【文章內(nèi)容簡介】 6表面淬火48~5538CrMoA1A調(diào)質(zhì)890834229氮化HV85020Cr滲碳淬火63739256~6220CrMnTi滲碳淬火107983456~62取小齒輪齒數(shù)大齒輪[12]查得齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限，大齒輪接觸疲勞強度極限。計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)，按照1800小時計算：[12]查得接觸疲勞壽命系數(shù) 計算接觸疲勞許用應(yīng)力，取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1按齒面接觸疲勞強度計算小齒輪分度圓直徑：…………（式312）其中：——試選載荷系數(shù)，；——小齒輪轉(zhuǎn)矩，130Nmm；——選取齒寬系數(shù)，；——材料彈性影響系數(shù)，；——區(qū)域系數(shù)，；——代入較小值，；——取。數(shù)據(jù)代入得。計算齒寬比：…………………………（式313）得出齒寬b=。計算齒寬與齒高之比：…………………………（式314）…………………………（式315） ……………………………（式316）得出齒寬與齒高比g=。計算圓周速度v： ………………………（式317）得出圓周速度，[12]查得動載荷系數(shù)直齒輪，由機械設(shè)計表83[12]查得。根據(jù)表33，8級精度、小齒輪懸臂布置查得；表33 接觸疲勞強度計算用齒輪齒向載荷分布系數(shù)調(diào)質(zhì)齒輪精度等級小齒輪相對支撐的布置KHb6對稱KHb=++b非對稱KHb=+(1+)+b懸臂KHb=+(1+)+b7對稱KHb=++b非對稱KHb=+(1+)+b懸臂KHb=+(1+)+b8對稱KHb=+(1+)+b調(diào)質(zhì)齒輪8非對稱KHb=+(1+)+b懸臂KHb=+(1+)+b續(xù)表33硬齒面齒輪精度等級限制條件小齒輪相對支撐的布置KHb5KHb≤對稱KHb=++b非對稱KHb=+(1+)+b懸臂KHb=+(1+)+bKHb對稱KHb=++b非對稱KHb=+(1+)+b懸臂KHb=+(1+)+b6KHb≤對稱KHb=++b非對稱KHb=+(1+)+b懸臂KHb=+(1+)+bKHb對稱KHb=++b非對稱KHb=+(1+)+b懸臂KHb=+(1+)+b由g=，[12]得；綜上，載荷系數(shù)K為：按實際的載荷系數(shù)校核的分度圓直徑：……………………（式318）求得。計算模數(shù)m:取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)m=。計算分度圓直徑、中心距、齒寬：計算齒寬b：取。計算載荷系數(shù)K：根據(jù)表86[12]齒形系數(shù)與應(yīng)力校正系數(shù)：圓柱小齒輪，；大齒輪。計算彎曲疲勞許用應(yīng)力：[12]查得小齒輪的彎曲疲勞強度極限；大齒輪的彎曲疲勞極限。校核公式：………………（式319）其中： ——彎曲疲勞安全系數(shù)，； ——彎曲疲勞安全系數(shù)，； ——[12]查得彎曲疲勞壽命系數(shù)；得出。校核公式：…………………………（式320）…………………………（式321）得出。因為，所以齒輪彎曲疲勞強度足夠。 錐齒輪傳動設(shè)計計算材料選用，大齒輪選擇45號正火鋼，硬度168~127HBS，小齒輪選擇45號調(diào)質(zhì)鋼，硬度229~286HBS，精度等級8；取 計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)：[12]取接觸疲勞壽命系數(shù)。[12]按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限，大齒輪接觸疲勞強度極限。計算疲勞許用應(yīng)力，取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1： （式321）其中： ——取失效概率為1%，安全系數(shù)，1；得出，試算小齒輪分度直徑，代入較小值：………………（式322）其中：——小齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩，mm；——初步選載荷系數(shù),；——區(qū)域系數(shù)，；——取齒寬系數(shù)，；得出。計算圓周速度，同式316，得出。查表83[12]可知。計算齒寬：……………………（式323）求得因此齒高齒寬與齒高比[12]查得動載荷系數(shù)，；因此按實際的載荷系數(shù)校核軸的的分度圓直徑 ……………………（式324）得出模數(shù)取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)分度圓直徑為：計算錐齒距：……………………（式325）得出錐齒距R=。計算齒寬：取齒寬計算齒根彎曲疲勞強度條件：…………（式326）……………………（式327）…………………………（式328）……………………（式329） ……………………（式330）…………………………（式331）其中： ，——表86[12]齒形系數(shù)與應(yīng)力校正系數(shù),；，——表86[12]齒形系數(shù)與應(yīng)力校正系數(shù),；，——[12]查得小齒輪的彎曲疲勞強度極限215MPa，190MPa；，——[12]查得彎曲疲勞壽命系數(shù),；——取彎曲疲勞安全系數(shù)，；求得：，因此滿足齒根彎曲強度。 傳動軸設(shè)計和選擇萬向聯(lián)軸器利用其機構(gòu)的特點，使兩軸不在同一軸線，存在軸線夾角的情況下能實現(xiàn)所聯(lián)接的兩軸連續(xù)回轉(zhuǎn)，并可靠地傳遞轉(zhuǎn)矩和運動。萬向聯(lián)軸器最大的特點是：其結(jié)構(gòu)有較大的角向補償能力，結(jié)構(gòu)緊湊，傳動效率高。不同結(jié)構(gòu)型式萬向聯(lián)軸器兩軸線夾角不相同，一般在5176。~45176。之間。低扭矩車常用萬向節(jié)形式為，傳動軸搭配萬向節(jié)杯，兩端齒輪箱限位，結(jié)構(gòu)簡單，易于更換零件。圖31 傳動軸和萬向節(jié) 傳動軸設(shè)計軸的材料選擇常用材料45鋼，調(diào)質(zhì)。初算軸徑根據(jù)表103[12]查得，取中間值計算孔直徑最小值：由于軸兩端打孔，因此孔的直徑最后軸徑為：軸長按照車模常用傳動軸長選擇，為84mm、86mm、87mm。 轉(zhuǎn)向機構(gòu)設(shè)計車輛轉(zhuǎn)向完全依靠前方轉(zhuǎn)向杯帶動車輪轉(zhuǎn)向，因此可以通過連桿將轉(zhuǎn)向杯旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為直線運動。圖32轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)簡圖設(shè)計轉(zhuǎn)向運動結(jié)構(gòu)，如圖32，其中去掉虛約束，活動構(gòu)件數(shù)A~E為5，低副數(shù)1~7為7。計算自由度：……………………（式331）其中： ——活動構(gòu)件，5；——低副，7；——高副，0。得出F自由度為1，但是由于車輛在顛簸路面行駛，防止搖臂折斷或脫落，則需要將自由度放寬至3，如圖33。圖33轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)簡圖最終機構(gòu)立體效果圖：圖34轉(zhuǎn)向機構(gòu)立體圖第四部分 智能車硬件設(shè)計硬件電路是系統(tǒng)實現(xiàn)功能的基礎(chǔ)，由于整個系統(tǒng)的所完成的功能和整體的性能在很大程度上依賴于硬件設(shè)計，所以在課題研究過程中硬件電路的設(shè)計占有舉足輕重的地位。 系統(tǒng)硬件設(shè)計方案 ATmega256016U 單片機介紹核心處理器：AVR[13]；內(nèi)核位數(shù)：8位；速度：16MHz；連通性：EBI/EMI，I2C，SPI，UART/USART；外圍設(shè)備：欠壓檢測/復(fù)位，POR，PWM，WDT；輸入/輸出數(shù)：86；程序存儲器容量：256KB (256K x 8)；程序存儲器類型：FLASH；EEPROM 大?。?K x 8；RAM 容量：8K x 8；電壓 電源 (Vcc/Vdd)： V ~ V；數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器：A/D 16x10b；工作溫度：40℃ ~ 85℃；封裝/外殼：100TQFP, 100VQFP。 ATmega256016U最小系統(tǒng)圖41 ATmega256016U最小系統(tǒng) i2c總線接口由于GY86傳感器模塊采用i2c總線，因此需要使用ATmega2560 SDA，SCL口。I2C串行總線一般有兩根信號線，一根是雙向的數(shù)據(jù)線SDA，另一根是時鐘線SCL。所有接到I2C總線設(shè)備上的串行數(shù)據(jù)SDA都接到總線的SDA上，各設(shè)備的時鐘線SCL接到總線的SCL上[14]。為了避免總線信號的混亂，要求各設(shè)備連接到總線的輸出端時必須是漏極開路（OD）輸出或集電極開路（OC）輸出。設(shè)備上的串行數(shù)據(jù)線SDA接口電路應(yīng)該是雙向的，輸出電路用于向總線上發(fā)送數(shù)據(jù)，輸入電路用于接收總線上的數(shù)據(jù)。而串行時鐘線也應(yīng)是雙向的，作為控制總線數(shù)據(jù)傳送的主機，一方面要通過SCL輸出電路發(fā)送時鐘信號，另一方面還要檢測總線上的SCL電平，以決定什么時候發(fā)送下一個時鐘脈沖電平；作為接受主機命令的從機，要按總線上的SCL信號發(fā)出或接收SDA上的信號，也可以向SCL線發(fā)出低電平信號以延長總線時鐘信號周期?？偩€空閑時，因各設(shè)備都是開漏輸出，上拉電阻Rp使SDA和SCL線都保持高電平。任一設(shè)備輸出的低電平都將使相應(yīng)的總線信號線變低，也就是說：各設(shè)備的SDA是“與”關(guān)系，SCL也是“與”關(guān)系?？偩€對設(shè)備接口電路的制造工藝和電平都沒有特殊的要求（NMOS、CMOS都可以兼容）。在I2C總線上的數(shù)據(jù)傳送率可高達每秒十萬位，高速方式時在每秒四十萬位以上。另外，總線上允許連接的設(shè)備數(shù)以其電容量不超過400pF為限?？偩€的運行（數(shù)據(jù)傳輸）由主機控制。所謂主機是指啟動數(shù)據(jù)的傳送（發(fā)出啟動信號）、發(fā)出時鐘信號以及傳送結(jié)束時發(fā)出停止信號的設(shè)備，通常主機都是微處理器。被主機尋訪的設(shè)備稱為從機。為了進行通訊，每個接到I2C總線的設(shè)備都有一個唯一的地址，以便于主機尋訪。主機和從機的數(shù)據(jù)傳送，可以由主機發(fā)送數(shù)據(jù)到從機，也可以由從機發(fā)到主機。凡是發(fā)送數(shù)據(jù)到總線的設(shè)備稱為發(fā)送器，從總線上接收數(shù)據(jù)的設(shè)備被稱為接受器。I2C總線上允許連接多個微處理器以及各種外圍設(shè)備，如存儲器、LED及LCD驅(qū)動器、A/D及D/A轉(zhuǎn)換器等。為了保證數(shù)據(jù)可靠地傳送，任一時刻總線只能由某一臺主機控制，各微處理器應(yīng)該在總線空閑時發(fā)送啟動數(shù)據(jù)，為了妥善解決多臺微處理器同時發(fā)送啟動數(shù)據(jù)的傳送（總線控制權(quán)）沖突，以及決定由哪一臺微處理器控制總線的問題，I2C總線允許連接不同傳送速率的設(shè)備。多臺設(shè)備之間時鐘信號的同步過程稱為同步化[15]。圖42 I2C總線電路 RS232C串口總線接口由于GPS模塊采用串口通信，因此需要ATmega2560 TXD1 RXD1口。RS232C是美國電子工業(yè)協(xié)會EIA（Electronic Industry Association）制定的一種串行物理接口標(biāo)準(zhǔn)。RS是英文“推薦標(biāo)準(zhǔn)”的縮寫，232為標(biāo)識號，C表示修改次數(shù)。RS232C總線標(biāo)準(zhǔn)設(shè)有25條信號線，包括一個主通道和一個輔助通道。在多數(shù)情況下主要使用主通道，對于一般雙工通信，僅需幾條信號線就可實現(xiàn)，如一條發(fā)送線、一條接收線及一條地線。RS232C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的數(shù)據(jù)傳輸速率為50、7100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200、38400波特。RS232C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，驅(qū)動器允許有2500pF的電容負載，通信距離將受此電容限制，例如，采用150pF/m的通信電纜時，最大通信距離為15m；若每米電纜的電容量減小，通信距離可以增加。傳輸距離短的另一原因是RS232屬單端信號傳送，存在共地噪聲和不能抑制共模干擾等問題，因此一般用于20m以內(nèi)的通信。具體通訊距離還與通信速率有關(guān)，例如，在9600pbs時，普通雙絞屏蔽線時，距離可達3035米。串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)過使用和發(fā)展，目前已經(jīng)有幾種。但都是在RS232標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上經(jīng)過改進而形成的。所以，以RS232C為主來討論。RS232C標(biāo)準(zhǔn)是美國EIA（電子工業(yè)聯(lián)合會）與BELL等公司一起開發(fā)的1969年公布的通信協(xié)議。它適合于數(shù)據(jù)傳輸速率在0～20000b/s范圍內(nèi)的通信。這個標(biāo)準(zhǔn)對串行通信接口的有關(guān)問題，如信號線功能、電氣特性都作了明確規(guī)定。由于通信設(shè)備廠商都生產(chǎn)與RS232C制式兼容的通信設(shè)備，因此，它作為一種標(biāo)準(zhǔn)，目前已在微機通信接口中廣泛采用[16]~[17]。 USB接口使用MEGA16U2 USB控制器實現(xiàn)程序自動下載和與計算機的串口通訊。圖43 USB程序下載調(diào)試電路 ATKNEO6M GPS模塊GPS模塊用于接收衛(wèi)星定位信號，計算出車輛所在位置。本系統(tǒng)采用UBLOX公司的NEO6M模組，模塊自帶高性能無源陶瓷天線，并自帶可充電后背電池（以支持溫啟動或熱啟動，后備電池在主電源斷電后，可以維持半小時左右的GPS接收數(shù)據(jù)保存）。模塊通過串口與外部系統(tǒng)連接，串口波特率支持4800、9600、38400、57600等不同速率，兼容5V/。表41 ATKNEO6M GPS參數(shù)表項目說明接口特性TTL，接收特性50通道，GPS L1（）C/A碼，SBAS:WAAS/EGNOS/MSAS定位精度 (SBAS:)更新速率最大5Hz捕獲時間冷啟動：27S溫啟動：27S熱啟動：1S捕獲追蹤靈敏度161dBm通信協(xié)議NMEA（默認）/UBX Binary串口通信波特率4800、9600、38400（默認）、57600模塊尺寸*31mm圖44 ATKNEO6M GPS模塊原理圖 GY86 10DOF傳感器模塊GY86是多模塊集成模塊，同時包含了MPU6050六軸陀螺儀模塊，HMC5883L磁場強度傳感器模塊，和MS5611氣壓傳感器模塊。通過IIC總線連接，本系統(tǒng)僅適用前兩個模塊。 HMC5883L磁場傳感器霍尼韋爾 HMC5883L 是一種表面貼裝的高集成模塊，并帶有數(shù)字接口的弱磁傳感器芯片應(yīng)用于低成本羅盤和磁場檢測領(lǐng)域。HMC5883L 包括最先進的高分辨率 HMC118X 系列磁阻傳感器，并附帶霍尼韋爾專利的集成電路包括放大器、自動消磁驅(qū)動器、偏差校準(zhǔn)、能使羅盤精度控制在 1176。~2176。的 12 IIC 系列總線接口。HMC5883L 是采用無鉛表面封裝技術(shù)，帶有 16 引腳，尺寸為 。HMC5883