S形軌跡無(wú)碳小車的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(1)講課稿

1、S形軌跡無(wú)碳小車的結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計(jì)( 1)S 形軌跡無(wú)碳小車的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)摘要： 針對(duì)第四屆全國(guó)大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競(jìng)賽題目，設(shè)計(jì)一輛通過(guò)重力驅(qū)動(dòng) 的純機(jī)械結(jié)構(gòu)的無(wú)碳小車，且小車具有周期性越障功能。通過(guò)所學(xué)知識(shí)，設(shè)計(jì)并制 作該小車，參加比賽。設(shè)定不同的參數(shù)，借助工程軟件MATLAB對(duì)小車的軌跡進(jìn) 行仿真計(jì)算。通過(guò)分析，設(shè)計(jì)出一輛滿足比賽要求的小車。并且通過(guò)調(diào)試證明，小 車能夠穩(wěn)定行駛，具有較高的可靠性。關(guān)鍵詞： 無(wú)碳小車 越障 軌跡 仿真0前言本文針對(duì)第四屆全國(guó)大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競(jìng)賽關(guān)于“S”形軌跡的要求，設(shè)計(jì)并制作了一種將重力勢(shì)能轉(zhuǎn)換為動(dòng)能，并且按照“S”形軌跡穩(wěn)定前行的無(wú)碳小車 小車為三輪

2、結(jié)構(gòu)，前輪為方向輪；后面一輪為驅(qū)動(dòng)輪，一輪為從動(dòng)輪。小車具有可 調(diào)節(jié)的轉(zhuǎn)向控制機(jī)構(gòu)，以適應(yīng)700-1300mm間距的不同間距障礙物。1小車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)精品資料僅供學(xué)習(xí)與交流，如有侵權(quán)請(qǐng)聯(lián)系網(wǎng)站刪除謝謝2本文把小車的機(jī)構(gòu)分為：原動(dòng)機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、微調(diào)機(jī)構(gòu)與車身。除了軸承、螺栓螺母等標(biāo)準(zhǔn)件可以直接選用外，小車的其余部件均使用LY102鋁合金制作。本文的設(shè)計(jì)目的是使小車各部分的尺寸協(xié)調(diào)，滿足強(qiáng)度要求、實(shí)現(xiàn)不同距離的越障功能。下面是各個(gè)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)：1.1原動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)原動(dòng)機(jī)構(gòu)是利用重物下落時(shí)的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，從而驅(qū)動(dòng)小車前進(jìn)和轉(zhuǎn) 向的機(jī)構(gòu)。重物是1kg的標(biāo)準(zhǔn)砝碼，重物周圍是三根均布的鋼管，從而

3、約束重物的 自由度，使重物直線下降，減少了能量損失，保證了小車重心的穩(wěn)定性。重物通過(guò) 尼龍線繞在小車的繩輪上，在下降的過(guò)程中，帶動(dòng)繩輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了能量轉(zhuǎn)換。 在實(shí)際測(cè)試中，證明了該結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、能量轉(zhuǎn)化率高、成本低等特點(diǎn)。1.2傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)傳動(dòng)部分是原動(dòng)機(jī)構(gòu)和小車主動(dòng)輪動(dòng)力傳遞的樞紐，本文設(shè)計(jì)的小車的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由后輪、一級(jí)齒輪、及其相關(guān)零件組成。由于小車具有轉(zhuǎn)向的功能，為不干擾 小車的轉(zhuǎn)向，后輪采用差速連接。小車的右后輪為主動(dòng)輪，左后輪為從動(dòng)輪。主動(dòng) 輪與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)相連，驅(qū)使小車的運(yùn)動(dòng)，從輪輪用軸承空套在后軸上，跟隨小車的運(yùn) 動(dòng)。為了適應(yīng)不同間距越障，同時(shí)增大小車行駛的距離，我們采用多組齒輪嚙合的

4、方式將700-1300mm的間距大致分為三組：700900mm,9001100mm,11001300mmo分組后可根據(jù)不同障礙物間距，對(duì)應(yīng)著不同組齒輪的嚙合，從而精品資料僅供學(xué)習(xí)與交流，如有侵權(quán)請(qǐng)聯(lián)系網(wǎng)站刪除 謝謝3調(diào)整越障的幅度。與單組齒輪傳動(dòng)相比，這種傳動(dòng)方法越過(guò)的障礙物更多，行走距 離更遠(yuǎn)。下圖是傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的齒輪分布圖，通過(guò)移動(dòng)后輪軸上的齒輪組，則可以切換 不同組齒輪的嚙合。根據(jù)本文設(shè)計(jì)，兩后輪輪距為150m m，且后輪的直徑為150m m，且保證小車最逼近障礙物時(shí)的安全距離，即最小振幅為200mm。下面是三組齒輪嚙合的具體計(jì)算：在間距為700900mm時(shí)，以滿足最大樁距900mm，且軌跡

5、曲線為余弦曲線, 取x為小車軌道中心線位移，y為小車偏離中心線位移，單位為mm，則有xy0 200哄贏)1800 - 2對(duì)弧長(zhǎng)進(jìn)行積分得，f(x, y)ds0. 1 yodx2002mms2002mm時(shí)，最大振幅是330mm，此時(shí)樁距為700mm。在間距為9001100mm時(shí)，以滿足最大樁距1100mm，則有x200cos()1100在間距為11001300mm時(shí)，以滿足最大樁距1300mm，則有通過(guò)計(jì)算，當(dāng)弧長(zhǎng)為y1對(duì)弧長(zhǎng)進(jìn)行積分得，f (x, y)dss2370mmy；dx精品資料僅供學(xué)習(xí)與交流，如有侵權(quán)請(qǐng)聯(lián)系網(wǎng)站刪除謝謝4xy2200cos()13002600 - 2對(duì)弧長(zhǎng)進(jìn)行積分得，f

6、(x,y)ds01 y2dx2746mms因?yàn)槲覀兝镁€切割特種加工齒輪，齒輪的模數(shù)可以是非標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)，故針對(duì)以 上三組數(shù)據(jù)，結(jié)合后輪的直徑與一個(gè)周期軌跡的弧長(zhǎng)，得到三組不同的傳動(dòng)比，計(jì) 算得到x 700 900,i04.25; x 900 1100,i,5.0; x 1100 1300, i25.8 ；1.3轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)是小車的關(guān)鍵機(jī)構(gòu)，是小車前進(jìn)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)周期性運(yùn)動(dòng)的重要保證。我們采用了空間曲柄連桿機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了小車在行駛過(guò)程中，前輪左右周期性的 轉(zhuǎn)動(dòng)。該機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性較高，連桿之間使用球鉸連接，摩擦阻力較小，方 向輪叉架與車身采用了推力球軸承和一對(duì)法蘭軸承，減小轉(zhuǎn)彎過(guò)程中的摩擦

7、阻力， 提高轉(zhuǎn)軸的同軸度，保證了轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性和可靠性。F面是轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的桿長(zhǎng)設(shè)計(jì)計(jì)算:精品資料僅供學(xué)習(xí)與交流，如有侵權(quán)請(qǐng)聯(lián)系網(wǎng)站刪除 謝謝5根據(jù)后輪輪距為150mm,則取曲柄與車中心線距離為 f 55mm ,且與轉(zhuǎn)向輪 連接的擺桿長(zhǎng)度也為e 55mm，同時(shí)轉(zhuǎn)向輪間與后軸的距離為b 138mm，根據(jù)小 車運(yùn)動(dòng)軌跡，計(jì)算小車的最大轉(zhuǎn)角為樁距為700mm時(shí)的轉(zhuǎn)角，通過(guò)計(jì)算在樁距為X700mm時(shí)，軌跡公式為， y 330 cos()700根據(jù)質(zhì)心處轉(zhuǎn)彎半徑與前輪轉(zhuǎn)角的關(guān)系為，r根據(jù)小車軌跡在計(jì)算小車的曲率半徑為，r得tan 0.93，轉(zhuǎn)角max43。此時(shí)對(duì)應(yīng)曲柄和連桿的最大合長(zhǎng)度x。通過(guò)計(jì)算得到最大

8、合長(zhǎng)度 lmax133.3mm，且連桿長(zhǎng)度m與曲柄長(zhǎng)度n分別達(dá) 到各自的最大值，且根據(jù)長(zhǎng)度關(guān)系m2n2952, m n 133.3，得 mmax100.5mm, nmax32.8mm。同理計(jì)算小車在樁距為1300mm時(shí)的最小轉(zhuǎn)角。通過(guò)軌跡和曲率半徑公式，得tan 0.16，轉(zhuǎn)角min100。此時(shí)對(duì)應(yīng)曲柄和 連桿的最小合長(zhǎng)度 lmin。通過(guò)計(jì)算達(dá)到最小合長(zhǎng)度為 lmin104.49mm，且曲柄和連桿分別達(dá)到各自的最 小值，根據(jù)長(zhǎng)度關(guān)系2 2 2m n 95 , m n 104.49，得 mmin95.45mm, nmin9.04mm。綜上，連桿長(zhǎng)度 m (95.45,100.5)，曲柄長(zhǎng)度 n

9、(9.04,32.8)，單位為：mm。(為前輪的轉(zhuǎn)角)tan“2、1.5(1 y )y精品資料僅供學(xué)習(xí)與交流，如有侵權(quán)請(qǐng)聯(lián)系網(wǎng)站刪除謝謝6為本文加工零件提供了參數(shù)，同時(shí)也為調(diào)試時(shí)，提供了連桿長(zhǎng)度和曲柄長(zhǎng)度的范圍。方便了后期的調(diào)試。圖 7 轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)三維示意圖1.4微調(diào)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)微調(diào)機(jī)構(gòu)是小車柔性的體現(xiàn)，調(diào)整它能使小車能夠適應(yīng)不同的障礙物間距。無(wú)碳小車的微調(diào)主要體現(xiàn)在對(duì)曲柄長(zhǎng)度和連桿長(zhǎng)度的微調(diào)。曲柄的長(zhǎng)度控制的是小 車行駛的周期即樁距，曲柄長(zhǎng)度越長(zhǎng)，周期越短，即適應(yīng)障礙物的間距越短。連桿 的長(zhǎng)度控制的是方向輪左右轉(zhuǎn)角多少有關(guān)。根據(jù)軌跡對(duì)稱性，所以要調(diào)整連桿的長(zhǎng) 度，使左右轉(zhuǎn)角盡可能相等，否則軌跡就會(huì)

10、偏離賽道，這決定了小車?yán)@樁的情況。所以曲柄長(zhǎng)度和連桿長(zhǎng)度的調(diào)整恰當(dāng)與否是比賽時(shí)的關(guān)鍵。因?yàn)檐壽E線對(duì)兩者長(zhǎng)度 非常敏感的，所以要精確的調(diào)試兩者的長(zhǎng)度。本文使用的是類似絲杠的機(jī)構(gòu)，用帶 螺紋的的連桿和曲柄，并用螺母鎖死。調(diào)整時(shí)擰松螺母，旋轉(zhuǎn)螺栓，改變長(zhǎng)度，這 樣可以比較精確的調(diào)整曲柄和連桿的長(zhǎng)度，提高了小車的可靠性。1.5車身車身是一切機(jī)構(gòu)得以實(shí)現(xiàn)的載體，其主要承受的是重物的壓力和地面對(duì)車輪 的反作用力。為了滿足強(qiáng)度，本文采用3mm鋁合金板，對(duì)不承受力且不影響強(qiáng)度 的地方，采取鏤空精品資料僅供學(xué)習(xí)與交流，如有侵權(quán)請(qǐng)聯(lián)系網(wǎng)站刪除 謝謝7處理。2結(jié)論本次設(shè)計(jì)的小車的創(chuàng)新之處在于能適應(yīng)不同的間距，采用不同傳動(dòng)比的齒輪嚙 合，減小了行駛過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)幅度，從而使小車行駛的距離更遠(yuǎn)。并且通過(guò)類似絲 杠的微調(diào)機(jī)構(gòu)，通過(guò)擰螺絲的方式調(diào)整曲柄和連桿長(zhǎng)度，從而更加方便、精確地調(diào) 整小車的行進(jìn)間距。本文加工出了較高精度的零件，裝配后進(jìn)行了調(diào)試。實(shí)際應(yīng)用 結(jié)果表明，設(shè)計(jì)加工出的小車具有較高的穩(wěn)定性與可靠性，滿足比賽要求。參考文獻(xiàn)：1王斌無(wú)碳小車”的創(chuàng)新性設(shè)