8字無碳小車設(shè)計(jì)方案

1、一 緒論1. 競(jìng)賽題目設(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(shì)能轉(zhuǎn)換而得到的。該給定重力勢(shì)能由競(jìng)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4J能量，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。圖1為小車示意圖。 圖一要求小車在行走過程中完成所有動(dòng)作所需的能量均由此給定重力勢(shì)能轉(zhuǎn)換而得，不可以使用任何其他來源的能量。  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(jìng)賽場(chǎng)地。要求小車為三輪結(jié)構(gòu)。在300500mm范圍內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)

2、“8”字型賽道障礙物間距值。2. 工作原理重物塊從距小車底板400mm的高處下落，帶動(dòng)主動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，使小車運(yùn)動(dòng)，再通過齒輪傳動(dòng)和轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)在轉(zhuǎn)動(dòng)一定周期時(shí)，小車進(jìn)行方向的改變，從而實(shí)現(xiàn)8字的運(yùn)動(dòng)軌跡。3. 設(shè)計(jì)方法通過對(duì)命題的分析，我們小組有了一個(gè)比較清晰的思路。我們?cè)诰W(wǎng)上搜集資料，對(duì)每個(gè)結(jié)構(gòu)的各種方案進(jìn)行了比較，再結(jié)合我們的實(shí)際情況和自己想法，最后確定了以下結(jié)構(gòu)。對(duì)于各種參數(shù)的確定，我們只要是對(duì)齒輪進(jìn)行了計(jì)算，其他參數(shù)是在原有的基礎(chǔ)上進(jìn)行了修改。在設(shè)計(jì)過程中，我們主要采用了Auto CAD、Solidworks軟件進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)。二 設(shè)計(jì)部分1車架車架受力小，精度要求低，考慮到鋁板密度小，強(qiáng)

3、度對(duì)于小車也足夠，而且方便加工，故本次制作選擇3mm厚鋁板。由于我們是后輪單輪驅(qū)動(dòng)，前導(dǎo)向輪與驅(qū)動(dòng)輪的橫向距離過大會(huì)使小車在繞行8字時(shí)軌跡不對(duì)稱，即一個(gè)圓大一個(gè)圓小。為避免這種情況我們將驅(qū)動(dòng)輪與導(dǎo)向輪的橫向距離取消。2原動(dòng)機(jī)構(gòu)原動(dòng)機(jī)構(gòu)是把重物的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為小車動(dòng)能的裝置。要求1.驅(qū)動(dòng)力適中，不至于小車轉(zhuǎn)彎時(shí)速度過大傾翻。2.啟動(dòng)時(shí)提供足夠的加速度使小車開始行走。3.到達(dá)終點(diǎn)時(shí)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，不僅浪費(fèi)了重物的動(dòng)能，下落時(shí)對(duì)車架的沖擊還會(huì)影響小車的運(yùn)動(dòng)。4.不同場(chǎng)地對(duì)驅(qū)動(dòng)力的要求不同，因此原動(dòng)機(jī)構(gòu)需

4、要能調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)力。1. 啟動(dòng)時(shí)摩擦力大，因此設(shè)計(jì)繞線軸的半徑較大。2. 啟動(dòng)后繞線軸半徑不變，扭力和阻力平衡，小車勻速前進(jìn)。3. 結(jié)束時(shí)半徑再次變小，拉力不足，小車減速運(yùn)動(dòng)，重物也減速下降。原動(dòng)機(jī)構(gòu)整體設(shè)計(jì)如下3傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是把原動(dòng)機(jī)構(gòu)的動(dòng)力傳到驅(qū)動(dòng)輪和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。需要滿足傳遞效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單不易損壞、重量輕、內(nèi)部摩擦損耗小等要求。齒輪緊湊高效、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、精度高、傳動(dòng)穩(wěn)定。因此本次制作選擇齒輪傳動(dòng)。4轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)直接決定小車功能的實(shí)現(xiàn)，是本次設(shè)計(jì)的主要部分。需要滿足結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可微調(diào)、摩擦小等基本條件，同時(shí)還要實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)，將傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的動(dòng)力轉(zhuǎn)化為來回的擺動(dòng)，使轉(zhuǎn)向輪帶動(dòng)小車實(shí)現(xiàn)8字運(yùn)動(dòng)?？紤]

5、到制造的方便、精確，接觸面易于潤(rùn)滑的優(yōu)點(diǎn)，本次設(shè)計(jì)中我們采用簡(jiǎn)單的偏心圓盤和曲柄搖桿作為轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，搖桿兩端裝上關(guān)節(jié)軸承還可以進(jìn)一步減小摩擦并增大活動(dòng)范圍。8字無碳小車的轉(zhuǎn)向頻率不高、傳遞的力不大、慣性小，因此我們決定采用雙聯(lián)的缺齒齒輪與轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)相連實(shí)現(xiàn)對(duì)曲柄的間歇驅(qū)動(dòng)。5行走機(jī)構(gòu)行走機(jī)構(gòu)為一個(gè)前輪做驅(qū)動(dòng)輪，兩個(gè)后輪做從動(dòng)輪。兩個(gè)后輪同步轉(zhuǎn)向時(shí)必定有輪子與地面打滑，滑動(dòng)摩擦比滾動(dòng)摩擦更消耗能量，而且會(huì)影響運(yùn)動(dòng)軌跡。因此本次制作用單向軸承實(shí)現(xiàn)雙輪差速。滾動(dòng)摩擦阻力，只與材料有關(guān)，N為正壓力。考慮到減小摩擦和加工問題選用亞克力板作為輪子的材料。同時(shí)可以看出輪子越大收到的阻力越小，因此也能夠走的更遠(yuǎn)。但因?yàn)榘惭b問題和具體的驅(qū)動(dòng)力問題后輪直徑暫定為250mm。6微調(diào)機(jī)構(gòu)連桿一端連接