无碳小车结构设计方案.doc

第五届全国大学生工程训练综合能力竞赛The 5th National Undergraduate Engineering Training Integration Ability Competition 结构设计方案Structure Design Scheme编 号（此栏由赛务工作人员填写） 学校名称：湖南文理学院芙蓉学院 参赛项目：无碳小车S型赛道装订线第五届全国大学生工程训练综合能力竞赛The 5th National Undergraduate Engineering Training Integration Ability Competition 结构设计方案Structure Design Scheme参赛项目无碳小车S型赛道1、设计思路1.根据能量守恒定律，物块下落的时能直接转化为小车的动能，推动小车前进，此时势能的损失最小，故小车前进的动能应有物块的势能直接转化。2.设计要求小车有自动避障的功能，小车的前进路线呈中周期性变化，但是当小车转向时速度有损失，故其前进路线需要通过精确计算得到.3.需要对小车的结构进行分析，综合考虑小车的加工工艺，成本，使得到的产品设计合理。4.在设计的时候需要尽量减轻整车的质量，对小车进行受力分析，保证其行驶过程中运动平稳。2、小车出发定位方案 小车在运动中，其运动轨迹简化为余弦曲线图像，通过小车的传动比以及转向装置曲柄的长度计算出余弦曲线的幅值，将小车放置于幅值处。 将障碍物的方向定为Y轴，X轴在水平面垂直于Y轴，画出小车前进路线轨迹，将障碍物在轨迹图中，找到能通过的位置，量取此时Y轴与小车出发的幅值处即为小车出发点。3、总结和体会（字体，宋体，五号，行距为固定值20磅，阅后删除） 在无碳小车设计，制作，调试过程中，使我们在实践中了解体验机械设计生产过程，提高了我们实际的动手能力，增强了我们的专业素养，是我们对于加工工艺，零件设计，机械装配有更加深厚的了解。 在团队中我们学会了团队协作，学会融入团队，带领团队，精诚协作。 同时也积累了机械设计，制造的经验，为将来走入社会，为国家社会做贡献打下基础。产品名称 小车共 7 页第 1 页编 号学校名称：湖南文理学院芙蓉学院 参赛项目：无碳小车S型赛道装订线- 2 - 第五届全国大学生工程训练综合能力竞赛The 5th National Undergraduate Engineering Training Integration Ability Competition 结构设计方案Structure Design Scheme参赛项目无碳小车S型赛道4、结构设计创新特色说明 小车设计一定要做到目标明确,通过对命题的反复研究得到一些启发,今年的命题相对于往年,有较大的改变,规则改为经现场公开抽签，在200300mm范围内产生一个“S”型赛道第一轮障碍物间距变化值和变化方向。 竞赛小车在前行时能够自动绕过赛道上设置的障碍物，如图2。赛道宽度为2米，障碍物为直径20mm、高200mm的圆棒，沿赛道中线从距出发线1米处开始按间距1米摆放，摆放完成后，将偶数位置的障碍物按抽签得到的碍物间距变化值和变化方向进行移动（正值远离，负值移近），形成的即为竞赛时的赛道。这样一来就不能借鉴往年的方案,同时还必须综合考虑材料、加工、制造、成本等各方面因素考虑。小车的传动比和转向机构的设计是小车性能的关键。在设计方法上我们借鉴参数化设计，优化设计，系统设计等现代设计发明理论，采用CAD,PROE等软件辅助设计设计流程如下图：产品名称 小车共 7 页第 2 页编 号学校名称：湖南文理学院芙蓉学院 参赛项目：无碳小车S型赛道装订线第五届全国大学生工程训练综合能力竞赛The 5th National Undergraduate Engineering Training Integration Ability Competition 结构设计方案Structure Design Scheme参赛项目无碳小车S型赛道次s型赛道规则发生变化，障碍物有等距变为两个障碍物变为一个周期，经过我小组成员讨论研究决定使用四杆机构，由曲柄带动推杆，再由推杆带动转向杆使得前轮在前进过程中左右偏转带动小车完成转向使其行动轨迹为余弦函数图像。由于周期内障碍物之间不等距，所以需要增大曲柄的转矩，增大运动轨迹振副，其中杆与杆之间的链接选用球面副，这样可以减少运动中的摩擦力。 在传动方面我们采用齿轮传动，应为齿轮传动稳定，可靠。我们采用2根轴，轴设计成阶梯轴，这样可以限制轴的横向运动。原动轴驱动曲柄使前轮转向，再通过齿轮带动从动轴驱动后轮前进。由于在行进过程中需要拐弯，则当拐弯时两个后轮行进的距离比相等，但是所用的时间必须相等，则两个轮子在拐弯的时候速度必然不相等，只需要差速装置来实现。故我将后轮设置为单轮驱动，另一边设为从动轮，这样在地面约束的情况下能实现差速行驶。且结构简单可靠产品名称 小车共 7 页第 4 页编 号学校名称：湖南文理学院芙蓉学院 参赛项目：无碳小车S型赛道装订线- 7 - 小车装配图比例第 5页第五届全国大学生工程训练综合能力竞赛1:3共 7 页 装订线学校名称： 湖南文理学院芙蓉学院 参赛项目：无碳小车S型赛道小车装配爆炸图比 例第 6 页第五届全国大学生工程训练综合能力竞赛1:3共 7 页装订线学校名称：湖南文理学院芙蓉学院 参赛项目：无碳小车S型赛道传动设计数据各级传动比：转向机构：1：3远动装置：1：4砝码下降长度（mm）/小车行走长度（mm）: 1/32小车最大理论行走长度：12800mm小车距出发线最大理论距离：8570mm转矩设计数据各级转矩及摩擦力矩分析：使小车前进的三个轮子大小，材料不同需要综合考虑，由摩擦理论知道摩擦力矩与正压力的关系为M=N-（相同材料值相同）。滚动摩擦力f=M/R=N*/R，故轮子越大小车受摩擦阻力越小，应优化车轮尺寸。小车在转弯过程中后轮存在差速，所以应采用单轮驱动，这样实现差速，效率较高。在齿轮传动中存在法向力Fn分解