无碳小车方案设计论文

无碳小车方案设计论文摘要针对某一种运行要求来说,最简单有效的机械结构,必然是最理想､最复杂的数学模型｡外观简单､制造方便､运行效率高的模型必然是基于复杂高等数学建模的模型｡即数学建模过程越复杂,则生产出的机械结构越简单｡本着这一思想,结合对无碳小车规则改进的充分利用,现对本组小车设计思路及过程作一综述｡关键字:无碳小车;非匀速比传动;离心离合器目录小车布局的确定………………(3)驱动轮主动差速机构设计思路………………(3)(一)非圆齿轮副……………(3)(二)偏心轮缠放线机构……………………(4)(三)偏心轮同步带机构……………………(4)(1)同步带安装间隙的利用……………(6)(2)弹簧张紧……………(6)(3)偏心轮(凸轮)张紧…………………(6)(4)张紧机构最终方案选择……………(7)相关计算………………………(8)(一)转速比计算……………(8)(二)小车行驶轨迹计算……………………(9)四､两种限速离心离合器…………(11)(一)摩擦块离心离合器……………………(12)(二)摩擦盘离心离合器……………………(12)五､结语……………(13)无碳小车设计方案的确定,总体来说是一个由机械结构布局到数学模型再回归到机械结构的过程｡依据此思路,现综述我组小车设计思路如下:一､小车布局的确定与上届比赛相比,此次选修课对小车设计的要求即规则做出了一定的调整,其重点在于1､车轮数量不限2､驱动轮位置及数量不限3､车轮布局不限｡经过对规则的深入研究,依据充分利用规则的原则,我组经过讨论,大体确定了一种结构简单紧凑的设计布局,即依靠驱动轮主动差速,实现驱动与转向一体的二轮主动差速驱动､一轮自由随动的小车布局｡此种布局将转向与驱动合为一体,必然大幅缩减零件数量及整车尺寸｡二､驱动轮主动差速机构设计思路对于驱动轮来讲,只需要一侧轮与另一侧线速度不同,就会产生不同的转弯半径而使小车依某一瞬心发生转动｡而这种转动又是周期性的,所以只需使两侧轮线速度差作周期性变化｡对于单侧轮来讲,则需要一个匀速比传动,综合两侧差速周期性变化的要求来说,只需将一侧转速峰值与另一侧低点同时发生,两侧运行周期相同即可实现｡所以依照此布局的小车其关键在于非匀速比传动机构的设计｡在设计过程中主要考虑了一下几种非匀速传动机构｡(一)非圆齿轮副为实现非匀速传动的非圆齿轮副可能的形式有椭圆齿轮副､卵线齿轮副和偏心圆齿轮副等几种｡齿轮转动的明显优势就是传动效率高､机构可靠､误差小,但是非圆齿轮副对于我们现有的实力来讲,它的缺点是巨大的,即计算复杂､加工困难､调试空间狭窄｡所以经过考虑,此种机构基本可以排除不用｡(二)偏心轮缠放线机构通过如图所示的一组共轴异相位偏心线轮实现一个放线一个收线带动从动轮轴的非匀速传动｡为防止线绳打滑可将线绳末端固定在偏心线轮上｡此种机构的最主要缺陷在于线绳伸缩量对其运行精度影响较大,且线的伸缩量难以计算,不可预知性较难克服｡因此排除此种机构｡(三)偏心轮同步带机构通过偏心轮的主动旋转,就可以实现从动轮的非匀速旋转,并达到周期性变化的要求｡而且就计算和加工来说,偏心轮不需要计算节曲线,也不需要加工形状复杂的外形,只需加工正圆即可｡但是,如果采用此种偏心轮同步带传动机构的话,也会出现一些问题｡如图:图示的是偏心轮的两种极限位置,借此说明偏心轮在不同相位时所需的同步带长度是不同的｡所以需要一个几种防止同步带松动脱出的机构以实现此套非匀速传动机构的正常运行｡首先同步带的长度应满足主动偏心轮与从动轮圆心距最大,即所需皮带长度最大时的量｡随着偏心轮的转动,两轮间的圆心距会变小,所需皮带长度会变短,原来安装的同步带这时会松弛下来,甚至脱出齿槽｡所以解决问题的核心应该是如何张紧变松弛的皮带｡(1)同步带安装间隙的利用当偏心轮偏心距不大时,可以依靠同步带齿高实现间隙增大但不打滑的效果,不令加张紧机构｡此种方案仅适用于偏心距不大且同步带具有较合适的齿形时的情况｡而且极易导致传动精确度的下降,增大不可控性｡(2)弹簧张紧添加如图所示的一个张紧轮,并通过弹簧的弹力被动调节张紧轮的位置,在皮带变松弛时顶起,张紧皮带;所需皮带变长时弹簧受力,张紧轮减小位移量｡(3)偏心轮(凸轮)张紧张紧轮设计成偏心轮(凸轮)形状,置于同步带内侧,依靠同步带的齿拨动其转动,并利用其非圆外廓实现张紧｡此种机构张紧程度控制精确,同步带受力均匀,效率高､可靠性好;但是缺点在于计算负担繁重,如果需要凸轮的话还会给加工带来难度,而且要实现在调试中随主动偏心轮偏心距的变化而变化,其难度和成本都会成倍增加｡(4)张紧机构最终方案选择最终方案确定为弹簧张紧,原因如下:较之无另加张紧机构而言可调试范围大､传动效果好､安全系数高;较之偏心轮(凸轮)张紧机构而言,计算和加工简单､便于调试;当主被动轮圆心距由小变大时要克服弹簧弹力,运行阻力变大,大于平均值,弹簧储存能量;当主被动轮圆心距由大变小时弹簧要释放能量,运行阻力变小,小于平均值｡如图示:左右两边偏心轮相位相差180度,两边的受力情况和运转情况都相反,因此在一侧张紧轮要克服弹力,弹簧储存能量,运转阻力大的同时,另一侧张几轮的弹簧在释放能量,运转阻力小｡因为左右两侧偏心轮是共轴的,所以两侧运行阻力对轴来讲恰好抵消,并不影响轴的总的转动阻力｡也就是说,小车不会因此产生忽快忽慢或中途停止的现象｡三､相关计算(一)转速比计算设轴距为L,偏心轮半径R,从动轮半径r,偏心轮偏心距e､转速为ω;时间t=0时两轮圆心距最大,偏心轮顺时针转动｡则从动轮转速ω'=其函数图象如图:另一侧转速可表示为(二)小车行驶轨迹计算设轴中点转弯半径R转,轮距d,左侧轮速度vl,右侧轮速度vr｡则有R转=其图象如图:设轨迹图象如图:车体转动角速度Ω为其中K表示车轮半径设初始位置小车中轴线与轨迹图象x轴夹角θ0,小车经过时间t后转过角度Δθ,小车驱动轴中点速度v,则有一下方程:∫Ωdt=ΔθVx=vcosθVy=vsinθX=xdtY=ydtθ0=│t=0联立以上方程求解即可得到小车驱动轴中点的运行轨迹的参数方程｡四､两种限速离心离合器为了保证小车的正常运行,避免中途停车,在设计时必须对传动比取一定的安全系数,这样就造成小车的速度会越来越快｡这就存在小车因速度过快而发生运动精确度降低的危险｡所以就需要一种小车限速装置｡(一)摩擦块离心离合器支架安装在轴上随轴转动｡三个摩擦内蹄安装在支架上,并可作轴向滑动｡内蹄两两之间用拉簧连接｡当轴转速提高时,三个内蹄会逐渐远离轴心,加大了转动惯量,减小了加速度;当速度提高到一定程度时,内蹄会与外壳摩擦,从而将速度控制在某一定值｡外壳为非封闭式的,可通过调节螺栓螺母的配合改变外壳内径,以实现调节离合器所允许的最大速度｡(二)摩擦盘式离心离合器此种离心离合器原理与上一种类似,不同的是它主要靠两片摩擦盘与螺母的摩擦来实现限速的目的｡两颗钢球用线绳或细杆与摩擦盘连接,当转速提高时钢球会作离心运动,同时拉动摩擦盘互相靠近,直至与轴上的螺母接触摩擦｡此种离合器依靠两枚螺母之间间距的调整,同样可以实现对允许最高转速的调整｡比较两种限速机构,前一种摩擦块离合器轴向尺寸较小,占用轴长度小,运行精