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1、无碳车设计方案华北电力大学 第二届大学生工程训练综合能力竞赛 结构设计报告 总页 第页 编号： 生产纲领 生产批量 件/年 件/月 产品名称 零件名称 1、设计概述 根据小车功能要求，我们根把小车分为车架 、原动机构 、传动机构 、转向机构 、行走机构 、微调机构六个模块，进行分块设计。分别针对每一个模块进行多方案设计，通过综合对比选择出最优的方案组合。我们的方案为：车架采用三角底板式、原动机构采用了飞轮和绕线槽、传动机构采用齿轮、转向机构采用曲柄连杆、行走机构采用单轮驱动实现差速、微调机构采用滑槽。其中转向机构利用了调心轴承、关节轴承。 2、设计思路和方案 一设计思路： 我们将无碳小车分为七
2、个部分：车架，原动机构，传动机构，转向机构，行走机构和微调机构。车架采用三角底盘式，原动机构采用飞轮储能带动小车转动，再利用一个传动齿轮作为传动机构，转向使用曲柄滑块机构，行走机构设置成后轮驱动，后轮驱动前轮转向，最后利用一个滑槽机构作为调整转向的微调机构。 为了考虑到让行走路程更远，我们从下面几个方面考虑：1.减少内部摩擦损耗， 2.减少与地面的摩擦损耗。我们使用了传动效率极高的齿轮传动，简化机构复杂性，增大后轮直径，减小车辆重量，机构安放在底盘以下，降低重心，并采用对称机构让车子行走跟稳定。考虑到躲避障碍的能力，我们对小车的灵敏度做了计算，这里我们初步设计了一些小车数据，利用MATLAB做
3、了关于周期，转向，幅值的参数关系。 二设计方案： 1. 车架：采用三角底盘式，使用金属材质，有利于将重心降低。 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。我们设想使用飞轮作为储能机构，小车对原动机构应有这些要求。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
4、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。所以我们选用了锥形的绕线轮原动机构，这样可以调整驱动力。绕线轮两端半径不同，绕线位置的粗细可以调整驱动力的大小。 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地行驶，传动机构必需传递效率高、传动稳定、结构简单重量轻等。齿轮具有效率高、结构紧凑、工作可靠、传动比稳定等优点。这里我们采用二级齿轮传动。 4. 转向机构：转向机构是本小车设计的关键部分，直接决定着小车的功能。转向机构也同样需要尽可能的减少摩擦耗能，结构简单，零部件 - 1 - 已具备基本条件
5、，同时还需要有特殊的运动特性。能够将旋转运动转化为满足要求的来回摆动，带动转向轮左右转动从而实现拐弯避障的功能。曲柄滑块的优点是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几何封闭来维系的，它不像凸轮机构有时需利用弹簧等力封闭来保持接触。所以这里我们采用了曲柄滑块+摇杆机构作为转向机构。 5. 行走机构：即为三个轮子，轮子又厚薄之分，大小之别，材料之不同需要综合考虑。由摩擦理论知道摩擦力矩与正压力的关系成正比，比例系数与材料有关，对于相同的材料为一定值。而滚动摩擦阻力与轮子的半径成反比，所以轮子越大小车受到的阻力越小，因此能够走
6、的更远。但由于加工问题材料问题安装问题等等具体尺寸需要进一步分析确定。 由于小车是沿着曲线前进的，后轮必定会产生差速。对于后轮可以采用双轮同步驱动，虽然双轮同步驱动会导致转向时打滑，但是考虑到小车车宽与每两个障碍物之间的距离，可采取措施减小。 6. 微调机构：由于前面确定了转向采用曲柄滑块+摇杆方案，由于曲柄连杆机构对于加工误差和装配误差很敏感，因此就必须加上微调机构，对误差进行修正。这是采用微调机构的原因之一，其二是为了调整小车的轨迹，使小车走一条最优的轨迹。这里使用了双滑槽机构调解幅值。双滑槽机构中间有一个连接杆，可以调节连接杆在滑槽中的上下位置来改变摆幅。另外，我们还在车底盘上设置了一个
7、弹簧装置，可以让重物下降到底部的时候有缓冲，这样可以减少对车体的冲击。 7缓冲机构：重物下落至小车上与弹簧相碰，避免碰撞时速度变化大，避免损失更多能量。 3、设计结果 采用后轮驱动，后轮驱动前轮转向的驱动方式。 转向轮与曲柄轴轴心距 0.12; 摇杆长0.08; 驱动轮直径0.220; - 2 - 装 订 线 装 转向轮直径 0.100； 驱动轮A与转向轮横向偏距0.09 驱动轮B与转向轮横向偏距0.09; 驱动轴与转向轮的距离0.21; 绳轮半径r1=0.006，r2=0.018，l=0.040. 4、总结和体会 我们能有幸参加华北电力大学第二届大学生工程训练综合能力竞赛，在准备过程和方案设计过中我们都学到和感受到了很多东西。创新是最重要的，通过看以前比赛的作品，其实无碳小车很多东西都是一样的，所以我们就在小处创新，发挥想象，我们想到了利用双滑槽机构调节摆幅，绕线轮改变后轮的驱动力，加重飞轮储存势能等。比赛中，我们还体会到了团队合作的优势，从最初对无碳小车的陌生，到后来大家集思广益，提出了各种对小车的想法和设计，我们逐一论证，从众多方案中取最优。在讨论中，我们学到了很多东西，提升了自我，增强了自我创新能力，我们尽力做到最好。我们对获取知识和能力的动力是源源不绝的，希望能通过预赛，有幸参加制作过程，将我们的设计方案付诸实施。我们会更加努力！ - 3 -
