无碳小车设计报告.doc

无碳小车设计报告 小车功能设计要求 设计一种小车，驱动其行走及转向的能量是根据能量转换原理，由给定重力势能转换来的。给定重力势能为4焦耳（取g=10m/s2），竞赛时统一用质量为1Kg的重块（￠50×65 mm，普通碳钢）铅垂下降来获得，落差400±2mm，重块落下后，须被小车承载并同小车一起运动，不允许从小车上掉落。图1为小车示意图。 图1： 无碳小车示意图 要求小车行走过程中完成所有动作所需的能量均由此重力势能转换获得，不可使用任何其他的能量来源。 要求小车具有转向控制机构，且此转向控制机构具有可调节功能，以适应放有不同间距障碍物的竞赛场地。 要求小车为三轮结构，具体设计、材料选用及加工制作均由参赛学生自主完成。 竞赛小车在前行时能够自动交错绕过赛道上设置的障碍物。障碍物为直径20mm、高200mm的多个圆棒，沿直线等距离摆放。以小车前行的距离和成功绕障数量来综合评定成绩。见图2。 图2： 无碳小车在重力势能作用下自动行走示意图 （1）车架设计 减轻小车质量，在保证小车运动平稳的前提下尽可能的减小车身的重量，在4J的重力势能的前提下尽量减少损耗，让更多的能量转化为小车的动能，进而行驶更远的距离。 车架不用承受很大的里，精度要求低。考虑到重量加工成本等，车架材料选用有机玻璃制作成三角底板。 （2）原动机构 原动机构的作用是将重块的重力势能转化成小车的驱动力。就效率和简洁性来看，我选择的是轮绳。小车对原动机构还有其他的具体要求。1.驱动力适中，不至于小车转弯时速度过大倾翻，或重块晃动厉害影响行走。2.达到终点前重块竖直方向的素的尽可能小，避免对小车过大的冲击。同时使重块的动能尽可能的转化到驱动小车前进上，如果重块竖直方向的速度较大，重块本身还有较多的动能未释放，能量利用率不高。3.由于不同的场地对轮子的摩擦可能不一样，在不同的场地小车需要的动力也不一样。因此原动机构还需要根据不同的需要调整其驱动力。 基于以上分析，制作可调的输出驱动力绳轮原动机构，如下图所示。 （3）传动机构 传动机构的功能是把动力和运动传递到转向机构和驱动轮上。要使小车行驶得更远及按设计的轨道精确地行驶，传动机构必须传递效率高，传动稳定，结构简单重量轻。 齿轮具有效率高，结构紧凑，工作可靠，传动比稳定等特点。因此我采用齿轮传动。齿轮用快速成型制成空心的。在车身重量一定的前提下，通过设计绕线盘的外径d，齿轮的二级传动比i和主动轮外径D将重块落下的距离L转变为车行走的距离S： S=L*i D/d 由摩擦理论知道摩擦力矩与正压力的关系为 M=N*u 对于相同的材料u为一定值。 而滚动摩擦阻力f=M/D，所以轮子越大小车受到的阻力越小，因此能够走的更远。 初定驱动轮的外径为300mm， 小车行走的路程为20m， 大齿轮：模数=1，齿数=45，外径47， 小齿轮：模数=1，齿数=15，外径=17， 根据上述公式可求的d=18mm， 转向机构 转向机构是本小车设计的关键部分，直接决定着小车的功能。 通过分析知道原动机构需要满足以下具体要求： 转向机构也同样需要尽可能的减少摩擦耗能，结构简单，同时还需要有特殊的运动特性。能够将旋转运动转化为满足要求的来回摆动，带动转向轮左右转动从而实现拐弯避障的功能。 基于以上分析，我选择的转向机构为曲柄连杆+摇杆。 曲柄连杆+摇杆 优点：运动副单位面积所受压力较小，且接触便于润滑，故磨损减小，制造方便。两构件之间的接触是靠本身的几何封闭来维系的，它不像凸轮机构有时需要利用弹簧等力封闭来保持接触。 缺点：一般情况下只能近似实现给定的运动规律或运动轨迹，且设计较为复杂，当给定的运动要求较多或较复杂时，需要的构建数和运动副数往往比较多，这样就使机构结构复杂，工作效率低，不仅发生自锁的可能性增加，而且机构运动规律对制造，安装误差的敏感性增加，机构中做平面复杂运动和作往复运动的构件所生长的惯性力难以平衡，在高速时将引起较大的震动和动载荷，故连杆机构常用于速度较低的场合。 在本小车设计中由于下车转向频率和传递的力不大故机构可以做的比较轻，可以忽略惯性力，机构并不复杂，可以利用轴承大大减小摩擦损耗提高效率。对于安装误差可以用微调机构来解决。