第一篇： 首屆浙江省大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競(jìng)賽(無(wú)碳小車(chē)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū))

首屆浙江省大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競(jìng)賽

無(wú)碳小車(chē)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

參賽者：潘沿龍 韓昌 吳總榮

指導(dǎo)老師：張廣海 馮仁專(zhuān)

2012-12-10

目錄

摘要.............................................................3 一 緒論.............................................................4 1.1本屆競(jìng)賽命題主題..............................................4 1.2小車(chē)功能設(shè)計(jì)要求..............................................4 1.3小車(chē)整體設(shè)計(jì)要求..............................................4 二 方案設(shè)計(jì).........................................................5 2.1車(chē)架..........................................................5 2.2原動(dòng)機(jī)構(gòu)......................................................5 2.3傳動(dòng)機(jī)構(gòu)......................................................6 2.4轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)......................................................6 2.5行走機(jī)構(gòu)......................................................7 2.6微調(diào)機(jī)構(gòu)......................................................7 三 技術(shù)設(shè)計(jì)........................................................8 3.1零部件設(shè)計(jì)....................................................8 3.2三維裝配圖....................................................9 四 評(píng)價(jià)分析........................................................11 4.1小車(chē)優(yōu)缺點(diǎn)...................................................11 4.2自動(dòng)行走比賽時(shí)的前行距離估計(jì).................................11 4.3改進(jìn)方向.....................................................11 五 參考文獻(xiàn)........................................................11 六 附錄............................................................11

摘要

一 緒論

1.1本屆競(jìng)賽命題主題

本屆競(jìng)賽主題為“無(wú)碳小車(chē)越障競(jìng)賽”。

要求經(jīng)過(guò)一定的前期準(zhǔn)備后，在比賽現(xiàn)場(chǎng)完成一套符合本命題要求的可運(yùn)行裝置，并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)性運(yùn)行考核。每個(gè)參賽作品要提交相關(guān)的設(shè)計(jì)、工藝、成本分析和工程管理4項(xiàng)報(bào)告。

1.2小車(chē)功能設(shè)計(jì)要求

設(shè)計(jì)一種小車(chē)，驅(qū)動(dòng)其行走及轉(zhuǎn)向的能量是根據(jù)能量轉(zhuǎn)換原理，由給定重力勢(shì)能轉(zhuǎn)換來(lái)的。給定重力勢(shì)能為4焦耳（取g=10m/s2），競(jìng)賽時(shí)統(tǒng)一用質(zhì)量為1Kg的重塊（￠50×65 mm，普通碳鋼）鉛垂下降來(lái)獲得，落差400±2mm，重塊落下后，須被小車(chē)承載并同小車(chē)一起運(yùn)動(dòng)，不允許從小車(chē)上掉落。圖1為小車(chē)示意圖。

圖1： 無(wú)碳小車(chē)示意圖

要求小車(chē)行走過(guò)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，不可使用任何其他的能量來(lái)源。

要求小車(chē)具有轉(zhuǎn)向控制機(jī)構(gòu)，且此轉(zhuǎn)向控制機(jī)構(gòu)具有可調(diào)節(jié)功能，以適應(yīng)放有不同間距障礙物的競(jìng)賽場(chǎng)地。

1.3小車(chē)整體設(shè)計(jì)要求

要求小車(chē)為三輪結(jié)構(gòu)，具體設(shè)計(jì)、材料選用及加工制作均由參賽學(xué)生自主完成。

小車(chē)設(shè)計(jì)過(guò)程中需要完成：機(jī)械設(shè)計(jì)、工藝方案設(shè)計(jì)、經(jīng)濟(jì)成本分析

和工程管理方案設(shè)計(jì)。命題中的工程管理能力項(xiàng)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(shè)計(jì)能力項(xiàng)要求對(duì)參賽作品的設(shè)計(jì)具有創(chuàng)新性和規(guī)范性。命題中的制造工藝能力項(xiàng)以要求綜合運(yùn)用加工制造工藝知識(shí)的能力為主。二 方案設(shè)計(jì)

2.1車(chē)架

車(chē)架不用承受很大的力，精度要求低?？紤]到重量加工成本等，車(chē)架采用鋁材加工制作成斷開(kāi)式長(zhǎng)方體板，可以利用廢材進(jìn)行加工。

2.2原動(dòng)機(jī)構(gòu)

原動(dòng)機(jī)構(gòu)的作用是將重塊的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為小車(chē)的驅(qū)動(dòng)力。能實(shí)現(xiàn)這一功能的方案有多種，就效率和簡(jiǎn)潔性來(lái)看繩輪最優(yōu)。小車(chē)對(duì)原動(dòng)機(jī)構(gòu)還有其它的具體要求。

（1）驅(qū)動(dòng)力適中，不至于小車(chē)拐彎時(shí)速度過(guò)大傾翻，或重塊晃動(dòng)厲害影響行走。

（2）到達(dá)終點(diǎn)前重塊豎直方向的速度要盡可能小，避免對(duì)小車(chē)過(guò)大的沖擊。（3）由于不同的場(chǎng)地對(duì)輪子的摩擦摩擦可能不一樣，在不同的場(chǎng)地小車(chē)是需要的動(dòng)力也不一樣。在調(diào)試時(shí)也不知道多大的驅(qū)動(dòng)力恰到好處。因此原動(dòng)機(jī)構(gòu)還需要能根據(jù)不同的需要調(diào)整其驅(qū)動(dòng)力。

（4）機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，效率高。

基于以上分析我們提出了輸出驅(qū)動(dòng)力可調(diào)的繩輪式原動(dòng)機(jī)構(gòu)。

如上圖可以通過(guò)改變繩子繞在不同直徑的繩輪上來(lái)改變其輸出的動(dòng)力。

2.3傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的功能是把速度和轉(zhuǎn)矩傳遞到轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)輪上。要使小車(chē)行駛的更遠(yuǎn)及按設(shè)計(jì)的軌跡精確地行駛，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)必需傳遞效率高、傳動(dòng)穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單重量輕等。

1.考慮到小車(chē)行走軌跡的精確性，差速器比單輪驅(qū)動(dòng)更準(zhǔn)確。

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(chē)設(shè)計(jì)。

3.齒輪具有效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠、傳動(dòng)比穩(wěn)定但價(jià)格較高。因此在 2.5行走機(jī)構(gòu)

行走機(jī)構(gòu)即為三個(gè)輪子，輪子又厚薄之分，大小之別，材料之不同需要綜合考慮。

有摩擦理論知道摩擦力矩與正壓力的關(guān)系為

?????

對(duì)于相同的材?為一定值。

而滾動(dòng)摩擦阻力f=M/R=(N??)，所以輪子越大小車(chē)受到的阻力越小，因此能夠走的更遠(yuǎn)。但由于加工問(wèn)題材料問(wèn)題安裝問(wèn)題等等具體尺寸需要進(jìn)一步分析確定。

由于小車(chē)是沿著曲線前進(jìn)的，后輪必定會(huì)產(chǎn)生差速。

雙輪同步驅(qū)動(dòng)必定有輪子會(huì)與地面打滑，由于滑動(dòng)摩擦遠(yuǎn)比滾動(dòng)摩擦大會(huì)損失大量能量，同時(shí)小車(chē)前進(jìn)受到過(guò)多的約束，無(wú)法確定其軌跡，不能夠有效避免碰到障礙。

而差速器涉及到最小能耗原理，能較好的減少摩擦損耗，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)滿(mǎn)足要運(yùn)動(dòng)。

綜上所述行走機(jī)構(gòu)的輪子應(yīng)有恰當(dāng)?shù)某叽?，如果有條件可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)確定實(shí)現(xiàn)差速的機(jī)構(gòu)方案。2.6微調(diào)機(jī)構(gòu)

一臺(tái)完整的機(jī)器包括：原動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)機(jī)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、控制部分、輔助設(shè)備。微調(diào)機(jī)構(gòu)就屬于小車(chē)的控制部分。小車(chē)裝配好之后，不允許經(jīng)常拆裝，所以為了調(diào)整小車(chē)的軌跡（幅值，周期，方向等），使小車(chē)走一條最優(yōu)的軌跡，可通過(guò)簡(jiǎn)單地微調(diào)機(jī)構(gòu)予以保證。

微調(diào)機(jī)構(gòu)可以采用如下微調(diào)螺釘?shù)姆绞剑鐖D

三 技術(shù)設(shè)計(jì)

3.1零部件設(shè)計(jì)(1)驅(qū)動(dòng)軸

45#鋼 階梯軸總長(zhǎng)76mm,單面軸肩長(zhǎng)3mm

(2)車(chē)輪 a.小車(chē)輪

鋁材 厚度：7mm 兩面階梯孔：大孔11mm，深3mm，小孔9mm

b.大車(chē)輪

有機(jī)玻璃 尺寸?100?5，輪轂孔9mm

（3）深溝球軸承

標(biāo)準(zhǔn)件15個(gè) 規(guī)格?5??11?3（4）圓柱直齒輪兩對(duì)

小齒輪（鋁材）：模數(shù)=1，齒數(shù)=17，內(nèi)孔=6mm，厚度：7 mm，個(gè)數(shù)2 中齒輪（尼龍）：模數(shù)=1，齒數(shù)=34，內(nèi)徑=6mm，厚度=4mm，個(gè)數(shù)：1 大齒輪（尼龍）：模數(shù)=1，齒數(shù)=51，內(nèi)徑=6mm，厚度=4mm，個(gè)數(shù)：1

3.2三維裝配圖

四 評(píng)價(jià)分析 4.1小車(chē)優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：（1）小車(chē)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，單級(jí)齒輪傳動(dòng)，損耗能量少，（2）多處采用微調(diào)機(jī)構(gòu)，便于糾正軌跡，避開(kāi)障礙物，（3）采用大的驅(qū)動(dòng)輪，滾阻系數(shù)小，行走距離遠(yuǎn)，（4）采用磁阻尼，小車(chē)穩(wěn)定性提高，不致使車(chē)速過(guò)快，缺點(diǎn)： 小車(chē)精度要求高，使得加工零件成本高，以及微調(diào)各個(gè)機(jī)構(gòu)都很費(fèi) 時(shí)，避障穩(wěn)定行差，時(shí)而偏左，時(shí)而偏右。4.2自動(dòng)行走比賽時(shí)的前行距離估計(jì)

通過(guò)理論與實(shí)踐結(jié)合，小車(chē)行走距離（包括繞開(kāi)障礙物）約7—9個(gè)八字，即直線距離約13—17米。4.3改進(jìn)方向

小車(chē)最大的缺點(diǎn)是精度要求非常高，改進(jìn)小車(chē)的精度要求，使能調(diào)整簡(jiǎn)單，小車(chē)便能達(dá)到很好的行走效果。五 參考文獻(xiàn)

（1）機(jī)械設(shè)計(jì) 主編 陳秀寧 顧大強(qiáng) 浙江大學(xué)出版社

（2）

第二篇：無(wú)碳小車(chē)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

無(wú)碳小車(chē)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

參賽者：

施朝雄

林秋妹

指導(dǎo)老師：羅敏峰2014-12-16

丁天熙

一、主題

設(shè)計(jì)一種小車(chē)（“以重力勢(shì)能驅(qū)動(dòng)的具有方向控制功能的自行小車(chē)”），驅(qū)動(dòng)其行走及轉(zhuǎn)向的能量是根據(jù)能量轉(zhuǎn)換原理，由給定重力勢(shì)能轉(zhuǎn)換而得到的。該給定重力勢(shì)能由競(jìng)賽時(shí)統(tǒng)一使用質(zhì)量為1Kg的標(biāo)準(zhǔn)砝碼（￠50×65 mm，碳鋼制作）來(lái)獲得，要求砝碼的可下降高度為400±2mm。標(biāo)準(zhǔn)砝碼始終由小車(chē)承載，不允許從小車(chē)上掉落。實(shí)現(xiàn)小車(chē)可以按照樁距自動(dòng)轉(zhuǎn)彎，樁距是按每50mm 跳檔在700～1300mm 范圍內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)“S”型賽道障礙物間距值。

二、分析

1、為使得小車(chē)能夠轉(zhuǎn)彎，并能夠繞開(kāi)等距離的障礙物，需要設(shè)計(jì)一個(gè)能夠自動(dòng)轉(zhuǎn)彎的機(jī)構(gòu)。

2、根據(jù)這次的比賽要求我們需要考慮設(shè)計(jì)一個(gè)可調(diào)級(jí)方案.3、為了使得小車(chē)能夠順利轉(zhuǎn)彎，還要解決小車(chē)后輪的差速問(wèn)題

4、為了能夠減少裝配的誤差使小車(chē)的擺角能夠消除這些誤差我們還需設(shè)計(jì)有課微調(diào)機(jī)構(gòu)

三、方案確定

1.轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)

轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)是本小車(chē)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分，關(guān)系到小車(chē)的整體性能.通過(guò)查閱大量資料以往常用的轉(zhuǎn)彎?rùn)C(jī)構(gòu)有凸輪和曲柄搖桿等機(jī)構(gòu).曲柄搖桿的機(jī)構(gòu)雖然簡(jiǎn)單輕便但是可能會(huì)打滑所以我們打算用圓柱凸輪的方案圓柱凸輪機(jī)構(gòu)+搖桿，通過(guò)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)，并且穩(wěn)定性較強(qiáng)。所以我們采用圓柱凸輪機(jī)構(gòu)+搖桿作為我們的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。

2.調(diào)級(jí)

此次命題的難點(diǎn)就是小車(chē)過(guò)的樁距要可調(diào)節(jié)的，并且要從按每50mm 跳檔在700～1300mm 范圍內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)“S”型賽道障礙物間距值。

我們轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)采用的是圓柱凸輪機(jī)構(gòu)+搖桿，所以要求凸輪轉(zhuǎn)一圈，小車(chē)就要通過(guò)一個(gè)s周期的路程。我們通過(guò)改變大齒輪的齒數(shù)，實(shí)現(xiàn)凸輪軸上和驅(qū)動(dòng)輪上的齒輪傳動(dòng)比的改變從而實(shí)現(xiàn)變距，但是要實(shí)現(xiàn)這么多的變距，這就要求小車(chē)要攜帶多對(duì)齒輪。但為了減少摩擦力對(duì)能量的消耗，所以小車(chē)的負(fù)重又不能太重。這就考慮小車(chē)能不能便攜式更換大齒輪，所以我們采用以下機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)以上要求。

小齒輪組固定在驅(qū)動(dòng)軸上，大齒輪可以根據(jù)要求便攜式拆卸，從而組裝出符合要求的傳動(dòng)比！

3.左右輪差速

小車(chē)轉(zhuǎn)彎時(shí)左右兩輪的的速度是不一樣的，如果裝普通的深溝球軸承，是沒(méi)辦法實(shí)現(xiàn)差速拐彎的！要解決這個(gè)問(wèn)題可以有如下兩種辦法：

1.使用差速器。但是差速器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工困難 2.使用單向軸承。簡(jiǎn)單方便，而且價(jià)格合理！

所以我們采用左右兩輪各裝一個(gè)單向軸承！

3.微調(diào)機(jī)構(gòu)

用螺絲可以實(shí)現(xiàn)前輪擺角的微小變化 機(jī)構(gòu)如圖所示

裝配圖

機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖

大齒輪小齒輪轉(zhuǎn)向桿1后輪驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向桿2圓柱凸輪S型三等獎(jiǎng)

第三篇：無(wú)碳小車(chē)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

第三屆全國(guó)大學(xué)生工程訓(xùn)練綜

合能力競(jìng)賽 無(wú)碳小車(chē)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

院系：信息工程學(xué)院 班級(jí)：機(jī)械卓越班 隊(duì)伍名稱(chēng)：?jiǎn)⒑疥?duì)

參賽者：劉騰飛 耿玉塊 指導(dǎo)老師：劉勝榮 時(shí)間：2012年12月30日葛小樂(lè)1

無(wú)碳小車(chē)設(shè)計(jì)方案

設(shè)計(jì)思路：作品的設(shè)計(jì)做到有系統(tǒng)性規(guī)范性和創(chuàng)新性；設(shè)計(jì)過(guò)程中綜合考慮材料、加工、制造成本等給方面因素。采用了PROE、CAD等軟件輔助設(shè)計(jì)。

方案設(shè)計(jì)階段根據(jù)小車(chē)功能要求我們根據(jù)機(jī)器的構(gòu)成（原動(dòng)機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、控制部分、輔助部分）把小車(chē)分為車(chē)架、原動(dòng)機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)、五個(gè)模塊，進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)。分別針對(duì)每一個(gè)模塊進(jìn)行多方案設(shè)計(jì)，通過(guò)綜合對(duì)比選擇出最優(yōu)的方案組合。我們的方案為：車(chē)架采用三角底板式、原動(dòng)機(jī)構(gòu)采用了錐形軸、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)采用齒輪傳動(dòng)、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)采用曲柄連桿、行走機(jī)構(gòu)采用單輪驅(qū)動(dòng)。

我們先進(jìn)行原理分析，接著應(yīng)用PROE軟件進(jìn)行了小車(chē)的實(shí)體建模和部分運(yùn)動(dòng)仿真。在實(shí)體建模的基礎(chǔ)上對(duì)每一個(gè)零件進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)，綜合考慮零件材料性能、加工工藝、成本等。小車(chē)大多是零件是標(biāo)準(zhǔn)件、可以購(gòu)買(mǎi)，同時(shí)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(guò)手工加工出來(lái)。

目錄

方案設(shè)計(jì)..............................................1.1車(chē)架..........................................3 1.2原動(dòng)機(jī)構(gòu)......................................4

1.3傳動(dòng)機(jī)構(gòu)......................................5 1.4轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)......................................6 1.5行走機(jī)構(gòu)......................................6

2、零部件設(shè)計(jì)....................錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。

3、整體設(shè)計(jì)......................................11

4、設(shè)計(jì)參數(shù)-------14

1.1車(chē)架

車(chē)架不用承受很大的力，精度要求低?？紤]到重量加工成本等，車(chē)架用木材加工制作成三角底板式。具體設(shè)計(jì)如下

1.2原動(dòng)機(jī)構(gòu)

原動(dòng)機(jī)構(gòu)的作用是將重塊的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為小車(chē)的驅(qū)動(dòng)力。能實(shí)現(xiàn)這一功能的方案有多種，就效率和簡(jiǎn)潔性來(lái)看繩輪最優(yōu)。小車(chē)對(duì)原動(dòng)機(jī)構(gòu)還有其它的具體要求。1.驅(qū)動(dòng)力適中，不至于小車(chē)拐彎時(shí)速度過(guò)大傾翻，或重塊晃動(dòng)厲害影響行走。2.到達(dá)終點(diǎn)前重塊豎直方向的速度要盡可能小，避免對(duì)小車(chē)過(guò)大的沖擊。同時(shí)使重塊的動(dòng)能盡可能的轉(zhuǎn)化到驅(qū)動(dòng)小車(chē)前進(jìn)上，如果重塊豎直方向的速度較大，重塊本身還有較多動(dòng)能未釋放，能量利用率不高。3.由于不同 的場(chǎng)地對(duì)輪子的摩擦摩擦可能不一樣，在不同的場(chǎng)地小車(chē)是需要的動(dòng)力也不一樣。在調(diào)試時(shí)也不知道多大的驅(qū)動(dòng)力恰到好處。因此原動(dòng)機(jī)構(gòu)還需要能根據(jù)不同的需要調(diào)整其驅(qū)動(dòng)力。4.機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，效率高。

1.3傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的功能是把動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)傳遞到轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)和輪上。要使小車(chē)行駛的更遠(yuǎn)及按設(shè)計(jì)的軌道精確地行駛，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)必需傳遞效率高、傳動(dòng)穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單重量輕等。

1.不用其它額外的傳動(dòng)裝置，直接由動(dòng)力軸驅(qū)動(dòng)輪子和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，此種方式效率最高、結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單。在不考慮其它條件時(shí)這是最優(yōu)的方式。

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(chē)設(shè)計(jì)。

3.齒輪具有效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠、傳動(dòng)比穩(wěn)定但價(jià)格較高。因此在第一種方式不能夠滿(mǎn)足要求的情況下優(yōu)先考慮使用齒輪傳動(dòng)。

1.4轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)

轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)是本小車(chē)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分，直接決定著小車(chē)的功能。轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)也同樣需要盡可能的減少摩擦耗能，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，零部件已獲得等基本條件，同時(shí)還需要有特殊的運(yùn)動(dòng)特性。能夠?qū)⑿D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為滿(mǎn)足要求的來(lái)回?cái)[動(dòng)，帶動(dòng)轉(zhuǎn)向輪左右轉(zhuǎn)動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)拐彎避障的功能。

曲柄連桿+搖桿

優(yōu)點(diǎn)：運(yùn)動(dòng)副單位面積所受壓力較小，且面接觸便于潤(rùn)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(lái)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(lái)保持接觸。

我們選擇曲柄連桿+搖桿作為小車(chē)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的方案。

1.5行走機(jī)構(gòu)

行走機(jī)構(gòu)即為三個(gè)輪子，輪子又厚薄之分，大小之別，材料之不同需要綜合考慮。

有摩擦理論知道摩擦力矩與正壓力的關(guān)系為

M?N??

對(duì)于相同的材料?為一定值。

而滾動(dòng)摩擦阻力

f?MR?N??所以輪子越大小車(chē)受到R，的阻力越小，因此能夠走的更遠(yuǎn)。但由于加工問(wèn)題材料問(wèn)題安裝問(wèn)題等等具體尺寸需要進(jìn)一步分析確定。后輪為驅(qū)動(dòng)輪，前輪為轉(zhuǎn)向輪，為減輕重量，可以挖空輪子中間的材料。

2、小車(chē)的零部件設(shè)計(jì) 小車(chē)底板的俯視圖和左視圖：

轉(zhuǎn)向輪的連接控制機(jī)構(gòu)：

車(chē)后輪的三視圖：

齒輪的三視圖：

3、小車(chē)的整體設(shè)計(jì)：

4、設(shè)計(jì)參數(shù)

1）基本尺寸參數(shù)：

車(chē)長(zhǎng)：200mm

車(chē)寬：180mm

車(chē)后輪D：110mm

車(chē)前輪d：22mm

齒輪：模數(shù)

1、齒數(shù)20/60/80（小車(chē)的其他參數(shù)以

三維圖為準(zhǔn)）

2）軌跡參數(shù)

根據(jù)小車(chē)行走路線近似的模擬為正弦曲線，由于實(shí)際的尺寸可算得振幅為0.35mm，波長(zhǎng)為2m，所以可以近似求出軌跡方程為：

Y=0.35sinx； 求導(dǎo)得在每個(gè)位置上的轉(zhuǎn)角的正切的大小：

Y’=0.35； 我們可以得到前輪的最大轉(zhuǎn)角為36’。

而小車(chē)軌跡的弧長(zhǎng)L=1.636m，當(dāng)振幅為0.35m時(shí)，從峰頂?shù)焦鹊讜r(shí)的弦長(zhǎng)Lab=L*0.35*2=1.1453m，而驅(qū)動(dòng)輪直徑d=182m，周長(zhǎng)C=PI*d，由轉(zhuǎn)向的需要可以得轉(zhuǎn)動(dòng)比為i=1/4

第四篇：無(wú)碳小車(chē)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū).

第三屆全國(guó)大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力

競(jìng)賽

無(wú)碳小車(chē)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

參賽者：陳文 李志文 黃素昕

指導(dǎo)老師 ：廖志良

2013.4.1

摘要

第三屆全國(guó)大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競(jìng)賽命題主題為“無(wú)碳小車(chē)”。在設(shè)計(jì)小車(chē)過(guò)程中特別注重設(shè)計(jì)的方法，力求通過(guò)對(duì)命題的分析得到清晰開(kāi)闊的設(shè)計(jì)思路；作品的設(shè)計(jì)做到有系統(tǒng)性規(guī)范性和創(chuàng)新性；設(shè)計(jì)過(guò)程中綜合考慮材料、加工、制造成本等給方面因素。我們借鑒了參數(shù)化設(shè)計(jì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)等現(xiàn)代設(shè)計(jì)發(fā)發(fā)明理論方法；采用了PROE等軟件輔助設(shè)計(jì)。

我們把小車(chē)的設(shè)計(jì)分為三個(gè)階段：方案設(shè)計(jì)、技術(shù)設(shè)計(jì)、制作調(diào)試。通過(guò)每一階段的深入分析、層層把關(guān)，是我們的設(shè)計(jì)盡可能向最優(yōu)設(shè)計(jì)靠攏。

方案設(shè)計(jì)階段根據(jù)小車(chē)功能要求我們根據(jù)機(jī)器的構(gòu)成（原動(dòng)機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、控制部分、調(diào)節(jié)部分）把小車(chē)分為車(chē)架、原動(dòng)機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)六個(gè)模塊，進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)。分別針對(duì)每一個(gè)模塊進(jìn)行多方案設(shè)計(jì)，通過(guò)綜合對(duì)比選擇出最優(yōu)的方案組合。我們的方案為：車(chē)架采用三角底板式、原動(dòng)機(jī)構(gòu)采用了錐形軸、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)采用齒輪或沒(méi)有該機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)采用曲柄連桿、行走機(jī)構(gòu)采用單輪驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)差速、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)采用微調(diào)螺母螺釘。其中轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)利用了調(diào)心軸承、關(guān)節(jié)軸承。

技術(shù)設(shè)計(jì)階段我們先對(duì)方案建立數(shù)學(xué)模型進(jìn)行理論分析，借助MATLAB分別進(jìn)行了能耗規(guī)律分析、運(yùn)動(dòng)學(xué)分析、動(dòng)力學(xué)分析、靈敏度分析。進(jìn)而得出了小車(chē)的具體參數(shù)，和運(yùn)動(dòng)規(guī)律。接著應(yīng)用PROE軟件進(jìn)行了小車(chē)的實(shí)體建模和部分運(yùn)動(dòng)仿真。在實(shí)體建模的基礎(chǔ)上對(duì)每一個(gè)零件進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)，綜合考慮零件材料性能、加工工藝、成本等。

小車(chē)大多是零件是標(biāo)準(zhǔn)件、可以購(gòu)買(mǎi)，同時(shí)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(guò)手工加工出來(lái)。對(duì)于塑料會(huì)采用自制的‘電鋸’切割。因?yàn)樾≤?chē)受力都不大，因此大量采用膠接，簡(jiǎn)化零件及零件裝配。調(diào)試過(guò)程會(huì)通過(guò)微調(diào)等方式改變小車(chē)的參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)，在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上驗(yàn)證小車(chē)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律同時(shí)確定小車(chē)最優(yōu)的參數(shù)。

目錄

一、設(shè)計(jì)要求 1.1參賽要求

二、方案設(shè)計(jì) 2.1車(chē)架 2.2原動(dòng)原理 2.3傳動(dòng)原理 2.4轉(zhuǎn)向原理 2.5行走原理 2.6調(diào)節(jié)原理

三、技術(shù)設(shè)計(jì)

3.1動(dòng)力參數(shù)設(shè)計(jì) 3.2軌道參數(shù)設(shè)計(jì) 3.3傳動(dòng)參數(shù)設(shè)計(jì) 3.4行走參數(shù)設(shè)計(jì) 3.5調(diào)節(jié)參數(shù)設(shè)計(jì) 3.6小車(chē)各部件參數(shù)

四、小車(chē)的調(diào)試

五、評(píng)價(jià)分析

一、設(shè)計(jì)要求

1.本屆競(jìng)賽主題：

本屆競(jìng)賽主題為“無(wú)碳小車(chē)越障競(jìng)賽”。

要求經(jīng)過(guò)一定的前期準(zhǔn)備后，在比賽現(xiàn)場(chǎng)完成一套符合本命題要求的可運(yùn)行裝置，并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)性運(yùn)行考核。每個(gè)參賽作品要提交相關(guān)的設(shè)計(jì)、工藝、成本分析和工程管理4項(xiàng)報(bào)告。

2.競(jìng)賽命題：以重力勢(shì)能驅(qū)動(dòng)的具有方向控制功能的自行小車(chē)

設(shè)計(jì)一種小車(chē)，驅(qū)動(dòng)其行走及轉(zhuǎn)向的能量是根據(jù)能量轉(zhuǎn)換原理，由給定重力勢(shì)能轉(zhuǎn)換來(lái)的。給定重力勢(shì)能為4焦耳（取g=10m/s2），競(jìng)賽時(shí)統(tǒng)一用質(zhì)量為1Kg的重塊（￠50×65 mm，普通碳鋼）鉛垂下降來(lái)獲得，落差400±2mm，重塊落下后，須被小車(chē)承載并同小車(chē)一起運(yùn)動(dòng)，不允許從小車(chē)上掉落。圖1為小車(chē)示意圖。

圖1： 無(wú)碳小車(chē)示意圖

要求小車(chē)行走過(guò)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，不可使用任何其他的能量來(lái)源。

要求小車(chē)具有轉(zhuǎn)向控制機(jī)構(gòu)，且此轉(zhuǎn)向控制機(jī)構(gòu)具有可調(diào)節(jié)功能，以適應(yīng)放有不同間距障礙物的競(jìng)賽場(chǎng)地。

要求小車(chē)為三輪結(jié)構(gòu)，具體設(shè)計(jì)、材料選用及加工制作均由參賽學(xué)生自主完成。3.競(jìng)賽項(xiàng)目I：

競(jìng)賽小車(chē)在前行時(shí)能夠自動(dòng)交錯(cuò)繞過(guò)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。以小車(chē)前行的距離和成功繞障數(shù)量來(lái)綜合評(píng)定成績(jī)。見(jiàn)圖2。

圖2： 無(wú)碳小車(chē)在重力勢(shì)能作用下自動(dòng)行走示意圖

二、方案設(shè)計(jì) 2.1車(chē)架

車(chē)架不用承受很大的力，精度要求低?？紤]到重量加工成本等，車(chē)架采用有機(jī)塑料加工制作成三角底板式。

2.2原動(dòng)機(jī)構(gòu)

原動(dòng)機(jī)構(gòu)的作用是將重塊的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為小車(chē)的驅(qū)動(dòng)力。能實(shí)現(xiàn)這一功能的方案有多種，就效率和簡(jiǎn)潔性來(lái)看繩輪最優(yōu)。小車(chē)對(duì)原動(dòng)機(jī)構(gòu)還有其它的具體要求。1.驅(qū)動(dòng)力適中，不至于小車(chē)拐彎時(shí)速度過(guò)大傾翻，或重塊晃動(dòng)厲害影響行走。2.到達(dá)終點(diǎn)前重塊豎直方向的速度要盡可能小，避免對(duì)小車(chē)過(guò)大的沖擊。同時(shí)使重塊的動(dòng)能盡可能的轉(zhuǎn)化到驅(qū)動(dòng)小車(chē)前進(jìn)上，如果重塊豎直方向的速度較大，重塊本身還有較多動(dòng)能未釋放，能量利用率不高。3.由于不同的場(chǎng)地對(duì)輪子的摩擦摩擦可能不一樣，在不同的場(chǎng)地小車(chē)是需要的動(dòng)力也不一樣。在調(diào)試時(shí)也不知道多大的驅(qū)動(dòng)力恰到好處。因此原動(dòng)機(jī)構(gòu)還需要能根據(jù)不同的需要調(diào)整其驅(qū)動(dòng)力。4.機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，效率高。

2.3傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的功能是把動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)傳遞到轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)輪上。要使小車(chē)行駛的更遠(yuǎn)及按設(shè)計(jì)的軌道精確地行駛，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)必需傳遞效率高、傳動(dòng)穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單重量輕等。

1.不用其它額外的傳動(dòng)裝置，直接由動(dòng)力軸驅(qū)動(dòng)輪子和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，此種方式效率最高、結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單。在不考慮其它條件時(shí)這是最優(yōu)的方式。

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(chē)設(shè)計(jì)。

3.齒輪具有效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠、傳動(dòng)比穩(wěn)定但價(jià)格較高。因此在第一種方式不能夠滿(mǎn)足要求的情況下優(yōu)先考慮使用齒輪傳動(dòng)。

2.4轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)

轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)是本小車(chē)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分，直接決定著小車(chē)的功能。轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)也同樣需要盡可能的減少摩擦耗能，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，零部件已獲得等基本條件，同時(shí)還需要有特殊的運(yùn)動(dòng)特性。能夠?qū)⑿D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為滿(mǎn)足要求的來(lái)回?cái)[動(dòng)，帶動(dòng)轉(zhuǎn)向輪左右轉(zhuǎn)動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)拐彎避障的功能。能實(shí)現(xiàn)該功能的機(jī)構(gòu)有：凸輪機(jī)構(gòu)+搖桿、曲柄連桿+搖桿、曲柄搖桿、差速轉(zhuǎn)彎等等。

而綜合考慮后，我們決定用凸輪機(jī)構(gòu)+搖桿

優(yōu)點(diǎn)：在理論情況下能比較精確實(shí)現(xiàn)給定的運(yùn)動(dòng)軌跡且結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，而且能實(shí)現(xiàn)連續(xù)不同障礙物間距的調(diào)節(jié)，且面接觸便于潤(rùn)滑，故磨損減小，制造方便。

缺點(diǎn)： 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，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。

2.5行走機(jī)構(gòu)

行走機(jī)構(gòu)即為三個(gè)輪子，輪子又厚薄之分，大小之別，材料之不同需要綜合考慮。

有摩擦理論知道摩擦力矩與正壓力的關(guān)系為

M?N??

對(duì)于相同的材料?為一定值。

而滾動(dòng)摩擦阻力

f?MR?N??R，所以輪子越大小車(chē)受到的阻力越小，因此能夠走的更遠(yuǎn)。但由于加工問(wèn)題材料問(wèn)題安裝問(wèn)題等等具體尺寸需要進(jìn)一步分析確定。

由于小車(chē)是沿著曲線前進(jìn)的，后輪必定會(huì)產(chǎn)生差速。對(duì)于后輪可以采用雙輪同步驅(qū)動(dòng)，雙輪差速驅(qū)動(dòng)，單輪驅(qū)動(dòng)。

雙輪同步驅(qū)動(dòng)必定有輪子會(huì)與地面打滑，由于滑動(dòng)摩擦遠(yuǎn)比滾動(dòng)摩擦大會(huì)損失大量能量，同時(shí)小車(chē)前進(jìn)受到過(guò)多的約束，無(wú)法確定其軌跡，不能夠有效避免碰到障礙。

雙輪差速驅(qū)動(dòng)可以避免雙輪同步驅(qū)動(dòng)出現(xiàn)的問(wèn)題，可以通過(guò)差速器或單向軸承來(lái)實(shí)現(xiàn)差速。差速器涉及到最小能耗原理，能較好的減少摩擦損耗，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)滿(mǎn)足要運(yùn)動(dòng)。單向軸承實(shí)現(xiàn)差速的原理是但其中一個(gè)輪子速度較大時(shí)

便成為從動(dòng)輪，速度較慢的輪子成為主動(dòng)輪，這樣交替變換著。但由于單向軸承存在側(cè)隙，在主動(dòng)輪從動(dòng)輪切換過(guò)程中出現(xiàn)誤差導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)不準(zhǔn)確，但影響有多大會(huì)不會(huì)影響小車(chē)的功能還需進(jìn)一步分析。

單輪驅(qū)動(dòng)即只利用一個(gè)輪子作為驅(qū)動(dòng)輪，一個(gè)為導(dǎo)向輪，另一個(gè)為從動(dòng)輪。就如一輛自行車(chē)外加一個(gè)車(chē)輪一樣。從動(dòng)輪與驅(qū)動(dòng)輪間的差速依靠與地面的運(yùn)動(dòng)約束確定的。其效率比利用差速器高，但前進(jìn)速度不如差速器穩(wěn)定，傳動(dòng)精度比利用單向軸承高。

綜上所述比結(jié)合實(shí)際情況采用單輪驅(qū)動(dòng)。

2.6調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)

調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)是小車(chē)的重要部分，命題要求改變桿與桿之間的距離。而要達(dá)到這個(gè)要求，我們是通過(guò)改變小車(chē)的拐角，在小車(chē)行走相同的路程的情況下，改變小車(chē)轉(zhuǎn)向輪的偏轉(zhuǎn)弧度范圍，從而改變小車(chē)行走的水平距離。也就是通過(guò)增加小車(chē)行走路線的振幅來(lái)減少路線的波長(zhǎng)。因此就可以實(shí)現(xiàn)繞過(guò)不同距離桿的目的。

要達(dá)到改變小車(chē)導(dǎo)向輪的拐角，我們采用的是以連桿的一端為圓心，以連桿為半徑在曲柄上多開(kāi)幾個(gè)圓孔。改變連桿與曲柄連接的位置，也就是改變曲柄圓心到連桿連接端的距離來(lái)改變小車(chē)導(dǎo)向輪轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。從而實(shí)現(xiàn)繞過(guò)不同距離桿的目的。再通過(guò)改變連桿距底板中心的距離實(shí)現(xiàn)連續(xù)微調(diào)。

三、技術(shù)設(shè)計(jì) 3.1動(dòng)力參數(shù)技術(shù)

我們采用的是物快通過(guò)定滑輪帶動(dòng)梯形原動(dòng)輪，而原動(dòng)輪帶動(dòng)同軸上的大齒輪，大齒輪再傳遞到與車(chē)輪相連的小齒輪，從而使小車(chē)向前行走。軸的原動(dòng)輪的設(shè)計(jì) 3.1.1 結(jié)構(gòu)圖

.圖3.1 梯形原動(dòng)輪

3.1.2 分析

1）.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，有利起動(dòng)。

2）.起動(dòng)后，原動(dòng)輪半徑變小，轉(zhuǎn)速提高，轉(zhuǎn)矩變小，和阻力平衡后小車(chē)勻速運(yùn)動(dòng)。

3）.當(dāng)物塊距小車(chē)很近時(shí)，原動(dòng)輪的半徑再次變小，繩子的拉力不足以使原動(dòng)輪勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，但是由于物塊的慣性，仍會(huì)減速下降，原動(dòng)輪的半徑變小，總轉(zhuǎn)速比提高，小車(chē)緩慢減速，直到停止，物塊停止下落，正好接觸小車(chē)。

3.1.3 梯形圓柱原動(dòng)輪的作用

1，剛開(kāi)始牽動(dòng)繩為小車(chē)提供動(dòng)力的部分是梯形圓柱的粗端，這樣能為小車(chē)提供較為快捷的動(dòng)力。

2，下落物體不可避免的會(huì)和小車(chē)發(fā)生碰撞，這樣當(dāng)物體快要和小車(chē)碰撞的時(shí)候牽動(dòng)繩已繞到了梯形圓柱的細(xì)端，這樣能減少物體的下落速度，減少物體和小車(chē)碰撞的能量損失。

3.梯形原動(dòng)輪的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)小車(chē)的起動(dòng)和物塊的從低速到減速下落。減小因碰撞而損失的能量。

4.利用公式M=F*R,當(dāng)力一定是R越大矩就越大，轉(zhuǎn)動(dòng)的就越快車(chē)啟動(dòng)的就快；當(dāng)M已達(dá)到一定的大少保持不變R變小，F(xiàn)就會(huì)增大，從而使物快減速。

3.1.4參數(shù)設(shè)計(jì)

原動(dòng)輪主軸半徑R=7mm 物快下降高度H=400mm 原動(dòng)輪的側(cè)截面周長(zhǎng)C=2πR=2×7×3.14=43.96mm 圈數(shù)N=H÷C=400÷43.96≈9圈

9圈且定齒輪總傳動(dòng)比為1也就是大概可以繞過(guò)18個(gè)桿。

3.2軌道參數(shù)設(shè)計(jì)

32cm98cm

無(wú)碳小車(chē)在重力勢(shì)能作用下自動(dòng)行走示意圖

假設(shè)抽選的桿距為1000mm，根據(jù)小車(chē)的行走路線近似的模擬為正弦曲線，所以齒輪選擇三角函數(shù)運(yùn)動(dòng)規(guī)律。有實(shí)際的尺寸大小可得振幅為0.32m，波長(zhǎng)為2m，軌跡方程近似為：

Y=0.35sinπx ；

軌道長(zhǎng)度S=4∫（0→π/2）[1+（Y′）2]?dx 最后算得S≈2433mm 過(guò)兩個(gè)桿后小車(chē)又回到同一個(gè)位置，及完成一個(gè)周期的行走過(guò)程。而一個(gè)周期的行走位移為2000mm，路線長(zhǎng)度S約為2433mm。

3.3傳動(dòng)參數(shù)設(shè)計(jì)

3.3.1齒輪

傳動(dòng)部分采用的是齒數(shù)比45：15的齒輪。

小齒輪：模數(shù)=1，齒數(shù)=15，外徑=17mm，內(nèi)孔=3mm，厚度：6.5mm 大齒輪：模數(shù)=1，齒數(shù)=45，外徑=47mm，內(nèi)徑=10mm，厚度：10mm

3.3.2傳動(dòng)行程

傳動(dòng)比（傳動(dòng)系數(shù)）：齒輪比乘以后輪直徑，即為傳動(dòng)比。以C代表大齒輪，F(xiàn)代表小齒輪，G代表齒數(shù)比，D代表傳動(dòng)比，M代表轉(zhuǎn)動(dòng)行程，B代表后輪直徑，它們之間關(guān)系用公式表示，即：

D=C÷F×B=GB

由此可見(jiàn)，齒輪比確定之后，傳動(dòng)比是與后輪直徑成正比的。

傳動(dòng)行程：

M=D×π=C÷F×B×π

3.3.3齒輪力的計(jì)算

題目給定重力勢(shì)能4J，重塊1kg；設(shè)總的重量為M，則 M=m（重塊）+m（載荷）+m（車(chē))=1kg+400g+50g=1.45kg 經(jīng)網(wǎng)上查得,橡皮輪胎與干地面之間的動(dòng)摩擦因素為0.71,設(shè)驅(qū)向輪所獲得的摩擦阻力為F，則

F=Mμ=1.45kg*0.71=1.0295N≈1N

3.4行走參數(shù)設(shè)計(jì)

3.4.1后輪直徑

由于軌道的長(zhǎng)度S是確定的，而齒輪也是固定的，根據(jù)傳動(dòng)行程我們可以算出小車(chē)后輪的直徑B

S=M=D×π=C÷F×B×π=45÷15×B×3.14=2433mm ∴后輪直徑B≈258mm 3.4.2其他參數(shù)

小車(chē)導(dǎo)向輪直徑d定為58mm，寬為8mm，后輪直徑D為258mm，寬6mm。

3.5調(diào)節(jié)參數(shù)設(shè)計(jì)

調(diào)節(jié)參數(shù)設(shè)計(jì)是本次比賽的重點(diǎn)部分，也是設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)，尤其是參數(shù)化這一塊，要定好調(diào)節(jié)裝置中各零件的尺寸大小，還需要大量的反復(fù)的研討與實(shí)驗(yàn)，而在設(shè)計(jì)的初級(jí)階段，我們只能夠去進(jìn)行各零件的估算，沒(méi)有太多的科學(xué)性。連桿L=116mm 圓柄的直徑D=50mm.而小車(chē)導(dǎo)向輪擺正位置是連桿接口過(guò)圓柄圓心垂直于地面位置。曲柄為逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，當(dāng)曲柄旋轉(zhuǎn)到圓心，接口與連桿端點(diǎn)三點(diǎn)成一線時(shí)，則小車(chē)導(dǎo)向輪擺動(dòng)的幅度最大。當(dāng)接口在圓心的左邊時(shí)小車(chē)向右拐，當(dāng)接口在圓心的右邊時(shí)，小車(chē)向左拐。而圓柄逆時(shí)針轉(zhuǎn)的一周，小車(chē)的導(dǎo)向輪就又回到了初始狀態(tài)，小車(chē)就行走一個(gè)周期，也就是小車(chē)?yán)@過(guò)兩個(gè)桿。

3.6小車(chē)各部件參數(shù)

車(chē)身長(zhǎng)L=300mm，車(chē)身寬140mm，厚8mm。

后輪直徑D=258mm,寬6mm，導(dǎo)向輪直徑58mm，寬6mm。梯形原動(dòng)輪直徑14mm，長(zhǎng)30mm。

小齒輪：模數(shù)=1，齒數(shù)=15，外徑=17mm，內(nèi)孔=3mm，厚度：6.5mm 過(guò)度齒輪：

大齒輪：模數(shù)=1，齒數(shù)=45，外徑=47mm，內(nèi)徑=10mm，厚度：10mm

圓柄直徑50mm，厚度8mm，連桿長(zhǎng)150mm，直徑5mm。定滑輪直徑28mm，厚12mm，支桿長(zhǎng)500mm，直徑5mm。

四、小車(chē)的調(diào)試

小車(chē)的調(diào)試是個(gè)很重要的過(guò)程，有了大量的理論依據(jù)支撐，還必須用大量的實(shí)踐去驗(yàn)證。小車(chē)的調(diào)試涉及到很多的內(nèi)容，如車(chē)速的快慢，繞過(guò)障礙物，小車(chē)整體的協(xié)調(diào)性，小車(chē)前進(jìn)的距離等。

（1）小車(chē)的速度的調(diào)試：通過(guò)小車(chē)在指定的賽道上行走，測(cè)量通過(guò)指定點(diǎn)的時(shí)間，得到多組數(shù)據(jù)，從而得出小車(chē)行駛的速度，通過(guò)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)小車(chē)后半程速度較快，整體協(xié)調(diào)性能不是太好，于是車(chē)小了繞繩驅(qū)動(dòng)軸，減小過(guò)大的驅(qū)動(dòng)力同時(shí)也增大了小車(chē)前進(jìn)的距離。

（2）小車(chē)避障的調(diào)試：雖然本組小車(chē)各個(gè)機(jī)構(gòu)相對(duì)來(lái)說(shuō)較簡(jiǎn)單，損耗能量較少，但是避障不是很好，但與此同時(shí)，小車(chē)由于設(shè)計(jì)時(shí)采用了多組微調(diào)機(jī)構(gòu)，通過(guò)觀察小車(chē)在指定賽道上行走時(shí)避障的特點(diǎn)，微調(diào)螺母，慢慢小車(chē)避障性能改善，并做好標(biāo)記。

五 評(píng)價(jià)分析

5.1小車(chē)優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：（1）小車(chē)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，單級(jí)齒輪傳動(dòng)，損耗能量少，（2）多處采用可調(diào)機(jī)構(gòu)，便于糾正軌跡，避開(kāi)障礙物，（3）采用大的驅(qū)動(dòng)輪，滾阻系數(shù)小，行走距離遠(yuǎn)，（4）采用梯形原動(dòng)輪，小車(chē)穩(wěn)定性提高，不致使車(chē)速過(guò)快，缺點(diǎn)： 小車(chē)精度要求高，使得加工零件成本高，以及微調(diào)各個(gè)機(jī)構(gòu)都很費(fèi)時(shí)，避障穩(wěn)定行差，時(shí)而偏左，時(shí)而偏右。

5.2自動(dòng)行走比賽時(shí)的前行距離估計(jì)

通過(guò)理論與實(shí)踐結(jié)合，小車(chē)行走距離（包括繞開(kāi)障礙物）約20米。

5.3改進(jìn)方向

小車(chē)最大的缺點(diǎn)是精度要求非常高，改進(jìn)小車(chē)的精度要求，使能調(diào)整簡(jiǎn)單，小車(chē)便能達(dá)到很好的行走效果。

第五篇：無(wú)碳小車(chē)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

沈陽(yáng)航空航天大學(xué)

無(wú)碳小車(chē)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

參賽者：

2010040601213 楊艷超 2010040601208 肖慶敏

2012-9-1

摘要

第二屆全國(guó)大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競(jìng)賽命題主題為“無(wú)碳小車(chē)”。在設(shè)計(jì)小車(chē)過(guò)程中特別注重設(shè)計(jì)的方法，力求通過(guò)對(duì)命題的分析得到清晰開(kāi)闊的設(shè)計(jì)思路；作品的設(shè)計(jì)做到有系統(tǒng)性規(guī)范性和創(chuàng)新性；設(shè)計(jì)過(guò)程中綜合考慮材料、加工、制造成本等給方面因素。我們借鑒了參數(shù)化設(shè)計(jì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)等現(xiàn)代設(shè)計(jì)發(fā)發(fā)明理論方法；采用了MATLAB、PROE等軟件輔助設(shè)計(jì)。

我們把小車(chē)的設(shè)計(jì)分為三個(gè)階段：方案設(shè)計(jì)、技術(shù)設(shè)計(jì)、制作調(diào)試。通過(guò)每一階段的深入分析、層層把關(guān)，是我們的設(shè)計(jì)盡可能向最優(yōu)設(shè)計(jì)靠攏。

方案設(shè)計(jì)階段根據(jù)小車(chē)功能要求我們根據(jù)機(jī)器的構(gòu)成（原動(dòng)機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、控制部分、輔助部分）把小車(chē)分為車(chē)架、原動(dòng)機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)、微調(diào)機(jī)構(gòu)六個(gè)模塊，進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)。分別針對(duì)每一個(gè)模塊進(jìn)行多方案設(shè)計(jì)，通過(guò)綜合對(duì)比選擇出最優(yōu)的方案組合

技術(shù)設(shè)計(jì)階段我們先對(duì)方案建立數(shù)學(xué)模型進(jìn)行理論分析，借助MATLAB分別進(jìn)行了能耗規(guī)律分析、運(yùn)動(dòng)學(xué)分析、動(dòng)力學(xué)分析、靈敏度分析。進(jìn)而得出了小車(chē)的具體參數(shù)，和運(yùn)動(dòng)規(guī)律。接著應(yīng)用PROE軟件進(jìn)行了小車(chē)的實(shí)體建模和部分運(yùn)動(dòng)仿真。

小車(chē)大多是零件都可以通過(guò)手工加工出來(lái)。對(duì)于塑料會(huì)采用自制的‘電鋸’切割。因?yàn)樾≤?chē)受力都不大，因此大量采用膠接，簡(jiǎn)化零件及零件裝配。調(diào)試過(guò)程會(huì)通過(guò)微調(diào)等方式改變小車(chē)的參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)，在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上驗(yàn)證小車(chē)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律同時(shí)確定小車(chē)最優(yōu)的參數(shù)。

關(guān)鍵字：無(wú)碳小車(chē) 參數(shù)化設(shè)計(jì) 軟件輔助設(shè)計(jì) 微調(diào)機(jī)構(gòu)

靈敏度分析

一、競(jìng)賽基本內(nèi)容

1.本屆競(jìng)賽命題主題

本屆競(jìng)賽命題主題為“無(wú)碳小車(chē)”。命題與高校工程訓(xùn)練教學(xué)內(nèi)容相銜接，體現(xiàn)綜合性工程能力。命題內(nèi)容體現(xiàn)“創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力、制造工藝能力、實(shí)際操作能力和工程管理能力”四個(gè)方面的要求。

2.小車(chē)功能設(shè)計(jì)要求

給定一重力勢(shì)能，根據(jù)能量轉(zhuǎn)換原理，設(shè)計(jì)一種可將該重力勢(shì)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能并可用來(lái)驅(qū)動(dòng)小車(chē)行走的裝置。該自行小車(chē)在前行時(shí)能夠自動(dòng)走成“8”字路線，綜合距離最遠(yuǎn)者獲勝，重塊落下后，須被小車(chē)承載并同小車(chē)一起運(yùn)動(dòng)，不允許掉落。

要求小車(chē)前行過(guò)程中完成的所有動(dòng)作所需的能量均由此能量轉(zhuǎn)換獲得，不可使用任何其他的能量形式。

小車(chē)要求采用三輪結(jié)構(gòu)（1個(gè)轉(zhuǎn)向輪，2個(gè)驅(qū)動(dòng)輪），具體結(jié)構(gòu)造型以及材料選用均由參賽者自主設(shè)計(jì)完成。要求滿(mǎn)足：①小車(chē)上面要裝載一件外形尺寸為?60×20 mm的實(shí)心圓柱型鋼制質(zhì)量塊作為載荷，其質(zhì)量應(yīng)不小于750克；在小車(chē)行走過(guò)程中，載荷不允許掉落。②轉(zhuǎn)向輪最大外徑應(yīng)不小于?30mm。

3.小車(chē)的設(shè)計(jì)方法

小車(chē)的設(shè)計(jì)一定要做到目標(biāo)明確，通過(guò)對(duì)命題的分析我們得到了比較清晰開(kāi)闊的設(shè)計(jì)思路。作品的設(shè)計(jì)需要有系統(tǒng)性規(guī)范性和創(chuàng)新性。設(shè)計(jì)過(guò)程中需要綜合考慮材料、加工、制造成本等給方面因素。

小車(chē)的設(shè)計(jì)是提高小車(chē)性能的關(guān)鍵。在設(shè)計(jì)方法上我們借鑒了參數(shù)化設(shè)計(jì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)等現(xiàn)代設(shè)計(jì)發(fā)發(fā)明理論方法。采用了MATLAB、PROE等軟件輔助設(shè)計(jì)。下面是我們?cè)O(shè)計(jì)小車(chē)的流程（如圖一）

圖一

二 方案設(shè)計(jì)

1、基本構(gòu)思

通過(guò)對(duì)小車(chē)的功能分析小車(chē)需要完成重力勢(shì)能的轉(zhuǎn)換、驅(qū)動(dòng)自身行走、形成固定路線。為了方便設(shè)計(jì)這里根據(jù)小車(chē)所要完成的功能將小車(chē)劃分為五個(gè)部分進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)（車(chē)架、原動(dòng)機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)、微調(diào)機(jī)構(gòu)）。為了得到令人滿(mǎn)意方案，采用擴(kuò)展性思維設(shè)計(jì)每一個(gè)模塊，尋求多種可行的方案和構(gòu)思。在選擇方案時(shí)應(yīng)綜合考慮功能、材料、加工、制造成本等各方面因素，同時(shí)盡量避免直接決策，減少?zèng)Q策時(shí)的主觀因素，使得選擇的方案能夠綜合最優(yōu)。

基本設(shè)計(jì)圖：

圖二

2原動(dòng)機(jī)構(gòu)

原動(dòng)機(jī)構(gòu)的作用是將重塊的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為小車(chē)的驅(qū)動(dòng)力。能實(shí)現(xiàn)這一功能的方案有多種，就效率和簡(jiǎn)潔性來(lái)看繩輪最優(yōu)。小車(chē)對(duì)原動(dòng)機(jī)構(gòu)還有其它的具體要求。1.驅(qū)動(dòng)力適中，不至于小車(chē)拐彎時(shí)速度過(guò)大傾翻，或重塊晃動(dòng)厲害影響行走。2.到達(dá)終點(diǎn)前重塊豎直方向的速度要盡可能小，避免對(duì)小車(chē)過(guò)大的沖擊。同時(shí)使重塊的動(dòng)能盡可能的轉(zhuǎn)化到驅(qū)動(dòng)小車(chē)前進(jìn)上，如果重塊豎直方向的速度較大，重塊本身還有較多動(dòng)能未釋放，能量利用率不高。3.由于不同的場(chǎng)地對(duì)輪子的摩擦摩擦可能不一樣，在不同的場(chǎng)地小車(chē)是需要的動(dòng)力也不一樣。在調(diào)試時(shí)也不知道多大的驅(qū)動(dòng)力恰到好處。因此原動(dòng)機(jī)構(gòu)還需要能根據(jù)不同的需要調(diào)整其驅(qū)動(dòng)力。4.機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，效率高。

基于以上分析我們提出了輸出驅(qū)動(dòng)力可調(diào)的繩輪式原動(dòng)機(jī)構(gòu)。如下圖三

如上圖我們可以通過(guò)改變繩子繞在繩輪上不同位置來(lái)改變其輸出的動(dòng)力。

圖三

3傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的功能是把動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)傳遞到轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)輪上。要使小車(chē)行駛的更遠(yuǎn)及按設(shè)計(jì)的軌道精確地行駛，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)必需傳遞效率高、傳動(dòng)穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單重量輕等。

1.不用其它額外的傳動(dòng)裝置，直接由動(dòng)力軸驅(qū)動(dòng)輪子和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，此種方式效率最高、結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單。在不考慮其它條件時(shí)這是最優(yōu)的方式。

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(chē)設(shè)計(jì)。

3.齒輪具有效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠、傳動(dòng)比穩(wěn)定但價(jià)格較高。因此在第一種方式不能夠滿(mǎn)足要求的情況下優(yōu)先考慮使用齒輪傳動(dòng)。

4轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)

轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)是本小車(chē)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分，直接決定著小車(chē)的功能。轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)也同樣需要盡可能的減少摩擦耗能，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，零部件已獲得等基本條件，同時(shí)還需要有特殊的運(yùn)動(dòng)特性。能夠?qū)⑿D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為滿(mǎn)足要求的來(lái)回?cái)[動(dòng)，帶動(dòng)轉(zhuǎn)向輪左右轉(zhuǎn)動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)走固定“8”字路線的功能。能實(shí)現(xiàn)該功能的機(jī)構(gòu)有：凸輪機(jī)構(gòu)+搖桿、曲柄連桿+搖桿、曲柄搖桿、差速轉(zhuǎn)彎等等。

通過(guò)棘形輪的間歇性運(yùn)動(dòng)，使得小車(chē)在描紅部分時(shí)，棘輪的帶齒部分未與齒輪嚙合，前輪的轉(zhuǎn)動(dòng)角度不變，當(dāng)小車(chē)到達(dá)黑線軌跡部分時(shí)，棘輪的帶齒部分與齒輪嚙合，小車(chē)前輪轉(zhuǎn)向發(fā)生變化，進(jìn)入下一個(gè)圓中運(yùn)動(dòng)，一次類(lèi)推，小車(chē)不斷地重復(fù)“8”字，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。

基本成型構(gòu)想：

三

技術(shù)設(shè)計(jì)

技術(shù)設(shè)計(jì)階段的目標(biāo)是完成詳細(xì)設(shè)計(jì)確定個(gè)零部件的的尺寸。設(shè)計(jì)的同時(shí)綜合考慮材料加工成本等各因素。

1、重要技術(shù)

如何兩軌跡中心間的距離可以在300mm~500mm之間發(fā)生變化？

要想達(dá)到這一目的，需要同時(shí)調(diào)節(jié)兩部分，以由大軌跡變到小軌跡為例來(lái)說(shuō)明

（1）通過(guò)減小摩擦輪與摩擦盤(pán)中心之間的距離，來(lái)降低后輪與摩擦盤(pán)之間傳動(dòng)比，使得小車(chē)走過(guò)一個(gè)圓軌跡時(shí)的圈數(shù)變少。

（2）增大小車(chē)前輪（即轉(zhuǎn)向輪）的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，來(lái)達(dá)到減小軌跡半徑的目的。為達(dá)到這一目的，可以在圓盤(pán)上設(shè)置一可沿一條半徑連續(xù)變化的滑塊，通過(guò)增大滑塊與圓盤(pán)中心的距離，來(lái)達(dá)到這一目的。如下：

設(shè)計(jì)圖紙：

2、小車(chē)調(diào)試方法

小車(chē)的調(diào)試是個(gè)很重要的過(guò)程，有了大量的理論依據(jù)支撐，還必須用大量的實(shí)踐去驗(yàn)證。小車(chē)的調(diào)試涉及到很多的內(nèi)容，如車(chē)速的快慢，繞過(guò)障礙物，小車(chē)整體的協(xié)調(diào)性，小車(chē)行走的距離等。

（1）小車(chē)的速度的調(diào)試：通過(guò)小車(chē)在指定的賽道上行走，測(cè)量通過(guò)指定點(diǎn)的時(shí)間，得到多組數(shù)據(jù)，從而得出小車(chē)行駛的速度，通過(guò)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)小車(chē)后半程速度較快，整體協(xié)調(diào)性能不是太好，于是車(chē)小了繞繩驅(qū)動(dòng)軸，減小過(guò)大的驅(qū)動(dòng)力同時(shí)也增大了小車(chē)前進(jìn)的距離。

（2）小車(chē)避障的調(diào)試：雖然本組小車(chē)各個(gè)機(jī)構(gòu)相對(duì)來(lái)說(shuō)較簡(jiǎn)單，損耗能量較少，但是避障不是很好，但與此同時(shí)，小車(chē)由于設(shè)計(jì)時(shí)采用了多組微調(diào)機(jī)構(gòu)，通過(guò)觀察小車(chē)在指定賽道上行走時(shí)避障的特點(diǎn)，微調(diào)螺母，慢慢小車(chē)避障性能改善，并做好標(biāo)記。

3、小車(chē)改進(jìn)方法

由于本組小車(chē)采用膠水黏貼各處，雖然少了許多的加工成本費(fèi)用，也避免了能量的過(guò)多損耗，但小車(chē)會(huì)有時(shí)出現(xiàn)脫膠的現(xiàn)象，導(dǎo)致無(wú)法前進(jìn)，于是想法改進(jìn)，使小車(chē)能量損失減少，同時(shí)故障出現(xiàn)的次數(shù)減少，穩(wěn)定性能較好，總路線最遠(yuǎn)，降低成本。

四 評(píng)價(jià)分析

1、小車(chē)優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：（1）小車(chē)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，單級(jí)齒輪傳動(dòng)，損耗能量少，（2）多處采用微調(diào)機(jī)構(gòu)，便于糾正軌跡，避開(kāi)障礙物，（3）采用大的驅(qū)動(dòng)輪，滾阻系數(shù)小，行走距離遠(yuǎn)，（4）采用磁阻尼，小車(chē)穩(wěn)定性提高，不致使車(chē)速過(guò)快，缺點(diǎn)： 小車(chē)精度要求高，使得加工零件成本高，以及微調(diào)各個(gè)機(jī)構(gòu)都很費(fèi)時(shí)，避障穩(wěn)定行差，時(shí)而偏左，時(shí)而偏右。

2、改進(jìn)方向

小車(chē)最大的缺點(diǎn)是精度要求非常高，改進(jìn)小車(chē)的精度要求，使能調(diào)整簡(jiǎn)單，小車(chē)便能達(dá)到很好的行走效果。同時(shí)可以降低成本，節(jié)約資源。