s形軌跡無碳小車的結(jié)構(gòu)設(shè)計(1)

1、“S形軌跡無碳小車的結(jié)構(gòu)設(shè)計形軌跡無碳小車的結(jié)構(gòu)設(shè)計摘要：摘要：針對第四屆全國大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競賽題目，設(shè)計一輛通過重力驅(qū)動的純機(jī)械結(jié)構(gòu)的無碳小車，且小車具有周期性越障功能。通過所學(xué)知識，設(shè)計并制作該小車，參加比賽。設(shè)定不同的參數(shù)，借助工程軟件MATLAB對小車的軌跡進(jìn)行仿真計算。通過分析，設(shè)計出一輛滿足比賽要求的小車。并且通過調(diào)試證明，小車能夠穩(wěn)定行駛，具有較高的可靠性。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：無碳小車越障軌跡仿真0前言前言本文針對第四

2、屆全國大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競賽關(guān)于“S”形軌跡的要求，設(shè)計并制作了一種將重力勢能轉(zhuǎn)換為動能，并且按照“S”形軌跡穩(wěn)定前行的無碳小車。小車為三輪結(jié)構(gòu)，前輪為方向輪；后面一輪為驅(qū)動輪，一輪為從動輪。小車具有可調(diào)節(jié)的轉(zhuǎn)向控制機(jī)構(gòu)，以適應(yīng)7001300mm間距的不同間距障礙物。1小車結(jié)構(gòu)設(shè)計小車結(jié)構(gòu)設(shè)計本文把小車的機(jī)構(gòu)分為：原動機(jī)構(gòu)、傳動機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、微調(diào)機(jī)構(gòu)與車身。除了軸承、螺栓螺母等標(biāo)準(zhǔn)件可以直接選用外，小車的其余部件均使用LY102鋁

3、合金制作。本文的設(shè)計目的是使小車各部分的尺寸協(xié)調(diào)，滿足強(qiáng)度要求、實(shí)現(xiàn)不同距離的越障功能。下面是各個機(jī)構(gòu)的設(shè)計：1.1原動機(jī)構(gòu)設(shè)計原動機(jī)構(gòu)設(shè)計原動機(jī)構(gòu)是利用重物下落時的重力勢能轉(zhuǎn)化為動能，從而驅(qū)動小車前進(jìn)和轉(zhuǎn)向的機(jī)構(gòu)。重物是1kg的標(biāo)準(zhǔn)砝碼，重物周圍是三根均布的鋼管，從而約束重物的自由度，使重物直線下降，減少了能量損失，保證了小車重心的穩(wěn)定性。重物通過尼龍線繞在小車的繩輪上，在下降的過程中，帶動繩輪的轉(zhuǎn)動，實(shí)現(xiàn)了能量轉(zhuǎn)換。在實(shí)際測試中，證

4、明了該結(jié)構(gòu)簡單、能量轉(zhuǎn)化率高、成本低等特點(diǎn)。1.2傳動機(jī)構(gòu)設(shè)計傳動機(jī)構(gòu)設(shè)計傳動部分是原動機(jī)構(gòu)和小車主動輪動力傳遞的樞紐，本文設(shè)計的小車的傳動機(jī)構(gòu)由后輪、一級齒輪、及其相關(guān)零件組成。由于小車具有轉(zhuǎn)向的功能，為不干擾小車的轉(zhuǎn)向，后輪采用差速連接。小車的右后輪為主動輪，左后輪為從動輪。主動輪與傳動機(jī)構(gòu)相連，驅(qū)使小車的運(yùn)動，從輪輪用軸承空套在后軸上，跟隨小車的運(yùn)動。為了適應(yīng)不同間距越障，同時增大小車行駛的距離，我們采用多組齒輪嚙合的方式將700

5、1300mm的間距大致分為三組：700~900mm，900~1100mm，1100~1300mm。分組后可根據(jù)不同障礙物間距，對應(yīng)著不同組齒輪的嚙合，從而調(diào)整越障的幅度。與單組齒輪傳動相比，這種傳動方法越過的障礙物更多，行走距離更遠(yuǎn)。下圖是傳動機(jī)構(gòu)的齒輪分布圖，通過移動后輪軸上的齒輪組，則可以切換不同組齒輪的嚙合。架與車身采用了推力球軸承和一對法蘭軸承，減小轉(zhuǎn)彎過程中的摩擦阻力，提高轉(zhuǎn)軸的同軸度，保證了轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性和可靠性。圖6轉(zhuǎn)向

6、機(jī)構(gòu)示意圖下面是轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的桿長設(shè)計計算：根據(jù)后輪輪距為150mm，則取曲柄與車中心線距離為，且與轉(zhuǎn)向輪mmf55?連接的擺桿長度也為，同時轉(zhuǎn)向輪間與后軸的距離為，根據(jù)小mme55?mmb138?車運(yùn)動軌跡，計算小車的最大轉(zhuǎn)角為樁距為700mm時的轉(zhuǎn)角，通過計算在樁距為700mm時，軌跡公式為，)700cos(3303xy??根據(jù)質(zhì)心處轉(zhuǎn)彎半徑與前輪轉(zhuǎn)角的關(guān)系為，（為前輪的轉(zhuǎn)角）?tanbr??根據(jù)小車軌跡在計算小車的曲率半徑為，????

7、???????yyr5.12)1(得，轉(zhuǎn)角。此時對應(yīng)曲柄和連桿的最大合長度。93.0tan??0max43??maxl通過計算得到最大合長度，且連桿長度與曲柄長度分別達(dá)mml3.133max?mn到各自的最大值，且根據(jù)長度關(guān)系，得。3.13395222????nmnmmmnmmm8.325.100maxmax??同理計算小車在樁距為1300mm時的最小轉(zhuǎn)角。通過軌跡和曲率半徑公式，得，轉(zhuǎn)角。此時對應(yīng)曲柄和16.0tan??0min10?