機械電子工程畢業(yè)論文-無碳小車的轉(zhuǎn)向機構(gòu)設(shè)計及其仿真分析

1、<p><b>　　本科畢業(yè)論文</b></p><p><b>　?。?0 屆）</b></p><p>　　無碳小車的轉(zhuǎn)向機構(gòu)設(shè)計及其仿真分析</p><p><b>　　誠信聲明</b></p><p>　　本人鄭重聲明：本設(shè)計及其研究工作是本人在指導(dǎo)教師的指

2、導(dǎo)下獨立完成的，在完成設(shè)計時所利用的一切資料均已在參考文獻中列出。</p><p>　　本人簽名： 年 月 日</p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書</b></p><p>　　設(shè)計題目： 無碳小車的轉(zhuǎn)向機構(gòu)設(shè)計及其仿真分析

3、 </p><p><b>　　1．課題意義及目標(biāo)</b></p><p>　　通過本次的畢業(yè)設(shè)計，使學(xué)生了解了無碳小車的運動狀況，學(xué)習(xí)SolidWorks、ADAMS等軟件，增強對軟件的應(yīng)用能力。同時對機械原理、工程力學(xué)、機械設(shè)計等理論課程進行系統(tǒng)全面的復(fù)習(xí)，并將這些理論知識應(yīng)用到實踐中，做到學(xué)以致用

4、。此次畢業(yè)設(shè)計期望解決無碳小車運行過程中前輪轉(zhuǎn)角與車身的關(guān)系，為國內(nèi)無碳小車的設(shè)計提供參考。</p><p><b>　　2．主要任務(wù)</b></p><p>　　通過查閱資料了解國內(nèi)外無碳小車研究的進展，通過對比各設(shè)計方案的優(yōu)勢與不足，確定無碳小車轉(zhuǎn)向機構(gòu)的方案。并借助SolidWorks軟件完成轉(zhuǎn)向機構(gòu)各部分組件的建模與分析，完成無碳小車轉(zhuǎn)向機構(gòu)設(shè)計。利用Soli

5、dWorks軟件完成小車的虛擬仿真分析并進行改進。</p><p><b>　　3．主要參考資料</b></p><p>　　[1] 張磊．一種無碳小車的設(shè)計與性能分析[J]．電子制作，2013(9)：47．</p><p>　　[2] 白雪，唐鵬達．機械傳動無碳小車的設(shè)計構(gòu)想[J]．工業(yè)設(shè)計，20ll(8)：145．</p>&

6、lt;p>　　[3] 徐巖，佟岳軍，陳彥國．自動繞障無碳小車的設(shè)計[J]．現(xiàn)代企業(yè)教育，2012(11)</p><p>　　[4] 謝進．機械原理[M]．2版．北京：高等教育出版社，2010．</p><p><b>　　4．進度安排</b></p><p>　　審核人： 年 月 日&

7、lt;/p><p>　　無碳小車的轉(zhuǎn)向機構(gòu)設(shè)計及其仿真分析</p><p>　　摘 要：本設(shè)計滿足第四屆全國大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競賽命題要求。在設(shè)計過程中加強了SolidWorks、ADAMS軟件的應(yīng)用學(xué)習(xí)，完成了無碳小車的轉(zhuǎn)向機構(gòu)設(shè)計，順應(yīng)了未來機械無碳、綠色的發(fā)展方向。</p><p>　　本次畢業(yè)設(shè)計結(jié)合競賽規(guī)則要求，通過查閱相關(guān)資料，觀看往年比賽視頻借鑒往年

8、參賽選手經(jīng)驗，完成了本次的畢業(yè)設(shè)計任務(wù)。通過運用SolidWorks軟件完成無碳小車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計、整車裝配與運動仿真。為無碳小車“S”型軌跡的轉(zhuǎn)向機構(gòu)設(shè)計提供參考。</p><p>　　關(guān)鍵詞：無碳小車，雙滑槽轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)，SolidWorks </p><p>　　Carbon-Free Car Steering Mechanism</p><p>　　Desi

9、gn and Simulation Analysis</p><p>　　Abstract: The design meet the requirements of the Fourth National University engineering training comprehensive ability proposition competition. Strengthening the sudy of

10、SolidWorks,ADAMS software applications , achieving the design of carbon-free car steering system and tending to the mechanical non-carbon and green development.</p><p>　　This design combines with competition

11、 require, through searching for relevant information, watching the previous competiton videos and learn experience from these resorces. It takes advantage of SolidWorks software to complete the design of carbon-free car

12、steering system, the assembly of vehicle and simulate of action. It provides the reference for the carbon-free car "S" type of track the steering mechanism.</p><p>　　Keywords: Carbon-free car, Dou

13、ble chute steering structure,SolidWorks </p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1設(shè)計目的及意義1</p><p>　　1.2國內(nèi)外研究進展1</p><p&

14、gt;　　1.3 全國大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競賽簡介2</p><p>　　1.4設(shè)計準(zhǔn)備工作3</p><p>　　2 無碳小車方案理論設(shè)計4</p><p>　　2.1 行走軌跡設(shè)計4</p><p>　　2.1.1 行走軌跡確定4</p><p>　　2.1.2 行走軌跡繪制5</p>

15、<p>　　2.2無碳小車整車參數(shù)以及傳動機構(gòu)設(shè)計5</p><p>　　2.3轉(zhuǎn)向機構(gòu)設(shè)計8</p><p>　　2.3.1轉(zhuǎn)向機構(gòu)介紹與選擇8</p><p>　　2.3.2轉(zhuǎn)向機構(gòu)分析10</p><p>　　2.3.3類曲柄雙滑槽轉(zhuǎn)向機構(gòu)10</p><p>　　2.4原動方案選擇13&l

16、t;/p><p>　　2.5行走機構(gòu)設(shè)計14</p><p>　　2.6整體方案確定15</p><p>　　3基于SolidWorks軟件的運動仿真16</p><p>　　3.1 SolidWorks軟件介紹16</p><p>　　3.2基于SolidWorks的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)裝配方案設(shè)計16</p>

17、<p>　　3.3基于SolidWorks的無碳小車轉(zhuǎn)向機構(gòu)運動學(xué)仿真19</p><p>　　4基于ADAMS的無碳小車轉(zhuǎn)向機構(gòu)仿真分析21</p><p>　　4.1 ADAMS軟件介紹21</p><p>　　4.2 SolidWorks與ADAMS的數(shù)據(jù)傳輸22</p><p>　　4.3基于ADAMS的小車軌跡

18、仿真23</p><p><b>　　5成果與展望28</b></p><p><b>　　參考文獻29</b></p><p><b>　　致謝30</b></p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　

19、　1.1設(shè)計目的及意義</p><p><b>　　設(shè)計目的：</b></p><p>　　本次的畢業(yè)設(shè)計結(jié)合第四屆全國大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競賽的要求，旨在了解無碳小車的設(shè)計要求，熟悉無碳小車各部件的運行情況[1]；結(jié)合機械設(shè)計和機械原理的相關(guān)知識，設(shè)計小車的轉(zhuǎn)向機構(gòu)；通過分析小車前后輪傳動比關(guān)系以及轉(zhuǎn)角和前輪轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系，確定小車的轉(zhuǎn)向機構(gòu)以及整車的相關(guān)參數(shù)；借

20、助建模軟件、動力學(xué)仿真軟件，對無碳小車的轉(zhuǎn)向機構(gòu)的運動進行仿真分析，進而驗證設(shè)計的方案是否合理。</p><p><b>　　設(shè)計意義：</b></p><p>　　通過本次的畢業(yè)設(shè)計，不僅了解了無碳小車的運動狀況，學(xué)習(xí)了Proe、ADAMS等軟件，增強了對軟件的應(yīng)用能力。同時對機械原理、工程力學(xué)、機械設(shè)計等課程進行了系統(tǒng)全面的復(fù)習(xí)，并將這些理論知識應(yīng)用到實踐中，做到

21、了學(xué)以致用，并通過本次設(shè)計為現(xiàn)在無碳小車設(shè)計中轉(zhuǎn)向機構(gòu)的設(shè)計提供參考。</p><p>　　1.2國內(nèi)外研究進展</p><p>　　通過查閱資料知道，目前在國內(nèi)每兩年會舉辦一屆“全國大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競賽”，至今已成功舉辦了3屆。目前對無碳小車轉(zhuǎn)向機構(gòu)的設(shè)計有這樣幾種方案，包括：曲柄搖桿機構(gòu)、正弦機構(gòu)、RSSR空間四桿機構(gòu)方案，這三種機構(gòu)在結(jié)構(gòu)和功能上有各自的特點，其中正弦機構(gòu)可以實

22、現(xiàn)正反轉(zhuǎn)角的完全對稱，曲柄搖桿機構(gòu)和RSSR空間四桿機構(gòu)通過優(yōu)化設(shè)計，可以使機構(gòu)的對稱性得到提高。</p><p>　　在國內(nèi)各大高校尤其是工科類高校對無碳小車的研究比較深入，其中哈爾濱工程大學(xué)工程訓(xùn)練中心提出一種采用摩擦輪與摩擦盤相結(jié)合的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)小車的轉(zhuǎn)向功能，這樣的結(jié)構(gòu)易加工，調(diào)試簡單。在第三屆全國大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競賽中，來自東南大學(xué)機械工程學(xué)院的隊伍提出曲柄搖桿機構(gòu)的轉(zhuǎn)向機構(gòu)，并應(yīng)用微調(diào)裝置精確調(diào)節(jié)

23、小車運動軌跡。遼寧工業(yè)大學(xué)專門針對無碳小車S形運動軌跡進行改進研究，采用連桿機構(gòu)實現(xiàn)前輪的自動轉(zhuǎn)向[2]。</p><p>　　1.3 全國大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競賽簡介</p><p>　　全國大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競賽是教育部高等教育司發(fā)文舉辦的全國性大學(xué)生科技創(chuàng)新實踐競賽活動，是基于國內(nèi)各高校綜合性工程訓(xùn)練教學(xué)平臺，為深化實驗教學(xué)改革，提升大學(xué)生工程創(chuàng)新意識、實踐能力和團隊合作精神，

24、促進創(chuàng)新人才培養(yǎng)而開展的一項公益性科技創(chuàng)新實踐活動。大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競賽的意義是為了促進各高校大學(xué)生提高工程實踐、工程訓(xùn)練教學(xué)改革以及教學(xué)水平，進而培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計意識、綜合工程應(yīng)用能力以及團隊的協(xié)同合作精神，促進高效大學(xué)生理論知識與綜合應(yīng)用能力的培養(yǎng)、理論與實踐的有機結(jié)合，養(yǎng)成良好的學(xué)風(fēng)，為培養(yǎng)國家優(yōu)秀創(chuàng)新性、應(yīng)用性人才創(chuàng)造條件。</p><p>　　第四屆全國大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競賽的命題主題為“

25、無碳小車越障競賽”。 競賽命題位：以重力勢能驅(qū)動的具有方向控制功能的自行小車</p><p>　　設(shè)計一種自行運動的小車，帶動其行走以及實現(xiàn)轉(zhuǎn)向功能的能量是根據(jù)能量轉(zhuǎn)換原理，由給定的重物的重力勢能轉(zhuǎn)換而形成的。給定重物的重力勢能為4焦耳（取g=10m/s2），競賽時統(tǒng)一使用質(zhì)量為1Kg的重塊（￠50×65 mm，普通碳鋼）鉛垂自由落體運動來獲得，落差為400±2mm，重塊落下后，必須被小車承載

26、并能夠隨同小車一起運動，在運行途中不允許從小車上掉落。圖1.1為小車示意圖。</p><p>　　圖1.1 無碳小車示意圖</p><p>　　要求無碳小車運行過程中完成所有動作所需要的能量均必須僅由重塊的重力勢能轉(zhuǎn)換獲得，不可使用其他任何形式的能量來源。</p><p>　　要求小車具有轉(zhuǎn)向控制機構(gòu)，且此轉(zhuǎn)向控制機構(gòu)需要具有可調(diào)節(jié)功能，以適應(yīng)放有不同間距障礙物的競

27、賽場地。</p><p>　　要求小車整車車身為三輪結(jié)構(gòu)，具體設(shè)計、材料選用及加工制作均由參賽學(xué)生自主完成。競賽小車在前行時能夠自動交錯繞過賽道上設(shè)置的障礙物。障礙物統(tǒng)一為直徑20mm、高200mm的多個沿直線等距離擺放的圓棒[3]。見圖1.2。</p><p>　　圖1.2 無碳小車行走示意圖</p><p><b>　　1.4設(shè)計準(zhǔn)備工作</b&

28、gt;</p><p>　　本次的畢業(yè)設(shè)計課題為無碳小車的轉(zhuǎn)向機構(gòu)設(shè)計及其仿真分析，通過分析課題以及參考第四屆全國大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競賽知道，本次的畢業(yè)設(shè)計需要先通過查閱資料了解滿足“S”型軌跡的轉(zhuǎn)向機構(gòu)，了解小車的運行方式，并熟悉小車的各部件運行，對小車的整車有一個整體的了解。</p><p>　　在對小車有一定的了解之后，需要對小車進行參數(shù)化設(shè)計，有一個整體的思路，重點確定小車的轉(zhuǎn)

29、向機構(gòu)部分，設(shè)計出合適的轉(zhuǎn)向機構(gòu)。通過Proe軟件進行小車的行走軌跡設(shè)計，并需要學(xué)習(xí)SolidWorks軟件完成小車三維建模并進行運動學(xué)仿真檢查機構(gòu)之間是否存在干涉，機構(gòu)設(shè)計是否合理。最后通過學(xué)習(xí)adams軟件，將完成好的SolidWorks軟件模型導(dǎo)入到adams中，進行動力學(xué)仿真，完成本次的畢業(yè)設(shè)計。</p><p>　　2 無碳小車方案理論設(shè)計</p><p>　　通過對小車的功能分

30、析了解到，為了保證小車的行進距離夠遠，小車整車質(zhì)量應(yīng)盡可能較輕，同時小車也應(yīng)該保持較低的行進速度。主要有以下兩點原因： （1）小車行進速度越快，行進過程中消耗的能量就越多。假設(shè)系統(tǒng)中阻尼為線性阻尼，由瑞利阻尼函數(shù)</p><p>　　D=1/2cv2

31、 (2.1)</p><p>　　可知，在阻尼系數(shù)c一定的情況下，速度v的數(shù)值越大，D的值越大，故系統(tǒng)所消耗的能量也就越多。（2）由于無碳小車的運行是通過重塊下落的重力勢能帶動運行的，故小車行進速度越快，重塊下落的也就越快。由于重塊最終會落到小車板上，這就意味著重錘與小車車身之間存在著撞擊。撞擊過程中所產(chǎn)生的動能就會被白白地浪費掉，并且重塊下降的速度越快，其浪費掉

32、的能量越多。</p><p>　　考慮到當(dāng)小車保持在較低的運行速度狀態(tài)下時，慣性力的作用以及車體自身的角速度都可以忽略不計。在無碳小車的后輪采用一輪為驅(qū)動輪，另一輪為隨動輪的情況下，小車近似滿足下列假設(shè)條件：</p><p>　　（1）小車在前進運行過程中，小車的前輪在地面上為純滾動運動狀態(tài)。</p><p>　?。?）小車在轉(zhuǎn)向過程中，車身的旋轉(zhuǎn)支點為后輪與地面的

33、接觸點。</p><p>　　通過實踐證明，小車前進運行的速度越低，；兩假設(shè)與小車的實際運行情況越吻合[4]。</p><p>　　2.1 行走軌跡設(shè)計</p><p>　　2.1.1 行走軌跡確定</p><p>　　由圖1.2所示的小車行走示意圖可知，障礙物為等距離放置，間距為1米，所以要使小車順利繞過障礙物，應(yīng)使小車的行走軌跡為正余弦曲

34、線。因而可以看出決定小車能否順利繞過障礙物主要取決與下面兩個因素。</p><p>　　(1)：正余弦曲線的周期T</p><p>　　(2)：正余弦曲線的振幅A</p><p>　　綜合考慮障礙物的放置情況，擬采用式2.1的正弦曲線作為小車的理論行走軌跡。</p><p>　　y=A*sin(360*t) (A為小車質(zhì)點到中線距離)

35、 （2.2）</p><p>　　2.1.2 行走軌跡繪制</p><p>　　由于小車行走軌跡曲線的長度決定著小車傳動系統(tǒng)與轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計，所以必須要知道小車行走軌跡曲線的長度。由于三維制圖軟件pro/e有強大的繪圖功能與測量功能，且在后期的仿真過程中仍要利用該軌跡曲線所以本設(shè)計用pro/e進行軌跡曲線的繪制與測量。</p><p>　　(1) pr

36、o/e曲線繪制</p><p>　　在pro/e中新建一個.prt,在操作面板中點擊創(chuàng)建曲線按鈕，使用通過方程建立曲線在方程輸入框中輸入表達式2.3生成式2.2的正弦曲線如圖2.1所示</p><p><b>　　X=2000*t</b></p><p>　　y=500*sin(360*t)</p><p>　　z=0

37、 （2.3）</p><p>　　(2) pro/e曲線測量</p><p>　　在pro/e工具欄中使用分析中的測量工具可以側(cè)得曲線半個周期之間的距離為1000mm，與賽事要求的兩個樁之間的距離吻合，振幅A=250mm,曲線長度S=2927.39mm，如圖2.1所示</p><p>　　圖 2.1 軌跡及曲線測量<

38、/p><p>　　2.2無碳小車整車參數(shù)以及傳動機構(gòu)設(shè)計</p><p>　　如上圖2.1所示為小車一個周期內(nèi)的理論行走長度，我們設(shè)其為S。小車想要完成“S”型軌跡，后輪和前輪的傳應(yīng)該成一定的比例關(guān)系。</p><p>　　i=S/(π*D) （2.4）</p><p>　　分析比賽要求

39、，我們結(jié)合實際需要直接給定小車后輪直徑D為170mm，則根據(jù)上式可以求得小車后輪與前輪的傳動比為5.5:1，故小車前輪直徑為31mm。</p><p>　　依據(jù)上數(shù)據(jù)，我們需要據(jù)此設(shè)計小車的傳動機構(gòu)。傳動機構(gòu)的功能是把動力和運動傳遞到轉(zhuǎn)向機構(gòu)和驅(qū)動輪上。要使小車行駛的更遠及按設(shè)計的軌道精確地行駛，傳動機構(gòu)必需具有傳遞效率高、傳動穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡單、重量輕等特點。通常有以下幾種傳動機構(gòu)。</p><

40、p>　　(1) 不用其它額外的傳動裝置，直接由動力軸驅(qū)動輪子和轉(zhuǎn)向機構(gòu)，此種方式效率最高、結(jié)構(gòu)最簡單。在不考慮其它條件時這是最優(yōu)的方式。</p><p>　　(2) 帶輪傳動具有結(jié)構(gòu)簡單、傳動平穩(wěn)、價格低廉、緩沖吸震等特點但其效率及傳動精度并不高。不適合本小車設(shè)計。</p><p>　　(3) 齒輪傳動具有效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠、傳動比穩(wěn)定但價格較高。因此在第一種方式不能夠滿足要

41、求的情況下優(yōu)先考慮使用齒輪傳動。</p><p>　　基于以上原因考慮如不使用額外的傳動裝置將使得后輪直徑過大，重心過高，不利于小車行走，帶輪由于是靠摩擦傳動效率較低，同時由于帶輪傳動存在彈性滑動現(xiàn)象使得傳動比不穩(wěn)定，而齒輪傳動可以克服這些缺點所以該設(shè)計選用齒輪傳動。</p><p>　　依據(jù)上述前后輪傳動比，我們設(shè)計傳動機構(gòu)中齒輪的傳動關(guān)系。擬采用小模數(shù)齒輪，增加齒數(shù)，增大齒輪嚙合重合度

42、，可提高傳動精度，彌補齒輪制造精度差。因此選擇齒輪模數(shù)為1給定在小車后輪軸上固定的小齒輪的齒數(shù)為14，大齒輪的齒數(shù)為77，轉(zhuǎn)向齒輪的傳動比定位1。兩個轉(zhuǎn)向齒輪齒數(shù)均為29.據(jù)此設(shè)定好了小車的傳動機構(gòu)部分。</p><p>　　依據(jù)上述參數(shù)我們在SolidWorks中創(chuàng)建齒輪三維模型。打開SolidWorks2013軟件，新建一個3D模型創(chuàng)建，單擊設(shè)計庫，找到ToolBox ，在下拉菜單中選定Gb，在動力傳動中選定

43、齒輪，創(chuàng)建一個標(biāo)準(zhǔn)齒輪并完成參數(shù)設(shè)計。如下圖2.2所示。創(chuàng)建的齒輪為標(biāo)準(zhǔn)齒輪，我們需要為其添加方形凹槽，使其與小齒輪固定固定在一起。</p><p><b>　　圖2.2齒輪創(chuàng)建</b></p><p>　　依據(jù)小車的傳動比關(guān)系確定了小車的后輪軸與繞線軸的高度差以及繞線軸與滑槽軸的距離關(guān)系。通過比賽命題規(guī)則可知，用于提供小車重力勢能的重物需同小車一起運動，重物直徑為5

44、0mm，所以小車的車身寬度應(yīng)大于50mm，而我們知道小車的外形尺寸越小，小車越容易實現(xiàn)繞樁行走，所以小車的車身寬度D應(yīng)盡可能?。―>50mm）,同時考慮小車的行走的平穩(wěn)性，不應(yīng)使車身寬度過小，綜上所述擬定小車兩后輪間距為140mm。</p><p>　　根據(jù)小車的后輪間距，給定小車的底盤寬度為120mm，考慮小車整體的穩(wěn)定性，以及考慮傳動部分尺寸占比，給定底盤長為200mm。如下圖2.3所示為創(chuàng)建好的底盤。

45、</p><p><b>　　圖2.3 底盤</b></p><p><b>　　2.3轉(zhuǎn)向機構(gòu)設(shè)計</b></p><p>　　2.3.1轉(zhuǎn)向機構(gòu)介紹與選擇</p><p>　　轉(zhuǎn)向機構(gòu)的設(shè)計是本次畢業(yè)設(shè)計的核心部分，無碳小車的轉(zhuǎn)向機構(gòu)直接決定著該小車的運行軌跡。對于轉(zhuǎn)向機構(gòu)的設(shè)計需要盡可能地減少

46、摩擦力對能量的損耗，，同時還要滿足機構(gòu)的設(shè)計合理性，結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單，零部件易于加工容易獲得，精度設(shè)計合理合規(guī)等條件。另外轉(zhuǎn)向機構(gòu)還需要具有特殊的運動特性，能夠?qū)⑿D(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為滿足要求的近似正余弦擺動運動，帶動無碳小車實現(xiàn)自動避障前行一定距離的功能[6]。通過查閱相關(guān)資料與學(xué)習(xí)知道，當(dāng)前能夠?qū)崿F(xiàn)該功能的機構(gòu)主要有如下圖2.4所示的機構(gòu)：</p><p><b>　　圖2.4轉(zhuǎn)向機構(gòu)</b><

47、;/p><p>　　凸輪機構(gòu)：凸輪是具有一定曲線輪廓或凹槽的機械構(gòu)件，當(dāng)它運動時，通過高副的接觸就可以使從動件獲得連續(xù)或者不連續(xù)的任意的預(yù)期往復(fù)運動。該機構(gòu)的優(yōu)點是：只需要設(shè)計出適當(dāng)?shù)耐馆嗇喞?，便可使從動件獲得任意的預(yù)期運動，而且此類結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、設(shè)計方便；缺點：凸輪輪廓的加工比較困難。</p><p>　　在本此無碳小車設(shè)計中由于凸輪的輪廓在加工中比較困難、尺寸不能夠進行可逆的改變、精度也

48、很難得到保證、重量又較大、效率低能量損失過大（滑動摩擦）因此不予采用。</p><p><b>　　曲柄連桿+搖桿</b></p><p>　　優(yōu)點：這類轉(zhuǎn)向機構(gòu)的運動副在單位面積上所受的壓力不大，并且由于是面接觸因而便于潤滑，磨損就會減小，并且制造方便，容易獲得較高的制造精度；兩構(gòu)件之間的接觸是靠機構(gòu)本身的幾何封閉來維系的，它不像凸輪機構(gòu)有的時候需要利用彈簧等外力封

49、閉來保持接觸。缺點：通常情況下只能夠近地似實現(xiàn)給定的運動規(guī)律或運動軌跡，并且此類機構(gòu)設(shè)計復(fù)雜，當(dāng)給定的運動要求較多或較復(fù)雜時，需要的構(gòu)件數(shù)和運動副數(shù)往往比較多，這樣就使機構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工作效率降低，會大大增加自鎖的可能性，而且機構(gòu)運動規(guī)律對制造、安裝誤差的敏感性增加；機構(gòu)中做平面復(fù)雜運動和作往復(fù)運動的構(gòu)件所產(chǎn)生的慣性力難以平衡，在高速運行時將引起較大的振動和動載荷，因而曲柄連桿+搖桿機構(gòu)常用于速度較低的場合。</p><

50、;p><b>　　曲柄搖桿</b></p><p>　　特點：結(jié)構(gòu)較為簡單，但是和凸輪機構(gòu)一樣有一個滑動的摩擦副效率低，此機構(gòu)最顯著的急回特性導(dǎo)致難以設(shè)計出較好的機構(gòu)。差速轉(zhuǎn)彎中的差速拐是利用兩個偏心輪作為驅(qū)動輪，但是由于兩個輪子的角速度一樣但是轉(zhuǎn)動半徑的不一樣，從而使兩個輪子的運行速度不一樣，進而產(chǎn)生差速，無碳小車通過差速來實現(xiàn)拐彎避障功能。差速轉(zhuǎn)彎，是理論上小車能走的最遠的設(shè)計方案

51、。和凸輪機構(gòu)相同，此機構(gòu)對輪子的加工精度要求很高，加工出來后也無法根據(jù)需要來調(diào)整車輪的尺寸。（由于加工和裝配的誤差是不可避免的）</p><p>　　上述所列轉(zhuǎn)向機構(gòu)為往年部分參賽隊伍所設(shè)計轉(zhuǎn)向機構(gòu)的匯總，本次的畢業(yè)設(shè)計參考以上轉(zhuǎn)向機構(gòu)，吸收其中的優(yōu)點進行創(chuàng)新性設(shè)計，采用類曲柄雙滑槽機構(gòu)，此機構(gòu)相對于以上所述機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，定位精度高，便于拆裝和調(diào)試，可調(diào)性好。</p><p>　　2.3.

52、2轉(zhuǎn)向機構(gòu)分析</p><p>　　選定好轉(zhuǎn)向機構(gòu)后，對轉(zhuǎn)向機構(gòu)在CAD中進行轉(zhuǎn)向機構(gòu)簡圖繪制，如下圖2.5所示，依據(jù)簡圖分析小車轉(zhuǎn)向機構(gòu)的運行。</p><p>　　如圖所示，當(dāng)傳動機構(gòu)部分齒輪轉(zhuǎn)動時會帶動轉(zhuǎn)向齒輪的轉(zhuǎn)動。進而可使偏心槽完成360º的旋轉(zhuǎn)，偏心槽的轉(zhuǎn)動帶動豎滑槽以及橫滑槽的偏移，而橫滑槽的偏移就會使衡調(diào)節(jié)盒產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，進而使小輪實現(xiàn)自動繞障功能。</p>

53、;<p>　　圖2.5轉(zhuǎn)向機構(gòu)簡圖</p><p>　　2.3.3類曲柄雙滑槽轉(zhuǎn)向機構(gòu)</p><p><b>　　整體設(shè)計思路</b></p><p>　　本次的畢業(yè)設(shè)計采用雙滑槽轉(zhuǎn)向機構(gòu)，通過偏心槽的旋轉(zhuǎn)運動帶動豎滑槽以及橫滑槽的平移從而造成橫調(diào)節(jié)盒的偏轉(zhuǎn)進而帶動小車前輪實現(xiàn)自動繞障前進。如圖2.6所示為本次畢業(yè)設(shè)計的類曲柄雙

54、滑槽轉(zhuǎn)向機構(gòu)三維模型。</p><p>　　圖2.6雙滑槽轉(zhuǎn)向機構(gòu)</p><p><b>　　偏心槽結(jié)構(gòu)設(shè)計</b></p><p>　　分析比賽命題可知只要使小車的前叉轉(zhuǎn)角可以從00連續(xù)變化到最大角度，小車就可實現(xiàn)類似正弦曲線的運動規(guī)律。我們給定小車前軸與橫滑槽軸承的中心距為39mm。 </p><p>　　對式2.

55、2求導(dǎo)可求得小車在前輪擺角達到最大值時小車前軸與滑塊中心的偏角。</p><p><b>　?。?.5）</b></p><p>　　由上式可求得此時偏角為72º，故我們可以知道小車前輪可以實現(xiàn)單向的最大偏角為18º。如圖2.7所示簡圖</p><p>　　圖2.7 前輪最大偏角簡圖</p><p>

56、　　根據(jù)上圖我們可求得此時橫滑槽軸承與車身垂直點與小車前軸的直線距離為：</p><p><b>　　（2.6）</b></p><p>　　根據(jù)正余弦軌跡曲線我們知道，當(dāng)小車達到另一側(cè)最大偏角時，如下圖2.8所示，此時橫滑槽軸承與車身垂直點與小車前軸的直線距離為：</p><p><b>　?。?.7）</b></

57、p><p>　　圖2.8 前輪最大偏角簡圖</p><p>　　綜上可知小車在運行過程中，一個周期內(nèi)橫滑槽軸承的最大推程為12.7+12.7=25.4mm，根據(jù)分析小車的運行情況可知，最大推程即為偏心槽的偏心距,即為下圖2.9所示的偏心槽中心與偏心槽軸承的距離。同時為了滿足小車可以適應(yīng)不同的樁距變化，因而偏心槽結(jié)構(gòu)的偏心槽設(shè)置為3個。</p><p>　　圖2.9 偏心

58、槽結(jié)構(gòu)</p><p><b>　　橫調(diào)節(jié)盒結(jié)構(gòu)設(shè)計</b></p><p>　　圖2.10 橫調(diào)節(jié)盒</p><p>　　上圖2.10所示為轉(zhuǎn)向機構(gòu)中的橫調(diào)節(jié)盒，此結(jié)構(gòu)與前叉通過螺釘連接，能夠在橫滑槽的帶動下實現(xiàn)正余弦的偏轉(zhuǎn)從而帶動前輪實現(xiàn)自動繞障功能。相比較于偏心輪結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)不僅節(jié)約材料，而且質(zhì)量較輕，結(jié)構(gòu)簡單，能夠減少車身的整體質(zhì)量，使

59、小車能夠行走的更遠。</p><p><b>　　2.4原動方案選擇</b></p><p>　　原動機構(gòu)的作用是將重塊的重力勢能轉(zhuǎn)化為小車前行的驅(qū)動力。能實現(xiàn)這一功能的傳動方案有許多種。就效率和簡潔性來講定滑輪繩索結(jié)構(gòu)最是最佳選擇方案。同時小車對原動機構(gòu)還有其它的具體要求。</p><p>　　(1) 驅(qū)動力適中，避免小車拐彎時由于速度過大導(dǎo)

60、致小車傾翻或重塊下落晃動嚴(yán)重影響小車前行的穩(wěn)定性。</p><p>　　(2) 到達終點前重塊豎直方向的速度要盡可能小，避免對小車車身產(chǎn)生過大的沖擊。同時應(yīng)使重塊的動能盡可能地轉(zhuǎn)化為小車前進的動力，如當(dāng)重塊豎直方向的速度較大，而重塊本身還有較多動能尚未釋放，就會導(dǎo)致能量被白白損耗掉，使勢能轉(zhuǎn)化為動能的利用率降低。</p><p>　　(3) 由于不同的場地對輪子的摩擦可能不一樣，在不同的場

61、地小車所需要的動力也不一樣。在調(diào)試時也不知道多大的驅(qū)動力能夠恰到好處。因此原動機構(gòu)所提供的驅(qū)動力應(yīng)該具有可調(diào)性。</p><p>　　（4）原動機構(gòu)同樣需要滿足機構(gòu)簡單，效率高。</p><p><b>　　2.5行走機構(gòu)設(shè)計</b></p><p>　　由于小車兩后輪存在速度差，在行進過程中存在滾動摩擦和滑動摩擦，為了克服這些缺點，我們采用單

62、，一邊為定輪，另一邊為有普通軸承的自由論，另外驅(qū)動車輪與地板的接觸面積因越小越好，所以后輪外輪廓采用圓形截面，同時為了減少重量后輪采用輪輻式車輪（圖2.11），由于前輪較?。?1mm）故采用整體式車輪（圖2.12）前輪外輪廓也采用圓形截面。</p><p><b>　　圖2.11 后輪</b></p><p><b>　　主動軸設(shè)計</b><

63、;/p><p>　　由于比賽規(guī)定的重物下落高度只有400mm，也就說繞在繞線軸上的繩子的周長只有400mm，假設(shè)驅(qū)動繩索繞在后輪軸上則有式2.8</p><p><b>　　（2.8）</b></p><p>　　式中n為小車整個行走過程中所走過的總的周期數(shù)（一個周期內(nèi)小車可繞過兩個樁），為傳動比i=5.5，為繞在主動軸上繩子周長，為后輪軸的直徑。

64、則將、代如式2-1可得與的關(guān)系如表2.1所示。</p><p>　　表2.1: n與d的關(guān)系</p><p>　　由表可知要想使小車?yán)@過多的障礙物勢必會使后輪軸過細從而削弱軸的強度，同時也減小了啟動力矩，這樣不利于小車啟動，故不能選擇后輪軸作為主動軸，而只能選繞線軸作為主動軸，因為選繞線軸做主動軸時有式2.9成立。</p><p><b>　?。?.9）&

65、lt;/b></p><p>　　由式2.6可知在軸徑相同的情況下如果選擇繞線軸作為主動軸的話小車的前進距離可以增加5倍，故選擇繞線軸作為主動軸（軸徑5mm）。如圖2.13所示</p><p><b>　　圖2.13 繞線軸</b></p><p><b>　　2.6整體方案確定</b></p><

66、;p>　　通過前文論述所確定的參數(shù)設(shè)計，我們對無碳小車的整體進行方案確定，各零部件的具體參數(shù)如下表2.2所示</p><p>　　表2.2 無碳小車設(shè)計方案及參數(shù)</p><p>　　3基于SolidWorks軟件的運動仿真</p><p>　　3.1 SolidWorks軟件介紹</p><p>　　SolidWorks軟件是世界上第

67、一個基于Windows系統(tǒng)開發(fā)的三維CAD系統(tǒng)，從發(fā)展至今，其所遵循的易用、穩(wěn)定和創(chuàng)新三大原則得到了全面的落實和證明，可以大大縮減設(shè)計時間，從而使設(shè)計產(chǎn)品可以快速、高效的投向市場。</p><p>　　Solidworks軟件功能強大，組件繁多。 Solidworks有功能強大、易學(xué)易用和技術(shù)創(chuàng)新三大特點，這使得運用SolidWorks軟件解決設(shè)計建模成為世界上領(lǐng)先的、主流的三維CAD解決方案。SolidWork

68、s軟件能夠提供各種不同的設(shè)計方案，進而減少設(shè)計過程中出現(xiàn)的錯誤，這樣能夠提高設(shè)計出來的產(chǎn)品質(zhì)量。SolidWorks不僅擁有如此強大的功能，而且對每個工程師和設(shè)計者甚至初學(xué)者來說，其操作簡單、方便、易學(xué)、易用。</p><p>　　在目前市場上所見到的三維CAD解決方案中，SolidWorks是設(shè)計過程比較方便并且易學(xué)的軟件之一。SolidWorks2013是SolidWorks以往版本的升級版，此版本擁有更加強

69、大的設(shè)計功能，可以實現(xiàn)快速建模并能夠驗證復(fù)雜幾何體，并且它的控制功能也更強。且SolidWorks2013在以往的基礎(chǔ)上提高了性能和工作效率，用戶可以充分利用其強大的處理能力來創(chuàng)建和仿真模型，并實現(xiàn)監(jiān)控。</p><p>　　相對于已經(jīng)完成設(shè)計并且制造加工出的產(chǎn)品而言，我們可以將其看成為幾何模型，而無論是多么復(fù)雜的幾何模型，我們都可以將其分解成有限數(shù)量的構(gòu)成特征，而每一種構(gòu)成特征，都可以通過有限的參數(shù)來實現(xiàn)完全約

70、束，這就是參數(shù)化設(shè)計的基本概念。</p><p>　　SolidWorks是基于特征的實體模型化系統(tǒng)，它的特征創(chuàng)建可以分為以下三類：1.基準(zhǔn)特征:在創(chuàng)建零件基本特征時，經(jīng)常使用輔助面、輔助軸線，裝配定位時經(jīng)常使用坐標(biāo)系。這些統(tǒng)稱為基準(zhǔn)特征或者參考幾何體，這類特征在最終的產(chǎn)品中并沒有體現(xiàn)，所以又可稱其為虛體特征。2.實體特征：零件的構(gòu)成單元，可通過各種造型方法得到，如拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描、拔模、倒角、打孔、抽殼等。3.

71、高級特征：包括通過曲線造型、曲面造型以及鈑金造型生成的特征[8]。</p><p>　　3.2基于SolidWorks的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)裝配方案設(shè)計</p><p>　　分析轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理知道，本設(shè)計方案的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)向滑槽軸、偏心槽、豎滑槽、橫滑槽、滑塊、導(dǎo)軌、橫調(diào)節(jié)盒等。其中兩轉(zhuǎn)向齒輪的轉(zhuǎn)動通過滑槽軸帶動偏心槽實現(xiàn)360º旋轉(zhuǎn)，進而帶動橫滑槽的平移進而實現(xiàn)小車的自動避障功能。&

72、lt;/p><p>　　圖3.1 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)裝配圖</p><p>　　將設(shè)計好的類曲柄雙滑槽機構(gòu)嵌入到整車裝配系統(tǒng)中就可得到如下圖3.1所示的小車整體裝配3維模型，其中重錘采用剛性連接固定在小車的底座上。小車采用鏤空車板滑槽推桿機構(gòu)，此設(shè)計可以減小車身的整體質(zhì)量，便于加工，同時此結(jié)構(gòu)簡單，定位精度高，便于安裝和調(diào)試。采用繩輪機構(gòu)達到動力的傳遞目的。傳動機構(gòu)采用齒輪傳動，傳動效率高，傳動平穩(wěn)損耗

73、小。重力砝碼下落的支撐及導(dǎo)向機構(gòu)的設(shè)計更有利于重力砝碼平穩(wěn)下落，使小車的運動軌跡更接近于理論軌跡，更加精確。表3.1所示為無碳小車各零部件間的約束關(guān)系。</p><p>　　圖3.2 無碳小車整車裝配圖</p><p>　　表3.1 各零部件約束關(guān)系</p><p>　　3.3基于SolidWorks的無碳小車轉(zhuǎn)向機構(gòu)運動學(xué)仿真</p><p&g

74、t;　　在使用SolidWorks軟件完成小車的整車建模之后，需要通過仿真軟件對其進行仿真分析。由于SolidWorks軟件的局限性，不能對其添加滾動摩擦力進行動力學(xué)的仿真，所以我們可以先通過SolidWorks對小車進行運動學(xué)仿真，驗證無碳小車各零部件之間有沒有發(fā)生干涉，各結(jié)構(gòu)間的約束是否正確。之后再導(dǎo)入adams軟件，完成無碳小車的動力學(xué)仿真分析。</p><p>　　打開SolidWorks2013軟件，打

75、開無碳小車總裝配體文件，如上圖3.2所示。單擊窗口左下角【運動算例1】選項卡，進入到運動算例操作界面。單擊【工具】-【插件】命令，選定【SolidWorks Motion】插件。單擊動畫工具欄上的【馬達】按鈕，彈出【馬達】對話框，將馬達類型設(shè)置為【旋轉(zhuǎn)馬達】，然后在總裝配體滑槽軸處定義馬達，如下圖3.3所示。設(shè)置馬達的運動方式如圖3.4所示，然后單擊確定創(chuàng)建此馬達。</p><p>　　圖3.3 馬達的定義<

76、;/p><p>　　驅(qū)動添加好之后，我們便可以對無碳小車的轉(zhuǎn)向機構(gòu)進行運動學(xué)仿真分析了。首先我們對小車前輪的轉(zhuǎn)角進行分析。首先在操作面板上找到工具欄選項，在插件中添加，然后在運動算例1下，選定Motion分析，在右示位置單擊結(jié)果和圖解，彈出如下圖3.5所示的對話框，選取小車的前輪一面為分析對象，分析結(jié)果如下圖3.6所示，由圖示可知，小車在初始位置與車身夾角為18 º，前輪與車身的最大偏角為18 º

77、，在運行過程中小輪的運行軌跡為正余弦曲線。</p><p>　　圖3.4 馬達運動方式 圖3.5 結(jié)果對話框</p><p>　　圖3.6 小車前輪轉(zhuǎn)角變化情況</p><p>　　4基于ADAMS的無碳小車轉(zhuǎn)向機構(gòu)仿真分析</p><p>　　計算機輔助工程分析(Computer Aided Engineering簡稱CAE)

78、，主要是指利用數(shù)值模擬分析技術(shù)對工程和產(chǎn)品進行性能和安全進行可靠性分析，模擬其未來的工作狀態(tài)和運行狀況，及早發(fā)現(xiàn)設(shè)計中存在的缺損，驗證工程產(chǎn)品功能的可用性以及可靠性。由于CAE技術(shù)的發(fā)展與普及，使機械設(shè)計工作發(fā)生了革命性的變化，機械設(shè)計已逐步實現(xiàn)了由經(jīng)驗類比向最優(yōu)設(shè)計的過渡，由人工計算向自動計算的過渡，由近似計算向精確計算的過渡。CAE在產(chǎn)品開發(fā)研制中顯示出無于倫比的優(yōu)越性，使其成為現(xiàn)代企業(yè)在日趨激烈的競爭中取勝的一個重要條件，CAE技

79、術(shù)的運用使得產(chǎn)品的開發(fā)成本降低了80﹪，開發(fā)時間降低了70﹪，是現(xiàn)代工程技術(shù)人員必備的技術(shù)之一。本設(shè)計為了提高設(shè)計效率，找到小車推桿軌跡與小車行駛軌跡的關(guān)系，擬采用計算機的輔助設(shè)計的手段來進行小車的整體設(shè)計，由于pro/e不具備動力學(xué)仿真功能不能對車輪添加滾動摩擦力，本設(shè)計擬采用Adams進行無碳小車的動力學(xué)仿真。</p><p>　　4.1 ADAMS軟件介紹</p><p>　　ADA

80、MS(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems，即機械動力學(xué)自動分析)，該軟件是美國MDI公司(Mechanical Dynamics Inc.)開發(fā)的虛擬樣機分析軟件。</p><p>　　ADAMS軟件使用交互式圖形環(huán)境和零件庫、約束庫、力庫，創(chuàng)建完全參數(shù)化的機械系統(tǒng)幾何模型，其求解器采用多剛體系統(tǒng)動力學(xué)理論中的拉格朗日方程方法，建立系統(tǒng)動力學(xué)方程，對虛

81、擬機械系統(tǒng)進行靜力學(xué)、運動學(xué)和動力學(xué)分析，輸出位移、速度、加速度和反作用力曲線。ADAMS軟件的仿真可用于預(yù)測機械系統(tǒng)的性能、運動范圍、碰撞檢測、峰值載荷以及計算有限元的輸入載荷等。</p><p>　　ADAMS一方面是虛擬樣機分析的應(yīng)用軟件，用戶可以運用該軟件非常方便地對虛擬機械系統(tǒng)進行靜力學(xué)、運動學(xué)和動力學(xué)分析。另一方面，又是虛擬樣機分析開發(fā)工具，其開放性的程序結(jié)構(gòu)和多種接口，可以成為特殊行業(yè)用戶進行特殊類

82、型虛擬樣機分析的二次開發(fā)工具平臺。</p><p>　　在Adams/view中可以像建立物理樣機一樣建立任何機械系統(tǒng)的虛擬樣機。首先建立運動部件（或者從CAD軟件中導(dǎo)入）、用約束將它們連接、通過裝配成為系統(tǒng)、利用外力或運動將他們驅(qū)動。 ADAMS/View支持參數(shù)化建模，以便能很容易地修改模型并用于實驗研究。 用戶在仿真過程進行中或者當(dāng)仿真完成后，都可以觀察主要的數(shù)據(jù)變化以及模型的運動。在本設(shè)計中擬采用本模塊進

83、行無碳小車的動力學(xué)仿真[7]。</p><p>　　4.2 SolidWorks與ADAMS的數(shù)據(jù)傳輸</p><p>　　Adams軟件在機械系統(tǒng)的靜力學(xué)、運動學(xué)、動力學(xué)仿真方面擁有相當(dāng)強大的功能，但是其建模功能相對而言較弱，。所以需要將SolidWorks中的無碳小車整車裝配模型通過數(shù)據(jù)傳輸導(dǎo)入到adams軟件中進行相應(yīng)的分析。</p><p>　　Adams與

84、CAD的接口模塊ADAMS/Exchange支持IGES、STEP、DXF/DWG、Parasolid等圖形交換格式。ADAMS內(nèi)部建模以Parasolid為核心，這樣當(dāng)ADAMS與同樣采用Parasolid為核心的SolidWorks進行數(shù)據(jù)交換時，非常方便、快捷。Parasolid可實現(xiàn)自動識別裝配體中的各個零部件，因而采用Parasolid格式達到數(shù)據(jù)交換的功能[9]。</p><p>　　當(dāng)進行Solid

85、Works與ADAMS軟件進行數(shù)據(jù)傳輸時，需要特別注意傳輸過程中的坐標(biāo)系選擇，由于ADAMS軟件的功能強大豐富，坐標(biāo)系的選取不合適容易引起仿真失敗甚至崩潰。</p><p>　　由于在運用ADAMS軟件對無攤小車的運行軌跡進行動力學(xué)仿真分析時，需要在車輪與地面之間添加滾動摩擦力。同時也需要提前預(yù)知小車在繞樁過程中的實際運行情況。故在ADAMS軟件中導(dǎo)入的為小車整車裝配模型+地面模型圖。如下圖4.1所示，小車車輪與

86、地面零距離接觸，小車車身與地面邊緣平行擺放，前輪達到最大偏角。</p><p>　　圖4.1 無碳小車+跑道模型圖</p><p>　　4.3基于ADAMS的小車軌跡仿真</p><p>　　將SolidWorks中的無碳小車整體裝配模型通過Praasolid通用格式導(dǎo)入到adams中時，為了方便仿真分析，需要將所有的零部件名稱重新命名，同時在模型導(dǎo)入adams中時

87、質(zhì)量信息會丟失，如果不對小車的質(zhì)量重新定義，默認小車質(zhì)量無限大，會導(dǎo)致仿真的失敗。需要打開adams，在界面中單擊鼠標(biāo)右鍵“modify”如圖4.2所示的零件質(zhì)量定義對話框，可以通過賦予零件材料信息，定義零件的質(zhì)量信息，定義好的模型如圖4.3所示。由于該設(shè)計相同零件比較為了簡化模型可以使用【布爾和運算】將一些相同的固定連接通過布爾和運算使之成為一個整體以達到簡化模型的目的，如圖4.3所示通過布爾和運算將小車的所有軸承座與車架變成了一個整

88、體，從而大大減少了固定連接的定義，簡化了模型。</p><p>　　圖4.2 質(zhì)量定義對話框</p><p><b>　　圖4.4 布爾和</b></p><p><b>　　轉(zhuǎn)動副定義:</b></p><p>　　在Adams中提供了（轉(zhuǎn)動副）來定義兩個有相對轉(zhuǎn)動的零件其定義方法</p&g

89、t;<p>　　移動副的定義同定義固定連接的方法相同（其中移動副的位置選擇零件的質(zhì)心位置，方向選擇轉(zhuǎn)動零件的軸線方向），定義好的轉(zhuǎn)動副如圖4.5所示。</p><p>　　在Adams中提供了（移動副）來定義兩個相對移動的零件其定義方法同定義固定連接的方法相同（其中移動副的位置選擇零件的質(zhì)心位置，方向選擇相對移動的方向），定義好的移動副如圖4.6所示。</p><p><

90、;b>　　圖4.5 轉(zhuǎn)動副</b></p><p><b>　　圖4.6 移動副</b></p><p><b>　　齒輪副的定義</b></p><p>　　在Adams中齒輪副的定義方法有很多,包括：齒輪副（需兩個運動軸一個等速點），耦合副（兩個運動軸和一個傳動比），此外Adams齒輪傳動還可以通過c

91、ontact（接觸）函數(shù)（需要兩個接觸連接，以及接觸參數(shù)）。</p><p>　　由于本次畢業(yè)設(shè)計中的小車采用二級傳動，需要定義兩對齒輪傳動，在定義過程中我們發(fā)現(xiàn)，在SolidWorks軟件模型導(dǎo)入到adams之后，原有坐標(biāo)系會消失，我們可以通過定義耦合副定義齒輪傳動，但是實際操作中發(fā)現(xiàn)如果兩對齒輪均采用耦合副進行連接，會使仿真出現(xiàn)錯誤。因而只能通過其中一對選用耦合副定義，另一對通過齒輪副定義。</p>

92、;<p>　　單擊耦合副按鈕選擇要定義齒輪傳動的兩個傳動軸（這里選擇繞線軸和后輪軸），耦合副就定義好了如圖4.7所示，定義好耦合副之后需要設(shè)定兩軸的傳動比，選擇剛才定義好的耦合副右鍵選擇“modify”彈出如圖4.8所示的傳動比定義對話框，設(shè)定好系數(shù)，傳動類型為外嚙合，一個傳動比為77:14的外嚙合傳動就定義好了。</p><p><b>　　圖4.7 耦合副</b></

93、p><p>　　定義好一對齒輪需要對另外一對齒輪定義齒輪副，在adams軟件中定義齒輪副比較繁瑣，而且容易出現(xiàn)錯誤。首先在操作面板中找到Construction，單擊，在兩齒輪嚙合處添加Marker，并調(diào)整點的位置。然后單擊，為兩齒輪添加齒輪副。彈出如下圖4.9所示對話框，按如圖所示填寫，這樣齒輪副就定義好了，定義好的齒輪副如圖4.10所示</p><p>　　圖4.9 齒輪副定義</p

94、><p>　　圖 4.10 齒輪副</p><p>　　定義好各種運動副之后就可以為小車添加驅(qū)動力以及摩擦力了。分析小車的運動方式可以知道，小車能夠前行是由于地面與車輪之間存在滾動摩擦，所以我們首先需要添加滾動摩擦力。我們通過adams中的cantact函數(shù)定義車輪與地面的滾動摩擦力。</p><p>　　Adams摩擦力分析</p><p>　

95、　Adams接觸力中的摩擦是非線性摩擦模型，是動摩擦與靜摩擦之間按照兩接觸物體的相對滑移速度的相互轉(zhuǎn)換。</p><p>　　通過分析可以使用contact函數(shù)來很好的模擬小車車輪與地面的接觸情況，單擊工具欄中的彈出如圖4.11所示的對話框本設(shè)計選用沖擊函數(shù)法(Impact)來定義碰撞，圖中Stiffness代表接觸剛度，F(xiàn)orce Exponent代表碰撞指數(shù)，Damping代表最大阻尼系數(shù)，Penetrati

96、on Depth代表切入深度，static coefficient代表靜摩擦系數(shù)，Dynamic coefficient代表動摩擦系數(shù)對于車輪只依靠摩擦力來運動，故碰撞系數(shù)可采用系統(tǒng)默認的參數(shù)（為了車輪與地板沒有切入現(xiàn)象可以適當(dāng)減小碰撞系數(shù)這里選擇1.8），由于車輪與地板之間的摩擦動摩擦，故只需要修改動摩擦系數(shù)，查表得該摩擦系數(shù)設(shè)為0.26，參數(shù)定義完之后選擇相互接觸的兩實體（車輪實體與地板實體）車輪與地板之間的接觸就定義完了。<

97、/p><p>　　圖4.11 摩擦力定義對話框</p><p><b>　　5成果與展望</b></p><p>　　本次的畢業(yè)設(shè)計圓滿結(jié)束，本文的開始首先介紹了無碳小車的背景以及該課題的意義所在，繼而根據(jù)設(shè)計需要將課題進行模塊化劃分，顯得更條理，清晰。本文著中介紹了類曲柄雙滑槽轉(zhuǎn)向機構(gòu)的設(shè)計與仿真，通過運用SolidWorks2013軟件完成建模

98、、裝配與運動學(xué)仿真分析并將其導(dǎo)入到了ADAMS軟件中，雖然由于調(diào)試比較困難，時間比較緊張，動力學(xué)仿真最終沒能完成。但是本次畢業(yè)設(shè)計設(shè)計了一種新的轉(zhuǎn)向機構(gòu)，并找到了小車前輪與車身轉(zhuǎn)角的關(guān)系，找到了滿足無碳小車大賽的小車運行“s”型軌跡要求，成功設(shè)計出類曲柄雙滑槽轉(zhuǎn)向機構(gòu)，得到了小車行駛前輪擺角曲線，確定了小車的初始位置。</p><p>　　由于目前的知識水平有限，自身對軟件的的運用水平不是特別高，對本次的畢業(yè)設(shè)計

99、中的定滑輪繞線繩索不能進行真實仿真，只能通過添加電動機模擬重力加速度，同時對于adams軟件的應(yīng)用有待提高。希望在以后的工作學(xué)習(xí)中可以學(xué)到相關(guān)方面的知識，真實模擬重塊在下落過程中的擺動，以及這類擺動對小車運行軌跡的影響，同時能夠完成動力學(xué)仿真。</p><p>　　本次的畢業(yè)設(shè)計設(shè)計出一款全新的類曲柄雙滑槽轉(zhuǎn)向機構(gòu)，為無碳小車的創(chuàng)新設(shè)計提供參考，同時也希望該轉(zhuǎn)向機構(gòu)能夠真正運用到實踐中，在現(xiàn)實中一展風(fēng)采。<

100、/p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 趙鵬飛，孫庭偉，賈雨超，常昊天.無碳小車設(shè)計及誤差補償?shù)奶接慬J].科技視界，2014:1</p><p>　　[2] 劉金肖，何求熟，楊延清，張遠明.無碳小車創(chuàng)新性結(jié)構(gòu)設(shè)計[J].機械制造與自動化，2014:1</p><p>　　[3] 王湘江，楊毅

101、.基于工程訓(xùn)練能力競賽提升學(xué)生科技創(chuàng)新能力的研究[J].中國教育技術(shù)裝備,2014:2-3</p><p>　　[4] 陳海衛(wèi)，張秋菊.數(shù)學(xué)建?！髮W(xué)生工程訓(xùn)練的重要環(huán)節(jié)[J].江南大學(xué)機械工程學(xué)院，2011:4</p><p>　　[5] 李剛，周致成，袁航，張大明.S形轉(zhuǎn)向運動無碳小車的改進設(shè)計研究[J].汽車實用技術(shù)，2014</p><p>　　[6] 文偉

102、松，梁倩，王強.一種無碳小車的優(yōu)化設(shè)計[J].科技與企業(yè)，2014:8</p><p>　　[7] 惠學(xué)芹，陳西府.ADAMS在機械系統(tǒng)研究中的現(xiàn)狀及發(fā)展[J].鹽城工學(xué)院學(xué)報：自然科學(xué)版,2010:21-22</p><p>　　[8] 魏燕，馬偉順.SolidWorks2013在螺紋設(shè)計中的應(yīng)用[J].長春師范學(xué)院學(xué)報：自然科學(xué)版，2006:16</p><p>

103、;　　[9] 王建軍.虛擬樣機技術(shù)在機械設(shè)計基礎(chǔ)教學(xué)中的應(yīng)用研究[J].考試周刊,2009:22</p><p>　　[10] 王鴻云，鄭洋洋.ADAMS在機械原理教學(xué)中的應(yīng)用[M].計算機光盤軟件與應(yīng)用，2012:22</p><p>　　[11] Ji huiling, Li lixin. Simulation anslysis and optimization design of f

104、ront suspension based on ADAMS[J]. Mechanika, 2012(3)</p><p>　　[12] Bai Xianglin, Li Haoyu, Liu Faxian. Dynamic simulation of auto-centralizer for horizontal well traction robot based on ADAMS[J]. Petroleum

105、Exploration and Development online,2010(37)</p><p>　　[13] Darina Hroncová, Michal Binda, Patrik ?arga, Franti?ek Ki?ák. Kinematical Analysis of Crank Slider Mechanism Using MSC.Adams/View[J]. P

106、rocedia Engineering,2012(48)</p><p>　　[14] Hao Chen, Yali Yang, Ruoping Zhang. Study on Electric Power Steering System </p><p>　　Based on ADAMS[J]. Procedia Engineering, 2011(15)</p>

107、<p><b>　　致謝</b></p><p>　　首先感謝太原工業(yè)學(xué)院機械工程系給我此次畢業(yè)設(shè)計的題目和機會。</p><p>　　其次整個畢業(yè)設(shè)計工作是在劉曉指導(dǎo)老師的熱情關(guān)心和悉心指導(dǎo)下完成的，劉老師廣博的知識、敏銳的思維、嚴(yán)謹?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和誨人不倦的育人作風(fēng)，值得我終生學(xué)習(xí)。他對學(xué)生嚴(yán)格要求，著重培養(yǎng)學(xué)生的獨立思考能力、創(chuàng)新能力以及動手能力，使我在

108、整個設(shè)計過程中受益匪淺，對順利完成畢業(yè)設(shè)計工作起到了極大的作用。通過本次畢業(yè)設(shè)計我將一些書本上學(xué)習(xí)的知識作用與實踐，同時自學(xué)了相當(dāng)一部分的課外內(nèi)容，擴充了自己的知識量，對于將來工作學(xué)習(xí)有很大的幫助和指導(dǎo)作用。在此向劉曉老師表示我最衷心的感謝！</p><p>　　感謝所有為我排難解惑的同學(xué)們，他們的幫助讓我的設(shè)計過程更加順利。</p><p>　　最后，感謝在百忙之中為我審閱論文的專家！&