“S”型無碳小車設(shè)計說明書

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上“S”型無碳小車設(shè)計說明書目錄一、緒論1.1競賽命題主題1.2小車功能設(shè)計要求二、方案設(shè)計2.1路徑選擇2.2轉(zhuǎn)向裝置2.2.1前輪轉(zhuǎn)向裝置設(shè)計2.2.2后輪轉(zhuǎn)向裝置設(shè)計2.3能量轉(zhuǎn)換裝置設(shè)計2.4微調(diào)機(jī)構(gòu)設(shè)計三、參數(shù)設(shè)計3.1路徑參數(shù)設(shè)計3.2其他參數(shù)設(shè)計四、選材加工五、附錄一、緒論1.1競賽命題主題本屆競賽主題為“無碳小車越障競賽”。要求經(jīng)過一定的前期準(zhǔn)備后，在比賽現(xiàn)場完成一臺本命題要求的可運(yùn)行的機(jī)械裝置，并進(jìn)行現(xiàn)場競爭性運(yùn)行考核。每個參賽作品需要提交相關(guān)的設(shè)計方案。競賽命題為“以重力勢能驅(qū)動的具有方向控制功能的自行小車”。1.2小車功能設(shè)計要求1、設(shè)計一種小車，

2、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)換而得到的。該給定重力勢能由競賽時統(tǒng)一使用質(zhì)量為1Kg的標(biāo)準(zhǔn)砝碼（5065 mm，碳鋼制作）來獲得，要求砝碼的可下降高度為4002mm。標(biāo)準(zhǔn)砝碼始終由小車承載，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2、要求小車在行走過程中完成所有動作所需的能量均由此給定重力勢能轉(zhuǎn)換而得，不可以使用任何其他來源的能量。3、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。4、要求小車為三輪結(jié)構(gòu)。具體設(shè)計、材料選用及加工制作均由參賽學(xué)生自主完成。二、方案設(shè)計2.1路徑選擇我們選擇了“S”型方案

3、，路徑如圖2所示，圖中所示“S”是后輪軸中點(diǎn)軌跡。在設(shè)計計算中我們近似認(rèn)為這是一條余弦曲線，通過分析道路要求給出曲線方程各項(xiàng)參數(shù)，從而得到后續(xù)理論設(shè)計的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。圖2：小車路徑軌跡示意圖（后輪軸中點(diǎn)軌跡）2.2轉(zhuǎn)向裝置2.2.1前輪轉(zhuǎn)向裝置設(shè)計考慮到小車在行進(jìn)過程中要實(shí)現(xiàn)自行轉(zhuǎn)向，我們選擇通過改變前輪擺角來控制整個小車的轉(zhuǎn)向，有兩種備選方案：1、凸輪+連桿+搖桿；2、曲柄連桿+搖桿。第一種方案中，凸輪的設(shè)計加工難度較大且成本較高，一般而言實(shí)用性不強(qiáng)，想要實(shí)現(xiàn)對小車路徑的精準(zhǔn)控制不易，而相較之下方案二中曲柄機(jī)構(gòu)更容易設(shè)計計算，路徑特殊點(diǎn)所對應(yīng)曲柄的位置更容易找到，還可以通過改變曲柄偏心距實(shí)現(xiàn)間距

4、微調(diào)，而且加工成本較低，拆裝穩(wěn)定性好，原理簡單易懂，可以幫助中學(xué)生或大學(xué)生快速理解機(jī)械傳動和加工原理，因此我們選用方案二，如圖3所示。圖3：前輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)2.2.2后輪轉(zhuǎn)向裝置設(shè)計后輪通過差速設(shè)計實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向，主動輪給全車提供驅(qū)動力，從動輪自由轉(zhuǎn)動，在轉(zhuǎn)彎的時候由速度差實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。2.3能量轉(zhuǎn)換裝置設(shè)計小車的動力來源于重錘的重力勢能，通過重錘下落，實(shí)現(xiàn)重力勢能與動能的轉(zhuǎn)換，從而實(shí)現(xiàn)小車的驅(qū)動。將重錘通過滑輪用細(xì)繩纏繞在主動輪軸上，繞軸端接死，重錘的重力通過細(xì)繩作用在主動輪軸上，從而對軸產(chǎn)生一個力矩，使軸旋轉(zhuǎn)即實(shí)現(xiàn)主動輪的轉(zhuǎn)動。圖4：繞線滑輪及主動輪軸俯視圖2.4微調(diào)機(jī)構(gòu)設(shè)計在連桿軸與搖桿交接處連桿軸上

5、通過螺紋旋裝兩個調(diào)節(jié)螺母，分別起到位置調(diào)節(jié)與固定鎖死的作用。它的調(diào)節(jié)機(jī)理是分別旋緊前后螺母，微調(diào)搖桿于連桿在曲柄處于上下平衡位置時的垂直關(guān)系，最終決定了小車能不能走成一條直線“S”。圖5：微調(diào)機(jī)構(gòu)三、參數(shù)設(shè)計3.1路徑參數(shù)設(shè)計根據(jù)余弦曲線方程結(jié)合競賽賽道要求，寫出最終的近似軌跡方程為：因此得到一個周期內(nèi)的曲線長度為：求解方程可得到。3.2其他參數(shù)設(shè)計由求得的單位周期內(nèi)的曲線長度，根據(jù)既定目標(biāo)距離和小車結(jié)構(gòu)設(shè)計即可得出軸及齒輪等相關(guān)系數(shù)，本車目標(biāo)距離是，結(jié)合重錘勢能（?。┛勺罱K確定軸徑為，加速齒輪傳動比為。四、選材加工由于小車在行進(jìn)過程中的功耗大部分來源于運(yùn)動副摩擦及輪子與地面的摩擦，運(yùn)動副之間的摩擦只能通過充分潤滑改善，而來源于地面的接觸摩擦則需要減輕質(zhì)量方能得到改善，綜合各方面因