S曲线无碳小车毕业设计.docx

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1、S曲线无碳小车设计摘要s曲线无碳小车来自全国大学生工程训练综合水平竞赛命题，本文通过仔细分析任务要求，确认小车应有的功能，完成了方案设计、技术设计和加工装配调试三个阶段，制作出了行驶平稳轻巧，效率高且转弯半径、周期可调的小车，并提出了提高零件精度和增加赛道校准装置的改进方向。在方案设计中，根据功能性需求，小车按模块化设计可分为六个部分:车架、原动机构、传动机构、转向机构、驱动系统、微调机构，对每个部分用扩展性思维寻求多种可行方案，并综合考虑功能实现、加工装配、成本可行性等因素进行优化设计。其中，车架为骨架式玻纤板，原动机构用滑轮组和变径绕线轴、转向机构用关节轴承连接的曲柄连杆机构、驱动系统用单

2、轮差速、微调机构用细螺纹调节摇杆与连杆长度及微调圆盘调节曲柄长度。在技术设计中，用现代机械设计方法，通过MATLAB建模做能耗规律和运动学分析，设计关键参数，并使用SolidWorks仿真分析，绘制图纸。关键词模块化设计，matlab建模，solidworks仿真，曲柄连杆机构，单轮差速AbstractThenon-carboncarofScurveisfromthenationalcomprehensiveabilitytrainingcontestofcollegestudentsofengineering,inthispaper,throughcarefulanalysisofmissi

3、onrequirements,thecaiJsfunctionisdetermined.Itcompletedthethreephaseoftechnicaldesignandassemblydesign,debugging,producedastablerunninglightweight,highefficiencyandturningradius,adjustablecyclecart,andputforwardtheimprovementdirectionofimprovingtheaccuracyofpartsandaddingthetrackcalibrationdevice.In

4、thedesignofthescheme,concerningthefunctionalrequirements,accordingtothemodulardesigning,thecarcanbedividedintosixparts:frame,drivingmechanism,transmissionmechanism,asteeringmechanism,drivingsystem,adjustmentmechanism.Foreachpart,itusedtheextendedthinkingtoseekavarietyofoptions,andconsiderfactors,suc

5、hastherealizationofthefunction,processingandassembling,costandfeasibility,tooptimizethedesign.Amongthem,theframeisframetypeofglassplate,drivingmechanismadoptsgroupandvariablediameterpulleyspool,thesteeringmechanismadoptsacrankconnectingrodmechanism,connectedbyjointbearing,drivingsystemhasadifferenti

6、alsinglewheel,adjustingmechanismusesfinethreadtoadjustthelengthofrockerandtheconnectingrod,andthetriMMingdisctoadjustcranklength.Inthetechnicaldesign,usingthemoderndesignmethod,itmadeenergyconsumptionanalysisoflawandkinematicsbytheMATLABmodeling,designedkeyparameters,thendidSolidWorkssimulation,andp

7、roduceddrawings.KeyWordsmodulardesigning,matlabmodeling,SolidWorkssimulation,crankconnectingrodmechanism,singledifferentialwheeliiS曲线无碳小车设计目录摘要1Abstract1绪论1、1小车的设计要求-1-1、2小车的设计方法-2-方案设计1.1 1车架-7-1.2 原动机构-7-1.3 3传动机构-10-1.4 转向机构-13-1.5 驱动系统-15-1.6 微调机构-18-3技术设计-20-3.1数学模型的设及参数确认-20-3.1、1能耗规律模型-20-3.1

8、、2运动学分析模型-23-3.k3确认零件尺寸-27-3.2零部件设计-29-3.2.1标准件及材料明细表-29-in3.2.2需加工的零件-30-3.3整体设计-31-3. 3.1整体装配图-31-3.3.2小动彳力j析-33小.的加工、装配和试-34-4. 1小车零件的加工-34-5. 2小车的装配-35-4. 3小车调试评价分析及总结4.1 小车设计结果-37-4.2 小车设计的优缺点-37-5. 331-38-6. 4总结和体会-38-参考文献-39-附录-40-附录1S曲线无碳小车命题要求-40-附录2耗能分析程序-41-附录3运动学分析程序-42-IVS曲线无碳小车设计1绪论L1小

9、车的设计要求S曲线无碳小车需要用三轮结构，其前进和转向的能量来源须来自给定的重力势能，即重量IKg的重块（50X65MM,一般碳钢）垂直下降4002MM获得的4J能量，重锤下落后需要同小车一起运动，不能脱离车身。8y中图1、1小车标准要求要求小车一边前进，一边自动绕过障碍物，以小车避开障碍物的数量和前进的距离来综合评定优劣。障碍物为每隔1米放置的直径20MM、高200MM的弹性圆棒（如图1、2）o图1、2小车绕障要求1.2小车的设计方法首先仔细对小车任务要求（详见附录1）进行分析，得到小车明确的设计思路，下面是小车设计的流程。（如图1、3）-2-S曲线无碳小车设计方案设计技术设计制作调试图1、

10、3设计流程图-3-方案设计通过分析，小车应具备的基本功能有:重力势能的转换、驱动自身前进、自动避开障碍物，并且要在一定的能量下尽可能提高前进距离和绕杆数量。根据小车的功能性需求，进行模块化设计。小车的设计划分为六个部分：车架、原动机构、传动机构、转向机构、驱动系统、微调机构。用扩展性思维设计每一个模块，寻求多种可行的方案并优化设计。下面为设计图框（图2.1）。-4-S曲线无碳小车设计三角底板式无碳小车Tui-ilili-lkTnin-fc- THI-ILrfu i ! 一 一原动机构传动机构转向机构 行走机构L .骨架式r直齿轮卜 锥齿轮卜 带轮L不用附加传动产凸轮福杆Xa曲柄连杆福杆卜曲柄摇

11、杆1Z画柱凸轮普通凸轮E双轮同步eg用差速器.- - . I双轮差速驱动!-I 单轮朝 1 JC单向轴承 1I偏心轮 1微调机构微调螺母J滑槽图2.1设计图框在选择方案时应综合考虑功能实现、加工制做、成本等各方面因素（如图2.2）,提出多种方案，不轻易做最终实施，从而得到最优的设计方案。-5-简化机构减少高副减少转轴轴承等直径可根据不同的地面调整驱动机构减少内部摩擦损耗功能实现行走路程远减少与地面的摩擦损充分润滑减少小车重增大轮子的半径避开障碍多保证加工装配精度对小车行走影响较灵敏的零部件尺寸可微调图2.2方案设计因素-6-S曲线无碳小车设计2. 1车架车架是其他支承件连接的基础，是最重要的支

12、承件，其结构设计须合理、巧妙。车架体积不需要很大，所承载的负荷比较小，受力不是很大，主要部件尺寸也都较小。因此可以用玻璃纤维板材;经雕刻机加工成所需形状，钳工修磨后，拼接粘合成三角式车架和其他各个组件。加工简单，质量可靠，成本低，重量轻。2.2原动机构原动机构的作用主要是将铁锤下降的重力势能转化为小车前进的动能。可以实现这一目的的方案有很多，如绕线轮和齿轮齿条机构，但后者需要较长的空间，不容易实现，从效率和简洁性来看，用线轮最佳。通过滑轮和尼龙线将动力传递到绕线轴上，实现能量的转化。此外，原动机构还应满足以下具体要求：1 .确保小车的驱动力大小恰当，减小车速，使小车在转向时不会因重锤惯性或摆动

13、而失稳，甚至倾翻。2 .地面对轮子的摩擦系数可能不同，因此在不同的场地小车是需要的动力也不一样。在调试时，原动机构还需要能根据不同的需要调整其驱动力。3 .机构简洁可靠，能量转化效率高。综上分析，本文提出了一种驱动力可调的变径线轴原动机构。如下图2.3所示，重锤拴在线绳的一端，由两个定滑轮支撑，可以垂直在笼中平稳下降，为绕线轴提供平稳而持续的动力。-7-图2.3滑轮组为了防止小车在拐弯时因速度过大而发生倾翻，或重块的剧烈摇晃影响其运动。须限制重块的晃动，使其重心竖直方向始终经过小车三个轮构成的三角形内，因此用质量较轻的碳纤维杆和玻纤板材围成一个直径合适的笼状结构（图2.4）,保障重块在“笼”中

14、平稳下落，维持车体的平衡。此外，碳纤和玻纤材料的使用极大的减轻了小车的重量，同时降低小车的重心高度，保障小车运动中的车身稳定。-8-经过上述分析和反复的实验改进后，将线轮轴设计成中间一段圆锥面的形式，并改变线绳的缠绕方式，起步时将线绕在直径大的一段圆柱面上，启动后工作在直径逐渐减小的圆锥面，经短暂过渡后再工作在直径小的轴上。该机构（如图2.5）可以根据变径线轴与线绳相切处的直径大小，调整扭矩的大小。图2.5变径线轴该机构（如图2.5）可以通过改变绳子绕在变径线轴上的部位不同，调整驱动力的输出。2.3传动机构-10-S曲线无碳小车设计把动力按准确的传动比传递到转向机构和两个驱动轮上，是传动机构的主要作用。为了实现小车更远的行驶，更多的绕杆和精确绕杆，传动机构需要满足传动比可靠、传递效率高、结构简单、重量轻的特点。保障传动链与实施件之