【文章內(nèi)容簡介】 考慮到小車在行駛時要求傳動比準確和加工工藝性，將傳動比初步確定為1：6，大齒輪齒數(shù)為96，小齒輪齒數(shù)為16。即帶輪轉(zhuǎn)一圈車輪轉(zhuǎn)6圈，較大的傳動比和后輪直徑可以使小車前進更遠的距離。 齒輪參數(shù)序號模數(shù)齒數(shù)中心孔/mm分度圓直徑/mm厚度/mm大齒輪9620723小齒輪166125為了減輕小車的重量，將大齒輪確定為3mm厚的片齒輪，質(zhì)量為硬鋁。選擇小模數(shù)齒輪可以有效的減小小車前進時的阻力， 模數(shù)太小又會增加制造難度、加工成本和齒輪的使用壽命。所以。齒輪通過軸套與軸配合，這樣可以保證齒輪的軸向和徑向定位。考慮到現(xiàn)有的加工能力，齒輪采用線切割機床進行加工。 各種傳動方式的優(yōu)缺點傳動方式優(yōu)點缺點齒輪傳動齒輪傳動平穩(wěn)，傳動比精確，工作可靠、效率高、壽命長，使用的功率、速度和尺寸范圍大。要求較高的制造和安裝精度，成本較高；不適宜遠距離兩軸之間傳動鏈傳動和齒輪傳動比較,它可以在兩軸中心相距較遠的情況下傳遞運動和動力。能在低速、重載和高溫條件下及灰土飛揚的不良環(huán)境中工作。和帶傳動比較,它能保證準確的平均傳動比,傳遞功率較大,且作用在軸和軸承上的力較小。傳遞效率較高,～鏈條的鉸鏈磨損后,使得節(jié)距變大造成脫落現(xiàn)象。帶傳動結(jié)構(gòu)簡單,適用于兩軸中心距較大的傳動場合。傳動平穩(wěn)無噪聲,能緩沖、吸振。過載時帶將會在帶輪上打滑,可防止薄弱零部件損壞,起到安全保護作用不能保證精確的傳動比；帶輪材料一般是鑄鐵等；質(zhì)量較大蝸桿渦輪傳動有比較大的傳動比，非常緊湊的結(jié)構(gòu)；傳動平穩(wěn)；噪聲小； 能夠自鎖；傳動摩擦損失比較大，效率也很低，不適合傳遞大功率和長期連續(xù)工作；成本比較大；蝸桿傳動置適用傳動比大；傳遞功率低得機械上 傳動軸的設(shè)計由于小車是一級齒輪組傳動，曲柄連桿搖桿機構(gòu)導(dǎo)向，所以我們只需要兩根傳動軸，這樣既減輕了小車的質(zhì)量又減小了傳動誤差。兩根傳動軸的材料選用硬鋁，采用階梯軸的方式對軸上零件進行軸向定位，另外利用軸套對齒輪，繞繩輪，曲柄盤和后輪進行徑向定位。 軸上零件的布置兩根傳動軸的中心距a的計算。 導(dǎo)向機構(gòu)的設(shè)計導(dǎo)向機構(gòu)的選擇是無碳小車設(shè)計的關(guān)鍵部分，這直接決定著無碳小車的使用功能。導(dǎo)向機構(gòu)的結(jié)構(gòu)也同樣需要盡可能的減少摩擦和耗能，機構(gòu)結(jié)構(gòu)必須要簡單，零部件已獲得等基本條件，另外還需要有特殊的運動特性。該機構(gòu)的功能要求能夠?qū)⑿D(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為滿足校車轉(zhuǎn)向基本要求的來回擺動，帶動前輪輪來回轉(zhuǎn)動以實現(xiàn)拐彎避過障礙物的功能。根據(jù)題意，小車在前行時要求能夠自動避開賽道上每間隔1米，放置的一個直徑20mm、高200mm的彈性障礙圓棒，說明小車行駛的路線是周期性變化的。根據(jù)《機械設(shè)計》所學(xué)知識，只要能實現(xiàn)周期性運動的機構(gòu)均可實現(xiàn)這個動作，所以平面四連桿機構(gòu)、曲柄搖桿機構(gòu)、渦輪蝸桿機構(gòu)、圓柱凸輪、端面凸輪等均可。但是考慮到各種機構(gòu)的優(yōu)點和缺點，以及加工的工藝，難易程度和制造成本，我們必須對小車的導(dǎo)向機構(gòu)進行正確的選擇。選擇要求是穩(wěn)定性好，導(dǎo)向精度高加工方便等。于是我們對主要的導(dǎo)向機構(gòu)做了分析。（1）凸輪機構(gòu)，凸輪是具有一定曲線輪廓或凹槽的構(gòu)件，凸輪運動時，可以使從動件獲得連續(xù)或不連續(xù)的任意預(yù)期往復(fù)運動。優(yōu)點：該機構(gòu)只需設(shè)計適當(dāng)?shù)耐馆嗇喞憧勺審膭蛹玫饺我獾念A(yù)期運動，而且考慮到運動的對稱性，我們將可以將凸輪設(shè)計成外凸輪，他的形狀應(yīng)該為一個橢圓，這樣加工可以比較簡單。而且可以省去了中間環(huán)節(jié)，另外還可以簡化機構(gòu)，提高傳遞效率。在條件允許下，可以采用此結(jié)構(gòu)。缺點：凸輪輪廓的加工要求的精度相當(dāng)高，一旦磨損變形，則不能達到預(yù)期運動軌跡，另外由于凸輪機構(gòu)無法微調(diào)，磨損后直接報廢，間這樣就接提高了校車的成本。因此建議如果沒有更適合機構(gòu)，可選擇此機構(gòu)。（2）曲柄連桿搖桿機構(gòu)優(yōu)點：運動副單位面積所受壓力較小，且面接觸便于潤滑，故磨損減小，制造方便，已獲得較高精度；兩構(gòu)件之間的接觸是靠本身的幾何封閉來維系的，它不像凸輪機構(gòu)有時需利用彈簧等輔助力封閉來保持接觸。缺點：一般情況下只能近似實現(xiàn)給定的運動規(guī)律或運動軌跡，且設(shè)計較為復(fù)雜；當(dāng)給定的運動要求較多或較復(fù)雜時，需要的構(gòu)件數(shù)和運動副數(shù)往往比較多，這樣就使機構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工作效率降低；不僅發(fā)生自鎖的可能性大，而且機構(gòu)運動規(guī)律對制造、安裝誤差的敏感性爺比較大；機構(gòu)中做平面復(fù)雜運動和作往復(fù)運動的構(gòu)件所長生的慣性力難以平衡，在高速時將引起較大的振動和動載荷，故連桿機構(gòu)常用于速度較低的場合。小車在前行時要求能夠自動避開賽道上間隔1米，放置的一個直徑20mm、高200mm的彈性障礙圓棒，小車行駛的路線是周期性變化的，根據(jù)《機械設(shè)計基礎(chǔ)》所述，只要能實現(xiàn)周期性運動的機構(gòu)均可實現(xiàn)這個動作。我們最初選用的是雙凸輪機構(gòu)，凸輪機構(gòu)的從動件分別連接在前輪軸上的左右側(cè)，兩個凸輪安裝在后輪軸上，起始角度相差180176。，以此達到前輪轉(zhuǎn)向的目的。但是凸輪形狀不易確定，需在實際運動中進行校正，工作量太大；高副接觸，摩擦力大，使小車轉(zhuǎn)向不穩(wěn)定，不容易控制；同時高副接觸也使凸輪容易磨損，穩(wěn)定性不高。另外還考慮了使用圓柱凸輪的方案，但因其車身寬度、傳動比的限制，使其轉(zhuǎn)向擺角不大，且成型后不易再改進等原因未被采納。最終，我們選擇了曲柄連桿搖桿機構(gòu)，搖桿以前叉中心為擺動中心，連桿一端與曲柄連接，另一端在固定于車架上的關(guān)節(jié)球軸承，并推動搖桿擺動，帶動前輪轉(zhuǎn)向。在設(shè)計時主要通過減少曲柄長度，增大連桿長度，來使搖桿擺動加速、減速對稱，從而使小車走光滑對稱的“S”型路線。為了調(diào)試時便于調(diào)整，曲柄搖桿機構(gòu)的曲柄、連桿長度都可以調(diào)整。以調(diào)整小車行駛時軌跡振幅的大小。兩后輪在小車避障轉(zhuǎn)彎處行駛路徑不等，依據(jù)三輪車的驅(qū)動原理，我們選擇采用單邊驅(qū)動的方式使小車實現(xiàn)轉(zhuǎn)向。根據(jù)比較各種導(dǎo)向機構(gòu)的有點和缺點，并結(jié)合學(xué)校的實際情況，我們選擇曲柄連桿搖桿機構(gòu)作為無碳越障小車的導(dǎo)向機構(gòu)。盡管安裝苦難，但是通過長時間的調(diào)試，我們依然能夠很準確的找到使小車繞過不同間距障礙物的連桿長度。而且由于曲柄連桿搖桿機構(gòu)的曲柄調(diào)節(jié)特別方便，所以實際花去的總時間也和其他導(dǎo)向機構(gòu)相差不大。對于曲柄搖桿機構(gòu)，在設(shè)計時為了便于調(diào)試，曲柄、連桿長度均可以調(diào)整。而且在設(shè)計時，為了減少急回特性的影響，我們采取了增大搖桿長度，減小曲柄長度。由于該機構(gòu)為空間機構(gòu)，我們把機構(gòu)通過球面副連接。根據(jù)市面上現(xiàn)有的標準球面副，為了保證小車的質(zhì)量輕便，在零件的選擇上就要首選質(zhì)量輕，體積小的零件。通過對一些五金店的產(chǎn)品進行比較，我們選擇和桿端關(guān)節(jié)軸承SA3T/K POSA3T/K球頭直徑3mm外螺紋正牙作為連接連桿，曲柄和搖桿三者的運動副。兩種關(guān)節(jié)軸承的球孔均為3mm。連桿應(yīng)具備使關(guān)節(jié)軸承在軸上固定并可調(diào)節(jié)位置的功能。因此連桿使用3mm的自行車條幅，兩端用板牙車絲。 小車導(dǎo)向機構(gòu)三維模型 行走機構(gòu)的設(shè)計 行走機構(gòu)方案的選擇由于小車是沿著曲線前進的，后輪必定會產(chǎn)生差速。對于后輪可以采用雙輪同步驅(qū)動，雙輪差速驅(qū)動，單輪驅(qū)動。（1）雙輪同步驅(qū)動雖然行走比較穩(wěn)定，但在轉(zhuǎn)彎時，外輪會與地面產(chǎn)生滑動，我們都知道滑動摩擦遠比滾動摩擦更加損耗能量，同時小車前進受到過多的約束，無法確定其軌跡，不能夠有效避免碰到障礙，故不選擇此驅(qū)動。（2）雙輪差速驅(qū)動可以避免雙輪同步驅(qū)動出現(xiàn)的問題，可以通過差速器或單向軸承來實現(xiàn)差速。差速器涉及到最小能耗原理，能較好的減少摩擦損耗，同時能夠?qū)崿F(xiàn)滿足要運動。單向軸承實現(xiàn)差速的原理是但其中一個輪子速度較大時便成為從動輪，速度較慢的輪子成為主動輪，這樣交替變換著。但由于單向軸承存在側(cè)隙，在主動輪從動輪切換過程中出現(xiàn)誤差導(dǎo)致運動不準確，但影響有多大會不會影響小車的功能還需進一步分析。（3）單輪驅(qū)動即只利用一個輪子作為驅(qū)動輪，一個為導(dǎo)向輪，另一個為從動輪。就如一輛兒童自行車外加兩個車輪，既保證了前進，我保證了初學(xué)者能在一個比較穩(wěn)定的環(huán)境下騎車。從動輪與驅(qū)動輪間的差速依靠與地面的運動約束確定的。其效率比利用差速器高，但前進速度不如差速器穩(wěn)定，傳動精度比利用單向軸承高。小車的前進方式有單輪驅(qū)動和雙輪驅(qū)動兩種。由于小車的軌跡為正弦曲線，所以兩后輪一個周期行駛的距離不等，所以需要采用單輪驅(qū)動。最先考慮采用在后輪軸上安裝差速器，兩輪交替單獨驅(qū)動，在原理上不存在問題，但差速器加工困難，網(wǎng)上可以買差速器，但必須設(shè)計與后輪連接的部分，增加了制造零件的個數(shù)、這部分的制造精度要求也較高，增加了整個小車的成本。而且實際運行時轉(zhuǎn)向機構(gòu)出現(xiàn)了精度過高不宜調(diào)整的問題，不滿足單件生產(chǎn)的精確性和大批量生產(chǎn)的流水作業(yè)；調(diào)整為一根后輪軸裝兩個后輪，采用單邊為主動輪驅(qū)動，前輪受轉(zhuǎn)向機構(gòu)控制而轉(zhuǎn)向，在未排除其他機構(gòu)的機械調(diào)試影響之前行駛路線稍顯不穩(wěn)定，反復(fù)的試驗后證明該方法簡單有效。