無碳小車初步設計說明書

無碳小車初步設計說明書摘要：本小組任務為設計一種能實現(xiàn)s型曲線壁障的無碳小車。該小車的主要結構包含驅動部分（勢能轉換裝置）和轉向部分。針對小車起動力矩不穩(wěn)定和小車行駛過程中速度控制的需要等，我們在計算的基礎上設計了錐形（或變半徑型）繞線輪以實現(xiàn)驅動力可調。針對小車行駛軌跡不準確以及障礙間距可調要求，我們設計了可調轉向機構以實現(xiàn)軌跡可調。另外，針對減輕車身重量和降低車身重心等因數(shù)我們也做了詳細設計考慮。主要結構設計1.勢能轉換機構勢能轉換機構的作用是將重塊的重力勢能轉化為小車的驅動力。能實現(xiàn)這一功能的方案有多種，就效率和簡潔性來看繩輪最優(yōu)。小車對驅動機構還有其它的具體要求。1）需要驅動力可調以實現(xiàn)車速控制。2)由于不同場地摩阻系數(shù)有差別以及系統(tǒng)摩擦等引起的誤差導致對驅動力要求有變。基于以上分析我們選擇了輸出驅動力可調的繩輪式原動機構（錐形繞線輪）。如下圖所示。2．傳動機構在考慮小車整體結構的基礎上我們選用了齒輪傳動。齒輪具有效率高、結構緊湊、工作可靠、傳動比穩(wěn)定。3.行走機構根據(jù)設計要求小車為3輪結構。其中最前面為轉向輪以實現(xiàn)轉向。由于小車沿曲線前進，后輪必定產生差速，為避免后輪與地面打滑造成能量損失。我們采用單輪驅動，即前輪為轉向輪后輪一個為驅動輪一個為從動輪。4.轉向機構由于凸輪輪廓復雜且實現(xiàn)軌跡周期調節(jié)較難，我們選用了同心輪（曲柄）+導向推桿+搖桿的轉向機構。結構如下圖綜合以上分析設計的小車結構簡圖如圖（1）圖（1）小車三維模型如圖（2）圖二以上圖形不包含具體細節(jié)結構二．主要結構尺寸設計分析驅動部分傳動設計1.1車輪直徑確定：由摩擦理論知道摩擦力矩與正壓力的關系為對于相同的材料為一定值。這里車輪選用鋁合金，場地為木地板。據(jù)此,查資料取=2mm而滾動摩擦阻力，所以輪子越大，小車受到的阻力越小，因此能夠走的更遠。但由于加工問題材料問題安裝問題等考慮這里暫取車輪直徑D=200mm。1.2驅動齒輪傳動比、繞線輪半徑設計：重塊:m1=1kg,粗略估計小車車身重m0=0.8kg,小車行駛總載重：m=1.8kg假設每個車輪均承重則驅動輪的最大滾動摩阻力偶矩:Mmax=N=13mg=2×13×1.8×10則使軸1的驅動力矩：T1≥由本結構設計計算得能使驅動輪轉動的齒輪1、2的傳動比i12=z1z2基于實際情況和結構合理性的分析考慮取繞線輪平均半徑：r4=6mm由于我們采用了錐形（或變半徑型）繞線輪，在小車剛啟動時需要力矩較大，則可將線繞在繞線輪較大段。行駛過程中為使小車勻速前進可將線繞在r4=6mm處，使動力矩與滾動摩阻力矩平衡。重物快下落完時將線繞在繞線輪較小段使小車減速前進，以減小重物落下瞬間沖1.3齒輪設計由于小車傳動力不大所以我們選擇標準圓柱直齒齒輪，模數(shù)采用國家標準系列模數(shù)m=1.5mm，齒輪1齒數(shù)取z1=15,則其分度圓直徑d1=22.5mm，齒輪2齒數(shù)z2=2.轉向機構分析轉向機構原理簡圖如圖（3）圖（3）2.1機構組成如下：1）與齒輪1和齒輪2成定比轉動的齒輪3（同心輪即曲柄與該齒輪為一體）。2）只有一個自由度即一個移動方向的推桿。3）與轉向輪固定控制轉向的搖桿。2.2轉向實現(xiàn)分析此轉向機構通過齒輪3與驅動輪的定比轉動，推動搖桿轉動實現(xiàn)周期轉向使小車按照固定軌跡運動。設齒輪3轉過角度為θ時相應搖桿轉過角度為?，則由圖（3）可看出?與θ的關系為：tan?=rsinθL，而?即為轉向輪的轉角。轉角?的變化范圍為2.3運動軌跡影響因素分析。由以上分析可以看出轉向輪轉角?是隨著θ角的周期變化而逐漸在一定范圍內交替變化。所以小車行駛過程中無速度突變，其軌跡為光滑曲線，這樣小車行駛也跟平穩(wěn)。軌跡如圖（4）3Y（3Y（m）210.2210.2X(m) X(m)11+X2345圖（4）分析可知影響軌跡周期的因素有r與L的比值，和傳動比i13rL直接影響轉角范圍，也間接影響軌跡偏離中線的距離。如圖（4）中軌跡1的轉角范圍大于軌跡2的轉角范圍。若傳動比i13不變，即齒輪3旋轉一周驅動輪行駛距離不變，則運動軌跡相鄰峰距隨r和L的比值減小而變大，因此改變r和傳動比i13確定了齒輪3每轉一周驅動輪行駛距離，即一個軌跡周期的線距離。當r和L比值不變時，傳動比越大軌跡相鄰峰距越大。如圖（4）中軌跡1和軌跡3根據(jù)以上分析可采用三個設計變量的改變實現(xiàn)不同間距障礙繞行。傳動比i13的改變需要跟換齒輪且只能實現(xiàn)某些固定傳動比以適應某些固定間距障礙。但改變傳動比可以滿足間距變化較大的情況。r和L的調節(jié)較容易實現(xiàn)且能無極調節(jié)。但由于r與L比值對軌跡調節(jié)力度有限，當障礙間距變化較大時僅改變r和L比值無法實現(xiàn)繞行。因此，我們采用三個變量同時配合調節(jié)，傳動比實現(xiàn)改變較大的粗調，r與L轉向機構如下圖，圖中1為導軌固定在有凹槽的基座3上，限制推桿只能前后移動，導軌1在凹槽基座3上的位置可調節(jié)以實現(xiàn)L的長度調節(jié)，零件2固定在推桿上和與轉向輪連為一體的導軌高副連接，圓柱4固定在帶凹槽的齒輪上和推桿上的滑道高副連接，當需要調節(jié)r的值時，將圓柱4在齒輪上移動后在固定并將2重新固定在推桿上相應的位置。22431采用軌跡分析法即可求出相應的尺寸要求，以圖（4）中軌跡1為例，由于我們的車身寬大約為200mm障礙物直徑20mm,則小車要順利繞過障礙物,軌