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1、S型轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)無碳小車設(shè)計(jì)及調(diào)試1900字
摘 要:基于第五屆北京市大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競(jìng)賽中“S型無碳小車”的相關(guān)設(shè)計(jì)要求,設(shè)計(jì)了以重力勢(shì)能驅(qū)動(dòng)的,以空間曲柄搖桿機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向要求的無碳小車。由于競(jìng)賽中障礙物間距由抽簽決定,轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)必須具備微調(diào)功能以適應(yīng)不同障礙物間距。通過計(jì)算以及結(jié)合實(shí)際操作,總結(jié)出轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的微調(diào)規(guī)律,并在實(shí)踐與比賽中得到驗(yàn)證。
畢業(yè)
關(guān)鍵詞:無碳小車;轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu);“S”型軌跡
第五屆北京市大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競(jìng)賽“S”型無碳小車組以“越障競(jìng)賽”為主題,競(jìng)賽規(guī)定小車為三輪機(jī)構(gòu),且其行走和轉(zhuǎn)向由1kg標(biāo)準(zhǔn)砝碼的重力勢(shì)能驅(qū)動(dòng)。
2、障礙物的間距值在700-1300mm的范圍中隨機(jī)選取,要求小車能繞行障礙物,小車行進(jìn)軌跡如下圖。
1 驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)
當(dāng)小車在轉(zhuǎn)彎行駛時(shí),后輪外側(cè)車輪移動(dòng)的距離大于內(nèi)側(cè)車輪,?榱朔樂鉤德鐘謝?脫現(xiàn)象出現(xiàn),小車運(yùn)動(dòng)軌跡因此受到影響,客觀要求左右車輪能夠?qū)崿F(xiàn)不同轉(zhuǎn)速。因此設(shè)計(jì)時(shí),采用單輪驅(qū)動(dòng)形式,將后兩輪之間的驅(qū)動(dòng)軸斷開,左后輪設(shè)計(jì)成驅(qū)動(dòng)輪,右后輪設(shè)計(jì)成從動(dòng)輪,從動(dòng)輪通過軸承與主動(dòng)輪軸相連。
2 傳動(dòng)設(shè)計(jì)
牽掛重物的繩子繞在線輪上,線輪固定在前軸,前軸上固定有一個(gè)齒輪,和后軸上的小齒輪嚙合,負(fù)責(zé)傳動(dòng)給后軸(后軸連接兩個(gè)后輪),前軸上還連接有曲柄,負(fù)責(zé)給轉(zhuǎn)向輪(前輪)傳動(dòng),達(dá)到轉(zhuǎn)向
3、的目的。
3 小車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
我們的無碳小車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)采取了結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,工作可靠的曲柄搖桿機(jī)構(gòu),如下圖。
為保證小車運(yùn)行平整,沒有急回特性,左右轉(zhuǎn)角偏幅相等,曲柄和搖桿的轉(zhuǎn)動(dòng)副必須處于同一高度。連桿(長(zhǎng)螺釘)的兩端與關(guān)節(jié)軸承通過螺紋連接,調(diào)節(jié)連桿長(zhǎng)度時(shí),關(guān)節(jié)軸承與曲柄的連接處能隨連桿的旋轉(zhuǎn)而升降(為了保證調(diào)節(jié)連桿長(zhǎng)度的時(shí)候,搖桿和曲柄的初始角度保持不變,達(dá)到控制變量進(jìn)行調(diào)節(jié)的目的),從而改變曲柄的有效長(zhǎng)度。
小車運(yùn)行過程中,在傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的帶動(dòng)下,曲柄做有規(guī)律的圓周運(yùn)動(dòng),同時(shí)通過連桿的傳遞,使得水平面上的搖桿前后搖擺,與搖桿固定連接的方向輪隨之左右擺動(dòng),從而實(shí)現(xiàn)小車的轉(zhuǎn)向。
4、
小車結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下:
4 小車運(yùn)行調(diào)試
在理論計(jì)算時(shí),小車在行進(jìn)過程中方向輪的左右偏角相等,但在實(shí)際運(yùn)行時(shí)情況有所不同。通過實(shí)驗(yàn),我們發(fā)現(xiàn),單輪驅(qū)動(dòng)的無碳小車在運(yùn)行過程中方向輪左右偏角并不相等,而且它們的差值會(huì)隨著障礙物間距的不同而改變。如果無法充分認(rèn)知其中的變化規(guī)律,很難得到理想的“S”型軌跡。影響小車左右偏角的可能因素有很多,如車輪的材料,車輪的寬度,激光切割時(shí)車輪產(chǎn)生的小變形,地面的粗糙度等等。由于條件有限,我們不能將這些因素一一隔離分析。在后期的調(diào)試中,我們仔細(xì)觀察小車的運(yùn)行軌跡,經(jīng)過不懈地努力,我們找到了解決辦法。由于方向輪左右偏角不想等,導(dǎo)致小車往一邊偏行,到后面
5、越偏越厲害,于是我們猜想:如果我們把偏行的方向當(dāng)做“新賽道”,是不是把前輪初始偏角調(diào)節(jié)一下,使之等于“新賽道”偏離原賽道的角度效果會(huì)好一些呢?至于后面越偏越厲害可能是因?yàn)樾≤嚭竺嫫蛱珖?yán)重導(dǎo)致小車運(yùn)動(dòng)失真。帶著猜想,我們嘗試著調(diào)節(jié)小車的初始偏角,結(jié)果真如我們所想,有了很大的改觀,雖然沒有預(yù)期的理想,但是已經(jīng)開始接近設(shè)計(jì)目標(biāo)了。在不斷地調(diào)試之后,小車的運(yùn)行軌跡已經(jīng)達(dá)到了我們的期望。于是我們根據(jù)不同的連桿長(zhǎng)度,來一步一步地進(jìn)行調(diào)車,同時(shí)記錄好對(duì)應(yīng)的前輪初始偏角。
5 結(jié)論
通過理論分析和設(shè)計(jì)構(gòu)想,設(shè)計(jì)并制作了S形轉(zhuǎn)向的無碳小車,對(duì)無碳小車的改進(jìn)設(shè)計(jì),解決了初始設(shè)計(jì)中存在的諸多問題,實(shí)現(xiàn)
6、了小車轉(zhuǎn)向時(shí)保持設(shè)計(jì)要求的S形運(yùn)動(dòng)軌跡。關(guān)鍵技術(shù)主要在于以下4個(gè)方面:
1、為了避免能量損失和牽引線、支撐桿干涉,牽引線不能過大斜置;
2、為了保證實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)軌跡,轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)向時(shí)一定要穩(wěn)定,且轉(zhuǎn)向輪與地面的接觸面積越小越好;
3、為了保證小車的轉(zhuǎn)向要精確平穩(wěn),須將轉(zhuǎn)向軸的軸線、前輪的軸線平行于改進(jìn)方案中的驅(qū)動(dòng)軸,并且垂直于前輪套側(cè)壁;
4、小車加工尺寸設(shè)計(jì),要考慮加工單位能達(dá)到的加工精度,盡量在保證性能的前提下降低加工精度。
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