无碳小车优秀设计与仿真.docx

设计（论文）题目：无碳小车设计和仿真目录摘要：3Abstract：4第1章 设计背景和研究意义61.1 设计背景61.2 研究意义61.3 太阳能应用实例61.3 重力势能应用实例7第2章 无碳小车设计概述102.1毕业设计命名专题102.2 无碳小车功效设计要求102.3 无碳小车整体设计要求112.4 无碳小车设计方法11第3章 无碳小车结构方案设计133.1 整体方案分析133.2 局部方案技术分析143.2.1 驱动机构143.2.2 传动机构153.2.3 转向机构163.2.4 行走机构173.2.5 微调机构173.2.6 无碳小车车体分析173.3 方案草图建立及原理183.4 无碳小车材料选择19第4章 无碳小车运行理论计算基础194.1无碳小车参数确实定194.1.1无碳小车运行轨迹理论参数分析194.1.2动态力分析194.1.3传动机构及行走机构参数确定214.1.4 转向机构参数确实定22第5章 建立小车虚拟样机模型255.1 无碳小车整体虚拟样机模型255.2 无碳小车关键结构3D模型27第6章 无碳小车Pro/e动态运动仿真和优化306.1 Pro/e机构运动分析模块功效306.2 无碳小车动态运动仿真步骤图：326.3 无碳小车动态运动仿真336.3.1无碳小车理想状态动态仿真336.4 无碳小车优化设计436.5 无碳小车仿真优化设计后数据结果45第7章 设计总结477.1 分析设计仿真过程失误477.2 实际样机展望477.3 无碳小车应用意义48参考文件49致谢50摘要：此次毕业设计课题要求是设计一个节省型能源绿色无碳小车，无碳小车设计和制作，重在提倡无碳行为。依据能量转换原理，给一定重力势能，利用重力势能转化为机械能，驱动含有方向自动控制功效小车行走。毕业设计目标关键是完成无碳小车结构设计，仿真优化设计，在两米宽跑道上，小车前进总距离和绕过间隔一米障碍物个数作为衡量设计成功是否关键标准。作品设计努力争取做到系统性、规范性和创新性，充足表现工程意识。此次设计关键采取机械系统设计方法进行形体分析和设计，在对设计任务和目标总体把握情况下，综合考虑材料、加工工艺、制造成本等方面影响原因。经过对小车功效分析得出清楚开阔方案设计思绪。为了便于对无碳小车整体结构设计，我把小车整个系统分为六大模块：驱动机构、传动机构、转向机构、行走机构、微调机构、车体。然后进行模块化设计，利用Triz理论发散性思维方法对各个模块进行分析，并提出多个方案，经过综合分析对比多种方案优缺点选择出最优方案组合。整体方案以下：驱动机构：锥形轴传动机构：单级圆柱直齿轮转向机构：正弦机构+摇杆行走机构：单轮驱动微调机构：滑槽式车体：三角形为了使小车在行驶过程中更稳，前进距离更远，采取仿真优化设计方法对小车外形尺寸进行优化，利用Pro/e仿真软件模拟无碳小车在自然重力作用和合外力（地面滚动摩擦阻力、内部连接摩擦力）作用下，小车在地面上能够运行最远轨迹，并分析影响小车运动性能关键原因，进而优化出愈加好结构方案，然后加以改善，使小车运行轨迹愈加稳定，直线性愈加好。关键词：无碳小车；绿色能量；参数化设计；仿真优化技术Abstract：The graduation design topic is to design a carbon saving energy, green cars, the design and manufacture of carbon-free car, advocate carbon-free behavior. According to the principle of energy conversion, to a certain gravity potential energy, using the gravitational potential energy into mechanical energy, driving a car walking direction automatic control function. Graduation design purpose is mainly to complete the structure design of the carbon-free car simulation optimization design, the two meters wide of the track, the car ahead of the total number of obstacles of distance and bypass the interval of one meter as a measure of success for the design of the important standard. The design of the works to do systematic, standardization and innovation, fully embody the engineering consciousness. Mainly adopts the design of mechanical system analysis and design, design method to form the overall grasp the design task and purpose, under the condition of considering material, processing technology, the influence factors of manufacturing cost, Through analyzing the function of the car a clear open design ideas.In order to facilitate the design of the whole structure of carbon-free car, I put the car in the whole system is divided into six modules: driving mechanism, transmission mechanism and steering mechanism, travel mechanism, fine-tuning agencies, car body. Then carries on the modular design, using the theory of Triz divergent thinking way for each module is analyzed, and put forward a variety of solutions, through comprehensive analysis and contrast the advantages and disadvantages of various options to choose the optimal combination. The overall plan is as follows:Drive: the cone shaftTransmission mechanism: single-stage cylindrical spur gearSteering mechanism: sine mechanism + rockerWalking mechanism: single wheel driveFine-tuning mechanism: chute typeBody: triangleIn order to make the car more stable, in the process of driving forward farther, adopt the method of simulation optimization design for the car to optimize the overall size, the use of Pro/e simulation software to simulate carbon-free car in natural gravity and the external force (rolling friction resistance on the ground, the internal connection of friction, the car on the ground to be able to run the longest path, and analyzes the key factors influencing the performance of car movement, and then optimize the better structure scheme, and then improve it, make the car running path is more stable, better linearity.Key words: carbon-free car; Green energy; Parametric design; The simulation optimization technique 第1章 设计背景和研究意义1.1 设计背景能源枯竭是现在世界各国面临严峻问题之一，这也成为制约部分地域经济发展首要原因。在发达国家，交通运输能量消耗占世界能量消耗总额1/41/3,属于资源消耗型和能源占用型行业，而中国虽说地大物博，可是能够利用资源日益急缺，交通运输业已经成为中国能源消耗增加最快行业之一，这些造成有些能源正面临着枯竭，所以节能降耗已经成为可连续发展社会基础要求。依据资料报道：中国各类交通运输工具，轻型汽车、重型柴油车、摩托车乃至游艇、飞机相对发达国家排放标准相差甚远，大部分属于高能耗，高排放机器。针对这一严峻形势，中国探索新能源交通工具刻不容缓。同时，因为中国人口众多，能源人均量相对匮乏，针对现在形势需要，中国正努力往资源节省型和环境友好型社会主义道路前进。坚持可连续发展战略思想。1.2 研究意义无碳小车设计最关键目标在于树立大家低碳理念，把低污染、低能耗、低排放作为现实生活标准。无碳小车设计和制作，重在把无碳行为深入人心，真正做到节能减排目标只有在我们科技创新达成一定应用水平，并在绿色能源不停突破，这么我们才会走向可连续发展轨道上。此次无碳小车设计制造意义在把绿色能源应用层面推向更深一层。而能够实现绿色无碳有多个方法可实现，比如：太阳能应用、重力势能应用、弹力势能应用、风能应用、海洋势能应用等等。 1.3 太阳能应用实例鉴于世界范围内能源问题和环境问题，现在全球世界各国全部在实施可连续发展战略思想，太阳能是一个无污染、取之不尽,用之不竭清洁能源,太阳能开发和利用毫无置疑将被推上一个新高度。太阳能源技术成熟,太阳能开发和利用逐步融入大家生产和生活中。讨论太阳能利用技术及其发展趋势,对太阳能利用理论研究和实践研究太阳能利用率含相关键意义。太阳能广泛应用能够处理中国资源紧缺情况，从深层角度去看，太阳能开发利用使中国逐步向社会主义生态文明新时代靠拢，加紧中国能源可连续发展道路步伐。下面大致列举太阳能应用层面上比较成熟技术：1. 太阳能热水器应用太阳能光热转换是太阳能利用中最常见基础形式之一，将太阳辐射能转化为热能是太阳能热利用本质。光热转换原理就是经过太阳加热水箱中水，然后利用储热水箱把热水储存以备使用。太阳能热水器也称为太阳能热水系统，实现热水器功效两个关键技术在于“集热器”和“储热水箱”。太阳能集热器关键包含“聚光集热器”和“平板集热器”，“平板集热器”是一个不聚合太阳光线集热器，它采集太阳辐射面积和吸收太阳辐射面积相等，因为“平板集热器”提供温度通常比较低，所以限制其使用范围，针对这一现象，要使太阳能提供更高温度条件，我们又新开发出另一个集热器：聚光式集热器。这种集热器能够将太阳能聚集在比较小吸热面上，而且散热损失少，吸收效率极高，用这类型集热器做成太阳能热水器，即使在阳光不充足情况下也能集热，这就处理天气方面问题。2. 太阳能空调制冷技术应用太阳能空调制冷系统关键由三大系统组成：太阳能集热器、热驱动制冷装置、辅助热源。它工作方法关键有两种形式：首先实现光电转换功效，再利用电力驱动制冷系统工作，这种工作方法原理比较简单、易于实现，而且成本高。其次直接利用集热器采集到热能进行驱动制冷，即使中间电力驱动步骤，不过这种制冷技术要求高，不过利大于弊，此技术成为低，无噪音和污染。3. 太阳能电池应用伴随光伏技术发展，近期将以高吸收效率硅电池为主，然后逐步过渡到薄膜太阳能电池发展。相对之前太阳能电池，薄膜太阳能电池含有材料获取资源丰富，且成本低等特点，伴随研发力量加大投入，薄膜电池将会有重大突破，从而促进光电池得到极大改善。1.3 重力势能应用实例对于势能利用，从古代一直延至今日。在中国渊源流传文化中，有很多相关“势能”言论，这些和现代我们所认知“位能”在一定程度上是相同。而且“势能”概念在中国文化领域中已经存在上千年，在日常生活上发挥着举足轻重作用。不过因为古代大家技术水平不足，势能利用范围受到了限制。步入现代文明，科技发展快速，对于势能研究也取到了很大结果，使得势能应用逐步走入我们日常生活，给我们生活提供方便同时也净化了环境。下面就来大致介绍势能应用实例：1. 重力电灯发明英国人克雷-毛尔顿发明制造重力电灯，重力灯是利用重力势能作为能源环境保护灯。它工作原理是经过悬挂着重物储蓄重力势能并产生动力源。重力灯下端配置有一个绳子，使用者只需把悬挂在绳子末端重物提至顶端，这款环境保护灯就能够把重物向下滑落重力势能转化为电能。这种重力电灯只有在有星球万有引力地方方才能够使用，并能连续照明大约30分钟左右。这类型重力灯现在很适适用于偏远山区贫困村庄。2. 非自然重力势能发电我们中国三峡水利发电站便是利用大坝将水蓄起来，然后在大坝处飞泻而下，带动发电机。即使经过一系列复杂转换，不过其电能根本起源是水重力势能。3. 利用重力势能为自动扶梯节省电能自动扶梯上行和下行是独立运行，这么在下行过程中重力势能就完全浪费了，而且还要能量来控制下行势能。这么就愈加大了用电量。为了节省电，将原来提供下行电机去掉，经过联轴器和换向器将上行和下行扶梯连接在一起，变成有同一电机驱动系统。这么就大大降低了电机输出功率，从而达成了省电目标，同时还能够降低电机维护费用。自动扶梯安全性能也没用发生改变。利用重力势能使自动扶梯节电方法，既节省了能源，缓解能源不足压力，而且带来了很好经济效益。4. 重力势能在水循环系统使用以下图为重力势能在水循环系统工作原理图：图1-1 水循环系统原理图设计循环水系统大约步骤:依据用水设备全部开启时，即满负荷状态用水量，管道阻力，水流量及扬程等实际条件来选择水泵。可是实际工作环境中，大多数用水设备在同一时间开启可能性比较小，即使同时开启，也不是满负荷状态，所以就会造成电动机输出更多无用功，能源利用率低，即能源浪费。针对这类能源浪费现象，我们采取巧妙方法，在循环水系统中引入“重力势能转换节省电能装置”，降低了无须要能源浪费。重力势能转换节省能源装置实现功效是:将循环水系统由房顶冷却塔到水泵进口高度形成重力势能转化为水动能，从而达成节省电能目标。无碳小车创新性设计关键意义在于推进绿色能源应用进入更高层次，目标在于将低碳理念传输到每个人心灵深处。具体DWG图 纸 请 加：三 二 1爸 爸 五 四 0 六第2章 无碳小车设计概述2.1毕业设计命名专题此次毕业设计命名专题为“一个无碳小车创新设计和仿真优化分析”，命题能促进学生工程意识提升，命题内容表现“创新设计能力，机械加工工艺，仿真优化分析”三个方面要求。2.2 无碳小车功效设计要求图1-1 无碳小车示意图图1-2 无碳小车运行轨迹图如上图1-1小车示意图：依据能量守恒定律，给一定重力势能（用一般碳钢重块，质量为1kg，铅垂下落差为400mm来取得），设计一个“以重力势能驱动含有方向控制功效无碳小车”，该小车能够在行驶过程中有规律避开水平平面上每隔1米设置一个弹性圆棒障碍物（如上图2小车运行轨迹图） 。确保小车行走过程重物随车平稳行走而不掉落，要求小车行走过程中全部动能均由重物重力势能取得，不得借用其它形式能量。小车底板结构设计采取三轮结构，即2个驱动轮，1个转向轮。细节上结构只能依据学校现有材料、机床和加工工艺难度进行设计。2.3 无碳小车整体设计要求小车设计过程中需要完成任务分解：机械结构设计，数学建模，实体建模，机构动态仿真和优化分析，工艺方案设计，经济成本分析和工程管理方案设计。工程管理要求综合材料、加工工艺可行性、成本等各个方面原因做出合理计划。整体设计要求：1) 小车结构设计简单，转向正确，能量转换充足，能量损耗少；2) 选材合理，经济性好，达成了设计预期目标；3) 小车运行轨迹稳定，行程远，直线性好。无碳小车结构设计要坚持标准:1) 总重量要轻，整车重心要低；2) 结构上要简单，便于加工；3) 要有足够刚度，振动小；4) 微调机构设计确保操作调整方便灵活。2.4 无碳小车设计方法首先要明确命题要求，其次对命题做出具体分析得出清楚设计思绪。此次设计关键采取机械系统设计方法进行总体分析和设计，利用机械系统设计方法，站在全局角度上进行静态设计和动态设计，整体把握加工工艺合理性和经济节省，在设计任务和目标总体把握情况下，进行小车车体、传动系统、转向系统、方向微调系统、重力势能转化系统和速度控制系统设计。为了使小车在行驶过程中愈加稳定，前进距离更远，采取参数设计、优化设计方法对小车零部件尺寸进行优化。得出比较合理尺寸后，利用三维设计软件Pro/e进行实体建模，将小车全部零件进行装配以完成无碳小车整体结构设计，然后利用pro/e机构中动态分析功效进行运动仿真，经过设置多种环境原因（材料给予、实施电机、重力、连接处阻尼，轮子和地面摩擦阻力），经过动态分析结果得出小车轨迹，验算参数设计轨迹是否跟仿真轨迹一样，假如有偏差，经过四杆机构微调机构，合适修改曲柄尺寸，直至仿真轨迹符合设计要求运动轨迹。以下图3是设计小车整体思绪及步骤：图2-3 无碳小车设计步骤图第3章 无碳小车结构方案设计3.1 整体方案分析经过对毕业设计任务要求及目标剖析，利用发散性思维方法，把实现小车功效多种可能方案一一列出，为了方便设计，能够将能实现小车功效细分为：驱动机构、传动机构、转向机构、行走机构、微调机构五个模块。下图4为无碳小车设计思维导图：图3-1 无碳小车结构方案设计思绪在选择各个模块方案时，要从实际情况出发，充足考虑实际学校机床设备，材料获取，制造成本和实际加工工艺可行性等等。同时，在选择方案时，要尽可能避免主观原因，多向同学、老师探讨方案可行性和最优化。下图5是讨论影响小车功效实现多种原因：图3-2 影响功效实现原因3.2 局部方案技术分析3.2.1 驱动机构依据命题要求，重物下降重力势能转化为小车动能，驱动小车行走，驱动机构就是实现这一功效。小车要平稳行走，对于驱动力矩有一定要求，在刚刚开启瞬间，因为受到内部和外部静摩擦力作用，所需要开启力矩比较大，车子平稳运行后车子受到总动摩擦力不变，这时就需要控制驱动力矩大致等于总外部阻力。还有，因为小车可能在不一样地面运行，摩擦阻力不一样，匀速运行时需要驱动力矩也是不一样。总而言之实现小车驱动功效能够采取：重物+棉绳+锥形绳轮采取锥形绳轮控制力矩原理：图3-3 绳轮受力分析驱动力矩 1. 小车刚刚开启时，绳轮转动半径大，开启力矩大，有利于开启2. 开启后，绳轮半径变小，驱动力矩随之变小，小车转速增大，当驱动力矩和小车和外力平衡后，小车匀速运行。3. 当重物距离小车底板很近时，绳轮半径再次变小，驱动力矩小于总合外力，这时小车减速运行，直至重物落到小车底板。3.2.2 传动机构传动机构实现功效是把能量传送到后轮和转向机构，若要使小车运行轨迹更长，并按预先设计轨迹行走，那么传动机构传动效率必需很高，而且结构简单。分析上述所提出传动机构多个方案：1. 直齿轮传动：优点：传动效率高；传动比大且稳定；传输扭矩大；结构简单。缺点：重量大；传动距离较小；2. 带传动、链传动：优点：传动平稳； 结构简单； 缓冲吸震；缺点：传动精度不高； 传输效率低；（摩擦力大）3. 不用附加传动：优点：后轮驱动力矩和转向机构动力起源直接由绳轮轴生成，结构是最简单，而且传动效率最高。缺点：整车布局上不好控制，中心轻易偏移。综上叙述：从实际情况出发，立足于加工工艺可行性，选择齿轮传动最适宜3.2.3 转向机构转向机构功效是控制小车自动绕障碍物行走，是无碳小车两大模块之一，控制是正弦运行轨迹振幅大小。一样地，转向机构也要确保结构简单，摩擦阻力少。关键是含有特定运动特征，确保小车前轮能够均衡左右摆动，即运行轨迹上下振幅一样。对上述提出多个转向机构方案分析：1. 凸轮+摇杆：凸轮从动机构是经过含有一定凹槽和曲线轮廓凸轮运转控制从动杆件按一定规律往复运动。优点：知道从动件运动规律后，很快就能够设计出凸轮形状，而且结构简单，设计方便，制造轻易（线切割加工很快）。缺点：微调机构设计上不容；重量比较大；因为存在高副，能量损失大。2. 空间曲柄摇杆机构：优点：机构简单，易于设计制造，必需确保机构无急回特征。缺点：微调机构方面比较难以把握，而且杆件连接处存在比较大摩擦阻。3. 曲柄连杆+摇杆优点：设计计算轻易，制造方便，能够把曲柄长度设置成微调机构，从而控制运行轨迹幅值。缺点：连杆水平往复运动跟“支撑架”存在面摩擦，转速高时还会引发较大动载荷和振动，所以机构适适用于速度低系统。4、差速转弯原理：利用两个偏心轮作为驱动轮，“绳轮”提供原动力，两轮角速度一样，转动半径不一样，使得两轮子线速度不一样，从而产生差速，小车经过两轮差速实现绕障碍物行走功效。差速转弯机构理论上是实现小车运行轨迹最远方案，不过加工精度要求很高，不容出现任何偏差，而且微调机构设计比较难。综上多个转向机构方案优缺点分析能够选择出最优方案:曲柄连杆+摇杆（曲柄回转中心必需和摇杆在同一水平面上）。3.2.4 行走机构行走机构控制小车运行正弦轨迹周期，是经过两个后轮是驱动实现。因为小车是沿着正弦曲线轨迹行走，拐弯时候肯定存在差速，针对这种情况能够选择“双轮差速”驱动，单轮驱动。若是曲线斜率比较小可采取双轮同时驱动。从加工难易程度和经济成本分析应该选择单轮驱动比较适宜。3.2.5 微调机构小车加工制造过程不可避免存在加工误差和装配误差，还有小车可能在不一样工况下工作，碰到这些现象，就不得不设置微调机构了。微调机构就相当于一个小车系统控制部分，控制小车运行正弦轨迹幅值、周期、方向，使小车走一条最优轨迹路线。微调机构可采取：微调螺母方法、滑块式。鉴于转向机构采取曲柄连杆+摇杆方法，所以在曲柄处设置微调机构比较轻易方便。下面叙述会有相关图片展示。3.2.6 无碳小车车体分析小车底板和轴支撑座就好比于一个完整机器外壳，它们既是其它局部构件支撑件，同时也是各局部构件相互联络、相互制约枢纽，车体设计好坏和加工制造精度会间接影响小车整体功效，严重会造成小车倾覆不能行走。所以，其结构必需设计合理巧妙：1、各个部件布局确保整车重心在重物下降中心线周围。2、确保整车重心比较低，预防小车行走过程晃动。3、将重物位置尽可能部署在底板形心处。3.3 方案草图建立及原理依据上述局部模块方案叙述，把选择出局部机构方案进行组装，然后利用机械系统设计方法把整体结构方案草图画出：图3-4 无碳小车整体结构草图驱动机构重物+棉绳+绳轮传动机构小齿轮+大齿轮转向机构曲柄转盘+T型连杆+摇杆（控制方向和正弦轨迹振幅）行走机构两个后轮+前轮（控制正弦轨迹周期长度）微调机构曲柄+曲柄转盘原理是：驱动机构提供原动力，一部分传给行走机构驱动小车往前行走，一部分传给齿轮传动机构把扭矩传输到转向机构（曲柄连杆+摇杆）控制小车周期性转换方向，当小车行走运行轨迹振幅偏小或偏大时，这时微调机构就起作用了，经过调整曲柄长度，直至小车运行轨迹最优化为止。3.4 无碳小车材料选择 依据上述对小车功效分析知：小车总体重量要轻，要有足够刚度，振动要小。从学校现有机床和材料出发，选择材料类型为：铝合金。既确保整车重量轻，也能达成一定强度和刚度要求。第4章 无碳小车运行理论计算基础4.1无碳小车参数确实定4.1.1无碳小车运行轨迹理论参数分析依据无碳小车行走示意图2，假设小车行走轨迹为正弦函数：y=0.35sinx (单位m），小车运行轨迹幅值A：0.35m，周期T：2m对轨迹曲线求导得：y=0.35cosx此方程即为小车在各个轨迹位置转角正切值大小。经过试验模拟能够得到前轮最大转角大约为36,此正弦函数一个周期轨迹长度可用积分求得一个周期轨迹路径为L=2433mm,也就是曲柄轴（辅轴）回转一周，摇杆前后往复摆动一次，后轮前进2433mm,用数学公式能够表示为：其中为曲柄上齿轮到驱动轴上齿轮传动比、d为后轮直径。和d之间函数关系能够用表格表示以下：1234567d(mm)774387258193155129110表14.1.2动态力分析1. 力分析为了全方面了解小车各个参数改变对小车绕桩个数改变影响，下面针对：（1）轮子半径；（2）小车和地面滚动摩擦系数；（3）小车重量；（4）小车能量转换效率；四方面进行动态运动学分析，从而初步确定驱动机构和曲柄摇杆机构参数。假设后轮受力示意图以下：P0：小车总重量N0：地面对小车支撑力F0：小车驱动力M：小车驱动扭力D：小车后轮直径d：小车绳轮直径（平均值）G：小车重物（砝码）重量图4-1 小车受力分析控制小车在平面上匀速行走，受到重物下降牵引绳轮扭矩M和滚动摩擦阻力。滚动摩擦阻力：物体在另一物体上滚动时受到阻力作用是由物体和支承面接触处形变而产生，用滚动摩擦力矩来度量受到阻力大小。滚动摩擦力矩大小M和支承力N成正比关系。即MKN（K为滚动摩擦系数）。滚动摩擦系数含有长度量纲，它实际意义相当一个力臂，滚动摩擦力矩大小关键取决于相互接触物体材料属性和表面粗糙程度，湿度等等。静力受力分析能够得出以下公式： (假设传输过程不计能量损耗)2. 力约束小车能够平稳匀速行驶，就要克服运行组里最小值和不打滑最大值。1) 运行阻力：（小车开启加速度）静阻力（包含基础阻力、弯道阻力）基础阻力=(w为运行阻力系数，约为0.01)2) 地面对无碳小车滚动摩擦阻力：(f为滚动摩擦阻力系数，f和轮子材料和地面材料相关，通常材料滚动摩擦阻力系数为0.10.8)无碳小车不打滑条件：3. 做功分析：假设：S：小车运行轨迹旅程（单位mm）：小车总效率则： 综上方程式可得出轨迹旅程方程式： mm (防滑条件)由上公式得出结论：为了增大小车行走轨迹旅程，避免能量损失不打滑，确保小车平稳匀速行驶前提下，驱动力F0越小越好，且后轮直径越大越好。4.1.3传动机构及行走机构参数确定经4.1.2动态运动学分析，表1中齿轮传动比i和后轮直径d之间关系能够选择：这么满足一级变速传动，传动比较小，且后轮直径比较适中要求。后轮直径为155mm，前轮直径能够取36mm,确保重心降低要求。齿轮模数确实定：采取小模数齿轮，增加齿数，从而增加齿轮啮合重合度，这么能够提升传动精度，填补齿轮制造精度误差。（齿轮是用线切割加工）经过分析，能够初步选择模数为m=1，小齿轮Z1=20,大齿轮，中心距，后轮直径，前轮直径。4.1.4 转向机构参数确实定转向机构要实现前轮左右周期性摆动，采取对心曲柄连杆+摇杆机构，经过曲柄匀速转动控制摇杆前后等幅度摆动。对心曲柄滑块机构含有没有急回运动特征。此次转向机构设计采取对心曲柄滑块演变机构形式：正弦机构（含有两个移动副）。原理图以下表示：正弦机构图4-2 转向机构运动示意图从动件T型连杆前进位移和曲柄长度R和转角关系为依据假设正弦运行轨迹试验模拟能够估摸出前轮转角大约摆动360，即摇杆相对于平衡位置摆动大小大约为180。曲柄在匀速转动过程中，T型连杆有两个极限位置B、C。当连杆在左极限位置B和右极限位置C时，连杆滑动距离S等于曲柄半径长度R,即 S=R为了给后期虚拟样机建立和仿真优化设计做准备，依据已经初步确定后轮、齿轮尺寸，考虑到底板尺寸合理性，和整车重心位置，能够预先假设：摇杆c长度为：c=58mm连杆d长度为：d=132mm由小车运动分析示意图知：考虑到加工误差、装配误差，和小车可能在不一样工况下行走，在曲柄转盘处设置了滑块式微调机构，经过调整曲柄长度控制小车运行方向及正弦轨迹幅值大小。综上转向机构参数叙述分析，初步估算出转向机构尺寸：摇杆c=58mm连杆d=132mm曲柄R=20mm第5章 建立小车虚拟样机模型5.1 无碳小车整体虚拟样机模型据上述提出整体方案设计而且做出大致结构示意图，小车关键局部机构数学建模得出估算尺寸，然后进行小车Pro/e三维模型建立。建模思绪：首先对无碳小车各个零部件进行结构设计和三维模型建立；然后将各个零件装配成构件、组件；再最终将构件、组件组装成一个整体无碳小车系统。组装过程中再对部分零件结构尺寸进行优化，使小车视觉上看起来愈加美观，加工工艺更便于设计。下图为依据结构草图建立起来无碳小车虚拟样机模型：具体DWG图 纸 请 加：三 二 1爸 爸 五 四 0 六图5-1 无碳小车总装配图5.2 无碳小车关键结构3D模型重物棉绳后轮曲柄轴曲柄转盘连杆摇杆前轮大齿轮轮小齿轮锥形绳轮轴支撑杆图5-2 关键零件解读后轮锥形绳轮后轮底板曲柄轴轴曲柄转盘连杆摇杆大齿轮前轮曲柄转盘曲柄连杆摇杆曲柄圆盘曲柄无碳小车整体结构设计关键分为五大模块：1. 驱动机构：重物+棉绳+锥形绳轮（绿色部分）2. 传动机构：小齿轮+大齿轮（红褐色部分）3. 转向机构：曲柄轴+曲柄转盘+连杆+摇杆（金黄色部分）4. 行走机构：后轮+前轮（黄色部分）5. 微调机构：曲柄+曲柄转盘（红色曲柄轴能够在金黄色曲柄转盘滑槽内滑动）第6章 无碳小车Pro/e动态运动仿真和优化6.1 Pro/e机构运动分析模块功效（1）模拟现实中作用力：利用机构动力学模块，能够确定设计虚拟样机在重力和合外力作用下所做反应。因为不用做出实物样机就能够进行分析优化并预言整个机械系统性能和运行状态，在设计阶段及早洞察出产品性能，并经过细致优化设计预言机械性能。所以设计员能够制造出更优质产品，同时节省时间和金钱，因为当设计师真正建立实物样机时，因为已经经过虚拟方法完成了一系列严格测试，实物样机质量愈加高了。（2）设计和分析同时进行：Pro/e机构动力学模块利用了Pro/e整套集成工具，这意味着设计和分析之间将不存在因为数据转化而产生错误。另外，因为图形用户界面和在Pro/e设计产品时所用界面相同，所以，使用Pro/e MDO工程师已对界面很熟悉。而且Pro/e MDO 能够“识别”Pro/e 模型，所以，设计员无须浪费时间来准备要分析模型，实施工程变更后，设计员只需要重新运行分析，从而能以愈加快速度生成更高质量模型。（3）探索真实世界运动规律：Pro/e中机构模块能够模拟实物样机在重力、摩擦力、弹力等外力作用下动力学分析，从而轻而易举测量计算出实施电机位置、速度和整个机构全部零件运动学关系式，如此一来既能够降低很多数学模型计算，还能够很直观观察到机构动态情况。将电机运动学关系以表格数据形式输出到电子表格，用来作为下步分析优化，将优化出图形轨迹结果跟实际进行比较验证。（4）利用高级运动分析愈加灵活地研究复杂实际情况：这个模块能够使用静态分析来确定静态平衡负载,然后反向静荷载用于确定机构所需力(力平衡),然后经过使用弹簧和阻尼器连接到担心和压力,很轻易创建机构所选组件复杂运动部分信封,用于太空研究申明或用作“占位符”在任何装配;也能够用PTC Pro / toolkit写多种多样复杂行为,如齿轮系统基于力、弹性皮带轮传动皮带,线性梁和桁架单元和轮胎模型,最终以创建用户定义力和运动概述图,绘制自定义函数位置或速度,情报百分比-积分-微分(PID)控制器和非线性弹簧和阻尼器模型。（5）集成设计和模拟：该模块功效将反作用力、重力和惯性载荷直接传入到Pro/e机构模块中；为运动学和动力学性能设定设计可行性和优化研究目标；利用和其它Pro/e处理方案（比如Pro/e Mechanica 和Pro/e行为建模）集成，优化和完成虚拟产品分析。6.2 无碳小车动态运动仿真步骤图：建立连接连接轴设置运动副伺服电机重力实施电动机阻尼力/扭矩初始条件位置运动学动态力平衡测量速度加速度自由度回放运动干涉检测运动包络创建轨迹曲线创建小车模型建立运动仿真设置运动环境分析运动机构获取分析结果图6-1 机构仿真步骤1. 创建小车模型：创建用于装配零件模型。2. 运动模型建立：创建连接，设置连接轴参数，生成所需要连接关系，拖动装配关系，验正所设置连接关系是否能产生所期望运动形式。然后设置机构系统运动虚拟环境：设置重力大小、实施电动机参数、阻尼力大小、摩擦力和接触力等外力，模拟仿真实际样机运动情况。3. 分析运动机构：定义快照及其初始位置，然后定义运动分析参数，运行。4. 获取