8字無(wú)碳小車設(shè)計(jì)方案

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8 字無(wú)碳小車設(shè)計(jì)方案 一 緒論 1 競(jìng)賽題目 設(shè)計(jì)一種小車 驅(qū)動(dòng)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(shì)能轉(zhuǎn) 換而得到的 該給定重力勢(shì)能由競(jìng)賽時(shí)統(tǒng)一使用質(zhì)量為 1Kg 的標(biāo)準(zhǔn)砝碼 50 65 mm 碳鋼制作 來(lái)獲得 4J 能量 要求砝碼的可下降高度為 400 2mm 標(biāo)準(zhǔn)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(guò)程中完成所有動(dòng)作所需的能量均由此給定重力勢(shì)能轉(zhuǎn)換而得 不可 以使用任何其他來(lái)源的能量 要求小車具有轉(zhuǎn)向控制機(jī)構(gòu) 且此轉(zhuǎn)向控制機(jī)構(gòu)具有可調(diào) 節(jié)功能 以適應(yīng)放有不同間距障礙物的競(jìng)賽場(chǎng)地 要求小車為三輪結(jié)構(gòu) 在 300 500mm 范圍內(nèi)產(chǎn)生一個(gè) 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(dòng)主動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng) 使小車運(yùn)動(dòng) 再通過(guò)齒 輪傳動(dòng)和轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu) 實(shí)現(xiàn)在轉(zhuǎn)動(dòng)一定周期時(shí) 小車進(jìn)行方向的改變 從而實(shí)現(xiàn) 8 字的運(yùn)動(dòng) 軌跡 3 設(shè)計(jì)方法 通過(guò)對(duì)命題的分析 我們小組有了一個(gè)比較清晰的思路 我們?cè)诰W(wǎng)上搜集資料 對(duì)每 個(gè)結(jié)構(gòu)的各種方案進(jìn)行了比較 再結(jié)合我們的實(shí)際情況和自己想法 最后確定了以下結(jié)構(gòu) 對(duì)于各種參數(shù)的確定 我們只要是對(duì)齒輪進(jìn)行了計(jì)算 其他參數(shù)是在原有的基礎(chǔ)上進(jìn)行了 修改 在設(shè)計(jì)過(guò)程中 我們主要采用了 Auto CAD Solidworks 軟件進(jìn)行輔助設(shè)計(jì) 二 設(shè)計(jì)部分 1 車架 車架受力小 精度要求低 考慮到鋁板密度小 強(qiáng)度對(duì)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(dòng) 前導(dǎo)向輪與驅(qū)動(dòng)輪的橫向距離過(guò)大會(huì)使小車在 繞行 8 字時(shí)軌跡不對(duì)稱 即一個(gè)圓大一個(gè)圓小 為避免這種情況我們將驅(qū)動(dòng)輪 與導(dǎo)向輪的橫向距離取消 2 原動(dòng)機(jī)構(gòu) 原動(dòng)機(jī)構(gòu)是把重物的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為小車動(dòng)能的裝置 要求 1 驅(qū)動(dòng)力適中 不至于小車轉(zhuǎn)彎時(shí)速度過(guò)大傾翻 2 啟動(dòng)時(shí)提供足夠的加速度使小車開(kāi)始行走 3 到達(dá)終點(diǎn)時(shí)的速度要盡可能小 避免對(duì)小車過(guò)大的沖擊 同時(shí)使重塊的 動(dòng)能盡可能的轉(zhuǎn)化到驅(qū)動(dòng)小車前進(jìn)上 如果重塊豎直方向的速度較大 不僅浪 費(fèi)了重物的動(dòng)能 下落時(shí)對(duì)車架的沖擊還會(huì)影響小車的運(yùn)動(dòng) 4 不同場(chǎng)地對(duì)驅(qū)動(dòng)力的要求不同 因此原動(dòng)機(jī)構(gòu)需要能調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)力 1 啟動(dòng)時(shí)摩擦力大 因此設(shè)計(jì)繞線軸的半徑較大 2 啟動(dòng)后繞線軸半徑不變 扭力和阻力平衡 小車勻速前進(jìn) 3 結(jié)束時(shí)半徑再次變小 拉力不足 小車減速運(yùn)動(dòng) 重物也減速下降 原動(dòng)機(jī)構(gòu)整體設(shè)計(jì)如下 3 傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是把原動(dòng)機(jī)構(gòu)的動(dòng)力傳到驅(qū)動(dòng)輪和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu) 需要滿足傳遞效率 高 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(jiǎn)單 精度高 傳動(dòng)穩(wěn)定 因此本次制作選擇齒輪傳 動(dòng) 4 轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu) 轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)直接決定小車功能的實(shí)現(xiàn) 是本次設(shè)計(jì)的主要部分 需要滿足結(jié) 構(gòu)簡(jiǎn)單 可微調(diào) 摩擦小等基本條件 同時(shí)還要實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng) 將傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的 動(dòng)力轉(zhuǎn)化為來(lái)回的擺動(dòng) 使轉(zhuǎn)向輪帶動(dòng)小車實(shí)現(xiàn) 8 字運(yùn)動(dòng) 考慮到制造的方便 精確 接觸面易于潤(rùn)滑的優(yōu)點(diǎn) 本次設(shè)計(jì)中我們采用 簡(jiǎn)單的偏心圓盤和曲柄搖桿作為轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu) 搖桿兩端裝上關(guān)節(jié)軸承還可以進(jìn)一 步減小摩擦并增大活動(dòng)范圍 8 字無(wú)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(jī)構(gòu)相連實(shí)現(xiàn)對(duì)曲柄的間歇驅(qū)動(dòng) 5 行走機(jī)構(gòu) 行走機(jī)構(gòu)為一個(gè)前輪做驅(qū)動(dòng)輪 兩個(gè)后輪做從動(dòng)輪 兩個(gè)后輪同步轉(zhuǎn)向時(shí) 必定有輪子與地面打滑 滑動(dòng)摩擦比滾動(dòng)摩擦更消耗能量 而且會(huì)影響運(yùn)動(dòng)軌 跡 因此本次制作用單向軸承實(shí)現(xiàn)雙輪差速 滾動(dòng)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(wèn)題選用亞克力板作為輪子的材料 同時(shí)可以看出輪子 越大收到的阻力越小 因此也能夠走的更遠(yuǎn) 但因?yàn)榘惭b問(wèn)題和具體的驅(qū)動(dòng)力 問(wèn)題后輪直徑暫定為 250mm 6 微調(diào)機(jī)構(gòu) 連桿一端連接導(dǎo)向輪 一端連接圓盤 設(shè)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(guò)曲線的偏向角為 通過(guò)調(diào)節(jié) C 來(lái)調(diào)節(jié)曲線的偏向角 三 主要尺寸設(shè)計(jì)及計(jì)算