無(wú)碳小車設(shè)計(jì)分析說(shuō)明書(shū)[一等獎(jiǎng)作品](編輯修改稿)
2024-07-26 14:41 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 向等），使小車走一條最優(yōu)的軌跡。微調(diào)機(jī)構(gòu)可以采用下面兩種方式微調(diào)螺母式、滑塊式如圖五圖五 由于理論分析與實(shí)際情況有差距，只能通過(guò)理論分析得出較優(yōu)的方案而不能得到最優(yōu)的方案。因此我們?cè)O(shè)計(jì)了一種機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單的小車，通過(guò)小部分的改動(dòng)便可以改裝成其它方案，再通過(guò)試驗(yàn)比較得到最優(yōu)的小車。三 技術(shù)設(shè)計(jì)技術(shù)設(shè)計(jì)階段的目標(biāo)是完成詳細(xì)設(shè)計(jì)確定個(gè)零部件的的尺寸。設(shè)計(jì)的同時(shí)綜合考慮材料加工成本等各因素。通過(guò)對(duì)小車建立數(shù)學(xué)模型，可以實(shí)現(xiàn)小車的參數(shù)化設(shè)計(jì)和優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高設(shè)計(jì)的效率和得到較優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)在輔助設(shè)計(jì)中的作用。 為了簡(jiǎn)化分析，先不考慮小車內(nèi)部的能耗機(jī)理。設(shè)小車內(nèi)部的能耗系數(shù)為，即小車能量的傳遞效率為。小車輪與地面的摩阻系數(shù)為，理想情況下認(rèn)為重塊的重力勢(shì)能都用在小車克服阻力前進(jìn)上。則有為第i個(gè)輪子對(duì)地面的壓力。為第i個(gè)輪子的半徑。為第i個(gè)輪子行走的距離為小車總質(zhì)量、。四方面考慮。 。下圖為當(dāng)車輪半徑分別為（222mm，70mm），.....mm時(shí)小車行走的距離與小車內(nèi)部轉(zhuǎn)換效率的坐標(biāo)圖（圖六）有上圖六可知滾動(dòng)摩阻系數(shù)對(duì)小車的運(yùn)動(dòng)影響非常顯著，因此在設(shè)計(jì)小車時(shí)也特別注意考慮輪子的材料，輪子的剛度盡可能大，與地面的摩阻系數(shù)盡可能小。同時(shí)可看到小車為輪子提供能量的效率提高一倍小車前進(jìn)的距離也提高一倍。因此應(yīng)盡可能減少小車內(nèi)部的摩擦損耗，簡(jiǎn)化機(jī)構(gòu)，充分潤(rùn)滑。，車輪半徑依次增加10mm時(shí)的小車行走的距離與小車內(nèi)部轉(zhuǎn)換效率的坐標(biāo)圖圖六圖七由圖可知當(dāng)小車的半徑每增加1cm小車便可多前進(jìn)1m到2m。因此在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮盡可能增大輪子的半徑。符號(hào)說(shuō)明：驅(qū)動(dòng)輪半徑齒輪傳動(dòng)比驅(qū)動(dòng)輪A與轉(zhuǎn)向輪橫向偏距驅(qū)動(dòng)輪B與轉(zhuǎn)向輪橫向偏距驅(qū)動(dòng)軸（軸2）與轉(zhuǎn)向輪中心距離曲柄軸（軸1）與轉(zhuǎn)向輪中心距離曲柄的旋轉(zhuǎn)半徑搖桿長(zhǎng)連桿長(zhǎng)軸的繩輪半徑a、驅(qū)動(dòng)：當(dāng)重物下降時(shí)，驅(qū)動(dòng)軸（軸2）轉(zhuǎn)過(guò)的角度為，則有則曲柄軸（軸1）轉(zhuǎn)過(guò)的角度小車移動(dòng)的距離為（以A輪為參考）b、轉(zhuǎn)向：當(dāng)轉(zhuǎn)向桿與驅(qū)動(dòng)軸間的夾角為時(shí)，曲柄轉(zhuǎn)過(guò)的角度為則與滿足以下關(guān)： 解上述方程可得與的函數(shù)關(guān)系式c、小車行走軌跡只有A輪為驅(qū)動(dòng)輪，當(dāng)轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)過(guò)角度時(shí)，如圖：則小車轉(zhuǎn)彎的曲率半徑為小車行走過(guò)程中，小車整體轉(zhuǎn)過(guò)的角度當(dāng)小車轉(zhuǎn)過(guò)的角度為時(shí)，有d、小車其他輪的軌跡以輪A為參考，則在小車的運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系中，B的坐標(biāo)C的坐標(biāo)在地面坐標(biāo)系中，有整理上述表達(dá)式有： 為求解方程，把上述微分方程改成差分方程求解，通過(guò)設(shè)定合理的參數(shù)的到了小車運(yùn)動(dòng)軌跡如（圖六）圖六a、驅(qū)動(dòng)如圖：重物以加速度向下加速運(yùn)動(dòng)，繩子拉力為，有產(chǎn)生的扭矩，（其中是考慮到摩擦產(chǎn)生的影響而設(shè)置的系數(shù)。）驅(qū)動(dòng)輪受到的力矩，曲柄輪受到的扭矩，為驅(qū)動(dòng)輪A受到的壓力，為驅(qū)動(dòng)輪A提供的動(dòng)力，有（其中是考慮到摩擦產(chǎn)生的影響而設(shè)置的系數(shù)）b、轉(zhuǎn)向假設(shè)小車在轉(zhuǎn)向過(guò)程中轉(zhuǎn)向輪受到的阻力矩恒為，其大小可由赫茲公式求得，由于b比較小，故對(duì)于連桿的拉力，有c、小車行走受力分析設(shè)小車慣量為，質(zhì)心在則此時(shí)對(duì)于旋轉(zhuǎn)中心的慣量為（平行軸定理）小車的加速度為：整理上述表達(dá)式得：小車一旦設(shè)計(jì)出來(lái)在不改變其參數(shù)的條件下小車的軌跡就已經(jīng)確定，但由于加工誤差和裝配誤差的存在，裝配好小車后可能會(huì)出現(xiàn)其軌跡與預(yù)先設(shè)計(jì)的軌跡有偏離，需要糾正。其次開(kāi)始設(shè)計(jì)的軌跡也許并不是最優(yōu)的，需要通過(guò)調(diào)試試驗(yàn)來(lái)確定最優(yōu)路徑，著同樣需要改變小車的某些參數(shù)。為了得到改變不同參數(shù)對(duì)小車運(yùn)行軌跡的影響，和指導(dǎo)如何調(diào)試這里對(duì)小車各個(gè)參數(shù)進(jìn)行靈敏度分析。通過(guò)MATLAB編程得到幅值周期方向ibRa1曲柄半徑r1d轉(zhuǎn)向桿的長(zhǎng)連桿長(zhǎng)度單位：m轉(zhuǎn)向輪與曲柄軸軸心距 b=。搖桿長(zhǎng)c=。驅(qū)動(dòng)輪直徑D=。驅(qū)動(dòng)輪A與轉(zhuǎn)向輪橫向偏距a1=驅(qū)動(dòng)輪B與轉(zhuǎn)向輪橫向偏距a2=。驅(qū)動(dòng)軸與轉(zhuǎn)向輪的距離d=。曲柄長(zhǎng)r1=。繩輪半徑r2=需加工的零件：a．驅(qū)動(dòng)軸6061空心鋁合金管。外徑6mm 內(nèi)徑3mmb．車輪聚甲醛板（POM板材）。厚度：8mm，規(guī)格尺寸：600*1200mm：a．單向離合器軸承2個(gè)型號(hào)Bearing Number外型尺寸(mm)FC系列dDFC6K(2)610b．RBL關(guān)節(jié)軸承1個(gè)：SQ 5RSc．調(diào)心球軸承1個(gè)軸承代號(hào)dDB1355196d．深溝球軸承1個(gè)型號(hào)內(nèi)徑(d)外徑(D)R85zz58d．圓柱直齒輪1對(duì)小齒輪：模數(shù)=1，齒數(shù)=15，外徑=17mm，內(nèi)孔=3mm，厚度：大齒輪：模數(shù)=1，齒數(shù)=45，外徑=47mm，內(nèi)徑=10mm，厚度=10mm材質(zhì)：夾布塑料為了進(jìn)一步分析本方案的可行性，我們利用了proe和MATLAB進(jìn)行了動(dòng)態(tài)仿真，詳見(jiàn)視頻。四 小車制作調(diào)試及改進(jìn)詳見(jiàn)工藝分析方案報(bào)告小車的調(diào)試是個(gè)很重要的過(guò)程，有了大量的理論依據(jù)支撐，還必須用大量的實(shí)踐去驗(yàn)證。小車的調(diào)試涉及到很多的內(nèi)容，如車速的快慢，繞過(guò)障礙物，小車整體的協(xié)調(diào)性，小
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