文档介绍：无碳小车设计说明书
第三届全国大学生工程训练综合能力
竞赛
参赛者:陈文李志文黄素昕指导老师:廖志良
摘要
第三届全国大学生工程训练综合能力竞赛命题主题为“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PROE等软件辅助设计。
我们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、调节部分)把小车分为车架、原动机构、传动机构、转向机构、行走机构、调节机构六个模块,进行模块化设计。分别针对每一个模块进行多方案设计,通过综合对比选择出最优的方案组合。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、行走机构采用
单轮驱动实现差速、调节机构采用微调螺母螺钉。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,借助MATLAB分别进行了能耗规律分析、运动学分析、动力学分析、灵敏度分析。进而得出了小车的具体参数,和运动规律。接着应用PROE软件进行了小车的实体建模和部分运动仿真。在实体建模的基础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。
小车大多是零件是标准件、可以购买,同时除部分要求加工精度高的部分需要特殊加工外,大多数都可以通过手工加工出来。对于塑料会采用自制的‘电锯’切割。因为小车受力都不大,因此大量采用胶接,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的参数进行试验,在试验的基础上验证小车的运动规律同时确定小车最优的参数。
目录
一、设计要求
二、方案设计
三、技术设计
四、小车的调试
五、评价分析
一、设计要求
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本届竞赛主题为“无碳小车越障竞赛”。
要求经过一定的前期准备后,在比赛现场完成一套符合本命题要求的可运行装置,并进行现场竞争性运行考核。每个参赛作品要提交相关的设计、工艺、成本分析和工程管理4项报告。
:以重力势能驱动的具有方向控制功能的自行小车
设计一种小车,驱动其行走及转向的能量是根据能量转换原理,由给定重力势能转换来的。给定重力势能为4焦耳(取g=10m/s2),竞赛时统一用质量为1Kg的重块(￠50×65 mm,普通碳钢)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,不允许从小车上掉落。图1为小车示意图。
图1: 无碳小车示意图
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。
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。
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。
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竞赛小车在前行时能够自动交错绕过赛道上设置的障碍物。障碍物为直径20mm、高200mm的多个圆棒,沿直线等距离摆放。以小车前行的距离和成功绕障数量来综合评定成绩。见图2。
图2: 无碳小车在重力势能作用下自动行走示意图
二、方案设计
车架不用承受很大的力,精度要求低。考虑到重量加工成本等,车架采用有机塑料加工制作成三角底板式。
原动机构的作用是将重块的重力势能转化为小车的驱动力。能实现这一功能的方案有多种,就效率和简洁性来看绳轮最优。小车对原动机构还有其它的具体要求。,不至于小车拐弯时速度过大倾翻,或重块晃动厉害影响行走。,避免对小车过大的冲击。同时使重块的动能尽可能的转化到驱动小车前进上,如果重块竖直方向的速度较大,重块本身还有较多动能未释放,能量利用率不高。
,在不同的场地小车是需要的动力也不一样。在调试时也不知道多大的驱动力恰到好处。因此原动机构还需要能根据不同的需要调整其驱动力。