【文章內(nèi)容簡介】 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。 是一種繞性傳動。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) 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)?設(shè)計適當(dāng)?shù)耐馆嗇喞?線 ， 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 實現(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) 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 。 可通過實驗來確定 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。 微調(diào)機構(gòu) 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 實現(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