基于SolidWorks下無碳小車 的設(shè)計(jì)及模擬仿真

1、*理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)·論文學(xué) 號(hào)： 題目類型： 設(shè) 計(jì) (設(shè)計(jì)、論文、報(bào)告)*理工大學(xué)* UNIVERSITY OF TECHNOLOGY本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)題目：基于SolidWorks下無碳小車 的設(shè)計(jì)及模擬仿真 學(xué) 院： 機(jī)械與控制工程學(xué)院 專業(yè)(方向)： 機(jī)械裝備設(shè)計(jì)與制造 班 級(jí)： 機(jī)械 班 學(xué) 生： 指導(dǎo)教師： *年*月*日II摘 要本文基于SolidWorks三維軟件完成無碳小車的虛擬設(shè)計(jì),在整體設(shè)計(jì)方案下對(duì)小車的各個(gè)零件進(jìn)行參數(shù)設(shè)計(jì)。通過SolidWorks對(duì)各個(gè)零件進(jìn)行建模，完成虛擬實(shí)體裝配。虛擬無碳小車三維模型在動(dòng)畫運(yùn)動(dòng)模擬仿真過程中，檢驗(yàn)零件設(shè)計(jì)參數(shù)的準(zhǔn)確性，

2、并進(jìn)行優(yōu)化。通過優(yōu)化結(jié)果，分析無碳小車在實(shí)體制作的可行性。通過對(duì)課題的研究,首先對(duì)無碳小車的整體設(shè)計(jì)方案進(jìn)行思路分析,確定小車的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇。以小車運(yùn)動(dòng)的模擬軌跡為出發(fā)點(diǎn)，計(jì)算小車車輪的尺寸。再根據(jù)齒輪傳動(dòng)比的確定，設(shè)計(jì)齒輪的參數(shù)。完成尺寸確定后，通過SolidWorks逐一對(duì)小車的車架、車輪、齒輪、軸承、車軸進(jìn)行建模。在轉(zhuǎn)配體環(huán)境下，把零件一個(gè)一個(gè)的組裝成無碳小車模型。在約束條件下模擬小車按照預(yù)定軌跡運(yùn)動(dòng)，分析小車的摩擦受力情況。本文具體介紹:1、SolidWorks三維軟件的在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r及趨勢(shì)；2、簡(jiǎn)單概述CAD/CAM輔助設(shè)計(jì)的歷史，應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)展趨勢(shì)；3、詳細(xì)簡(jiǎn)紹無碳小

3、車的整體方案設(shè)計(jì)；4、詳細(xì)介紹SolidWorks建模的方法過程，無碳小車的裝配模擬動(dòng)畫。關(guān)鍵詞：SolidWorks；CAD；無碳小車；遠(yuǎn)動(dòng)分析；三維建模Design and simulation of carbon-free carbased on SolidWorksStudent:WANG Zao-xin Teacher:LIU YuAbstract: Introduction of carbon-free car virtual design based on SolidWorks 3 d software, under the overall design scheme for v

4、arious parts of the parameter design of the car. With SolidWorks modeling, various parts of the assembly complete virtual entity. Virtual carbon-free car 3 d model in the process of animation movement simulation, check up the accuracy of the parts design parameters, and optimize it. No carbon throug

5、h the analysis of the optimization results, the feasibility of the vehicles in the real production.Based on the research of the subject, first of all to the overall design scheme of carbon-free car thinking analysis, determine the car's steering mechanism, transmission mechanism of the choice. I

6、n simulation of car movement trajectory as a starting point, the size of the computing the car wheels. According to the determination of gear ratio, design the parameters of the gear. Finished size is determined, by SolidWorks one by one to the car frame, wheels, gears, bearings, shaft modeling. In

7、ZhuanPei body environment, the assembled parts one by one into a carbon-free car model. In constraint conditions, the car according to the desired trajectory motion, analysis the car of the friction force.This article detailed introduction; 1, the SolidWorks 3 d software in the domestic and foreign

8、development status and trends; 2, a simple overview of the history of CAD/CAM CAD, areas of application development trends; 3, detailed JianShao carbon-free car's overall project design; 4, the detailed introduction of SolidWorks modeling method process, carbon-free car assembly simulation anima

9、tion.Keyword: SolidWorks; CAD；Carbon-free car；Remote analysis；3D modeling目 次摘要IAbstract:II1 緒論11.1本課題的選題背景及意義11.1.1本課題的背景11.1.2本課題的目的11.1.3本課題的意義11.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)21.2.1 CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展21.2.2 CAD/CAM在我國(guó)的應(yīng)用31.3 本課題研究的主要內(nèi)容42 整體方案設(shè)計(jì)62.1整體設(shè)計(jì)思路62.1.1 車架62.1.2 傳動(dòng)構(gòu)件62.1.3 轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)72.1.4 微調(diào)機(jī)構(gòu)82.2無碳小車要達(dá)到的要求及關(guān)鍵技術(shù)92.3

10、設(shè)計(jì)方案的確定103 零部件的參數(shù)設(shè)計(jì)113.1 軌道的設(shè)計(jì)113.2 車輪尺寸的設(shè)計(jì)123.3 齒輪的確定123.4 轉(zhuǎn)向撥桿的設(shè)計(jì)143.5 凹槽輪的設(shè)計(jì)143.6 轉(zhuǎn)向輪的設(shè)計(jì)153.7 軸承的選用153.8 軸的設(shè)計(jì)164 零件的三維建模184.1 齒輪的三維建模184.2 后車輪的建模224.3 前輪的三維建模234.4 凹槽輪的建模244.5繩索輪的建模264.6 軸類零件的建模274.7軸承基臺(tái)的建模284.8 軸承端蓋建模304.9 車架的建模304.10 固定套的建模314.11前輪架的設(shè)計(jì)建模335 SolidWorks2010下無碳小車的零件裝配及模擬仿真345.1 無碳

11、小車的虛擬裝配345.2 無碳小車的模擬仿真及分析386 設(shè)計(jì)總結(jié)39致謝40參考文獻(xiàn)41*理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)·論文1 緒論1.1本課題的選題背景及意義1.1.1本課題的背景本課題來自第三屆全國(guó)大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競(jìng)賽賽題。課題設(shè)計(jì)旨在提升大學(xué)生工程設(shè)計(jì)制作的實(shí)踐能力，深化實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，培養(yǎng)激發(fā)大學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計(jì)意識(shí)，促進(jìn)創(chuàng)新人才的發(fā)展成長(zhǎng)，提高團(tuán)隊(duì)合作能力，提高大學(xué)生綜合能力素質(zhì)。通過積極參與無碳小車的設(shè)計(jì)與制作，增強(qiáng)大學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力，增強(qiáng)大學(xué)生的設(shè)計(jì)、創(chuàng)新、制造意識(shí)，讓課本理論知識(shí)的學(xué)習(xí)與實(shí)際動(dòng)手操作相結(jié)合；同時(shí)在制作過程中提高團(tuán)隊(duì)合作，能力整體協(xié)調(diào)能力，解決問題的能力，為

12、以后參與工作中打好基礎(chǔ)，從而達(dá)到大學(xué)生的全面綜合發(fā)展，做好大學(xué)生全面綜合素質(zhì)訓(xùn)練的作用。1.1.2本課題的目的隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，三維計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件越來越廣泛的運(yùn)用于產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)中。CAD/CAM技術(shù)的運(yùn)用縮短了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程，通過模擬分析優(yōu)化，能使設(shè)計(jì)的產(chǎn)品更接近于實(shí)際境況，滿足設(shè)計(jì)需求。熟悉并掌握一門三維輔助設(shè)計(jì)軟件對(duì)將來的工作、產(chǎn)品設(shè)計(jì)的非常重要。通過SolidWorks三維軟件建立無碳小車的零件模型，熟悉掌握SolidWorks三維軟件的使用操作，在以后的設(shè)計(jì)中用來輔助設(shè)計(jì)研發(fā)。在SolidWorks三維軟件的輔助下完成對(duì)無碳小車的設(shè)計(jì)優(yōu)化，分析無碳小車在重錘的下落過程中，

13、繩索牽引齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，重力勢(shì)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，機(jī)械能驅(qū)動(dòng)車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)小車行走。另外通過轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)執(zhí)行運(yùn)作帶動(dòng)轉(zhuǎn)向輪的有規(guī)律轉(zhuǎn)動(dòng)，讓小無碳車能按照“S”型路線行走，能夠有效避開障礙物，分析無碳小車實(shí)際制作的可行性，完成課題要求。1.1.3本課題的意義通過本課題的研究，使用三維軟件對(duì)無碳小車進(jìn)行運(yùn)動(dòng)模擬，可以較快的得出無碳小車的運(yùn)動(dòng)參數(shù)。對(duì)無碳小車的模型分析，可以看出無碳小車存在的設(shè)計(jì)缺陷，避免了在無碳小車的實(shí)際制作過程中存在的重復(fù)拆裝、調(diào)試、零件制作不合理等問題。在整個(gè)無碳小車的設(shè)計(jì)過程中加強(qiáng)機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械原理、計(jì)算機(jī)鋪助設(shè)計(jì)等知識(shí)的實(shí)際運(yùn)用，為以后在學(xué)習(xí)工作中積累相關(guān)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。應(yīng)用SolidW

14、orks三維輔助設(shè)計(jì)軟件對(duì)小車的設(shè)計(jì)進(jìn)行模擬仿真中，熟練運(yùn)用三維模擬軟件對(duì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)進(jìn)行鋪助，縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期，在模擬優(yōu)化后設(shè)計(jì)出滿足預(yù)期功能的產(chǎn)品。激發(fā)學(xué)生的綜合分析能力、資料搜索能力、創(chuàng)新精神、獨(dú)立自主研發(fā)能力等。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)1.2.1 CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展促使著CAD/CAM技術(shù)的飛速發(fā)展。20世紀(jì)40年代中期世界上第一臺(tái)計(jì)算機(jī)在美國(guó)麻省理宮（MIT）研制成功。它具有的高速運(yùn)算能力和大容量的信息存儲(chǔ)能力,成功的讓有限元等數(shù)值分析方法等可以在計(jì)算機(jī)中實(shí)現(xiàn)。直接開始在計(jì)算機(jī)上工程和產(chǎn)品設(shè)計(jì)的時(shí)期為20世紀(jì)50年代中期，進(jìn)一步促進(jìn)了計(jì)算機(jī)輔助工程技術(shù)（

15、CAE）的發(fā)展。 世界上第一臺(tái)數(shù)控銑床在1952年美國(guó)MIT試制成功，復(fù)雜零件的加工的自動(dòng)化開始在計(jì)算機(jī)上自動(dòng)編程，數(shù)控編程技術(shù)慢慢發(fā)展。20世紀(jì)50年代中期，MIT研制開發(fā)成功自動(dòng)編程語言（APT）技術(shù)，提出了被加工零件的具體描述，計(jì)算道具軌跡、后置處理及自動(dòng)生成數(shù)控指令等CAN技術(shù)的誕生。 從此后的30多年內(nèi)，CAD/CAM系統(tǒng)的硬件和軟件技術(shù)在經(jīng)歷了如下的幾個(gè)發(fā)展階段后, 相輔相成地發(fā)展起來: （1）單元技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用階段 這個(gè)時(shí)間段跨越于20世紀(jì)60-70年代、計(jì)算機(jī)圖形軟件商品化的出現(xiàn)，交互式圖形系統(tǒng)越來越復(fù)雜，利用計(jì)算機(jī)輔助簡(jiǎn)化了圖表、圖像的處理和生成；曲面模型、三維線框模型開始

16、得到應(yīng)用，促使實(shí)體模型于20世紀(jì)70年代末出現(xiàn)；加工零件編程系統(tǒng)可以在計(jì)算機(jī)中以圖形顯示出來；承組技術(shù)開始用于工藝規(guī)程編制和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)；著名的商品化CAD/CAM軟件如CADAM、CATIA、MEDUSA、UNITGAPHICS、IDEAS、EUCLID、以及如ANSYS、ADAN、NASTRAN等工程分析軟件推向市場(chǎng)。這個(gè)階段的基本形成是CAD/CAE/CAM各功能模塊的主要特征。由于繼承性差、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)尚不統(tǒng)一，企業(yè)尚處于單元技術(shù)的應(yīng)用階段。 （2）集成CAD/CAM的階段 CAD/CAM技術(shù)迅速發(fā)展時(shí)期為20世紀(jì)80年代是。在這個(gè)時(shí)期內(nèi)，幾何實(shí)體造型趨于成熟，特征建模技術(shù)廣泛發(fā)展；開始

17、應(yīng)用于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和輔助工藝規(guī)程編制面向人工智能和專家系統(tǒng)化；發(fā)展了工程數(shù)據(jù)庫(kù)；隨著超級(jí)微型計(jì)算機(jī)、工程工作站的出現(xiàn)，它們卓越的性能價(jià)格比快速占領(lǐng)了CAD/CAM硬件市場(chǎng)。流行的硬件平臺(tái)已成為分布式的網(wǎng)絡(luò)工作站。這階段主要特征是CAD/CAE/CAM以及計(jì)算機(jī)輔助計(jì)劃管理各個(gè)模塊之間信息流實(shí)現(xiàn)一體化（CIMS），系統(tǒng)集成性好，企業(yè)應(yīng)用已從二維計(jì)算機(jī)繪圖向著三維CAD建模、CAD/CAE/CAM集成化應(yīng)用方向發(fā)展。 （3）面向產(chǎn)品并行設(shè)計(jì)制造環(huán)境的CAD/CAM階段 到了20世紀(jì)90年代，全球化商品市場(chǎng)的形成，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)越來越趨于激烈。CAM/CAM技術(shù)正從傳統(tǒng)的面向零件的CAM/CAM集成階段

18、向面向產(chǎn)品并行設(shè)計(jì)、制造限額同工作環(huán)境發(fā)展方向改變了企業(yè)提高市場(chǎng)的響應(yīng)和應(yīng)變能力，產(chǎn)品生產(chǎn)周期得到縮短。并行工程是并行的、集成的產(chǎn)品設(shè)計(jì)和開發(fā)過程，它要求產(chǎn)品開發(fā)人員在設(shè)計(jì)階段就考慮產(chǎn)品整個(gè)生命周期的包括制造、裝配、檢測(cè)和銷售等所有因素，要求產(chǎn)品設(shè)計(jì)一次成功。在本階段，面向產(chǎn)品全生命周期的建模技術(shù)，基本工程數(shù)據(jù)庫(kù)的企業(yè)及產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(PDM),由工程工作站和高檔微機(jī)組成的客戶機(jī)/服務(wù)器（C/S)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，技術(shù)群體小組的協(xié)同工作模式，是整個(gè)20世紀(jì)90年代 CAD/CAM技術(shù)研究的熱點(diǎn)問題。1.2.2 CAD/CAM在我國(guó)的應(yīng)用 20世紀(jì)70年代，我國(guó)的CAD/CAM技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用起步。由于當(dāng)

19、時(shí)的計(jì)算機(jī)軟件條件、硬件條件限制，較多的利用計(jì)算機(jī)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中進(jìn)行一些分析計(jì)算。20世紀(jì)80年代，國(guó)家在機(jī)械方面重點(diǎn)投資了CAD/CAM技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用方面，支持對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)有影響的重點(diǎn)機(jī)械產(chǎn)品CAD進(jìn)行研制和開發(fā)，并取得了在國(guó)內(nèi)來說具有開創(chuàng)性的一系列成果，包括用于工作站環(huán)境的微機(jī)環(huán)境等5個(gè)CAD支持系統(tǒng)，8個(gè)機(jī)械產(chǎn)品共性數(shù)據(jù)庫(kù)，24個(gè)重點(diǎn)機(jī)械行業(yè)產(chǎn)品專用于CAD系統(tǒng)，這些成果為我國(guó)CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展奠定了不可估量的基礎(chǔ)，培養(yǎng)造就了一支強(qiáng)大的CAD/CAM的科技隊(duì)伍。20世紀(jì)80年代是我國(guó)CAD技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用系統(tǒng)的推廣階段。各類CAD系統(tǒng)的研制開發(fā)出現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化、商品化的勢(shì)頭。1991年國(guó)家科

20、委組織起草了關(guān)于大力協(xié)同開發(fā)我國(guó)輔助設(shè)計(jì)應(yīng)用工程的報(bào)告，國(guó)家對(duì)這項(xiàng)報(bào)告非常重視批準(zhǔn)成立了“計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)應(yīng)用工程協(xié)調(diào)領(lǐng)導(dǎo)小組”。國(guó)家的這項(xiàng)CAD承包工程包括軟、硬件技術(shù)的開發(fā)與產(chǎn)品化主要包括市場(chǎng)開拓、人才培養(yǎng)、推廣普及等各方面工作。機(jī)械行業(yè)自1995年以來相繼發(fā)展了樹立12家“甩圖板”的CAD應(yīng)用典型企業(yè)的“CAD應(yīng)用1215工程”和培養(yǎng)50-100家CAD/CAM應(yīng)用的示范企業(yè)，扶持100家，繼而帶動(dòng)5000家企業(yè)的計(jì)劃的“CAD應(yīng)用1550工程”。同期，開發(fā)了一批如清華大學(xué)的高華CAD、華中科技大學(xué)的開發(fā)CAD等具有自主版權(quán)的CAD軟件操作系統(tǒng)。我國(guó)CAD/CAM技術(shù)的研究和應(yīng)用對(duì)于工業(yè)發(fā)

21、達(dá)國(guó)家來相比還有比較大的差距，主要表現(xiàn)在； CAD/CAM的應(yīng)用集成化程序較低，很多企業(yè)的應(yīng)用仍停留在繪圖編程等單項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用上； CAD/CAM系統(tǒng)的軟、硬件均依靠進(jìn)口提供，缺乏自主研發(fā)版權(quán)的軟件； 缺少人才和技術(shù)的力量，有些企業(yè)盡管引進(jìn)了CAM/CAM軟件系統(tǒng)，但沒能充分發(fā)揮其完整的功能。1.3 本課題研究的主要內(nèi)容本課題圍繞主題：基于SolidWorks下無碳小車的設(shè)計(jì)及模擬仿真，設(shè)計(jì)一種無碳小車，根據(jù)能量轉(zhuǎn)換原理,驅(qū)動(dòng)小車運(yùn)動(dòng)的能量是給定重力的重錘下落的勢(shì)能轉(zhuǎn)換來的機(jī)械能讓其行走及轉(zhuǎn)向的。給定重力勢(shì)能為4焦耳（取g=10m/s2），用質(zhì)量為1Kg的重塊（50×65 mm，普通

22、碳鋼）鉛錘下降來獲得，落差400±2mm，重塊落下后，能和小車一起運(yùn)動(dòng)并被小車承載，避免鉛垂從小車上掉落。圖1-1為小車示意圖。圖1-1 無碳小車示意圖要求小車行走過程中不可使用任何其他的能量來源,完成所有動(dòng)作所需的能量均由此重力勢(shì)能轉(zhuǎn)換獲得，。要求小車具有可調(diào)節(jié)功能的轉(zhuǎn)向控制機(jī)構(gòu)，能適應(yīng)放有不同間距障礙物的競(jìng)賽場(chǎng)地。要求小車為三輪結(jié)構(gòu)，學(xué)生自主完成無碳小車的具體設(shè)計(jì)、加工制作及材料選用等。小車運(yùn)動(dòng)要求：小車在前行時(shí)能夠按照預(yù)定路線行走，自動(dòng)交錯(cuò)繞過賽道上設(shè)置的障礙物。障礙物為直徑20mm、高200mm的多個(gè)圓棒，沿直線等距離擺放。綜合評(píng)定成績(jī)結(jié)果根據(jù)小車成功繞障數(shù)量和前行的距離和來

23、評(píng)定。見圖1-2。圖1-2 無碳小車自動(dòng)行走示意圖2 整體方案設(shè)計(jì)2.1整體設(shè)計(jì)思路圍繞無碳小車的命題要求，對(duì)命題進(jìn)行了簡(jiǎn)要的分析：無碳小車在整個(gè)行駛過程中，都是由重錘下落的重力勢(shì)能提供能量，在設(shè)計(jì)中應(yīng)盡可能利用這勢(shì)能，減少其它不必要結(jié)構(gòu)消耗能量。因?yàn)樘峁┑哪芰坑邢?，要可能減少整個(gè)無碳小車的質(zhì)量，無碳小車越輕越好，因此盡可能使用輕質(zhì)材料構(gòu)成。無碳小車按照“s”型路線行走，要有一定的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)按照一定的規(guī)律周期運(yùn)轉(zhuǎn)，并且穩(wěn)定可靠能及時(shí)響應(yīng)。重錘下落牽動(dòng)繩子,繩子帶動(dòng)繩輪轉(zhuǎn)動(dòng),然后通過齒輪的傳動(dòng)按照一定轉(zhuǎn)動(dòng)比將轉(zhuǎn)速傳遞給車輪軸,帶動(dòng)小車行走。因此要設(shè)計(jì)好齒輪的參數(shù)及傳動(dòng)比,盡量減少齒輪數(shù)量減少能量損

24、失。無碳小車的車輪與地面的摩擦越小，小車行走的越遠(yuǎn)。小車在不同場(chǎng)合，行走的路線不一定準(zhǔn)確，要有一定的微調(diào)機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，使無碳小車路線軌跡正確?；谏鲜隹紤]，得出無碳小車的結(jié)構(gòu)越簡(jiǎn)單重力勢(shì)能轉(zhuǎn)換成動(dòng)能時(shí)損失的能量少效率就高；通過設(shè)計(jì)齒輪的傳動(dòng)比可以改變小車的初始速度，速度越快，小車能走得越遠(yuǎn)；合理的設(shè)計(jì)出轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)能夠讓小車按近似于“S”型路線行走；微調(diào)機(jī)構(gòu)能夠調(diào)節(jié)小車的轉(zhuǎn)向角度，讓無碳小車順利避過障礙物；合理的選材減輕整車質(zhì)量，減少摩擦。因此完整的無碳小車應(yīng)當(dāng)包括車架、傳動(dòng)構(gòu)件、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、微調(diào)機(jī)構(gòu)、車輪、重錘架。下面簡(jiǎn)要考慮車架、傳動(dòng)構(gòu)件、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、微調(diào)機(jī)構(gòu)的選用。2.1.1 車架車架承受的力不

25、大，要求重量輕，加工簡(jiǎn)單，考慮到加工成本等，車架采用無機(jī)橡膠加工制作成正方形底板式，尺寸還要進(jìn)一步確定。2.1.2 傳動(dòng)構(gòu)件為了使小車行駛得更遠(yuǎn)及按設(shè)計(jì)的軌道精確地行駛，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)需要傳遞效率高、傳動(dòng)穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單重量輕等。一般傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要有齒輪傳動(dòng)、帶輪傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)。1.齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)是：傳動(dòng)平穩(wěn)、傳動(dòng)比精確、工作可靠、效率高、壽命長(zhǎng)，使用的功率、速度和尺寸范圍大。2.帶輪具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳動(dòng)平穩(wěn)、價(jià)格低廉、緩沖吸震等特點(diǎn)但其效率及傳動(dòng)精度并不高。不適合本小車設(shè)計(jì)。3. 鏈傳動(dòng)平均傳動(dòng)比準(zhǔn)確,傳動(dòng)效率高，軸間距離適應(yīng)范圍較大，能在溫度較高、濕度較大的環(huán)境中使用；但鏈傳動(dòng)一般只能用作平行軸間傳動(dòng)，

26、且其瞬時(shí)傳動(dòng)比波動(dòng)，傳動(dòng)噪聲較大。帶輪傳動(dòng)精確度不高，不適合小車精確傳動(dòng)。鏈傳動(dòng)由于制作不便，且制作成本高，故只用齒輪傳動(dòng)。2.1.3 轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)是本無碳小車設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分，直接決定著小車能否按“S”的路線行走。一般能按特定規(guī)律運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)有：凸輪機(jī)構(gòu)、曲柄搖桿、齒帶槽、凹槽輪等。凸輪機(jī)構(gòu)：凸輪是具有一定曲線輪廓或凹槽的構(gòu)件，它運(yùn)動(dòng)時(shí)，通過高副接觸可以使從動(dòng)件獲得連續(xù)或不連續(xù)的任意預(yù)期往復(fù)運(yùn)動(dòng)。優(yōu)點(diǎn)：只需設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)耐馆嗇喞?，便可使從?dòng)件得到任意的預(yù)期運(yùn)動(dòng)，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、設(shè)計(jì)方便；缺點(diǎn)：凸輪輪廓設(shè)計(jì)計(jì)算麻煩，加工比較困難。曲柄搖桿：優(yōu)點(diǎn)：運(yùn)動(dòng)副單位面積所受壓力小，且面接觸方便潤(rùn)滑，故磨

27、損減小，制造方便，能夠獲得較高精度；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(jī)構(gòu)有時(shí)需利用彈簧等力封閉來保持接觸。缺點(diǎn)：一般情況下只能近似實(shí)現(xiàn)給定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律或運(yùn)動(dòng)軌跡，且設(shè)計(jì)較為復(fù)雜；當(dāng)給定的運(yùn)動(dòng)要求較多或較復(fù)雜時(shí)，需要的構(gòu)件數(shù)和運(yùn)動(dòng)副數(shù)往往比較多，這樣就使機(jī)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(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)規(guī)律對(duì)制造、安裝誤差的敏感性增加；機(jī)構(gòu)中做平面復(fù)雜運(yùn)動(dòng)和作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件所長(zhǎng)生的慣性力難以平衡，在高速時(shí)將引起較大的振動(dòng)和動(dòng)載荷，故連桿機(jī)構(gòu)常用于速度較低的場(chǎng)合。齒帶槽：通過在齒帶背后建立特定軌跡凹槽，凹槽連接搖桿，帶動(dòng)搖桿左右有規(guī)律擺動(dòng)，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向輪規(guī)律轉(zhuǎn)動(dòng)。優(yōu)

28、點(diǎn)：凹槽軌跡容易獲得，制作方便。缺點(diǎn)：如果小車運(yùn)動(dòng)軌跡長(zhǎng)，齒條也要較長(zhǎng)，齒輪的增加消耗過多勢(shì)能。凹槽輪：在輪子面部制作凹槽，凹槽連接搖桿，帶動(dòng)搖桿左右有規(guī)律擺動(dòng)，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向輪規(guī)律轉(zhuǎn)動(dòng)。優(yōu)點(diǎn)：凹槽軌跡容易獲得，制作方便，在較小的空間在齒輪面可以圓周規(guī)律循環(huán)，不用考慮長(zhǎng)度。缺點(diǎn)：體積較大。參見圖2-1圖2-1凹槽輪在相對(duì)簡(jiǎn)單的機(jī)構(gòu)中：凸輪計(jì)算過程麻煩，搖桿控制計(jì)算不易、連桿多，齒條槽和凹槽輪原理相似，凹槽輪能減少齒輪數(shù)量，在較小的圓周上可以無限長(zhǎng)度有規(guī)律的控制連桿擺動(dòng)，故選用凹槽輪。2.1.4 微調(diào)機(jī)構(gòu)無碳小車在確定使用凹槽輪情況下，對(duì)于微調(diào)機(jī)構(gòu)的敏感程度，決定了小車能否按預(yù)定軌跡運(yùn)動(dòng)。微調(diào)機(jī)構(gòu)就相

29、當(dāng)于控制器，調(diào)節(jié)修正小車的轉(zhuǎn)向程度。連桿采用有一段螺紋桿,桿端有一小圓球的撥桿組成,參見圖2-2。圖2-2 轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)在轉(zhuǎn)向軸固定的情況下，通過調(diào)節(jié)螺紋長(zhǎng)度變化調(diào)節(jié)，引起轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度，從而起到微轉(zhuǎn)的作用。這種微調(diào)機(jī)構(gòu)與轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)巧妙的結(jié)合為一體，減少了其它構(gòu)件的使用。2.2無碳小車要達(dá)到的要求及關(guān)鍵技術(shù)要求：（1）無碳小車小在走過程中完成所有動(dòng)作所需的能量均由此重力勢(shì)能轉(zhuǎn)換獲得，禁止使用任何其他的能量來源。（2）無碳小車具有可調(diào)節(jié)功能的轉(zhuǎn)向控制機(jī)構(gòu)，以適應(yīng)放有不同間距障礙物的競(jìng)賽場(chǎng)地。（3）無碳小車必須為三輪結(jié)構(gòu)，具體設(shè)計(jì)、選用材料及制作加工均由參賽學(xué)生自主完成。關(guān)鍵技術(shù)：（1）小車整體方案設(shè)

30、計(jì)；（2）動(dòng)力系統(tǒng)、齒輪的設(shè)計(jì)；（3）轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)；（4）SolidWorks的建模仿真2.3 設(shè)計(jì)方案的確定基于設(shè)計(jì)思路的考慮，以及車架、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、微調(diào)機(jī)構(gòu)的綜合考慮。得出以下方案。見圖2-3： 圖2-3 方案圖假設(shè)繩輪半徑為R，齒輪1半徑為R1,齒輪2半徑為R2，車輪半徑為R3，重錘下落的高度為dh，則繩輪轉(zhuǎn)動(dòng)的角度d1為： d1=dh2R (2-1)齒輪2與繩輪轉(zhuǎn)過的角度相同，齒輪1轉(zhuǎn)過的角度d2為：d2= R2d1R1 (2-2)則車輪走過的路程ds為：ds=R3 *d2=R2R3dh2RR1 (2-3)其中齒輪2于齒輪1的傳動(dòng)比i=R2R1由此可知當(dāng)重錘下落高度一定時(shí)，車

31、輪半徑越大，無碳小車的行駛路徑越遠(yuǎn)，通過調(diào)節(jié)齒輪2與齒輪1的傳動(dòng)比，可以使車輪獲得較大的轉(zhuǎn)速，在初始速度較大的情況下小車也跑得更快更遠(yuǎn)。3 零部件的參數(shù)設(shè)計(jì)3.1 軌道的設(shè)計(jì)無碳小車按正弦曲線行走，路線近似于“S”型，在行駛軌跡確定的情況下，小車的行駛路徑不變，對(duì)路徑的研究設(shè)計(jì)，可以大概確定小車行走路程，初步斷定車輪的半徑，轉(zhuǎn)向輪的最大角度。無碳小車在寬度為2000mm的賽道上行駛，中間的障礙物相隔100mm，為了不讓無碳小車越出賽道，避免無碳小車與障礙物碰撞，擬定出一下路線圖參見圖3-1：圖3-1小車行走路線示意圖把此路線近似于余弦曲線，振幅為300mm，波長(zhǎng)2000mm，軌跡方程近似為：y

32、=300cos（1000x） (3-1)路線長(zhǎng)度ds： ds=（dy）2+（dx）2 (3-2)s=02000（dy）2+（dx）2 (3-3)s=020001+y2dx (3-4) s=020001+92100sin2（1000x）dx (3-5)用Mathematica數(shù)學(xué)軟件求解得s=2388.97mm可知無碳小車行駛一個(gè)周期走過的路徑為2388.97mm，無碳小車的車輪也近似走了2388.97mm。3.2 車輪尺寸的設(shè)計(jì)由小車行走路線的軌跡及方案的初步計(jì)算可知，車輪半徑越大，小車走得越遠(yuǎn)，無碳小車行走一個(gè)半徑時(shí)，車輪轉(zhuǎn)過的圈速越小越好。這里設(shè)定車輪轉(zhuǎn)過3圈，則可以計(jì)算出無碳小車的車輪半

33、徑為R3=S3*2126.8mm，為了方便制作取半徑為R3=125mm3.3 齒輪的確定確定了無碳小車的車輪半徑后，根據(jù)ds=R3 *d2=R2R3dh2RR1 (3-5)其中齒輪2于齒輪1的傳動(dòng)比i=R2R1可知齒輪1和齒輪2的傳動(dòng)比決定了無碳小車初始速度的大小，適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)比，確定齒數(shù)大小的比例，從而可以得出齒輪半徑的大小。由機(jī)械原理第七版180頁(yè)齒輪標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)系列表確定齒輪1、齒輪2、齒輪3的模數(shù)為2。無碳小車的齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)精度要求高齒數(shù)越多越好，傳動(dòng)比在10以內(nèi)比較合適，在這里選用齒輪2和齒輪1的轉(zhuǎn)動(dòng)比為4。根據(jù)機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)第3版100頁(yè)各種常用傳動(dòng)比的適用齒數(shù),參見表3-1：表

34、3-1 各種常用傳動(dòng)比的適用齒數(shù)表 Sz u969798991001011021031043.5522232222233.7621222121223.982021202021214.221920192020選用齒輪1和齒輪2的總齒數(shù)為100。齒輪1齒數(shù)為20，齒輪2齒數(shù)為80。根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可計(jì)算出齒輪1、齒輪2的參數(shù)如下：m=2齒輪1：z1=20，直徑D1=mz1=40mm齒頂圓直徑 =44mm；齒根圓直徑=35mm；齒頂高 =2mm；齒根高 =2.5mm；齒輪2：z2=80，直徑D2=mz2=160mm齒頂圓直徑 =164mm ；齒根圓直徑=155mm；齒頂高 =2mm；

35、齒根高 =2.5mm齒寬的確定：由公式得：齒輪1齒寬：=5×2=10mm對(duì)于一般的嚙合齒輪，為了防止大小齒輪因裝配誤差產(chǎn)生軸向錯(cuò)位時(shí)從而導(dǎo)致嚙合齒寬的減小而增大輪齒的載荷，在設(shè)計(jì)上應(yīng)該讓主動(dòng)輪比從動(dòng)輪齒寬大（510mm）。所以齒輪2的齒寬為b2=15。因?yàn)闊o碳小車的設(shè)計(jì)要求對(duì)于齒輪輪廓的載荷精度要求低，所以不對(duì)齒輪面輪廓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，只采用簡(jiǎn)單的圓面。齒輪3的確定：齒輪2傳遞動(dòng)力給齒輪3，齒輪3通過軸與轉(zhuǎn)向凹槽輪連接并帶動(dòng)凹槽輪轉(zhuǎn)動(dòng)。凹槽輪與轉(zhuǎn)向連桿的在特定時(shí)間的轉(zhuǎn)動(dòng)，決定轉(zhuǎn)向輪的準(zhǔn)確偏轉(zhuǎn)，才會(huì)使小車按規(guī)定路線行走。在擬定的運(yùn)動(dòng)軌跡路線中，可以看出小車行駛半個(gè)周期時(shí)，轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)最大角度。

36、半個(gè)周期中無碳小車后車輪行駛的路程近乎是不變的，轉(zhuǎn)過的圈數(shù)也不變。設(shè)定后車輪走一個(gè)周期轉(zhuǎn)動(dòng)3圈，則半個(gè)周期轉(zhuǎn)動(dòng)1.5圈。凹槽輪在轉(zhuǎn)動(dòng)半個(gè)周期時(shí)也剛好要使撥桿轉(zhuǎn)換角度。因?yàn)辇X輪2提供動(dòng)力，齒輪1又與齒輪2相連，當(dāng)齒輪1轉(zhuǎn)動(dòng)1.5圈時(shí)，齒輪3剛好轉(zhuǎn)動(dòng)0.5圈，才能使后車輪與轉(zhuǎn)向輪形成特有的轉(zhuǎn)向關(guān)系。設(shè)齒輪2與齒輪3的傳動(dòng)比為i23，則有1.5i21=0.5i23，已知i21=4，則i23=431.33由機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)第3版100頁(yè)表2-8各種常用傳動(dòng)比的適用齒數(shù)，確定齒輪3的齒數(shù)為60，模數(shù)2.則齒輪3：z3=60，直徑D3=mz3=120mm齒頂圓直徑 =124mm ；齒根圓直徑=115mm；

37、齒頂高 =2mm；齒根高 =2.5mm；齒輪3齒寬：=5×2=10mm3.4 轉(zhuǎn)向撥桿的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向撥桿的端面小球直徑10mm，桿長(zhǎng)60mm，桿直徑3mm，桿面有螺紋便于調(diào)節(jié)球面與凹槽輪的長(zhǎng)度，引起轉(zhuǎn)向軸的輕微偏轉(zhuǎn)。這種設(shè)計(jì)把轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)與微調(diào)機(jī)構(gòu)整合在一起，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、機(jī)構(gòu)輕巧、靈活方便。3.5 凹槽輪的設(shè)計(jì)凹槽輪的寬度由撥桿小球的球面直徑和前輪轉(zhuǎn)向的最大角度決定。在實(shí)際的運(yùn)動(dòng)中無碳小車的轉(zhuǎn)向角度,參見圖3-2圖3-2 前輪最大轉(zhuǎn)動(dòng)角度為了便于設(shè)計(jì)與實(shí)際制作，凹槽輪的直徑與齒輪3的直徑相同為120mm。在轉(zhuǎn)動(dòng)最大角度及撥桿小球的直徑確定情況下，凹輪槽的寬度尺寸由轉(zhuǎn)向軸心與凹槽輪軸心的距離確定

38、，為了能更好的調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)向角度，設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向最大轉(zhuǎn)向角度為32°。轉(zhuǎn)向軸心與凹槽輪軸心的距離不宜過長(zhǎng)，太長(zhǎng)會(huì)影響整體小車的車身變長(zhǎng)，設(shè)定兩軸心距離為85mm。在SolidWorks草繪圖型界面下，可以容易看出兩凹槽的中心距離，參見圖3-3。圖3-3 凹槽中心距示意圖3.6 轉(zhuǎn)向輪的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向輪隨著軸向軸的偏轉(zhuǎn)而偏轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)向輪起到調(diào)整小車轉(zhuǎn)彎的作用，轉(zhuǎn)向輪不應(yīng)過大，一般小于后輪的尺寸，設(shè)定轉(zhuǎn)向輪的半徑為30mm。3.7 軸承的選用 考慮到軸承不易制作，在實(shí)際中可以通過選用購(gòu)買標(biāo)準(zhǔn)件用于小車的制作。軸承的選用標(biāo)準(zhǔn)參考機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)機(jī)械工業(yè)出版社第133頁(yè)滾動(dòng)軸承的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。選用最小的深溝球軸承C6

39、201，最小直徑為12mm，最大外徑為32mm。3.8 軸的設(shè)計(jì)在整個(gè)無碳小車的設(shè)計(jì)方案中，包括后車輪軸、繩輪軸、槽輪軸、轉(zhuǎn)向軸4跟軸(參見圖3-4至3-7)。根據(jù)無碳小車的選用的C6201軸承，這4根最大直徑應(yīng)該為12mm，便于裝配。因?yàn)闊o碳小車的動(dòng)力較小，軸承產(chǎn)生的扭矩較小，不再對(duì)軸的強(qiáng)度進(jìn)行校核。車輪軸的尺寸見圖3-4圖3-4 車輪軸尺寸繩輪軸的尺寸見圖3-5圖3-5 繩輪軸的尺寸槽輪軸尺寸見圖3-6 圖3-6 槽輪軸尺寸轉(zhuǎn)向軸尺寸見圖3-7圖3-7 轉(zhuǎn)向軸尺寸4 零件的三維建模當(dāng)無碳小車的主要部件尺寸確定后,開始用SolidWorks三維軟件進(jìn)行無碳小車的三維建模,無碳小車由多個(gè)零件組

40、成,先建立各個(gè)零件的三維模型,然后再將零部件進(jìn)行整體裝配,完成整個(gè)無碳小車的三維模擬圖,在進(jìn)行動(dòng)畫模擬仿真,檢查分析小車實(shí)體制作的可行性。4.1 齒輪的三維建模SolodWorks2010有著強(qiáng)大的標(biāo)準(zhǔn)件設(shè)計(jì)庫(kù)，在齒輪、軸承、螺釘、墊圈、釘銷等標(biāo)準(zhǔn)件尺寸參數(shù)確定的情況下，利用SolodWorks2010的標(biāo)準(zhǔn)件設(shè)計(jì)庫(kù)可以很快的完成標(biāo)準(zhǔn)零件的建模，只用在相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)件之間輸入尺寸參數(shù)，SolodWorks2010就會(huì)生成相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)零件。 首先啟動(dòng)SolidWorks2010界面，單擊菜單選項(xiàng)【新建】（見圖4-1）圖4-1 新建零件界面圖然后單擊【零件】，確定。再打開標(biāo)準(zhǔn)齒輪生成插件齒輪設(shè)計(jì)Gear

41、Trax2012 for SW,參見圖4-2。圖4-2 GearTrax2012 for SW界面在模數(shù)節(jié)距中輸入2，大齒輪齒數(shù)中輸入80，小齒輪齒數(shù)中輸入20，齒面寬度中輸入15mm，然后單擊創(chuàng)建，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)生成如下，見圖4-3：圖4-3 齒輪2初步建模圖在單擊齒輪的一個(gè)面，單擊右鍵選擇【正視于】，再在功能菜單欄中選擇【草圖】，在齒輪面中心繪制一個(gè)直徑12mm的圓，用于軸承的配合孔。在該圓周圍繪制3個(gè)直徑5mm的圓，作為定位孔，參見圖4-4。圖4-4 齒輪面上草繪的配合孔然后【確定】，單擊退出【草圖】，在【特征】欄下選擇【拉伸切除】，在選擇剛才草繪的圖型，進(jìn)行拉伸。通過改變顏色外觀得到齒輪

42、2的三維建模，見圖4-5。圖4-5 齒輪2的三維建模通過相同的方式可以得到齒輪1（參見圖4-6）、齒輪3的模型（參見圖4-7）圖4-6 齒輪1的建模 圖4-7 齒輪3的三維建模4.2 后車輪的建模后車輪通過【拉伸凸臺(tái)/基體】可以得到，【新建】一個(gè)零件，在前視基準(zhǔn)面上草繪如下圖形，見圖4-8。圖4-8 車輪建模草繪圖完成繪制后，【確定】，再單擊【退出草圖】，然后在特征欄下選擇【拉伸凸臺(tái)/基體】，選擇剛才創(chuàng)建的草圖，進(jìn)行拉伸，拉伸厚度為10mm。得到后車輪的三維建模，見圖4-9。圖4-9 后車輪三維建模4.3 前輪的三維建模前輪的建模也比較簡(jiǎn)單，通過【拉伸基體/凸臺(tái)】可以很方便的得到，然后用【倒角

43、】創(chuàng)建輪子輪廓見圖4-10。圖4-10 前輪建模4.4 凹槽輪的建模凹槽輪可以看成是由兩條首尾相連的兩條凹槽在輪面上圍成，凹槽在帶動(dòng)撥桿轉(zhuǎn)向時(shí)，不是突然轉(zhuǎn)向的，在轉(zhuǎn)向時(shí)有一定的緩沖時(shí)間。兩條凹槽的連接用一成45度角的凹槽連接，便于減少撥桿球面的壓力，也起到在障礙物件緩慢繞行轉(zhuǎn)彎的作用。建立凹輪槽的模型可以先通過【拉伸】創(chuàng)建一個(gè)圓柱環(huán)，然后利用【拉伸切除】來完成凹槽的形狀。首先進(jìn)入【新建】零件界面，在前視基準(zhǔn)面上草繪一個(gè)直徑120mm和80mm的同心圓，然后通過特征拉伸圓柱的厚度為45mm，見圖4-11：圖4-11 拉伸后得到的圓環(huán)然后在右使基準(zhǔn)面上正視于該圓柱，進(jìn)入【草繪界面】，畫出如圖4-1

44、2的草圖：圖4-12 在圓環(huán)面上繪制的圖形完成繪制后單擊【退出草圖】通過特征欄選擇【拉伸切除】，選擇剛繪制的圖作為拉伸切除基面。完成后的凹槽見圖4-13。圖4-13 凹槽建模圖再通過【拉伸基體/凸臺(tái)】補(bǔ)全凹槽的圓柱面，改變外觀，最終得到的凹槽輪建模見圖4-14。圖4-14 凹槽輪建模4.5繩索輪的建模繩索輪是主要的原動(dòng)力構(gòu)件，見圖4-15，繩索輪由繩子牽引在起始時(shí)原動(dòng)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑較大，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大就大有利于起動(dòng)。但過大的話在重錘重力一定的時(shí)，無法牽動(dòng)繩輪轉(zhuǎn)動(dòng)。圖4-15 繩索輪示意圖繩輪的建模方法如下:在新建【零件】界面下，草繪如下圖所示（參見圖4-16）：圖4-16 草繪的圖形通過【旋轉(zhuǎn)凸臺(tái)/

45、基體】選擇繪制的草圖作為旋轉(zhuǎn)體，中心軸線作為旋轉(zhuǎn)中心，旋轉(zhuǎn)得到繩索的建模，再通過導(dǎo)入【異型孔向到】導(dǎo)入三個(gè)直徑5mm的定位孔，作為定位。改變顏色外觀，最終得到的建模參見圖4-17。圖4-17 繩索輪建模圖4.6 軸類零件的建模所選用的后車輪軸（參見圖4-18）、繩輪軸（參見圖4-19）、槽輪軸（參見圖4-20）、轉(zhuǎn)向軸（參見圖4-21）參照設(shè)計(jì)的尺寸，分別進(jìn)行【拉伸】建模，得到的建模圖形如下：圖4-18后車輪軸建模圖4-19 繩輪軸建模圖4-20 槽輪軸建模圖4-21 轉(zhuǎn)向軸建模4.7軸承基臺(tái)的建模軸承基臺(tái)起到固定軸承，支撐車架的作用。確定了車輪尺寸、軸的長(zhǎng)度及軸承標(biāo)準(zhǔn)之后，基臺(tái)的尺寸高低對(duì)無

46、碳小車的運(yùn)動(dòng)不影響，為了方便建模實(shí)體制作方便，啟到支撐作用的6個(gè)基臺(tái)規(guī)格尺寸要一致，基臺(tái)厚度為10mm?；_(tái)的草繪圖見圖4-22及圖4-23。圖4-22 基臺(tái)尺寸圖4-23 基臺(tái)的建模4.8 軸承端蓋建模軸承端蓋起到固定車軸、防止軸承脫向的作用。端蓋厚度為1mm。參見圖4-24 。圖4-24 端蓋尺寸及建模圖4.9 車架的建模根據(jù)方案圖，在齒輪1、齒輪2、齒輪3、撥桿軸確定的情況下,車架的長(zhǎng)度應(yīng)當(dāng)大于325mm,以便很好的支撐整個(gè)凸臺(tái)基體、繩輪的作用。由于車輪軸的確定車架寬度定為220mm。車架尺寸參見圖4-25。車架整體建模參見圖4-26。圖4-25 車架尺寸圖圖4-26 車架的三維建模4.

47、10 固定套的建模為了讓齒輪與軸能很好的固定連接，采用固定套作為連接件齒輪1、齒輪2、齒輪3、繩索輪、凹槽輪的固定套具有一樣的尺寸見圖4-27。按照這樣的尺寸進(jìn)行建模，見圖4-28。圖4-27 固定套尺寸參數(shù)圖圖4-28 固定套的三維建模后車輪的固定套起到固定車輪與軸，防止車輪偏移的作用，車輪固定套尺寸見圖4-29。后車輪固定套建模見圖4-30。圖4-29后車輪與軸的固定套圖4-30后車輪與軸的固定套建模4.11前輪架的設(shè)計(jì)建模前輪架的作用是起到固定前輪，讓前輪隨著前輪架上的軸轉(zhuǎn)動(dòng)的作用。前輪架連接轉(zhuǎn)向軸，隨轉(zhuǎn)向軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，控制前輪的轉(zhuǎn)向。前車輪架尺寸參數(shù)見圖4-31，前車輪架的建模見圖4-3

48、2。圖4-31 前輪架尺寸圖4-32 前輪架建模5 SolidWorks2010下無碳小車的零件裝配及模擬仿真5.1 無碳小車的虛擬裝配在SolidWorks2010的界面下，裝配體具有很良好的操作性，具有操作簡(jiǎn)單、易學(xué)、易用，方便靈活的特點(diǎn)。在完成約束下，構(gòu)件能按照用戶的要求模擬運(yùn)動(dòng)在裝配過程中防止配合過定度、配合不到位等避免在動(dòng)畫模擬時(shí)不能模擬出無碳小車的運(yùn)動(dòng)。在建立了無碳小車的主要零部件模型后，開始進(jìn)入裝配環(huán)節(jié)。打開SolidWorks界面，單擊新建【裝配體】，首先打開車架零件，按照由下到上，先左后右的原則進(jìn)行零件的逐個(gè)轉(zhuǎn)配。然后在特征欄下單擊【插入】零件，依次添加6個(gè)軸承基臺(tái)，調(diào)節(jié)基臺(tái)

49、的放置位置，以便能很好的操作基臺(tái)與車架的配合。然后單擊基臺(tái)定位孔的邊緣線再單擊車架上基臺(tái)定位孔的圓周邊緣線，按住鼠標(biāo)右鍵彈出【配合】菜單，選擇同【軸心配合】，此時(shí)基臺(tái)自動(dòng)與車架上的孔對(duì)齊。按照同樣的方法讓6個(gè)軸承基臺(tái)與車架上的基臺(tái)定位孔完全定位。見圖5-1圖5-1 完成基臺(tái)配合的裝配體再單擊【插入】零件依次打開6個(gè)軸承C6201，軸承放置好后，點(diǎn)擊一個(gè)軸承的圓周面按住Ctrl不放再單擊軸承基臺(tái)上的軸承放置面，按鼠標(biāo)右鍵彈出【配合】菜單，選用同軸配合。然后按住軸承一個(gè)面讓它與基臺(tái)的一個(gè)面進(jìn)行面與面重合配合。通過這兩個(gè)約束配合，軸承與基臺(tái)能完好的配合。依次用同樣方法，配合好其它6個(gè)軸承。把軸承、基

50、臺(tái)配合好后，先從后輪依次裝配。插入后車輪軸承零件，通過同軸心與基臺(tái)軸承配合好。然后再用插入齒輪1、齒輪固定套零件，選用合理的配合，讓齒輪1、齒輪固定套與后車軸配合好。再插入后車輪、車輪固定套軸承與通過面面重合、同軸心配合定位好車輪的位置。參見圖5-2圖5-2 裝配后車輪的建模圖裝配繩索輪、齒輪2、繩索軸零件。單擊【插入】零件，把繩索輪、齒輪2、軸承、齒輪固定套導(dǎo)入裝配體中，選用合理的配合固定好各個(gè)零件。見圖5-3。圖5-3 裝配繩索軸后的裝配體進(jìn)行凹槽輪、齒輪3、齒輪固定套、槽輪軸的裝配。依次插入要裝配的零件，選擇槽輪軸，通過軸的圓周面與基臺(tái)上的軸承進(jìn)行同軸心配合，再用軸的端面與軸承面進(jìn)行面面

51、配合，把軸固定好。然后用同軸心配合裝配凹槽輪、齒輪3、齒輪固定套。依次用凹槽輪上的定位孔與固定套上的孔配合好，用面面配合和孔上的同軸心配合，定位好齒輪3與固定套的配合。裝配前輪與撥桿。依次導(dǎo)入轉(zhuǎn)向軸、前輪車架、前輪、撥桿，利用面面配合、同軸心配合、面平行配合等把前輪支架裝配好。見圖 5-4。圖 5-4 完成凹槽輪、車輪架后的裝配圖在主要零部件配合好后，就需要把輔助定位的其它小零件裝配好。在各個(gè)軸承上基臺(tái)上裝配上端蓋、螺釘，在齒輪與固定套件裝配上螺釘、螺帽。裝配上重錘架。完成各種零件的裝配后得到了無碳小車的完整裝配圖，見圖5-5。圖5-5無碳小車的完整裝配圖建模5.2 無碳小車的模擬仿真及分析在完成整體裝配圖的環(huán)境下，單擊左下角的運(yùn)動(dòng)算例，把動(dòng)畫模擬時(shí)間軸拉到