一种太阳能驱动自行小车模型设计.pdf

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1、第39卷第4期江汉大学学报(自然科学版)VO1．39NO．42011年12月J．JianghanUniv．(Nat．Sci．Ed．)Dec．2011一种太阳能驱动A行小车模型设计陈伟，赵天婵(江汉大学机电与建筑工程学院，湖北武汉430056)摘要：利用四杆机构的．Y-作特性，通过内联传动，完成以太阳能为动力源，能够自动转向并且按预定轨迹运行的自行小车模型设计，很好地利用了四杆机构的机械特性，达到了运用简单机构实现复杂运动的目的，同时也体现了低碳环保的理念．关键词：太阳能；四杆机构；转向功能中图分类号：U469．721文

2、献标志码：A文章编号：1673—0143(2011)04—0056—04能源危机是制约人类社会前进的一个重要因一E．B，．c各点的斜率满足素．煤、石油、天然气这些传统能源不仅污染严．】76兀．，兀、Y’一1000sint而_J重，而且已经消耗殆尽．太阳能作为一种新型的由此，可以得出小车行驶中最大偏角清洁能源，正在我们的生活中扮演着重要的角=arctan1YI=29。．色．笔者基于一定尺寸的太阳能电池板，根据光②一个周期内小车走过的路程电转换原理，设计了一种可将光能转换为电能并2000可用于驱动小车行走的装置．小车行走过

3、程中能S=＼dx=2300mm．0自动以“s”形避开间隔1m的障碍物(直径③设计驱动轮与转向机构的传动比i，=6，即20mm、高200mm的弹性障碍棒)，小车要求采一个完整转向周期内后轮转动6圈，可以得出后用三轮结构(前轮为转向轮，后轮为驱动轮)．轮直径D=2300／6n=122mil1．1设计方案④考虑选用电机的功率以及小车行驶的速度，设计电机输出轴与驱动轮轮轴的传动比i：=1．1小车理论运行轨迹设计3．如果i过大，则电机输出轴所产生的力矩可该小车的驱动轮和转向装置为运动的执行机能不足以驱动小车前行；而i过小，则小车

4、运行构，且二者之间构成内联传动，所以对它们之间的速度很大，会造成传动的不平稳．的相对运动有严格的要求．为了确定各种运动参1．2电机选用数，需要设计出小车理论运行轨迹，如图1所示，电机的启动电流越小越好，这样便于小车启为参照点，为小车起点位置，AO=10。动．同时电机的额定工作电压要能够承受太阳能y／＼板的峰值电压和峰值电流，考虑到没有任何的储10o能装置，所以电机的自身功耗要尽可能低．电机——7。／。C一7一一～～、、EBF一一一＼还要有足够大的力矩并满足要求的转速，所以应』4D＼／CL一／～选择具有合适减速比的电机．

5、根据上述要求，最t1o一∈～10oo—÷【1—000———一—终选择型号为M0555的空心杯电机，扭矩约为1．2kg·cm，与该电机可配合齿轮箱组件：减速箱图1小车理论运行轨迹图(单位：mm)K24，减速比20：1，直径24mm，其技术参数如①A．E-B．一F-CI的轨迹方程为表1所示．实验测出MBF10电池板各种1作参=176c。s()，数如表2所示．收稿日期：2011—04—21作者简介：陈伟(1990-)，男，湖北十堰人，主要从事机械设计及其自动化研究2011年第4期陈伟，等：一种太阳能驱动自行小车的模型设计57

6、最大功率／w最佳工作电压／v最佳工作电流／A短路电流／A开路电压／v最大系统电压／v1017．50．580．6421．51000表1、表2各项参数表明M0555空心杯电机构的原动件，带动滑块10在滑槽9内做往复直可以在太阳能电池板MBF10的作用下正常lT作．线运动．再通过前轮导向轴11的作用，就可以同时考虑到小车在行驶中有载重要求，估算小车实现前轮周期性的左右偏转．最大质量=1．5kg，后轮直径D后=122mm，因此可以估算小车的启动转矩11卜订—_¨1I__7_。。=÷I~MgDe寺0．1×1．5×10×0．122

7、0．0915Nm，i{”，{，／r]_TI＼，、一、I、＼／{f或＼／{l电机输出转矩＼：一—广、lf，肇辨T’=1．2kg·cm=1．2×10×0．010．12Nm．—一_十Il＼1轰≯一L、易得T

8、要求运动传递准确．同时，考虑到小车结构的大小，要求该传动装置结构紧凑．常用的传动装置有带传动、链传动、齿轮传动．如果使用带传动，为了防止打滑，必须给予一定的张紧力．考虑到零件的加工精度和小车装配精度，张紧力的作用可能会增加轴转动时的摩擦，甚至会出现卡死现象，同时，由于对带轮中心距的要求，会增大小车的结构尺寸；如果使用链传动，图3机