S曲线无碳小车设计-毕业设计

S曲线无碳小车设计I摘要S曲线无碳小车来自全国大学生工程训练综合能力竞赛命题，本文通过认真分析任务要求，确定小车应有的功能，完成了方案设计、技术设计和加工装配调试三个阶段，制作出了行驶平稳轻巧，效率高且转弯半径、周期可调的小车，并提出了提高零件精度和增加赛道校准装置的改进方向。在方案设计中，根据功能性需求，小车按模块化设计可分为六个部分：车架、原动机构、传动机构、转向机构、驱动系统、微调机构，对每个部分采用扩展性思维寻求多种可行方案，并综合考虑功能实现、加工装配、成本可行性等因素进行优化设计。其中，车架为骨架式玻纤板，原动机构采用滑轮组和变径绕线轴、转向机构采用关节轴承连接的曲柄连杆机构、驱动系统采用单轮差速、微调机构采用细螺纹调节摇杆与连杆长度以及微调圆盘调节曲柄长度。在技术设计中，采用现代机械设计方法，通过MATLAB建模做能耗规律和运动学分析，设计关键参数，并使用SolidWorks仿真分析，绘制图纸。关键词模块化设计，matlab建模，solidworks仿真，曲柄连杆机构，单轮差速沈阳工程学院毕业设计（论文）IIAbstractThenon-carboncarofScurveisfromthenationalcomprehensiveabilitytrainingcontestofcollegestudentsofengineering,inthispaper,throughcarefulanalysisofmissionrequirements,thecar'sfunctionisdetermined.Itcompletedthethreephaseoftechnicaldesignandassemblydesign,debugging,producedastablerunninglightweight,highefficiencyandturningradius,adjustablecyclecart,andputforwardtheimprovementdirectionofimprovingtheaccuracyofpartsandaddingthetrackcalibrationdevice.Inthedesignofthescheme,concerningthefunctionalrequirements,accordingtothemodulardesigning,thecarcanbedividedintosixparts:frame,drivingmechanism,transmissionmechanism,asteeringmechanism,drivingsystem,adjustmentmechanism.Foreachpart,itusedtheextendedthinkingtoseekavarietyofoptions,andconsiderfactors,suchastherealizationofthefunction,processingandassembling,costandfeasibility,tooptimizethedesign.Amongthem,theframeisframetypeofglassplate,drivingmechanismadoptsgroupandvariablediameterpulleyspool,thesteeringmechanismadoptsacrankconnectingrodmechanism,connectedbyjointbearing,drivingsystemhasadifferentialsinglewheel,adjustingmechanismusesfinethreadtoadjustthelengthofrockerandtheconnectingrod,andthetrimmingdisctoadjustcranklength.Inthetechnicaldesign,usingthemoderndesignmethod,itmadeenergyconsumptionanalysisoflawandkinematicsbytheMATLABmodeling,designedkeyparameters,thendidSolidWorkssimulation,andproduceddrawings.KeyWordsmodulardesigning,matlabmodeling,SolidWorkssimulation,crankconnectingrodmechanism,singledifferentialwheelS曲线无碳小车设计III目录摘要........................................................................................................................IAbstract.................................................................................................................II1绪论...............................................................................................................-1-1.1小车的设计要求...............................................................................-1-1.2小车的设计方法...............................................................................-2-2方案设计.......................................................................................................-4-2.1车架...................................................................................................-7-2.2原动机构...........................................................................................-7-2.3传动机构.........................................................................................-10-2.4转向机构.........................................................................................-13-2.5驱动系统.........................................................................................-15-2.6微调机构.........................................................................................-18-3技术设计.....................................................................................................-20-3.1数学模型的建立及参数确定.........................................................-20-3.1.1能耗规律模型.....................................................................-20-3.1.2运动学分析模型.................................................................-23-3.1.3确定零件尺寸.....................................................................-27-3.2零部件设计.....................................................................................-29-3.2.1标准件及材料明细表.........................................................-29-沈阳工程学院毕业设计（论文）IV3.2.2需加工的零件......................................................................-30-3.3整体设计.........................................................................................-31-3.3.1整体装配图.........................................................................-31-3.3.2小车运动仿真分析.............................................................-33-4小车的加工、装配和调试.........................................................................-34-4.1小车零件的加工.............................................................................-34-4.2小车的装配.....................................................................................-35-4.3小车调试.........................................................................................-36-5评价分析及总结.........................................................................................-37-5.1小车设计结果.................................................................................-37-5.2小车设计的优缺点.........................................................................-37-5.3改进方向.........................................................................................-38-5.4总结和体会.....................................................................................-38-参考文献.........................................................................................................-39-附录.................................................................................................................-40-附录1S曲线无碳小车命题要求.........................................................-40-附录2耗能分析程序............................................................................-41-附录3运动学分析程序........................................................................-42-S曲线无碳小车设计-1-1绪论1.1小车的设计要求S曲线无碳小车需要采用三轮结构，其前进和转向的能量来源必须来自给定的重力势能，即重量1Kg的重块（50×65mm，普通碳钢）垂直下降400±2mm获得的4J能量，重锤下落后需要同小车一起运动，不能脱离车身。图1.1小车标准要求要求小车一边前进，一边自动绕过障碍物，以小车避开障碍物的数量和前进的距离来综合评定优劣。障碍物为每隔1米放置的直径20mm、高200mm的弹性圆棒（如图1.2）。沈阳工程学院毕业设计（论文）-2-图1.2小车绕障要求1.2小车的设计方法首先认真对小车任务要求（详见附录1）进行分析，得到小车明确的设计思路，下面是小车设计的流程。（如图1.3）S曲线无碳小车设计-3-图1.3设计流程图沈阳工程学院毕业设计（论文）-4-2方案设计通过分析，小车应具备的基本功能有：重力势能的转换、驱动自身前进、自动避开障碍物，并且要在一定的能量下尽可能提高前进距离和绕杆数量。根据小车的功能性需求，进行模块化设计。小车的设计划分为六个部分：车架、原动机构、传动机构、转向机构、驱动系统、微调机构。采用扩展性思维设计每一个模块，寻求多种可行的方案并优化设计。下面为设计图框（图2.1）。S曲线无碳小车设计-5-图2.1设计图框在选择方案时应综合考虑功能实现、加工制做、成本等各方面因素（如图2.2），提出多种方案，不轻易做最终实施，从而得到最优的设计方案。沈阳工程学院毕业设计（论文）-6-图2.2方案设计因素S曲线无碳小车设计-7-2.1车架车架是其他支承件连接的基础，是最重要的支承件，其结构设计必须合理、巧妙。车架体积不需要很大，所承载的负荷比较小，受力不是很大，主要部件尺寸也都较小。因此可以采用玻璃纤维板材，经雕刻机加工成所需形状，钳工修磨后，拼接粘合成三角式车架和其他各个组件。加工简单，质量可靠，成本低，重量轻。2.2原动机构原动机构的作用主要是将铁锤下降的重力势能转化为小车前进的动能。可以实现这一目的的方案有很多，如绕线轮和齿轮齿条机构，但后者需要较长的空间，不容易实现，从效率和简洁性来看，采用线轮最佳。通过滑轮和尼龙线将动力传递到绕线轴上，实现能量的转化。此外，原动机构还应满足以下具体要求：1.确保小车的驱动力大小恰当，减小车速，使小车在转向时不会因重锤惯性或摆动而失稳，甚至倾翻。2.地面对轮子的摩擦系数可能不同，因此在不同的场地小车是需要的动力也不一样。在调试时，原动机构还需要能根据不同的需要调整其驱动力。3.机构简洁可靠，能量转化效率高。综上分析，本文提出了一种驱动力可调的变径线轴原动机构。如下图2.3所示，重锤拴在线绳的一端，由两个定滑轮支撑，可以垂直在笼中平稳下降，为绕线轴提供平稳而持续的动力。沈阳工程学院毕业设计（论文）-8-图2.3滑轮组为了避免小车在拐弯时因速度过大而发生倾翻，或重块的剧烈摇晃影响其运动。必须限制重块的晃动，使其重心竖直方向始终经过小车三个轮构成的三角形内，因此采用质量较轻的碳纤维杆和玻纤板材围成一个直径合适的笼状结构（图2.4），保证重块在“笼”中平稳下落，维持车体的平衡。此外，碳纤和玻纤材料的使用极大的减轻了小车的重量，同时降低小车的重心高度，保证小车运动中的车身稳定。S曲线无碳小车设计-9-图2.4重锤在笼状直筒中下降线轮轴在小车动力传递机构中起到了重力势能到动能的转换作用。线轮轴的粗细将直接对小车的驱动力大小，前进速度和加速度产生影响。而线轮轴上的绕线位置将影响线绳对小车车身的力矩，影响两驱动轮所受的摩擦力分配，进而影响小车前进方向和差速效果。由于最大静摩擦一般情况下大于动摩擦因数，起步所需的驱动力也应略大于正常前进所需的驱动力。如果将线轮轴设计成圆柱，当线轮轴的直径过小时，将导致重物下落为小车提供的扭矩不足，小车可能会难以起步。当线轮轴的直径增大到能够顺利起步时，小车在后来的加速度将会过大，使小车不断加速，行驶过快，影响到车身前进的平稳性，出现侧向滑动，甚至有可能出现侧翻，此外线轮轴过粗会使绕线的圈数减少，也会减少小车的绕杆数量和缩短前进距离。沈阳工程学院毕业设计（论文）-10-经过上述分析和反复的实验改进后，将线轮轴设计成中间一段圆锥面的形式，并改变线绳的缠绕方式，起步时将线绕在直径大的一段圆柱面上，启动后工作在直径逐渐减小的圆锥面，经短暂过渡后再工作在直径小的轴上。该机构（如图2.5）可以根据变径线轴与线绳相切处的直径大小，调整扭矩的大小。图2.5变径线轴该机构（如图2.5）可以通过改变绳子绕在变径线轴上的部位不同，调整驱动力的输出。2.3传动机构S曲线无碳小车设计-11-把动力按准确的传动比传递到转向机构和两个驱动轮上，是传动机构的主要作用。为了实现小车更远的行驶，更多的绕杆和精确绕杆，传动机构需要满足传动比可靠、传递效率高、结构简单、重量轻的特点。保证传动链与执行件之间的严格传动比，尽量缩短传动链，减少传动件的个数，缩小传动误差，尽量减少能量的转换次数会有效地提高能量利用率。由绕线轴直接驱动两个驱动轮，结构最简单、效率最高。这是在不考虑其它条件时最优的方式，但这显然不满足变速和行程及扭矩的需要。因此，只能在考虑到结构合理的前提下，尽量减少传动副的数量。图2.6传动机构沈阳工程学院毕业设计（论文）-12-实现小车的周期性转向，必须将绕线轴的动力按精确的传动比输出到后轮轴和转向机构上，使前进与转向严格协调。齿轮传动结构紧凑、工作可靠、传动比稳定。齿轮的传动效率最高可达98%，因此可以很好的提高能量利用效率。考虑到传动所需载荷较小，金属齿轮成本较高且重量大，因此选用工程塑料齿轮即可。带轮具有传动距离远、缓冲吸震等特点。因此从小车结构设计上考虑，在动力传递到转向机构的最后一环，选用带轮传动。各传动轴的材料要有足够的支承刚度，减少受载后的弯曲变形，在布置上也要考虑轴的两支承跨距要尽量小，使齿轮尽量靠近支承处，从而提高传动机构的工作精度。绕线轴和驱动轴之间采用一级齿轮增速（如图2.7）。在两根传动轴上安装能够相互啮合的一对直齿轮，前轴（驱动轴）上安装小齿轮，在后轴上安装大齿轮，把重物绕线绕于后轴，通过齿轮传动的传动比将重物下降的行程放大。S曲线无碳小车设计-13-图2.7增速齿轮副2.4转向机构转向机构是无碳小车设计中的一个关键。它需要尽量减少能量损失和可加工性好等基本条件，同时还需要能够将旋转运动转化为满足要求的来回摆动，带动前轮导向，从而实现越障的功能。能实现该功能的机构有：直动推杆盘式凸轮机构、圆柱凸轮机构、曲柄连杆机构等。沈阳工程学院毕业设计（论文）-14-图2.8小车俯视图依靠直动推杆盘式凸轮机构转向：通过具有一定曲线轮廓的凸轮，推动转向杆实现周期性的连续或不连续的任意预期往复运动，控制前轮摆动，以实现按预定轨迹的转向。其优点是结构简单紧凑、设计过程简单，只需给出合理的凸轮轮廓，就可以控制运动，但加工过程比较困难。依靠圆柱凸轮机构转向：通过具有一定曲线凹槽的凸轮连接构件，使从动件获得连续或不连续的规律性摆动。优缺点与直动推杆盘式凸轮机构相同，加工更困难，且精度难以保证、尺寸微调困难，因此不采用。依靠曲柄连杆机构转向。依靠曲柄连杆机构推动转向杆实现周期性的往复转动，以控制前轮预定往复运动。运动副单位面积所受压力较小，而且摩擦耗能小，可以使用市场上供应的关节轴承；两构件之间的连接类型属于几何封闭，不像凸轮机构有时需利用外加弹簧来保持接触。但是曲柄连杆机构一般情况下只能近似实现给定的运动轨迹，且设计较为复杂；机构作往复运动有较大的惯性力，尤其是在高速时将引起较大的振动和动载荷，故曲柄连杆机构常用于低速场合。S曲线无碳小车设计-15-图2.8转向机构由于本小车设计的速度和传递的力不大，零件质量较轻，可以忽略惯性力。而且机构并不复杂，可以用MATLAB和SoildWorks软件进行参数化设计。而且有现成的标准件和工具可以改造，其中的连杆和曲柄也便于制作微调机构，因此选用该方案。2.5驱动系统驱动系统即为三个轮子，是小车前进和绕障运动的最终执行装置。需要控制的参数有差速装置和轮子的材料、直径、厚度、结构强度等。根据摩擦理论，摩擦力矩与正压力的关系为NM（2.1）对于固定的材料为常数，滚动摩擦力为沈阳工程学院毕业设计（论文）-16-RNRMf（2.2）由等式（2.2）可知，轮子的直径越大，小车受到的阻力越小，因此行驶距离和绕杆数目越多。但尺寸还需要考虑材料、加工、安装等等问题，后面将做进一步分析确定。后轮可以采用的方案有双轮同步驱动，使用差速器的双轮差速驱动，使用单向轴承的双轮差速驱动，单轮差速驱动。由于小车是沿着曲线前进的，后轮必定会产生差速。车辆在拐弯时车轮的轨迹是圆弧，如果车辆向左转弯，圆弧的圆心在左侧，同一时间内右侧轮子的路程比左侧轮子长。若两侧车轮固定于同一刚性转轴上，以同一角速度转动，则内侧或外侧车轮在滚动中必然发生滑移。为了减少滑移带来的能量损失，必须通过动力控制，使左边车慢于右边车轮，用不同的转速来弥补距离的差异，减少轮子与地面的打滑，优化转向过程。图2.9差速原理图双轮同步驱动必定会产生轮子与地面的打滑，前进受到过多的约束，能量损耗加大，因此应进行优化。使用差速器的双轮差速驱动可以避免双轮同步驱动出现的问题，这种差速方法能较多的减少摩擦损耗，实现预期运动。但是，它需要采用将连接两轮的车轴断开的半轴结构，增加了装配难度，而且车身结构也将变得复杂。S曲线无碳小车设计-17-使用单向轴承的双轮差速驱动，其原理是根据速度调节阻力，自动使速度较大的轮子成为从动轮，速度较慢的轮子成为主动轮，从而交替转弯。但是，由于单向轴承存在侧隙，在主动轮和从动轮的切换过程中将出现误差，影响运动的精度。使用单轮差速驱动是固定用一个轮子作主动轮，另一个为从动轮。就像一辆自行车后轮在旁边装上一个支撑轮。前进方向的改变完全由前轮控制，转弯圆弧内侧的轮子阻力始终大于外侧，从而实现差速。其结构简单易行，传动精度比利用单向轴承高，能量利用效率也比差速器高，但速度没有使用差速器的双轮差速驱动稳定。图2.10单轮差速综上，在本文设计的驱动系统中，轮子直径、厚度等尺寸应恰当，采用单轮差速驱动。沈阳工程学院毕业设计（论文）-18-2.6微调机构机械装置通常包括：原动机构、传动机构、执行机构、控制部分和辅助设备。而微调机构就属于小车的控制部分。其主要作用是调整小车的轨迹（幅值，方向，周期等），优化小车的轨迹。此外，由于加工误差和装配误差对曲柄连杆机构的影响很大，因此必须对误差进行修正。本文设计的曲柄连杆机构包含了一个微调机构，该机构由微调摇杆、微调连接杆、和微调曲柄组成。其中的微调曲柄由一个固定在带轮轴上的调节圆盘和在圆盘上可以调节径向位置的月牙板组成（如图2.11）。转向轴承为杆端关节轴承，可以满足一定角度的空间任意方向的全尺寸旋转，因为标准件可直接购买，降低了制作成本。图2.11微调连杆和微调曲柄微调摇杆和微调连杆长度的改变可以实现小车出发时前轮转角位置的精确调节，从而保证整个轨迹的中位线方向与赛道平行，影响小车的前进轨迹。其微调由螺距很小的螺纹连接实现，可以精确调节其长度。S曲线无碳小车设计-19-调节曲柄长度可以对转向轮摆角幅度进行调整，从而控制小车转弯轨迹，保证不撞杆，同时实现路线最短最优。调节月牙板在调节圆盘上的径向位置就可以改变曲柄长度。而对不同障碍间距的适应，需要改变传动机构的传动比，进而改变曲柄运动的周期和角速度，这一点可以对带轮直径进行微调修配或者更换带轮来实现。沈阳工程学院毕业设计（论文）-20-3技术设计在技术设计中，主要任务是将方案付诸实施，具体确定各个零部件的详细尺寸参数，并完成加工，装配和调试等过程。3.1数学模型的建立及参数确定使用MATLAB软件对小车进行数学建模，可以模拟小车在不同参数下的运动和能耗情况，从而对其参数进行优化，得到适合给定轨迹的零件参数，并提高小车的能量利用效率。3.1.1能耗规律模型在润滑良好的情况下，小车内部摩擦耗能很小，为分析方便起见，简化能耗模型，仅考虑车轮与地面的摩擦阻力。设小车的能量利用效率为，轮子与地面的摩擦系数为。则有S曲线无碳小车设计-21-3131*iiiiRNgmNmghsii总（3.1）式中iN为第i个轮子对地面的压力；iR为第i个轮子的半径；iS为第i个轮子行走的距离；总m为小车的质量。下面详细模拟小车的参数变化与前进距离的关系，分别从轮子的半径和小车的重量两个参数考虑其影响。（MATLAB程序详见附录2）图3.1为摩擦系数为0.5，车轮半径依次增加10mm时，小车前进距离与小车驱动效率的关系图。图3.2为摩擦系数为0.5，重量依次增加0.2kg时，小车前进距离与小车驱动效率的关系图。沈阳工程学院毕业设计（论文）-22-图3.1小车在不同车轮半径下前进距离与驱动效率的关系图3.2小车在不同重量下前进距离与驱动效率的关系由图可知，当随着车轮半径的增加和重量的减小，小车前进距离将变大。所以，在设计时应尽量使用大的车轮半径和轻的车身。S曲线无碳小车设计-23-3.1.2运动学分析模型（1）变量声明（如图3.3）：后轮半径R后轮A与前轮转动中心横向偏距1a后轮B与前轮转动中心横向偏距2a驱动轴与前轮转动中心的距离d曲柄轴与前轮转动中心的距离b摇杆长c连杆长l曲柄长0r绕线轴与线绳相切处的截面圆半径1r小带轮基准半径4r大带轮基准半径5r沈阳工程学院毕业设计（论文）-24-图3.3小车参数符号说明a、驱动模型：当重块下降dh时，绕线轴转过的角度为1d，有11dhdr（3.2）驱动轴转过的角度为2d，则1212ddi（3.3）小车移动的距离为S曲线无碳小车设计-25-2dsRd（3.4）b、转向模型：由传动机构可得22532452543izzdrddrzz（3.5）设绕线轴与转向杆的夹角为时，曲柄转过的角度为5则与5的关系可用方程表示为：552222200(cos)(sinsin)coslccbrcr（3.6）解方程得关于5的函数关系式5f（3.7）c、小车运动轨迹模型当转向轮转过角度时，A轮为驱动轮，B轮为从动轮。则小车转弯的曲率半径为1tanda（3.8）小车前进ds时，整体转过的角度为dsd（3.9）当小车转过的角度为时，有沈阳工程学院毕业设计（论文）-26-sincosdxdsdyds（3.10）d、小车其他轮的轨迹以A轮中心为原点，构建小车的运动坐标系，B轮中心的坐标为12,0BaaC轮中心的坐标为1,Cad因此，当小车转过的角度为时，有1212cossinBABAxxaayyaa（3.11）11cossincossinCACAxxadyyda（3.12）将微分方程改成差分方程来求解，并绘制三个车轮的运动曲线（MATLAB程序详见附录3），即可得到小车的运动轨迹，如图3.4所示即为一组参数下小车的运动轨迹。S曲线无碳小车设计-27-图3.4小车轨迹模拟3.1.3确定零件尺寸经过理论计算和软件模拟，并分析结构的合理性，最终确定小车各个机构零件的具体尺寸（单位：mm）。后轮半径30R沈阳工程学院毕业设计（论文）-28-后轮A与前轮转动中心横向偏距148a后轮B与前轮转动中心横向偏距248a驱动轴与前轮转动中心的距离150d曲柄旋转中心与前轮转动中心的距离87b摇杆长53c连杆长87.4l曲柄长08r绕线轴与线绳相切处的截面圆半径12r小带轮基准半径42r大带轮基准半径518.2rS曲线无碳小车设计-29-图3.5尺寸符号示意图3.2零部件设计3.2.1标准件及材料明细表表3.1标准件及材料明细表编号材料及标准件毛坯种类毛坯尺寸毛坯数每台件数型号1玻璃纤维板料200×200×3552碳纤维棒料Φ3×100012123碳纤维棒料Φ4×100，内径211445钢棒料Φ10×500155深沟球轴承2.5*6*2.6(d*D*B)33NMB682XZZ6深沟球轴承2*5*2.3(d*D*B)1010NMB682ZZ7滑轮轴承3*10*3(d*D*B)22V6238内螺纹杆端关节轴承2*4*3*6*10*2(dxBxC1xd2xhxd3)229推力球轴承3*8*3.5(d*D*B)22F3-810直齿轮m=0.5，z=401111直齿轮m=0.5，z=381112双联直齿轮m=0.5，z1=34，z2=121113直齿轮m=0.5，z=1814垫片M2×1303015螺栓M2×20202016螺母M2202017轴套2*5*2.3(d*D*B)77沈阳工程学院毕业设计（论文）-30-3.2.2需加工的零件1、驱动轴材料：45钢。方法：车工。规格尺寸：直径3mm，长度120mm。2、短轴材料：45钢。方法：车工。规格尺寸：直径2mm，长度20mm。3、绕线轴材料：45钢。方法：车工。规格尺寸：直径2mm，长度110mm。4、车轮材料：玻纤板材。方法：数控铣（雕刻机加工）。厚度：3mm，规格尺寸：详见图纸。5、车架板材料：玻纤板材。方法：数控铣（雕刻机加工）。厚度：3mm，规格尺寸：详见图纸。S曲线无碳小车设计-31-3.3整体设计3.3.1整体装配图图3.6三维装配图沈阳工程学院毕业设计（论文）-32-图3.7装配三视图及局部视图S曲线无碳小车设计-33-3.3.2小车运动仿真分析使用SolidWorks对小车三维建模后，为了进一步分析本方案的可行性，对各个机构进行了动态仿真，详见视频。图3.8仿真分析沈阳工程学院毕业设计（论文）-34-4小车的加工、装配和调试4.1小车零件的加工小车零件中标准件可以根据上述明细表购买，非标准件则需要对上述购买的毛坯料进行加工。（如表4.1）表4.1部分零件加工工序工序零件图机床夹具刀具（1）下料,切割轮廓（2）雕刻机钻、铣雕刻机夹板铣刀、钻头S曲线无碳小车设计-35-4.2小车的装配车体：小车以玻纤板通过胶接制成车体。动力装置：组装滑轮支座，吊挂重锤的笼状直筒，细绳绕过滑轮组以转矩的方式传递动能给输入轴。通过齿轮传动增速，并将能量传递到驱动轴，带动驱动轮使小车向前运动。传动机构和转向机构：安装齿轮传动与带传动机构减速，曲柄连杆机构控制小车转向。小车的转向通过关节轴承和连杆机构实现，曲柄、连杆和摇杆的杆长可调，以适应不同转向要求下的调整。总装：车体上安装轴承，轴，车轮，转向机构，驱动系统，滑轮组，吊挂重锤的笼状直筒等。（1）车端面，粗车外圆至Φ4（2）精车Φ3外圆（3）切断（4）车另一端面，得到长度120三爪卡盘外圆车刀、端面车刀、切断车刀沈阳工程学院毕业设计（论文）-36-4.3小车调试由于精度问题和对小车润滑及赛道实际摩擦系数的估计误差等，小车的设计很难尽善尽美。小车的应用需要微调机构的调整，机构参数需要进一步改进。此外，从实际测试中还能发现潜在的装配误差问题，因此小车的调试是个很重要的过程。主要包括：车速的快慢，车身的稳定性，连接的牢固性，小车前进的距离，绕障数量等。S曲线无碳小车设计-37-5评价分析及总结5.1小车设计结果设计出了达到了预期要求的小车，能依靠所给的重力势能，在前进的过程中自动绕杆，平稳行驶，且转弯半径、周期可调。5.2小车设计的优缺点优点：（1）小车机构简单，车身轻巧，齿轮和带轮传动，能量利用率高。（2）变径绕线轴，易于启动，满足启动和行驶中扭矩与速度的转换。（3）采用单轮差速，较大的驱动轮，能量损耗小，行走距离远。（4）微调机构全方位调整转向机构参数，适应转弯绕障，便于纠正轨迹，避开障碍物。（5）转向机构使用曲柄连杆机构，精度和效率较高，易于加工、安装和调整的实现。缺点：受零件成本限制，小车精度不够高，使用需要调整微调机构，且赛道的放置位置很难把握准确，比较繁琐耗时。沈阳工程学院毕业设计（论文）-38-5.3改进方向小车最大的缺点是考虑到成本问题，精度还不够高。因此本文提出以下改进方向：1、提高小车零件的加工精度和装配精度，可以减少后期的调试工作，也能得到更好的运动效果。2、增加适合赛道放置的校准装置，并使发车过程变得更加简单，同时达到更理想的运动轨迹和竞赛成绩。5.4总结和体会在小车研制过程中，积极思考，查阅资料，边做边总结问题，并做出改进。虽然工作前期做了很多方面的考虑，但小车制作的过程中还是碰到了很多问题，主要困难在于后期的调试。通过这次小车的制作，学到了很多解决实际问题的办法，提高了自身的机械设计制造能力，增强了自己的工程实践能力。S曲线无碳小车设计-39-参考文献[1]巩云鹏田万禄主编《机械设计课程设计》东北大学出版社2000[2]濮良贵纪名刚主编《机械设计》高等教育出版社2005[3]刑闽芳主编《互换性与技术测量》清华大学出版社2007[4]刘鸿文主编《材料力学》高等教育出版社2000[5]赵书兰主编《MATLAB建模与仿真》清华大学出版社2013[6]吴宗泽主编《机械设计师》机械工业出版社2002[7]赵明生主编《机械工程手册》机械工业出版社1997[8]大连理工大学工程画教研室编《机械制图》高等教育出版社2005[9]冯辛安主编《机械制造装备设计》第2版机械工业出版社2006[10]陈有方主编《汽车原理及构造》重庆大学出版社[11]王宗振主编《通用工程起重机技术基础》花艺出版社[12]胡仁喜闫聪聪主编《SolidWorks2013中文版入门与提高》化学工业出版社2013[13]期刊论文《搬运小车机械结构设计与探讨》陈奎[14]期刊论文《港口桥式起重机小车轨道接头的处理形式分析》李晓军郭东[15]期刊论文《轻型起重机牵引式小车钢丝绳张紧装置设计》贾志平陈凯[16]HongqiLi,YungC．Shin．Analysisofbearingconfigurationeffectsofhighspeedspindlesusinganintegrateddynamicthermo—mechanicalspindlemode1．InternationalJournalofMachineTool&Manufacture．2004,44：347-364[17]JaeWookJeon.EfficientaccelerationanddecelerationtechniqueforshortdistancemovementinCNCmachinetools.ELECTRONICSLETTERS,13thApril2000:16-17[18]JaeWookJeon,Yun-KiKim.FPCAbasedaccelerationanddecelerationcircuitforindustrialrobotsandCNCmachinetools.Mechatronics,12(2002):63-65[19]ADAMSUserGuide.MechanicalDynamics,Inc.1998[20]MechanicalDynamicsInc,GettingstartedusingADAMS/Hydraulics,V11.0沈阳工程学院毕业设计（论文）-40-附录附录1S曲线无碳小车命题要求本届竞赛主题为“无碳小车越障竞赛”。要求经过一定的前期准备后，在比赛现场完成一套符合本命题要求的可运行装置，并进行现场竞争性运行考核。每个参赛作品要提交相关的设计、工艺、成本分析和工程管理4项报告。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来的。给定重力势能为4焦耳（取g=10m/s2），竞赛时统一用质量为1Kg的重块（50×65mm，普通碳钢）铅垂下降来获得，落差400±2mm，重块落下后，须被小车承载并同小车一起运动，不允许从小车上掉落。该自行小车在前行时能够自动避开赛道上设置的障碍物（每间隔1米，放置一个直径20mm、高200mm的弹性障碍圆棒）。以小车前行距离的远近、以及避开障碍的多少来综合评定成绩。要求小车前行过程中完成的所有动作所需的能量均由此能量转换获得，不可使用任何其他的能量形式。要求小车具有转向控制机构，且此转向控制机构具有可调节功能，以适应放有不同间距障碍物的竞赛场地。小车要求采用三轮结构（1个转向轮，2个驱动轮），具体结构造型以及材料选用均由参赛者自主设计完成。小车设计过程中需要完成：机械设计、工艺方案设计、经济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S曲线无碳小车设计-41-本等各方面因素，提出合理的工程规划。设计能力项要求对参赛作品的设计具有创新性和规范性。命题中的制造工艺能力项以要求综合运用加工制造工艺知识的能力为主。附录2耗能分析程序clearclctic%符号定义%重物下降的高度h%小车行驶的路程s%内部能耗系数ypxln=10000;h=0.5;nn=1000;ypxl=linspace(0.5,1,n);R2=111/nn;R1=35/nn;m=1;g=9.8;mz=2;sgm=0.5/nn;fori=1:10%sgm=(0.1*i+0.2)/nn;%mz=1.75-0.2+0.2*i;R1=R1+20/nn;R2=R2+20/nn;沈阳工程学院毕业设计（论文）-42-s=ypxl*m*h/(mz*(1/R1+2/R2)*sgm);s=s/1.045615886000699;plot(ypxl,s);holdongridonendplot(0.5,0);Toc附录3运动学分析程序n=1000;h=linspace(0,0.4,n);i12=18/40;i25=12*34/18/38;%曲柄旋转中心与前轮转动中心的距离bb=0.087;%后轮半径RR=0.03;%后轮A与前轮转动中心横向偏距a1a1=0.048;%后轮B与前轮转动中心横向偏距a2a2=0.048;%曲柄长r0r0=0.008;%绕线轴与线绳相切处的截面圆半径r1r1=0.002;%驱动轴与前轮转动中心的距离dd=0.15;S曲线无碳小车设计-43-%摇杆长cc=0.053;%连杆长ll=sqrt(b^2+r0^2);%小带轮基准半径r4r4=2;%大带轮基准半径r5r5=18.2;%算法sd1=h/r1/2;sd2=sd1/i12;sd5=sd2/i25*r4/r5+pi/2;C=l^2-2*c^2-r0^2.*(cos(sd5)).^2-(b-r0.*sin(sd5)).^2;A=2.*c.*(b-r0.*sin(sd5));B=-2*c^2;af=asin(C./sqrt(A.^2+B.^2))-atan(B./A);formatlongrou=a1+(d)./(tan(af));s=sd2*R*2;ds=s(2)-s(1);dbd=ds./(rou);bd=cumsum(dbd);dy=ds*cos(bd);dx=-ds*sin(bd);x=cumsum(dx);y=cumsum(dy);xb=x-(a1+a2).*cos(bd);yb=y-(a1+a2).*sin(bd);xc=x-a1*cos(bd)-d*sin(bd);yc=y-a1*sin(bd)+d*cos(bd);沈阳工程学院毕业设计（论文）-44-plot(x,y,'b',xb,yb,'b',xc,yc,'m');holdongridonfori=1:13t=0:0.01:2*pi;xy=0.01.*cos(t)-0.165;yy=0.01.*sin(t)+i;plot(xy,yy);holdonend基于C8051F单片机直流电动机反馈控制系统的设计与研究基于单片机的嵌入式Web服务器的研究MOTOROLA单片机MC68HC（8）05PV8/A内嵌EEPROM的工艺和制程方法及对良率的影响研究基于模糊控制的电阻钎焊单片机温度控制系统的研制基于MCS-51系列单片机的通用控制模块的研究基于单片机实现的供暖系统最佳启停自校正（STR）调节器单片机控制的二级倒立摆系统的研究基于增强型51系列单片机的TCP/IP协议栈的实现基于单片机的蓄电池自动监测系统基于32位嵌入式单片机系统的图像采集与处理技术的研究基于单片机的作物营养诊断专家系统的研究基于单片机的交流伺服电机运动控制系统研究与开发基于单片机的泵管内壁硬度测试仪的研制基于单片机的自动找平控制系统研究基于C8051F040单片机的嵌入式系统开发基于单片机的液压动力系统状态监测仪开发模糊Smith智能控制方法的研究及其单片机实现一种基于单片机的轴快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于双单片机冲床数控系统的研究基于CYGNAL单片机的在线间歇式浊度仪的研制基于单片机的喷油泵试验台控制器的研制基于单片机的软起动器的研究和设计基于单片机控制的高速快走丝电火花线切割机床短循环走丝方式研究基于单片机的机电产品控制系统开发基于PIC单片机的智能手机充电器基于单片机的实时内核设计及其应用研究基于单片机的远程抄表系统的设计与研究基于单片机的烟气二氧化硫浓度检测仪的研制基于微型光谱仪的单片机系统单片机系统软件构件开发的技术研究基于单片机的液体点滴速度自动检测仪的研制基于单片机系统的多功能温度测量仪的研制基于PIC单片机的电能采集终端的设计和应用基于单片机的光纤光栅解调仪的研制气压式线性摩擦焊机单片机控制系统的研制基于单片机的数字磁通门传感器基于单片机的旋转变压器-数字转换器的研究基于单片机的光纤Bragg光栅解调系统的研究单片机控制的便携式多功能乳腺治疗仪的研制基于C8051F020单片机的多生理信号检测仪基于单片机的电机运动控制系统设计Pico专用单片机核的可测性设计研究基于MCS-51单片机的热量计基于双单片机的智能遥测微型气象站MCS-51单片机构建机器人的实践研究基于单片机的轮轨力检测基于单片机的GPS定位仪的研究与实现基于单片机的电液伺服控制系统用于单片机系统的MMC卡文件系统研制基于单片机的时控和计数系统性能优化的研究基于单片机和CPLD的粗光栅位移测量系统研究单片机控制的后备式方波UPS提升高职学生单片机应用能力的探究基于单片机控制的自动低频减载装置研究基于单片机控制的水下焊接电源的研究基于单片机的多通道数据采集系统基于uPSD3234单片机的氚表面污染测量仪的研制基于单片机的红外测油仪的研究96系列单片机仿真器研究与设计基于单片机的单晶金刚石刀具刃磨设备的数控改造基于单片机的温度智能控制系统的设计与实现基于MSP430单片机的电梯门机控制器的研制基于单片机的气体测漏仪的研究基于三菱M16C/6N系列单片机的CAN/USB协议转换器基于单片机和DSP的变压器油色谱在线监测技术研究基于单片机的膛壁温度报警系统设计基于AVR单片机的低压无功补偿控制器的设计基于单片机船舶电力推进电机监测系统基于单片机网络的振动信号的采集系统基于单片机的大容量数据存储技术的应用研究基于单片机的叠图机研究与教学方法实践基于单片机嵌入式Web服务器技术的研究及实现基于AT89S52单片机的通用数据采集系统基于单片机的多道脉冲幅度分析仪研究机器人旋转电弧传感角焊缝跟踪单片机控制系统基于单片机的控制系统在PLC虚拟教学实验中的应用研究基于单片机系统的网络通信研究与应用基于PIC16F877单片机的莫尔斯码自动译码