s形軌跡無(wú)碳小車(chē)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(1)

1、“S形軌跡無(wú)碳小車(chē)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)形軌跡無(wú)碳小車(chē)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)摘要：摘要：針對(duì)第四屆全國(guó)大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競(jìng)賽題目，設(shè)計(jì)一輛通過(guò)重力驅(qū)動(dòng)的純機(jī)械結(jié)構(gòu)的無(wú)碳小車(chē)，且小車(chē)具有周期性越障功能。通過(guò)所學(xué)知識(shí)，設(shè)計(jì)并制作該小車(chē)，參加比賽。設(shè)定不同的參數(shù)，借助工程軟件MATLAB對(duì)小車(chē)的軌跡進(jìn)行仿真計(jì)算。通過(guò)分析，設(shè)計(jì)出一輛滿(mǎn)足比賽要求的小車(chē)。并且通過(guò)調(diào)試證明，小車(chē)能夠穩(wěn)定行駛，具有較高的可靠性。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：無(wú)碳小車(chē)越障軌跡仿真0前言前言本文針對(duì)第四

2、屆全國(guó)大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競(jìng)賽關(guān)于“S”形軌跡的要求，設(shè)計(jì)并制作了一種將重力勢(shì)能轉(zhuǎn)換為動(dòng)能，并且按照“S”形軌跡穩(wěn)定前行的無(wú)碳小車(chē)。小車(chē)為三輪結(jié)構(gòu)，前輪為方向輪；后面一輪為驅(qū)動(dòng)輪，一輪為從動(dòng)輪。小車(chē)具有可調(diào)節(jié)的轉(zhuǎn)向控制機(jī)構(gòu)，以適應(yīng)7001300mm間距的不同間距障礙物。1小車(chē)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)小車(chē)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本文把小車(chē)的機(jī)構(gòu)分為：原動(dòng)機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、微調(diào)機(jī)構(gòu)與車(chē)身。除了軸承、螺栓螺母等標(biāo)準(zhǔn)件可以直接選用外，小車(chē)的其余部件均使用LY102鋁

3、合金制作。本文的設(shè)計(jì)目的是使小車(chē)各部分的尺寸協(xié)調(diào)，滿(mǎn)足強(qiáng)度要求、實(shí)現(xiàn)不同距離的越障功能。下面是各個(gè)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)：1.1原動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)原動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)原動(dòng)機(jī)構(gòu)是利用重物下落時(shí)的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，從而驅(qū)動(dòng)小車(chē)前進(jìn)和轉(zhuǎn)向的機(jī)構(gòu)。重物是1kg的標(biāo)準(zhǔn)砝碼，重物周?chē)侨嫉匿摴?，從而約束重物的自由度，使重物直線下降，減少了能量損失，保證了小車(chē)重心的穩(wěn)定性。重物通過(guò)尼龍線繞在小車(chē)的繩輪上，在下降的過(guò)程中，帶動(dòng)繩輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了能量轉(zhuǎn)換。在實(shí)際測(cè)試中，證

4、明了該結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、能量轉(zhuǎn)化率高、成本低等特點(diǎn)。1.2傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)傳動(dòng)部分是原動(dòng)機(jī)構(gòu)和小車(chē)主動(dòng)輪動(dòng)力傳遞的樞紐，本文設(shè)計(jì)的小車(chē)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由后輪、一級(jí)齒輪、及其相關(guān)零件組成。由于小車(chē)具有轉(zhuǎn)向的功能，為不干擾小車(chē)的轉(zhuǎn)向，后輪采用差速連接。小車(chē)的右后輪為主動(dòng)輪，左后輪為從動(dòng)輪。主動(dòng)輪與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)相連，驅(qū)使小車(chē)的運(yùn)動(dòng)，從輪輪用軸承空套在后軸上，跟隨小車(chē)的運(yùn)動(dòng)。為了適應(yīng)不同間距越障，同時(shí)增大小車(chē)行駛的距離，我們采用多組齒輪嚙合的方式將700

5、1300mm的間距大致分為三組：700~900mm，900~1100mm，1100~1300mm。分組后可根據(jù)不同障礙物間距，對(duì)應(yīng)著不同組齒輪的嚙合，從而調(diào)整越障的幅度。與單組齒輪傳動(dòng)相比，這種傳動(dòng)方法越過(guò)的障礙物更多，行走距離更遠(yuǎn)。下圖是傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的齒輪分布圖，通過(guò)移動(dòng)后輪軸上的齒輪組，則可以切換不同組齒輪的嚙合。架與車(chē)身采用了推力球軸承和一對(duì)法蘭軸承，減小轉(zhuǎn)彎過(guò)程中的摩擦阻力，提高轉(zhuǎn)軸的同軸度，保證了轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性和可靠性。圖6轉(zhuǎn)向

6、機(jī)構(gòu)示意圖下面是轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的桿長(zhǎng)設(shè)計(jì)計(jì)算：根據(jù)后輪輪距為150mm，則取曲柄與車(chē)中心線距離為，且與轉(zhuǎn)向輪mmf55?連接的擺桿長(zhǎng)度也為，同時(shí)轉(zhuǎn)向輪間與后軸的距離為，根據(jù)小mme55?mmb138?車(chē)運(yùn)動(dòng)軌跡，計(jì)算小車(chē)的最大轉(zhuǎn)角為樁距為700mm時(shí)的轉(zhuǎn)角，通過(guò)計(jì)算在樁距為700mm時(shí)，軌跡公式為，)700cos(3303xy??根據(jù)質(zhì)心處轉(zhuǎn)彎半徑與前輪轉(zhuǎn)角的關(guān)系為，（為前輪的轉(zhuǎn)角）?tanbr??根據(jù)小車(chē)軌跡在計(jì)算小車(chē)的曲率半徑為，????

7、???????yyr5.12)1(得，轉(zhuǎn)角。此時(shí)對(duì)應(yīng)曲柄和連桿的最大合長(zhǎng)度。93.0tan??0max43??maxl通過(guò)計(jì)算得到最大合長(zhǎng)度，且連桿長(zhǎng)度與曲柄長(zhǎng)度分別達(dá)mml3.133max?mn到各自的最大值，且根據(jù)長(zhǎng)度關(guān)系，得。3.13395222????nmnmmmnmmm8.325.100maxmax??同理計(jì)算小車(chē)在樁距為1300mm時(shí)的最小轉(zhuǎn)角。通過(guò)軌跡和曲率半徑公式，得，轉(zhuǎn)角。此時(shí)對(duì)應(yīng)曲柄和16.0tan??0min10?