本科毕业论文-无碳越障小车设计

本科毕业设计无碳越障小车设计题目无碳越障小车设计学院（系）机械工程学院专业机械设计制造及其自动化二零一五年五月摘要随着全球经济的飞速发展，能源消耗的不断加剧，新能源的研发与节能环保产品的研制，如无碳小车的开发与研制具有十分重大的意义。根据题目要求，拟定了8字形无碳越障小车的总体设计方案，通过机械设计和分析计算，完成了无碳越障小车的结构设计，绘制了装配图和部分主要零件图，通过PRO/E模拟仿真验证了预定功能，并制作出了实体样机，通过实体样机的演示达到了预定功能。关键词无碳越障小车；环保；机械设计ABSTRACTWITHTHERAPIDDEVELOPMENTOFGLOBALECONOMY,ENERGYCONSUMPTIONINCREASING,THEDEVELOPMENTOFNEWENERGYANDENERGYCONSERVATIONANDENVIRONMENTALPROTECTIONPRODUCTS,SUCHASACARBONFREECARDEVELOPMENTHASANEXTREMELYGREATTSIGNIFICANCEACCORDINGTOTHETOPICREQUEST,FORMULATETHEFIGURE8CARBONFREEOBSTACLETHECARSOVERALLDESIGN,THROUGHTHEMECHANICALDESIGNANDANALYSISCALCULATION,COMPLETINGTHEOBSTACLESURMOUNTINGCARWITHOUTCARBONSTRUCTUREDESIGN,DRAWINGTHEASSEMBLYDRAWINGANDPARTOFTHEMAINPARTSDRAWING,VERIFINGTHERESERVATIONFUNCTIONBYPRO/ESSIMULATIONANDMAKINGTHEPHYSICALPROTOTYPE,FINALLYREACHEDTHEREQUIREDFUNCTIONBYTHEENTITYPROTOTYPEPRESENTATIONKEYWORDSCARBONFREECARENVIRONMENTALPROTECTIONTHEMECHANICALDESIGN目录摘要IABSTRACTII1绪论111课题的背景112课题的基本内容及研究意义213课题拟采用的研究方法与手段42无碳越障小车机构方案设计521任务分析522机构设计总功能分解及功能元解523机构方案设计的基本原则624原动机构的分析6241重物锥台轮机构功能元解的优缺点6242重物飞轮机构功能元解的优缺点7243发条弹簧机构功能元解的优缺点7244橡皮筋结构功能元解的优缺点725传动机构的分析8251齿轮传动机构功能元解的优缺点8252皮带轮传动机构功能元解的优缺点826行走机构的分析9261后双轮差速驱动功能元解的优缺点927转向机构的分析9271凸轮推杆机构功能元解的优缺点9272曲柄摇杆机构功能元解的优缺点1028总体方案的确定10281辅助机构之车架机构的分析10282控制机构之微调机构的分析113无碳越障小车机构设计1231原动机构的设计12311重物支撑架的设计12312滑轮的设计12313飞轮的设计1432传动机构的设计14321齿轮的设计15322前后轮的设计16323小车转弯状态分析及前后轮偏距的设计17324传动轴的设计2033转向机构的设计20331凸轮的设计21332推杆机构的设计2234无碳越障小车部分零件的设计24341无碳越障小车底板的设计24342无碳越障小车支架的设计254无碳越障小车的制作2641三维建模与运动仿真2642部分零件的加工制作27421前轮叉架的加工制作27422前轮的加工制作2843无碳越障小车的装配与调试28结论30参考文献31附录32致谢351绪论11课题的背景1无碳越障小车设计是全国大学生工程训练综合能力竞赛的题目。如表11所示,是第三届全国大学生工程训练综合能力竞赛中“8”型小车的全国前二十名。表11第三届全国大学生工程综合能力训练竞赛排名项目1参赛队队号总名次天津职业技术师范大学921合肥工业大学782武汉理工大学893中南大学574巢湖学院825南京航空航天大学916重庆大学587哈尔滨工业大学548西南科技大学769中原工学院6510沈阳建筑大学6811哈尔滨工程大学5312中国石油大学（华东）6213湖北汽车工业学院8314长春工业大学8015南昌航空大学5516北华航天工业学院9617天津大学5618河北工业大学9819重庆交通大学6720现有的无碳越障小车主要由车架、原动机构、传动机构、转向机构、行走机构、微调机构六个模块组成。从六个部件分别对他们的小车进行了分析得出如下结论（1）车架材料都是选用密度比较小的硬质材料（有机玻璃、硬铝等）。（2）原动机构都是通过滑轮悬挂，有些小车的滑轮直径较大而且挂重物的线绳在滑轮上绕数圈。（3）传动机构都是选用小模数的高传动比一级齿轮组来进行传动，这样既能得到较高的传动比又保证传动误差不会太大（4）转向机构大部用凸轮推杆机构和不完全齿轮间歇运动机构和曲柄滑块机构共同控制两种。（5）行走机构分单轮驱动和双轮驱动，多用单轮驱动。（6）微调机构有可调曲柄、曲柄盘，主要目的是为了改变曲柄的长度来改变小车转向的角度从而达到竞赛要求。总结由于小车是纯机械机构控制，所以对零件的加工精度和装配精度要求非常高，而这些高校能够取得如此好的成绩，很大程度上要归功于其精密的加工。另外，机构的正确选用和不断的调试也是他们成功的关键。随着竞赛要求的不断提高，国内无碳越障小车将不断与国际接轨，向着越来越质量轻、结构简单、微调精度高的趋势发展，今后的无碳小车必定能够稳定持续地行走更远的距离，绕过更多的障碍物。但是随着制造精度的增加，小车的制造成本也会随之相应的增加。于是在以后的无碳小车设计制作过程中，应尽最大可能找到一个精度与成本相平衡的点。12课题的基本内容及研究意义本次毕业设计题目为“无碳越障小车”。该题目为全国第三届大学生工程训练综合能力竞赛题目，无碳越障小车前进的动力直接由重物下落过程中减少的重力势能提供，只通过重力势能与机械能的能量转换，使得小车实现前进、转向和调节。无碳越障小车行驶的路线近似于8字，呈周期性变化，而且绕过间距300MM500MM之间的可调障碍物。要求设计一种小车，其结构简单，零件加工简易，传动级数较少，调整单元少且简易。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而得到的。该给定重力势能由竞赛时统一使用质量为1KG的标准砝码（5065MM，碳钢制作）来获得，要求砝码的可下降高度为4002MM。标准砝码始终由小车承载，不允许从小车上掉落。图11为小车示意图。图11无碳小车示意图要求竞赛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，以小车完成8字绕行圈数的多少来综合评定成绩。如图12。图12无碳小车所用乒乓球台及障碍设置图要求经过一定的前期准备后，完成一套符合本命题设计要求的可运行装置，并进行现场竞争性运行考核。设计的作品要提交相关的设计说明书、加工工艺方案、成本分析方案报告和工程管理方案。小车设计过程中需要完成机械设计、工艺方案设计、经济成本分析和工程管理方案报告。命题中的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完整性、正确性、创新性和规范性。命题中的制造工艺能力项要求以综合运用加工制造工艺知识的能力为主。目前全球经济飞速发展，随之带来的环境问题也愈发明显，传统能源逐渐衰竭。鉴于我国持续高速增长的GDP在环境保护、人类健康和工程安全方面，受到由于不稳定经济发展带来的潜在威胁，我国迫切需要将新能源的寻找和利用、工业发展无碳驱动的新时代课题引入现阶段的社会进步中。无碳小车的研制，具有经济、环保、便利等优点，有助于我们找到更为清洁环保的能源、有利的能量转化途径，以及提高能量的利用率。它将对传统能源的逐渐取代具有深远意义。因此我们设计制作无碳小车，希望可以找到新的方法来缓解能源和环保问题。13课题拟采用的研究方法与手段设计阶段将通过对方案进行分析，综合运用运动学、动力学、能量学以及机械设计等模块化分析。把小车的设计分为三个主要阶段功能分析、参数分析与个2性化设计、制造加工调试，见图13。通过每一阶段的深入分析，加诸大量理论参数分析，比较整合，使我们的设计尽可能向着最优化设计靠拢。3功能分析参数分析与个性化设计制造加工调试图13小车设计的三个主要阶段（1）功能模块分析阶段根据对小车的功能要求，我们把小车分为原动机构、传动机构、转向机构、行走机构、微调机构、车架六个模块，进行模块化设计。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。4（2）参数分析与个性化设计阶段应用SOLIDWORKS、PROE对无碳小车进行参数化设计、个性建模以及部分运动仿真。并运用MATLAB，将对方案建立数学模型进行理论分析，借助MATLAB分别进行能耗规律分析、运动学分析、动力学分析、灵敏度分析。再而得出小车的具体参数和运动规律。5（3）制造加工调试阶段制造加工中尽量选择使用标准件，减少制造压力，届时将会使用数控加工帮助制造，部分零件例如凸轮不能自行加工的将在广告公司进行制造加工。鉴于小车受力限度和优化成本，小车将多处采用胶结。通过调整微调连杆长度的方式改变小车的摆角，在试验的基础上验证小车的运动规律同时确定小车的最优参数。2无碳越障小车机构方案设计21任务分析任务要求无碳小车是将重物的重力势能转化为小车的动能，不需要其他装置的控制，以实现小车的自动运行以及小车的自动转弯绕障。故小车的设计显得尤为关键，特别是小车的传动机构和转向机构。6根据对题目的分析，可知无碳小车的设计重点和难点是如何将重物的势能转换为机械能，并驱动小车行走的8字形圈数多以及小车行走过程中如何避开障碍物。其设计思路为查阅相关资料，进行市场调研，写出调研分析报告，拟定将给定重物的势能转换为机械能的结构和小车自动避障的机构，确定小车一个周期行进的路线和长度，确定后轮尺寸和前后轮的传动比，各机构设计，小车车架总体结构设计，小车各零件的设计（包括材料和结构），主要零件配合部分尺寸及公差的确定。22机构设计总功能分解及功能元解无碳越障小车机构设计总功能分解及功能元解见表21。表21小车形态学矩阵功能元解功能元1234A势能转化重物滚筒绕线轮重物飞轮机构发条弹簧机构橡皮筋势能装置B直线分量行走后双轮差速驱动C前轮摆动凸轮推杆机构曲柄摇杆机构不完全齿轮槽轮万向节机构D中间传动齿轮机构皮带轮机构E微调机构可调节螺母可调节连杆更换凸轮更换后轮23机构方案设计的基本原则根据对小车的功能要求，把小车分为原动机构、传动机构、转向机构、行走机构、微调机构、车架六个模块。正式进入机构方案设计时，必须遵守以下的设计选型原则满足工艺动作和运动要求。结构最简单,传动链最短。原动机的选择有利于简化结构和改善运动质量。机构有尽可能好的动力性能。机器操纵方便、调整容易、安全耐用。加工制造方便，经济成本低。具有较高的生产效率与机械效率。24原动机构的分析原动机构的作用是将势能转化为小车的动能。能实现这一功能的方案有多种，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。3机构简单，效率高。241重物锥台轮机构功能元解的优缺点优点成本低廉,结构常见比较熟悉。可以通过改变绳子绕在绳轮上不同位置来改变其输出的动力。滚筒的设计实现了小车的起动和重物的从低速到减速下落，减小了因碰撞而损失的能量，如图21。缺点重锤下降时与小车一同运动，导致重锤下降不稳定间接影响小车行走轨迹的精度；另外因重锤质量不容忽略，导致车子整体质量大，从而与地面间的滚动阻力变大较大，能量消耗较快，行驶最远路程就短。图21滚筒设计242重物飞轮机构功能元解的优缺点优点在储能完毕后，释放能量阶段能做到平稳连续输出，如图22。缺点质量大，占用体积空间大。图22飞轮与后轮轴固连243发条弹簧机构功能元解的优缺点优点在小车运动前已储能完毕，在小车运动时稳定释放能量，如图23。缺点发条在储能和释放能量时都会消耗能量，因而能量有效利用率不高。图23发条弹簧244橡皮筋结构功能元解的优缺点优点成本低廉、橡皮筋质量低，对小车运动过程影响几乎可以忽略。缺点很难精准控制储能大小，能量释放时间过于短暂，零件间容易打滑浪费能量。25传动机构的分析传动概述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，使小车按设计的轨道行驶并行驶得更远。因此要在有限的加工条件下，提高了小车的运行效率和稳定性，传动机构必需传递效率高、传动稳定且结构简单重量轻。251齿轮传动机构功能元解的优缺点优点齿轮具有效率高、适用的载荷和速度范围大、工作可靠、传动比稳定，如图24。缺点但价格较高，且传动距离比较短。图24齿轮机构252皮带轮传动机构功能元解的优缺点优点具有结构简单、可以远距离传动、价格低廉、缓冲吸震无噪音等特点，可使重物下落速度减缓，如图25。缺点其效率及传动精度并不高。图25皮带轮26行走机构的分析无碳小车沿曲线前进时，一对后轮间必定会产生差速，为此，我们采用单轮驱动单轮驱动只利用一个轮子作为驱动轮，另一个为从动轮，驱动轮与从动轮之间的差速是由两后轮与地面之间的运动约束而产生的。7261后双轮差速驱动功能元解的优缺点优点在小车行驶过程中，驱动轮不会打滑，轨迹更为准确。缺点装配时要求同轴心，精度要求高。27转向机构的分析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。现代机械中,可以实现沿“8字形”轨迹运行的机构很少,它们之中大多数为间歇性的机构,如凸轮、曲柄摇杆、不完全齿轮等。271凸轮推杆机构功能元解的优缺点优点适当地设计出凸轮的轮廓曲线后就可以使推杆精准地实现所需的运动规律，而且响应快速，如图26。缺点凸轮廓线与推杆之间为点、线接触，易磨损；凸轮精准制造较困难；需使用额外机构，利用弹簧力与使凸轮与推杆保持接触。图26凸轮推杆机构272曲柄摇杆机构功能元解的优缺点优点连杆机构中的运动副为低副，其运动副元素为面接触，压力较小，易润滑，损耗能量少，且运动副一般是几何封闭，对保证小车行进的可靠性有利。缺点由于连杆机构的运动必须经过中间构件进行传递，因而构件数目多，传动路线长，若加工不能保证适当精度，易产生较大的误差积累，也使机械效率降低。28总体方案的确定利用上述形态学矩阵，理论上可组合出4X1X3X224种方案。而经对各功能元解机构的优缺点分析还有比赛要求的分析后，本组最终定的小车组合方案为A2绳轮机构B1（后双轮差速驱动）C3（凸轮推杆机构）D2齿轮机构，组合方案如图27。图27组合方案图281辅助机构之车架机构的分析因为选择了滚筒绳轮机构，凸轮结构和齿轮结构，所以车身底板上加以支架，使凸轮，齿轮不与车身发生干涉，如图28。图28车身底板图282控制机构之微调机构的分析一台完整的机器包括原动机构、传动机构、执行机构、控制机构。微调机构就属于控制机构，由于本次设计对轨迹精度要求较高，并且上述组合方案机构对于加工误差和装配误差很敏感，小车的行进轨迹可能会发生偏移，加上本次设计要求两障碍物之间的距离在300MM500MM之间变化，因此就必须加上微调机构，对误差进行修正，使小车走一条最优的轨迹。综合各方面的因素，使得小车真正实现微调，我们选用了可调节连杆机构，通过螺栓调节连杆长度，使连着前轮的杆A长度发生变化，进而影响前轮最小摆角，加上改变轮子的直径，使得小车走过的路程发生变化，从而改变“8”字大小的变化，如图29。图29可调节连杆3无碳越障小车各机构设计31原动机构的设计原动机构的设计包括重物支撑架的设计、滑轮的设计以及飞轮的设计。311重物支撑架的设计重物支撑架的作用是固定滑轮，悬挂重物的支架。重物支撑架的设计包括两个部分重物支撑杆和重物支撑架。重物支撑杆支架采用3根M5的碳钢丝杆成等边三角形分布，可以防止重物在下降的过程中晃动，支撑杆的长度为450MM。重物支撑架采用硬铝制成，要求三个孔的相对位置要完全和地板上的三个孔的位置匹配，不然重物支撑杆就会倾斜，影响小车的正常运行。重物支撑板的三个空的直径为6MM，通过螺母在重物支撑杆上固定。支撑架上有三个6MM的孔，用于滑轮的轴的径向定位。重物支撑板的结构，如图31。图31重物支撑架312滑轮的设计小车的原动机构采用滑轮悬挂，其上挂有一根伸缩性较小棉线，在棉线的一端挂有一重块，另一端则缠绕在小车驱动轴的飞轮上，中间悬挂在支撑架上的滑轮上。当重块下落时通过棉线拉动滑轮转动，从而带动飞轮旋转，以此通过传动机构驱动小车后轮旋转，驱动小车向前行驶。滑轮设计成锥形，在起始时原动轮的转动半径较大，起动转矩大，有利起动。起动后，原动轮半径变小，转速提高，转矩变小，和阻力平衡后小车匀速运动。当物块距小车很近时，原动轮的半径再次变小，绳子的拉力不足以使原动轮匀速转动，但是由于物块的惯性，仍会减速下降，原动轮的半径变小，总转速比提高，小车缓慢减速，直到停止，物块停止下落，正好接触小车。小车上的定滑轮由3根直径为6MM的碳钢丝杆支撑，将提供能量的重物通过定滑轮悬挂在有效高度为4002MM的重物支撑架上使其自由落下，为小车前进提供能量。同时保证重物在下落的过程中不会晃动。图32不同力臂时力矩示意图由于质量为1KG的重块（5065MM，普通碳钢）通过棉线绕过定滑轮转动时，在定滑轮上形成一个驱动力矩M，原理如图32所示。由公式FR8可知滑轮半径（动力臂）越大，形成的驱动力矩就越大。根据这个结论，我们可以在保证车身长度一定的前提下，把定滑轮的半径尽可能的取得大的值。为保证重物在下落过程中保持匀速，在滑轮上绕棉线时，在滑轮上多绕几圈，这样可以有效减慢重物下降的速度，提高能量的利用率。图33为滑轮的三维模型。图33小车的滑轮313飞轮的设计驱动机构的作用是将重块的重力势能转化为小车的驱动力，飞轮设计有大直径轮，便于小车启动，重物下落时，直接带动小车轴转动，从而带动小车前进，这种方法很易实现，又方便制作。同时为了防止重物因转向等原因摇摆导致小车侧翻，在重物下落垂直方向上用丝杆固定重物下落轨迹。所以我们的绕线部分直接缠绕在直径20MM的飞轮上使小车行进更加平稳连续，飞轮模型如图34。图34小车飞轮模型32传动机构的设计传动机构方案确定后，需要确定小车传动机构的具体参数，图35为小车机构简图。与轨迹直接相关的小车几何参数有齿轮总传动比；前、后轮半径；前后轴距；驱动轮和转向轮的偏置距离；前轮横杆A；前轮横杆B1前轮；2A杆；3B杆；4滚子；5凸轮；6凸轮轴；7驱动轮轴；8从动轮轴；9后轮图35无碳小车机构简图321齿轮的设计在传动机构齿轮的设计上，采用一级齿轮传动。通过定滑轮带动飞轮，同时带动同轴相连的主动齿轮并将其作为转向机构的基本动力来源，再带动后轮轴上的从动齿轮，将从动齿轮得到的能量作为后轮转动动力来源。7按照传动比的选择原则，同时考虑到小车在行驶时要求传动比准确和加工工艺9性，将传动比初步确定为16，大齿轮齿数为96，小齿轮齿数为16，见表31。即飞轮转一圈车轮转6圈，较大的传动比和后轮直径可以使小车前进更远的距离。表31齿轮参数序号模数齿数中心孔/MM分度圆直径/MM厚度/MM大齿轮0759615723小齿075165126为了减轻小车的重量，将大齿轮确定为3MM厚的片齿轮，质量为硬铝，图36为齿轮的三维模型。选择小模数齿轮可以有效的减小小车前进时的阻力，模数太小又会增加制造难度、加工成本和齿轮的使用寿命。所以，将齿轮的模数确定为075。齿轮通过轴套与轴配合，这样可以保证齿轮的轴向和径向定位。考虑到现有的加工能力，齿轮采用线切割机床进行加工。图36齿轮的三维模型322前后轮的设计建立“8”字轨迹理想模型，如图37。图37“8”字理想轨迹小车由O点出发，依次经过A、B、O、C、D、O完成一个周期，假设两障碍物之间的距离是300MM，及两圆的中心距离是300MM，R150MM故M942RLCDABAOD直线距离，AOD圆轨迹距离471，取平均值4476MM30所以小车一个周期走过的距离9424476218372MM设后轮走4圈为一个周期，则后轮周长为4593MM取后轮直径D150MM，前轮直径D30MM为了减轻小车的重量，将前、后轮的厚度确定为5MM，材料为有机玻璃。323小车转弯状态分析及前后轮偏距的设计当小车向右转向前轮转角为（）时，行驶状态如图38所示。图38前轮右转状态由图38可看出，设小车前轮转弯半径为R1，后轮驱动轮转弯半径为R2，根据速度关系有（1）212DBAVREWR（2）1TANAVLE（3）11COSIBRTT当小车向左转向前轮转角为时，行驶状态如图39所示2T图39前轮左转状态此时小车与向右转弯时有类似的几何关系，可得（4）2TANAWRVLE（5）22COSIBTT简化模型的轨迹方程A点和B点在前轮转角为（）时的瞬时速度，三轮车的模型可以简化为二轮车，即自行车的模型。设二轮小车某一时刻前轮转角为（），A代表驱动轮轴心，B代表转向轮轴心。在一个微小的时间段DT内，小车由移动AB，如图所示。当忽略二阶小量D2后，图310可以表示为如图311所示。图310模型实际转弯状态图311忽略高阶小辆模型转弯状态由图311可得出（6）ADVT（7）/COSDBAT（8）SINIL联立（6）（8）（9）TAAVDDT（10）222NATL可见是二阶小量，图311的忽略是合理的。D据此可得与时间的关系，以下在直角坐标系中求小车简化模型的轨迹方程。某时刻小车方位，DT时刻后小车位于AB，如图312所示。图312直角坐标下DT时间内小车的转弯状态由图312可得（11）COSDXA（12）TANY结合（2）式、（4）式，以，为初始状态，可得小车简化模型中A点，即小车驱动轴上A点的轨迹方程130COSTAXVDT14ANYX基于小车车身上任意点在相同时刻的变化相同，不仅A点轨迹可以得到，其他点也可以用相似的式子得到。如驱动轮轴心点D轨迹参数方程为150COSTDXVDT16ANYX转向轮与后轮轴轴心距D170驱动轮A与转向轮横向偏距A185；驱动轮B与转向轮横向偏距A285324传动轴的设计由于小车是一级齿轮组传动，凸轮推杆机构转向，所以我们只需要两根传动轴，这样既减轻了小车的质量又减小了传动误差。两根传动轴的材料选用硬铝，采用阶梯轴的方式对轴上零件进行轴向定位，另外利用轴套对齿轮和后轮进行径向定位。图313轴上零件的布置两根传动轴的中心距公式得21）（ZMA0426975Z小车轴上零件的布置如图313所示。33转向机构的设计转向机构的选择是无碳小车设计的关键部分，这直接决定着无碳小车的使用功能。转向机构的结构也同样需要尽可能的减少摩擦和耗能，机构的结构设计简单，零部件易制作加工等基本条件，另外还需要有特殊的运动特性。该机构的功能要求能够将旋转运动转化为能满足小车转向要求的来回摆动，带动前轮来回转动以实现拐弯避过障碍物的功能，所以我们选择的是凸轮推杆机构来作为转向机构，转向机构的材料全部为有机玻璃。331凸轮的设计凸轮设计凸轮作顺时针方向转动,从动件运动方向过凸轮盘中心线，从动件在推程作等加速等减速运动,在回程作余弦加速度运动。由于传统的反转法和MATLAB设计凸轮较为麻烦，所以通过利用三维设计软件SOLIDWORKS的TOOLBOX工具箱做凸轮机构的设计，通过凸轮基本参数建立凸轮三维实体模型，可得到准确高精度的凸轮，省去了求轨迹点的步骤。1所以由小车走过的轨迹将小车分为4小段，即AB471；BOC4243；CD471DOA4243。算出凸轮推程运动角9216、回程运动角9216、远休止角8784、近休止角8784、推程471、回程471、设置行程H20，基圆半径18。通过SOLIDWORKSTOOLBOX凸轮设计，输入各参数如下基圆半径R018MM滚子半径RT4MM推杆行程H20MM推程运动角9216远休止角S8784回程运动角9216近休止角S8784从动件基本运动规律多项式一般形式20113226NNSCCVWA式中，C0,C1,C2,CN为待定系数，根据凸轮工作要求由边界条件确定。对于多项式类运动规律，当N2时，从动件按等加速等减速从动件运动规律运动，因此二次多项式运动规律也称等加速等减速从动件运动规律，其位移为凸轮转角的二次函数，位移曲线为抛物线。二次多项式运动规律（等加速等减速从动件运动规律）在多项10式运动规律中，令N2，则有A推程边界条件求解从动件在推程的运动方程前半阶段（等加速阶段）后半段（等减速阶段）。B由推程边界条件求解从动件在回程的运动方程前半阶段（等加速阶段）后半段（等减速阶段）。SOILDWORKSTOOLBOX参数化凸轮实体建模按照步骤，在SOILDWORKS菜单栏中选择TOOLBOX工具栏TOOLBOX凸轮实体参数化建模1【设置】说明1）推杆类型当推杆与凸轮回转中心无偏心时选择【平移】即可。如有偏心点击右侧的【】调相应的方向并输入参数即可。2）推杆直径此处直径在三维生成时反应为凸轮“滚子直径”。3）开始半径开始半径即为“基圆半径”。2【运动】将已知条件的参数输入如图。3【生成】1）输入其他相关参数说明1）通孔直径通孔直径即为凸轮与机架相链接的内孔直径。2）分辨率和数值分辨率即为凸轮生成的精度，分辨率越大凸轮曲面连接越光顺且精度更高，但高分辨率对计算机的要求随之更高。3）轨道曲面在此选项卡内有盘形凸轮的3种形态。盘形内凸轮、盘形外凸轮、盘形槽凸轮。2）点击生成即可绘制出如图314凸轮的三维实体模型。图314凸轮三维实体模型332推杆机构的设计推杆机构的设计包括推杆的设计和推杆固定件的设计（1）推杆机构的设计。图315前轮摆角由设计好的凸轮行程可知，C10MM，通过计算得到小车最小摆角为，如图37O315所示。故可得到A杆的长度为17；B杆的长度由最终装配决定，得B83。（2）推杆固定件的设计，如图316所示。图316推杆固定件推杆固定件与推杆之间需要弹簧力使凸轮与推杆保持接触，弹簧受力分析最初力矩,按照机械传递效率为80计算。则传递到凸轮上的力FRM812；NFMAS620151R4882IN弹簧受力分析由式得，XKFMNMAS/60K/16IN则取弹簧的劲度系数为皆满足条件。MN/60/35为了方便地用数学工具分析小车运行的轨迹，且不会造成重大误差，本文对小车计算模型做5点假设1、考虑到在较低的运行速度下，惯性力的作用及车身自身的角速度等都可忽略；2、小车运动过程中，车轮在地面上纯滚动；3、认为地面绝对平整，即假设小车只做平面运动；4、小车作等速运动，不考虑切向力和空气动力的作用；5、忽略转向系统的制造误差影响，直接以前轮转角的计算结果作为输入。34无碳越障小车部分零件的设计小车零件总体来说结构要简单易于加工。零件我们基本用铝件，这样不仅质量较轻，而且硬度高，刚性好，前后轮材料为有机玻璃。小车各零件的设计，涉及到结构、形状大小与相对位置尺寸，要求结构简单紧凑，加工难度适中，易于装拆，材料购买方便，成本较低。相关零件的设计如下13（1）小车车身、支架上端的定滑轮、承重支座均采用铝板，材料轻便、强度足够，采用整体降低重心、前轮相对地面位置抬高的方法，合理分配重心，避免小车前进过程中由于摩擦力过大、转向打滑、加速度过快等原因造成的翻车。（2）支架采用M5的碳钢丝杆，上端是固定定滑轮的铝架，定滑轮为铝制品。（3）前后轮由有机玻璃制成，其拉伸强度、耐磨性都强于一般的材料，摩擦系数较小利于小车实现转向。两后轮间距较小，前轮采用5的轴和轴承相配合。在调试过程中发现，为使小车的转向更灵敏，需要将车轮两侧磨出45度的倒角。（4）选择齿轮材料时，考虑齿轮所承受的冲击载荷和磨损等问题，采用硬铝。（5）小车前轮与轴为了减少摩擦，相互之间安装轴承，前轮与轴的配合为过盈配合，后轮与轴采用过盈配合。14（6）小车车轮采用轴套与轴连接，增大了它们的接触面积，减小了车轮的晃动。341无碳越障小车底板的设计小车所有零部件均以底盘为基础进行装配，车身各部件主要采用胶结与形锁合进行连接的方法，使小车便于安装、拆卸、调整。为了降低摩擦提高旋转精度，小车前轮叉架、前轴、后轮轴以及滑轮上均装有球轴承，轴承与支撑零件均采用过盈配合。图317为小车底板模型。图317小车底板模型342无碳越障小车支架的设计小车的支架包括前轮支架和后轮支架，都采用有机玻璃制造，支架与底板的连接采用胶结形锁合，方便拆卸。前、后轮支架的结构设计分别如图318和319所示，支架凸出的部分可以增加与底板的接粗面积以增加支架的稳定性，支架的孔与轴承的配合采用基轴制过盈配合。14图318前轮支架模型图319后轮支架模型4无碳越障小车的制作41三维建模与运动仿真小车的运动仿真可以验证我们对小车的结构设计以及各机构的选择是否正确。通过对小车的整体以及各部分的设计，我们已经有了无碳小车各个部分的参数。并进行了运动仿真，对我们的设计进行了验证。结果是我们的机构选用以及对小车的机构设计是可行合理的。通过以上设计，我们成功地建立了小车的三维模型，并对结构进行了合理性的修改，同时进行了运动仿真，以帮助了解小车的运动方式和运动规律。小车的三维模型如图41所示。图41小车三维模型42部分零件的加工制作大部分零件都是由我们自己加工，共使用了数铣、线切割、数车、普车、钳工7大工种，其中，数控车床、数控铣床、普通车床加工（后轮轴、齿轮轴、前叉、齿轮套筒、后轮套筒、绕线筒），线切割加工（大齿轮、小齿轮），激光雕刻加工（底板、前后支架等各类有机玻璃零件），钳工车间装配（钻孔、攻丝、组装）。421前轮叉架的加工制作前轮叉架是与转向龙头、连杆和凸轮一起构成周期转向机构。要求有（1）必须具有对称性在装上前轮后要求轮子不会歪，且恰好处于前叉叉架的中心位置因此对前叉用了两个对称度进行约束。（2）前轮叉架上装配有轴承，与轴承约束的圆柱面，采用基孔制的过度配合，轴的精度为IT6。（3）5的轴端与转向横梁配合，一般钻孔时孔都会比钻头大一些，所以这里采用基轴制精度为IT7。4为保证便于拆装，槽口处粗糙不宜太大，所以RA08。根据前轮叉架的结构特点和技术要求，多数表面的加工都选择外圆和端面作为定位基准。这样选择的优点是基准统一，而且大多数表面的定位基准与设计基准重合，可以避免基准不重合误差，有利于保证加工精度。图42为前轮叉架零件图。图42前轮叉架零件图前轮叉架的作用是支撑龙头导向和固定前轮。左边的阶梯轴可以分别对龙头、前轮支撑架进行轴向定位，同轴度要求高。右边的叉架用于对前轮的固定，对称度要求高。对其工艺编排如下（1）夹外圆，车端面，车外圆25,长度为80MM。（2）车外圆6长30；然后车螺纹M5长12。（3）切断反向装夹修另一端面，使工件长79。（4）夹持外圆8，铣矩形面外形尺寸2015到位，铣槽10深26尺寸到位。（5）取下用虎钳装夹已加工平面，钻孔半径为25深5的半圆尺寸到位。422前轮的加工制作无碳小车要求转向灵活、平稳，所以该前轮的主要技术要求有（1）加工精度5采用49的钻头进行加工，该尺寸与轴承配合。（2）位置精度35的轴心线与5的同轴度要求为010MM。图43前轮零件图图43小车前轮零件图。根据无碳小车前轮的工艺分析对前轮的工艺做如下编排（1）平端面，车外圆35，倒角。（2）打中心孔，钻5孔，倒角。（3）切断，长度尺寸为5MM。（4）倒角，去毛刺，终检。43无碳越障小车的装配与调试小车所有零部件均以底盘为基础进行装配，主要采用胶结形锁合进行连接，方便拆卸和调整，部分零件为了便于定位，采用了螺钉锁紧的方法。为了降低摩擦提高旋转精度，小车前轮叉架、驱动轴、后轴以及滑轮上均装有轴承，轴承与支撑零件均采用过盈配合。小车装配好后，需要一定的磨合时期，并且要不断探索初始位置与轨迹路线的规律。小车对跑道要求比较高，必须是木质地板，因为木地板的摩擦因数较小，还有木地板安装时一定要保证水平。小车要跑出一条固定的8字形轨迹最重要的是需要一个固定而且准确的起始位置。（1）小车在调试过程中遇到了如下问题，主要是无碳越障小车受外界因素的影响较大，比如地板摩擦力大小、地板的水平度。无碳越障小车的能量利用率低。2装配精度不能够很好控制，由于小车对精度的要求较高，在现有设备及装配3条件下，我们并不能很好的达到装配需要的要求。特别是在连杆长度的调节时，误差较大，而且不能很好的做到定量调节，容易出现卡死现象。小车的后轮与底板之间有较大距离，如果碰到障碍物后，障碍物有时会卡4在后轮与底板之间，影响小车的前进。（2）经过不断的探索，找到了优化改进的方法通过大量重复性实验和调试，积累经验，寻找规律。1适当改变绕线筒的尺寸，以适应各种不同摩擦的地板，使小车能稳定的行驶2更远距离。造成小车稳定性不高的主要原因有零件之间连接不够牢固，齿轮间隙过大以3及轴承自身内圈与外圈的松动。针对这些原因，检查各零件间的连接是否需要粘接加固，选用适当螺距的螺钉及板牙，提高齿轮的加工精度，选用高质量的轴承以提高稳定性。零件加工方面，在现有设备的条件下，改善加工工艺，有利于提高加工精度；4零件装配方面，请有经验的钳工老师负责组装，以提高装配精度及稳定性。适当加润滑油及石油醚，减小因小车自身摩擦而消耗的能量。5适当减小部分零件尺寸，让小车在不影响性能的情况下拥有最轻质量，以便6获得更多动能。通过讨论研究决定将后轮直径减小，从而减小小车行驶振幅和力矩，让小车7便于启动和行驶更远距离。结论综上所述，结论如下针对毕业设计题目要求拟定了无碳越障小车的总体设计方案，通过计算分析完成了无碳越障小车的结构设计，绘制了装配图（见附录1）和部分零件图（见附录2附录4），通过PRO/E模拟仿真验证了预定功能（见附录5），并制作出了小车实体模型（见附录6），通过实体模型的演示达到了预定功能。所设计的无碳越障小车通过PRO/E模拟仿真和小车实体模型演示达到了预定功能，对同类产品的研发和制造具有一定的实用价值和生产指导价值。参考文献1全国大学生工程训练综合能力竞赛组委会2013HTTP/WWWGCXLEDUCN/HTML/HISTORY/2李靖华模块化的多学科方法论思考J科研管理20073魏朗，余强现代最优化设计与规划方法M北京人民交通出版社20054龚雪飞，赵鹏飞，刘述亮无碳小车设计说明书2012HTTP/WENKUBAIDUCOM/VIEW/B98A170976C66137EE06197AHTML5胡红英，于金普，包耳大连民族学院学报20136李玉坷，杨宝柱中国科技博览20137胡越铭，高德文，张瑞，张欣，高轩北方工业大学学报20148哈尔滨工业大学理论力学教研室理论力学7版高等教育出版社20079机械设计手册编委会机械设计手册M北京机械工业出版社200410郭卫东主编机械原理北京科学出版社201011李世文，赵海龙，何欣，赵鹏飞电子制作201412濮良贵,纪名刚机械设计8版北京高等教育出版社200613李天培工程材料与热处理M哈尔滨哈尔滨工程大学出版社201114王伯平主编互换性与测量技术基础3版机械工业出版社2008附录附录1无碳越障小车装配图（图号WTYZXC0101）附录2前轮叉架零件图图号WTYZXC0102附录3后轮轴零件图图号WTYZXC0103附录4凸轮轴零件图图号WTYZXC0104附录5无碳越障小车三维仿真模型附录6无碳越障小车实体模型致谢通过本次毕业设计，我学到了更多关于产品调研、设计、制作以及到调试过程的知识。这是一个相当繁琐复杂的过程，需要相当的耐心和毅力。只有通过不断设计，不断改进，才能得到科学合理、实际可行的设计方案。小车的制作花费了不少精力，为了制造有些零件，我又学习了几个新机器的使用，以前学过的操作过程也熟悉了许多。我发现了只有实践才能发现问题，解决问题，理论与实践总是有很多差距。其次，本次毕业设计对于提高个人动手能力、综合性思维能力也有莫大帮助，对于今后的学习、工作能力的提高都有很大的帮助，所学到的综合创新实践和科学实验方法是这次毕业设计最大的收获和财富，将终身受益。时间如白驹过隙，四年的大学本科学习生活就要过去了，在论文即将完成之际，我要衷心的感谢所有指导、关心和帮助我的老师和同学。因为有你们的帮助，这次毕业设计才能顺利完成。首先感谢张建平老师在整个毕业设计过程中的悉心指导，在毕业设计完成的过程中，张老师给了我很多的指导和启发。与此同时，我还要感谢C区工程实训中心的杨涛老师和金国良老师，在我制作实物的过程中为我提供的帮助。这次毕业设计用到了我在大学四年里学到的很多知识，感谢大学四年来为我传道授业的老师们。您好，为你提供优秀的毕业论文参考资料，请您删除以下内容，O_O谢谢ANATIONALSURVEYWASRECENTLYLAUNCHEDTOEVALUATETHEEYEHEALTHOFCHINESECHILDRENANDTEENAGERSONJUNE6,CHINASANNUALNATIONALDAYFOREYECARE,THECHINAYOUTHDEVELOPMENTSERVICECENTERANDZHEJIANGMEDICINE,ALEADINGLISTEDCHINESEPHARMACEUTICALCOMPANY,JOINTLYANNOUNCEDTHEKICKOFFOFTHESURVEYINABOUTONEMONTH,AQUESTIONNAIRECOMPILEDBYTOPEYECAREMEDICALEXPERTSINCHINAWILLBEDISTRIBUTEDTHROUGHMULTIPLEONLINEPARTNERS,INCLUDINGHEALTHSOHUCOM,ASWELLASTHROUGHOFFLINESURVEYEVENTSHELDINUNIVERSITIES,MIDDLESCHOOLSANDPRIMARYSCHOOLSACROSSTHECOUNTRYAREPORTWILLBERELEASEDBASEDONTHESURVEYSTATISTICSANDANALYSIS,ANDMOSTIMPORTANTLY,GUIDELINESFORPARENTSANDYOUTHONHOWTOCAREFORTHEEYESANDPREVENTMYOPIAAGROWINGPROBLEMINCHINASDIGITIZEDSOCIETY,WILLALSOBEATTACHEDONTHEREPORT“MYOPIAISNOTONLYADISEASETHATMAKESPEOPLESEETHINGSBLURRILY,BUTALSOLEADSTOSEVERECOMPLICATIONS,SUCHASGLAUCOMAINCREASEDPRESSUREWITHINTHEEYEBALL,ANDCANCAUSEBLINDNESS,“SAIDZHOUYUEHUA,ANESTABLISHEDEYECARESPECIALISTWITHBEIJINGTONGRENHOSPITAL“ITISVERYIMPORTANTFORPARENTSANDCHILDRENTOKNOWABOUTTHERISKANDCAREFORTHEIREYES“THEREAREABOUT450MILLIONMYOPIAPATIENTSINCHINAAMONGCHINESEMYOPIAPATIENTS,30MILLIONARESEVEREPATIENTS,ACCORDINGTOZHOUTHEPREVALENCEOFMYOPIAAMONGHIGHSCHOOLANDCOLLEGESTUDENTSISMORETHAN70PERCENT,ANDTHESITUATIONISCONTINUOUSLYWORSENING,HEADDEDSUNZHU,DIRECTORWITHTHECHINAYOUTHDEVELOPMENTSERVICECENTER,SAIDLONGHOURSOFSTUDY,LACKOFEXERCISE,ESPECIALLYOUTDOORACTIVITIES,ANDATTACHMENTTOELECTRONICSCREENARESOMEOFTHETOPREASONSBEHINDTHEWIDESPREADMYOPIAPROBLEMS,ANDTHEINCREASEOFYOUNGERPATIENTS,ALTHOUGHCHINAHASMADEGREATPROGRESSINIMPROVINGTHEHARDWAREFACILITIESANDLIGHTINGCONDITIONSINSCHOOLSHESAIDHEHOPESTHESURVEYWILLALERTPEOPLEONTHETHREATENINGSITUATION,ANDALSOHELPMEDICALEXPERTSTOBETTERGUIDELINEPARENTSANDCHILDRENSBEHAVIORSTOCAREFOREYES,BASEDONTHETIMELYANDFACTUALSTATISTICSTHESURVEYCOLLECTEDASERIESOFFOLLOWUPEVENTSWILLALSOBEHELDINSIXCITIES,INCLUDINGJINANINSHANDONGPROVINCE,ANDCHANGSHAINHUNANPROVINCE,TOEDUCATEPEOPLEONHOWTOCAREFOREYESAFTERTHESURVEYSTARTEDMOREANDMORECHINESEAREJOGGINGTOGETANDSTAYFITMOSTJOGGERSWILLRUNALONE,BUTSOMEWILLJOGWITHFRIENDSOREVENCOACHESTHEBEIJINGOLYMPICFORESTPARKISONEOFTHEMOSTPOPULARSPOTSITISPACKEDWITHRUNNERSINTHEAFTERNOON,USUALLYAFTERWORK,ANDATWEEKENDSJOGGINGAFTERAWHOLEDAYSWORKCANBEAWAYTOUNWINDITISTRUEFORHEWENJUN,WHOSEWORKPLACEISRIGHTNEARTHEFORESTPARKSHEDISCOVEREDHERATHLETICAPTITUDEATTHEAGEOFSEVEN,WHENSHEBEGANPLAYINGTENNISTHENSHETURNEDTOJOGGING,ANDSHEHASPERSEVEREDWITHITFOR10YEARS“ICOMETOJOGALMOSTEVERYDAYAFTERWORK,WHENEVERIHAVETIMEITHINKJOGGINGISGOODFORM