無碳小車 設計說明

資料范本本資料為word版本，可以直接編輯和打印，感謝您的下載無碳小車設計說明地點：時間：說明：本資料適用于約定雙方經過談判，協(xié)商而共同承認，共同遵守的責任與義務，僅供參考，文檔可直接下載或修改，不需要的部分可直接刪除，使用時請詳細閱讀內容作品設計說明書摘要我們把小車的設計分為三個階段：方案設計、技術設計、制作調試。通過每一階段的深入分析、層層把關，是我們的設計盡可能向最優(yōu)設計靠攏。方案設計階段根據(jù)小車功能要求我們根據(jù)機器的構成（原動機構、傳動機構、執(zhí)行機構、控制部分、輔助部分）把小車分為車架、原動機構、傳動機構、轉向機構、行走機構五個模塊，進行模塊化設計。分別針對每一個模塊進行多方案設計，通過綜合對比選擇出最優(yōu)的方案組合。我們的方案為：車架采用三角底板式、原動機構采用了帶輪軸、傳動機構采用帶輪、轉向機構采用凸輪機構、行走機構采用雙輪驅動。技術設計階段我們先對方案建立數(shù)學模型進行理論分析，借助MATLAB分別進行了能運動學分析和動力學分析，進而得出了小車的具體參數(shù)，和運動規(guī)律y以及確定凸輪的輪廓曲線；接著應用Solidworks軟件進行了小車的實體建模和部分運動仿真。在實體建模的基礎上對每一個零件進行了詳細的設計，綜合考慮零件材料性能、加工工藝、成本等。小車大多零件是標準件，可以購買，同時除部分要求加工精度高的部分需要特殊加工外，大多數(shù)都可以通過手工加工出來。調試過程會通過微調等方式改變小車的參數(shù)進行試驗，在試驗的基礎上驗證小車的運動規(guī)律同時確定小車最優(yōu)的參數(shù)。關鍵字：無碳小車參數(shù)化設計軟件輔助設計目錄TOC\o"1-3"\h\z\uHYPERLINK\l"_Toc370999921"摘要PAGEREF_Toc370999921\h2一緒論4HYPERLINK\l"_Toc370999922"HYPERLINK\l"_Toc370999923"1.1命題主題4HYPERLINK\l"_Toc370999924"1.2小車功能設計要求4HYPERLINK\l"_Toc370999925"1.3小車整體設計要求5HYPERLINK\l"_Toc370999926"Toc370999926\hHYPERLINK\l"_Toc370999926"Toc370999926\h6HYPERLINK\l〃_Toc370999927〃Toc370999927\h7HYPERLINK\l"_Toc370999928"Toc370999928\h8HYPERLINK\l"_Toc370999929"Toc370999929\h8HYPERLINK\l"_Toc370999930"Toc370999930\h8HYPERLINK\l"_Toc370999931"Toc370999931\h9HYPERLINK\l〃_Toc370999932〃Toc370999932\h10HYPERLINK\l"_Toc370999934"Toc370999934\h10HYPERLINK\l"_Toc370999935"Toc370999935\h11HYPERLINK\l〃_Toc370999940〃Toc370999940\h14HYPERLINK\l"_Toc370999941"HYPERLINK\l"_Toc370999942"Toc370999942\h18HYPERLINK\l"_Toc370999943"Toc370999943\h20HYPERLINK\l"_Toc370999944"1.4小車的設計方法PAGEREF二方案設計PAGEREF2.1車架PAGEREF2.2原動機構PAGEREF2.3傳動機構PAGEREF2.4轉向機構PAGEREF2.5行走機構PAGEREF三技術設計PAGEREF3.1建立數(shù)學模型PAGEREF3.2參數(shù)確定PAGEREF3.3零部件設計153.4小車運動仿真分析PAGEREF四小車制作調試及改進PAGEREF4.1小車制作流程PAGEREFPAGEREFHYPERLINK\l〃_Toc370999945〃4.2小車調試方法Toc370999945\h20HYPERLINK\l〃_Toc370999946〃4.3小車改進方法20HYPERLINK\l〃_Toc370999947〃五評價分析PAGEREFPAGEREFToc370999947\h21HYPERLINK\l"_Toc370999948"5.1小車優(yōu)缺點PAGEREFToc370999948\h215.2小車改進方向21HYPERLINK\l"_Toc370999949"HYPERLINK\l"_Toc370999951"六參考文獻PAGEREFToc370999951\h22一緒論1.1命題主題根據(jù)第四屆全國大學生工程訓練綜合能力競賽主題為“無碳小車越障競賽”。命題與高校工程訓練教學內容相銜接，體現(xiàn)綜合性工程能力。命題內容體現(xiàn)“創(chuàng)新設計能力、制造工藝能力、實際操作能力和工程管理能力”四個方面的要求。1.2小車功能設計要求給定一重力勢能，根據(jù)能量轉換原理，設計一種可將該重力勢能轉換為機械能并可用來驅動小車行走的裝置。該自行小車在前行時能夠自動避開賽道上設置的障礙物（間隔范圍在700-1300mm，放置一個直徑20mm、長200mm的彈性障礙圓棒）。以小車前行距離的遠近、以及避開障礙的多少來綜合評定成績。給定重力勢能為4焦耳（取g=10m/s2），競賽時統(tǒng)一用質量為1Kg的重塊（50X65mm，普通碳鋼制作）鉛垂下降來獲得，落差400±2mm，重塊落下后，須被小車承載并同小車一起運動，不允許掉落。要求小車前行過程中完成的所有動作所需的能量均由此能量轉換獲得，不可使用任何其他的能量形式。小車要求采用三輪結構（1個轉向輪，2個驅動輪），具體結構造型以及材料選用均由參賽者自主設計完成。1.3小車整體設計要求小車設計過程中需要完成：結構方案設計、工藝方案設計、經濟成本分析和工程管理方案設計。命題中的工程管理能力項要求綜合考慮材料、加工、制造成本等各方面因素，提出合理的工程規(guī)劃。設計能力項要求對參賽作品的設計具有創(chuàng)新性和規(guī)范性。命題中的制造工藝能力項以要求綜合運用加工制造工藝知識的能力為主。1.4小車的設計方法小車的設計一定要做到目標明確，通過對命題的分析我們得到了比較清晰開闊的設計思路。作品的設計需要有系統(tǒng)性規(guī)范性和創(chuàng)新性。設計過程中需要綜合考慮材料、加工、制造成本等給方面因素。明確小車任務要求小車功能分析可行性方案確定方案分析評價建模分析初定參數(shù)參數(shù)優(yōu)化零部件設計選擇材料確定尺寸分析評價總體設計加工制作調試改進分析評價結束—*—、FL、1一萬案設計為了方便設計這里根據(jù)小車所要完成的功能將小車劃分為五個部分進行模塊化設（車架、原動機構、傳動機構、轉向機構、行走機構）。行走機構傳動機構轉向機構三角形底板直齒傳動帶輪傳動彈簧儲能式繩輪式骨架式底板雙輪同步曲柄連桿凸輪搖桿雙輪差速無碳小車車架原動機構在選擇方案時應綜合考慮功能、材料、加工、制造成本等各方面因素，同時盡量避免直接決策，減少決策時的主觀因素，使得選擇的方案能夠綜合最優(yōu)。2.1車架車架不用承受很大的力，精度要求低?？紤]到重量加工成本等，車架采用塑料加工制作成三角式底板。2.2原動機構原動機構的作用是將重物的重力勢能轉化為小車的驅動動能。能實現(xiàn)這一功能的方案有多種，就效率和簡潔性來看繩輪最優(yōu)。小車對原動機構還有其它的具體要求。驅動力適中，不至于小車拐彎時速度過大傾翻，或重物晃動厲害影響行走。到達終點前重物豎直方向的速度要盡可能小，避免對小車過大的沖擊。同時使重物的勢能盡可能的轉化到驅動小車前進的動能，如果重物豎直方向的速度較大，重物本身還有較多勢能未釋放，能量利用率不高。3.機構簡單，效率高，便于加工制作。2.3傳動機構傳動機構的功能是把動力和運動傳遞到轉向機構和驅動輪上。要使小車行駛的更遠及按設計的軌道精確地行駛，傳動機構必需傳遞效率高、傳動穩(wěn)定、結構簡單重量輕等。帶輪具有結構簡單、傳動平穩(wěn)、價格低廉、緩沖吸震等特點但其效率不是很高。齒輪具有效率高、結構緊湊、工作可靠、傳動比穩(wěn)定但價格較高，不易加工制作。因此在第一種方式不能夠滿足要求的情況下可優(yōu)先考慮使用齒輪傳動。2.4轉向機構轉向機構是本小車設計的關鍵部分，直接決定著小車的功能。轉向機構也同樣需要盡可能的減少摩擦耗能，結構簡單，零部件已獲得等基本條件，同時還需要有特殊的運動特性。能夠將旋轉運動轉化為滿足要求的來回擺動，帶動轉向輪左右轉動從而實現(xiàn)拐彎避障的功能。能實現(xiàn)該功能的機構有：凸輪搖桿、曲柄連桿等等。凸輪搖桿：優(yōu)點：只需設計適當?shù)耐馆嗇喞?，便可使從動件得到任意的預期運動，而且結構簡單、緊湊、設計方便；缺點：凸輪輪廓加工比較困難。曲柄連桿：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?。粌蓸嫾g的接觸是靠本身的幾何封閉來保持接觸。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，且設計較為復雜；當給定的運動要求較多或較復雜時，需要的構件數(shù)和運動副數(shù)往往比較多，這樣就使機構結構復雜，工作效率降低，發(fā)生自鎖的可能性增加。綜合上面分析我們選擇凸輪搖桿作為小車轉向機構的方案。2.5行走機構行走機構即為三個輪子，輪子又厚薄之分，大小之別，材料之不同需要綜合考慮。由摩擦理論知道摩擦力矩與正壓力的關系為：對于相同的材料為一定值。而滾動摩擦阻力：所以輪子越大小車受到的阻力越小，因此能夠走的更遠。由于小車是沿著曲線前進的，后輪必定會產生差速。對于后輪可以采用雙輪同步驅動，雙輪差速驅動。雙輪同步驅動必定有輪子會與地面打滑，使小車運動產生偏差，但由于小車速度較小時，可以大大減小差速帶來的影響。雙輪差速驅動可以避免雙輪同步驅動出現(xiàn)的問題，可以通過差速器或單向軸承來實現(xiàn)差速。但差速器的構造較為復雜，且由于單向軸承存在側隙，在主動輪從動輪切換過程中出現(xiàn)誤差導致運動不準確。綜上所述行走機構的輪子應有恰當可調的尺寸，經過加工和成本的綜合考慮我們選用雙輪同步驅動。三技術設計技術設計階段的目標是完成詳細設計確定個零部件的的尺寸。設計的同時綜合考慮材料加工成本等各因素。3.1建立數(shù)學模型通過對小車建立數(shù)學模型，可以實現(xiàn)小車的參數(shù)化設計和優(yōu)化設計，提高設計的效率和得到較優(yōu)的設計方案，充分發(fā)揮計算機在輔助設計中的作用。因此，我們采用了Matlab軟件輔助設計。小車后輪直徑計算：function[D2]=fD2（LC,n）%D2小車后輪直徑%LC小車行駛一個周期的路程%n小車行駛一個周期，后輪轉的圈數(shù).%（確定n之后，也就確定了后輪軸與凸輪軸的轉速比為n:1）D2=LC/pi/n;End推桿伸長量計算：function[Delta]=fDelta（theta,yT）%yT導向桿長%Delta凸輪的推桿伸長量（假定伸長為正，縮短為負）%theta小車前輪轉角（假定左轉為正）Delta二yT*sin(theta);end小車路徑上某點的曲率半徑計算：function[r]=fr(x0,r0,l)%fr求小車路徑上某點的曲率半徑%r0零點處曲線的縱坐標，r0-y/2>10,y為兩后輪間距%l兩個障礙物間距，700~1300%fx01,fx02分別為fx0的一階導，二階導fx01二r0*pi*sin(pi*x0/l)/l;fx02=r0*(pi"2)*cos(pi*x0/l)/(l"2);r=(1+(fx01"2))"(3/2)/fx02;end小車前輪轉角計算：function[theta]=ftheta(r,x)%theta小車前輪轉角(假定左轉為正)%r小車路徑上某點的曲率半徑%x前輪軸與后輪軸間距theta=atan(x/r);end小車行駛一個周期的路程計算：function[LC]=fLC(r0,l)%運用第一類曲線積分，當被積函數(shù)為1時，即求曲線長度%r0零點處曲線的縱坐標，r0-y/2>10,y為兩后輪間距%l兩個障礙物間距，700~1300%LC小車行駛一個周期的路程x0=sym('x0');%r0=sym('r0');l=sym('l');%使結果帶有r0和l這兩符號f=sqrt(1+r0"2*pi”2*(sin(pi/l*x0))”2/(l”2));LC二int(f,0,2*l);LC=double(LC);%將結果轉化為數(shù)值。結果帶有符號時不能使用end凸輪輪廓曲線繪圖：l=800;%兩個障礙物間距，700~1300r0=150;%零點處曲線的縱坐標，r0-y/2>10,y為兩后輪間距x=200;%前輪軸與后輪軸間距yT=30;%yT導向桿長rj=10;%凸輪基圓半徑x1=72;%凸輪軸(軸1)與前輪軸水平間距x2=72;%軸1與軸2間距x3=48;%軸2與軸3間距x0=0;r=fr(x0,r0,l);theta=ftheta(r,x);maxDelta=fDelta(theta,yT);%maxDelta推桿最大伸長(或縮短)的量maxDeltaxT=x1-rj-maxDelta;%xT凸輪的推桿長度xTi=1;foralpha=0:0.0001:2*pix0=alpha*l/pi;r=fr(x0,r0,l);theta=ftheta(r,x);Delta二fDelta(theta,yT);TL=rj+maxDelta+Delta;n(i)二alpha;m(i)=TL;i=i+1;%holdon;%polar(alpha,TL);%描點法畫出凸輪輪廓%plot(x0,Delta);%查看Delta(推桿伸長縮短量)隨x0變化而變化的情況%plot(x0,theta);%查看theta(前輪轉角)隨x0變化而變化的情況%holdoff;endpolar(n,m);%axisequal;%描點時，使橫縱坐標單位間距相等3.2參數(shù)確定單位：mm前輪軸與后輪軸間距x=200導向桿長x=30凸輪基圓半徑R=10凸輪軸(軸1)與前輪軸水平間距x=80軸1與軸2間距x=72軸2與軸3間距x=483.3零部件設計需加工的零件：驅動軸、傳動軸車輪軸承座