無(wú)碳小車(chē)s型設(shè)計(jì)總結(jié)

1.2小車(chē)整體設(shè)計(jì)要求小車(chē)設(shè)計(jì)過(guò)程中需要完成：機(jī)械設(shè)計(jì)、工藝方案設(shè)計(jì)、經(jīng)濟(jì)成本分析和工程管理方案設(shè)計(jì)。命題中的工程管理能力項(xiàng)要求綜合考慮材料、加工、制造成本等各方面因素，提出合理的工程規(guī)劃。設(shè)計(jì)能力項(xiàng)要求對(duì)參賽作品的設(shè)計(jì)具有創(chuàng)新性和規(guī)范性。命題中的制造工藝能力項(xiàng)以要求綜合運(yùn)用加工制造工藝知識(shí)的能力為主。1.3小車(chē)的設(shè)計(jì)方法小車(chē)的設(shè)計(jì)一定要做到目標(biāo)明確，通過(guò)對(duì)命題的分析我們得到了比較清晰開(kāi)闊的設(shè)計(jì)思路。作品的設(shè)計(jì)需要有系統(tǒng)性規(guī)范性和創(chuàng)新性。設(shè)計(jì)過(guò)程中需要綜合考慮材料、加工、制造成本等給方面因素。小車(chē)的設(shè)計(jì)是提高小車(chē)性能的關(guān)鍵。在設(shè)計(jì)方法上我們借鑒了參數(shù)化設(shè)計(jì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)等現(xiàn)代設(shè)計(jì)發(fā)發(fā)明理論方法。采用了CAD、PROE等軟件輔助設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)方案：2.1小車(chē)越障行駛路線假設(shè)小車(chē)行駛的水平距離為S=60m，時(shí)間為=10min，振幅為200mm，周期為2000mm。其運(yùn)動(dòng)軌跡為2000mm2000mm200mm200mm 圖2：小車(chē)運(yùn)動(dòng)軌跡圖2.2小車(chē)運(yùn)動(dòng)過(guò)程分析簡(jiǎn)圖：重物下落，重力勢(shì)能轉(zhuǎn)

化為動(dòng)能，提供驅(qū)動(dòng)力重物下落，重力勢(shì)能轉(zhuǎn)

化為動(dòng)能，提供驅(qū)動(dòng)力繞繩處驅(qū)動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)驅(qū)

動(dòng)大帶輪與偏心輪大帶輪旋轉(zhuǎn)，通過(guò)

皮帶帶動(dòng)小帶輪偏心輪旋轉(zhuǎn)，使連桿沿

一條直線前后推動(dòng)搖桿被連桿推動(dòng)使其在

一定范圍內(nèi)進(jìn)行擺動(dòng)小帶輪旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)后輪

轉(zhuǎn)軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)后輪轉(zhuǎn)動(dòng)，使小車(chē)

能往前運(yùn)動(dòng)搖桿擺動(dòng)使前輪在運(yùn)動(dòng)

過(guò)程擺動(dòng)繞過(guò)障礙物前后輪協(xié)調(diào)使小車(chē)在前進(jìn)過(guò)程S形曲線繞過(guò)障礙物圖3：小車(chē)運(yùn)動(dòng)過(guò)程分析圖

2.3設(shè)計(jì)原理簡(jiǎn)圖：偏心輪連偏心輪連桿搖桿搖桿后輪轉(zhuǎn)軸后輪轉(zhuǎn)軸驅(qū)動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)軸小帶輪小帶輪前輪前輪大帶輪皮帶大帶輪皮帶后輪后輪圖4：設(shè)計(jì)原理圖由于小車(chē)運(yùn)動(dòng)過(guò)程的能量來(lái)源為重物下落的重力勢(shì)能4焦耳，能量非常有限，故機(jī)構(gòu)的設(shè)置越簡(jiǎn)單，損耗的能量也越少，行走的路程也越多，效果也就越好。2.4機(jī)構(gòu)的選擇=1\*GB3①車(chē)架車(chē)架不用承受很大的力，精度要求低?？紤]到重量加工成本等，車(chē)架采用鋁合金加工制作成三角底板式。原動(dòng)機(jī)構(gòu)原動(dòng)機(jī)構(gòu)的作用是將重塊的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為小車(chē)的驅(qū)動(dòng)力。能實(shí)現(xiàn)這一功能的方案有多種，就效率和簡(jiǎn)潔性來(lái)看繩輪最優(yōu)。小車(chē)對(duì)原動(dòng)機(jī)構(gòu)還有其它的具體要求。1.驅(qū)動(dòng)力適中，不至于小車(chē)拐彎時(shí)速度過(guò)大傾翻，或重塊晃動(dòng)厲害影響行走。2.到達(dá)終點(diǎn)前重塊豎直方向的速度要盡可能小，避免對(duì)小車(chē)過(guò)大的沖擊。同時(shí)使重塊的動(dòng)能盡可能的轉(zhuǎn)化到驅(qū)動(dòng)小車(chē)前進(jìn)上，如果重塊豎直方向的速度較大，重塊本身還有較多動(dòng)能未釋放，能量利用率不高。3.由于不同的場(chǎng)地對(duì)輪子的摩擦摩擦可能不一樣，在不同的場(chǎng)地小車(chē)是需要的動(dòng)力也不一樣。在調(diào)試時(shí)也不知道多大的驅(qū)動(dòng)力恰到好處。因此原動(dòng)機(jī)構(gòu)還需要能根據(jù)不同的需要調(diào)整其驅(qū)動(dòng)力。4.機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，效率高?；谝陨戏治鑫覀兲岢隽溯敵鲵?qū)動(dòng)力可調(diào)的繩輪式原動(dòng)機(jī)構(gòu)。如下圖5圖5：繩式輪原動(dòng)機(jī)構(gòu)如上圖我們可以通過(guò)改變繩子繞在繩輪上不同位置來(lái)改變其輸出的動(dòng)力。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)：傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是把動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)傳遞到轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)輪上，使小車(chē)按一定的路程曲線行駛的更遠(yuǎn)。由于帶輪具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳動(dòng)平穩(wěn)、價(jià)格低廉緩沖吸振等優(yōu)點(diǎn)，因此本機(jī)構(gòu)可以采用帶傳動(dòng)作為傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。④轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)：本機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)采用偏心輪+連桿+搖桿，其單位面積所受壓力比較小而且接觸面便于潤(rùn)滑，摩擦小制造方便能獲得較高的精度。構(gòu)件之間的接觸可以靠本身的幾何封閉來(lái)維持，比凸輪靠彈簧來(lái)封閉要優(yōu)越。故采用此轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。⑤行走機(jī)構(gòu)行走機(jī)構(gòu)即為三個(gè)輪子，輪子又厚薄之分，大小之別，材料之不同需要綜合考慮。有摩擦理論知道摩擦力矩與正壓力的關(guān)系為對(duì)于相同的材料為一定值。而滾動(dòng)摩擦阻力，所以輪子越大小車(chē)受到的阻力越小，因此能夠走的更遠(yuǎn)。但由于加工問(wèn)題材料問(wèn)題安裝問(wèn)題等等具體尺寸需要進(jìn)一步分析確定。⑥微調(diào)機(jī)構(gòu)當(dāng)障礙物的間距改變時(shí)，可以通過(guò)改變初始位置（即小車(chē)運(yùn)動(dòng)軌跡函數(shù)的振幅）及小車(chē)前輪距偏心輪外側(cè)水平距離，進(jìn)行微調(diào)，從而是小車(chē)能安全繞過(guò)障礙物。

技術(shù)設(shè)計(jì)3.1轉(zhuǎn)向與微調(diào)設(shè)計(jì)3.1.1小車(chē)的轉(zhuǎn)向控制小車(chē)?yán)@過(guò)固定等間距障礙物，分析其轉(zhuǎn)向控制過(guò)程：偏心輪偏心輪連桿搖桿連桿小車(chē)偏心輪連桿小車(chē)偏心輪向右推向右推向左拉向左拉向右推向右推向左拉向左拉

車(chē)身中心線車(chē)身中心線小車(chē)前輪圖6、7、8：小車(chē)轉(zhuǎn)向過(guò)程分析圖如圖6、7、8所示，小車(chē)從位置出發(fā)，途徑、、三個(gè)位置到達(dá)位置完成一個(gè)周期的運(yùn)動(dòng)。在此過(guò)程中，偏心輪從A位置出發(fā)，經(jīng)過(guò)B、C、D三個(gè)位置，又回到A位置，完成一個(gè)周期的運(yùn)動(dòng)。其中，偏心輪的A、C位置對(duì)應(yīng)小車(chē)的、位置，即為最大偏角位置；偏向輪的B、D位置對(duì)應(yīng)小車(chē)的、位置，即為直走位置。由圖所示可得出小車(chē)最大轉(zhuǎn)角的關(guān)系式所以可得出

2、前輪轉(zhuǎn)向最大偏角的計(jì)算2000mm2000mm200mm2000mmABCDEF圖9：前輪偏轉(zhuǎn)范圍示意圖設(shè)前輪最大偏角的最小極限值為，最大極限值為，其中：要使小車(chē)安全繞過(guò)障礙物，則必須滿足條件：而：滿足以上條件。

3.1.2微調(diào)的設(shè)計(jì)分析改變障礙物的間距，通過(guò)微調(diào)來(lái)實(shí)現(xiàn)小車(chē)安全繞過(guò)障礙物：以障礙物間距減小為例，進(jìn)行微調(diào)分析：圖10：微調(diào)原理示意圖障礙物間距減小。調(diào)整小車(chē)的初始位置，相對(duì)A點(diǎn)向上到A點(diǎn)、原始曲線的軌跡方程為：，一個(gè)周期的曲線長(zhǎng)度為：、改變障礙物間距后，進(jìn)行微調(diào)使小車(chē)前進(jìn)軌跡的振幅為：，調(diào)整后曲線的軌跡方程為則一個(gè)周期曲線的長(zhǎng)度為：由于小車(chē)微調(diào)后在類勻速運(yùn)動(dòng)過(guò)程中其速度和周期都不變，則在一個(gè)周期內(nèi)小車(chē)行走的路程不變，即已知，可求得。微調(diào)后小車(chē)前輪最大轉(zhuǎn)角，偏心距e為設(shè)計(jì)固定已知值，由、可求得前輪支撐軸距連桿的水平距離?？偨Y(jié)：由已知障礙物間距減小量可算出微調(diào)量與。并且：障礙物間距增大，用同樣方法可解決微調(diào)問(wèn)題。3.2.1各輪的參數(shù)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)目標(biāo)：小車(chē)行走水平距離S′=60m，理論行走時(shí)間t總=10min小車(chē)行走路線為正弦曲線，曲線振幅為200mm，一個(gè)周期的水平距離為2m，所以可得出曲線函數(shù)式：計(jì)算曲線路程周期數(shù)n==30所以總路程周期T===20s車(chē)身速度重物下降速度設(shè)繞繩輪半徑為，則所以又設(shè)偏心輪偏心距為e，半徑為前輪半徑為，后輪半徑為r5，大帶輪半徑為r3，小帶輪半徑為r4帶輪傳動(dòng)比為i=3則所以

3.2.2帶輪的參數(shù)設(shè)計(jì)已知功率轉(zhuǎn)速確定計(jì)算功率查得工作情況系數(shù)故選擇帶型選用Y型帶確定帶輪的基準(zhǔn)直徑，并驗(yàn)算帶速v初選小帶輪的基準(zhǔn)直徑。由表查得取小帶輪的基準(zhǔn)直徑驗(yàn)算帶速計(jì)算大帶輪的基準(zhǔn)直徑根據(jù)表查得，圓整為確定帶的中心距a和基準(zhǔn)長(zhǎng)度Ld根據(jù)式（8-20）初定中心距3）由式（8-22）計(jì)算帶所需的基準(zhǔn)長(zhǎng)度由表8-2選帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度4）按式（8-23）計(jì)算實(shí)際中心距a驗(yàn)算小帶輪上的包角計(jì)算帶上的有效拉力Fe由得3.2.3階梯軸的參數(shù)設(shè)計(jì)設(shè)重物在剛開(kāi)始下降的瞬間加速下降的距離為設(shè)繞線一圈，則（為加速繞線處主動(dòng)軸半徑）...................(1)又在這一過(guò)程中...........................................(2)........................................(3)...........................................(4)其中由以上四式可解出

3.2.4小車(chē)質(zhì)量的分布設(shè)計(jì)計(jì)算小車(chē)總質(zhì)量（包括重物）由小車(chē)行進(jìn)的整個(gè)過(guò)程可知所以利用能量守恒計(jì)算車(chē)身的質(zhì)量小車(chē)各部分的能量為前輪：E前輪=E平動(dòng)+E轉(zhuǎn)動(dòng)=、偏心輪：、

大帶輪：小帶輪：后輪：重物：列出能量守恒關(guān)系所以經(jīng)計(jì)算得

3.3力的校核檢驗(yàn)設(shè)計(jì)尺寸的準(zhǔn)確性：對(duì)象：階梯輪與主動(dòng)軸原理：驅(qū)動(dòng)軸所受扭矩平衡才能使重物勻速下降階梯輪半徑為處所受扭矩為：大帶輪有效拉力為： 則大帶輪對(duì)驅(qū)動(dòng)軸處的扭矩為：則有結(jié)論：能夠保證重物及小車(chē)做類勻速運(yùn)動(dòng)，滿足之前機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。

3.2.5參數(shù)確定前輪結(jié)構(gòu)：（單位：mm、mm、kg）注：材料均為鋁合金前輪：直徑：60軸孔直徑：4厚度：4質(zhì)量：0.009747前輪軸：直徑：4軸長(zhǎng)：30質(zhì)量：0.0010174前輪架：護(hù)輪架：長(zhǎng)：22寬：10高：45厚：4軸孔直徑：4質(zhì)量：0.02673輪架上固定軸：長(zhǎng)：60直徑：4質(zhì)量：0.00203472套筒：直徑：10厚：1底面軸孔：4底面距輪架：20帶槽搖桿：槽結(jié)構(gòu)中心距固定軸軸心：41槽結(jié)構(gòu)總長(zhǎng)：20槽壁厚：2槽結(jié)構(gòu)高：4質(zhì)量：0.00139039底板、車(chē)架：底板：底板總長(zhǎng)：180寬：170厚：10質(zhì)量：0.8262底板前端凸臺(tái)：總長(zhǎng)：50高：70厚：10質(zhì)量：0.0945偏心輪和連桿：偏心輪直徑：60偏心距：15厚度：5軸孔直徑：3質(zhì)量：0.019089偏心柱直徑：5高度：15質(zhì)量：0.019089連桿及其滑槽：連桿寬度：4長(zhǎng)度：83.5高度：6質(zhì)量：0.054108連桿滑槽寬度：4長(zhǎng)度：40高度：14壁厚：2槽結(jié)構(gòu)總長(zhǎng)度：36質(zhì)量：0.005562連桿柱直徑：4長(zhǎng)度：10質(zhì)量：0.00033912帶輪：大帶輪直徑：71厚度：5包角：200.3中心距：147.5質(zhì)量：0.21368799小帶輪直徑：25厚度：5包角:159.7質(zhì)量：0.0264938皮帶（Y型）節(jié)寬：5.3頂寬：6高度：4橫截面積：18楔角：基準(zhǔn)長(zhǎng)度：450質(zhì)量：0.009后輪結(jié)構(gòu)：后輪：直徑：127.4