遥控无极球

一、设计任务——遥控无极球

普通的球转动的过程中，其极轴是不断变化的，正因为极轴的无规律变化导致了整个球体的无规律运动，如果我们控制了极轴使其规律变化，并在其中加入我们的控制，那么我们就可以实现球有规律的无极转动。

整个球体内部结构分为：

1、驱动机构：电机驱动齿轮实现；

2、传动机构：轴Ⅰ、轴Ⅱ和差速器共同实现；

3、控制轴Ⅰ单向转动机构：棘轮和弹片实现；

整个设计任务涉及的内容：

1、根据任务要求，进行球体内部结构总体方案设计，确定驱动机构、传动机构的组成；

2、根据运动特性选择电动机、轴承等标准件，并进行工作能力设计计算；

3、对球体内部系统进行结构设计，绘制装配图及关键零件工作图；

4、编写机械设计课程设计报告。

二、     设计创意

   球在单向转动的过程中，是始终绕着其一根轴转动的，如果我们改变这根轴的方向的话，其必然会改变了球的转动方向，从这种意义上来说，如果我们控制了这根轴的周向环转和球的转动，我们就可以实现球的无极转动。

问题一：怎样实现轴的周向环转？

解决方案：我们将带沟槽的轨道紧固在球体上，轴两端的滚轮在轨道上反向转动可以带动轴的周向环转。（轨道示意图如下）

问题二：怎样实现两滚轮的正反转和同向转？

解决方案：当电机正转时，差速器使滚轮正反转；

当电机反转时，棘轮阻止滚轮1反转，此时两滚轮同向转动。（棘轮示意图如下）

问题三：怎样控制整个球体的重心，使我们的主轴始终是水平转动？

解决方案：我们把占主要重量的电机尽量靠近球心处，造成的不可避免的重心不稳我们可以用电池块来调节其重心位置，具体分布见我们的机构布置方案。

整个机构运动规律如下：

三、     机构布置方案

四、轴的设计与计算

考虑到整个机构运动以及功率的需要，我们选用184型直流伺服电机，其参数为：

n=30r/min V=12v  I=50mA  P=0.6W  T=9.55191000N mm

再结合整个机构的运动类型，我们可以按照扭转强度来进行轴的强度计算：

1、          选择轴的材料

选择轴的材料为45钢，经调质处理，硬度为217—255HBS。由手册查得对称循环弯曲许用应力[]=180MP。

2、          初步计算轴径

根据手册公式以及工作环境，我们初选轴的直径为3mm。

3、          轴的结构设计

按照扭转强度校核轴的强度

（1） 画轴空间扭矩图

（2） 校核轴的强度

因为

故安全。

四、     轴承选择与校核

根据轴的工作情况，我们选用型号为MR 93 ZZ微型轴承，其基本参数为：

内径（mm）：3

外径（mm）：9

宽度（mm）：4

基本额定动负荷Cr(N)：571

基本额定静负荷Cor(N)：189

由机械设计手册我们可以查得： (轴承所受载荷平稳)

（1）             计算径向力：Fr=10N

（2）             计算当量动载荷

由线形插值法：X=1.0

P=Fr=10N

（3）             轴承寿命计算

故所选的MR 93 ZZ微型轴承合格  

五、     后期开发与应用

本次设计中我们仅仅就整个无极球的机械部分做了充分的说明，而且由于时间和条件的限制，我们的电路部分也只是简单地实现电机正反转的简单控制，只能基本实现了球的无极转动。

在以后的开发过程中，我们可以在球体内部再添加上单片机以增加其控制功能，譬如说控制它转过适当的角度；添加传感器以增加其辨识能力，使它能够自动搜索目标便于定位。我们可以把它广泛地运用于军事、民用等设施，同时它还具有玩具开发的意义。

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