無碳小車設(shè)計方案

1、無碳小車設(shè)計方案設(shè)計人：張慶輝、楊志鵬、王浩 指導(dǎo)老師： 黃新平 設(shè)計時間：2012年11月25日無碳小車方案設(shè)計摘要： 通過對小車的功能分析，我們發(fā)現(xiàn)小車需要完成重力勢能的轉(zhuǎn)換、驅(qū)動自身行走、自動避開障礙物等三方面功能。為了方便設(shè)計這里根據(jù)小車所要完成的功能將小車劃分為五個部分進行設(shè)計（車架 、原動機構(gòu) 、傳動機構(gòu) 、轉(zhuǎn)向機構(gòu) 、行走機構(gòu) 、微調(diào)機構(gòu)）。首先我們針對車架的選擇進行了討論分析，我們確定的車架形式有兩種一種是三角底板式，另一種是骨架式的，考慮到車架的受力平衡問題以及穩(wěn)定性問題，我們最終選擇了三角底板式車架；確定車架后我們接著進行了原動機構(gòu)的設(shè)計，經(jīng)過討論我們確定了三種原動機構(gòu)，它

2、們分別是繩輪式原動機構(gòu)、彈簧儲能式原動機構(gòu)和鏈輪式原動機構(gòu)。鑒于彈簧儲能式原動機構(gòu)和鏈輪式原動機構(gòu)制造起來比較困難，我們選擇了繩輪式原動機構(gòu)。對于傳動機構(gòu)我們選擇了直齒圓柱齒輪，一是制造比較方便，二是采用標準件時比較容易購買。對于轉(zhuǎn)向機構(gòu)我們選擇的是曲柄連桿+搖桿機構(gòu)。而行走機構(gòu)我們選擇了單輪驅(qū)動機構(gòu)，目的在于保證運動的準確性。微調(diào)機構(gòu)我們采用的是微調(diào)螺母。正文：接下來我們將具體介紹實現(xiàn)各個功能的不同部分的選擇車架車架需承受較大的力，而精度要求不是很高?？紤]到重量加工成本等，車架采用304L不銹鋼板加工制作成三角底板式，304L不銹鋼板耐蝕性、外觀、加工性、強度等特性遠遠超過其它材料，并且也是

3、目前最常用的鋼材，因此材料比較容易獲得，可以通過回收實習(xí)工廠加工廢料獲得。原動機構(gòu)原動機構(gòu)的作用是將重塊的重力勢能轉(zhuǎn)化為小車的機械能即小車的驅(qū)動力。能實現(xiàn)這一功能的方案有多種，但從效率和簡潔性的分析來看繩輪式原動機構(gòu)相較于彈簧儲能式原動機構(gòu)和鏈輪式原動機構(gòu)更具有優(yōu)勢。除此之外，小車對原動機構(gòu)還有其它方面的具體要求：1、驅(qū)動力應(yīng)適中，以防止小車在拐彎時不至于因速度過大而發(fā)生傾翻現(xiàn)象，或由于重塊晃動影響行走路線。2、小車到達終點前重塊豎直方向的速度要盡可能小，避免對小車造成過大的沖擊。同時使重塊的動能盡可能的轉(zhuǎn)化為小車前進的驅(qū)動力，如果重塊豎直方向的速度較大，重塊本身仍然存有較多動能，這樣會使能量

4、利用率不高。3、由于不同的場地對輪子的摩擦不一樣，在不同的場地小車需要的動力也不一樣,因此原動機構(gòu)還需要能根據(jù)不同的需要調(diào)整其驅(qū)動力。4、機構(gòu)設(shè)計盡可能簡單，提高效率。圖四傳動機構(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并且按事先設(shè)計的軌道精確地行駛，傳動機構(gòu)必需具備傳遞效率高、傳動穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡單重量輕等特點。傳動機構(gòu)具體設(shè)計要求如下：1、直接由動力軸驅(qū)動輪子和轉(zhuǎn)向機構(gòu)2、采用齒輪傳動，齒輪具有效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠、傳動比穩(wěn)定的特點。在此處不宜使用帶傳動，因為其效率及傳動精度不高。轉(zhuǎn)向機構(gòu)本小車設(shè)計的關(guān)鍵部分是轉(zhuǎn)向機構(gòu)，決定了小車的功能。轉(zhuǎn)向機構(gòu)需要盡可能

5、的減少摩擦耗能，并把結(jié)構(gòu)設(shè)計的盡量簡單。轉(zhuǎn)向機構(gòu)應(yīng)能夠?qū)⑿D(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為滿足要求的來回擺動，帶動轉(zhuǎn)向輪左右轉(zhuǎn)動從而實現(xiàn)拐彎避障的功能。經(jīng)過查去資料我們了解到能實現(xiàn)該功能的機構(gòu)有：凸輪機構(gòu)+搖桿、曲柄連桿+搖桿、曲柄搖桿、差速轉(zhuǎn)彎等等。 經(jīng)過討論我們選擇的轉(zhuǎn)向機構(gòu)是曲柄連桿+搖桿機構(gòu)。 優(yōu)點：運動副單位面積所受壓力較小，且面接觸便于潤滑，故磨損減小，制造方便，已獲得較高精度；兩構(gòu)件之間的接觸是靠本身的幾何封閉來維系的，它不像凸輪機構(gòu)有時需利用彈簧等力封閉來保持接觸。缺點：一般情況下只能近似實現(xiàn)給定的運動規(guī)律或運動軌跡，且設(shè)計較為復(fù)雜；當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

6、，這樣就使機構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工作效率降低，不僅發(fā)生自鎖的可能性增加，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)件所長生的慣性力難以平衡，在高速時將引起較大的振動和動載荷，故連桿機構(gòu)常用于速度較低的場合。在本小車設(shè)計中由于小車轉(zhuǎn)向頻率和傳遞的力不大故機構(gòu)可以做的比較輕，可以忽略慣性力，機構(gòu)并不復(fù)雜，加上個鏈接可以利用軸承大大減小摩擦損耗提高效率。對于安裝誤差的敏感性問題我們可以增加微調(diào)機構(gòu)來解決。行走機構(gòu) 行走機構(gòu)即為三個輪子的運動設(shè)計，由于輪子厚度不一，大小不同，材料也需要考慮。由摩擦理論知道摩擦力矩與正壓力的關(guān)系為對于相同的材料為一定值。而滾動摩擦阻力，所

7、以輪子越大小車受到的阻力越小，能夠走的更遠。但由于加工問題材料問題安裝問題等等具體尺寸需要進一步分析確定。由于小車是沿著曲線前進的，后輪必定會產(chǎn)生差速。對于后輪驅(qū)動問題我們通過查去資料了解到以下三個機構(gòu)雙輪同步驅(qū)動、雙輪差速驅(qū)動、單輪驅(qū)動。然而雙輪同步驅(qū)動必定有輪子會與地面打滑，由于滑動摩擦遠比滾動摩擦大會損失大量能量，同時小車前進受到過多的約束，無法確定其軌跡，不能夠有效避免碰到障礙，因此不可以選擇此機構(gòu)。雙輪差速驅(qū)動可以避免雙輪同步驅(qū)動出現(xiàn)的問題，可以通過單向軸承來實現(xiàn)差速。單向軸承實現(xiàn)差速的原理是其中一個輪子速度較大時成為從動輪，速度較慢的輪子成為主動輪，這樣交替變換。但由于單向軸承存在側(cè)隙，在主動輪從動輪切換過程中出現(xiàn)誤差導(dǎo)致運動不準確。單輪驅(qū)動即只利用一個輪子作為驅(qū)動輪，一個為導(dǎo)向輪，另一個為從動輪。從動輪與驅(qū)動輪間的差速依靠與地面的運動約束確定，其效率比利用差速器高，但前進速度不如差速器穩(wěn)定，傳動精度比利用單向軸承高。綜上所述行走機構(gòu)采用單輪驅(qū)動。微調(diào)機構(gòu)一臺完整的機器包括：原動機、傳動機、執(zhí)行機構(gòu)、控制部分、輔助設(shè)備。微調(diào)機構(gòu)就屬于小車