無(wú)碳小車設(shè)計(jì)方案

第10頁(yè)共11頁(yè)S型無(wú)碳小車設(shè)計(jì)方案參賽者：李澤亮唐鋮洪鑫吳東欣一緒論1.1小車功能設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一種小車，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），比賽時(shí)統(tǒng)一用質(zhì)量為1Kg的重塊（￠50×65mm，普通碳鋼）鉛垂下降來(lái)獲得，落差400±2mm，重塊落下后，須被小車承載并同小車一起運(yùn)動(dòng)，不允許從小車上掉落。圖1為小車示意圖。圖1：無(wú)碳小車示意圖競(jìng)賽小車在前行時(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。以小車前行的距離和成功繞障數(shù)量來(lái)綜合定成績(jī)。見(jiàn)圖2。圖2：無(wú)碳小車在重力勢(shì)能作用下自動(dòng)行走示意圖1.2小車整體設(shè)計(jì)要求無(wú)碳小車體現(xiàn)了大學(xué)生的創(chuàng)新能力，制作加工能力，解決問(wèn)題的能力。并在設(shè)計(jì)過(guò)程中需要考慮到材料、加工、制造成本等各方面因素，并且小車具有下列要求：1.要求小車行走過(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。2.要求小車具有轉(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。3.要求小車為三輪結(jié)構(gòu)4.小車有效的繞障方法為：小車從賽道一側(cè)越過(guò)一個(gè)障礙后，整體穿過(guò)賽道中且障礙物不被撞倒（擦碰障礙，但沒(méi)碰倒者，視為通過(guò)）；重復(fù)上述動(dòng)作，直至小車停止。二方案設(shè)計(jì)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，車架采用鋁材加工制作成斷開式長(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?；谝陨戏治鑫覀兲岢隽溯敵鲵?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)是本小車設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分，直接決定著小車的功能。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，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。我們采用凸輪機(jī)構(gòu)+搖桿的方案。凸輪：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(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)。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)：凸輪輪廓加工比較困難。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)、