“s”無碳小車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及優(yōu)化研究

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1、S”無碳小車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及優(yōu)化研究摘要:全??大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競(jìng)賽是教育部高等教育司發(fā)文舉辦的全國(guó)性大學(xué)生科技創(chuàng)新實(shí)踐競(jìng)賽活動(dòng)。利用重力勢(shì)能轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)的無碳小車，需驅(qū)動(dòng)小車行走和轉(zhuǎn)向。本文以全國(guó)大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競(jìng)爭(zhēng)中的“S型無碳小車”設(shè)計(jì)為例，介紹了小車的設(shè)計(jì)方案及主要部件設(shè)計(jì)計(jì)算方法，并針對(duì)理論設(shè)計(jì)方案的不足之處進(jìn)行了相應(yīng)的優(yōu)化改進(jìn)。優(yōu)化后的小車，能夠最大程度地滿足競(jìng)賽的要求，為今后小車的設(shè)計(jì)及調(diào)試提供了指導(dǎo)意義，也為相關(guān)機(jī)構(gòu)的應(yīng)用研宄提供參考價(jià)值。本文采集自網(wǎng)絡(luò)，本站不保證該信息的準(zhǔn)確性、真實(shí)性、完整性等，僅供學(xué)習(xí)和研究使用，文中立場(chǎng)與本網(wǎng)站無關(guān)，版權(quán)和著作權(quán)歸原作者

2、所有，如有不愿意被轉(zhuǎn)載的情況，請(qǐng)通知我們刪除己轉(zhuǎn)載的信息。關(guān)鍵詞：無碳小車設(shè)計(jì)；能量轉(zhuǎn)換；方向控制；優(yōu)化設(shè)計(jì)中圖分類號(hào)：V462文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1673-1069(2017)06-156-21無碳小車研究意義全國(guó)大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競(jìng)賽是教育部高等教育司發(fā)文舉辦的全國(guó)性大學(xué)生科技創(chuàng)新實(shí)踐競(jìng)賽活動(dòng)，是基于國(guó)內(nèi)各高校綜合性工程訓(xùn)練教學(xué)平臺(tái)，為深化實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，提升大學(xué)生工程創(chuàng)新意識(shí)、實(shí)踐能力和團(tuán)隊(duì)合作精神，促進(jìn)創(chuàng)新人冰培養(yǎng)而開展的一項(xiàng)公益性科技創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)。開展大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競(jìng)賽旨在促進(jìn)各高校提高工程實(shí)踐和工程訓(xùn)練教學(xué)改革和教學(xué)水平，培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計(jì)意識(shí)、綜合

3、工程應(yīng)用能力與閉隊(duì)協(xié)作精神，促進(jìn)學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)與綜合能力的培養(yǎng)、理論與實(shí)踐的存機(jī)結(jié)合，養(yǎng)成良好的學(xué)風(fēng)，為優(yōu)秀人才脫穎而出創(chuàng)造條件。2無碳小車設(shè)計(jì)的要求競(jìng)賽要求設(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)換而得到的。該給定重力勢(shì)能由競(jìng)賽時(shí)統(tǒng)一使用質(zhì)量為lkg的標(biāo)準(zhǔn)砝碼（C50X65mm,碳鋼制作）來獲得，要求砝碼的可下降高度為400±2mm。標(biāo)準(zhǔn)砝碼始終由小車承載，不允許從小車上掉落。在比賽中要求小車在行走過程中完成所有動(dòng)作所需的能量均由此給定重力勢(shì)能轉(zhuǎn)換而得，不可以使用任何其他來源的能量。小車具有轉(zhuǎn)向控制機(jī)構(gòu)，且此轉(zhuǎn)向控制機(jī)構(gòu)具存可調(diào)節(jié)功能，以適應(yīng)放存

4、不同間距障礙物的競(jìng)賽場(chǎng)地。小車為三輪結(jié)構(gòu)。其中一輪為轉(zhuǎn)向輪，另外二輪為行進(jìn)輪，允許二行進(jìn)輪中的一個(gè)輪為從動(dòng)輪。小車在1000士200?300mm范圍內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)“S”型賽道第一輪障礙物間距變化值和變化方向。競(jìng)賽中小車在前行時(shí)能夠自動(dòng)繞過賽道上設(shè)置的障礙物，賽道寬度為2m,障礙物為直徑20nini、高200mm的圓棒，沿賽道中線從距出發(fā)線lm處開始按間距l(xiāng)m擺放，擺放完成后，將偶數(shù)位置的障礙物按抽簽得到的礙物間距變化值和變化方向進(jìn)行移動(dòng)（正值遠(yuǎn)離，負(fù)值移近），形成的即為競(jìng)賽時(shí)的賽道。以小車前行的距離和成功繞障數(shù)量來評(píng)定成績(jī)3無碳小車設(shè)計(jì)方案根據(jù)競(jìng)賽要求分析，可以知道無碳小車的設(shè)計(jì)秉

5、點(diǎn)和難點(diǎn)是如何將重物的勢(shì)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能并驅(qū)動(dòng)小車行走的距離最長(zhǎng)和小車前行時(shí)如何避開道路上設(shè)置的障礙物。設(shè)計(jì)思路為：查閱相關(guān)資料，擬定將給定重物的勢(shì)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的結(jié)構(gòu)和小車自動(dòng)避障的機(jī)構(gòu)，確定小車一個(gè)周期行進(jìn)的路線和長(zhǎng)度，確定后輪尺寸和前后輪的傳動(dòng)比，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，小車車架總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，小車各零件的設(shè)計(jì)（包括材料和結(jié)構(gòu)），主要零件配合部分尺寸及公差的確定、形狀、位置的確定。由于是第一次制作，很多因素?zé)o法預(yù)知，我們考慮相對(duì)簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)方案，重物下落時(shí)直接帶動(dòng)小車行走，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便，成本也較低。繞在小車軸上線的一端通過定滑輪連接在重物上，重物下落直接通過繩子帶動(dòng)小車前行。為了避

6、免重物下落時(shí)因?yàn)樾≤嚨男凶叨鴶[動(dòng)，影響小車行進(jìn)的軌跡，甚至使小車傾翻，因此在小車上設(shè)計(jì)了阻止小車擺動(dòng)的3根豎桿，3根豎桿巾套圈固定，桿與下落重物圓周相切，形成一個(gè)圓柱形狀，使之下落穩(wěn)定。小車傳動(dòng)結(jié)構(gòu)方面，采用較簡(jiǎn)單的直齒齒輪傳動(dòng)，由于下落高度只右400±2mni，要想跑的遠(yuǎn)，要么加大驅(qū)動(dòng)輪直徑，要么增加傳動(dòng)比。綜合考慮，采用一級(jí)齒輪傳動(dòng)。轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)采用空間四桿機(jī)構(gòu)。通過對(duì)項(xiàng)目要求分析可知小車的前進(jìn)路線，我們可以將它近似地看成余弦函數(shù)y=Acoscox其中，A為振幅，為頻率。函數(shù)的圖像就類似于小車前進(jìn)的路線，如圖1所示。3.1傳動(dòng)比的確定按照理想化的思想，傳動(dòng)比越大，小車能跑得越遠(yuǎn)

7、，但是考齒輪減速比太大，會(huì)造成大齒輪直徑過大，使小車結(jié)構(gòu)不協(xié)調(diào)，重心會(huì)產(chǎn)生偏移，從而運(yùn)動(dòng)過程容易翻車，因此按照傳動(dòng)比的選擇原則，同時(shí)考慮到小車在行駛時(shí)要求傳動(dòng)比準(zhǔn)確和加工工藝性，將傳動(dòng)比初步確定為1:4，大齒輪齒數(shù)為80,小齒輪齒數(shù)為20。設(shè)定小車軌跡中線與小車?yán)硐胲壽E的最大偏移量為300mm，根據(jù)扇形計(jì)算公式計(jì)算得出小車沿弧線行走距離約為2450m。巾上分析可以確定小車后輪的理論直徑為190。3.2轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定直接影響到小車在運(yùn)動(dòng)過程中的穩(wěn)定性和行走路線的準(zhǔn)確性，因此，轉(zhuǎn)向