“s”无碳小车结构设计及优化研究

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1、S”无碳小车结构设计及优化研究摘要:全??大学生工程训练综合能力竞赛是教育部高等教育司发文举办的全国性大学生科技创新实践竞赛活动。利用重力势能转换设计的无碳小车，需驱动小车行走和转向。本文以全国大学生工程训练综合能力竞争中的“S型无碳小车”设计为例，介绍了小车的设计方案及主要部件设计计算方法，并针对理论设计方案的不足之处进行了相应的优化改进。优化后的小车，能够最大程度地满足竞赛的要求，为今后小车的设计及调试提供了指导意义，也为相关机构的应用研宄提供参考价值。本文采集自网络，本站不保证该信息的准确性、真实性、完整性等，仅供学习和研究使用，文中立场与本网站无关，版权和著作权归原作者

2、所有，如有不愿意被转载的情况，请通知我们删除己转载的信息。关键词：无碳小车设计；能量转换；方向控制；优化设计中图分类号：V462文献标识码：A文章编号：1673-1069(2017)06-156-21无碳小车研究意义全国大学生工程训练综合能力竞赛是教育部高等教育司发文举办的全国性大学生科技创新实践竞赛活动，是基于国内各高校综合性工程训练教学平台，为深化实验教学改革，提升大学生工程创新意识、实践能力和团队合作精神，促进创新人冰培养而开展的一项公益性科技创新实践活动。开展大学生工程训练综合能力竞赛旨在促进各高校提高工程实践和工程训练教学改革和教学水平，培养大学生的创新设计意识、综合

3、工程应用能力与闭队协作精神，促进学生基础知识与综合能力的培养、理论与实践的存机结合，养成良好的学风，为优秀人才脱颖而出创造条件。2无碳小车设计的要求竞赛要求设计一种小车，驱动其行走及转向的能量是根据能量转换原理，由给定重力势能转换而得到的。该给定重力势能由竞赛时统一使用质量为lkg的标准砝码（C50X65mm,碳钢制作）来获得，要求砝码的可下降高度为400±2mm。标准砝码始终由小车承载，不允许从小车上掉落。在比赛中要求小车在行走过程中完成所有动作所需的能量均由此给定重力势能转换而得，不可以使用任何其他来源的能量。小车具有转向控制机构，且此转向控制机构具存可调节功能，以适应放存

4、不同间距障碍物的竞赛场地。小车为三轮结构。其中一轮为转向轮，另外二轮为行进轮，允许二行进轮中的一个轮为从动轮。小车在1000士200〜300mm范围内产生一个“S”型赛道第一轮障碍物间距变化值和变化方向。竞赛中小车在前行时能够自动绕过赛道上设置的障碍物，赛道宽度为2m,障碍物为直径20nini、高200mm的圆棒，沿赛道中线从距出发线lm处开始按间距lm摆放，摆放完成后，将偶数位置的障碍物按抽签得到的碍物间距变化值和变化方向进行移动（正值远离，负值移近），形成的即为竞赛时的赛道。以小车前行的距离和成功绕障数量来评定成绩3无碳小车设计方案根据竞赛要求分析，可以知道无碳小车的设计秉

5、点和难点是如何将重物的势能转换为机械能并驱动小车行走的距离最长和小车前行时如何避开道路上设置的障碍物。设计思路为：查阅相关资料，拟定将给定重物的势能转换为机械能的结构和小车自动避障的机构，确定小车一个周期行进的路线和长度，确定后轮尺寸和前后轮的传动比，传动机构设计，小车车架总体结构设计，小车各零件的设计（包括材料和结构），主要零件配合部分尺寸及公差的确定、形状、位置的确定。由于是第一次制作，很多因素无法预知，我们考虑相对简单的结构方案，重物下落时直接带动小车行走，结构简单，加工方便，成本也较低。绕在小车轴上线的一端通过定滑轮连接在重物上，重物下落直接通过绳子带动小车前行。为了避

6、免重物下落时因为小车的行走而摆动，影响小车行进的轨迹，甚至使小车倾翻，因此在小车上设计了阻止小车摆动的3根竖杆，3根竖杆巾套圈固定，杆与下落重物圆周相切，形成一个圆柱形状，使之下落稳定。小车传动结构方面，采用较简单的直齿齿轮传动，由于下落高度只右400±2mni，要想跑的远，要么加大驱动轮直径，要么增加传动比。综合考虑，采用一级齿轮传动。转向结构采用空间四杆机构。通过对项目要求分析可知小车的前进路线，我们可以将它近似地看成余弦函数y=Acoscox其中，A为振幅，为频率。函数的图像就类似于小车前进的路线，如图1所示。3.1传动比的确定按照理想化的思想，传动比越大，小车能跑得越远

7、，但是考齿轮减速比太大，会造成大齿轮直径过大，使小车结构不协调，重心会产生偏移，从而运动过程容易翻车，因此按照传动比的选择原则，同时考虑到小车在行驶时要求传动比准确和加工工艺性，将传动比初步确定为1:4，大齿轮齿数为80,小齿轮齿数为20。设定小车轨迹中线与小车理想轨迹的最大偏移量为300mm，根据扇形计算公式计算得出小车沿弧线行走距离约为2450m。巾上分析可以确定小车后轮的理论直径为190。3.2转向机构的设计转向机构的稳定直接影响到小车在运动过程中的稳定性和行走路线的准确性，因此，转向