8字无碳小车的设计与制作毕业设计说明书Word文件下载.doc

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指导教师：

助理指导教师：

二〇一三年六月

摘要

此次毕业设计的课题是“8字无碳小车”。

在设计小车过程中特别注重设计的方法，力求通过对命题的分析得到清晰开阔的设计思路；

作品的设计做到有系统性规范性和创新性；

设计过程中综合考虑材料、加工、制造成本等给方面因素。

我们借鉴了参数化设计、优化设计、系统设计等现代设计发发明理论方法；

采用了MATLAB、PROE等软件辅助设计。

我把小车的设计分为三个阶段：

方案设计、技术设计、制作调试。

通过每一阶段的深入分析、层层把关，是我们的设计尽可能向最优设计靠拢。

方案设计阶段根据小车功能要求我们根据机器的构成（原动机构、传动机构、执行机构、控制部分、辅助部分）把小车分为车架、原动机构、传动机构、转向机构、行走机构、微调机构等六个模块，进行模块化设计。

分别针对每一个模块进行多种方案设计，通过综合对比选择出其中的最优的方案组合。

我们的方案为：

车架采用三角底板式、原动机构采用了锥形轴、传动机构采用齿轮或没有该机构、转向机构采用曲柄连杆+槽轮机构、行走机构采用单轮驱动实现差速、微调机构选用微调螺母螺钉。

其中转向机构利用了调心轴承、关节轴承。

技术设计阶段我们先对方案建立数学模型进行理论分析，利用MATLAB分别进行了能耗规律分析、运动学分析、动力学分析以及灵敏度分析。

从而得到了小车的具体参数和运动规律。

然后应用PROE软件进行了小车实体建模和小车部分运动仿真。

在实体建模的基础之上对每一个零件进行了详细的设计，综合考虑零件材料性能、加工工艺、成本等各种因素。

小车使用的零件大多是是标准件、可以购买，同时除部分要求加工精度高的部分需要特殊的加工外，大多数零件都可以通过手工加工出来。

对塑料可采用切割。

且因为小车受到的力都不大，因此大量采用胶接，这样可简化零件及零件装配。

调试过程会通过微调等方式改变小车参数进行试验，在试验的基础上验证小车运动规律，同时确定小车最优的参数。

关键字：

无碳小车参数化设计软件辅助设计微调机构灵敏度分析

ABSTRACT

Thegraduationdesigntopicis"

eightwordscarbon-freecar"

.Intheprocessofdesignofthecarwithaspecialfocusondesignmethods,strivetobasedontheanalysisofthepropositionhaveclearandopendesignideas;

Workdesigndohavesystemicstandardizationandinnovation;

Consideredinthedesignprocesstofactorssuchasmaterial,processing,manufacturingcost.Wedrawlessonsfromtheparametricdesign,optimizeddesign,systemdesignandothermoderndesigntheoryofinventionmethod;

UsedthesoftwaresuchasMATLAB,PROE,cad.

Iputthecardesigncanbedividedintothreestages:

projectdesign,technicaldesignandproductionofdebugging.Througheverystageofthein-depthanalysis,cengcengbaguan,asfaraspossibletotheoptimaldesignisourdesign.

Schemedesignstageaccordingtothecarfunctionrequiresusbasedonthecompositionofthemachine（primemoverstructure,transmissionmechanism,actuatorandcontrolsection,auxiliarypart）putthecarintotheframe,enginestructure,transmissionmechanism,steeringmechanism,travelmechanism,adjustmentmechanismandsoonsixmodules,carriesonthemodulardesign.Separatelyforeachmoduleforavarietyofschemedesign,throughthecomprehensivecomparisonchoosethecombinationofoptimalsolution.Oursolutionis:

theframeUSEStriangleplatetype,enginestructureadoptedtheconicalshaft,transmissionmechanismadoptsgearornottheinstitutions,steeringmechanismadoptsthecrankconnectingrod+tankwithonewheeldrivewheelmechanism,travelmechanismtoachievedifferential,selectstheadjustmentnutscrewfine-tuningmechanism.Thesteeringmechanismtakesadvantageoftheself-aligningbearings,jointbearings.

Technicaldesignphasewetoplanthroughtheoreticalanalysis,themathematicalmodelisestablishedusingMATLAB,respectively,theruleofenergyconsumptionanalysis,kinematicsanalysis,dynamicsanalysisandsensitivityanalysis.Togetthespecificparametersofthecarandthemotionlaw.ThenusingPROEsoftwareonthecarmovementsimulationentitymodelingandcarparts.Basedonsolidmodelingforeachparthascarriedonthedetaileddesign,consideringthepartsmaterialperformance,processingtechnology,costandotherfactors.

Usedcarpartsaremostlyisstandardparts,canbuy,atthesametime,inadditiontothepartmachiningprecisiondemandingpartneedspecialprocessing,mostofthepartscanbecoveredbythemanualprocessing.Theplasticcanbeused.Andbecausethecarbytheforceisnotlarge,solargewithglue,whichcansimplifythepartsandcomponentsassembly.Debuggingprocesswilltestbyfine-tuningwayssuchaschangingtheparametersofthecar,onthebasisoftheexperimentverifythecarmotionlaw,determinethecaratthesametimetheoptimalparameters.

Keywords:

carbon-freecarparametricdesignsensitivityanalysissoftwareaideddesignfinetuningmechanism

目录

摘要 2

一论述 4

1.1设计布置方案 4

1.2功能设计要求 5

1.3整体方案设计 6

1.4小车的设计方法 6

二方案设计 7

2.1车架 10

2.2原动机构 10

2.3传动机构 10

2.4转向机构 11

2.5行走机构 16

2.6微调机构 18

三技术设计 20

3.1建立数学模型及参数确定 20

3.1.2运动学分析模型 23

3.1.3动力学分析模型 27

3.2整体设计 29

3.3.1整体装配图 29

3.3.2设计过程 30

3.3.3小车的零件设计 38

四小车调试及改进 39

4.1小车调试方法 39

4.2小车改进方法 40

五评价分析 40

5.1小车优缺点 40

5.2自动行走比赛时的前行距离估计 41

5.3改进方向 41

结论 41

参考文献 41

附录A 41

致谢 41

一论述

小车功能设计要求

无碳小车走“8”字形越障的设计

1.1设计布置方案

图1无碳小车示意图

1.2功能设计要求

以重力势能驱动的具有方向控制功能的自行小车。

给定一重力势能，根据能量转换原理，设计一种可将该重力势能转换为机械能并可用来驱动小车行走的装置。

小车在半张标准乒乓球台（长1525mm、宽1370mm）上，绕相距300mm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500mm距离放置在半张标准乒乓球台的中线上，以小车完成8字绕行圈数的多少来综合评定成绩。

见下图二：

图二小车绕行所用乒乓球台及障碍设置图

给定重力势能为4焦耳（取g=10m/s2），用质量为1Kg的重块（50×

65mm，普通碳钢）铅垂下降来获得，落差400±

2mm，重块落下后，重物须被小车承载，并同小车一起运动，不允许掉落。

要求小车在前行过程中完成的一切动作所需的能量均由重力势能转换获得，不可用任何其他的能量形式。

小车要求采用三轮结构（1个转向轮，1个驱动轮，一个从动轮