皿裝有足夠的燃料如酒精汽油等；當(dāng)點燃酒精燈，燃燒一定時間玻璃針管發(fā)熱小車即可跑動。結(jié) 論本次設(shè)計的是采用斯特林發(fā)動機為動力的小汽車。在制作斯特林小車的過程中，遇到了一些問題：首先在車輪選擇時，一開始打算自己制作，發(fā)現(xiàn)自己設(shè)計的不是很合適，所以我們從廢棄玩具車上拆下來的車輪。然后在設(shè)計中，需要有個夾子來固定玻璃針筒，因為對這個夾子要求比較高，又要能固定，畢竟難找，所以玻璃針筒的固定也成了一個難解決的問題。一般的晾衣服的夾子沒有那么大的口徑，夾不住玻璃針筒。最后我們還是決定用薄鋁片根據(jù)針筒的大小制作一個。最后在軸與桿之間的固定也有一定的難度。雖然沒有直接影響到小車的性能，可是在小車前進的過程中，若不解決此問題，會影響其繼續(xù)前行。最后終于想出了一個簡單又方便有效的辦法，那就是在軸上纏上玻璃膠或套上較粗的筆芯來解決這個問題，小車能達(dá)到性能還是不錯的，雖然在固定安裝方面做得不是特別出色，行進的過程中有些晃動，但是小車能前行，能夠達(dá)到設(shè)計要求。根據(jù)利用autoCAD繪圖軟件設(shè)計出整體爆炸圖各個零件的三維圖、工程圖以及學(xué)過的普車，數(shù)控機床來加工零件。制作出實體以及完成畢業(yè)論文，在指導(dǎo)老師和同學(xué)的幫助下完成了本次的畢業(yè)設(shè)計，我從中不僅僅學(xué)會了動手動腦的能力、團隊合作、更加學(xué)會了社交，為以后步入社會打下良好的基礎(chǔ)。這段時間中我發(fā)現(xiàn)對專業(yè)知識的認(rèn)識還不夠，很多關(guān)于制造和工藝的知識有待我們提高，更多的是需要我們自己去觀察、實踐、學(xué)習(xí)。不具備這項能力就難以勝任未來的挑戰(zhàn)，隨著科學(xué)的迅猛發(fā)展，新技術(shù)的廣泛應(yīng)用會有很多領(lǐng)域是我們從沒接觸過的，只有敢于去嘗試、只有敢于廢物利用、虛心請進同學(xué)才能有所進步。參考文獻(xiàn)1 陳立德.機械設(shè)計基礎(chǔ).北京:高等教育出版社.2000.2 郭聚東,龔建成.機械設(shè)計課程設(shè)計.武漢:華中科技大學(xué)出版社，2015.3 徐宏海數(shù)控加工工藝北京中央廣播大學(xué)出版社2008.4 黃麗芬數(shù)控車床編程與操作GSK980-TD北京中國勞動社會保障出版社2007.5 龔桂義.機械設(shè)計課程社指導(dǎo)書.北京:高等教育出版社,1990.6 盧頌峰.機械零件課程設(shè)計手冊.北京:中央廣播電視大學(xué)出版社,1986.7 張超英數(shù)控編程技術(shù)北京中央廣播電視大學(xué)出版社，2008.8 畢艷,劉春.機械原理.北京:機高等教育出版社,2006.9 孫蘭鳳機械制圖北京中央廣播電視大學(xué)出版社，2006.10 張曉旭.AutoCAD設(shè)計教程.北京:清華大學(xué)出版社,1994.11 林清安.Pore/ENGINEER鈑金件設(shè)計.北京:北京大學(xué)出版社,2002.致 謝在本次設(shè)計的過程中遇到個別難題，比如用Pro/E繪制爆炸圖是一個難點，這方面掌握的不是很好，試驗了好多次都無法畫出。最后經(jīng)過多次分析，檢驗，還與楊勝同學(xué)請教，終于找出了問題的所在，最后才成功的畫出了爆炸圖。這次的畢業(yè)設(shè)計，是一次能夠