s形转向运动无碳小车的改进设计

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1、S形转向运动无碳小车的改进设计随着我国经济的突飞猛进，环境污染和人类健康等生命课题也H益被摆在台面上。在我国工业化进程进一步发展的今天，寻找经济、环保的新能源是我们急需解决的问题。而无碳小车不仅可以提高能量的利用效率，更对新能源逐步取代传统能源具有特殊的意义。本文就针对S形转向运动无碳小车中存在的问题进行分析，并对其进行和应的改进设计。关键词：S形转向运动；无碳小车；改进设计目前，世界上很多发达国家都逐渐的把无碳技术运用到交通、家庭用具等各个领域。在我国，随着人们环保意识的増强，越来越多的人开始倡导“无碳生活”,无碳小车的制作与设计也正在逐渐的拓展为地区

2、性乃至全国性的机械设计比赛项目，在全W大学生工程训练综合能力竞赛中，无碳小车越障赛便是历届大赛的主题。1.什么是无碳小车无碳小车是一种用于驱动小车行走和转向的装置，它的基本原理是将重力势能转换为机械能。无碳小车一般采用可调节功能转向控制的三轮结构，其前转向轮的最大外径要求不能小于30mm。在全W大学生工程训练综合能力竞赛中，给定的重力势能为4J，无破小车上装有一50mmX65mm并且质量为1kg的实心圆柱型钢块，依靠钢块的下降来获得唯一能量。钢块下落吋不允许掉落，应被无碳小车承载并与无碳小车共同运动。通常，比赛会每隔一米就放置一个高200mm、直径20m

3、m的弹性障碍圆棒，并要求无碳小车前行吋能沿S形曲线绕桩前行，自动避让赛道上所设罝的障碍物。无碳小车的性能决定了它运行距离的长短以及在进行S形转向运动时避开障碍物的灵活性。2.无碳小车的优势2.1无碳小车依照现代工程师的标准，体现了无碳的概念，与其他模型小车比，更加注重能量的利用，唯一的能量来源是重力势能，真止的实现了环保无碳。2.2无碳小车将传统的刚性杆摆杆机构改成柔性绳索，使得小车重量在降低的同时，在进行S形转向运动控制转弯的过程中更易实现差速，更加便捷省力，更容易控制躲避障碍物的周期。另外，无碳小车的车轮采用冇机玻璃，降低了与地面的摩擦系数，使得小车

4、前行更加快速。2.3无碳小车制作精良、设计巧妙，然而整体构造简单、组合零件不多，容易安装制造，摩擦损耗乂小，能满足青少年对机械类知识的了解和实践，激发他们对机械构造的热情，非常适合学生进行学习研宄。无碳小车的灵巧性也使得其被放在科技馆中，可以供人众观摩和了解机械构造的渊博与精妙，更加冇利于无碳小车的推广，进一步实现商品化。3.无碳小车的设计3.1驱动部分设计因为在进行S型转向运动时需要小车有较大的转弯弧度以避开障碍物，因此采用直径为200mm的后车轮，将底盘设计在较低的位置来降低无碳小车的重心，以此提高无碳小车的稳定性，使其更加适应赛道。假设小车理想轨迹

5、和小车轨迹中线的最大偏移量是0.3m，我们可以根据扇形计算公式得出小车沿弧线行走的距离大约是2.45m,无碳小车运行一个周期，其后轮所转过的圈数是n=2.45m/0.2,m=3.9圈，齿轮速比是1:3.9,设定齿轮模数为1，即可得出无碳小车的大齿轮齿数是78齿，小齿轮齿数是20齿。另外，无碳小车的转弯差速问题可采用人力三轮车的方案解决。因为无碳小车的重力势能有限，我们不增加其他设置，采取双滑轮转换方式，将无碳小车的一个后轮作为动力轮，另一个后轮作为从动轮，使有限势能经过细化得到充分发挥。3.2转向部分设计将无碳小车的后轴和后车轮通过支架固定在底盘上，前轮

6、和后轴之间安装转盘支架、转盘支承轴等机器组件，支承轴上安装大齿轮和转盘，大齿轮与小齿轮相啮合，以1:3.9的减速比将后轮的运动传递给支承轴，支承轴转动再带动同轴的转盘转动。在转盘上半径的方向安装一滑槽，滑块在槽中可相对转盘中心调整半径的大小，以此来满足前轮转向角度的调整要求。势能通过滑轮组转换，并由线绳带动后轮轴转动来转换力无碳小车驱动力。在转向部分设计中应尽量减少后轮轴绕线部分的直径来提高无碳小车行走的路程。设定后轮轴的绕线直径为4mm,无碳小车后轮轴得到的行走力矩为：力X力臂=1000gX2mm=2gm，当无碳小车后轮转动3.9圈，直线距离和行走弧长

7、分别2m和2.45m时，经过齿轮1:3.9的减速，来带动转盘旋转，使无碳小车的前轮周期性左右转动，以此实现无碳小车的S形转向运动，并能够顺利绕过障碍前行，1.设计中存在问题及优化方案4.1钢块的下降速度过快由于无碳小车在设计屮采用一级齿轮减速方案，即大齿轮轴与小齿轮轴的转速比为1:3.9,而与钢块连接的牵引线在小齿轮轴上，这导致钢块的下降速度过快。"优化方案：将与钢块连接的牵引线绕接在大齿轮轴上，在大齿轮轴的绕接处制成锥形台，以此来减缓钢块的下降速度。4.2前轮在S型转向运动屮运行不稳定为提高无碳小车的前轮自由转向度而忽略了前轮转向轴与转向轴孔间的孔隙配

8、合，导致了无碳小车在S型转向运动中前轮运行不稳定的状况。优化方案：作为标准件，无