文档介绍：目录
1 引言 1
小车功能设计要求 1
小车设计思路 1
2 设计方案 2
底板 3
原动机构 4
传动机构 4
转向机构 5
行走机构 6
调节机构 6
3 技术设计 7
功能关系及驱动力矩分析 7
小车轨迹计算 8
9
10
4 小车调试及性能评估 11
5 小车改进方法及评价分析 12
小车的改进方法 13
小车优点 13
小车缺点 12
6 部分装配图 13
7 结论 15
致谢语 15
参考文献 16
附图
1 引言
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。该自行小车在前行时能够自动避开赛道上设置的障碍物(每间隔1米,放置一个直径20mm、高200mm的弹性障碍圆棒)。以小车前行距离的远近、以及避开障碍的多少来综合评定成绩。
给定重力势能为4焦耳(取g=10m/s2),用质量为1Kg的重块铅垂下降来获得,落差400±2mm,重块落下后,须被小车承载并同小车一起运动,不允许掉落。
要求小车前行过程中完成的所有动作所需的能量均由此能量转换获得,不可使用任何其他的能量形式。
小车的设计一定要做到目标明确,通过对命题的分析我们得到了比较清晰开阔的设计思路。作品的设计需要有系统性规范性和创新性。设计过程中需要综合考虑材料、加工、制造成本等给方面因素。
小车的设计是提高小车性能的关键。在设计方法上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Inventor、UG、CAD等软件辅助设计。下面是我们设计小车的流程(如图1)
图1
2设计方案
通过对小车的功能分析小车需要完成重力势能的转换、驱动自身行走、自动避开障碍物。为了方便设计这里根据小车所要完成的功能将小车划分为五个部分进行模块化设计(车架、原动机构、传动机构、转向机构、行走机构、微调机构)。为了得到令人满意方案,采用扩展性思维设计每一个模块,寻求多种可行的方案和构思。下面为我们设计图框(图2)
图2
在选择方案时应综合考虑功能、材料、加工、制造成本等各方面因素,同时尽量避免直接决策,减少决策时的主观因素,使得选择的方案能够综合最优。如图3
图3
底板
底板作为小车的主要支撑部分,承受着整车以及重物的重量,而且由于初始时重物较高,导致整车的重心较高。因此要求车架要具有较大的强度、重心较低,而且便于零件的安装。我们通过考虑到上述要求外,还考虑到整车重量以及加工成本等因素,最终采用整体底板,直接通过加工中心在铝板上进行加工。
原动机构工作原理,重物块下降的势能通过定滑轮传递给绕线轴,绕线轴上的齿轮与传动机构的齿轮啮合,推动整车前进。绕线轴设计为梯形状,如图4所示:
1、小齿轮2、驱动轮3、大齿轮4、绕线轴5、重物6、定滑轮
图4 原动机构简图
根据梯形原理,将绕线轴做成梯形以满足:
在起始时原动轮的转动半径较大,起动转矩大,有利起动。
起动后,绕线轴半径变小,转速提高,转矩变小,和阻力平衡后小车匀速运动。
当物块距小车很近时,绕线轴的半径再次变小,绳子的拉力不足以使原动轮匀速转动,但是由于物块的惯性,仍会减速下降,原动轮的半径变小,总转速比提高,小车缓慢减速,直到停止,物块停止下落,正好接触小车底盘
传动机构
传动机构的功能是把动力和运动传递到转向机构和驱动轮上。要使小车行驶的更远及按设计的轨道精确地行驶,传动机构必需传递效率高、传动稳定、结构简单、重量轻等。
首先,在设计中考虑了齿轮和带轮两种方式。带轮具有结构简单、传动平稳、价格低廉、缓冲吸震等特点,但其效率及传动精度并不高,所以带轮传动不适合本本小车设计。而齿轮具有效率高、结构紧凑、工作可靠、传动比稳定的特点,并且齿轮价格适中。
因此综合实用性、经济性、可靠性等内容,最终选择齿轮传动。如图5
重物 2、连杆3、承重轮4、曲柄5、绕线轮6、大齿轮7、驱动轮 8、小齿轮 9、导向轮10、摇杆11、定滑轮
图5小车传动机构简图
转向机构
转向机构是本小车设计的关键部分,直接决定着小车的功能。转向机构也同样需要具有尽可能的减少摩擦耗能,结构简单,零部件易加工等基本条件。同时还需要有特殊的运动特性,能够将旋转运动转化为满足要求的来回摆动,带动转向轮左右转动从而实现走固定“8”字路线的功能。能实现该功能的机构有:曲柄连杆+摇杆、曲柄摇杆、不完全齿齿轮+曲柄摇杆机构、槽轮机构+摇杆等等。在综合各种方案