以重力勢能驅(qū)動的具有方向控制功能的自行小車設(shè)計

1、第四屆全國大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競賽,以重力勢能驅(qū)動的具有方向控制功能的自行小車,,目錄,一 、論述……………………………………3 1.1 設(shè)計功能要求 1.2 整體方案設(shè)計 1.3 方案的設(shè)計流程二、方案設(shè)計 2.1 車架 2.2 原動機構(gòu) 2.3 傳動機構(gòu) 2.4 控制機構(gòu) 2.5 轉(zhuǎn)向機構(gòu)三、參數(shù)的設(shè)定 3.1 傳動比參數(shù)的設(shè)定 3.2 齒輪模數(shù)、齒數(shù)參數(shù)的設(shè)定 3.3 凸輪的設(shè)計 3.4 其

2、他參數(shù)的設(shè)定四、分析與總結(jié) 4.1 方案的優(yōu)缺點 4.2 方案的改進方向,3,一、論述1.1 設(shè)計功能要求 設(shè)計一種小車，驅(qū)動其行走及轉(zhuǎn)向的能量是根據(jù)能量轉(zhuǎn)換原理，由給定重力勢能轉(zhuǎn)換得到的，該給定重力勢能由競賽時統(tǒng)一使用為質(zhì)量為1kg的標準砝碼（直徑50*60mm碳鋼制作）來獲得，要求砝碼可下降高度為400+2mm,標準砝碼始終由小車承載，不允許從小車上掉落如圖所示,小車在半張標準乒乓球臺（長1525mm.寬1370mm

3、）上繞相距一定距離的兩個障礙沿8字形軌跡繞行，繞行時不可以撞倒障礙物，不可以掉下臺，障礙物為直徑20mm長20mm的2個元棒，相距一定距離在半張標準乒乓球臺的中線上，以小車完成8字繞行圈數(shù)的來綜合評定成績,1.1.1 8字的實現(xiàn)原理,通過凸輪的間歇運動來實現(xiàn)8字形。8字的分解：將8字分解，分解由不同段的運動軌跡曲線組成。由此，我們將曲線分解為半圓及間歇運動曲線組成。后輪只是提供動力：由繩輪帶動軸轉(zhuǎn)動，軸帶動齒輪旋轉(zhuǎn)，驅(qū)

4、動軸帶動后輪的軸旋轉(zhuǎn)，將動力提供給后輪，使之向前運動，再帶動前輪的轉(zhuǎn)動。前輪的運動規(guī)律：后輪再向前運動，帶動轉(zhuǎn)向輪的運動?？梢姾筝喌倪\動和前輪是獨立的，后輪只是提供動力。前輪的轉(zhuǎn)動帶動同軸的齒輪的,的旋轉(zhuǎn)，再通過皮帶輪使之與一對錐齒輪運動，使得豎直方向上的運動轉(zhuǎn)化為水平面上的運動，輸出端的錐齒輪與凸輪之間通過皮帶連接，凸輪的旋轉(zhuǎn)使得推桿做往復(fù)運動。 小

5、車的控制轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)錐齒輪的運動：由輸出的錐齒輪通過帶輪把動力傳到凸輪軸上，使得凸輪軸旋轉(zhuǎn)，凸輪帶動推桿的往復(fù)運動就使得小車按預(yù)定的8字軌跡形軌跡運動。從而實現(xiàn)8字形的運動要求。,1.2 整體方案設(shè)計 通過對小車的功能分析，小車需要成功的將重力勢能轉(zhuǎn)換為動能、驅(qū)動小車自身行走、同時還要能自動避開障礙物。為了方便設(shè)計根據(jù)小車所要完成的任務(wù)將小車劃分為五個部分進行模塊化設(shè)計（車架，原動機構(gòu)、傳動機構(gòu)、轉(zhuǎn)向機構(gòu)、微調(diào)

6、機構(gòu)）。為得到最優(yōu)的設(shè)計方案，現(xiàn)在采用擴展性思維設(shè)計每一個模塊，對每個模塊分塊設(shè)計，在每個模塊中尋求多種可行的方案。并在這些方案構(gòu)思中選擇最有方案。,原動機構(gòu),傳動機構(gòu),轉(zhuǎn)向機構(gòu),控制機構(gòu),車架,二、方案設(shè)計,三、參數(shù)的設(shè)計3.1 傳動比參數(shù)的設(shè)定 繩輪式的原動方式產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動力矩大，不能夠直接帶動驅(qū)動輪使之向前移動，即得采用降速的方式使得有合適的力矩保持正常工作。 軌跡的參數(shù)化：將8字形軌跡近似看成是半

7、圓和正弦曲線組合而成。在cad軟件上模擬小車形的8字形運動軌跡。在cad的模擬下就可得出預(yù)定軌跡的長度。 正弦曲線 圓 8字 我們假定兩個障礙物之間的距離為400+2mm，圓的半徑為200mm，所以八字的曲線長度

8、為： AC段：x^2+y^=400 (x400); DA段: y=0.2cos(2.5*3.14x) (0<x<400);,o,A,B`,C,D,凸輪機構(gòu)的設(shè)計,又因為我們設(shè)定的前輪半徑為R=100mm，所以前輪的傳動比i1為 一個周期的總路程s

9、 前輪的周長C =2387\(100*3.14）=7.5。,其他參數(shù)的確定 傳動比在機械傳動系統(tǒng)中，其始端主動輪與末端從動輪的角速度或轉(zhuǎn)速的比值，機構(gòu)中瞬時輸入速度與輸出速度的比值稱為機構(gòu)的傳動比. （1） 設(shè)定后輪的傳動比i2=2；齒輪的模數(shù)m=1，大齒輪的齒數(shù)為40，小齒輪的齒數(shù)為20. （2） 最大擺腳a=37°·,四.分析

10、與總結(jié),4.1 .1方案的優(yōu)缺點 4.1.1 優(yōu)點：（1）利用繩輪式原動方式，且繞線軸設(shè)計成錐形能夠滿足不同時刻小車所需的驅(qū)動力，機構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)。 （2）傳動機構(gòu)為齒輪和帶輪傳動。工作可靠.使用壽命長，傳動效率高。 （3）轉(zhuǎn)向機構(gòu)為凸輪加+搖桿，加工容易，潤滑好，精度高。