无碳小车的设计.doc

安徽省第二届工程训练综合能力训练竞赛 学校：黄山学院 学院：信息工程学院 班级：11机械卓越 参赛组员：郭兵红、姜干、李东方 指导老师：高琴 时间：2012.12.30 无碳小车设计方案 一．小车功能设计要求 给定一重力势能，根据能量转换原理，设计一种可将该重力势能转换为机械能并可用来驱动小车行走的装置。该自行小车在前行时能够自动避开赛道上设置的障碍物,以小车前行距离的远近、以及避开障碍的多少来综合评定成绩。 要求小车前行过程中完成的所有动作所需的能量均由此ZHO重力势能转换获得，不可使用任何其他的能量形式。 小车要求采用三轮结构（1个转向轮，2个驱动轮），具体结构造型以及材料选用均由参赛者自主设计完成。 设计参数及原理 1、设计原理 1）车架 车架不应受到很大的力，精度要求低。考虑到重量加工成本等，车架采用木材加工成三角底板式， 小车底板 2）原动机构 原动机构的作用是将重物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，就效率和简洁性而言绳轮最优。小车对原动机构还有很多具体要求。1、驱动力适中，不至于小车转弯时速度过大而翻，或重块晃动厉害影响行走。2、到达终点前重块竖直方向的速度应尽量小，避免对小车过大的冲击。同时使重块的动能尽可能转化到驱动小车前进上，如果重块的竖直速度较大，重块本身还有许多动能未释放，能量利用率不 高。3、由于不同场地对轮子摩擦可能不一样，在不同场地小车需要的动力也不一样，在调试时也不知道多大的驱动力合适。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。 原动架 3）传动机构 传动机构的功能是把动力和运动传递到转向机构和驱动轮上。要使小车行驶的更远及按设计的轨道精确的行驶，传动机构必须传递效率高、传动稳定、结构简单重量轻等。不用其他额外的传动装置，直接由动力轴驱动轮子和转向机构，此种方式效率最高、结构最简单。齿轮具有效率高、结构紧凑、工作可靠、传动比稳定的特点。 齿轮组 4）转向机构 转向机构采用曲柄连杆+摇杆机构，该机构运动副单位面积所受压力较小，且面接触便于润滑，故磨损减小，制造方便，已获得较高精度；两构件之间的接触是靠本身的集合封闭来维系的，它不像凸轮机构有时需要利用弹簧等力封闭来保持接触。 曲柄摇杆机构 2、设计参数 1）基本尺寸参数： 车长：350mm 车宽：200mm 车后轮D：180mm 车前轮d：60mm 齿轮：模数1、齿数20/60/80 （小车的其他参数以 三维图为准） 轨迹参数 根据小车行走路线近似的模拟为正弦曲线，由于实际的尺寸可算得振幅为0.35mm，波长为2m，所以可以近似求出轨迹方程为： Y=0.35sinx； 求导得在每个位置上的转角的正切的大小： Y’=0.35； 我们可以得到前轮的最大转角为36’。 而小车轨迹的弧长L=1.636m，当振幅为0.35m时，从峰顶到谷底时的弦长Lab=L*0.35*2=1.1453m，而驱动轮直径d=182m，周长C=PI*d，由转向的需要可以得转动比为i=1/4。 3、小车结构的合理选择及优点 1）尺寸的合理选择 在两米的赛道上行走，考虑到行驶的过程中不能撞桩，同时在小车发生小范围偏移而不会撞桩以及小车轨迹的计算我们合理的选择了宽200mm的小车车宽，以及小车行走轨迹最远处距离桩350mm。 2）机构的选择 在能够实现指定运动机构选择时我们秉持着耗能少的原则选择传动机构越简单越好，我们选用了仅三个齿轮的齿轮组，减少了由于传动过程繁琐而发生的能量损耗，同时为了使行驶过程由于转弯损耗的能量较少，我们选择了正弦曲线的行进路线。 无碳小车零件和整体结构 1、零件图： 驱动轮 齿轮 圆盘 滑轮 梯形原动轮 连杆 2、无碳小车二维图