以重力勢(shì)能驅(qū)動(dòng)的具有方向控制功能的自行小車(chē)設(shè)計(jì)

1、第四屆全國(guó)大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競(jìng)賽,以重力勢(shì)能驅(qū)動(dòng)的具有方向控制功能的自行小車(chē),,目錄,一 、論述……………………………………3 1.1 設(shè)計(jì)功能要求 1.2 整體方案設(shè)計(jì) 1.3 方案的設(shè)計(jì)流程二、方案設(shè)計(jì) 2.1 車(chē)架 2.2 原動(dòng)機(jī)構(gòu) 2.3 傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 2.4 控制機(jī)構(gòu) 2.5 轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)三、參數(shù)的設(shè)定 3.1 傳動(dòng)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(jì) 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(diǎn) 4.2 方案的改進(jìn)方向,3,一、論述1.1 設(shè)計(jì)功能要求 設(shè)計(jì)一種小車(chē)，驅(qū)動(dòng)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(shì)能轉(zhuǎn)換得到的，該給定重力勢(shì)能由競(jìng)賽時(shí)統(tǒng)一使用為質(zhì)量為1kg的標(biāo)準(zhǔn)砝碼（直徑50*60mm碳鋼制作）來(lái)獲得，要求砝碼可下降高度為400+2mm,標(biāo)準(zhǔn)砝碼始終由小車(chē)承載，不允許從小車(chē)上掉落如圖所示,小車(chē)在半張標(biāo)準(zhǔn)乒乓球臺(tái)（長(zhǎng)1525mm.寬1370mm

3、）上繞相距一定距離的兩個(gè)障礙沿8字形軌跡繞行，繞行時(shí)不可以撞倒障礙物，不可以掉下臺(tái)，障礙物為直徑20mm長(zhǎng)20mm的2個(gè)元棒，相距一定距離在半張標(biāo)準(zhǔn)乒乓球臺(tái)的中線上，以小車(chē)完成8字繞行圈數(shù)的來(lái)綜合評(píng)定成績(jī),1.1.1 8字的實(shí)現(xiàn)原理,通過(guò)凸輪的間歇運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)8字形。8字的分解：將8字分解，分解由不同段的運(yùn)動(dòng)軌跡曲線組成。由此，我們將曲線分解為半圓及間歇運(yùn)動(dòng)曲線組成。后輪只是提供動(dòng)力：由繩輪帶動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，軸帶動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn)，驅(qū)

4、動(dòng)軸帶動(dòng)后輪的軸旋轉(zhuǎn)，將動(dòng)力提供給后輪，使之向前運(yùn)動(dòng)，再帶動(dòng)前輪的轉(zhuǎn)動(dòng)。前輪的運(yùn)動(dòng)規(guī)律：后輪再向前運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)轉(zhuǎn)向輪的運(yùn)動(dòng)?？梢?jiàn)后輪的運(yùn)動(dòng)和前輪是獨(dú)立的，后輪只是提供動(dòng)力。前輪的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)同軸的齒輪的,的旋轉(zhuǎn)，再通過(guò)皮帶輪使之與一對(duì)錐齒輪運(yùn)動(dòng)，使得豎直方向上的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為水平面上的運(yùn)動(dòng)，輸出端的錐齒輪與凸輪之間通過(guò)皮帶連接，凸輪的旋轉(zhuǎn)使得推桿做往復(fù)運(yùn)動(dòng)。 小

5、車(chē)的控制轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)錐齒輪的運(yùn)動(dòng)：由輸出的錐齒輪通過(guò)帶輪把動(dòng)力傳到凸輪軸上，使得凸輪軸旋轉(zhuǎn)，凸輪帶動(dòng)推桿的往復(fù)運(yùn)動(dòng)就使得小車(chē)按預(yù)定的8字軌跡形軌跡運(yùn)動(dòng)。從而實(shí)現(xiàn)8字形的運(yùn)動(dòng)要求。,1.2 整體方案設(shè)計(jì) 通過(guò)對(duì)小車(chē)的功能分析，小車(chē)需要成功的將重力勢(shì)能轉(zhuǎn)換為動(dòng)能、驅(qū)動(dòng)小車(chē)自身行走、同時(shí)還要能自動(dòng)避開(kāi)障礙物。為了方便設(shè)計(jì)根據(jù)小車(chē)所要完成的任務(wù)將小車(chē)劃分為五個(gè)部分進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)（車(chē)架，原動(dòng)機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、微調(diào)

6、機(jī)構(gòu)）。為得到最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案，現(xiàn)在采用擴(kuò)展性思維設(shè)計(jì)每一個(gè)模塊，對(duì)每個(gè)模塊分塊設(shè)計(jì)，在每個(gè)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(dòng)機(jī)構(gòu),傳動(dòng)機(jī)構(gòu),轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu),控制機(jī)構(gòu),車(chē)架,二、方案設(shè)計(jì),三、參數(shù)的設(shè)計(jì)3.1 傳動(dòng)比參數(shù)的設(shè)定 繩輪式的原動(dòng)方式產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩大，不能夠直接帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)輪使之向前移動(dòng)，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(chē)形的8字形運(yùn)動(dòng)軌跡。在cad的模擬下就可得出預(yù)定軌跡的長(zhǎng)度。 正弦曲線 圓 8字 我們假定兩個(gè)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(zhǎng)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(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì),又因?yàn)槲覀冊(cè)O(shè)定的前輪半徑為R=100mm，所以前輪的傳動(dòng)比i1為 一個(gè)周期的總路程s

9、 前輪的周長(zhǎng)C =2387\(100*3.14）=7.5。,其他參數(shù)的確定 傳動(dòng)比在機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中，其始端主動(dòng)輪與末端從動(dòng)輪的角速度或轉(zhuǎn)速的比值，機(jī)構(gòu)中瞬時(shí)輸入速度與輸出速度的比值稱(chēng)為機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比. （1） 設(shè)定后輪的傳動(dòng)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(diǎn) 4.1.1 優(yōu)點(diǎn)：（1）利用繩輪式原動(dòng)方式，且繞線軸設(shè)計(jì)成錐形能夠滿足不同時(shí)刻小車(chē)所需的驅(qū)動(dòng)力，機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)。 （2）傳動(dòng)機(jī)構(gòu)為齒輪和帶輪傳動(dòng)。工作可靠.使用壽命長(zhǎng)，傳動(dòng)效率高。 （3）轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)為凸輪加+搖桿，加工容易，潤(rùn)滑好，精度高。