【好】新无碳小车说明书

第2章工作原理和设计理论推导

1.总体结构

无碳小车模型主要由一个转向轮和两个驱动轮以及几个大小齿轮组成，其中小车中的转向轮，驱动轮，齿轮，支撑块，横杆，木板等如下图所示。

2.整体结构的初步设定尺寸如下

驱动轮直径D=120mm 采用橡胶材料

转向轮直径d=30mm 采用橡胶材料

底板厚度e=5mm 采用木材

3.驱动轴及转向轴上轮子的定位介绍

驱动轮采用橡胶结构，轴嵌入轮中，采用过度配合，由于橡胶的弹性性能好，可以使轴得到纵向及横向的约束。

第3章.无碳小车设计的理路指导

3.1 小车的运动原理以及如何实现正余弦曲线

1.小车的运动原理

重物的牵引带动原动轮轮的转动，原动轮的转动带动齿轮轮，再根据两齿轮之间的齿轮粘合带动驱动轮和齿轮的转动，带动齿轮盘的转动，从而使方向杆左右运动的同时，前后运动，杆的偏转，使得转向轮偏转，根据驱动轮轮和转向轮的合运动，小车就可以按照要求一边行走一边转弯。

梯形原动轮

2.梯形原动轮的原理

1.在起始时原动轮的转动半径较大，起动转矩大，有利起动。

2.起动后，原动轮半径变小，转速提高，转矩变小，和阻力平衡后小车匀速运动。

3.当物块距小车很近时，原动轮的半径再次变小，绳子的拉力不足以使原动轮匀速转动，但是由于物块的惯性，仍会减速下降，

原动轮的半径变小，总转速比提高，小车缓慢减速，直到停止，物块停止下落，正好接触小车。

初步启动时转矩大约是360N.mm，滚动摩擦力大约为F=320N.mm，小车可以正常起步。

3.2 小车各个尺寸设计的推导：

无碳小车二维示意图

根据题目中赛道宽度2m ，以及每间隔1m ，放置一个直径20mm 、高200mm 的弹性障碍圆棒，以及赛道的大致行走路线（如图四），我组拟定一些实际尺寸的大小以及推导

无碳小车在重力势能作用下自动行走示意图

考虑到要使小车的运动轨迹尽可能沿直线运动,绕过的障碍物越多,但又得考虑要使小车不碰到障碍物,经过我组在各方面的考虑,小车的宽度定为24cm, 底板M 的厚度为5mm ，小车的长度200mm ，而转向轮的直径为30mm,经网上查得,橡皮轮胎与干地面之间的动摩擦因素为0.71。

根据运动轨迹路线，它须偏离直线方向35cm 以及两圆柱障碍物的实际距离为98cm ，我们采用Matlab 软件模拟得E 齿轮半径为10mm ，齿轮盘半径为64mm ，底板厚度为5mm ，轴1和轴2直径为6mm ，方向杆的长度为160mm ，方向杆与齿轮盘的连接点的半径55mm ， B 齿轮的厚度为20mm ，D 齿轮的厚度为17mm ，转向支撑块中孔的宽高大小为3-6mm ，转向轮和驱动轮的宽度为1cm 。

驱向轮所获得的摩擦阻力大约为6N,假定两驱向轮的直径为120mm,则其转矩

cm

35cm

98

M=F*R=360N.m,由于该车子的运动基本上是匀速运动,所以同轴上的转矩相等,所以D齿轮的转矩也为60N.m,设其半径为r ,则B、D边缘所受到的力FD=FB=60/r ,所以D齿轮的转矩为MD=FD*RD=60R/r ,因为小车是匀速行使,所以物体下降也应该是匀速下降,A齿轮的转矩:MA=mg*RA=10*10=100N.m,

又根据同一轴上转矩相等,所以B的转矩:MB=MA=100N.m,得RB/rD=3.6。

如何实现正余弦曲线

重物的牵引带动原动轮轮的转动，原动轮的转动带动齿轮轮，再根据两齿轮之间的齿轮粘合带动驱动轮和齿轮的转动，带动齿轮盘的转动，从而使方向杆左右运动的同时，前后运动，杆的偏转，使得转向轮偏转，根据驱动轮轮和转向轮的合运动，小车就可以按照要求一边行走一边转弯。方向杆转动一个周期，小车的转向轮同时也转动了一个周期。

通过运用matlab计算结果及模拟得到，其行进的路线大体是呈一正玄曲线

Y=0.35sinπx

求导得到在每个位置的转角的正切大小：

Y’=0.35πcosπx ；

我们可以得到前轮的最大转角为36°

第3章.转向机构的设计

转向机构简图采用凸轮推杆转向机构

4.1 自由度的计算

平面机构自由度，由于在平面机构中，各构件只做平面运动，所以每个自由机构只具有三个自由。而每个平面低副（转动副和移动副）个提供两个约束，每个平面高副只提供一个约束。设平面机构中共有n个活动构件（机架不是活动构件），在个机构件尚未用运动副连接时，它们共有3n个自由度。而当个机构用运动副连接之后，设共有P1个低副和Ph个高副，则它们提供（2P1+Ph）个约束，故机构的自由度为

F=3n-（2P1+Ph）

机构简图 F=3n-（2P1+Ph ）=1

得出此机构的运动可以实现。

4.2 齿轮传动

根据本机构选择直尺圆柱齿轮传动。

4.24. 齿轮的尺寸计算

齿顶高 a h

m h h a a *

=

齿根高 f h m c h h a f )(**+=

齿顶圆直径 a d

a a h d d 2+=

齿根圆直径 f d f f h d d 2-=

孔径 b

齿宽

b

1d b d ψ=

第5章 计算

1.齿轮设计

(一)、选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数。 1）按简图所示的传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动。

传动简图 2）、此装置运转速度不高，

故选用7级精度。

3）、材料选择。齿条材料为40钢（常化），硬度为200HBS ，齿轮材料为ZG310-570硬度为160HBS ，二者材料硬度差为40HBS 。

4）、齿轮齿数z1=17 z2=z1*3.6=61 2) 初步设计齿轮主要尺寸

(1) 设计准则:先由齿面接触疲劳强度计算，再按齿根弯曲疲劳强度校核。 (2) 按齿面接触疲劳强度设计，即

2

3

11)]

[(132.2H E d t Z u u KT d σ±⋅Φ≥ 1> 确定公式内的各计算数值 Ⅰ.试选载荷系数3.1=t

K 。

Ⅱ.计算小齿轮传递的转矩

mm N n P T ⋅=⨯=II

360105.952

51

Ⅲ.由《机械设计》表10-7选取齿宽系数1=Φd 。

Ⅳ.由《机械设计》表10-6查得材料的弹性影响系数2

1188MPa Z E =。 Ⅴ.由《机械设计》图10-21d 按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限

MPa H 3201lim =σ；大齿轮的接触疲劳强度极限MPa H 2702lim =σ。