机械设计大赛 无碳小车 设计说明书

目录

前言

第1章、绪论 (4)

1.1 参赛主题 (4)

1.2 功能分析 (4)

1.3 设计方法 (4)

第2章、轨迹和行走机构选型与计算 (6)

2.1 轨迹和行走机构选型 (6)

2.2 轨迹参数计算 (7)

第3章、控制机构选型与计算 (10)

3.1 控制机构选型 (10)

3.2 放大机构的设计 (12)

3.3 凸轮的设计 (13)

第4章、传动机构选型与计算 (16)

4.1 传动机构选型 (16)

4.2 齿轮系的设计 (16)

4.2 尺寸参数校核 (17)

第5章、动力机构选型与计算 (19)

5.1 绕绳轮安装位置分析 (19)

5.2 力分析 (20)

5.3 前轮转向阻力矩的计算 (23)

5.4 弹簧劲度系数的计算 (23)

5.5 尺寸参数的获取 (23)

5.6 质量属性参数的确定 (26)

5.7 参数的计算 (27)

5.8 绕绳轮最大半径的确定 (29)

第6章、微调机构简介 (30)

第7章、误差分析及效率计算 (31)

7.1 误差分析 (31)

7.1.1 设计误差 (31)

7.1.2 参数误差 (31)

7.1.3 加工与装配误差 (31)

7.2 传动效率的计算 (32)

7.2.1 动力机构效率的计算 (32)

7.2.2 传动机构效率的计算 (33)

7.2.3 控制机构效率的计算 (34)

第8章、仿真分析 (35)

第9章、综合评价及改进方案 (37)

9.1 综合评价 (37)

9.2 改进方案 (39)

第10章、参考文献 (40)

第11章、附录 (40)

11.1 机构运动简图及装配图 (40)

11.2 小车三维装配图及爆炸图 (42)

第1章、绪论

1.1 参赛主题

第三届全国大学生工程训练大赛的竞赛主题为“无碳小车越障竞赛”。这次竞赛包含两个竞赛项目。第一个项目与往届竞赛相同，为小车走“S”形线路绕杆。竞赛项目二为小车走“8”字形线路绕杆。通过商量，我们选择的竞赛项目为项目二。

1.2功能分析

根据本次竞赛规定，竞赛项目二是小车在半张标准乒乓球台（长1525mm、宽1370mm）上，绕相距一定距离的两个障碍沿8字形轨迹绕行，绕行时不可以撞倒障碍物，不可以掉下球台。障碍物为直径20mm、长200mm的2个圆棒，相距一定距离放置在半张标准乒乓球台的中线上。

小车是在重物下落所带来的重力势能的作用下实现运动和转向。因此，小车需具备能量转换装置、转向控制装置、驱动机构等。

1.3 设计方法

在小车的设计过程中，应该充分综合考虑到材料、加工制造、生产成本等个方面因素，以保证小车的设计更加符合实际，削减理论

与实际之间的差距。

小车实现绕“8”字功能，应有相应的轨迹，因此，在进行小车的机构设计时可采用从小车的理论轨迹入手，逆向进行机构设计的方法。在进行机构设计时，应采用发散思维，注意机构的选型与组合，应充分考虑到各机构间的相互关系以及整体效应，注意及时对机构进行调整。

小车的设计方法是保证小车技术含量的关键，在设计方法上，我们在关键部分采用参数化组合设计，以保证设计精度和方案的可行性。再设计流程上，我们循序渐进步步为营，同时兼顾全局。下面是我们的设计流程图。

图1-1

第2章、 轨迹和行走机构选型及其

计算

2.1 轨迹和行走机构的选型

为了获得最优的理论轨迹，我们采用列举法，进行逐一筛选。经过商议，列举了以下几种轨迹：

1、双纽线

2、互补正弦曲线

3、相切圆

4、形“8”字折线

5、其他形似“8”的曲线等

双纽线：

其直角坐标以及极坐标方程为：(x 2 + y 2)2 = 2a 2(x 2 − y 2)，ρ^2=a^2*cos2θ，由此可知极坐标下曲线上任何一点的曲率半径为θ2cos 32a

R =。

通过分析，双纽线是所有曲线中经过相同距离的俩个桩的路程是最短的， 同时双纽线曲率又大变小再变大在变小，再回到出发点，运动过程没有曲率突变，所有路程都光滑过渡。但是，由于双纽线本身的复杂性，导致控制机构的设计的难度相当大，通过绘图计算，发现四杆机构不能同时满足转向及时间上的控制，而用凸轮机构则导致

凸轮的轮廓曲线太过复杂。

互补正弦曲线，相切圆，折线

正弦曲线可以用四杆机构实现，但是由于在端点处存在去两次曲率突变。相切圆、“8”字折线可以很简答的实现，但是也存在曲率突变的问题，这些问题都会严重影响小车的稳定性，因此不采用这些轨迹作为理论曲线。

轨迹敲定：

为了保证小车能够稳定实现八字运动，我们最终确定小车的理论轨迹为俩段圆弧通过俩段公切线连接。这样既保证了小车运动过程的平稳性，又同时使得轨迹规律性强，易于控制。

针对这个想法，我们设定了俩种轨迹分别如图（2-1）、（2-2）所示。

图2-1

图2-2

考虑到小车的行走机构，我们拟定了三种小车行走机构的方案，如下：

方案一、后轮单轮驱动，其他俩轮从动

方案二、后轮定时驱动，前轮从动

方案三、后轮同时驱动，前轮从动

针对方案一，左轮与主动轴通过键连接，后轮通过轴承与主动轴相连，即可实现转弯时的差速，简单有效。

针对方案二，采用齿轮系分别驱动左右后轮，其中用互补的的不完全齿轮定时驱动左轮右轮。