s形軌跡無碳小車的結構設計(1)

1、“S形軌跡無碳小車的結構設計形軌跡無碳小車的結構設計摘要：摘要：針對第四屆全國大學生工程訓練綜合能力競賽題目，設計一輛通過重力驅(qū)動的純機械結構的無碳小車，且小車具有周期性越障功能。通過所學知識，設計并制作該小車，參加比賽。設定不同的參數(shù)，借助工程軟件MATLAB對小車的軌跡進行仿真計算。通過分析，設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。關鍵詞：關鍵詞：無碳小車越障軌跡仿真0前言前言本文針對第四

2、屆全國大學生工程訓練綜合能力競賽關于“S”形軌跡的要求，設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。小車為三輪結構，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)向控制機構，以適應7001300mm間距的不同間距障礙物。1小車結構設計小車結構設計本文把小車的機構分為：原動機構、傳動機構、轉(zhuǎn)向機構、微調(diào)機構與車身。除了軸承、螺栓螺母等標準件可以直接選用外，小車的其余部件均使用LY102鋁

3、合金制作。本文的設計目的是使小車各部分的尺寸協(xié)調(diào)，滿足強度要求、實現(xiàn)不同距離的越障功能。下面是各個機構的設計：1.1原動機構設計原動機構設計原動機構是利用重物下落時的重力勢能轉(zhuǎn)化為動能，從而驅(qū)動小車前進和轉(zhuǎn)向的機構。重物是1kg的標準砝碼，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，實現(xiàn)了能量轉(zhuǎn)換。在實際測試中，證

4、明了該結構簡單、能量轉(zhuǎn)化率高、成本低等特點。1.2傳動機構設計傳動機構設計傳動部分是原動機構和小車主動輪動力傳遞的樞紐，本文設計的小車的傳動機構由后輪、一級齒輪、及其相關零件組成。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。主動輪與傳動機構相連，驅(qū)使小車的運動，從輪輪用軸承空套在后軸上，跟隨小車的運動。為了適應不同間距越障，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。下圖是傳動機構的齒輪分布圖，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)向機構的穩(wěn)定性和可靠性。圖6轉(zhuǎn)向

6、機構示意圖下面是轉(zhuǎn)向機構的桿長設計計算：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mml3.133max?mn到各自的最大值，且根據(jù)長度關系，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。此時對應曲柄和16.0tan??0min10?