无碳小车完整版.doc

第二届全国大学生工程训练综合能力竞赛 无碳小车设计说明书 参赛队员：刘细军 李谋 李嘉宾 摘要 我们的无碳小车针对大学生工程训练综合能力竞赛命题“无碳小车” 的要求进行了 1、驱动装置 2、传动装置 3、间歇摆动装置的设计 具有结构合理，操作简单，运行轨迹符合大赛要求，运行精度较高的特点。 本文主要从 1、功能执行设计方案 2、运动轨迹设计方案及修改方法 3、传动件设计 4、设计性能评估 四个方面对设计进行了为什么这样和具体怎样的分析说明，配合装配图展示了小车的设计方案，最终得到小车在理论情况下可以走6次8字的结果。 设计要求 1.1本届竞赛命题主题 本届竞赛主题为“无碳小车越障竞赛”。 要求经过一定的前期准备后，在比赛现场完成一套符合本命题要求的可运行装置，并进行现场竞争性运行考核。每个参赛作品要提交相关的设计、工艺、成本分析和工程管理4项报告。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。设计能力项要求对参赛作品的设计具有创新性和规范性。制造工艺能力项要求综合运用加工制造工艺知识的能力为主。成本分析项要求能够估算各种方案的成本，并寻找性价比最优的方案。 1.2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），竞赛时统一用质量为1Kg的重块（￠50×65 mm，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参赛学生自主完成。 小车执行的任务是：小车在半张标准乒乓球台（长1525mm、宽1370mm）上，绕相距一定距离的两个障碍沿8字形轨迹绕行，绕行时不可以撞倒障碍物，不可以掉下球台。障碍物为直径20mm、长200mm的2个圆棒，相距一定距离放置在半张标准乒乓球台的中线上，小车绕行8字圈数越多越好。 功能执行设计方案 通过对小车的功能分析小车需要完成重力势能的转换、驱动自身行走、自动避开障碍物。为了方便设计这里根据小车所要完成的功能将小车划分为五个部分进行模块化设计（车架 、原动机构 、传动机构 、转向机构 、行走机构 ）。设为重物的质量，为重物下落的距离，为小车受到的摩擦力，为小车驱动轮的半径，为小车前进的距离，为小车受到的驱动力矩，为小车受到的支持力，为车轮形变造成的支持力相对转轴的偏移。则平衡状态时对轮心取矩得： 由能量守恒定律得： 由此可得小车运动的距离 所以小车的运动距离与重物质量和下落高度及车轮半径成正比，与小车受到的摩擦力成反比，也即小车重量越小，驱动力矩越大则小车的运动距离越远。我们应在重物恒定的基础下努力减轻小车的质量，并增大小车驱动轮的半径。具体可通过以下措施加以实现： 2.1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，车架采用木材加工制作成三角底板式。可以通过回收废木材获得，已加工。 2.2原动机构 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。 这里有一种方法是将重物作用轴与驱动轮轴用一定传动比的齿轮组联系，使得重物作用轴转一圈，驱动轮转好几圈。但我们认为这种方法只是增加了机械的复杂性，完全可以将重物作用轴与驱动轴合二为一，通过控制驱动轴上力臂的大小来获得相同的效果。例如，用传动比为1:2的两个齿轮来传动的两轴与第二种情况的比较： 要使驱动轮做相同的运动，对于情况一，由于采用了传动，其重物作用轴的力臂为B，扭矩T，轴上齿轮半径为R，则驱动轴上的扭矩为： 对于情况二，要达到驱动轮相同的运动情况，可以使轴上的重物作用力臂变为B2，其上的作用扭矩T 所以两种做法可得到相同的运动学和动力学结论，方案一只能增加机械系统的复杂程度。 因此对于原动机构我们提出了输出驱