以重力势能驱动的具有方向控制功能的自行小车设计.pptx

第四届全国大学生工程训练综合能力竞赛,以重力势能驱动的具有方向控制功能的自行小车,目录,一 、论述3 1.1 设计功能要求 1.2 整体方案设计 1.3 方案的设计流程 二、方案设计 2.1 车架 2.2 原动机构 2.3 传动机构 2.4 控制机构 2.5 转向机构 三、参数的设定 3.1 传动比参数的设定 3.2 齿轮模数、齿数参数的设定 3.3 凸轮的设计 3.4 其他参数的设定 四、分析与总结 4.1 方案的优缺点 4.2 方案的改进方向,3,一、论述 1.1 设计功能要求 设计一种小车，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得到的，该给定重力势能由竞赛时统一使用为质量为1kg的标准砝码（直径50*60mm碳钢制作）来获得，要求砝码可下降高度为400+2mm,标准砝码始终由小车承载，不允许从小车上掉落如图所示,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，不可以掉下台，障碍物为直径20mm长20mm的2个元棒，相距一定距离在半张标准乒乓球台的中线上，以小车完成8字绕行圈数的来综合评定成绩,1.1.1 8字的实现原理,通过凸轮的间歇运动来实现8字形。 8字的分解：将8字分解，分解由不同段的运动轨迹曲线组成。由此，我们将曲线分解为半圆及间歇运动曲线组成。 后轮只是提供动力：由绳轮带动轴转动，轴带动齿轮旋转，驱动轴带动后轮的轴旋转，将动力提供给后轮，使之向前运动，再带动前轮的转动。 前轮的运动规律：后轮再向前运动，带动转向轮的运动。可见后轮的运动和前轮是独立的，后轮只是提供动力。前轮的转动带动同轴的齿轮的,的旋转，再通过皮带轮使之与一对锥齿轮运动，使得竖直方向上的运动转化为水平面上的运动，输出端的锥齿轮与凸轮之间通过皮带连接，凸轮的旋转使得推杆做往复运动。 小车的控制转向结构 锥齿轮的运动：由输出的锥齿轮通过带轮把动力传到凸轮轴上，使得凸轮轴旋转，凸轮带动推杆的往复运动就使得小车按预定的8字轨迹形轨迹运动。从而实现8字形的运动要求。,1.2 整体方案设计 通过对小车的功能分析，小车需要成功的将重力势能转换为动能、驱动小车自身行走、同时还要能自动避开障碍物。为了方便设计根据小车所要完成的任务将小车划分为五个部分进行模块化设计（车架，原动机构、传动机构、转向机构、微调机构）。为得到最优的设计方案，现在采用扩展性思维设计每一个模块，对每个模块分块设计，在每个模块中寻求多种可行的方案。并在这些方案构思中选择最有方案。,原动机构,传动机构,转向机构,控制机构,车架,二、方案设计,三、参数的设计 3.1 传动比参数的设定 绳轮式的原动方式产生的转动力矩大，不能够直接带动驱动轮使之向前移动，即得采用降速的方式使得有合适的力矩保持正常工作。 轨迹的参数化：将8字形轨迹近似看成是半圆和正弦曲线组合而成。在cad软件上模拟小车形的8字形运动轨迹。在cad的模拟下就可得出预定轨迹的长度。 正弦曲线 圆 8字 我们假定两个障碍物之间的距离为400+2mm，圆的半径为200mm，所以八字的曲线长度为： ac段：x2+y=400 (x400); da段: y=0.2cos(2.5*3.14x) (0x400);,o,a,b,c,d,凸轮机构的设计,又因为我们设定的前轮半径为r=100mm，所以前轮的传动比i1为 一个周期的总路程s 前轮的周长c =2387(100*3.14）=7.5。,其他参数的确定 传动比在机械传动系统中，其始端主动轮与末端从动轮的角速度或转速的比值，机构中瞬时输入速度与输出速度的比值称为机构的传动比. （1） 设定后轮的传动比i2=2；齿轮的模数m=1，大齿轮的齿数为40，小齿轮的齿数为20. （2） 最大摆脚a=37 ,四.分析与总结,4.1 .1方案的优缺点 4.1.1 优点：（1）利用绳轮式原动方式，且绕线轴设计成锥形能够满足不同时刻小车所需的驱动力，机构简单，易于实现。 （2）传动机构为齿轮和带轮传动。工作可靠.使用寿命长，传动效率高。 （3）转向机构为凸轮加+摇杆，加工容易，润滑好，精度高。