8字无碳小车设计【创新设计】【环保低碳小车】
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创新设计
字无碳
小车
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8字无碳小车设计【创新设计】【环保低碳小车】,创新设计,字无碳,小车,设计,创新,环保
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机械与电气工程学院无碳小车“8”形运动轨迹设计报告项目性质：日期：项目分组：目录1、 绪论2、 小车方案设计3、 数据分析及方案评估效果4、 后期总结附：小车零件图、装配图（图示详见solidworks文件）1、 绪论1. 设计简述a. 设计背景：在学院学期工程实训阶段设计并制造一辆根据重物下落带来的重力势能作为驱动能量的具有一定控制转向功能的小车。时间要求为两个学周，包括实训动员，实训方案初次答辩，车间实际制造及最后答辩和实物展示。B.设计具体要求设计一种小车，根据能量转换原理，将重力势能转化为小车的动能，使其能够驱动三轮小车行进及转向，且在规定场地上能够自动规避障碍物进行“8”字形行进。小车的动力来源来自于重力势能（约为5J）的转换，势能由5065mm的砝码（质量为1kg的普通碳素钢）提供，落差4002mm。重物落下后，需被小车承载并同小车一起运动，不允许掉落。小车须有可调节的装置用于调节适应障碍物的间距。如图一小车简单示意图。图一小车示意图2. 场地要求场地为半张乒乓球桌（13701526mm），障碍物为直径20mm、高200、的多个圆棒，圆棒之间的距离为300到500mm.3. 整体设计要求小车设计过程中需要完成：结构设计方案、工艺设计方案、成本分析和工程管理方案设计。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。设计能力项要求对作品的设计具有创新性和规范性。2 小车方案设计1. 小车底板设计底板不用承受很大的力，精度要求低。考虑到重量加工成本等，底板采用3mm的铝板加工制作下图所示的几何形状，上面的孔的位置是小车其它零件的装配位置。工程图如下：2. 原动机构设计原动机构的作用是将重块的重力势能转化为小车的驱动力。能实现这一功能的方案有多种，就效率和简洁性来看绳轮最优。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，如果重块竖直方向的速度较大，重块本身还有较多动能未释放，能量利用率不高。（3）.由于不同的场地对轮子的摩擦摩擦可能不一样，在不同的场地小车是需要的动力也不一样。在调试时也不知道多大的驱动力恰到好处。因此原动机构还需要能根据不同的需要调整其驱动力。（4）.机构简单，效率高。因此在充分考虑了设计要求后，我们采用了绳轮机构，其简单实用的特性符合我们的现实情况。传动机构的示意图如下其中，对于绕线轴的设计也考虑了实际制作过程及以后的调试过程中对于驱动力大小的不同，因此必须要能改变绕线轴的直径，以此作为调节小车原动机构的驱动力大小，具体分析有如下几种考虑：1，刚开始牵动绳为小车提供动力的部分是梯形圆柱的粗端，这样能为小车提供较为快捷的动力。2，下落物体不可避免的会和小车发生碰撞，这样当物体快要和小车碰撞的时候牵动绳已绕到了梯形圆柱的细端，这样能减少物体的下落速度，减少物体和小车碰撞的能量损失。3.梯形原动轮的设计实现小车的起动和物块的从低速到减速下落。减小因碰撞而损失的能量。4.利用公式M=F*R,当力一定是R越大矩就越大，转动的就越快车启动的就快；当M已达到一定的大少保持不变R变小，F就会增大，从而使物快减速。 （ 绕线轴示意图）3. 传动机构设计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。要使小车行驶的更远及按设计的轨道精确地行驶，传动机构必须传递效率高、传动稳定、结构简单重量轻等。因此根据设计的要求，我们直接选择了较简便的传动机构：不用其它额外的传动装置，直接由动力轴驱动轮子和转向机构，此种方式效率最高、结构最简单。其中原理主要是通过绕线轴使得轴转动，带动齿轮组的转动的同时，驱使转向机构完成特定的运动目的。其中，设计示意图如下：4. 转向机构设计转向机构的设计是本次小车设计方案最为重要的一步，同样也是无碳小车完成设计运动轨迹的核心部分。因此我们考虑了各方面的因素，商量决定采用了较简单的偏心圆盘+摇杆的转向机构。其优点在于：运动副单位面积所受压力较小，且面接触便于润滑，故磨损减小，制造方便，已获得较高精度；两构件之间的接触是靠本身的几何封闭来维系的，它不像凸轮机构有时需利用弹簧等力封闭来保持接触。在本小车设计中由于小车转向频率和传递的力不大故机构可以做的比较轻，可以忽略惯性力，机构并不复杂，可以再连杆两端装上关节轴承来减小摩擦和约束范围并增大活动空间。走“8”字需要一个间歇的驱动机构，我们采用双联缺齿齿轮与转向机构相连来实现这一要求。 缺齿齿轮示意图 缺齿齿轮3d作图图样5. 行走机构设计行走机构即为三个轮子，轮子又厚薄之分，大小之别，材料之不同需要综合考虑。由摩擦理论知道摩擦力矩与正压力的关系为 对于相同的材料为一定值而滚动摩擦阻力，所以轮子越大小车受到的阻力越小，因此能够走的更远。但由于加工问题材料问题安装问题等等具体尺寸需要进一步分析确定。由于小车是沿着“8”字曲线前进的，后轮必定会产生差速。我们采用了单轮驱动即只利用一个轮子作为驱动轮，一个为导向轮，另一个为从动轮（加装一个轴承）。就如一辆自行车外加一个车轮一样。从动轮与驱动轮间的差速依靠与地面的摩擦约束力调节。后轮的直径定为240mm。在小车车轮的制作方面，我们利用学校里的3D打印机，打印出了车轮。大大的节约的小车的成本和制作时间，也另一方面充分利用了高科技的手段完成工程实训，给我们小组留下了很深刻的印象。3 数据分析及方案评估效果1.小车运动轨迹数据分析小车走“8”字形轨迹避让障碍物，对于轨迹的设计及其重要，这对于小车的结构布局也很重要。我们设计的“8”字形轨迹如下图：小车从起点出发，最初给定适合的前轮偏向起点转弯角，绕蓝色的优弧进行“8”字的部分绕行，到达红蓝交叉处，转弯机构开始转弯，继续沿蓝色轨迹绕行通过起点处的红蓝交叉点完成“8”字的一半，此时转前轮保持第一次转向后的偏向角继续沿红色轨迹运行至转弯处，转向机构再次工作，是小车走完剩下的红色轨迹完成一个完整的“8”字形。 由于我们采用的是单轮驱动，前轮导向与驱动轮的横向距离越大，会使小车在绕行“8”字时轨迹不对称，即一个圆大，一个圆小。所以我们将驱动轮与前轮的横向距离取消，三个轮子的相对位置如下图： 导向轮导向轮与驱动轮共线，在合适的轴距b下，绕行曲线时两轮的轨迹偏从动轮移量可以忽略，上图中的粗线为前b轮和驱动轮的轨迹，细线为从动轮驱动轮的轨迹。2. 齿轮的相关参数及效果评估30齿60齿，固连余主动轮轴80齿65齿余15齿90齿齿轮的相关参数如上图所示。小车的设计参数：绕线轴半径为r2小车的后轮的直径d2=240mm，齿轮传动比为i前后轮轴距为190mm,前轮直径为50mm 结合齿轮比，后轮绕行3周，双联缺齿齿轮驱动转向机构工作两次，走完一个“8”字，得到小车后轮的轨迹直径d2=2r1=360mm,小车前轮的偏向角为： 4 后期总结1. 材料的采购与运用说明材料的采购我们是购买了铝制板、铁柱、轴承、固定螺丝等等。另外小车的车轮，各种齿轮以及转向机构的摇杆还有前轮都是委托在学校实验中心的同学帮忙用3D打印机打印的。2. 材料的加工情况和安装说明根据设计图纸，我们在铝制板上进行了加工，运用车床铣刀工具，以及打孔设备进行一系列的制作加工，为组装零件做准备。在底板加工完毕，我们开始了零件的装配和调试工作。3.
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