【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 [3]郗浩杰 .無(wú)碳小車?yán)@ S 形的創(chuàng)新設(shè)計(jì)與仿真 [J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用， 2020,26： 27. [4]黃濤 .自動(dòng)化小車的無(wú)線遙控駕駛技術(shù)研究 [D].西安電子科技大學(xué) ,2020. （四） 特 色 與 創(chuàng) 新 (1）使用一 級(jí)齒輪傳動(dòng)提高了傳動(dòng)效率，減少了能量損耗，簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)； (2）使用球頭連桿實(shí)現(xiàn)前輪轉(zhuǎn)向，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于調(diào)整； (3）頂部使用帶溝槽的定滑輪固定繩子，而且選用大一點(diǎn)的滑輪通過(guò)改變繞繩數(shù)來(lái)控制重物下落速度，使重物下落更加平穩(wěn)； (4）繞線輪設(shè)計(jì)有大直徑輪，便于小車啟動(dòng)； (5)使用小軸承實(shí)現(xiàn)軸的支撐和定位，傳動(dòng)效率高； (6)小車大多數(shù)零件采用鋁件，便于購(gòu)買和加工； (7)通過(guò)在圓盤上打不同直徑系列的孔，來(lái)實(shí)現(xiàn)改變曲柄長(zhǎng)度，從而配合改變連桿長(zhǎng)度來(lái)調(diào)整小車進(jìn)行變間距行走； (8)使用螺紋旋進(jìn)旋出來(lái)改變連桿有效長(zhǎng)度 ，來(lái)更加精細(xì)的調(diào)整小車行走狀況。 8 （五） 設(shè) 計(jì) 進(jìn) 程 計(jì) 劃 序號(hào) 日期 進(jìn) 安排 1 下達(dá)設(shè)計(jì)任務(wù) 2 思考并確定題目 3 完成開(kāi)題報(bào)告 4 擬定設(shè)計(jì)提綱 5 撰寫(xiě)設(shè)計(jì)初稿、繪制圖紙 6 設(shè)計(jì)修改 7 畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯準(zhǔn)備及答辯工作 審 批 意 見(jiàn) 指導(dǎo)教師（簽名） 2020 年 月 日 指導(dǎo)教師（ 簽名） 2020 年 月 日 9 緒論 第一節(jié) 設(shè)計(jì) 目的 對(duì) “ 無(wú)碳小車 ” 的設(shè)計(jì)能體現(xiàn)綜合性工程能力。內(nèi)容體現(xiàn)“創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力、制造工藝能力、實(shí)際操作能力和工程管理能力”四個(gè)方面要求。 第二節(jié) 設(shè)計(jì)的意義 續(xù)高速增長(zhǎng)的 GDP 在環(huán)境保護(hù)、人類健康和工程安全方面，受到由于不穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來(lái)的潛在威脅，我國(guó)迫切需要將新能源的尋找和利用、工業(yè)發(fā)展無(wú)碳驅(qū)動(dòng)的新時(shí)代課題引入現(xiàn)階段的社會(huì)進(jìn)步中。無(wú)碳小車的研制，具有經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、便利等優(yōu)點(diǎn)，有助于我們找到更為環(huán)保綠色的能源，有利的能 量轉(zhuǎn)化途徑，以及提高能量的利用效率。它將對(duì)傳統(tǒng)能源的逐漸取代有深遠(yuǎn)意義。因此我們?cè)O(shè)計(jì)制作無(wú)碳小車，希望可以找到新的方法來(lái)緩解能源和環(huán)保問(wèn)題。 由于競(jìng)賽要求不斷地提高，無(wú)碳越障小車將越來(lái)越趨向于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，質(zhì)量輕，加工精度高的方向發(fā)展，這樣才能夠讓無(wú)碳小車?yán)@過(guò)更多的障礙物同時(shí)前進(jìn)更遠(yuǎn)的距離，但是隨著加工精度的提高，制作成本也會(huì)相應(yīng)的提高，所以我們應(yīng)該在這中間尋找一個(gè)平衡點(diǎn)。 第三節(jié) 功能 設(shè)計(jì)要求 設(shè)計(jì)一種小車，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)換來(lái)的。給定重力勢(shì)能為 4焦耳（取 g=10m/s2），比賽時(shí)統(tǒng)一用質(zhì)量為 1Kg 的重塊（￠ 5065 mm ，普通碳鋼）鉛垂下降來(lái)獲得，落差 400177。2mm ，重塊落下后，須被小車承載并同小車一起運(yùn)動(dòng)，不允許從小車上掉落。圖 1為小車示意圖。 圖 1 無(wú)碳小車示意圖 10 競(jìng)賽小車在前行時(shí)能夠自動(dòng)交錯(cuò)繞過(guò)賽道上設(shè)置的障礙物。障礙物為直徑 20mm、高 200mm的多個(gè)圓棒，沿直線等距離擺放。以小車前行的距離和成功繞障數(shù)量來(lái)綜合評(píng)定成績(jī)。見(jiàn)圖2。 圖 2 無(wú)碳小車在重力勢(shì)能作用下自動(dòng)行走示意圖 第四節(jié) 整體設(shè)計(jì)要求 無(wú)碳小車 的設(shè)計(jì) 體現(xiàn)了大學(xué)生的創(chuàng)新能力，制作加工能力，解決 問(wèn)題的能力。并在設(shè)計(jì)過(guò)程中需要考慮到材料、加工、制造成本等各方面因素，并且小車具有下列要求： 給定一重力勢(shì)能，根據(jù)能量轉(zhuǎn)換原理，設(shè)計(jì)一種可將該重力勢(shì)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能并可用來(lái)驅(qū)動(dòng)小車行走的裝置。該自行小車在前行時(shí)能夠自動(dòng)避開(kāi)賽道上設(shè)置的障礙物，小車的行走軌跡類似正態(tài)分布的圖形，經(jīng)過(guò)小組成員的一番討論研究，后輪運(yùn)動(dòng)角速度的大小和前輪偏轉(zhuǎn)有周期的關(guān)系才能保證小車的成功越過(guò)障礙。 設(shè)計(jì)大概如下：一條線連著重塊繞過(guò)定滑輪穿越小車主動(dòng)軸上的纏線輪，重塊下降拉動(dòng)線從而使主動(dòng)軸轉(zhuǎn)起來(lái)。曲柄連接在主動(dòng)軸上。前輪的轉(zhuǎn)向通過(guò)曲柄的 運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)。后輪被動(dòng)軸與主動(dòng)軸通過(guò)一定的傳動(dòng)比運(yùn)動(dòng)。這樣的話小車就能運(yùn)動(dòng)起來(lái)并成功的越過(guò)障礙。 （ 1）小車在行走過(guò)程中完成所有動(dòng)作所需的能量均由此給定重力勢(shì)能轉(zhuǎn)換而得，不可以使用任何其他來(lái)源能量。 （ 2）小車具有轉(zhuǎn)向控制機(jī)構(gòu)，且此轉(zhuǎn)向控制機(jī)構(gòu)具有可調(diào)節(jié)功能，以適應(yīng)放有不同間距障礙物的競(jìng)賽場(chǎng)地。 （ 3）小車為三輪結(jié)構(gòu)，具體設(shè)計(jì)、材料選用及加工制作均自主完成。 （ 4） 小車有效的繞障方法為：小車從賽道一側(cè)越過(guò)一個(gè)障礙后，整體穿過(guò)賽道 中線且障礙物不被撞倒（擦碰障礙，但沒(méi)碰倒者，視為通過(guò)）；重復(fù)上述動(dòng)作，直至小車停止。 11 第五節(jié) 設(shè)計(jì)方法 首先， 小車的設(shè)計(jì)一定要做到目標(biāo)明確，作品的設(shè)計(jì)需要有系統(tǒng)性規(guī)范性和創(chuàng)新性。設(shè)計(jì)過(guò)程中需要綜合考慮材料 、加工 、制造成本等方面因素。其次，為了降低小車的能量損耗，我們?cè)O(shè)計(jì)的小車主要利用齒輪傳動(dòng)，因?yàn)辇X輪的能量利用率達(dá)到 95%，最后，做到控制調(diào)節(jié)路徑的功能，由于齒輪便于安裝等特點(diǎn)，所以也能運(yùn)用齒輪傳動(dòng)達(dá)到目的。 小車的設(shè)計(jì)是提高小車性能的關(guān)鍵。在設(shè)計(jì)方法上我們借鑒了參數(shù)化設(shè)計(jì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)等現(xiàn)代設(shè)計(jì)發(fā) 明理論方法。采用了 Pro/E 等軟件輔助設(shè)計(jì)。 第一章 方案設(shè)計(jì) 通過(guò)對(duì)小車的功能分析小車需要完成重力勢(shì)能的轉(zhuǎn)換、驅(qū)動(dòng)自身行走、自動(dòng)避開(kāi)障礙物。為了方便設(shè)計(jì)這里根據(jù)小車所要完成的功能將小車劃分為六個(gè)部分進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)（車架、原動(dòng)機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)、微調(diào)機(jī)構(gòu)）。為了得到令人滿意方案，采用擴(kuò)展性思維設(shè)計(jì)每一個(gè)模塊，尋求多種可行的方案和構(gòu)思。 第一節(jié) 車架 車架不用承受很大的力，精度要求低?？紤]到重量加工成本等，車架采用 角 鋁板加工制作成。其中三角形結(jié)構(gòu)緊湊但不能攜帶落下的重物、矩形結(jié)構(gòu)平穩(wěn)但材料浪 費(fèi)且增加小車自重，而三角形和矩形綜合能匯集三角形和矩形的優(yōu)點(diǎn)同時(shí)又避免了主要缺點(diǎn)，因此選用 角鋁支架 型。 見(jiàn) 圖 圖 車架 12 第二節(jié) 原動(dòng)機(jī)構(gòu) 原動(dòng)機(jī)構(gòu)的作用是將重塊的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為小車的驅(qū)動(dòng)力。小車對(duì)原動(dòng)機(jī)構(gòu)還有其它的具體要求。 ，不至于小車拐彎時(shí)速度過(guò)大傾翻，或重塊晃動(dòng)厲害影響行走。 ，避免對(duì)小車過(guò)大的沖擊。同時(shí)使重塊的動(dòng)能盡可能的轉(zhuǎn)化到驅(qū)動(dòng)小車前進(jìn)上，如果重塊豎直方向的速度較大，重塊本身還有較多動(dòng)能未釋放，能量利用率不高。 ，在不同的場(chǎng)地小車是需要的動(dòng)力也不一樣。在調(diào)試時(shí)也不知道多大的驅(qū)動(dòng)力恰到好處。因此原動(dòng)機(jī)構(gòu)還需要能根據(jù)不同的需要調(diào)整其驅(qū)動(dòng)力。 ，效率高。而帶輪和鏈輪適用于電機(jī)作為動(dòng)力的機(jī)構(gòu)中。 基于以上分析我們選擇繩輪式原動(dòng)機(jī)構(gòu) 。 第三節(jié) 傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的功能是把動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)傳遞到轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)輪上。要使小車行駛的更遠(yuǎn)及按設(shè)計(jì)的軌道精確地行駛，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)必需傳遞效率高、傳動(dòng)穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單重量輕等。因鏈輪傳動(dòng)成本較高且傳動(dòng)的平穩(wěn)性差，加工復(fù)雜，因此不適合小車的設(shè)計(jì)。帶輪 具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳動(dòng)平穩(wěn)、價(jià)格低廉、緩沖吸震等特點(diǎn)但其效率及傳動(dòng)精度并不高因此不適合本小車設(shè)計(jì)。齒輪具有效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠、傳動(dòng)比穩(wěn)定且塑料此輪成本較低。因此選擇使用齒輪傳動(dòng)。 見(jiàn)圖 圖 傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 13 第四節(jié) 轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu) 自動(dòng)轉(zhuǎn)向裝置 為了能更好的讓小車在預(yù)計(jì)的軌道上行駛，小車的自動(dòng)轉(zhuǎn)向需要考慮到前輪的自動(dòng)轉(zhuǎn)向和后輪的差速轉(zhuǎn)向。所以我們?cè)O(shè)計(jì)了自動(dòng)轉(zhuǎn)向裝置和差速轉(zhuǎn)向裝置。 前輪轉(zhuǎn)向裝置 通過(guò)重物的下落，帶動(dòng)齒輪軸的旋轉(zhuǎn)，利用齒輪軸的旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)前輪的轉(zhuǎn)向。并在齒輪軸上安裝齒輪， 考慮到加工和經(jīng)濟(jì)效益的原因，為了能實(shí)現(xiàn)較大的傳動(dòng)比，需在齒輪的帶動(dòng)下加入一個(gè)定軸齒輪系。在定軸輪系中，其中的一個(gè)齒輪和一連接桿鉸接在一起，連接桿在鉸接上一根直角桿，直角桿放置在水平滑槽中，組成組成水平滑動(dòng)裝置，實(shí)現(xiàn)桿在水平方向上的來(lái)回?cái)[動(dòng)。直角桿的另一端固定在前輪上，這樣隨著隨著直角桿的來(lái)回?cái)[動(dòng)就可以實(shí)現(xiàn)前輪的轉(zhuǎn)動(dòng)。前輪轉(zhuǎn)向示意圖如圖 。其實(shí)，前輪轉(zhuǎn)向裝置分為兩部分，一部分為齒輪的傳動(dòng)達(dá)到一定的傳動(dòng)比，令一部分為齒輪所帶動(dòng)的水平滑動(dòng)機(jī)構(gòu)。 圖 前輪轉(zhuǎn)向示意圖 需要注意的是，直角桿的兩桿連接部位 有一個(gè)滑塊，是為了能讓直角桿做水平運(yùn)功。在齒輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)一圈的時(shí)候，小車行進(jìn)一個(gè)周期，轉(zhuǎn)彎兩次，即直角桿完成一次前后擺動(dòng)即可。并且需要在拐彎時(shí)直角桿擺動(dòng)，在直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，直角桿不動(dòng)。小車前輪不轉(zhuǎn)彎。 見(jiàn)圖 14 圖 前輪滑塊部分 差速轉(zhuǎn)向裝置 我們知道，小車在以弧線段轉(zhuǎn)彎的過(guò)程中，兩后輪的速度是不一樣的，為了能讓小車按照預(yù)期的軌道行駛，我們?cè)O(shè)計(jì)了差速轉(zhuǎn)向裝置。并且，在轉(zhuǎn)彎過(guò)程中，加入了差速轉(zhuǎn)向就會(huì)使能量損耗減小，從而增加小車的行程。差速轉(zhuǎn)向裝置示意圖 見(jiàn)圖 圖 差速轉(zhuǎn)向裝置 第五節(jié) 行走機(jī)構(gòu) 對(duì)于無(wú)碳小車的行走機(jī)構(gòu) 采用 單 輪同步驅(qū)動(dòng) ， 兩輪同步驅(qū)動(dòng)雖然是會(huì)提高地面對(duì)車輪的摩擦力，但是因?yàn)闇p少了差速裝置，也同時(shí)使內(nèi)部摩擦減少?？傮w而言，收到的摩擦力影響較少，所以我們采取 單 齒輪驅(qū)動(dòng) 。 第六節(jié) 微調(diào)機(jī)構(gòu) 微調(diào)機(jī)