S型无碳小车的设计与实现.docx

S型无碳小车的设计与实现.docx

《S型无碳小车的设计与实现.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《S型无碳小车的设计与实现.docx（24页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

S型无碳小车的设计与实现

毕业设计（论文）

无碳小车的设计与实现

教学单位：

机电工程学院

专业名称：

机械设计制造及其自动化

学号：

学生姓名:

指导教师:

指导单位：

机电工程学院

完成时间：

2016年3月20日

ＸＸＸＸ学院教务处制发

无碳小车的设计与实现

摘要

本文围绕无碳小车的设计，以全国大学生工程训练综合能力竞赛的竞赛命题为核心，系统地说明了符合比赛要求的无碳小车从设计构思到参数计算以及最后的加工装配的设计思路和步骤。

主要介绍了无碳小车的机械机构构成、技术参数、零件机械加工工艺、小车零部件的加工方式与加工装配。

无碳小车主要由车体、驱动机构、传动机构、转向机构和微调机构六个机械结构组成，其中转向机构为无碳小车实现行驶S型轨迹的机构，是无碳小车核心机构。

该小车的转向机构根据正弦机构的原理，在正弦机构的基础上优化和修改而来。

而微调机构则是用于调整转向机构的周期，使小车的行驶轨迹能够根据实际需要而改变。

转向机构和微调机构的设计是无碳小车设计最为重要的一部分，是实现竞赛命题的要求的核心机构。

在小车加工调试完成后，经过验证小车的设计与制造符合竞赛命题的性能要求。

通过这次设计，增强了我们的综合能力，并真正能把所学知识真正用在工作和生活中。

关键词:

无碳小车；正弦机构；单轮驱动；机械加工

DesignandImplementationofcarbon-freeVehicle

Abstract

Thispaperfocusesondesignofcarbon-freevehicle,contestofthenationalcompetitionforengineeringtrainingcollegestudentscomprehensiveabilityasthecoresystemthatmeetsthegamerequirements,parametercalculationandcarbon-freevehiclefromdesignconcepttofinaldesignideaandstepsofprocessingandassembling.Introducescarbon-freevehicleformechanicalstructure,technicalparametersandmachiningofparts,carpartsandprocessingmethodandprocessingandAssembly.

Carbon-freevehicleismainlydrivenbythebody,body,transmission,steeringgear,trimmerbodiesconsistsofsixmechanicalstructure,includingsteeringmechanismforcarbon-freecarbodiestoachieves-bend,thatiscarbon-neutralcoretrolleyAgency.Thecar'ssteeringmechanismbasedontheprincipleofsinemechanism,insinemechanismbasedonoptimizationandmodification.Andfine-tuningisusedtoadjustthesteeringmechanismoftheperiod,thecarofcoursecanchangeaccordingtotheactualneed.Steeringmechanismsandfine-tuningmechanismisdesignedtobecarbon-freecardesignisthemostimportantpartofisthecoreinstitutionsmeetthecontestrequirements.

Processinginthecarafterdebuggingiscomplete,provenperformanceofcardesignandmanufacturemeetthecontestrequirements.Throughthisdesignenhancesouroverallabilityandreallycanreallyusewhattheyhavelearnedinworkandinlife.

Keywords:

carbon-freevehicle;sinemechanism;Single-wheeldriving;machining

目录

1绪论4

1.1无碳小车越障竞赛命题要求4

1.2无碳小车越障竞赛环境4

1.3设计和加工思路5

1.4本设计的意义5

2机械结构设计7

2.1车体7

2.2原动机构9

2.3传动机构9

2.4转向机构10

3技术设计13

3.1小车齿轮齿数比的计算13

3.2运动学模型14

3.3后轮半径与绕线轮半径计算15

3.4标准件及其材料件列表15

3.5确定非标准件的零件尺寸16

3.6小车整体装配效果图17

4小车的加工装配以及调试18

4.1需要自行加工的零件及加工方法18

4.1.1使用亚克力板作为加工原材料的工件18

4.1.2使用铝合金作为加工原材料的工件19

4.1.2使用45号钢作为加工原材料的工件19

4.2小车的装配19

4.3小车的调试20

5结果评价分析22

5.1小车设计结果22

5.2小车设计方案的优缺点22

5.3改进方向23

参考文献24

附录1小车数学模型方程25

1绪论

当今社会人类活动对自然的污染越加严重，寻求清洁能源的行动势在必行。

无碳车的概念开始应运而生。

无碳车是一种十分环保的短途代步工具，具有节能、经济、环保的特点。

无碳车的应用和推广对保护环境和人类的可持续发展有重要意义。

全国大学生工程训练综合能力竞赛响应了绿色无碳的社会潮流，提出了无碳小车越障竞赛命题要求，而我们通过设计无碳小车模型，希望可以为无碳小车越障竞赛命题提供一种将重力势能转换为机械能的新思路。

1.1无碳小车越障竞赛命题要求

以重力势能驱动的具有方向控制功能的自行小车作为要求，设计一种小车，由给定重力势能作为能量来源，通过能量转换驱动其行走及转向。

给定重力势能为4焦耳（取g=10m/s2），竞赛时统一使用质量为1Kg的重块（R25×65mm，普通碳钢）作垂直下降来获得，落差400±2mm，重块落下期间，必须由小车承载并与小车一起运动，不允许从小车上掉落。

图1为小车示意简图。

图1-1无碳小车示意简图

设计要求：

（1）要求小车行走过程中完成所有动作所需的能量均由此重力势能转换获得，不可使用任何其他的能量来源。

（2）要求小车具有转向控制机构，且此转向控制机构具有可调节功能，以适应放有不同间距障碍物的竞赛场地。

（3）要求小车为三轮结构，具体设计、材料选用及加工制作均由参赛学生自主完成。

1.2无碳小车越障竞赛环境

竞赛场地有两个，主场地一作为车赛场地，占地2300平米，场地地面为国际室内球类竞赛用标准复合木地板；主场地二作为加工制作装调竞赛场地，配有普车、普铣、数车、数铣和快速成型等比赛用机床，配有钳工工作台和钻床等设施设备。

加工竞赛需要的通用工卡量具由参赛队自带。

1.3设计和加工思路

图1-2无碳小车设计流程图

1.4本设计的意义

本设计主要的工作有：

机械结构设计、数学模型及参数确定、软件仿真，加工工艺的设计，机械加工，装配调试、实地测试。

其中最为重要的是小车机械结构设计中的转向机构的设计，转向机构是无碳小车的核心机构，只有设计好转向机构，才能让小车实现利用重力势能实现转向控制并可以进行微调，并可以行使更远的距离。

通过进行无碳的小车的设计，我们能够在进行无碳小车的设计与实现的过程中加强自己的实践能力、创新意识和合作精神，增加我们对本专业所学知识的理解和认识，提高我们的对机械设计方面的能力，让自己更好巩固和理解大学四年所学的知识，为我们在社会竞争中脱颖而出创造良好的条件。

而设计的最终目标不仅是满足竞赛命题要求，更重要的是：

结合我们所学习的知识，发挥自己想象力，设计并制作出一台仅仅利用重力势能作为驱动，利用正弦机构现实转向控制和微调，可以行驶S型轨迹的无碳小车。

2机械结构设计

本部分主要是说明无碳小车的主要机构，以及该机构的设计思路和该机构的优缺点。

无碳小车的机械结构可以分为车体、原动机构、传动机构、转向机构、和微调机构共五个方面。

其中，车体是小车全部零件的载体、原动机构为小车提供动力、传动机构负责传递原动机构提供的动力、转向机构实现小车有规律的转向、微调机构改变小车行驶轨迹的半径和周期。

2.1车体

对车体结构的设计包括小车底盘，车轮，轴承座等为小车提供安装固定的机械结构的设计。

车体结构作为为无碳小车的上的所有机构提供安装固定的部件，需要具有良好的硬度和较好延展性，密度低，轻便，同时还要易于加工，在加工时不容易变形等特点。

在对比了各种常见的材料的属性后，初步选定使用铝或亚力克作为车体结构的材料。

大多数常见的铝合金都比较的轻便，而且加工容易，但是由于铝合金价格比较高，所以选择铝合金作为小车的主体材料。

而亚克力硬度较大，具有良好的耐冲击性，而且易于加工，对加工精度要求没有铝高，而且价格便宜。

亚克力是脆性比较大的，在较薄的情况下受到冲击时容易折断，所以在设计的时候需要选择好亚克力的厚度，确保部件不会因为受力过大而折断。

经过考虑，放弃了使用铝合金作为车体结构的材料，而选择了亚克力。

小车底盘占小车整体质量比重比较大，而且还承载着大部分的小车零件，需要具备较高的稳定性和保持较轻的质量，所以在设计小车底盘的时候，将底盘部分不需要的面积删减，同时部分镂空，为转向机构和微调机构留下活动空间。

为提高底盘的抗冲击能力，底盘前方外围的角采用了倒圆角处理。

图2-1小车底盘三维图

小车一共有三个车轮，分别为后左轮，后右轮和前轮，三者的设计均不同，前轮为导向轮，后右轮为从动轮，后左轮为驱动轮。

小车的采用单轮驱动，后左轮是驱动轮直接与传动轴相连安装，且使用D字型孔与部分是D字型的轴配合，确保不会空转。

后右轮则是从动轮则是需要安装轴承，来保证始终保持从动，来实现单轮差速。

前轮是导向轮，当正弦机构动作时，它使转向轮按规定的角度摆动，从而保证小车在一定的周期内行走S型轨迹。

图2-2小车正弦机构示意图

为了减少小车的质量，从动轮和驱动轮都在保证性能的前提下，尽可能的减少体积，做了大面积的镂空。

图2-3小车车轮平面图

2.2原动机构

原动机构实际上是将重块竖直下落的重力势能转化为机械能的机构，它的作用是为无碳小车提供所有的能量来源。

同时原动机构需要满足一些设计要求：

（1）保持平衡，在重块下落和小车转向时，不会因为重物的惯性而失稳或翻倒，

（2）机构设计简便，由于小车的空间不足，无法使用过于繁杂的机构，所以机构需要简便牢固，能量转换效率高。

为了兼顾效率、简易与经济，决定采用线轮结构。

重块上系有尼龙线，重块在下落时，拉动尼龙线，尼龙线通过定滑轮将动力传递到安装在主动轴上的绕线轴上，带动主动轴旋转，从而