無碳小車設(shè)計方案

1、風從水上走過，留下粼粼波紋；駱駝從沙漠上走過，留下深深的腳印 ；哨鴿從天空飛過，留下串串歡韻；歲月 從樹林穿過，留下圈圈年輪。啊，朋友，我們從時代的舞臺走過，將給社會留下些什么？花從春走過，留下縷縷花香；葉從夏走過，留下片片蔭涼;風從秋走過，留下陣陣金浪；雪從冬走過，留下種種希望。啊，朋友，我們從人生的四季走過，將給人生留下些什么無碳小車設(shè)計方案設(shè)計人:張慶輝、楊志鵬、王浩指導(dǎo)老師：黃新平設(shè)計時間：2012年11月25日沒有落日般的瑰麗，沒有流云般的飄逸，但可以有水晶般的清純與透明。沒有大山般的巍峨，沒有湖水般的輕柔，但可以有巖石般的堅毅與穩(wěn)重。沒有大海般的浩瀚，沒有瀑布般的飛瀉，但可以有泥土

2、般的樸素與隨和。風從水上走過，留下粼粼波紋 ; 駱駝從沙漠上走過，留下深深的腳印 ; 哨鴿從天空飛過，留下串串歡韻 ; 歲月 從樹林穿過，留下圈圈年輪。啊，朋友，我們從時代的舞臺走過，將給社會留下些什么?花從春走過，留下縷縷花香 ;葉從夏走過，留下片片蔭涼 ; 風從秋走過，留下陣陣金浪 ; 雪從冬走過，留下種種希望。啊，朋友， 我們從人生的四季走過，將給人生留下些什么無碳小車方案設(shè)計摘要：通過對小車的功能分析， 我們發(fā)現(xiàn)小車需要完成重力勢能的轉(zhuǎn) 換、驅(qū)動自身行走、自動避開障礙物等三方面功能。為了方便設(shè)計 這里根據(jù)小車所要完成的功能將小車劃分為五個部分進行設(shè)計 （車 架 、原動機構(gòu) 、傳動機構(gòu)

3、、轉(zhuǎn)向機構(gòu) 、行走機構(gòu) 、微調(diào)機構(gòu)）。 首先我們針對車架的選擇進行了討論分析， 我們確定的車架形式有 兩種一種是三角底板式， 另一種是骨架式的， 考慮到車架的受力平 衡問題以及穩(wěn)定性問題， 我們最終選擇了三角底板式車架； 確定車 架后我們接著進行了原動機構(gòu)的設(shè)計， 經(jīng)過討論我們確定了三種原 動機構(gòu)，它們分別是繩輪式原動機構(gòu)、 彈簧儲能式原動機構(gòu)和鏈輪 式原動機構(gòu)。鑒于彈簧儲能式原動機構(gòu)和鏈輪式原動機構(gòu)制造起來 比較困難， 我們選擇了繩輪式原動機構(gòu)。 對于傳動機構(gòu)我們選擇了 直齒圓柱齒輪， 一是制造比較方便， 二是采用標準件時比較容易購 買。對于轉(zhuǎn)向機構(gòu)我們選擇的是曲柄連桿 +搖桿機構(gòu)。而行走機

4、構(gòu) 我們選擇了單輪驅(qū)動機構(gòu)， 目的在于保證運動的準確性。 微調(diào)機構(gòu) 我們采用的是微調(diào)螺母。正文：接下來我們將具體介紹實現(xiàn)各個功能的不同部分的選擇 沒有落日般的瑰麗，沒有流云般的飄逸，但可以有水晶般的清純與透明。沒有大山般的巍峨，沒有湖水般 的輕柔，但可以有巖石般的堅毅與穩(wěn)重。沒有大海般的浩瀚，沒有瀑布般的飛瀉，但可以有泥土般的樸素 與隨和。風從水上走過，留下粼粼波紋 ; 駱駝從沙漠上走過，留下深深的腳印 ; 哨鴿從天空飛過，留下串串歡韻 ; 歲月 從樹林穿過，留下圈圈年輪。啊，朋友，我們從時代的舞臺走過，將給社會留下些什么?花從春走過，留下縷縷花香 ;葉從夏走過，留下片片蔭涼 ; 風從秋走過，

5、留下陣陣金浪 ; 雪從冬走過，留下種種希望。啊，朋友， 我們從人生的四季走過，將給人生留下些什么 車架車架需承受較大的力， 而精度要求不是很高。 考慮到重量加工成本等， 車架采用304L不銹鋼板加工制作成三角底板式，304L不銹鋼板耐蝕 性、外觀、加工性、強度等特性遠遠超過其它材料，并且也是目前最 常用的鋼材， 因此材料比較容易獲得， 可以通過回收實習工廠加工廢 料獲得。原動機構(gòu)原動機構(gòu)的作用是將重塊的重力勢能轉(zhuǎn)化為小車的機械能即小 車的驅(qū)動力。 能實現(xiàn)這一功能的方案有多種， 但從效率和簡潔性的分 析來看繩輪式原動機構(gòu)相較于彈簧儲能式原動機構(gòu)和鏈輪式原動機 構(gòu)更具有優(yōu)勢。除此之外，小車對原動機

6、構(gòu)還有其它方面的具體要求：1、驅(qū)動力應(yīng)適中，以防止小車在拐彎時不至于因速度過大而發(fā)生傾 翻現(xiàn)象，或由于重塊晃動影響行走路線。2、小車到達終點前重塊豎直方向的速度要盡可能小，避免對小車造 成過大的沖擊。同時使重塊的動能盡可能的轉(zhuǎn)化為小車前進的驅(qū)動 力，如果重塊豎直方向的速度較大，重塊本身仍然存有較多動能，這 樣會使能量利用率不高。3、由于不同的場地對輪子的摩擦不一樣，在不同的場地小車需要的 動力也不一樣 , 因此原動機構(gòu)還需要能根據(jù)不同的需要調(diào)整其驅(qū)動 力。4、機構(gòu)設(shè)計盡可能簡單，提高效率。風從水上走過，留下粼粼波紋 ; 駱駝從沙漠上走過，留下深深的腳印 ; 哨鴿從天空飛過，留下串串歡韻 ; 歲

7、月 從樹林穿過，留下圈圈年輪。啊，朋友，我們從時代的舞臺走過，將給社會留下些什么?花從春走過，留下縷縷花香 ;葉從夏走過，留下片片蔭涼 ; 風從秋走過，留下陣陣金浪 ; 雪從冬走過，留下種種希望。啊，朋友， 我們從人生的四季走過，將給人生留下些什么 ? 傳動機構(gòu)傳動機構(gòu)的功能是把動力和運動傳遞到轉(zhuǎn)向機構(gòu)和驅(qū)動輪上。要 使小車行駛的更遠并且按事先設(shè)計的軌道精確地行駛， 傳動機構(gòu)必需 具備傳遞效率高、傳動穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡單重量輕等特點。傳動機構(gòu)具體 設(shè)計要求如下：1、直接由動力軸驅(qū)動輪子和轉(zhuǎn)向機構(gòu) 2、采用齒輪傳動，齒輪具有效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠、傳動比 穩(wěn)定的特點。在此處不宜使用帶傳動，因為其效

8、率及傳動精度不高。 轉(zhuǎn)向機構(gòu)本小車設(shè)計的關(guān)鍵部分是轉(zhuǎn)向機構(gòu)，決定了小車的功能。轉(zhuǎn)向機 構(gòu)需要盡可能的減少摩擦耗能， 并把結(jié)構(gòu)設(shè)計的盡量簡單。 轉(zhuǎn)向機構(gòu) 應(yīng)能夠?qū)⑿D(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為滿足要求的來回擺動， 帶動轉(zhuǎn)向輪左右轉(zhuǎn)動 從而實現(xiàn)拐彎避障的功能。 經(jīng)過查去資料我們了解到能實現(xiàn)該功能的 機構(gòu)有：凸輪機構(gòu) +搖桿、曲柄連桿 +搖桿、曲柄搖桿、 差速轉(zhuǎn)彎等等。 經(jīng)過討論我們選擇的轉(zhuǎn)向機構(gòu)是曲柄連桿 +搖桿機構(gòu)。優(yōu)點：運動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， 它不像凸輪機構(gòu)有時需利用彈簧等力封閉來保持 接觸。缺點：一

9、般情況下只能近似實現(xiàn)給定的運動規(guī)律或運動軌跡， 且 設(shè)計較為復(fù)雜； 當給定的運動要求較多或較復(fù)雜時， 需要的構(gòu)件數(shù)和風從水上走過，留下粼粼波紋；駱駝從沙漠上走過，留下深深的腳印 ；哨鴿從天空飛過，留下串串歡韻；歲月 從樹林穿過，留下圈圈年輪。啊，朋友，我們從時代的舞臺走過，將給社會留下些什么？花從春走過，留下縷縷花香；葉從夏走過，留下片片蔭涼；風從秋走過，留下陣陣金浪；雪從冬走過，留下種種希望。啊，朋友， 我們從人生的四季走過，將給人生留下些什么 運動副數(shù)往往比較多，這樣就使機構(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，而且機構(gòu)運動規(guī)律對制造、安裝誤差的敏感 性增加；機構(gòu)中做平面復(fù)雜

10、運動和作往復(fù)運動的構(gòu)件所長生的慣性力 難以平衡，在高速時將引起較大的振動和動載荷， 故連桿機構(gòu)常用于 速度較低的場合。在本小車設(shè)計中由于小車轉(zhuǎn)向頻率和傳遞的力不大故機構(gòu)可以做的比較輕，可以忽略慣性力，機構(gòu)并不復(fù)雜，加上個鏈接可以利用軸承 大大減小摩擦損耗提高效率。對于安裝誤差的敏感性問題我們可以增 加微調(diào)機構(gòu)來解決。行走機構(gòu)行走機構(gòu)即為三個輪子的運動設(shè)計，由于輪子厚度不一，大小不同，材料也需要考慮。由摩擦理論知道摩擦力矩與正壓力的關(guān)系為M N 對于相同的材料為一定值。f M N而滾動摩擦阻力f R R ，所以輪子越大小車受到的阻力越 小,能夠走的更遠。但由于加工問題材料問題安裝問題等等具體尺寸

11、 需要進一步分析確定。由于小車是沿著曲線前進的，后輪必定會產(chǎn)生差速。對于后輪驅(qū) 動問題我們通過查去資料了解到以下三個機構(gòu)雙輪同步驅(qū)動、雙輪差速驅(qū)動、單輪驅(qū)動。然而雙輪同步驅(qū)動必定有輪子會與地面打滑，由 于滑動摩擦遠比滾動摩擦大會損失大量能量， 同時小車前進受到過多風從水上走過，留下粼粼波紋 ; 駱駝從沙漠上走過，留下深深的腳印 ; 哨鴿從天空飛過，留下串串歡韻 ; 歲月 從樹林穿過，留下圈圈年輪。啊，朋友，我們從時代的舞臺走過，將給社會留下些什么?花從春走過，留下縷縷花香 ;葉從夏走過，留下片片蔭涼 ; 風從秋走過，留下陣陣金浪 ; 雪從冬走過，留下種種希望。啊，朋友， 我們從人生的四季走過，

12、將給人生留下些什么 的約束，無法確定其軌跡， 不能夠有效避免碰到障礙，因此不可以選 擇此機構(gòu)。 雙輪差速驅(qū)動可以避免雙輪同步驅(qū)動出現(xiàn)的問題， 可以通 過單向軸承來實現(xiàn)差速。 單向軸承實現(xiàn)差速的原理是其中一個輪子速 度較大時成為從動輪，速度較慢的輪子成為主動輪，這樣交替變換。 但由于單向軸承存在側(cè)隙， 在主動輪從動輪切換過程中出現(xiàn)誤差導(dǎo)致 運動不準確。單輪驅(qū)動即只利用一個輪子作為驅(qū)動輪， 一個為導(dǎo)向輪， 另一個為從動輪。 從動輪與驅(qū)動輪間的差速依靠與地面的運動約束確 定，其效率比利用差速器高，但前進速度不如差速器穩(wěn)定，傳動精度 比利用單向軸承高。綜上所述行走機構(gòu)采用單輪驅(qū)動。微調(diào)機構(gòu) 一臺完整的機器包括：原動機、傳動機、執(zhí)行機構(gòu)、控制部分、 輔助設(shè)備。 微調(diào)機構(gòu)就屬于小車的控制部分。 由于前面確定了轉(zhuǎn)向采 用曲柄連桿 +搖桿方案，然而曲柄連桿機構(gòu)對于加工誤差和裝配誤差 很敏感，因此就必須加上微調(diào)機構(gòu)，對誤差進行修正。這是采用微調(diào) 機構(gòu)的原因之一， 其二是為了調(diào)整小車的軌跡 （幅值，周期，方向等）。 微調(diào)機構(gòu)采用微調(diào)螺母式。風從水上走過，留下粼粼波紋；駱駝從沙漠上走過，留下深深的腳印 ；哨鴿從天空飛過，留下串串歡韻；歲月從樹林穿過，留下圈圈年輪