【正文】 第 50 頁 共 64 頁 參考文獻(xiàn) [1] 《 TRIZ 入門及實(shí)踐》 趙敏、史曉凌、段海波編著 科學(xué)出版社 . [2] 《發(fā)明是這樣誕生的 — TRIZ 理論全接觸》 楊清亮主編 北京機(jī)械工業(yè)出版社 . [3] 《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》 [M].上?？茖W(xué)技術(shù)出版社， 2021. [4] 《 材料力學(xué) 》 下冊 [M].高等教育出版社 ,1981. [5] 《 理論力學(xué) 》 [M].高等教育出版社， 2021. [6] 《 機(jī)械原理 》 [M].北京 :高等教育出版社， 2021. [7] 《機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)理論與方法》 鄒慧君 主編 . 高等教育出版社 . [8] 《 Pro/e 動態(tài)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與仿真 》 林清安 主編 電子工業(yè)出版社 . [9] 詳細(xì) DWG 圖 紙 請 加：三 二 ③ 1 爸 爸 五 四 0 六 [10] [11] 第 51 頁 共 64 頁 致謝 附錄 無碳小車工程圖 。但是由于古代人們的技術(shù)水平的 局限性，勢能的利用范圍受到了限制。在中國淵源流傳的的文化中，有許多關(guān)于“勢能”的言論，這些與現(xiàn)代咱們所認(rèn)知的“位能”在一定程度上是相同的。 無碳小車 的應(yīng)用意義 無碳小車的創(chuàng)作是倡導(dǎo)綠色新能源的開發(fā) 與利用，尤其是在勢能方便開出了另一片新的天地 。若果把這樣的技術(shù)用在探索外星球那將是新能源開發(fā)的另一片天地。 實(shí)際樣機(jī)的展望 無碳小車虛擬樣機(jī)測試完全無誤 ， 小車能夠按照命題的軌跡路線行走 ；在實(shí)際樣機(jī)制造過程中， 如果加工工藝誤差不是太大 ，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)比較、 調(diào)試 、優(yōu)化， 肯定也能按照理想 軌跡行走 。 C. 小車輪子與地面的滾動摩擦系數(shù)設(shè)置太小，導(dǎo)致小車在原地打滑，不能前進(jìn) D. 小車材料設(shè)置中沒有重新修改默認(rèn)的機(jī)構(gòu)阻尼系數(shù) ， 導(dǎo)致小車前進(jìn)時(shí)能量損失過大 。 動態(tài)仿真遇到的問題： A. 沒有給小車零件模型選材料，導(dǎo)致仿真的時(shí)候，小車無法運(yùn)行。 (4)無碳小車在一個(gè)周期內(nèi)的行駛軌跡路徑如下圖： 第 48 頁 共 64 頁 設(shè)計(jì)總結(jié) 分析設(shè)計(jì)仿真過程的失誤 設(shè)計(jì)方案階段及虛擬樣機(jī)建立階段沒存在多大阻力 ，主要 在仿真這一塊困難重重 ，也許是動態(tài)仿真缺少實(shí)戰(zhàn)練習(xí) ， 所以總是在一些細(xì)節(jié)上出現(xiàn)錯(cuò)誤 ， 導(dǎo)致動態(tài)仿真時(shí)分析失敗 。即從粗算數(shù)據(jù)到精算數(shù)據(jù)的過程。機(jī)構(gòu)阻尼系數(shù)設(shè)置如下圖： 第一步 ：打開 重新編輯 3D 接觸 第二步 ： 選擇紅色線框內(nèi)的選擇材料 ， 材料定義為 Al,然后設(shè)置 機(jī)構(gòu) 阻尼為 ，如下圖示： 第 46 頁 共 64 頁 曲柄長度優(yōu)化： 經(jīng)過多次仿 真模擬軌跡，選出最佳的軌跡并記下此時(shí)微調(diào)機(jī)構(gòu)： 曲柄半徑 R=30mm 按照動態(tài)仿真步驟進(jìn)行分析 ， 得出最佳 的運(yùn)行軌跡路線如下圖 上圖中的近似余弦曲線即為小車運(yùn)行大約一個(gè)周期內(nèi)的軌跡圖 。 無碳小車的優(yōu)化設(shè)計(jì) 添加所有連接阻尼 在前期動態(tài)仿真結(jié)果的基礎(chǔ)上，進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使模擬仿真的軌跡更加合理，符合實(shí)際加工制造組裝后應(yīng)該實(shí)現(xiàn)的功能。 下面對小車重要點(diǎn)位置 、速度、加速度 進(jìn)行測量結(jié)果的展示 ： （ 1） 主軸分析測量結(jié)果 ： 第 41 頁 共 64 頁 （ 2）搖桿分析測量結(jié)果 : 測量點(diǎn) 第 42 頁 共 64 頁 （ 3）曲柄分析測量結(jié)果 ： 第 43 頁 共 64 頁 （ 4）整車的運(yùn)行軌跡 圖 小車運(yùn)行前 小車運(yùn)行后 第 44 頁 共 64 頁 經(jīng)過對小車運(yùn)行前后的對比 ， 小車運(yùn)行 的 軌跡如上圖示 。 控制重物的伺服電機(jī)設(shè)置如下 動態(tài)分析 當(dāng)設(shè)置完小車運(yùn)動環(huán)境后 ， 就可以進(jìn)行動態(tài)仿真分析了 。 車子剛剛啟動幾秒鐘，重物的速度是慢慢增加，直至車子勻速行駛，重物才勻速下降。mm ，執(zhí)行電機(jī)軸位于繩輪軸與支撐座的連接處。 設(shè)置伺服電機(jī) 由于在 pro/e機(jī)構(gòu)中 模擬重物拉棉線牽引繩輪生成的力矩比較困難 ，因此只能把重物形成的力矩轉(zhuǎn)換成在繩輪軸上的執(zhí)行電動機(jī)，如此一來，既能實(shí)現(xiàn)相同的功能，又可 第 37 頁 共 64 頁 以減少工作量。 分配材料并分析重心位置和整車重量 重物：碳鋼 Steel 小車零件的材料： AL2021 然后，通過 pro/e 分析模塊的質(zhì)量屬性分析整車的重心位置及其重量，選擇重物下降的軸心與底板上表面相交點(diǎn)建立的坐標(biāo)系為分析基準(zhǔn) A. 當(dāng)重物恰好剛剛從最高處自由滑落時(shí)，分析質(zhì)量屬性結(jié)果如下圖 圖 64 即：整車的重量大約為 重心位置 大約 在（ ， ， 220） mm B. 當(dāng)重物滑落到與底板接觸時(shí)，分析質(zhì)量屬性結(jié)果如下圖： 第 36 頁 共 64 頁 即：重量不變，重心位置下降了 重心位置大約在（ ， ,） mm A、 B兩種情況均是在重物自由落體的兩個(gè)極限位置，重物下降過程中，重心始終在重物豎直方向的形心附近，因此，小車運(yùn)行過程中不會傾倒。 （ 3）改變小車的曲柄長度，從而改變小車的運(yùn)行軌跡。 小車機(jī)構(gòu)仿真界面如下圖 ： 圖 62 無碳小車動態(tài)仿真仿真界面圖 無碳小車動態(tài)運(yùn)動仿真 無碳小車?yán)硐霠顟B(tài) 動態(tài)仿真 Pro/e 中進(jìn)行小車在地面上運(yùn)動 模擬仿真時(shí)，可以設(shè)置幾種工況。 3. 分析運(yùn)動機(jī)構(gòu) ： 定義快照及其初始位置 ， 然后定義運(yùn)動分析參數(shù) ， 運(yùn)行 。 2. 運(yùn)動模型建立 ：創(chuàng)建連接，設(shè)置連接軸參數(shù)，生成所需要的連接關(guān)系，拖動裝配關(guān)系，驗(yàn)正所設(shè)置的連接關(guān)系是否能產(chǎn)生所希望的運(yùn)動形式。 （ 5）集成的設(shè)計(jì)和模擬： 該模塊功能將反作用力 、 重力和慣性載荷直接傳入到 Pro/e 機(jī)構(gòu)模塊中；為運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)性能設(shè)定設(shè)計(jì)可行性和優(yōu)化研究目標(biāo)；利用與其他Pro/e 解決方案（比如 Pro/e Mechanica 和 Pro/e 行為建模）的集成，優(yōu)化和完成虛擬產(chǎn)品分析。 （ 4）利用高級運(yùn)動分析更加靈活地研究復(fù)雜的實(shí)際情況： 這個(gè)模塊可以使用靜態(tài)分析來確定靜態(tài)平衡負(fù)載 ,然后反向靜荷載用于確定機(jī)構(gòu)所需的力 (力平衡 ),然后通過使用彈簧和阻尼器連接到緊張和壓力 ,很容易創(chuàng)建機(jī)構(gòu)所選組件的復(fù)雜運(yùn)動部分的信封 ,用于太空研究聲明或用作 “ 占位符 ” 第 32 頁 共 64 頁 在任何裝配 。 （ 3）探索真實(shí)世界的運(yùn)動規(guī)律： Pro/e 中的機(jī)構(gòu)模塊可以模擬實(shí)物樣機(jī)在重力、摩擦力、彈力等外力作用下的動力學(xué)分析，從而輕而易舉測量計(jì)算出執(zhí)行電機(jī)的位置、速度以及整個(gè)機(jī)構(gòu)的所有零件的運(yùn)動學(xué)關(guān)系式，如此一來既可以減少很多數(shù)學(xué)模型的計(jì)算，還可以很直觀的觀察到機(jī)構(gòu)的動態(tài)情況。此外，由于圖形用戶界面與在 Pro/e 設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)所用的界面相同，因此，使用 Pro/e MDO 的工程師已對界面很熟悉 。 因此設(shè)計(jì)員可以 制造出 更優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品 ，同時(shí)節(jié)省時(shí)間和金錢，因?yàn)楫?dāng)設(shè)計(jì)師真正建立實(shí)物樣機(jī)時(shí)，由于已經(jīng)通過虛擬方式完成了一系列嚴(yán)格的測試，實(shí)物樣機(jī)的質(zhì)量更加高了。 下圖為根據(jù)結(jié)構(gòu)草圖建立起來的無碳小車虛擬樣機(jī)模型 ： 詳細(xì) DWG 圖 紙 請 加：三 二 ③ 1 爸 爸 五 四 0 六 第 26 頁 共 64 頁 第 27 頁 共 64 頁 圖 51 無碳小車總裝配圖 第 28 頁 共 64 頁 無碳小車主要結(jié)構(gòu) 3D模型 圖 52 主要零件解讀 重物 棉繩 后輪 曲柄軸 曲柄轉(zhuǎn)盤 連桿 搖桿 前輪 大齒輪輪 小齒輪 錐形繩輪軸 支撐桿 第 29 頁 共 64 頁 曲柄轉(zhuǎn)盤 曲柄 連桿 搖桿 后輪 錐形繩輪 后輪 底板 曲柄軸軸 曲柄轉(zhuǎn)盤 連桿 搖桿 大齒輪 前輪 第 30 頁 共 64 頁 無碳小車的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要分為五大模塊 ： 1. 驅(qū)動機(jī)構(gòu) ：重物 +棉繩 +錐形繩輪（綠色部分 ） 2. 傳動機(jī)構(gòu)：小齒輪 +大齒輪（紅褐色部分） 3. 轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu) ：曲柄軸 +曲柄轉(zhuǎn)盤 +連桿 +搖桿（金黃色部分） 4. 行走機(jī)構(gòu) ：后輪 +前輪（黃色部分） 5. 微調(diào)機(jī)構(gòu) ： 曲柄 +曲柄轉(zhuǎn)盤 （ 紅色曲柄軸可以在金黃色曲柄轉(zhuǎn)盤的滑槽內(nèi)滑動 ） 曲柄圓盤 曲柄 第 31 頁 共 64 頁 無碳小車 Pro/e 動態(tài)運(yùn)動仿真與優(yōu)化 Pro/e 機(jī)構(gòu)運(yùn)動分析模塊功能 （ 1）模擬現(xiàn)實(shí)中作用力： 利用機(jī)構(gòu)動力學(xué)模塊 ， 可以確定設(shè)計(jì)的虛擬樣機(jī)在重力和合外力作用下所做的反應(yīng) 。建模的思路： ① 首先對無碳小車的各個(gè)零部件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和三維 模型 的建立 ； ② 然后將各個(gè)零件裝配成構(gòu)件 、 組件 ； ③ 再最后將構(gòu)件 、 組件組裝成一個(gè)整體的無碳小車系統(tǒng) 。 當(dāng)連桿 在左極限位置 B和右極限位置 C時(shí)，連桿的滑動距離 S 等于曲柄半徑的長度R,即 S=R 為了給后期的虛擬樣機(jī)建立和仿真優(yōu)化設(shè)計(jì)做準(zhǔn)備 ，根據(jù)已經(jīng)初步確定的后輪、齒輪尺寸，考慮到底板尺寸合理性，以及整車的重心位置，可以預(yù) 先假設(shè) ： 搖桿 c的長度為： c=58mm 連桿 d的長度為： d=132mm 由小車運(yùn)動分析示意圖知： 正弦 機(jī)構(gòu) 圖 42 轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)運(yùn)動示意圖 第 24 頁 共 64 頁 考慮到加工誤差、裝配誤差，以及小車可能在不同工況下行走，在曲柄轉(zhuǎn)盤處設(shè)置了滑塊式微調(diào)機(jī)構(gòu)，通過調(diào)節(jié)曲柄的長度控制小車的運(yùn)行方向及正弦軌跡的幅值大小。 原理圖如下表示 ： 第 23 頁 共 64 頁 從動件 T型連桿的前進(jìn)位移和曲柄長度 R以及轉(zhuǎn)角 關(guān)系為 根據(jù)假設(shè)的正弦運(yùn)行軌跡實(shí)驗(yàn)?zāi)M可以估摸出前輪的轉(zhuǎn)角大約擺動 360， 即搖桿的相對于平衡位置的擺動大小大約為 180。對心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)具有無急回的運(yùn)動特性。（齒輪是用線切割加工） 經(jīng)過分析，可以初步選擇 模數(shù)為 m=1， 小齒輪 Z1=20, 大齒