S形轨迹无碳小车的结构设计(1)VIP免费

“S形轨迹无碳小车的结构设计摘要：针对第四届全国大学生工程训练综合能力竞赛题目，设计一辆通过重力驱动的纯机械结构的无碳小车，且小车具有周期性越障功能。通过所学知识，设计并制作该小车，参加比赛。设定不同的参数，借助工程软件MATLAB对小车的轨迹进行仿真计算。通过分析，设计出一辆满足比赛要求的小车。并且通过调试证明，小车能够稳定行驶，具有较高的可靠性。关键词：无碳小车越障轨迹仿真0前言本文针对第四届全国大学生工程训练综合能力竞赛关于“S”形轨迹的要求，设计并制作了一种将重力势能转换为动能，并且按照“S”形轨迹稳定前行的无碳小车。小车为三轮结构，前轮为方向轮；后面一轮为驱动轮，一轮为从动轮。小车具有可调节的转向控制机构，以适应700-1300mm间距的不同间距障碍物。1小车结构设计本文把小车的机构分为：原动机构、传动机构、转向机构、微调机构与车身。除了轴承、螺栓螺母等标准件可以直接选用外，小车的其余部件均使用LY102铝合金制作。本文的设计目的是使小车各部分的尺寸协调，满足强度要求、实现不同距离的越障功能。下面是各个机构的设计：1.1原动机构设计原动机构是利用重物下落时的重力势能转化为动能，从而驱动小车前进和转向的机构。重物是1kg的标准砝码，重物周围是三根均布的钢管，从而约束重物的自由度，使重物直线下降，减少了能量损失，保证了小车重心的稳定性。重物通过尼龙线绕在小车的绳轮上，在下降的过程中，带动绳轮的转动，实现了能量转换。在实际测试中，证明了该结构简单、能量转化率高、成本低等特点。1.2传动机构设计传动部分是原动机构和小车主动轮动力传递的枢纽，本文设计的小车的传动机构由后轮、一级齿轮、及其相关零件组成。由于小车具有转向的功能，为不干扰小车的转向，后轮采用差速连接。小车的右后轮为主动轮，左后轮为从动轮。主动轮与传动机构相连，驱使小车的运动，从轮轮用轴承空套在后轴上，跟随小车的运动。为了适应不同间距越障，同时增大小车行驶的距离，我们采用多组齿轮啮合的方式,将700-1300mm的间距大致分为三组：700~900mm，900~1100mm，1100~1300mm。分组后可根据不同障碍物间距，对应着不同组齿轮的啮合，从而调整越障的幅度。与单组齿轮传动相比，这种传动方法越过的障碍物更多，行走距离更远。下图是传动机构的齿轮分布图，通过移动后轮轴上的齿轮组，则可以切换不同组齿轮的啮合。图3传动齿轮分布示意图根据本文设计，两后轮轮距为150mm，且后轮的直径为150mm，且保证小车最逼近障碍物时的安全距离，即最小振幅为200mm。下面是三组齿轮啮合的具体计算在间距为700~900mm时，以满足最大桩距900mm，且轨迹曲线为余弦曲线，取x为小车轨道中心线位移，y为小车偏离中心线位移，单位为mm，则有对弧长进行积分得，通过计算，当弧长为2002mm时，最大振幅是330mm，此时桩距为700mm。在间距为900~1100mm时，以满足最大桩距1100mm，则有对弧长进行积分得，在间距为1100~1300mm时，以满足最大桩距1300mm，则有对弧长进行积分得，因为我们利用线切割特种加工齿轮，齿轮的模数可以是非标准模数，故针对以上三组数据，结合后轮的直径与一个周期轨迹的弧长，得到三组不同的传动比，计算得到；1.3转向机构设计转向机构是小车的关键机构，是小车前进过程中实现周期性运动的重要保证。我们采用了空间曲柄连杆机构，实现了小车在行驶过程中，前轮左右周期性的转动。该机构结构简单，稳定性较高，连杆之间使用球铰连接，摩擦阻力较小，方向轮叉架与车身采用了推力球轴承和一对法兰轴承，减小转弯过程中的摩擦阻力，提高转轴的同轴度，保证了转向机构的稳定性和可靠性。图6转向机构示意图下面是转向机构的杆长设计计算：根据后轮轮距为150mm，则取曲柄与车中心线距离为，且与转向轮连接的摆杆长度也为，同时转向轮间与后轴的距离为，根据小车运动轨迹，计算小车的最大转角为桩距为700mm时的转角，通过计算在桩距为700mm时，轨迹公式为，根据质心处转弯半径与前轮转角的关系为，（为前轮的转角）根据小车轨迹在计算小车的曲率半径为，得，转角。此时对应曲柄和连杆的最大合长度。通过计算得到最大合长度，且连杆长...