S型无碳小车的设计与优化.docx

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S型无碳小车的设计与优化

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杨明卓

摘?要:无碳小车是近年来新兴的一种设计研究,十分频繁出现在了各大高校的工程训练综合能力比赛的主题里,而且有愈加流行的趋势。因此,文章着重介绍了一款无碳小车的设计方案,并且根据其在实际应用中出现的问题,对无碳小车的设计缺陷进行了相关的分析与优化。

关键词:无碳小车;设计;优化

:TH122????文献标志码:A?????:2095-2945(2019)24-0105-02

Abstract:Carbon-freecarisanewkindofdesignresearchinrecentyears,whichappearsfrequentlyinthethemeofcomprehensiveabilitycompetitioninengineeringtrainingincollegesanduniversities,andhasamoreandmorepopulartrend.Therefore,thispaperfocusesonthedesignschemeofacarbon-freecar,andaccordingtotheproblemsinitspracticalapplication,thedesigndefectsofthecarbon-freecarareanalyzedandoptimized.

Keywords:carbon-freecar;design;optimization

无碳小车指的是以有机玻璃作为轮子,将焦耳重力势能作为动力的一种可以连续躲避障碍的三轮小车,实现了真正意义的无碳化效果[1]。为了参加全国大学生工训竞赛,本文依据其命题的要求设计了一款S型无碳小车。该小车可以自发的行驶,其驱动来源主要是依靠标准砝码下落的重力作用来提供,而且可以进行自动的转向,避免与其他的小车相撞。如图1所示,该S型无碳小车为三轮结构设计,下落的砝码规格为50*65毫米,质量为1千克,可下降到的高度为500毫米,但是不能落到地上。该砝码是用碳钢材质制成的,按照比赛打的要求,在S型无碳小车运行过程中,砝码全程都要跟S型无碳小车连接在一起,不得发生脱离的情况。

如图2所示为此次大赛的场地,高度200毫米,宽2000毫米,且场上安装有障碍物,直径为20毫米。一般来说,S型无碳小车行驶赛道上的障碍物摆放间距为1米。但是,其最终的摆放间距还要由抽签决定。依据大赛的规定,S型无碳小车的成绩是根据参赛选手S型无碳小车行驶的直线距离和躲避障碍物的数量来判定。

1S型无碳小车的设计总思路和初始设计方案

为了确保S型无碳小车可以正常的行驶,设计方案中将S型无碳小车分为以下几个部分,分别是传动装置、原动装置、转向装置、行走装置、微调装置等[2]。本次参加比赛的S型无碳小车使用的是一级齿轮传动,原动装置使用的是锥形绳轮,而转向装置受摇杆和曲柄连杆的共同控制,行走的装置使用的是单轮驱动,微调装置使用的是微调螺纹与多工位圆盘。此外,S型无碳小车的车架是呈一级阶梯形底板式的设计。下面文章将对S型无碳小车每个组成部分的设计进行逐一的介绍。

1.1传动装置的设计方案

传动装置是S型无碳小车设计过程中的难点问题[3]。通过与其他传统的传动装置进行对比分析,发现多级齿轮的传动装置设计会导致小车出现传送效率下降,传动比减小,传动过程不稳定等缺点。为了能让S型无碳小车行驶的更加平稳,传动效率最高,要保证传动装置发挥其最大的效用[4]。为此,本次大赛用的S型无碳小车的采用是一级齿轮传动设计。这样的设计方案既可以提高行驶过程中的传动效率,又可以保证S型无碳小车行驶的平稳性。此外,由于一级齿轮的传动比比多级齿轮的传动比大很多,而过大的齿轮又会导致S型无碳小车整体结构和质量分布不协调。因此,此次参赛的S型无碳小车的传动比设定为5.23,大齿轮数为80,小齿轮数为15。

1.2原动装置的设计方案

原动装置的主要作用一方面是使砝码下落的重力势能转化为动能带动S型无碳小车向前行驶,另一方面是让砝码下落的运动形式转变为能驱动主轴回转的形式。本次参赛S型无碳小车的原动设计如下:细绳一端绕过小车齿轮的主驅动轴上,另一端与砝码连接在一起,并且绕过固定滑轮。这样的设计方案可以成功的将砝码下落的重力势能转变为动能,让动齿轮带动驱动轮持续的旋转。为了保证原动装置的顺利工作,本次设计特意在驱动主轴上加了一个用来专门负责绕线的锥形线轮,其直径较大的一端位于齿轮方向,直径较小的一端远离齿轮方向且呈逐渐缩小的趋势。设置锥形线轮的主要目的是让S型无碳小车在行驶过程中可以依靠

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