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8 字無碳小車設計方案 一 緒論 1 競賽題目 設計一種小車 驅(qū)動其行走及轉(zhuǎn)向的能量是根據(jù)能量轉(zhuǎn)換原理 由給定重力勢能轉(zhuǎn) 換而得到的 該給定重力勢能由競賽時統(tǒng)一使用質(zhì)量為 1Kg 的標準砝碼 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 標準砝碼始終由小車承 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作所需的能量均由此給定重力勢能轉(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)向控制機構(gòu) 且此轉(zhuǎn)向控制機構(gòu)具有可調(diào) 節(jié)功能 以適應放有不同間距障礙物的競賽場地 要求小車為三輪結(jié)構(gòu) 在 300 500mm 范圍內(nèi)產(chǎn)生一個 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 帶動主動軸轉(zhuǎn)動 使小車運動 再通過齒 輪傳動和轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu) 實現(xiàn)在轉(zhuǎn)動一定周期時 小車進行方向的改變 從而實現(xiàn) 8 字的運動 軌跡 3 設計方法 通過對命題的分析 我們小組有了一個比較清晰的思路 我們在網(wǎng)上搜集資料 對每 個結(jié)構(gòu)的各種方案進行了比較 再結(jié)合我們的實際情況和自己想法 最后確定了以下結(jié)構(gòu) 對于各種參數(shù)的確定 我們只要是對齒輪進行了計算 其他參數(shù)是在原有的基礎(chǔ)上進行了 修改 在設計過程中 我們主要采用了 Auto CAD Solidworks 軟件進行輔助設計 二 設計部分 1 車架 車架受力小 精度要求低 考慮到鋁板密度小 強度對于小車也足夠 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 前導向輪與驅(qū)動輪的橫向距離過大會使小車在 繞行 8 字時軌跡不對稱 即一個圓大一個圓小 為避免這種情況我們將驅(qū)動輪 與導向輪的橫向距離取消 2 原動機構(gòu) 原動機構(gòu)是把重物的重力勢能轉(zhuǎn)化為小車動能的裝置 要求 1 驅(qū)動力適中 不至于小車轉(zhuǎn)彎時速度過大傾翻 2 啟動時提供足夠的加速度使小車開始行走 3 到達終點時的速度要盡可能小 避免對小車過大的沖擊 同時使重塊的 動能盡可能的轉(zhuǎn)化到驅(qū)動小車前進上 如果重塊豎直方向的速度較大 不僅浪 費了重物的動能 下落時對車架的沖擊還會影響小車的運動 4 不同場地對驅(qū)動力的要求不同 因此原動機構(gòu)需要能調(diào)節(jié)驅(qū)動力 1 啟動時摩擦力大 因此設計繞線軸的半徑較大 2 啟動后繞線軸半徑不變 扭力和阻力平衡 小車勻速前進 3 結(jié)束時半徑再次變小 拉力不足 小車減速運動 重物也減速下降 原動機構(gòu)整體設計如下 3 傳動機構(gòu) 傳動機構(gòu)是把原動機構(gòu)的動力傳到驅(qū)動輪和轉(zhuǎn)向機構(gòu) 需要滿足傳遞效率 高 結(jié)構(gòu)簡單不易損壞 重量輕 內(nèi)部摩擦損耗小等要求 齒輪緊湊高效 結(jié)構(gòu)簡單 精度高 傳動穩(wěn)定 因此本次制作選擇齒輪傳 動 4 轉(zhuǎn)向機構(gòu) 轉(zhuǎn)向機構(gòu)直接決定小車功能的實現(xiàn) 是本次設計的主要部分 需要滿足結(jié) 構(gòu)簡單 可微調(diào) 摩擦小等基本條件 同時還要實現(xiàn)轉(zhuǎn)向運動 將傳動機構(gòu)的 動力轉(zhuǎn)化為來回的擺動 使轉(zhuǎn)向輪帶動小車實現(xiàn) 8 字運動 考慮到制造的方便 精確 接觸面易于潤滑的優(yōu)點 本次設計中我們采用 簡單的偏心圓盤和曲柄搖桿作為轉(zhuǎn)向機構(gòu) 搖桿兩端裝上關(guān)節(jié)軸承還可以進一 步減小摩擦并增大活動范圍 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)向機構(gòu)相連實現(xiàn)對曲柄的間歇驅(qū)動 5 行走機構(gòu) 行走機構(gòu)為一個前輪做驅(qū)動輪 兩個后輪做從動輪 兩個后輪同步轉(zhuǎn)向時 必定有輪子與地面打滑 滑動摩擦比滾動摩擦更消耗能量 而且會影響運動軌 跡 因此本次制作用單向軸承實現(xiàn)雙輪差速 滾動摩擦阻力 只與材料有關(guān) N 為正壓力 R NRMf 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 同時可以看出輪子 越大收到的阻力越小 因此也能夠走的更遠 但因為安裝問題和具體的驅(qū)動力 問題后輪直徑暫定為 250mm 6 微調(diào)機構(gòu) 連桿一端連接導向輪 一端連接圓盤 設圓盤上偏心孔距圓心的距離為 C 連桿與轉(zhuǎn)向輪中心的水平距離 L 則 前輪通過曲線的偏向角為 通過調(diào)節(jié) C 來調(diào)節(jié)曲線的偏向角 三 主要尺寸設計及計算