无碳小车产品设计说明书.docx

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1、基于UG/AutoCAD软件的设计全国大学生工程训练综合能力竞赛工程训练无碳小车设计说明书无碳小车产品设计说明书产品名称:设计团队:重力驱动式无碳小车指导老师:一.设计思想：看到此次竞赛主题，我团队认为；能否很好地解决小车的驱动问题和自动转向问题是此次设计成功与否的关键。围绕这个中心，我们展开了一系列的理论分析与验证，经过反复比较，最终确定了我们的设计思路：飞轮驱动与仿自行车式转向。驱动方面，最开始，我们想到了发条，认为将重物下落的重力势能储存在发条中，在逐渐释放，能够很好地利用能量。与此同时，经过研究玩具小车的驱动机构，我们认为，可以想办法将发条与弹簧结合起来使用，通过二者驱动的时间差来达到

2、将重物能量利用最大化的目的。但是，发条在储能和释放能量时都会消耗能量，因而能量利用率不高；并且，如何让弹簧与发条分时驱动也是一个我们始终无法解决的问题；而且，发条在释放能量后还会有阻碍驱动轮转动的问题,要解决这个问题会将小车结构弄得很复杂，因而，我们最终放弃了这种想法。而后，通过联系农村稻麦收割机的启动实例，我们想到了利用飞轮驱动，飞轮驱动结构简单，并且能够很好地解决发条能量释放后阻止驱动轮转动的问题；与此同时，我们也想到了将飞轮与弹簧联合驱动的方案，这种方案能够将能量尽可能地利用，并且只要通过传动比让弹簧驱动给后轮的速率大于飞轮能量释放后后轮的速率，就能让小车平稳前进。但是这个方案仍然存在结

3、构复杂并造成能量消耗打的问题，经过综合考虑权衡，我们最终确定飞轮单独驱动小车的方案。转向方面，我们主要是仿照自行车转向的方案，利用曲柄摇杆机构控制小车自动转向，原理就是“单手握龙头:二.工作原理：主要构件如下图所示，包括驱动后轮、传动齿轮、深沟球轴承、连杆、转向“摇杆”和转向前轮。图1当重物下落时，细绳绕过立杆定滑轮带动驱动后轮上面的绕线轮，驱动中间小齿轮转动驱动后轮前进，同时通过齿轮啮合传动带动曲柄齿轮旋转，通过连杆传动推拉转向“摇杆”带动转向前轮周期性左右转向，从而实现小车在前进过程中自动转向。这样小车便能在重力势能驱动下沿着形路线前进，并能自动绕过障碍物。1）驱动机构原理：主要包括绕线轮

4、、驱动后轮和传动齿轮叱夕，力yZ竹YX*土旷8，土Y夕”，土S夕+X土Y多个夕A叱fX土1年，土Y夕,，夕，文夕，土夕，土Y夕夕”+xS+X，叱Y夕,4叱+XSY夕*SY+X，3，夕的少夕,4叱8”Y+X，土Y图2在重物下落时，通过绕在绕线轮上的细线带动齿轮旋转，齿轮旋转驱动后轮转动，小车便向前行进。当重物完全下落后，小车靠飞轮储存的能量继续前进，直到能量通过车轮摩擦耗散完停止。切v力y）快力切+布切vM力切力力y）希.力yg小卜，力y-R+切+力y+.r今希力）希.切V布切切V多个千y）布切V+切V）布）希，力y+v.”）布,切V分布千V）布力yx，切小卜.+力y+个.力y切vf*切v力y+

5、v力y，切”夕切”外，）希，力y）希.，/力V,小车在前进过程中，通过固定在轴上的齿轮旋转从而带动前方的“曲柄”齿轮旋转，通过连杆和转向机构连接。齿轮传动的一个主要作用是通过小轮带大轮实现固定传动比增速和减速，从而使驱动机构和转向机构协调配合。2）转向机构原理：主要包括“曲柄”齿轮、连杆、转向“摇杆”和转向前轮切Y切Y切y夕”切y”切切y夕”切y夕P切夕”切切夕”切y夕”切y夕”切y夕”切y竹天夕”切夕”Q/y”切y夕”切切y夕”切y夕”夕“切y+夕”切y夕”切夕切y夕,夕”切y夕X切y夕”切y+”“y夕”切y夕”夕切y夕Q/y,夕”切y夕夕”切y夕”切y夕”切切y夕”切y夕”切y夕”切y原理

6、是利用“曲柄摇杆机构”的原理，其中“曲柄”齿轮、转向“摇杆”分别是该曲柄摇杆机构的曲柄和摇杆。齿轮传动带动前方“曲柄”齿轮旋转，当连杆和“曲柄”齿轮连接点处于图4中C、D点时;图5中转向“摇杆”处于C(D)线处，前轮指向正前方，此时小车能直行；当连杆和圆轮连接点处于图4中A点时，通过连杆将转向“摇杆”向后拉，转向“摇杆”顺时针转过力角，图5中转向“摇杆”处于A线处，前轮指向右前方与宜行线成6角，此时小车能向右转；当连杆和圆轮连接点处于图4中B点时，通过连杆将转向“摇杆”向前推，转向“摇杆”逆时针转过。角，图5中转向“摇杆”处于B线处,前轮指向左前方与直行线成()角，此时小车能向左转。在一个周期

7、内小车能自动转向2次。初始时连接点处于B点，此时小车前轮左偏。角，小车前进经四分之一周期运动到左侧最外端，此时转向前轮指向正前方，小车继续前进，以后过程中小车周期性转向前进，路线如下图(图6)所示。三.设计组图:(1)UG三维立体组图:“小”个个令yxze+v*+V*4Vy.AAZ.Aw.土，/W”M、叱，+v*w令Y/W力yMZ令Yyz”M、个”RAz.”M、土Yyz*+“”M、土，f叱，Y*+*+Vf”+V”个个eyz”M、M、f、”M、*+”f、”M、土，w叱，（2）、CAD整体图:图io（俯视图）图11（主视图）四.尺寸确定与理论计算:1.部分主要零件尺寸：后轮1：175nmi轮厚5m

8、m中心孔7nmi后轮2：0175mm轮厚5mm中心孔19nmi前轮：ct40mm轮宽5mm中心孔中19mm后轮车轴：07mm长l=180mm连杆：71Tmi长l=80mm车宽180mm车长约238mmdl= 18mmdl = 72mmdl =72mm模数m=l,齿轮1：zl=18齿轮2：zl=72齿轮3：zl=72宽7mm宽7mm宽7mm车高约485mm飞轮半径10mm,400/（&*20）=6.37,6.34*72/18=25.48,25.48/2=12.74mm.预测调整后可跑大于12.74mm。材料选择：后轮前轮及齿轮选择耐磨性能好、硬度高的塑料；后轮车轴、连杆及曲柄摇杆选择普通金属。2

9、、路径的确定:由题目要求知从起点开始每隔1m设置一个障碍物，所以这就要求我们选择合适的路径，通过小组讨论和一些相关计算，我们小组最终认为采用如下正弦曲线为最优方案；如果可以从距离第一个障碍物0.5m出发，那么理论计算路径的选取就更简单，这里主要计算第一种情况。图12（路线图）Y=0.25*Sin（TI*X）T=2m关键点：一方面要让小车经可能多的绕过障碍物；另一方面要满足路径上离障碍物最近的点不与小车相撞（即S0.5倍车宽+0.2障碍物直径），同时函数幅值A要小于1m（即Aln）。通过理论分析与计算，我们小组选择正弦函数Y=0.25*Sin（FI*X）作为小车行进路径。3、齿轮传动比计算：根据

10、路径图可知小车在174内要转过LI/4角度，即曲柄齿轮转过口/4角度，路程为s=J(1+0,252*nA2*cos(fjx)八2,用matlab软件求得：s=0.57m;车轮的周长c=n*dl=0.55m.即是后轮转过1圈，曲柄圆盘转过1/4圈，得传动比i=4.由传动比便可计算出齿轮的相关参数。4、小车前行距离的计算：小车在行进过程中能量通过摩擦生热耗散考虑齿轮摩擦和车轮与地面滚动摩擦，可取摩擦因数f=0.01-0.02小车重量M=重物+载重+自重=1KG+4OOG+600G取小车重量约2-2.5KG所以S=5J/(f*Mg)1520m取圆弧近似计算Cl=n*d=2.2mL=S/Cl*T=7-10m即理论上小车能够前行710m左右。五轴承使用轴承607型号607轴承基本参数新型号607旧型号17NSK607NTNI607FAG607SKF_j607尺寸7x19x6类型深沟球轴承详细类别开式深沟球轴承图14607轴承图纸60000型(00009)开式课海球轴承图153、传动机构如图15,我们利用齿轮传动，一方面齿轮传动能实现精确传动比，通过对齿轮参数的设计确定，我们可以很好地控制小车传动机构的传动比,实现一个减速过程；另一方面转向机构能量从驱动机构分出，从而达到对于小车转向的周期性控制，使小车的前进与转向协调配合。