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無(wú)碳小車(chē)（S）,參賽隊(duì)伍：貴陽(yáng)學(xué)院,參賽成員：王顯令肖著勇邵佳明,指導(dǎo)老師：李佳霖石文昌,設(shè)計(jì)背景,二、綜合工程訓(xùn)練大賽培訓(xùn)能力原則創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力制造工藝能力實(shí)際操作能力工程管理能力,一、國(guó)家節(jié)能減排的政策和方針1.低碳理念：樹(shù)立低排放，低能耗的社會(huì)環(huán)境理念；2.兩型社會(huì)：構(gòu)建資源節(jié)約型環(huán)境友好型社會(huì),命題分析,命題要求：要求小車(chē)以1KG砝碼下降400mm高度產(chǎn)生的重力勢(shì)能驅(qū)動(dòng)小車(chē)行進(jìn)，在行進(jìn)過(guò)程中繞過(guò)按一定間距（700~1300mm）安放的障礙物。評(píng)判原則：以小車(chē)?yán)@過(guò)障礙物的數(shù)量和行進(jìn)的距離作為判定設(shè)計(jì)是否成功的主要依據(jù)。,設(shè)計(jì)分析,小車(chē)以砝碼產(chǎn)生的重力勢(shì)能作為驅(qū)動(dòng)動(dòng)力來(lái)源，為了使小車(chē)能行進(jìn)較遠(yuǎn)的距離，應(yīng)盡量減少小車(chē)行進(jìn)過(guò)程中的能量損失；小車(chē)的轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)要選擇合理并保證加工零件的精度要求和結(jié)構(gòu)運(yùn)行的穩(wěn)定性，保證小車(chē)在左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)過(guò)程中軌跡的對(duì)稱(chēng)性，否者小車(chē)每一次的轉(zhuǎn)向誤差將會(huì)持續(xù)累積，最終會(huì)導(dǎo)致小車(chē)偏離預(yù)定軌跡。降低小車(chē)行進(jìn)過(guò)程中能量損失的方案：1.合理選用機(jī)構(gòu)；2.盡量減小傳動(dòng)鏈；3.保證零件配合的精度要求；4.減輕整車(chē)結(jié)構(gòu)的重量；5.盡量降低砝碼下降過(guò)程中的加速度，減小砝碼下降到最低位置時(shí)由于撞擊產(chǎn)生的能量損失。,車(chē)架的選擇,為了避免小車(chē)在行進(jìn)過(guò)程中小車(chē)整體的晃動(dòng)，并考慮到加工成本和精度要求，車(chē)架選用輕質(zhì)鋁板材加工，并合理設(shè)計(jì)車(chē)架外形，避免由車(chē)架給小車(chē)帶來(lái)的不必要的負(fù)載。,傳動(dòng)方式的選擇,結(jié)合小車(chē)設(shè)計(jì)要求，在設(shè)計(jì)中要求能量損失低，軌跡對(duì)稱(chēng)程度高，小車(chē)結(jié)構(gòu)緊湊，我們將設(shè)計(jì)要求轉(zhuǎn)換為具體問(wèn)題，即：1.要求能量損失低，就要要求傳動(dòng)的效率高；2.要求小車(chē)的軌跡對(duì)稱(chēng)性好，就要保證小車(chē)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)與驅(qū)動(dòng)輪之間的傳動(dòng)比恒定。經(jīng)過(guò)對(duì)比機(jī)械傳動(dòng)的各種方案，我們?cè)谵D(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)與驅(qū)動(dòng)輪之間選用齒輪傳動(dòng)，結(jié)合實(shí)際設(shè)計(jì)需求，轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)與驅(qū)動(dòng)輪之間我們選用齒輪傳動(dòng)，以轉(zhuǎn)向齒輪驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)軸，轉(zhuǎn)向齒輪與砝碼之間采取階梯繞線輪傳動(dòng)，將傳動(dòng)比合理分配在轉(zhuǎn)向齒輪與驅(qū)動(dòng)軸和繞線輪之間，避免出現(xiàn)繞線輪上傳動(dòng)比過(guò)大，結(jié)構(gòu)不協(xié)調(diào)的情況發(fā)生，在保證轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)與驅(qū)動(dòng)輪之間的傳動(dòng)比不變的情況下通過(guò)階梯繞線輪來(lái)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)小車(chē)的驅(qū)動(dòng)力，從而控制小車(chē)的行進(jìn)速度，獲得較大的行進(jìn)距離。齒輪傳動(dòng)具有的優(yōu)點(diǎn)：1.能夠在空間任意兩軸（平行軸、相交軸、交叉軸）間傳遞運(yùn)動(dòng)和力；2.瞬時(shí)傳動(dòng)比恒定；3.結(jié)構(gòu)緊湊，適于近距離傳動(dòng)；4.傳動(dòng)效率高（0.92~0.99）；5.傳遞的功率和速度范圍大。,驅(qū)動(dòng)方式設(shè)計(jì),提出問(wèn)題：小車(chē)要實(shí)現(xiàn)繞過(guò)障礙物的動(dòng)作，勢(shì)必在左右輪上產(chǎn)生差速，在不采取措施的情況下小車(chē)的左右輪與地面一定會(huì)產(chǎn)生滑動(dòng)摩擦，這樣的情況既不利于小車(chē)行走的穩(wěn)定，也會(huì)產(chǎn)生較大的能量損失，同時(shí)也會(huì)影響小車(chē)的軌跡和繞樁的效果。解決方案：1.采取單輪驅(qū)動(dòng)；2.采取差速器驅(qū)動(dòng)；3.采用單向軸承交替驅(qū)動(dòng)；方案分析：1.單輪驅(qū)動(dòng)：行進(jìn)時(shí)驅(qū)動(dòng)輪會(huì)時(shí)而在軌跡弧線內(nèi)側(cè)，時(shí)而在軌跡弧線外側(cè)，而驅(qū)動(dòng)軸和轉(zhuǎn)向齒輪之間的傳動(dòng)比是恒定的，會(huì)導(dǎo)致小車(chē)向驅(qū)動(dòng)輪的一車(chē)偏離，要實(shí)現(xiàn)對(duì)稱(chēng)軌跡要靠轉(zhuǎn)向裝置將小車(chē)從偏離的一端重新拉回來(lái)；2.安裝差速器：能實(shí)現(xiàn)軌跡的對(duì)稱(chēng)性，且效果較好，但安裝難度大，成本高：3：?jiǎn)蜗蜉S承驅(qū)動(dòng):采用單向軸承驅(qū)動(dòng)，其原理和單輪驅(qū)動(dòng)原理相同，即轉(zhuǎn)向過(guò)程中后輪始終有一個(gè)為驅(qū)動(dòng)輪，一個(gè)為從動(dòng)輪；不同點(diǎn)在單項(xiàng)軸承內(nèi)棘輪的作用會(huì)使小車(chē)始終以軌跡內(nèi)側(cè)后輪作為驅(qū)動(dòng)輪，外側(cè)為從動(dòng)輪，從而保證小車(chē)行走軌跡的對(duì)稱(chēng)性。方案選擇：綜合考慮安裝的方便，成本，調(diào)節(jié)的便捷程度，我們采用單向軸承后輪交替驅(qū)動(dòng)小車(chē)。,轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì),轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的選擇：1.正弦機(jī)構(gòu)曲柄具備調(diào)節(jié)功能，可以在小范圍內(nèi)調(diào)節(jié)小車(chē)的軌跡，調(diào)節(jié)性能較好。2.凸輪機(jī)構(gòu)能根據(jù)軌跡要求設(shè)計(jì)凸輪參數(shù)，但凸輪加工成本高，且不具備軌跡調(diào)節(jié)功能3.無(wú)急回特性曲柄搖桿機(jī)構(gòu)無(wú)急回曲柄搖桿機(jī)構(gòu)是平面機(jī)構(gòu)，要求曲柄處于前輪支架軸線的垂直面，要多一級(jí)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)對(duì)于搖桿與前輪角度的精度要求較高，裝配難度較大，而且曲柄長(zhǎng)度不具備調(diào)節(jié)功能，會(huì)導(dǎo)致?lián)u桿擺角不對(duì)稱(chēng)。4.空間四桿機(jī)構(gòu)空間四桿機(jī)構(gòu)有2個(gè)球副，機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳動(dòng)效率較高，但搖桿與前輪的角度難以控制，同樣具有安裝精度高的特點(diǎn)。,正弦機(jī)構(gòu)具有零件加工容易，成本低，可調(diào)性好的特點(diǎn),轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)分析,,,,,,,,,,,,,,,,,,右轉(zhuǎn),直行,左轉(zhuǎn),左轉(zhuǎn),右轉(zhuǎn),直行,左轉(zhuǎn),右轉(zhuǎn)（初始位置）,,,,MATLAB擺角分析,微調(diào)裝置設(shè)計(jì),由于加工零件和安裝時(shí)都會(huì)產(chǎn)生一定的偏差，會(huì)使小車(chē)偏離預(yù)定的軌跡，但如果提高加工和裝配的精度，相應(yīng)的加工成本的成本也會(huì)提升，為了使小車(chē)的安裝精度和加工精度降低的同時(shí)實(shí)現(xiàn)完美的越障功能，我們?cè)O(shè)計(jì)了一系列的微調(diào)裝置和粗調(diào)裝置。,微調(diào)裝置,結(jié)構(gòu)粗調(diào),結(jié)構(gòu)微調(diào),軌跡微調(diào),浮動(dòng)連接,軌跡分析程序,軌跡分析程序：%s驅(qū)動(dòng)輪走過(guò)的路程%n:驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)過(guò)的轉(zhuǎn)數(shù)%n1：大齒輪轉(zhuǎn)過(guò)的轉(zhuǎn)數(shù)%i:大齒輪與小齒輪間的傳動(dòng)比%r:曲柄搖桿偏心距離%dx:頂桿行程（以中間位置為準(zhǔn)，頂上去為正，拉回來(lái)為負(fù)）%l:導(dǎo)向桿長(zhǎng)度%l1:車(chē)身長(zhǎng)%a：導(dǎo)向桿偏角(弧度數(shù))%k:a的度數(shù)轉(zhuǎn)換%r1:軌跡曲率半徑%m:軌跡圖像曲率%r2:驅(qū)動(dòng)輪直徑l=62;%請(qǐng)輸入導(dǎo)向桿長(zhǎng)度r2=213;%請(qǐng)輸入驅(qū)動(dòng)輪直徑i=3.75;%請(qǐng)輸入齒輪傳動(dòng)比r=11;%請(qǐng)輸入曲柄偏心距離10~25l1=207;%請(qǐng)輸入車(chē)身長(zhǎng)度lk=180;%請(qǐng)輸入車(chē)身寬度q=3;%請(qǐng)輸入測(cè)試周期x=0;%請(qǐng)輸入初始X坐標(biāo)y=0;%請(qǐng)輸入初始Y坐標(biāo)v=4000;%請(qǐng)輸入細(xì)分?jǐn)?shù)s=linspace(0,r2*pi*i*q,v);n=s/(r2*pi);n1=n/i;dx=r*sin((n1-0.25)*2*pi);a=atan(dx/l);k=(a/(2*pi))*360;r1=l1./(sin(a));m=1./r1;ds=r2*pi*i*q./v;%s取微分m=ds./r1;%微分下車(chē)身的轉(zhuǎn)角z1=zeros(1,v);%建立一個(gè)矩陣用于存儲(chǔ)車(chē)身轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù)fori1=1:v;%對(duì)車(chē)身轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù)進(jìn)行持續(xù)累加并存儲(chǔ)z1(1,i1)=m(i1)ifi1>=2z1(1,i1)=z1(i1-1)+m(i1);end;end;ux=ds*cos(z1);zx=zeros(1,v);%建立一個(gè)矩陣用于存儲(chǔ)軌跡的X坐標(biāo),fori2=1:v;%對(duì)軌跡X坐標(biāo)進(jìn)行持續(xù)累加并存儲(chǔ)zx(1,i2)=ux(i2)+xifi2>=2zx(1,i2)=zx(i2-1)+ux(i2);end;end;dy=ds*sin(z1);zy=zeros(1,v);%建立一個(gè)矩陣用于存儲(chǔ)軌跡的Y坐標(biāo)fori3=1:v;%對(duì)軌跡Y坐標(biāo)進(jìn)行持續(xù)累加并存儲(chǔ)zy(1,i3)=dy(i3)+yifi3>=2zy(1,i3)=zy(i3-1)+dy(i3);end;end;zyz=zy+lk./2;%左輪Y坐標(biāo)zxz=zx;%左輪X坐標(biāo)zyy=zy-lk./2;%右輪Y坐標(biāo)zxy=zx;%右輪X坐標(biāo)plot(zx,zy,zxz,zyz,zxy,zyy)%輸出軌跡圖像title(無(wú)碳小車(chē)軌跡仿真)xlabel(x坐標(biāo))ylabel(y坐標(biāo)),軌跡分析圖像,參數(shù)設(shè)定：導(dǎo)向桿長(zhǎng)度：62齒輪傳動(dòng)比：3.75驅(qū)動(dòng)輪直徑：213偏心距離：11車(chē)身長(zhǎng)：207,小車(chē)整體三維圖,,創(chuàng)新性分析,2.多處微調(diào)裝置和浮動(dòng)連接，降低了零件的加工精度要求和小車(chē)裝配精度要求，進(jìn)而降低了加工成本。,1.利用曲柄齒輪和砝碼繞線輪的配合，在不增大傳動(dòng)鏈、保證曲柄與驅(qū)動(dòng)輪之間傳動(dòng)比不變的情況實(shí)現(xiàn)了傳動(dòng)比的合理分配，同時(shí)達(dá)到能量充分利用的效果。,3.利用單向軸承，在能給驅(qū)動(dòng)輪傳遞動(dòng)力的同時(shí)解決了在轉(zhuǎn)向時(shí)左右驅(qū)動(dòng)輪之間差速問(wèn)題，降低了小車(chē)的能耗損失。,歡迎各位老師點(diǎn)評(píng)！,,