重力感应遥控车设计说明书

2 目录目录 摘要 3 一、 功能. 3 二、 外观. 3 1) 车的外观. 3 2) 遥控器的外观. 6 三、 内部结构. 7 1) 示意图. 7 2) 三维图. 8 四、 电路图. 9 1) 理论电路图. 9 2) 实物电路图. 9 五、 性能估算 10 1) 爬坡性能及电机功率选择 10 2) 最高速度计算 11 3) 加速度性能计算 11 六、 操作方式 13 七、 附录 14 1) 材料清单 14 2) 主要零件图 15 3 摘要摘要 本次设计的题目是遥控车总体设计，设计要求为：整车重量30 度，爬坡速度10 米/分，无线四通道遥控，独立转向，续航力30 分钟， 负重1 公斤，并且满足精度、刚度、强度的要求。 本次课程设计的主要内容有：小车功能设计、小车及遥控器外观设计、内部 结构设计、电路图、性能估算、操作方式等。 一、一、功能功能 我们的“红魔”遥控车的功能有 4 项基本功能：前进、后退、左转、右转。 5 项优化功能：可调速、可充电、可减震、有喇叭、有转向灯。 1 项特别功能：重力感应遥控。 二、二、外观外观 1) 车的外观车的外观 我们的遥控车外形打算采用越野车型，参照了路虎汽车的车型。越野车的高 地盘使我们的大轮子不会显得太突兀，可以与车身完美结合，同时为车子地盘提 供了足够的空间，简单而不失大气。我们还打算在车头安装大灯和转向灯，使我 们的车看起来更加真实。天窗的采用使我们能更方便直观地观察车子的运转。车 身颜色暂定为红色，它是除了黑与白的另一经典色，象征着我们的蓬勃朝气。 4 车身外观草图如下： 图 1 车身外观草图 车身三维图如下： 图 2 车身三维图 车身具体参数： 总长：300mm 总宽：200mm 总高：200mm 质量：2.5kg 5 为了保证车身的整体性， 我们打算通过折叠的方式折出车身大致形状后再进 行细节加工。车身展开图如下： 图 3 车身展开图 6 2) 遥控器的外观遥控器的外观 我们在车上和遥控器分别放上一块单片机用于遥控和控制小车。 遥控器设计 成方形，便于双手握和使用。在遥控器的内部有感应器，通过重力感应来控制小 车的方向。遥控器按钮简约，方便操作,只有一个总开关按钮，一个喇叭按钮。 遥控器外观如下： 图 4 遥控器外观 总开关按钮 喇叭按钮 7 三、三、内部结构内部结构 1) 示意图：示意图： 图 5 内部结构示意图 8 2) 三维图：三维图： 图 6 三维图 1 图 7 三维图 2 轮胎轮胎 舵舵机机 单片机单片机 电机电机 蓄电池蓄电池 9 四、四、电路图电路图 1) 理论电路图如下理论电路图如下 ： 图 8 理论电路图 2) 实物实物电路图如下：电路图如下： 图 9 实物电路图 10 五、五、性能估算性能估算 遥控车性能主要用三个方面的指标来评定：遥控车所能爬上的最大坡度；最 高车速；遥控车的加速度和加速时间。故以下我们从这三方面来估算我们遥控车 的性能。 1) 爬坡性能及电机功率选择爬坡性能及电机功率选择 为保证满足设计的爬坡要求，我们设最大爬坡角度为 37，最小爬坡速度 为 0.3m/s，小车质量 m 为 2.5kg,轮胎半径 R 为 40mm,滚动摩阻系数 f 为 5mm,如 图： 图 10 爬坡示意图 则由平衡方程 加空坡滚驱FFFFF+= 可得： v F P =驱 ；N/RfF=滚； )mgsin(F=坡 ，其中37=；F 空忽 略不计；0F =加。 所以： )mgsin( N/Rf P/v+= 代入数据得： 5.26WP =. 为了保证完成要求，我们选取功率为 6W 的电机，即6WP =. . 注：F驱：小车的驱动力 F滚：小车滚动摩擦力 F坡：小车爬坡阻力 F空：空气阻力 F加：加速度阻力 mg F驱 N F滚 11 2) 最高速度计算最高速度计算 最高速度是指遥控车在平坦良好的路面上行驶时所能达到的最高速度。 数值越大，动力性就越好。故我们假设遥控车在滚动摩阻系数 f 为 5mm，无风 的平直路面上以额定功率匀速行驶。设空气阻力系数 CD 为 0.5。如图： 图 11 最高速度示意图 此时，0F =坡，0F = 加。 所以 空滚驱FFF+=，即 )2/21.15(3.6VA Cmg/Rf P/VmDm+= 其中 A 为小车横截面积，本车为 0.04m2, Vm 为最大速度，CD为空气阻力系数， 解方程得： 1.893m/sVm= 即小车最大速度为 1.893m/s。 3) 加速度性能计算加速度性能计算 遥控车的加速时间 T表示遥控车车的加速能力也形象的称为反映速度 能力。 所以我们这里把遥控车的从静止开始以额定功率加速到最大速度所花的时 间作为加速度的性能指标。故我们假设遥控车在滚动摩阻系数 f 为 5mm，无风 的平直路面上以额定功率加速行驶，设空气阻力系数 CD 为 0.5。如图： F 驱 FN mg F 空 F 滚 12 图 12 加速度示意图 此时0F =坡； 所以， 加空滚驱FFFF+= ，即 ma/21.15(3.6V)A Cmg/Rf P/V 2 D+= 其中，A 为小车横截面积，本车为 0.04m 2, V 为瞬时速度，CD为空气阻力系数，a 为加速度。 解方程可得：1.25-2.4/V-0.00492Va 2 += a 与 V 之间的关系如图所示： 图 13 加速度与速度关系示意图 加速度 a F 驱 FN F 空 F 滚 mg 加速度与速度的关系 -5 0 5 10 15 20 25 00.511.522.5 速度V 加速度a 系列1 13 因为 ma/21.15(3.6V)A Cmg/Rf P/V 2 D+= 即 dt dv m/21.15(3.6V)A Cmg/Rf P/V 2 D+= 代入数据并整理得： 125. 30123. 0 6 5 . 2 2 = v v dv dt 两边积分得： = 893. 1 0 2 125. 30123. 0 6 5 . 2 v v dv dt 解得 5.035st = 即遥控车的从静止开始以额定功率加速到最大速度所花的时间为 5.035s。 六、六、操作方式操作方式 我们在车上和遥控器分别放上一块单片机用于遥控和控制小车。 遥控器设计 成方形，便于双手握和使用。在遥控器的内部有感应器，通过重力感应来控制小 车的方向。即遥控器前倾为前进,后倾为后退；左倾为左拐,同时左转向灯亮起， 右倾为右拐，同时右转向灯亮起。前进速度可通过前倾角度来调节，同理，后退 速度可通过后倾角度来调节，左拐角度可通过左倾角度来调节，右拐角度可通过 右倾角度来调节。遥控器按钮简约，方便操作,只有一个总开关按钮，一个喇叭 按钮。遥控器外观见图 4。车内有电源按钮，开启电源按钮和遥控器总开关按钮 方可操作。操作时要注意遥控器的方位，不可随意颠倒方向！ 14 七、七、附录附录 1) 材料清单材料清单 序号序号 名称名称 类别类别 数量数量 材料材料 备注备注 1 轴承 619-3 零件 4 Q235 GB/T276-1994 2 轴承 S719-5 零件 2 Q235 GB/T292-1994 3 轮胎8030 子组件 4 橡胶 轮胎轴为 3 4 舵机 子组件 1 SG90 5 铅蓄电池 子组件 1 12v 1.3AH 6 370 减速电机 子组件 1 12v 122r/min 7 直线轴5 零件 1 45 8 直线轴3 零件 1 45 9 立式直线光轴支架 SK13 零件 2 45 10 卧式光轴支架 SHF12 零件 2 45 11 线型直线轴承 LM3 零件 2 12 底盘 子组件 1 LY 13 垫片5 子组件 4 LY 规格 1482 14 转向杯 左 子组件 1 LY 15 转向杯 右 子组件 1 LY 16 转向横板 子组件 1 LY 17 转向竖板 子组件 1 LY 18 弹簧8 零件 2 琴用钢丝 长 10 19 六角头螺栓全螺纹 M5 零件 4 Q235 长 16 GB/T5783-2000 20 1 型六角螺母 M5 零件 11 Q235 GB/T6710-2000 21 六角头螺栓全螺纹 M4 零件 2 Q235 长 25 GB/T5783-2000 22 1 型六角螺母 M4 零件 2 Q235 GB/T6710-2000 23 六角头螺栓全螺纹 M5 零件 4 Q235 长 12 GB/T5783-2000