S型無碳小車設(shè)計說明書

1、一緒論第三屆全國大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力兄賽目錄本屆競賽命題主題 小車功能設(shè)計要求 小車整體設(shè)計要求二 方案設(shè)計 路徑的選擇 差速問題解決 重物與后輪的連接問題 轉(zhuǎn)向裝置 參數(shù)的設(shè)計 路徑參數(shù)的確定 其他參數(shù) 小車的工程圖 小車各裝配圖 小車CAD工程圖 功能分析 選材與加工分析。要求經(jīng)過一定的前期準(zhǔn)備后，在集中比賽現(xiàn)場完成 并進(jìn)行現(xiàn)場競爭性運(yùn)行考核。 每個參賽作品要提交相關(guān) 4 項成績考核作業(yè)。 在設(shè)計小車過程中特別注重設(shè)計的 作品的設(shè)計做到有系統(tǒng)性規(guī)范性和一 緒論 本屆競賽命題主題本屆競賽命題主題為“無碳小車” 一套符合本命題要求的可運(yùn)行裝置， 的設(shè)計、 工藝、成本分析和工程管理、加工 、制

2、造成本等給方面因素。 我們借鑒了參數(shù)化設(shè)MATLAB PROE等軟件輔助方法，力求通過對命題的分析得到清晰開闊的設(shè)計思路； 創(chuàng)新性；設(shè)計過程中綜合考慮材料 計 、優(yōu)化設(shè)計 、系統(tǒng)設(shè)計等現(xiàn)代設(shè)計發(fā)發(fā)明理論方法；采用了 設(shè)計。小車功能設(shè)計要求設(shè)計一種小車，驅(qū)動其行走及轉(zhuǎn)向的能量是根據(jù)能量轉(zhuǎn)換原理，由給定重力勢能轉(zhuǎn)換來 的。給定重力勢能為 4焦耳（取g=10m/s2）,比賽時統(tǒng)一用質(zhì)量為 1Kg的重塊（0 50X 65 mm普通碳鋼）鉛垂下降來獲得，落差400 2mm重塊落下后，須被小車承載并同小車一起運(yùn)動，不允許從小車上掉落。圖 1 為小車示意圖。圖 1： 無碳小車示意圖20mm、競賽小車在前行時

3、能夠自動交錯繞過賽道上設(shè)置的障礙物。障礙物為直徑高200mm的多個圓棒，沿直線等距離擺放。以小車前行的距離和成功繞障數(shù)量來綜合評定成績。見圖 2。圖 2： 無碳小車在重力勢能作用下自動行走示意圖小車整體設(shè)計要求 無碳小車體現(xiàn)了大學(xué)生的創(chuàng)新能力， 制作加工能力， 解決問題的能力。 并在設(shè)計過程中 需要考慮到材料、加工、制造成本等各方面因素，并且小車具有下列要求：不可使用任1. 要求小車行走過程中完成所有動作所需的能量均由此重力勢能轉(zhuǎn)換獲得， 何其他的能量來源。2. 要求小車具有轉(zhuǎn)向控制機(jī)構(gòu)， 且此轉(zhuǎn)向控制機(jī)構(gòu)具有可調(diào)節(jié)功能， 以適應(yīng)放有不同間 距障礙物的競賽場地。3. 要求小車為三輪結(jié)構(gòu)4. 小

4、車有效的繞障方法為：小車從賽道一側(cè)越過一個障礙后，整體穿過賽道中線且障礙物不被撞倒（擦碰障礙，但沒碰倒者，視為通過）；重復(fù)上述動作，直至小車停止。二 方案設(shè)計驅(qū)動自身行走， 重力勢能的轉(zhuǎn) 自動轉(zhuǎn)向裝置，能量轉(zhuǎn)換裝置小車走 S 形方案通過對小車的功能分析， 小車需要完成自動避開障礙物， 換功能。所以我們將小車的設(shè)計分為以下部分，路徑的選擇， 和車架部分。路徑的選擇 因?yàn)楦傎愋≤囋谇靶袝r能夠自動交錯繞過賽道上設(shè)置的障礙物。障礙物為直徑20mm、高200mm的多個圓棒，沿直線等距離擺放。為了在通過障礙物時，行進(jìn)的距離更短，設(shè)計了如圖 3 的路徑。 即以擺線的方法通過障礙物， 然后以相切的直線到達(dá)下一

5、障礙物， 我們的路 徑是圓弧和直線的結(jié)合。圖 3：無碳小車路徑（此軌跡為后輪的軌跡）后面的計算均以后輪為準(zhǔn)差速問題考慮到后輪轉(zhuǎn)向時， 兩輪有速度差， 并且一般的差速器比較復(fù)雜， 損耗較高，故我們采 取單輪差速驅(qū)動， 只要能保證后輪的一輪驅(qū)動， 并且同時控制轉(zhuǎn)向， 那么另一個后輪也會自 動跟著行駛，因此解決了差速問題重物與后輪的連接問題 重物與通過軸與后輪相連，開始驅(qū)動時，滾動摩擦力一定較大，故所需的力矩也需要 適當(dāng)?shù)脑黾樱?dāng)車子能平穩(wěn)運(yùn)行時， 力矩又應(yīng)該適當(dāng)減少，未解決這個問題，我們采取了錐 形導(dǎo)繩輪裝置， 通過錐形導(dǎo)繩輪與繩子相連。 既起到了平穩(wěn)運(yùn)行的效果， 又能有儲能飛輪的 功能轉(zhuǎn)向裝置

6、：幾何封閉型凸輪 +滑塊機(jī)構(gòu)考慮到凸輪能夠獲得前輪所需的任意轉(zhuǎn)角， 從而完全確定小車的軌跡因而我 們采用封閉形凸輪加滑塊機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)向三 計算及參數(shù)的確定路徑參數(shù)的確定在上面的討論中， 我們的路徑是擺線和直線的組合， 為了能讓小車更順利的轉(zhuǎn)彎， 轉(zhuǎn)彎角度 不能太小， 為了能讓小車行進(jìn)的更遠(yuǎn)，必須使小車轉(zhuǎn)向的半徑不能太大。所以，確定了曲線的半徑為 R 300mm ，小車前后輪距離 d=180mm因?yàn)楫?dāng)為圓弧時， 前輪與車身的轉(zhuǎn)角為一個定值， 通過簡化成單車模型計算， 我們得出其實(shí) 在小車運(yùn)動的一個周期內(nèi)前輪與車身的轉(zhuǎn)角總共只有四個值一個為+度 0 度 度 0 度。在一1 時：轉(zhuǎn)角 0 度，行程，凸輪轉(zhuǎn)

7、角 A 時：轉(zhuǎn)角度，行程，凸輪轉(zhuǎn)角2 時：轉(zhuǎn)角 0 度，行程，凸輪轉(zhuǎn)角B時：轉(zhuǎn)角一度，行程，凸輪轉(zhuǎn)角124 度56 度124 度56 度個周期內(nèi) 當(dāng)為切線 當(dāng)為圓弧 當(dāng)為切線 當(dāng)為圓弧基于上述數(shù)據(jù)我們得到如圖的凸輪經(jīng)過修正后的凸輪所以我們在后輪軸與凸輪間加一對齒輪， 設(shè)定因此得出齒輪的傳動比約等于 2，其他參數(shù) 考慮到后輪傳遞到凸輪需要齒輪來連接，大輪半徑R=得到大輪周長為，一個運(yùn)動周期的長度為 另外為保證誤差較小，我們設(shè)定兩輪寬為 其余數(shù)據(jù)在小車的 CAD裝配圖中可看出四 設(shè)計圖紙 小車總裝配圖小車總體效果圖， 重物支撐柱設(shè)在三輪所構(gòu)成的三角形的重心處， 有利于保持小車平穩(wěn)）車架部分降低有利

8、于緩解因?yàn)榇筝嗊^高引起的車子重心升高）小車后部錐形導(dǎo)繩輪及齒輪傳動部分，第二個齒輪與凸輪盤同軸）圖 （幾何封閉形凸輪，傳遞到轉(zhuǎn)向盤）圖 （固定板與車架相連，起到固定凸輪連桿，使之只能在一方向上運(yùn)動）滑槽機(jī)構(gòu)，控制前輪轉(zhuǎn)向）小車CAD工程圖五 功能分析 小車優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)與創(chuàng)新點(diǎn)：1)2)3)4)小車機(jī)構(gòu)簡單，單級齒輪傳動，再加一個幾何封閉凸輪。 凸輪連桿處采用微調(diào)機(jī)構(gòu)，可調(diào)節(jié)連桿的長度便于糾正軌跡。 采用大的驅(qū)動輪，滾阻系數(shù)小，行走距離遠(yuǎn)。 凸輪輪廓設(shè)計簡單，輪廓只是幾個簡單的不同半徑的圓疊加，只要適當(dāng)修正即可(5)錐形導(dǎo)繩輪裝置，果，又能有儲能飛輪的功能通過錐形導(dǎo)繩輪與繩子相連。 既起到了平穩(wěn)運(yùn)行的效缺點(diǎn)： 小車精度要求高采用鋁板毛坯制造六 選材與加工分析 選材：軸 車輪 車架 齒輪 凸輪 連桿 連桿采用鋁柱毛坯 其余零件采用標(biāo)準(zhǔn)件即可 加工： 1 齒輪機(jī)構(gòu) 齒輪機(jī)構(gòu)是小車中要完成傳遞的主要零部件，本小車中齒輪機(jī)構(gòu)用在