结构设计方案.pdf

- 1 - 第四届全国大学生工程训练综合能力竞赛第四届全国大学生工程训练综合能力竞赛第四届全国大学生工程训练综合能力竞赛第四届全国大学生工程训练综合能力竞赛 The 4 th National UndergraduateEngineering Training Integration Ability Competition 结构设计方案结构设计方案结构设计方案结构设计方案 Structure Design Scheme 参赛项目 “8”字型赛道场地常规 赛 1 1. .设计思路设计思路 为实现小车做“8”字形绕桩运动，从传动系统、转向机构、调节装置和稳定性等方面进行设计。 传动系统设计 重锤下落的势能通过绕线轴传递给大齿轮，大齿轮与小齿轮配合将动力传递给后轮轴，后轮轴 带动主动轮转动，实现小车的行走。 根据 MATLAB 轨迹仿真结果，设计小车传动比为 1:4，小齿轮齿数取 36，大齿轮齿数取 136。 4/1136/3612=i；式中：12i齿轮传动比（小齿轮齿数与大齿轮齿数比） 。 图 1 图中：1小齿轮2大齿轮3后轮 转向机构设计 为使小车平稳运行，在转向模块中采用带有球铰支连杆的空间 RSSR 机构,绕线轴转动将驱动力 传递给曲柄,曲柄转动并通过连杆带动摇杆前后摆动，摇杆与前轮架固结，从而实现前轮的周期性摆 动，达到绕桩前进的目的。 图 2 无碳小车整体结构示意图图 3轨迹函数图像 学校名称：山东理工大学参赛项目：“ “ “ “8”字型赛道场地常规赛 装 订 线 - 2 - 空间 RSSR 机构尺寸设计如下： 建模求解曲柄 L1 的输入角和摇杆 L3 的输出角之间的关系，建立空间直角坐标系。铰接点 坐标：() 0 , 0 , 0zA，() bbb zyxB,，() ccc zyxC,()0 , 0 , 0 xD 以轮 A 为参考，在小车的运动坐标系中，轮 B 的坐标为()0),( 21 aaB+,C 的坐标为()daC,。 在 matlab 程序中，给各参数赋值，通过不断地对各参数的值进行调整，得出较为合理的轨迹函 数图像，如图 3 所示。 从函数图像中看出，曲线光滑、连续，没有较大的突变，此时的各参数值即为理论上的最优值， 具体值为： 齿轮传动比 12 i为 36/136， 绕线轴半径 1 i为 2mm， 后轮半径 R 为 150/2mm， 曲柄 L1 为 30mm， 连杆 L2 为 110.7mm，转向杆 L3 为 39mm， 1 a为 50mm， 2 a为 50mm，d为 117.5mm。 调节装置设计 针对不同的桩距设定，确保小车准确运行“8”字轨迹，因此，加入调节装置。连杆与两侧的关 节轴承之间分别采用正反螺纹连接， 通过旋进或旋出螺纹改变连杆长度即可实现改变小车前轮摆角； 连杆与转向杆之间选用螺杆固定，通过旋进或旋出螺纹，改变转向杆长度便可改变小车的周期。 稳定性设计 小车底盘为对称结构，零件对称安装在底盘上保证稳定性；底盘经过铣削掉多余材料，减轻其 重量并满足强度要求，保证底盘不易变形；悬挂装置由三根铝棒和一个紧固套构成，保证重锤垂直 下落，避免重锤摆动造成小车倾斜。 () () += += sin cos 21 21 aayy aaxx AB AB += = sincos sincos 1 1 adyy daxx AC AC 产品名称小车共 6 页第 2 页编号 学校名称：山东理工大学参赛项目：“ “ “ “8”字型赛道场地常规赛 装 订 线 - 3 - 2 2. .小车出发定位方案小车出发定位方案 图 4 （1）车选择在木桩一侧发车，发车位置和角度依据桩距计算得到。 （2）为保证发车位置和角度的准确性，以木桩作为参考系，即选取木桩所在位置为坐标原点， 建立如图所示平面直角坐标系，小车的发车位置和角度由坐标值给出。 图中 a 值为主动轮与木桩距离；b 值为前轮转角。 3 3. .总结和体会总结和体会 通过这次小车的制作，我们学到了许多知识，提高了自己各方面的能力，现归纳以下几个方面： 在小车设计过程中， 学会了用 MATLAB、 EXCEL 软件进行力学模型分析， 能熟练使用 SolidWorks、 AUTO CAD 对三维图形和二维图形进行绘制，能将机械原理 、 机械设计的学科知识应用到设计 上，理论联系实际，加深了对理论知识的认知程度。 在小车零件加工过程中，学会了操作车床、铣床、钻床；掌握了激光切割、线切割的加工方 法；学会了零件加工流程、加工工艺最优化，提高了动手能力。 在小车调试过程中，我们反复试验，寻找规律，期间遇到过许多困难，我们没有退缩，通过 小组讨论， 请教老师、 学长， 上网搜索资料等多种途径克服困难,磨练了意志，增强了团队协作能力。 通过这个活动，学到最重要的方面在于创新，前期进行“8”字轨迹的探索阶段比较困难， 我 们查阅大量资料，进行软件仿真逐步探索出最优轨迹，为后期小车制作打下坚实基础。 制作小车过程中还学到了做好一件事要端正态度，坚持不懈的良好思想品质；对制作小车要 有兴趣，这样会激发出新奇的灵感，有助于解决遇到的问题；小组成员要合理分工，相互协作，共 同解决难题。 以上就是我们参加大学生工程训练综合能力竞赛的体会和收获，相信宝贵的经验会有助于一生 的学习。 产品名称小车共 6 页第 3 页编号 学校名称： 山东理工大学参赛项目：“ “ “ “8”字型赛道场地常规赛 装 订 线 - 4 - 小车装配图比例第 4 页 第四届全国大学生工程训练综合能力竞赛 1：2共 6 页 装 订 线 学校名称：山东理工大学参赛项目：“ “ “ “8”字型赛道场地常规赛 - 5 - 图 5 序号零件名称 1定滑轮 2定滑轮轴 3砝码架 4后轮轴 5后轮 6后轮支座 7连杆 8曲柄 9底盘 10前轮支座 11摇杆 12前轮 13微调装置 14前轮支架 15后轮支座 16齿轮 17绕线轴 18砝码支座 19砝码紧固件 小车装配爆炸图比例第 5 页 第四届全国大学生工程训练综合能力竞赛 1：2共 6 页 装 订 线 学校名称：山东理工大学参赛项目：“ “ “ “8”字型赛道场地常规赛 - 6 - 图 6 驱动原理图图 7 转向原理图 1.后轮轴2.绕线轴5. 曲柄6.连杆 3. 大齿轮4.小齿轮7.转向杆 传动设计数据 1.齿轮传动比：23.0140/3212=i； 2.定滑轮传动比：1=定i； 3.砝码下降高度（mm）/小车行走长度（mm）: -3 101.44/Sf=H； 4.小车最大理论行走长度：()mSHH55/f=； 式中12i表示齿轮传动比（小齿轮齿数与大齿轮齿数比） ； 定i表示定滑轮传动比； fH表示砝码下降高度，S表示小车行走长度。 转矩设计数据 各级转矩及摩擦力矩分析： 1.定滑轮起到改变力方向的作用：NGF8.9=； 2.绕线轴所受力矩：mNRGM= 23 10715.11075.18.9绕绕； 3.后轮轴所受力矩：() 12转绕后iMMM=； 4.当小车平稳运行中： 摩后MM2.0=。 5.mNM= 3- 1075 . 0 转 式中：F表示绳上拉力； G表示重物块自身重力； 绕M表示绕线轴所受力矩； 绕R表示绕线轴半径值； 后M表示后轮轴所受力矩； 转M表示转向杆转矩； 摩M表示摩擦力矩。 传动机构展开图比例第 6 页 第四届全国大学生工程训练综合能力竞赛 1:2共 6 页 装 订 线 学校名称：山东理工大学参赛项目：“ “ “ “8”字型赛道场地常规赛 - 7 - 第四届全国大学生工程训练综合能力竞赛第四届全国大学生工程训练综合能力竞赛第四届全国大学生工程训练综合能力竞赛第四届全国大学生工程训练综合能力竞赛 The 4 t