【正文】 無碳小車功能設計要求 ............................................... 10 無碳小車的整體設計要求 ............................................. 11 無碳小車的設計方法 ................................................. 12 第 3 章 無碳小車結(jié)構(gòu)方案的設計 ........................................... 13 整體方案分析 ....................................................... 13 局部方案的技術分析 ................................................. 14 驅(qū)動機構(gòu) ................................................... 14 傳動機構(gòu) ................................................... 15 轉(zhuǎn)向機構(gòu) ................................................... 16 行走機構(gòu) ................................................... 17 微調(diào)機構(gòu) ................................................... 17 無碳小車車體分析 ........................................... 17 方案草圖的建立及原理 ............................................... 18 無碳小車材料選擇 ................................................... 19 第 4 章 無碳小車運行理論計算基礎 ......................................... 19 無碳小車參數(shù)的確定 ................................................. 19 無碳小車運行軌跡理論參數(shù)分析 ................................ 19 第 2 頁 共 64 頁 動態(tài)力分析 ...................................................19 傳動機構(gòu)及行走機構(gòu)參數(shù)確定 ...................................21 轉(zhuǎn)向機構(gòu)參數(shù)的確定 ..........................................22 第 5章 建立小車的虛擬樣機模型 ............................................25 無碳小車的整體虛擬樣機模型 .........................................25 無碳小車主要結(jié)構(gòu) 3D模型 ............................................28 第 6章 無碳小車 Pro/e 動態(tài)運動仿真與優(yōu)化 ..................................31 Pro/e 機構(gòu)運動分析模塊功能 ..........................................31 無碳小車動態(tài)運動仿真的流程圖： .....................................33 無碳小車動態(tài)運動仿真 ...............................................34 無碳小車理想狀態(tài)動態(tài)仿真 .....................................34 無碳小車的優(yōu)化設計 .................................................44 無碳小車仿真優(yōu)化設計后數(shù)據(jù)結(jié)果 .....................................46 第 7章 設計總結(jié) ..........................................................48 分析設計仿真過程的失誤 .............................................48 實際樣機的展望 .....................................................48 無碳小車的應用意義 .................................................49 參考文獻 .................................................................50 致謝 .....................................................................51 第 3 頁 共 64 頁 摘要 ： 本次畢業(yè)設計課題要求是設計一個節(jié)約型能源的綠色無碳小車，無碳小車的設計與制作，重在倡導無碳的行為。本次設計主要采用機械系統(tǒng)設計方法進行形體分析和設計，在對設計任務和目的總體把握的情況下，綜合考慮材料、加 工工藝、制造成本等方面的影響因素。整體的方案如下： 驅(qū)動機構(gòu) ： 錐形軸 傳動機構(gòu) ： 單級圓柱直齒輪 轉(zhuǎn)向機構(gòu) ： 正弦機構(gòu) +搖桿 行走機構(gòu)：單輪驅(qū)動 微調(diào)機構(gòu) ： 滑槽式 車體 ： 三角形 為了使小車在行駛過程中更穩(wěn)，前進距離更遠，采用仿真優(yōu)化設計的方法對小車的外形尺寸進行優(yōu)化，利用 Pro/e 仿真軟件模擬無碳小車在自然重力作用和合外力（地面滾動摩擦阻力、內(nèi)部連接摩擦力 ）作用下 ， 小車在地面上能夠運行的最遠軌跡 ， 并分析影響小車運動性能的關鍵因素 ，進而優(yōu)化出更好的結(jié)構(gòu)方案，然后加以改進，使小車的運行軌跡更加穩(wěn)定，直線性更好。 The simulation optimization technique 第 6 頁 共 64 頁 設計背景和研究意義 設計背景 能源枯竭是目前世界各國面臨的嚴峻問題之一 ， 這也成為制約部分地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展的首要因素 。同時，由于我國人口眾多，能源人均量相對匱乏，針對目前形勢的需要，我國正努力往資源節(jié)約型和環(huán)境友好型的社會主義道路前進。此次無碳小車的設計制造意義在把綠色能源的應用層面推向更深一層。討論太陽能利用技術及其發(fā)展趨勢 ,對太陽能利用的理論研究和實踐研究的太陽能利用率具有重要的意義 。 太陽能熱水器也稱為太陽能熱水系統(tǒng) ， 實現(xiàn)熱水器功能的兩個關鍵技術在于 “ 集熱器 ” 和 “ 儲熱水箱 ”。它的工作方式主要有兩種形式：首先實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的功能，再利用電力驅(qū)動制冷系統(tǒng)工作，這種工作方式原理比較簡單、易于實現(xiàn)，而且成本高。 重力勢能的應用實例 對于勢能的利用，從古代一直延至今日。步入現(xiàn)代文明，科技發(fā)展快速，對于勢能的研究也取到了很大的成果，使得勢能的應用逐漸走入我們的日常生活，給我們生活提供方便的同時也凈化了環(huán)境。這種重力電燈只有在有星球萬有引力的地方方才可以使用，并能持續(xù)照明大約 30 分鐘左右。 3. 利用 重力勢能為自動扶梯節(jié)約電能 自動扶梯 的上行和下行是獨立運行的，這樣在下行的過程中重力勢能就完全浪費了，而且還要能量來控制下行的勢能。自動扶梯的安全性能也沒用發(fā)生變化。針對這類能源浪費的現(xiàn)象，我們采取巧妙的措施，在循環(huán)水系統(tǒng)中引入“重力勢能轉(zhuǎn)換節(jié)約電能裝置”，減少了不必要能源浪費。 無碳小車功能設計要求 圖 11 無碳小車示意圖 第 11 頁 共 64 頁 圖 12 無碳小車運行軌跡圖 如上圖 11小車示意圖： 根據(jù)能量守恒定律 ， 給一定重力勢能 （ 用 普通碳鋼的重塊，質(zhì)量為 1kg，鉛垂下落差為 400mm 來獲得） ， 設計一種 “ 以重力勢能驅(qū)動具有方向控制功能的無碳小車 ”，該小車能夠在行駛的過程中有規(guī)律避開水平的平面上每隔 1 米設置一個彈性圓棒障礙物（如上圖 2 小車運行軌跡圖） 。 無碳小車的整體設計要求 小車設計過程中需要完成的任務分解：機械結(jié)構(gòu)設計，數(shù)學建模，實體建模，機構(gòu)的動態(tài)仿真和優(yōu)化分析，工藝方案設計，經(jīng)濟成本的分析和工程管理方案的設計。 第 12 頁 共 64 頁 無碳小車的設計方法 首先要明確命題的要求，其次對命題做出詳細的分析得出清晰的設計思路。 如下圖 3是設計小車整體思路及流程 ： 圖 23 無碳小車設計流程圖 第 13 頁 共 64 頁 無碳小車結(jié)構(gòu)方案的設計 整體方案分析 通過對畢業(yè)設計任務要求及目的的剖析，利用發(fā)散性思維方式，把實現(xiàn)小車功能的各種可能方案一一列出，為了方便設計，可以將能實現(xiàn)小車功能細分為：驅(qū)動機構(gòu)、傳動機構(gòu)、轉(zhuǎn)向機構(gòu)、行走機構(gòu)、微調(diào)機構(gòu)五個模塊。小車要平穩(wěn)的行走，對于驅(qū)動力矩有一定的要求，在剛剛啟動瞬間，由于受到內(nèi)部和外部靜摩擦力的作用，所需要的啟動力矩比較大，車子平穩(wěn)運行后車子受到總的動摩擦力不變，這時就需要控制驅(qū)動力矩大致等于總的外部阻力。 傳動機構(gòu) 傳動機構(gòu)實現(xiàn)的功能是把能量傳送到后輪和轉(zhuǎn)向機構(gòu) ， 若要使小車運行軌跡更長 ，并按預先設計 的軌跡行走，那么傳動機構(gòu)的傳動效率必須很高，而且結(jié)構(gòu)簡單。 綜上論述 ：從實際情況出發(fā)，立足于加工工藝的可行性，選擇齒輪傳動最合適 轉(zhuǎn)向機構(gòu) 轉(zhuǎn)向機構(gòu)的功能是控制小車自動繞障礙物行走，是無碳小車的兩大模塊之一，控制的是正弦運行軌跡的振幅大小。 優(yōu)點 ： 知道從動件的運動規(guī)律后 ， 很快就可以設計出凸輪形狀 ， 而且結(jié)構(gòu)簡單 ， 設計方便 ， 制造容易 （ 線切割加工很快 ）。 3. 曲柄連桿 +搖桿 優(yōu)點 ： 設計計算容易 ， 制造方便 ，可以把曲柄的長度設置成微調(diào)機構(gòu)，從而控制運行軌跡的幅值。 綜上幾種轉(zhuǎn)向機構(gòu)方案的優(yōu)缺點分析可以選擇出最優(yōu)的方案 : 曲柄連桿 +搖桿 （ 曲柄 的回轉(zhuǎn)中心必須和搖桿在同一水平面上）。從加工的難易程度以及經(jīng)濟成本分析應該選擇單輪驅(qū)動比較合適。鑒于轉(zhuǎn)向機構(gòu)采用曲柄連桿 +搖桿方式，所以在曲柄處設置微調(diào) 機構(gòu)比較容易方便。 保證整車的重心