无碳小车结构设计及分析-毕业设计

无碳小车结构设计及分析-毕业设计内容摘要：

[3]郗浩杰 .无碳小车绕 S 形的创新设计与仿真 [J].科技创新与应用， 2020,26： 27. [4]黄涛 .自动化小车的无线遥控驾驶技术研究 [D].西安电子科技大学 ,2020. （四） 特 色 与 创 新 (1）使用一 级齿轮传动提高了传动效率，减少了能量损耗，简化了结构； (2）使用球头连杆实现前轮转向，结构简单，便于调整； (3）顶部使用带沟槽的定滑轮固定绳子，而且选用大一点的滑轮通过改变绕绳数来控制重物下落速度，使重物下落更加平稳； (4）绕线轮设计有大直径轮，便于小车启动； (5)使用小轴承实现轴的支撑和定位，传动效率高； (6)小车大多数零件采用铝件，便于购买和加工； (7)通过在圆盘上打不同直径系列的孔，来实现改变曲柄长度，从而配合改变连杆长度来调整小车进行变间距行走； (8)使用螺纹旋进旋出来改变连杆有效长度 ，来更加精细的调整小车行走状况。 8 （五） 设 计 进 程 计 划 序号 日期 进 安排 1 下达设计任务 2 思考并确定题目 3 完成开题报告 4 拟定设计提纲 5 撰写设计初稿、绘制图纸 6 设计修改 7 毕业设计答辩准备及答辩工作 审 批 意 见 指导教师（签名） 2020 年 月 日 指导教师（ 签名） 2020 年 月 日 9 绪论 第一节 设计 目的 对 “ 无碳小车 ” 的设计能体现综合性工程能力。 内容体现“创新设计能力、制造工艺能力、实际操作能力和工程管理能力”四个方面要求。 第二节 设计的意义 续高速增长的 GDP 在环境保护、人类健康和工程安全方面，受到由于不稳定经济发展带来的潜在威胁，我国迫切需要将新能源的寻找和利用、工业发展无碳驱动的新时代课题引入现阶段的社会进步中。 无碳小车的研制，具有经济、环保、便利等优点，有助于我们找到更为环保绿色的能源，有利的能 量转化途径，以及提高能量的利用效率。 它将对传统能源的逐渐取代有深远意义。 因此我们设计制作无碳小车，希望可以找到新的方法来缓解能源和环保问题。 由于竞赛要求不断地提高，无碳越障小车将越来越趋向于结构简单，质量轻，加工精度高的方向发展，这样才能够让无碳小车绕过更多的障碍物同时前进更远的距离，但是随着加工精度的提高，制作成本也会相应的提高，所以我们应该在这中间寻找一个平衡点。 第三节 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），比赛时统一用质量为 1Kg 的重块（￠ 5065 mm ，普通碳钢）铅垂下降来获得，落差 400177。 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 10 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 第四节 整体设计要求 无碳小车 的设计 体现了大学生的创新能力，制作加工能力，解决 问题的能力。 并在设计过程中需要考虑到材料、加工、制造成本等各方面因素，并且小车具有下列要求： 给定一重力势能，根据能量转换原理，设计一种可将该重力势能转换为机械能并可用来驱动小车行走的装置。 该自行小车在前行时能够自动避开赛道上设置的障碍物，小车的行走轨迹类似正态分布的图形，经过小组成员的一番讨论研究，后轮运动角速度的大小和前轮偏转有周期的关系才能保证小车的成功越过障碍。 设计大概如下：一条线连着重块绕过定滑轮穿越小车主动轴上的缠线轮，重块下降拉动线从而使主动轴转起来。 曲柄连接在主动轴上。 前轮的转向通过曲柄的 运动实现。 后轮被动轴与主动轴通过一定的传动比运动。 这样的话小车就能运动起来并成功的越过障碍。 （ 1）小车在行走过程中完成所有动作所需的能量均由此给定重力势能转换而得，不可以使用任何其他来源能量。 （ 2）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。 （ 3）小车为三轮结构，具体设计、材料选用及加工制作均自主完成。 （ 4） 小车有效的绕障方法为：小车从赛道一侧越过一个障碍后，整体穿过赛道 中线且障碍物不被撞倒（擦碰障碍，但没碰倒者，视为通过）；重复上述动作，直至小车停止。 11 第五节 设计方法 首先， 小车的设计一定要做到目标明确，作品的设计需要有系统性规范性和创新性。 设计过程中需要综合考虑材料 、加工 、制造成本等方面因素。 其次，为了降低小车的能量损耗，我们设计的小车主要利用齿轮传动，因为齿轮的能量利用率达到 95%，最后，做到控制调节路径的功能，由于齿轮便于安装等特点，所以也能运用齿轮传动达到目的。 小车的设计是提高小车性能的关键。 在设计方法上我们借鉴了参数化设计、优化设计、系统设计等现代设计发 明理论方法。 采用了 Pro/E 等软件辅助设计。 第一章 方案设计 通过对小车的功能分析小车需要完成重力势能的转换、驱动自身行走、自动避开障碍物。 为了方便设计这里根据小车所要完成的功能将小车划分为六个部分进行模块化设计（车架、原动机构、传动机构、转向机构、行走机构、微调机构）。 为了得到令人满意方案，采用扩展性思维设计每一个模块，寻求多种可行的方案和构思。 第一节 车架 车架不用承受很大的力，精度要求低。 考虑到重量加工成本等，车架采用 角 铝板加工制作成。 其中三角形结构紧凑但不能携带落下的重物、矩形结构平稳但材料浪 费且增加小车自重，而三角形和矩形综合能汇集三角形和矩形的优点同时又避免了主要缺点，因此选用 角铝支架 型。 见 图 图 车架 12 第二节 原动机构 原动机构的作用是将重块的重力势能转化为小车的驱动力。 小车对原动机构还有其它的具体要求。 ，不至于小车拐弯时速度过大倾翻，或重块晃动厉害影响行走。 ，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，重块本身还有较多动能未释放，能量利用率不高。 ，在不同的场地小车是需要的动力也不一样。 在调试时也不知道多大的驱动力恰到好处。 因此原动机构还需要能根据不同的需要调整其驱动力。 ，效率高。 而带轮和链轮适用于电机作为动力的机构中。 基于以上分析我们选择绳轮式原动机构。 第三节 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。 要使小车行驶的更远及按设计的轨道精确地行驶，传动机构必需传递效率高、传动稳定、结构简单重量轻等。 因链轮传动成本较高且传动的平稳性差，加工复杂，因此不适合小车的设计。 带轮 具有结构简单、传动平稳、价格低廉、缓冲吸震等特点但其效率及传动精度并不高因此不适合本小车设计。 齿轮具有效率高、结构紧凑、工作可靠、传动比稳定且塑料此轮成本较低。 因此选择使用齿轮传动。 见图 图 传动机构 13 第四节 转向机构 自动转向装置 为了能更好的让小车在预计的轨道上行驶，小车的自动转向需要考虑到前轮的自动转向和后轮的差速转向。 所以我们设计了自动转向装置和差速转向装置。 前轮转向装置 通过重物的下落，带动齿轮轴的旋转，利用齿轮轴的旋转，实现前轮的转向。 并在齿轮轴上安装齿轮， 考虑到加工和经济效益的原因，为了能实现较大的传动比，需在齿轮的带动下加入一个定轴齿轮系。 在定轴轮系中，其中的一个齿轮和一连接杆铰接在一起，连接杆在铰接上一根直角杆，直角杆放置在水平滑槽中，组成组成水平滑动装置，实现杆在水平方向上的来回摆动。 直角杆的另一端固定在前轮上，这样随着随着直角杆的来回摆动就可以实现前轮的转动。 前轮转向示意图如图。 其实，前轮转向装置分为两部分，一部分为齿轮的传动达到一定的传动比，令一部分为齿轮所带动的水平滑动机构。 图 前轮转向示意图 需要注意的是，直角杆的两杆连接部位 有一个滑块，是为了能让直角杆做水平运功。 在齿轮轴转动一圈的时候，小车行进一个周期，转弯两次，即直角杆完成一次前后摆动即可。 并且需要在拐弯时直角杆摆动，在直线运动时，直角杆不动。 小车前轮不转弯。 见图 14 图 前轮滑块部分 差速转向装置 我们知道，小车在以弧线段转弯的过程中，两后轮的速度是不一样的，为了能让小车按照预期的轨道行驶，我们设计了差速转向装置。 并且，在转弯过程中，加入了差速转向就会使能量损耗减小，从而增加小车的行程。 差速转向装置示意图 见图 图 差速转向装置 第五节 行走机构 对于无碳小车的行走机构 采用 单 轮同步驱动 ， 两轮同步驱动虽然是会提高地面对车轮的摩擦力，但是因为减少了差速装置，也同时使内部摩擦减少。 总体而言，收到的摩擦力影响较少，所以我们采取 单 齿轮驱动。 第六节 微调机构 微调机。