【文章內(nèi)容簡介】 動，就是把動力和運動傳遞到轉(zhuǎn)向機構(gòu)和驅(qū)動輪上。要使小車行駛的更遠并且按設(shè)計的軌道精確地行駛，傳動機構(gòu)應(yīng)提高傳遞效率高、保證傳動穩(wěn)定、并且使其結(jié)構(gòu)簡單重量輕等同時還要考慮經(jīng)濟性和加工難易程度。最后綜合各方面的因素，設(shè)計出最優(yōu)的傳動機構(gòu)。 常見的傳動機構(gòu)如下： ，直接由動力軸驅(qū)動驅(qū)動輪子和轉(zhuǎn)向機構(gòu)，此種方式效率最高、結(jié)構(gòu)最簡單可減少小車的質(zhì)量。在不考慮其它條件時這是最優(yōu)的方式。但是在此處不適合作小車的傳動。 。帶輪的結(jié)構(gòu)簡單，具有傳動平穩(wěn)、價格低廉、緩沖吸震等特點但是帶輪的傳遞效率效率及傳動精度并不高。小車的傳動精度要求很高，所以帶輪不適合作本小車的傳動機構(gòu)。 、結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠、壽命長、傳動比穩(wěn)定但價格較高，制造與安裝精度要求高，價格昂貴，且不能用于傳動距離較大的場合，分為開 式齒輪、半開式齒輪以及閉式齒輪。因此在第一種方式不能夠滿足要求的情況下優(yōu)先考慮使用齒輪傳動。 綜上的分析，小車的傳動機構(gòu)選用齒輪傳動為最優(yōu)，可保證傳遞的平穩(wěn)性，同時也能保證傳遞精度，是這幾種傳動方式中最好的。 轉(zhuǎn)向機構(gòu)是本無碳小車設(shè)計的關(guān)鍵部分，直接決定著小車的功能能否實現(xiàn)，是小車設(shè)計中的核心。轉(zhuǎn)向機構(gòu)同樣需要盡可能的減少摩擦耗能，這樣才能減少能量損耗，增加能量的利用率，同時要保證盡量使結(jié)構(gòu)簡單機構(gòu)越復(fù)雜，在機構(gòu)中所損失的能量就越多，零部件已獲得等基本條件，同時小車還需要有特殊的運動特性 。能夠把旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為滿足要求的來回周期性的擺動，帶動轉(zhuǎn)向輪向左右轉(zhuǎn)動從而實現(xiàn)拐彎避物障的功能。能實現(xiàn)此種功能的機構(gòu)有：凸輪機構(gòu) +搖桿 +曲柄、曲柄連桿 +搖桿、不完全齒輪 +曲柄 +搖桿，差速轉(zhuǎn)彎等等，棘形輪機構(gòu)。 凸輪 凸輪是一個具有一定曲線輪廓或凹槽的構(gòu)件，凸輪通常為主動件作等速轉(zhuǎn)動，但也可作往復(fù)擺動或者移動，它與推桿配合是想轉(zhuǎn)向。它運動時，通過高副接觸可以使從動件獲得連續(xù)或不連續(xù)的預(yù)期往復(fù)運動，這取決于凸輪的形狀。 凸輪機構(gòu)的最大優(yōu)點：只要適當(dāng)?shù)脑O(shè)計適當(dāng)?shù)耐馆嗇喞€，就可使推桿得到各種預(yù)期的運動規(guī)律 ，而且響應(yīng)快，機構(gòu)簡單緊湊、設(shè)計方便； 缺點：凸輪輪廓線與推桿之間為點接觸、線接觸，易磨損，同時凸輪加工比較困難。 在無碳小車設(shè)計中由于：凸輪輪廓加工相當(dāng)困難，尺寸不能夠?qū)崿F(xiàn)可逆的改變，精度要求高，因此很難保證，重量較大，增加了小車的重量，效率低能量損失大（滑動摩擦），因此不采用。 曲柄搖桿 曲柄搖桿結(jié)構(gòu)較為簡單，但和凸輪一樣有個滑動的摩擦副，因此其效率低。其急回特性導(dǎo)致難以設(shè)計出比較好的機構(gòu)。 差速轉(zhuǎn)彎 差速轉(zhuǎn)彎是利用兩個偏心輪作為驅(qū)動輪，因為兩輪子的角速度一樣但轉(zhuǎn)動半徑不一樣，從而使兩個輪子的速度不 一樣，產(chǎn)生了差速。小車通過差速實現(xiàn)拐彎避障。 差速轉(zhuǎn)彎，是理論上小車能走的最遠的設(shè)計方案。和凸輪同樣，對輪子的加工精度要求很高，加工出來后也無法根據(jù)需要來調(diào)整輪子的尺寸。（由于加工和裝配的誤差是不可避免的） 棘形輪機構(gòu) 圖七：棘形輪機構(gòu) 優(yōu)點：通過棘形輪的間歇性運動，使得小車運動到在描紅部分時，棘輪的帶齒部分未與齒輪嚙合，前輪的轉(zhuǎn)動角度不改變，當(dāng)小車運動到黑線軌跡部分時，棘輪的帶齒部分與齒輪相嚙合，此時小車前輪轉(zhuǎn)向發(fā)生變化，小車進入下一個圓中運動，以此類推，小車不斷地作重復(fù)“ 8”字進行運動。軌跡可以最 大程度優(yōu)化，是理想的轉(zhuǎn)向機構(gòu)。 缺點是裝配精度高，造價高，不太適合低速運動。 槽輪機構(gòu) 圖八：槽輪機構(gòu) 槽輪機構(gòu)由外槽輪機構(gòu)和內(nèi)槽輪機構(gòu)之分，都可以用作平行軸之間的間歇傳動，但前者槽輪與撥盤轉(zhuǎn)向相反，而后者則于轉(zhuǎn)向方向相同。槽輪機構(gòu)一般應(yīng)用在轉(zhuǎn)速不高、要求間歇地轉(zhuǎn)過一定角度的分度裝置中。 槽輪機構(gòu)優(yōu)點：槽輪機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，外形尺寸小，機械效率高，并能較平穩(wěn)的、間歇地進行轉(zhuǎn)位。 缺點：轉(zhuǎn)動時尚存在柔性沖擊，故常常用于速度不太高的場合。 綜合分析后選擇槽輪機構(gòu) +搖桿機構(gòu)作為小車的轉(zhuǎn)向機構(gòu)。 行走機構(gòu)為一個驅(qū)動輪，一個從動輪和一個轉(zhuǎn)向輪，輪子的厚薄，材料和大小有不同，應(yīng)充分考慮。 有摩擦理論知道摩擦力矩與正壓力的關(guān)系為 ??? NM 對于相同的材料 ? 為一定值。 而滾動摩擦阻力 RNRMf ???? ，因此輪子越大小車受到的阻力越小，小車能夠走的更遠。但由于加工問題、材料問題、安裝 問題等等，具體尺寸需要進一步分析確定。 因小車是沿著曲線前進的，所以后輪必定會產(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。 雙輪同步驅(qū)動一定要有有輪子會與地面打滑，由于滑動摩擦系數(shù)遠比滾動摩擦的大，會損失大量能量，同時小車前進受到過多的約束，將無法確定其軌跡，不能夠有效避免障礙物。 雙輪差速驅(qū)動能避免雙輪同步驅(qū)動出現(xiàn)的問題，可以通過差速器或者單向軸承來實現(xiàn)差速驅(qū)動。差速器涉及到了最小能耗原理，能較好的減少摩擦，同時能夠?qū)崿F(xiàn)需要的運動。單向軸承實現(xiàn)差速的原理是其中一個輪子速度較大的便成為從 動輪，速度較慢的輪子成為主動輪，這樣交替變換著做主動輪。但由于單向軸承間存在側(cè)隙，在主動輪從動輪切換過程中會出現(xiàn)誤差導(dǎo)致運動不準(zhǔn)確，是否會對小車的功能產(chǎn)生影響還需進一步分析。 單輪驅(qū)動即只利用其中一個輪子作為驅(qū)動輪，一個作為導(dǎo)向輪，另一個則為從動輪。從動輪與驅(qū)動輪間的差速是依靠與地面的運動約束來確定的。其效率比利用差速器要高，但前進速度卻不如差速器穩(wěn)定，傳動精度也比利用單向軸承高。 綜上所述，行走機構(gòu)的輪子應(yīng)具有恰當(dāng)?shù)某叽?，如果有條件?？赏ㄟ^實驗來確定選用哪種差速的機構(gòu)方案，如果規(guī)則允許可采用單輪驅(qū)動。 一臺完整的機器包括：原動機構(gòu)、傳動機構(gòu)、執(zhí)行部件、控制部分、輔助設(shè)備。微調(diào)機構(gòu)是小車的控制部分。本小車的轉(zhuǎn)向機構(gòu)確定為采用槽輪機 +構(gòu)曲柄連桿 +搖桿方案，但是由于由于加工誤差和裝配誤差的原因，而曲柄連桿機構(gòu)對于裝配誤差以及加工誤差都很敏感，因此就一定要加上微調(diào)機構(gòu)，進行調(diào)整從而對誤差進行修正改進，對小車行走路線進行矯正。這是使用微調(diào)機構(gòu)的一個最重要的原因。另一方面：通過可使用微調(diào)機構(gòu)來矯正小車的軌跡，如幅值、周期、方向等因素，使小車走一條最佳的運動軌跡。所以微調(diào)機構(gòu)的使用是必不可少的的，微調(diào) 機構(gòu)使用得當(dāng)可對小車軌跡進行修正，微調(diào)機構(gòu)一般可以采用下面兩種方式微調(diào)螺母式、滑塊式。如下圖所示： 圖九：微調(diào)機構(gòu) 三 技術(shù)設(shè)計 技術(shù)設(shè)計階段時完成小車的詳細設(shè)計并確定零部件的尺寸，將小車的各個部分都設(shè)計出來。在設(shè)計階段應(yīng)對小車的運動軌跡、轉(zhuǎn)向等進行分析，在技術(shù)設(shè)計階段設(shè)計時應(yīng)充分考慮加工過程的成本和難易程度等各種因素。 通過對小車建立數(shù)學(xué)模型能夠?qū)崿F(xiàn)小車的參數(shù)化設(shè)計以及優(yōu)化設(shè)計，提高設(shè)計的效率并且得到較優(yōu)秀的設(shè)計方案。充分發(fā)揮計算機在輔助設(shè)計中的作用。 能耗規(guī)律模型 為了簡化分析，先不考慮小車內(nèi)部的能耗機理。設(shè)小車內(nèi)部的能耗系數(shù)為??1 ，即小車能量的傳遞效率為 ? 。小車輪與地面之間的摩阻系數(shù)為 ? ，理想情況下可認為重塊的重力勢能都用在小車克服摩擦力做功上。則有 ?????????????3131*iiiiRNgmNm g hsii總?? iN 是個第 i個輪子對地面的壓力。 iR 是第 i個輪子的半徑。 iS 是第 i個輪子行走的距離 總m 為小車的總質(zhì)量 為了更全面的了解小車的各個參數(shù)變化對小車前進距離的變化，分別從 子與地面的滾動摩阻系數(shù)、 、 、 。四方面考慮。 查閱相關(guān)資料知道一般材料的滾動摩阻系數(shù)為 。下圖為當(dāng)車輪半徑 分別為（ 75mm， 31mm）摩阻系數(shù)分別為 ， ， .....mm 時小車的行走的距離與小車的內(nèi)部轉(zhuǎn)換效率的坐標(biāo)圖如下 圖十 由上圖可知滾動摩阻系數(shù)對小車的運動影響非常明顯，因此在設(shè)計小車時也特別注意考慮輪子使用何種的材料，輪子的應(yīng)當(dāng)剛度盡可能大，與地面的摩阻系數(shù)應(yīng)盡可能小。 同時，可看到車為輪提供能量的效率提高一倍，小車前進的距離也會提高一倍。因此應(yīng)盡可能減少小車內(nèi)部的摩擦力，從而減小損耗。因此應(yīng)簡化機構(gòu)，并充分潤滑。 圖十一所表示的是當(dāng)摩阻系數(shù)為 ，車輪半徑每增加 10mm 時的小車行走的距離與小車內(nèi)部能量轉(zhuǎn)換效率的坐標(biāo)圖 圖十一 可知當(dāng)小車的半徑每增加 1cm 小車便能夠可多前進 1m 到 2m。因此在設(shè)計時應(yīng)當(dāng)盡可能增大輪子的半徑。 運動學(xué)分析模型 符號說明： 驅(qū)動輪半徑： 齒輪傳動比： 驅(qū)動輪 A與轉(zhuǎn)向輪橫向偏距： 驅(qū)動輪 B與轉(zhuǎn)向輪橫向偏距： 驅(qū)動軸（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： 連桿長： 軸繩輪半徑： 2r a、驅(qū)動： 當(dāng)重物下降 dh 時，驅(qū)動軸轉(zhuǎn)過的角度為 2?d ，則有 22 rdhd ?? 則曲柄軸轉(zhuǎn)過的角度 idd 21 ?? ? 小車移動的距離為 2?dRds ?? b、轉(zhuǎn)向： 當(dāng)轉(zhuǎn)向桿和驅(qū)動軸間的夾角 ? 為時，曲柄轉(zhuǎn)過的角度為 1? 則 ? 與 1? 滿足以下關(guān)： ? ? ? ? 1221211222 c o ss i ns i nc o s1 ???? ?????????? rrcbcl 解上述方程可得 1? 與