无碳小车--s型

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1、摘要：我们把小车的设计分为三个阶段：方案设计、技术设计、制作调试。通过每一阶段的深入分析、层层把关，是我们的设计尽可能向最优设计靠拢。方案设计阶段根据小车功能要求我们根据机器的构成（原动机构、传动机构、执行机构、控制部分、辅助部分）把小车分为车架、原动机构、传动机构、转向机构、行走机构、微调机构六个模块，进行模块化设计。分别针对每一个模块进行多方案设计，通过综合对比选择出最优的方案组合。我们的方案为：车架采用三角底板式、原动机构采用了阶梯轴、传动机构采用带传动、转向机构采用偏心轮+曲柄连杆、行走机构采用双轮驱动、微调机构

2、采用微调螺母螺钉。技术设计阶段我们先对方案进行了分析，综合运用了运动学、动力学、能量学以及机械设计等多方面的知识，从命题和目标出发，深入分析内在原理，一步步进行计算，进而得出了小车的具体参数，和运动规律。关键字：无碳小车参数化设计软件辅助设计微调机构26一绪论1.1小车功能设计要求设计一种小车，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来的。给定重力势能为4焦耳（取g=10m/s2），统一用质量为1Kg的重块（￠50×65mm，普通碳钢）铅垂下降来获得，落差400±2mm，重块落下后，须被小车承载并同小

3、车一起运动，不允许从小车上掉落。图1为小车示意图。图1：无碳小车示意图要求小车行走过程中完成所有动作所需的能量均由此重力势能转换获得，不可使用任何其他的能量来源。要求小车具有转向控制机构，且此转向控制机构具有可调节功能，以适应放有不同间距障碍物的竞赛场地。要求小车为三轮结构，具体设计、材料选用及加工制作均由学生自主完成。261.2小车整体设计要求小车设计过程中需要完成：机械设计、工艺方案设计、经济成本分析和工程管理方案设计。命题中的工程管理能力项要求综合考虑材料、加工、制造成本等各方面因素，提出合理的工程规划。设计能力项

4、要求对参赛作品的设计具有创新性和规范性。命题中的制造工艺能力项以要求综合运用加工制造工艺知识的能力为主。1.3小车的设计方法小车的设计一定要做到目标明确，通过对命题的分析我们得到了比较清晰开阔的设计思路。作品的设计需要有系统性规范性和创新性。设计过程中需要综合考虑材料、加工、制造成本等给方面因素。小车的设计是提高小车性能的关键。在设计方法上我们借鉴了参数化设计、优化设计、系统设计等现代设计发发明理论方法。采用了CAD、PROE等软件辅助设计。二、设计方案：2.1小车越障行驶路线假设小车行驶的水平距离为S=60m，时间为=

5、10min，振幅为200mm，周期为2000mm。其运动轨迹为2000mm200mm图2：小车运动轨迹图262.2小车运动过程分析简图：重物下落，重力势能转 化为动能，提供驱动力绕绳处驱动轴旋转驱 动大带轮与偏心轮大带轮旋转，通过 皮带带动小带轮偏心轮旋转，使连杆沿 一条直线前后推动摇杆被连杆推动使其在 一定范围内进行摆动小带轮旋转驱动后轮 转轴进行旋转驱动后轮转动，使小车 能往前运动摇杆摆动使前轮在运动 过程摆动绕过障碍物前后轮协调使小车在前进过程S形曲线绕过障碍物图3：小车运动过程分析图262.3设计原理简图：偏心轮

6、连杆摇杆后轮转轴驱动轴小带轮前轮大带轮皮带后轮图4：设计原理图由于小车运动过程的能量来源为重物下落的重力势能4焦耳，能量非常有限，故机构的设置越简单，损耗的能量也越少，行走的路程也越多，效果也就越好。2.4机构的选择①车架车架不用承受很大的力，精度要求低。考虑到重量加工成本等，车架采用铝合金加工制作成三角底板式。原动机构26原动机构的作用是将重块的重力势能转化为小车的驱动力。能实现这一功能的方案有多种，就效率和简洁性来看绳轮最优。小车对原动机构还有其它的具体要求。1.驱动力适中，不至于小车拐弯时速度过大倾翻，或重块晃动厉

7、害影响行走。2.到达终点前重块竖直方向的速度要尽可能小，避免对小车过大的冲击。同时使重块的动能尽可能的转化到驱动小车前进上，如果重块竖直方向的速度较大，重块本身还有较多动能未释放，能量利用率不高。3.由于不同的场地对轮子的摩擦摩擦可能不一样，在不同的场地小车是需要的动力也不一样。在调试时也不知道多大的驱动力恰到好处。因此原动机构还需要能根据不同的需要调整其驱动力。4.机构简单，效率高。基于以上分析我们提出了输出驱动力可调的绳轮式原动机构。如下图5图5：绳式轮原动机构如上图我们可以通过改变绳子绕在绳轮上不同位置来改变其输出

8、的动力。传动机构：传动机构是把动力和运动传递到转向机构和驱动轮上，使小车按一定的路程曲线行驶的更远。由于带轮具有结构简单、传动平稳、价格低廉缓冲吸振等优点，因此本机构可以采用带传动作为传动机构。26④转向机构：本机构设计采用偏心轮+连杆+摇杆，其单位面积所受压力比较小而且接触面便于润滑，摩擦小制造方便能获得较高的精度