无碳小车设计说明书

第四届全国大学生工程训练综合能力

竞赛说明书

参赛学生：李文峰王叶飞罗永华

指导老师：***

广工现代机械团队出品

目录

无碳小车设计说明书 (2)

1 竞赛项目 (2)

2 基本原理 (2)

2.1装配视图 ................................................. 错误!未定义书签。

2.2 自动转向机构 (2)

2.3微调机构 (3)

2.4绕绳轴 (3)

2.5整体传动机构 (4)

3 主要参数的确定 (5)

3.1 行车轨迹方程 (5)

3.1.1计算小车摆角 (5)

3.2 maltab模拟小车轨迹 (7)

3.3 挑战赛 (10)

4 小车最远行走距离计算 (10)

5 制作材料 (11)

无碳小车设计说明书

1 竞赛项目

本作品是针对“8”型赛道设计的，根据第四届全国大学生工程训练综合能力竞赛的命题，“8”型赛道无碳小车必须能完成300～500mm间距内的绕桩运动。于是我们设计了一部周期和幅值可调的小车，并且证明可完成比赛任务。

2 基本原理

2.1 自动转向机构

为了实现小车的“8”型前进路线，我们采用凸轮滚子机构和摆动导杆机构来控制小车的转向，如图1所示。通过凸轮的旋转运动使摇杆来回摆动，从而通过滑槽改变前轮的摆动角度

图1 转向机构示意图

转向机构的机构简图如图2所示。由图可知，ABC

∆各边长度可以测量得到，故可通过余玄定理求得BCA

∠的值，再利用余

∠的值，从而可得DCE

玄定理就可求得小车前轮摆角即DEC

∠。所以摆动导杆机构不仅能使小车前轮周期性的摆动，而且有计算简单的优点。

图2 转向机构简图

2.3微调机构

在小车的行走过程中，由于加工精度和环境等因素的影响，小车的轨迹往往变化的，这时就必须有微调机构来修正误差。为了使小车准确的走出“8”

字我们设计了两组微调螺丝，如图3所示。其中螺纹组1调节总路程的大小，也就是调节“8”字的形状，螺纹组2调节“8”字的整体平移和旋转现象。

而在实际调节中往往会出现非常复杂的情况这时就需要两组螺纹共同调节。

图3

2.4绕绳轴

绕绳轴是小车的动力来源，它的好坏决定着小车的行车速度和启动力矩。结合小车启动和停止时的特性我们采用阶梯轴形状设计绕线轴，如图4所示。当小车启动时绳绕在大直径端，直径大的地方可以提供大的扭矩，有利于小车启动。当重物靠近小车时，饶绳轴直径缓慢变小，有助于重物平稳降落到小车上，减少振动和能量损失。由于本次大赛需要实现多周期行走，所以饶绳轴的直径也是会变化的，如表1所示

表1 不同周期饶绳轴直径

周期300mm 350mm 400mm 450mm 500mm 饶绳轴直

4mm 5mm 5.5mm 6mm 6.5mm 径

图4 绕绳轴

2.5整体传动方案

无碳小车沿曲线前进时，我们采用单轮驱动方案，由两轮与地面的不同约束而产生差速。重物下落时带动大齿轮转动，从而驱动小齿轮，最后使摩擦轮与摩擦盘转动，实现间歇性摆动功能。

图5

3 主要参数的确定

3.1 行车轨迹方程

以障碍物间隔700mm为例.小车车宽为188mm，所以考虑到障碍物半径和加工误差，我们设定安全距离为106mm。故小车的轨迹振幅=小车车宽/2+安全距离=200mm，周期为1400mm。轨迹方程为)

-

yπ

=，用matlab模

700

/

cos(

200x

拟为图6.

图6

3.1.1计算小车摆角

根据理想行车轨迹推算小车前轮所需摆角，由函数)

yπ

-

=，

cos(

200x

700

/

曲率半径方程为：

r =-2450.*(1+4./49*sin(1./700.*pi.*x).^2.*pi.^2).^(3./2)./cos(1/700.*pi.*x)/pi.^2

用maltab编程如下：

x=0:0.5:1400

r =-2450.*(1+4./49*sin(1./700.*pi.*x).^2.*pi.^2).^(3./2)./cos(1/700.*pi.*x)/pi.^2; theta=atan(180./r)*180/pi;

plot(x,theta);

求出该轨迹曲率变化如图7所示。从图中可以看出，小车走该轨迹时需要的最大摆角为36度。而本作品的前轮摆角最大可到45度。符合曲率要求。

图7

3.2 maltab 模拟小车轨迹

图8

如图8所示，设小车后轮半径为R ，绕绳轴的半径为r2，曲柄半径为r1，前轮中心到后轮轴的距离为d ，正弦杆到前轮中心的垂直距离为c ，齿轮传动比为i1，摩擦盘传动比为i2。

假设p （x ，y ）是轨迹上任意一点，由微分法得： θcos *ds dx =

θsin *ds dy -=

车身转过的角度为⎰

=ρθ/ds 行驶长度为ϕd R ds *= 驱动轴转过角度为2/r dh d =ϕ 因此有，⎰=h

dh r r Z x 0*2/*)cos(

⎰-=h

dh r R Z y 0

*2/*)sin(

⎰=h

dh r R Z 0

*2/

用maltab 进行模拟 clear