S型无碳小车制造设计项目说明指导书.doc

第三届全国大学生工程训练综合能力竞赛无碳小车设计说明书 目录一 绪论1.1本届竞赛命题专题1.2小车功效设计要求1.3小车整体设计要求二 方案设计2.1 路径选择2.2 差速问题处理2.3 重物和后轮连接问题2.4 转向装置三 参数设计 3.1 路径参数确实定 3.2 其它参数四 小车工程图4.1小车各装配图4.2小车CAD工程图五 功效分析六 选材和加工分析 一 绪论1.1本届竞赛命题专题本届竞赛命题专题为“无碳小车”。要求经过一定前期准备后，在集中比赛现场完成一套符合本命题要求可运行装置，并进行现场竞争性运行考评。每个参赛作品要提交相关设计、工艺、成本分析和工程管理4项成绩考评作业。在设计小车过程中尤其重视设计方法，努力争取经过对命题分析得到清楚开阔设计思绪；作品设计做到有系统性规范性和创新性；设计过程中综合考虑材料 、加工 、制造成本等给方面原因。我们借鉴了参数化设计 、优化设计 、系统设计等现代设计发发明理论方法；采取了MATLAB、PROE等软件辅助设计。1.2小车功效设计要求设计一个小车，驱动其行走及转向能量是依据能量转换原理，由给定重力势能转换来。给定重力势能为4焦耳（取g=10m/s2），比赛时统一用质量为1Kg重块（5065 mm，一般碳钢）铅垂下降来取得，落差4002mm，重块落下后，须被小车承载并同小车一起运动，不许可从小车上掉落。图1为小车示意图。图1： 无碳小车示意图竞赛小车在前行时能够自动交错绕过赛道上设置障碍物。障碍物为直径20mm、高200mm多个圆棒，沿直线等距离摆放。以小车前行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1.3小车整体设计要求 无碳小车表现了大学生创新能力，制作加工能力，处理问题能力。并在设计过程中需要考虑到材料、加工、制造成本等各方面原因，而且小车含有下列要求：1.要求小车行走过程中完成全部动作所需能量均由此重力势能转换取得，不可使用任何其它能量起源。2.要求小车含有转向控制机构，且此转向控制机构含有可调整功效，以适应放有不一样间距障碍物竞赛场地。3.要求小车为三轮结构4. 小车有效绕障方法为：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，视为经过）；反复上述动作，直至小车停止。二 方案设计 小车走S形方案经过对小车功效分析，小车需要完成自动避开障碍物，驱动本身行走，重力势能转换功效。所以我们将小车设计分为以下部分，路径选择，自动转向装置，能量转换装置和车架部分。2.1路径选择因为竞赛小车在前行时能够自动交错绕过赛道上设置障碍物。障碍物为直径20mm、高200mm多个圆棒，沿直线等距离摆放。为了在经过障碍物时，行进距离更短，设计了图3路径。即以摆线方法经过障碍物，然后以相切直线抵达下一障碍物，我们路径是圆弧和直线结合。图3：无碳小车路径（此轨迹为后轮轨迹）后面计算均以后轮为准 2.2 差速问题考虑到后轮转向时，两轮有速度差，而且通常差速器比较复杂，损耗较高，故我们采 取单轮差速驱动，只要能确保后轮一轮驱动，而且同时控制转向，那么另一个后轮也会自动跟着行驶，所以处理了差速问题 2.3 重物和后轮连接问题 重物和经过轴和后轮相连，开始驱动时，滚动摩擦力一定较大，故所需力矩也需要合适增加，当车子能平稳运行时，力矩又应该合适降低，未处理这个问题，我们采取了锥形导绳轮装置，经过锥形导绳轮和绳子相连。既起到了平稳运行效果，又能有储能飞轮功效2.4 转向装置：几何封闭型凸轮+滑块机构 考虑到凸轮能够取得前轮所需任意转角，从而完全确定小车轨迹所以我 们采取封闭形凸轮加滑块机构转向三 计算及参数确实定3.1路径参数确实定在上面讨论中，我们路径是摆线和直线组合，为了能让小车更顺利转弯，转弯角度不能太小，为了能让小车行进更远，必需使小车转向半径不能太大。所以，确定了曲线半径为，小车前后轮距离d=180mm 因为当为圆弧时，前轮和车身转角为一个定值，经过简化成单车模型计算，我们得出其实在小车运动一个周期内前轮和车身转角总共只有四个值一个为+34.5度 0度 -34.5度 0度。在一个周期内当为切线1时：转角0度，行程0.8m，凸轮转角124度当为圆弧A时：转角34.5度，行程0.3611m，凸轮转角56度当为切线2时：转角0度，行程0.8m，凸轮转角124度当为圆弧B时：转角34.5度，行程0.3611m，凸轮转角56度基于上述数据我们得到图凸轮经过修正后凸轮3.2其它参数考虑到后轮传输到凸轮需要齿轮来连接，所以我们在后轮轴和凸轮间加一对齿轮，设定大轮半径R=1.8m，得到大轮周长为1.1304m，一个运动周期长度为2.4268 所以得出齿轮传动比约等于2，另外为确保误差较小，我们设定两轮宽为0.16m其它数据在小车CAD装配图中可看出四 设计图纸4.1小车总装配图 （小车总体效果图，重物支撑柱设在三轮所组成三角形重心处，有利于保持小车平稳） （车架部分降低有利于缓解因为大轮过高引发车子重心升高） （小车后部锥形导绳轮及齿轮传动部分，第二个齿轮和凸轮盘同轴） 上图 （几何封闭形凸轮，传输到转向盘） 下图 （固定板和车架相连，起到固定凸轮连杆，使之只能在一方向上运动） （滑槽机构，控制前轮转向）4.2小车CAD工程图五 功效分析5.1小车优缺点优点和创新点：（1）小车机构简单，单级齿轮传动，再加一个几何封闭凸轮。 （2）凸轮连杆处采取微调机构，可调整连杆长度便于纠正轨迹。 （3）采取大驱动轮，滚阻系数小，行走距离远。 （4）凸轮轮廓设计简单，轮廓只是多个简单不一样半径圆叠加，只要合适修正即可 （5）锥形导绳轮装置，经过锥形导绳轮和绳子相连。既起到了平稳运行效果，又能有储能飞轮功效缺点： 小车精度要求高六 选材和加工分析选材：轴 车轮 车架 齿轮 凸轮 连杆 采取铝板毛坯制造连杆采取铝柱毛坯其它零件采取标准件即可加工：1 齿轮机构 齿轮机构是小车中要完成传输关键零部件，本小车中齿轮机构用在了两个部分，因为加工设备有限本小车中全部齿轮全部是用线切割完成 2.凸轮机构是本小车中要完成转向系统关键零部件 因为该零件要求精度高外形比较复杂 所以采取数控洗方法实现，首先经过UG制图软件凿出凸轮三维立体结构 再经过加工软件masterCAM进行编程加工