机械原理课程设计报告

1、机械原理课程设计报告标题：s轨道无碳汽车目录一、标题：无碳汽车设计S途径2二、汽车总体方案设计32.1，全面方案分析32.2、汽车机构方案设计42.2.1，第5帧2.2.2，远东机构62.2.3，变速器72.2.4，转向系统82.2.5，步行机构92.2.6，微调机构102.3汽车总体示意图：10三、机构设计和计算103.1汽车轨道103.2汽车转向系统15四、汽车的整体应力分析194.1.1 3d塑型194.1.2测量244.2.1整体运动力学分析254.2.2电源损耗264.2.3后轮轴的应力分析264.2.4汽车工作分析26五、评价分析265.1汽车优缺点265.2方向改进27六、参考文

2、献27一、标题：无碳汽车设计S轨道驱动行走和转向的汽车根据能量转换原理转换为给定的重力势能。给定的重力势能为4焦耳(g=10m米/s2)，在比赛中质量为1千克的重块(5065毫米，普通碳钢)是通过垂直下落得到的，离开4002毫米，必须装在小车上一起移动，不允许从小车上落下。图1是汽车示意图。图1:无碳汽车示意图在汽车行走时执行所有动作所需的能量是从重力势能转换中获得的，因此不能使用其他能量源。手推车上有转向控制装置，该转向控制装置必须具有可调整的功能，以适应具有不同间距障碍的竞争场所。汽车要求是三轮结构，具体设计、材料选择和加工由参赛学生自主进行。赛车在前进的时候可以自动交错轨道上设定的障碍物

3、。障碍物直径20mm，高200mm的几根圆棒，与直线距离相等。以汽车的前进距离和成功的障碍数综合评价成绩。请参阅图2。图2:重力势能下无碳汽车的自动行走图二、汽车的总体方案设计2.1，总体方案分析1、根据设想，我们想出了四个整体设计方案：(1)常规汽车在上次比赛中最经常出现的汽车中，有三个轮子分布在普通三角形上，后轮驱动。(2)前轮驱动的汽车重物下落后驱动前轮转动，同时前轮兼具改变方向的功能。优点：运动分析简单，不考虑后轮微分问题。缺点：结构设计复杂可能会变更动力传输方向，从而导致能源损失。(3)前轮偏压汽车前轮和后轮在一个平面上。也就是说，三个轮子分布在直角三角形中。这个程序的运动解释比第一

4、个简单。(4)第二个倒圆角前两轮、后一轮、后轮是驱动轮，前两轮是方向盘。最终，我们选择了所有的因素，包括三个轮子分布成三角形，后轮驱动，前轮改变方向。2，根据主题，车必须具有将重力势能转换为动能的功能。驱动自己步态的功能和自动转向的功能。所以我们把汽车分成5个模块来设计。五个模块分别是原动机、驱动机构、转向机构、驱动机构和微调机构。重物落下后，先导主体通过驱动装置将运动传递到驱动机构及转向机构，微调机构可以微调整个汽车的运动，以应对各种情况。具体的运动流程图如图2-1所示。重物坠落原动机微调仪器电动工具驱动机构朝阳区图2-1运动流程图2.2、汽车机构方案设计为了获得更合适的方案，将每个模块设计

5、为可扩展性原因，寻求多种可行的方案。我们查阅了资料，列出了各种可能的机关。如图2-2所示图2-各种机构计划2选择方案时，请考虑功能、材料、加工、制造成本等各种因素，以选择更合适的方案。2.2.1，帧对于无碳汽车，框架主要起到连接、固定和承重的作用，并考虑到汽车的整体重量问题，使框架尽可能小。此外，考虑了汽车各机构的安装问题，设计了与三角底板类似的框架，如图2-3所示图2-3帧2.2.2，远东机构原动机球的作用是将重块的重力势能转化为汽车的动能。实现该功能的方案有很多，其中绳轮机构是最简单、最有效的机构。此外，汽车对原有机构还有其他特定要求。(1)驾驶力适当，车转弯时转得太快或沉重的摇晃对步行没

6、有太大影响。(2)到达终点前，重块的垂直方向应尽可能小，避免对轿车造成太大冲击。同时，将重块的动能尽可能地转化为驱动汽车的相反方向的动能，如果重块的垂直方向更快，那么重块本身不会释放更多的动能，能源利用率也不高。(3)对车轮的摩擦会因站点而异，因此每个地点所需的动力都不同。调试时不知道有多少推力合适。因此，原动机区必须能够根据其他条件调整其推力。(4)机制简单高效。在上述分析的基础上，提出了控制输出驱动力的绳索轮式圆机构。下图2-4。我们使缠绕轮呈锥形，外表面是螺纹。锥形可以调整输出驱动力，螺纹可以松开，固定绳索以防止滑动，如下图2-5所示。图2-4绳轮式通风机构缠绕砂轮优化工艺图2-5各种缠

7、绕滚轮2.2.3，变速器传动机构的功能是将动力和运动传递给转向机构和驱动轮。汽车要更远，并按照设计轨道准确行驶，传动效率高，传动稳定，结构简单，重量轻。(1)由车轮和转向齿轮直接驱动，没有其他附加驱动器，这种方法最有效，结构最简单。不考虑其他条件是最好的方法。(2)皮带的特点是结构简单，变速平稳，价格低廉，缓冲减震等，但效率和传输精度不高。不适合这辆车的设计。(3)齿轮效率高，结构紧凑，运行稳定，传动比稳定，但价格高。因此，如果第一种方法不符合要求，则优先考虑使用齿轮传动。已选择齿轮传动装置，如图2-6所示。图2-6齿轮传动装置2.2.4，转向系统转向齿轮是汽车设计的关键部分，直接决定汽车的功

8、能。转向齿轮也需要特殊的运动特性，以尽可能减少摩擦能量消耗，具有结构简单、获得零部件等基本条件。使旋转运动达到要求的前后振动，并左右转动方向盘，实现迂回障碍物功能。实现此功能的机制包括凸轮机构摇杆、曲柄连杆、曲柄摇杆、差动旋转等。(1)凸轮机构摇臂图2-7凸轮的二维凸轮是具有曲线轮廓或凹槽的元件，在运动中，上下接触可以实现从动件连续或不连续的预期往返运动。优点：只要设计合适的凸轮轮廓，从动件就能获得所需的运动，结构简单，紧凑，设计方便。缺点：凸轮轮廓加工更加困难。(2)曲柄连杆摇杆图2-8曲柄连杆摇杆机构示意图优点：运动辅助单位面积压力小，表面接触容易润滑，减少磨损，制造方便，准确度高。两个元

9、件之间的接触保持自身的几何图形封闭。缺点：通常，只能逼近给定的运动规律或运动轨迹，设计更复杂。当给定的运动要求很高或很复杂时，需要的零部件数和运动对往往比较多，从而导致机构结构复杂，工作效率降低，自锁定发生的可能性增加，同时增加了机构运动规律对制造、安装错误的敏感度。在机构中进行平面复合运动和往复运动的零部件的长生惯性力不均衡，在高速时产生大震动和动态载荷，因此连杆机构经常用于速度低的情况。(3)曲柄摇杆图2-9曲柄摇杆机构示意图结构相对简单，但有效率低的滑动摩擦对，例如凸轮。由于紧急返回特性，很难设计出更好的机制。(4)差动旋转因为两个车轮的角速度相同，所以旋转半径不同，所以两个车轮的速度不

10、同，所以两个车轮用作不同的驱动轮。汽车通过时差达到迂回障碍。综合分析了选择凸轮装置作为汽车转向装置的方案。2.2.5，步行机构行走机构有三个轮子，轮子的厚度和大小有所不同，根据材质，有很多注意事项。摩擦理论知道摩擦扭矩和正压力之间的关系。相同材料的常量值。滚动摩擦阻力，轮子越大，阻力越小，可以移动得越远。但是，加工问题、材料问题、安装问题等具体尺寸需要经过进一步分析后确定。汽车沿曲线运动，后轮一定会加快车速。后轮可以用两轮同步驱动，两轮差动驱动，一轮驱动。双轮同步驱动是因为车轮在地面上滑动，滑动摩擦损失了比滚动摩擦比赛大得多的能量，同时汽车移动太多，无法确认轨迹，无法有效避开障碍物。双轮差动驱

11、动通过差动或单向轴承防止两轮同步驱动问题。差速器包含最小能耗原理，可以更好地减少摩擦损失，同时实现满足运动。单向轴承的原则是速度更快就变成从动轮，速度更慢的轮子变成驱动轮，进行交替转换。但是，单向轴承具有齿隙，在从动轮转换过程中发生错误，因此运动不准确。使用单轮子驱动器仅一个轮子作为驱动轮子，使用一个轮子作为导向轮子，使用另一个轮子作为从动轮。像一辆自行车和一个轮子。从动轮和从动轮之间的比率由与地面的运动约束确定。其效率高于使用差动装置，但运行速度不如差动装置稳定，传输精度高于使用单向轴承。总之，行走机构的车轮要有合适的大小，使用差速器后，汽车的步态会更稳定，可以走得更长。2.2.6，微调机构

12、在转向机构中，由于加工和安装错误等原因，前轮的转动可能是一个大错误，因此还需要进行调整的简单微调机制。微调机构的另一个作用是进行适当的调整，使车走得更好。2.3汽车总体示意图：图2-10整体示意图重物落下后，转动驱动杆7，转动齿轮6和锥齿轮6 。其中，齿轮6转动驱动差动装置的齿轮8，驱动后轮旋转。锥齿轮5 的旋转驱动锥齿轮5 的旋转，锥齿轮3与凸轮4紧密连接，凸轮4的旋转与推杆2的前后振动，使摆动条1围绕a点旋转，前轮与单摆杆紧密连接，摆动条的旋转使前轮转动。三、机构设计和计算3.1汽车的轨迹首先，设置汽车的驾驶轨迹，在一个周期内，汽车的驾驶轨迹开始根据半径500mm创建圆弧OC，在c点汽车前

13、轮上开始旋转，根据与凸轮边的恒定关系慢慢变为0，通过CD段，前轮转角以相同的方式反向旋转，通过DE段，前轮转角保持不变，通过半径500mm的EF段。从那以后，汽车以同样的方式走路。其中OA=300mm，AC=100mm在下图中。图3-1汽车轨道设置图从上面看，可以知道汽车圆周运动时旋转的角度汽车沿着dt期间可视为圆弧的“s”曲线行走，大致如图3-2所示。图3-2汽车轨道分析图在某一点上，汽车导轮角是。曲率半径为时，和关系为：以下两个活动轮轨迹曲率半径分别是1、2、1、2和的关系。在Dt期间，驱动轮与ds、车身总角度db相关。进一步分析了车辆轨迹曲率半径与汽车角的关系，如图3-3所示。假定在dt

14、期间，车辆轨迹曲率半径从更改为，曲率半径和圆的中心，则可得到以下关系：在这里，那就能得到车去的路。汽车位置的增加如下：图3-3汽车转向分析图积分Ds可以得到汽车的总距离S=2754.3mm。如果一个周期内的总距离为s，则后轮旋转环数n(后)约为n(后)=，其中r是后轮的半径。导引和凸轮之间的斜齿轮比为1，即n(凸轮)=n(原始)，因此后轮和导引的传动比i=n(后)/n(原始)=。由于一个周期中的路径S=2754.3mm，预计后轮直径R=110mm，并且i=3.99被替代，传动比为4。使用MATLAB编程，可以在半个周期内获得汽车的轨迹。图3-4汽车轨道曲线另一半周期是对称的，可见汽车大致是“s”型，符合假说。程序文本：ClearR=110t1=0:0.1:(0.1 * pi)；R1=2.8 0 * t1alpha 1=atan(R1-2)/2)；Though 1=200。/sin(alpha 1)；S1=R * 4 * t1DS1=S1(2)-S1(1)；D_beita1=ds1。/(though 1)；车身整体转动的角度d _ beita _ jiao du 1=d _ beita 1 * 180/pi；beita 1=cumsum(d _ beita 1