第一篇：無碳小車設(shè)計(jì)說明書

第三屆全國大學(xué)生工程訓(xùn)練綜

合能力競賽 無碳小車設(shè)計(jì)說明書

院系：信息工程學(xué)院 班級(jí)：機(jī)械卓越班 隊(duì)伍名稱：啟航隊(duì)

參賽者：劉騰飛 耿玉塊 指導(dǎo)老師：劉勝榮 時(shí)間：2012年12月30日葛小樂1

無碳小車設(shè)計(jì)方案

設(shè)計(jì)思路：作品的設(shè)計(jì)做到有系統(tǒng)性規(guī)范性和創(chuàng)新性；設(shè)計(jì)過程中綜合考慮材料、加工、制造成本等給方面因素。采用了PROE、CAD等軟件輔助設(shè)計(jì)。

方案設(shè)計(jì)階段根據(jù)小車功能要求我們根據(jù)機(jī)器的構(gòu)成（原動(dòng)機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、控制部分、輔助部分）把小車分為車架、原動(dòng)機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)、五個(gè)模塊，進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)。分別針對(duì)每一個(gè)模塊進(jìn)行多方案設(shè)計(jì)，通過綜合對(duì)比選擇出最優(yōu)的方案組合。我們的方案為：車架采用三角底板式、原動(dòng)機(jī)構(gòu)采用了錐形軸、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)采用齒輪傳動(dòng)、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)采用曲柄連桿、行走機(jī)構(gòu)采用單輪驅(qū)動(dòng)。

我們先進(jìn)行原理分析，接著應(yīng)用PROE軟件進(jìn)行了小車的實(shí)體建模和部分運(yùn)動(dòng)仿真。在實(shí)體建模的基礎(chǔ)上對(duì)每一個(gè)零件進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)，綜合考慮零件材料性能、加工工藝、成本等。小車大多是零件是標(biāo)準(zhǔn)件、可以購買，同時(shí)除部分要求加工精度高的部分需要特殊加工外，大多數(shù)都可以通過手工加工出來。

目錄

方案設(shè)計(jì)..............................................1.1車架..........................................3 1.2原動(dòng)機(jī)構(gòu)......................................4

1.3傳動(dòng)機(jī)構(gòu)......................................5 1.4轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)......................................6 1.5行走機(jī)構(gòu)......................................6

2、零部件設(shè)計(jì)....................錯(cuò)誤！未定義書簽。

3、整體設(shè)計(jì)......................................11

4、設(shè)計(jì)參數(shù)-------14

1.1車架

車架不用承受很大的力，精度要求低。考慮到重量加工成本等，車架用木材加工制作成三角底板式。具體設(shè)計(jì)如下

1.2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能轉(zhuǎn)化為小車的驅(qū)動(dòng)力。能實(shí)現(xiàn)這一功能的方案有多種，就效率和簡潔性來看繩輪最優(yōu)。小車對(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，不至于小車拐彎時(shí)速度過大傾翻，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)小車過大的沖擊。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 的場地對(duì)輪子的摩擦摩擦可能不一樣，在不同的場地小車是需要的動(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)簡單，效率高。

1.3傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的功能是把動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)傳遞到轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)和輪上。要使小車行駛的更遠(yuǎn)及按設(shè)計(jì)的軌道精確地行駛，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)必需傳遞效率高、傳動(dòng)穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡單重量輕等。

1.不用其它額外的傳動(dòng)裝置，直接由動(dòng)力軸驅(qū)動(dòng)輪子和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，此種方式效率最高、結(jié)構(gòu)最簡單。在不考慮其它條件時(shí)這是最優(yōu)的方式。

2.帶輪具有結(jié)構(gòu)簡單、傳動(dòng)平穩(wěn)、價(jià)格低廉、緩沖吸震等特點(diǎn)但其效率及傳動(dòng)精度并不高。不適合本小車設(shè)計(jì)。

3.齒輪具有效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠、傳動(dòng)比穩(wěn)定但價(jià)格較高。因此在第一種方式不能夠滿足要求的情況下優(yōu)先考慮使用齒輪傳動(dòng)。

1.4轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)

轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)是本小車設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分，直接決定著小車的功能。轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)也同樣需要盡可能的減少摩擦耗能，結(jié)構(gòu)簡單，零部件已獲得等基本條件，同時(shí)還需要有特殊的運(yùn)動(dòng)特性。能夠?qū)⑿D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為滿足要求的來回?cái)[動(dòng)，帶動(dòng)轉(zhuǎn)向輪左右轉(zhuǎn)動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)拐彎避障的功能。

曲柄連桿+搖桿

優(yōu)點(diǎn)：運(yùn)動(dòng)副單位面積所受壓力較小，且面接觸便于潤滑，故磨損減小，制造方便，已獲得較高精度；兩構(gòu)件之間的接觸是靠本身的幾何封閉來維系的，它不像凸輪機(jī)構(gòu)有時(shí)需利用彈簧等力封閉來保持接觸。

我們選擇曲柄連桿+搖桿作為小車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的方案。

1.5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

M?N??

對(duì)于相同的材料?為一定值。

而滾動(dòng)摩擦阻力

f?MR?N??所以輪子越大小車受到R，的阻力越小，因此能夠走的更遠(yuǎn)。但由于加工問題材料問題安裝問題等等具體尺寸需要進(jìn)一步分析確定。后輪為驅(qū)動(dòng)輪，前輪為轉(zhuǎn)向輪，為減輕重量，可以挖空輪子中間的材料。

2、小車的零部件設(shè)計(jì) 小車底板的俯視圖和左視圖：

轉(zhuǎn)向輪的連接控制機(jī)構(gòu)：

車后輪的三視圖：

齒輪的三視圖：

3、小車的整體設(shè)計(jì)：

4、設(shè)計(jì)參數(shù)

1）基本尺寸參數(shù)：

車長：200mm

車寬：180mm

車后輪D：110mm

車前輪d：22mm

齒輪：模數(shù)

1、齒數(shù)20/60/80（小車的其他參數(shù)以

三維圖為準(zhǔn)）

2）軌跡參數(shù)

根據(jù)小車行走路線近似的模擬為正弦曲線，由于實(shí)際的尺寸可算得振幅為0.35mm，波長為2m，所以可以近似求出軌跡方程為：

Y=0.35sinx； 求導(dǎo)得在每個(gè)位置上的轉(zhuǎn)角的正切的大小：

Y’=0.35； 我們可以得到前輪的最大轉(zhuǎn)角為36’。

而小車軌跡的弧長L=1.636m，當(dāng)振幅為0.35m時(shí)，從峰頂?shù)焦鹊讜r(shí)的弦長Lab=L*0.35*2=1.1453m，而驅(qū)動(dòng)輪直徑d=182m，周長C=PI*d，由轉(zhuǎn)向的需要可以得轉(zhuǎn)動(dòng)比為i=1/4

第二篇：無碳小車設(shè)計(jì)說明書

無碳小車設(shè)計(jì)說明書

參賽者：

施朝雄

林秋妹

指導(dǎo)老師：羅敏峰2014-12-16

丁天熙

一、主題

設(shè)計(jì)一種小車（“以重力勢能驅(qū)動(dòng)的具有方向控制功能的自行小車”），驅(qū)動(dòng)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(shí)統(tǒng)一使用質(zhì)量為1Kg的標(biāo)準(zhǔn)砝碼（￠50×65 mm，碳鋼制作）來獲得，要求砝碼的可下降高度為400±2mm。標(biāo)準(zhǔn)砝碼始終由小車承載，不允許從小車上掉落。實(shí)現(xiàn)小車可以按照樁距自動(dòng)轉(zhuǎn)彎，樁距是按每50mm 跳檔在700～1300mm 范圍內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)“S”型賽道障礙物間距值。

二、分析

1、為使得小車能夠轉(zhuǎn)彎，并能夠繞開等距離的障礙物，需要設(shè)計(jì)一個(gè)能夠自動(dòng)轉(zhuǎn)彎的機(jī)構(gòu)。

2、根據(jù)這次的比賽要求我們需要考慮設(shè)計(jì)一個(gè)可調(diào)級(jí)方案.3、為了使得小車能夠順利轉(zhuǎn)彎，還要解決小車后輪的差速問題

4、為了能夠減少裝配的誤差使小車的擺角能夠消除這些誤差我們還需設(shè)計(jì)有課微調(diào)機(jī)構(gòu)

三、方案確定

1.轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)

轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)是本小車設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分，關(guān)系到小車的整體性能.通過查閱大量資料以往常用的轉(zhuǎn)彎機(jī)構(gòu)有凸輪和曲柄搖桿等機(jī)構(gòu).曲柄搖桿的機(jī)構(gòu)雖然簡單輕便但是可能會(huì)打滑所以我們打算用圓柱凸輪的方案圓柱凸輪機(jī)構(gòu)+搖桿，通過高副接觸可以使從動(dòng)件獲得連續(xù)或不連續(xù)的任意預(yù)期往復(fù)運(yùn)動(dòng)，并且穩(wěn)定性較強(qiáng)。所以我們采用圓柱凸輪機(jī)構(gòu)+搖桿作為我們的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。

2.調(diào)級(jí)

此次命題的難點(diǎn)就是小車過的樁距要可調(diào)節(jié)的，并且要從按每50mm 跳檔在700～1300mm 范圍內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)“S”型賽道障礙物間距值。

我們轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)采用的是圓柱凸輪機(jī)構(gòu)+搖桿，所以要求凸輪轉(zhuǎn)一圈，小車就要通過一個(gè)s周期的路程。我們通過改變大齒輪的齒數(shù)，實(shí)現(xiàn)凸輪軸上和驅(qū)動(dòng)輪上的齒輪傳動(dòng)比的改變從而實(shí)現(xiàn)變距，但是要實(shí)現(xiàn)這么多的變距，這就要求小車要攜帶多對(duì)齒輪。但為了減少摩擦力對(duì)能量的消耗，所以小車的負(fù)重又不能太重。這就考慮小車能不能便攜式更換大齒輪，所以我們采用以下機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)以上要求。

小齒輪組固定在驅(qū)動(dòng)軸上，大齒輪可以根據(jù)要求便攜式拆卸，從而組裝出符合要求的傳動(dòng)比！

3.左右輪差速

小車轉(zhuǎn)彎時(shí)左右兩輪的的速度是不一樣的，如果裝普通的深溝球軸承，是沒辦法實(shí)現(xiàn)差速拐彎的！要解決這個(gè)問題可以有如下兩種辦法：

1.使用差速器。但是差速器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工困難 2.使用單向軸承。簡單方便，而且價(jià)格合理！

所以我們采用左右兩輪各裝一個(gè)單向軸承！

3.微調(diào)機(jī)構(gòu)

用螺絲可以實(shí)現(xiàn)前輪擺角的微小變化 機(jī)構(gòu)如圖所示

裝配圖

機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖

大齒輪小齒輪轉(zhuǎn)向桿1后輪驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向桿2圓柱凸輪S型三等獎(jiǎng)

第三篇：無碳小車設(shè)計(jì)說明書.

第三屆全國大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力

競賽

無碳小車設(shè)計(jì)說明書

參賽者：陳文 李志文 黃素昕

指導(dǎo)老師 ：廖志良

2013.4.1

摘要

第三屆全國大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競賽命題主題為“無碳小車”。在設(shè)計(jì)小車過程中特別注重設(shè)計(jì)的方法，力求通過對(duì)命題的分析得到清晰開闊的設(shè)計(jì)思路；作品的設(shè)計(jì)做到有系統(tǒng)性規(guī)范性和創(chuàng)新性；設(shè)計(jì)過程中綜合考慮材料、加工、制造成本等給方面因素。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PROE等軟件輔助設(shè)計(jì)。

我們把小車的設(shè)計(jì)分為三個(gè)階段：方案設(shè)計(jì)、技術(shù)設(shè)計(jì)、制作調(diào)試。通過每一階段的深入分析、層層把關(guān)，是我們的設(shè)計(jì)盡可能向最優(yōu)設(shè)計(jì)靠攏。

方案設(shè)計(jì)階段根據(jù)小車功能要求我們根據(jù)機(jī)器的構(gòu)成（原動(dòng)機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、控制部分、調(diào)節(jié)部分）把小車分為車架、原動(dòng)機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)六個(gè)模塊，進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)。分別針對(duì)每一個(gè)模塊進(jìn)行多方案設(shè)計(jì)，通過綜合對(duì)比選擇出最優(yōu)的方案組合。我們的方案為：車架采用三角底板式、原動(dòng)機(jī)構(gòu)采用了錐形軸、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)采用齒輪或沒有該機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)采用曲柄連桿、行走機(jī)構(gòu)采用單輪驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)差速、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)采用微調(diào)螺母螺釘。其中轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)利用了調(diào)心軸承、關(guān)節(jié)軸承。

技術(shù)設(shè)計(jì)階段我們先對(duì)方案建立數(shù)學(xué)模型進(jìn)行理論分析，借助MATLAB分別進(jìn)行了能耗規(guī)律分析、運(yùn)動(dòng)學(xué)分析、動(dòng)力學(xué)分析、靈敏度分析。進(jìn)而得出了小車的具體參數(shù)，和運(yùn)動(dòng)規(guī)律。接著應(yīng)用PROE軟件進(jìn)行了小車的實(shí)體建模和部分運(yùn)動(dòng)仿真。在實(shí)體建模的基礎(chǔ)上對(duì)每一個(gè)零件進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)，綜合考慮零件材料性能、加工工藝、成本等。

小車大多是零件是標(biāo)準(zhǔn)件、可以購買，同時(shí)除部分要求加工精度高的部分需要特殊加工外，大多數(shù)都可以通過手工加工出來。對(duì)于塑料會(huì)采用自制的‘電鋸’切割。因?yàn)樾≤囀芰Χ疾淮螅虼舜罅坎捎媚z接，簡化零件及零件裝配。調(diào)試過程會(huì)通過微調(diào)等方式改變小車的參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)，在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上驗(yàn)證小車的運(yùn)動(dòng)規(guī)律同時(shí)確定小車最優(yōu)的參數(shù)。

目錄

一、設(shè)計(jì)要求 1.1參賽要求

二、方案設(shè)計(jì) 2.1車架 2.2原動(dòng)原理 2.3傳動(dòng)原理 2.4轉(zhuǎn)向原理 2.5行走原理 2.6調(diào)節(jié)原理

三、技術(shù)設(shè)計(jì)

3.1動(dòng)力參數(shù)設(shè)計(jì) 3.2軌道參數(shù)設(shè)計(jì) 3.3傳動(dòng)參數(shù)設(shè)計(jì) 3.4行走參數(shù)設(shè)計(jì) 3.5調(diào)節(jié)參數(shù)設(shè)計(jì) 3.6小車各部件參數(shù)

四、小車的調(diào)試

五、評(píng)價(jià)分析

一、設(shè)計(jì)要求

1.本屆競賽主題：

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)場完成一套符合本命題要求的可運(yùn)行裝置，并進(jìn)行現(xiàn)場競爭性運(yùn)行考核。每個(gè)參賽作品要提交相關(guān)的設(shè)計(jì)、工藝、成本分析和工程管理4項(xiàng)報(bào)告。

2.競賽命題：以重力勢能驅(qū)動(dòng)的具有方向控制功能的自行小車

設(shè)計(jì)一種小車，驅(qū)動(dòng)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），競賽時(shí)統(tǒng)一用質(zhì)量為1Kg的重塊（￠50×65 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(dòng)，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

要求小車行走過程中完成所有動(dòng)作所需的能量均由此重力勢能轉(zhuǎn)換獲得，不可使用任何其他的能量來源。

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。

要求小車為三輪結(jié)構(gòu)，具體設(shè)計(jì)、材料選用及加工制作均由參賽學(xué)生自主完成。3.競賽項(xiàng)目I：

競賽小車在前行時(shí)能夠自動(dòng)交錯(cuò)繞過賽道上設(shè)置的障礙物。障礙物為直徑20mm、高200mm的多個(gè)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(píng)定成績。見圖2。

圖2： 無碳小車在重力勢能作用下自動(dòng)行走示意圖

二、方案設(shè)計(jì) 2.1車架

車架不用承受很大的力，精度要求低。考慮到重量加工成本等，車架采用有機(jī)塑料加工制作成三角底板式。

2.2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能轉(zhuǎn)化為小車的驅(qū)動(dòng)力。能實(shí)現(xiàn)這一功能的方案有多種，就效率和簡潔性來看繩輪最優(yōu)。小車對(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，不至于小車拐彎時(shí)速度過大傾翻，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)小車過大的沖擊。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.由于不同的場地對(duì)輪子的摩擦摩擦可能不一樣，在不同的場地小車是需要的動(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)簡單，效率高。

2.3傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的功能是把動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)傳遞到轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)輪上。要使小車行駛的更遠(yuǎn)及按設(shè)計(jì)的軌道精確地行駛，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)必需傳遞效率高、傳動(dòng)穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡單重量輕等。

1.不用其它額外的傳動(dòng)裝置，直接由動(dòng)力軸驅(qū)動(dòng)輪子和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，此種方式效率最高、結(jié)構(gòu)最簡單。在不考慮其它條件時(shí)這是最優(yōu)的方式。

2.帶輪具有結(jié)構(gòu)簡單、傳動(dòng)平穩(wěn)、價(jià)格低廉、緩沖吸震等特點(diǎn)但其效率及傳動(dòng)精度并不高。不適合本小車設(shè)計(jì)。

3.齒輪具有效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠、傳動(dòng)比穩(wěn)定但價(jià)格較高。因此在第一種方式不能夠滿足要求的情況下優(yōu)先考慮使用齒輪傳動(dòng)。

2.4轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)

轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)是本小車設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分，直接決定著小車的功能。轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)也同樣需要盡可能的減少摩擦耗能，結(jié)構(gòu)簡單，零部件已獲得等基本條件，同時(shí)還需要有特殊的運(yùn)動(dòng)特性。能夠?qū)⑿D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為滿足要求的來回?cái)[動(dòng)，帶動(dòng)轉(zhuǎn)向輪左右轉(zhuǎn)動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)拐彎避障的功能。能實(shí)現(xiàn)該功能的機(jī)構(gòu)有：凸輪機(jī)構(gòu)+搖桿、曲柄連桿+搖桿、曲柄搖桿、差速轉(zhuǎn)彎等等。

而綜合考慮后，我們決定用凸輪機(jī)構(gòu)+搖桿

優(yōu)點(diǎn)：在理論情況下能比較精確實(shí)現(xiàn)給定的運(yùn)動(dòng)軌跡且結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)比較簡單，而且能實(shí)現(xiàn)連續(xù)不同障礙物間距的調(diào)節(jié)，且面接觸便于潤滑，故磨損減小，制造方便。

缺點(diǎn)： 需要的構(gòu)件數(shù)和運(yùn)動(dòng)副數(shù)往往比較多，這樣就使機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工作效率降低，而且機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)規(guī)律對(duì)制造、安裝誤差的敏感性增加；機(jī)構(gòu)中做平面復(fù)雜運(yùn)動(dòng)和作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件所長生的慣性力難以平衡，在高速時(shí)將引起較大的振動(dòng)和動(dòng)載荷，故連桿機(jī)構(gòu)常用于速度較低的場合。

2.5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

M?N??

對(duì)于相同的材料?為一定值。

而滾動(dòng)摩擦阻力

f?MR?N??R，所以輪子越大小車受到的阻力越小，因此能夠走的更遠(yuǎn)。但由于加工問題材料問題安裝問題等等具體尺寸需要進(jìn)一步分析確定。

由于小車是沿著曲線前進(jìn)的，后輪必定會(huì)產(chǎn)生差速。對(duì)于后輪可以采用雙輪同步驅(qū)動(dòng)，雙輪差速驅(qū)動(dòng)，單輪驅(qū)動(dòng)。

雙輪同步驅(qū)動(dòng)必定有輪子會(huì)與地面打滑，由于滑動(dòng)摩擦遠(yuǎn)比滾動(dòng)摩擦大會(huì)損失大量能量，同時(shí)小車前進(jìn)受到過多的約束，無法確定其軌跡，不能夠有效避免碰到障礙。

雙輪差速驅(qū)動(dòng)可以避免雙輪同步驅(qū)動(dòng)出現(xiàn)的問題，可以通過差速器或單向軸承來實(shí)現(xiàn)差速。差速器涉及到最小能耗原理，能較好的減少摩擦損耗，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)滿足要運(yùn)動(dòng)。單向軸承實(shí)現(xiàn)差速的原理是但其中一個(gè)輪子速度較大時(shí)

便成為從動(dòng)輪，速度較慢的輪子成為主動(dòng)輪，這樣交替變換著。但由于單向軸承存在側(cè)隙，在主動(dòng)輪從動(dòng)輪切換過程中出現(xiàn)誤差導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)不準(zhǔn)確，但影響有多大會(huì)不會(huì)影響小車的功能還需進(jìn)一步分析。

單輪驅(qū)動(dòng)即只利用一個(gè)輪子作為驅(qū)動(dòng)輪，一個(gè)為導(dǎo)向輪，另一個(gè)為從動(dòng)輪。就如一輛自行車外加一個(gè)車輪一樣。從動(dòng)輪與驅(qū)動(dòng)輪間的差速依靠與地面的運(yùn)動(dòng)約束確定的。其效率比利用差速器高，但前進(jìn)速度不如差速器穩(wěn)定，傳動(dòng)精度比利用單向軸承高。

綜上所述比結(jié)合實(shí)際情況采用單輪驅(qū)動(dòng)。

2.6調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)

調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)是小車的重要部分，命題要求改變桿與桿之間的距離。而要達(dá)到這個(gè)要求，我們是通過改變小車的拐角，在小車行走相同的路程的情況下，改變小車轉(zhuǎn)向輪的偏轉(zhuǎn)弧度范圍，從而改變小車行走的水平距離。也就是通過增加小車行走路線的振幅來減少路線的波長。因此就可以實(shí)現(xiàn)繞過不同距離桿的目的。

要達(dá)到改變小車導(dǎo)向輪的拐角，我們采用的是以連桿的一端為圓心，以連桿為半徑在曲柄上多開幾個(gè)圓孔。改變連桿與曲柄連接的位置，也就是改變曲柄圓心到連桿連接端的距離來改變小車導(dǎo)向輪轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。從而實(shí)現(xiàn)繞過不同距離桿的目的。再通過改變連桿距底板中心的距離實(shí)現(xiàn)連續(xù)微調(diào)。

三、技術(shù)設(shè)計(jì) 3.1動(dòng)力參數(shù)技術(shù)

我們采用的是物快通過定滑輪帶動(dòng)梯形原動(dòng)輪，而原動(dòng)輪帶動(dòng)同軸上的大齒輪，大齒輪再傳遞到與車輪相連的小齒輪，從而使小車向前行走。軸的原動(dòng)輪的設(shè)計(jì) 3.1.1 結(jié)構(gòu)圖

.圖3.1 梯形原動(dòng)輪

3.1.2 分析

1）.在起始時(shí)原動(dòng)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑較大，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，有利起動(dòng)。

2）.起動(dòng)后，原動(dòng)輪半徑變小，轉(zhuǎn)速提高，轉(zhuǎn)矩變小，和阻力平衡后小車勻速運(yùn)動(dòng)。

3）.當(dāng)物塊距小車很近時(shí)，原動(dòng)輪的半徑再次變小，繩子的拉力不足以使原動(dòng)輪勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，但是由于物塊的慣性，仍會(huì)減速下降，原動(dòng)輪的半徑變小，總轉(zhuǎn)速比提高，小車緩慢減速，直到停止，物塊停止下落，正好接觸小車。

3.1.3 梯形圓柱原動(dòng)輪的作用

1，剛開始牽動(dòng)繩為小車提供動(dòng)力的部分是梯形圓柱的粗端，這樣能為小車提供較為快捷的動(dòng)力。

2，下落物體不可避免的會(huì)和小車發(fā)生碰撞，這樣當(dāng)物體快要和小車碰撞的時(shí)候牽動(dòng)繩已繞到了梯形圓柱的細(xì)端，這樣能減少物體的下落速度，減少物體和小車碰撞的能量損失。

3.梯形原動(dòng)輪的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)小車的起動(dòng)和物塊的從低速到減速下落。減小因碰撞而損失的能量。

4.利用公式M=F*R,當(dāng)力一定是R越大矩就越大，轉(zhuǎn)動(dòng)的就越快車啟動(dòng)的就快；當(dāng)M已達(dá)到一定的大少保持不變R變小，F(xiàn)就會(huì)增大，從而使物快減速。

3.1.4參數(shù)設(shè)計(jì)

原動(dòng)輪主軸半徑R=7mm 物快下降高度H=400mm 原動(dòng)輪的側(cè)截面周長C=2πR=2×7×3.14=43.96mm 圈數(shù)N=H÷C=400÷43.96≈9圈

9圈且定齒輪總傳動(dòng)比為1也就是大概可以繞過18個(gè)桿。

3.2軌道參數(shù)設(shè)計(jì)

32cm98cm

無碳小車在重力勢能作用下自動(dòng)行走示意圖

假設(shè)抽選的桿距為1000mm，根據(jù)小車的行走路線近似的模擬為正弦曲線，所以齒輪選擇三角函數(shù)運(yùn)動(dòng)規(guī)律。有實(shí)際的尺寸大小可得振幅為0.32m，波長為2m，軌跡方程近似為：

Y=0.35sinπx ；

軌道長度S=4∫（0→π/2）[1+（Y′）2]?dx 最后算得S≈2433mm 過兩個(gè)桿后小車又回到同一個(gè)位置，及完成一個(gè)周期的行走過程。而一個(gè)周期的行走位移為2000mm，路線長度S約為2433mm。

3.3傳動(dòng)參數(shù)設(shè)計(jì)

3.3.1齒輪

傳動(dòng)部分采用的是齒數(shù)比45：15的齒輪。

小齒輪：模數(shù)=1，齒數(shù)=15，外徑=17mm，內(nèi)孔=3mm，厚度：6.5mm 大齒輪：模數(shù)=1，齒數(shù)=45，外徑=47mm，內(nèi)徑=10mm，厚度：10mm

3.3.2傳動(dòng)行程

傳動(dòng)比（傳動(dòng)系數(shù)）：齒輪比乘以后輪直徑，即為傳動(dòng)比。以C代表大齒輪，F(xiàn)代表小齒輪，G代表齒數(shù)比，D代表傳動(dòng)比，M代表轉(zhuǎn)動(dòng)行程，B代表后輪直徑，它們之間關(guān)系用公式表示，即：

D=C÷F×B=GB

由此可見，齒輪比確定之后，傳動(dòng)比是與后輪直徑成正比的。

傳動(dòng)行程：

M=D×π=C÷F×B×π

3.3.3齒輪力的計(jì)算

題目給定重力勢能4J，重塊1kg；設(shè)總的重量為M，則 M=m（重塊）+m（載荷）+m（車)=1kg+400g+50g=1.45kg 經(jīng)網(wǎng)上查得,橡皮輪胎與干地面之間的動(dòng)摩擦因素為0.71,設(shè)驅(qū)向輪所獲得的摩擦阻力為F，則

F=Mμ=1.45kg*0.71=1.0295N≈1N

3.4行走參數(shù)設(shè)計(jì)

3.4.1后輪直徑

由于軌道的長度S是確定的，而齒輪也是固定的，根據(jù)傳動(dòng)行程我們可以算出小車后輪的直徑B

S=M=D×π=C÷F×B×π=45÷15×B×3.14=2433mm ∴后輪直徑B≈258mm 3.4.2其他參數(shù)

小車導(dǎo)向輪直徑d定為58mm，寬為8mm，后輪直徑D為258mm，寬6mm。

3.5調(diào)節(jié)參數(shù)設(shè)計(jì)

調(diào)節(jié)參數(shù)設(shè)計(jì)是本次比賽的重點(diǎn)部分，也是設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)，尤其是參數(shù)化這一塊，要定好調(diào)節(jié)裝置中各零件的尺寸大小，還需要大量的反復(fù)的研討與實(shí)驗(yàn)，而在設(shè)計(jì)的初級(jí)階段，我們只能夠去進(jìn)行各零件的估算，沒有太多的科學(xué)性。連桿L=116mm 圓柄的直徑D=50mm.而小車導(dǎo)向輪擺正位置是連桿接口過圓柄圓心垂直于地面位置。曲柄為逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，當(dāng)曲柄旋轉(zhuǎn)到圓心，接口與連桿端點(diǎn)三點(diǎn)成一線時(shí)，則小車導(dǎo)向輪擺動(dòng)的幅度最大。當(dāng)接口在圓心的左邊時(shí)小車向右拐，當(dāng)接口在圓心的右邊時(shí)，小車向左拐。而圓柄逆時(shí)針轉(zhuǎn)的一周，小車的導(dǎo)向輪就又回到了初始狀態(tài)，小車就行走一個(gè)周期，也就是小車?yán)@過兩個(gè)桿。

3.6小車各部件參數(shù)

車身長L=300mm，車身寬140mm，厚8mm。

后輪直徑D=258mm,寬6mm，導(dǎo)向輪直徑58mm，寬6mm。梯形原動(dòng)輪直徑14mm，長30mm。

小齒輪：模數(shù)=1，齒數(shù)=15，外徑=17mm，內(nèi)孔=3mm，厚度：6.5mm 過度齒輪：

大齒輪：模數(shù)=1，齒數(shù)=45，外徑=47mm，內(nèi)徑=10mm，厚度：10mm

圓柄直徑50mm，厚度8mm，連桿長150mm，直徑5mm。定滑輪直徑28mm，厚12mm，支桿長500mm，直徑5mm。

四、小車的調(diào)試

小車的調(diào)試是個(gè)很重要的過程，有了大量的理論依據(jù)支撐，還必須用大量的實(shí)踐去驗(yàn)證。小車的調(diào)試涉及到很多的內(nèi)容，如車速的快慢，繞過障礙物，小車整體的協(xié)調(diào)性，小車前進(jìn)的距離等。

（1）小車的速度的調(diào)試：通過小車在指定的賽道上行走，測量通過指定點(diǎn)的時(shí)間，得到多組數(shù)據(jù)，從而得出小車行駛的速度，通過試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)小車后半程速度較快，整體協(xié)調(diào)性能不是太好，于是車小了繞繩驅(qū)動(dòng)軸，減小過大的驅(qū)動(dòng)力同時(shí)也增大了小車前進(jìn)的距離。

（2）小車避障的調(diào)試：雖然本組小車各個(gè)機(jī)構(gòu)相對(duì)來說較簡單，損耗能量較少，但是避障不是很好，但與此同時(shí)，小車由于設(shè)計(jì)時(shí)采用了多組微調(diào)機(jī)構(gòu)，通過觀察小車在指定賽道上行走時(shí)避障的特點(diǎn)，微調(diào)螺母，慢慢小車避障性能改善，并做好標(biāo)記。

五 評(píng)價(jià)分析

5.1小車優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：（1）小車機(jī)構(gòu)簡單，單級(jí)齒輪傳動(dòng)，損耗能量少，（2）多處采用可調(diào)機(jī)構(gòu)，便于糾正軌跡，避開障礙物，（3）采用大的驅(qū)動(dòng)輪，滾阻系數(shù)小，行走距離遠(yuǎn)，（4）采用梯形原動(dòng)輪，小車穩(wěn)定性提高，不致使車速過快，缺點(diǎn)： 小車精度要求高，使得加工零件成本高，以及微調(diào)各個(gè)機(jī)構(gòu)都很費(fèi)時(shí)，避障穩(wěn)定行差，時(shí)而偏左，時(shí)而偏右。

5.2自動(dòng)行走比賽時(shí)的前行距離估計(jì)

通過理論與實(shí)踐結(jié)合，小車行走距離（包括繞開障礙物）約20米。

5.3改進(jìn)方向

小車最大的缺點(diǎn)是精度要求非常高，改進(jìn)小車的精度要求，使能調(diào)整簡單，小車便能達(dá)到很好的行走效果。

第四篇：無碳小車設(shè)計(jì)說明書

沈陽航空航天大學(xué)

無碳小車設(shè)計(jì)說明書

參賽者：

2010040601213 楊艷超 2010040601208 肖慶敏

2012-9-1

摘要

第二屆全國大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競賽命題主題為“無碳小車”。在設(shè)計(jì)小車過程中特別注重設(shè)計(jì)的方法，力求通過對(duì)命題的分析得到清晰開闊的設(shè)計(jì)思路；作品的設(shè)計(jì)做到有系統(tǒng)性規(guī)范性和創(chuàng)新性；設(shè)計(jì)過程中綜合考慮材料、加工、制造成本等給方面因素。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MATLAB、PROE等軟件輔助設(shè)計(jì)。

我們把小車的設(shè)計(jì)分為三個(gè)階段：方案設(shè)計(jì)、技術(shù)設(shè)計(jì)、制作調(diào)試。通過每一階段的深入分析、層層把關(guān)，是我們的設(shè)計(jì)盡可能向最優(yōu)設(shè)計(jì)靠攏。

方案設(shè)計(jì)階段根據(jù)小車功能要求我們根據(jù)機(jī)器的構(gòu)成（原動(dòng)機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、控制部分、輔助部分）把小車分為車架、原動(dòng)機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)、微調(diào)機(jī)構(gòu)六個(gè)模塊，進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)。分別針對(duì)每一個(gè)模塊進(jìn)行多方案設(shè)計(jì)，通過綜合對(duì)比選擇出最優(yōu)的方案組合

技術(shù)設(shè)計(jì)階段我們先對(duì)方案建立數(shù)學(xué)模型進(jìn)行理論分析，借助MATLAB分別進(jìn)行了能耗規(guī)律分析、運(yùn)動(dòng)學(xué)分析、動(dòng)力學(xué)分析、靈敏度分析。進(jìn)而得出了小車的具體參數(shù)，和運(yùn)動(dòng)規(guī)律。接著應(yīng)用PROE軟件進(jìn)行了小車的實(shí)體建模和部分運(yùn)動(dòng)仿真。

小車大多是零件都可以通過手工加工出來。對(duì)于塑料會(huì)采用自制的‘電鋸’切割。因?yàn)樾≤囀芰Χ疾淮螅虼舜罅坎捎媚z接，簡化零件及零件裝配。調(diào)試過程會(huì)通過微調(diào)等方式改變小車的參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)，在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上驗(yàn)證小車的運(yùn)動(dòng)規(guī)律同時(shí)確定小車最優(yōu)的參數(shù)。

關(guān)鍵字：無碳小車 參數(shù)化設(shè)計(jì) 軟件輔助設(shè)計(jì) 微調(diào)機(jī)構(gòu)

靈敏度分析

一、競賽基本內(nèi)容

1.本屆競賽命題主題

本屆競賽命題主題為“無碳小車”。命題與高校工程訓(xùn)練教學(xué)內(nèi)容相銜接，體現(xiàn)綜合性工程能力。命題內(nèi)容體現(xiàn)“創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力、制造工藝能力、實(shí)際操作能力和工程管理能力”四個(gè)方面的要求。

2.小車功能設(shè)計(jì)要求

給定一重力勢能，根據(jù)能量轉(zhuǎn)換原理，設(shè)計(jì)一種可將該重力勢能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能并可用來驅(qū)動(dòng)小車行走的裝置。該自行小車在前行時(shí)能夠自動(dòng)走成“8”字路線，綜合距離最遠(yuǎn)者獲勝，重塊落下后，須被小車承載并同小車一起運(yùn)動(dòng)，不允許掉落。

要求小車前行過程中完成的所有動(dòng)作所需的能量均由此能量轉(zhuǎn)換獲得，不可使用任何其他的能量形式。

小車要求采用三輪結(jié)構(gòu)（1個(gè)轉(zhuǎn)向輪，2個(gè)驅(qū)動(dòng)輪），具體結(jié)構(gòu)造型以及材料選用均由參賽者自主設(shè)計(jì)完成。要求滿足：①小車上面要裝載一件外形尺寸為?60×20 mm的實(shí)心圓柱型鋼制質(zhì)量塊作為載荷，其質(zhì)量應(yīng)不小于750克；在小車行走過程中，載荷不允許掉落。②轉(zhuǎn)向輪最大外徑應(yīng)不小于?30mm。

3.小車的設(shè)計(jì)方法

小車的設(shè)計(jì)一定要做到目標(biāo)明確，通過對(duì)命題的分析我們得到了比較清晰開闊的設(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)過程中需要綜合考慮材料、加工、制造成本等給方面因素。

小車的設(shè)計(jì)是提高小車性能的關(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MATLAB、PROE等軟件輔助設(shè)計(jì)。下面是我們設(shè)計(jì)小車的流程（如圖一）

圖一

二 方案設(shè)計(jì)

1、基本構(gòu)思

通過對(duì)小車的功能分析小車需要完成重力勢能的轉(zhuǎn)換、驅(qū)動(dòng)自身行走、形成固定路線。為了方便設(shè)計(jì)這里根據(jù)小車所要完成的功能將小車劃分為五個(gè)部分進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)（車架、原動(dòng)機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)、微調(diào)機(jī)構(gòu)）。為了得到令人滿意方案，采用擴(kuò)展性思維設(shè)計(jì)每一個(gè)模塊，尋求多種可行的方案和構(gòu)思。在選擇方案時(shí)應(yīng)綜合考慮功能、材料、加工、制造成本等各方面因素，同時(shí)盡量避免直接決策，減少?zèng)Q策時(shí)的主觀因素，使得選擇的方案能夠綜合最優(yōu)。

基本設(shè)計(jì)圖：

圖二

2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能轉(zhuǎn)化為小車的驅(qū)動(dòng)力。能實(shí)現(xiàn)這一功能的方案有多種，就效率和簡潔性來看繩輪最優(yōu)。小車對(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，不至于小車拐彎時(shí)速度過大傾翻，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)小車過大的沖擊。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.由于不同的場地對(duì)輪子的摩擦摩擦可能不一樣，在不同的場地小車是需要的動(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)簡單，效率高。

基于以上分析我們提出了輸出驅(qū)動(dòng)力可調(diào)的繩輪式原動(dòng)機(jī)構(gòu)。如下圖三

如上圖我們可以通過改變繩子繞在繩輪上不同位置來改變其輸出的動(dòng)力。

圖三

3傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的功能是把動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)傳遞到轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)輪上。要使小車行駛的更遠(yuǎn)及按設(shè)計(jì)的軌道精確地行駛，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)必需傳遞效率高、傳動(dòng)穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡單重量輕等。

1.不用其它額外的傳動(dòng)裝置，直接由動(dòng)力軸驅(qū)動(dòng)輪子和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，此種方式效率最高、結(jié)構(gòu)最簡單。在不考慮其它條件時(shí)這是最優(yōu)的方式。

2.帶輪具有結(jié)構(gòu)簡單、傳動(dòng)平穩(wěn)、價(jià)格低廉、緩沖吸震等特點(diǎn)但其效率及傳動(dòng)精度并不高。不適合本小車設(shè)計(jì)。

3.齒輪具有效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠、傳動(dòng)比穩(wěn)定但價(jià)格較高。因此在第一種方式不能夠滿足要求的情況下優(yōu)先考慮使用齒輪傳動(dòng)。

4轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)

轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)是本小車設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分，直接決定著小車的功能。轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)也同樣需要盡可能的減少摩擦耗能，結(jié)構(gòu)簡單，零部件已獲得等基本條件，同時(shí)還需要有特殊的運(yùn)動(dòng)特性。能夠?qū)⑿D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為滿足要求的來回?cái)[動(dòng)，帶動(dòng)轉(zhuǎn)向輪左右轉(zhuǎn)動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)走固定“8”字路線的功能。能實(shí)現(xiàn)該功能的機(jī)構(gòu)有：凸輪機(jī)構(gòu)+搖桿、曲柄連桿+搖桿、曲柄搖桿、差速轉(zhuǎn)彎等等。

通過棘形輪的間歇性運(yùn)動(dòng)，使得小車在描紅部分時(shí)，棘輪的帶齒部分未與齒輪嚙合，前輪的轉(zhuǎn)動(dòng)角度不變，當(dāng)小車到達(dá)黑線軌跡部分時(shí)，棘輪的帶齒部分與齒輪嚙合，小車前輪轉(zhuǎn)向發(fā)生變化，進(jìn)入下一個(gè)圓中運(yùn)動(dòng)，一次類推，小車不斷地重復(fù)“8”字，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。

基本成型構(gòu)想：

三

技術(shù)設(shè)計(jì)

技術(shù)設(shè)計(jì)階段的目標(biāo)是完成詳細(xì)設(shè)計(jì)確定個(gè)零部件的的尺寸。設(shè)計(jì)的同時(shí)綜合考慮材料加工成本等各因素。

1、重要技術(shù)

如何兩軌跡中心間的距離可以在300mm~500mm之間發(fā)生變化？

要想達(dá)到這一目的，需要同時(shí)調(diào)節(jié)兩部分，以由大軌跡變到小軌跡為例來說明

（1）通過減小摩擦輪與摩擦盤中心之間的距離，來降低后輪與摩擦盤之間傳動(dòng)比，使得小車走過一個(gè)圓軌跡時(shí)的圈數(shù)變少。

（2）增大小車前輪（即轉(zhuǎn)向輪）的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，來達(dá)到減小軌跡半徑的目的。為達(dá)到這一目的，可以在圓盤上設(shè)置一可沿一條半徑連續(xù)變化的滑塊，通過增大滑塊與圓盤中心的距離，來達(dá)到這一目的。如下：

設(shè)計(jì)圖紙：

2、小車調(diào)試方法

小車的調(diào)試是個(gè)很重要的過程，有了大量的理論依據(jù)支撐，還必須用大量的實(shí)踐去驗(yàn)證。小車的調(diào)試涉及到很多的內(nèi)容，如車速的快慢，繞過障礙物，小車整體的協(xié)調(diào)性，小車行走的距離等。

（1）小車的速度的調(diào)試：通過小車在指定的賽道上行走，測量通過指定點(diǎn)的時(shí)間，得到多組數(shù)據(jù)，從而得出小車行駛的速度，通過試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)小車后半程速度較快，整體協(xié)調(diào)性能不是太好，于是車小了繞繩驅(qū)動(dòng)軸，減小過大的驅(qū)動(dòng)力同時(shí)也增大了小車前進(jìn)的距離。

（2）小車避障的調(diào)試：雖然本組小車各個(gè)機(jī)構(gòu)相對(duì)來說較簡單，損耗能量較少，但是避障不是很好，但與此同時(shí)，小車由于設(shè)計(jì)時(shí)采用了多組微調(diào)機(jī)構(gòu)，通過觀察小車在指定賽道上行走時(shí)避障的特點(diǎn)，微調(diào)螺母，慢慢小車避障性能改善，并做好標(biāo)記。

3、小車改進(jìn)方法

由于本組小車采用膠水黏貼各處，雖然少了許多的加工成本費(fèi)用，也避免了能量的過多損耗，但小車會(huì)有時(shí)出現(xiàn)脫膠的現(xiàn)象，導(dǎo)致無法前進(jìn)，于是想法改進(jìn)，使小車能量損失減少，同時(shí)故障出現(xiàn)的次數(shù)減少，穩(wěn)定性能較好，總路線最遠(yuǎn)，降低成本。

四 評(píng)價(jià)分析

1、小車優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：（1）小車機(jī)構(gòu)簡單，單級(jí)齒輪傳動(dòng)，損耗能量少，（2）多處采用微調(diào)機(jī)構(gòu)，便于糾正軌跡，避開障礙物，（3）采用大的驅(qū)動(dòng)輪，滾阻系數(shù)小，行走距離遠(yuǎn)，（4）采用磁阻尼，小車穩(wěn)定性提高，不致使車速過快，缺點(diǎn)： 小車精度要求高，使得加工零件成本高，以及微調(diào)各個(gè)機(jī)構(gòu)都很費(fèi)時(shí)，避障穩(wěn)定行差，時(shí)而偏左，時(shí)而偏右。

2、改進(jìn)方向

小車最大的缺點(diǎn)是精度要求非常高，改進(jìn)小車的精度要求，使能調(diào)整簡單，小車便能達(dá)到很好的行走效果。同時(shí)可以降低成本，節(jié)約資源。

第五篇：無碳小車說明書

無碳小車說明書

（本小組選擇的競賽項(xiàng)目是競賽項(xiàng)目二）

一、小車整體說明

小車整體結(jié)構(gòu)上面，我們根據(jù)小車功能要求和機(jī)器的構(gòu)成（原動(dòng)機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、控制部分），把小車分為驅(qū)動(dòng)部分、轉(zhuǎn)向部分兩個(gè)模塊進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)。

在此基礎(chǔ)上，小車采用三輪機(jī)構(gòu)，后輪驅(qū)動(dòng)，前輪轉(zhuǎn)向，重物下落的過程中通過齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，將重物的重力勢能轉(zhuǎn)化為小車運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能，在后輪驅(qū)動(dòng)下，再通過轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)中的凸輪傳動(dòng)，將后輪的行走轉(zhuǎn)化為前輪的轉(zhuǎn)向，以便達(dá)到預(yù)期的要求。

考慮到競賽項(xiàng)目二要求的樁距是（400±100）mm，小車車身在允許范圍內(nèi)應(yīng)盡可能小，并且行走的軌跡也要盡可能的短，這樣才能夠避免小車車身碰到障礙物或者小車駛出乒乓球桌。

二、驅(qū)動(dòng)部分

原理分析：根據(jù)小車功能要求，給定一重力勢能，根據(jù)能量轉(zhuǎn)換原理，設(shè)計(jì)一種可將該重力勢能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能并可用來驅(qū)動(dòng)小車行走的裝置。該自行小車在半張標(biāo)準(zhǔn)乒乓球臺(tái)（長1525mm、寬1370mm）上，繞相距一定距離的兩個(gè)障礙沿8字形軌跡繞行，繞行時(shí)不可以撞倒障礙物，不可以掉下球臺(tái)。以小車?yán)@行的圈數(shù)、以及碰倒或避開障礙的多少來綜合評(píng)定成績。在設(shè)計(jì)要求中，驅(qū)動(dòng)部分是將物塊重力勢能轉(zhuǎn)化為小車的動(dòng)能，并在有限的動(dòng)能下，使小車能夠移動(dòng)盡可能多的距離，讓成績達(dá)到盡可能好。

機(jī)構(gòu)分析：為達(dá)到既定要求，首先，在驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)上，我們通過一個(gè)繩輪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)將重物的重力勢能轉(zhuǎn)化為小車后輪的驅(qū)動(dòng)動(dòng)能，具體就是將繩子繞過高40cm的定滑輪，一端連在重物上，另一端固定的繞在驅(qū)動(dòng)軸上，通過重物下落帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)后輪的驅(qū)動(dòng)。然后，為了使小車運(yùn)動(dòng)的距離達(dá)到盡可能長，我們使用了一個(gè)齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，通過齒輪的運(yùn)轉(zhuǎn)和傳遞，使得在繩長確定即能量一定的情況下，小車后輪轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)越多，進(jìn)而盡可能的增加繞行的圈數(shù)，但在這個(gè)過正中，不能因?yàn)槟Σ亮Φ那闆r而發(fā)生自鎖現(xiàn)象，在這些情況下，我們抉擇出最佳的傳動(dòng)比和傳力繩。驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)簡圖如下

三、傳動(dòng)轉(zhuǎn)向部分

要實(shí)現(xiàn)盡可能多的使小車重復(fù)完成繞八字運(yùn)動(dòng)，傳動(dòng)及轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)是關(guān)鍵，此處我們來分析一下轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。

基本原理：

1、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)：傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的功能是把動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)傳遞到轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)輪上。要使小車?yán)@的圈數(shù)更多及按設(shè)計(jì)的軌道精確地行駛，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)必需達(dá)到傳遞效率高、傳動(dòng)穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡單重量輕等要求。在這些要求上我們想過以下幾種方法來解決：

1、不用其它額外的傳動(dòng)裝置，直接由動(dòng)力軸驅(qū)動(dòng)輪子和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，此種方式效率最高、結(jié)構(gòu)最簡單。在不考慮其它條件時(shí)這是最優(yōu)的方式。

2、.帶輪具有結(jié)構(gòu)簡單、傳動(dòng)平穩(wěn)、價(jià)格低廉、緩沖吸震等特點(diǎn)但其效率及傳動(dòng)精度并不高。不適合本小車設(shè)計(jì)。

3.齒輪具有效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠、傳動(dòng)比穩(wěn)定但價(jià)格較高。因此在第一種方式不能夠滿足要求的情況下優(yōu)先考慮使用齒輪傳動(dòng)。

2、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)：轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)是本小車設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分，直接決定著小車的功能。轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)也同樣需要盡可能的減少摩擦耗能，結(jié)構(gòu)簡單，零部件已獲得等基本條件，同時(shí)還需要有特殊的運(yùn)動(dòng)特性。能夠?qū)⑿D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為滿足要求的來回?cái)[動(dòng)，帶動(dòng)轉(zhuǎn)向輪左右轉(zhuǎn)動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)拐彎避障的功能。

能實(shí)現(xiàn)該功能的機(jī)構(gòu)有：凸輪機(jī)構(gòu)搖桿、曲柄連桿搖桿、曲柄搖桿、差速轉(zhuǎn)彎等等。

凸輪：凸輪是具有一定曲線輪廓或凹槽的構(gòu)件，它運(yùn)動(dòng)時(shí)，通過高副接觸可以使從動(dòng)件獲得連續(xù)或不連續(xù)的任意預(yù)期往復(fù)運(yùn)動(dòng)。優(yōu)點(diǎn)：只需設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)耐馆嗇喞憧墒箯膭?dòng)件得到任意的預(yù)期運(yùn)動(dòng)，而且結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、設(shè)計(jì)方便；缺點(diǎn)：凸輪輪廓加工比較困難。在本小車設(shè)計(jì)中由于：凸輪輪廓加工比較困難、尺寸不能夠可逆的改變、精度也很難保證、重量較大、效率低能量損失大（滑動(dòng)摩擦）

曲柄連桿搖桿 優(yōu)點(diǎn)：運(yùn)動(dòng)副單位面積所受壓力較小，且面接觸便于潤滑，故磨損減小，制造方便，已獲得較高精度；兩構(gòu)件之間的接觸是靠本身的幾何封閉來維系的，它不像凸輪機(jī)構(gòu)有時(shí)需利用彈簧等力封閉來保持接觸。缺點(diǎn)：一般情況下只能近似實(shí)現(xiàn)給定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律或運(yùn)動(dòng)軌跡，且設(shè)計(jì)較為復(fù)雜；當(dāng)給定的運(yùn)動(dòng)要求較多或較復(fù)雜時(shí)，需要的構(gòu)件數(shù)和運(yùn)動(dòng)副數(shù)往往比較多，這樣就使機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工作效率降低，不僅發(fā)生自鎖的可能性增加，而且機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)規(guī)律對(duì)制造、安裝誤差的敏感性增加；機(jī)構(gòu)中做平面復(fù)雜運(yùn)動(dòng)和作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件所長生的慣性力難以平衡，在高速時(shí)將引起較大的振動(dòng)和動(dòng)載荷，故連桿機(jī)構(gòu)常用于速度較低的場合。在本小車設(shè)計(jì)中由于小車轉(zhuǎn)向頻率和傳遞的力不大故機(jī)構(gòu)可以做的比較輕，可以忽略慣性力，機(jī)構(gòu)并不復(fù)雜，利用 MATLAB 進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)并不困難，加上個(gè)鏈接可以利用軸承大大減小摩擦損耗提高效率。對(duì)于安裝誤差的敏感性問題我們可以增加微調(diào)機(jī)構(gòu)來解決。曲柄搖桿 結(jié)構(gòu)較為簡單，但和凸輪一樣有一個(gè)滑動(dòng)的摩擦副，其效率低。其急回特性導(dǎo)致難以設(shè)計(jì)出較好的機(jī)構(gòu)。差速轉(zhuǎn)彎 差速拐是利用兩個(gè)偏心輪作為驅(qū)動(dòng)輪，由于兩輪子的角速度一樣而轉(zhuǎn)動(dòng)半徑不一樣，從而使兩個(gè)輪子的速度不一樣，產(chǎn)生了差速。小車通過差速實(shí)現(xiàn)拐彎避障。差速轉(zhuǎn)彎，是理論上小車能走的最遠(yuǎn)的設(shè)計(jì)方案。和凸輪同樣，對(duì)輪子的加工精度要求很高，加工出來后也無法根據(jù)需要來調(diào)整輪子的尺寸。（由于加工和裝配的誤差是不可避免的）綜合上面分析我們選擇曲柄連桿搖桿作為小車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的方案。

機(jī)構(gòu)分析：首先，要實(shí)現(xiàn)繞八字運(yùn)動(dòng)，可以采用圓柱凸輪+搖桿。設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)臏喜郏瑘A柱凸輪做定軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過高副接觸可以使從動(dòng)件獲得連續(xù)不斷的任意往復(fù)運(yùn)動(dòng)，通過分析走八字時(shí)轉(zhuǎn)向輪的運(yùn)動(dòng)規(guī)律可以獲得搖桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，以此規(guī)律為依據(jù)可以分析出圓柱凸輪溝槽的軌跡。其次，要使八字盡可能多，這就要求我們必須減少能量損失，提高能量利用率。考慮到齒輪具有效率高，工作可靠，傳動(dòng)比穩(wěn)定的特點(diǎn)，我們采用齒輪傳動(dòng)，通過一對(duì)嚙合的直齒輪機(jī)構(gòu)將驅(qū)動(dòng)住的轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞給圓柱凸輪。另外為盡量減小摩擦帶來的能量損失，可通過使用潤滑油潤滑的方式來減小摩擦。小車傳動(dòng)及轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)簡圖如下

四、理論分析

（1）小車軌跡形狀及長度

我們是根據(jù)伯努利雙扭線來設(shè)計(jì)小車的8字軌跡，它的直角方程是（x2+y2）2=a2（x2-y2），軌跡的周長C=5.244a，雙紐線

考慮到小車運(yùn)動(dòng)的實(shí)際情況，上圖中m,n兩點(diǎn)代表兩木樁，在autoCAD中畫出mn=300mm,400mm,500mm的圖像，求出周長。然后用EXCEL的函數(shù)功能求出不同樁距的相關(guān)數(shù)據(jù)

autoCAD繪制的雙紐線

Excel表格。

（2）圓柱凸輪溝槽的確定

1/21/2通過伯努利雙扭線，解出y=?（-x2+（8a2x2+a4）/2-a2/2），yy，=-x+4ax/(8x2+a2)1/2，求出y，這樣可以求出輪子的轉(zhuǎn)角為α，因?yàn)檗D(zhuǎn)動(dòng)桿的長度和前輪與轉(zhuǎn)動(dòng)副的距離一定，分別可設(shè)b，a，c，利用三角函數(shù)求得桿的轉(zhuǎn)角為β=arcsin（csinα/b）(β取鈍角)，這樣溝槽的函數(shù)h=a*sin（α+β），利用h的變化設(shè)計(jì)溝槽，使輪子按照預(yù)定的軌跡轉(zhuǎn)動(dòng)。

（3）小車后輪直徑齒輪傳動(dòng)比

設(shè)小車運(yùn)動(dòng)軌跡長度為S，驅(qū)動(dòng)軸齒輪對(duì)與凸輪同軸齒輪的傳動(dòng)比為i，后輪直徑為D。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，小車完成一次八字，圓柱凸輪旋轉(zhuǎn)一周，后輪旋轉(zhuǎn)i 周，即

i×πD=S

D=S/πi