【正文】 將數(shù)據(jù)代入公式中可得： 942l mm? 由于小車要走過的距離為兩個圓的周長，所以小車要走 過的距離為 2 1884l mm? 而繩子所下降的距離為 500mm. 根據(jù)摩擦理論可知：摩擦力矩和正壓力的關(guān)系為： .MN?? .........................................................................................................................② 而滾動摩擦所受的阻力為： .MNf RR??? ...................................................................................................................③ 根據(jù)上述公式我們可以初步判定我們無碳小車的設(shè)計原則，即小車質(zhì)量要輕，輪體直徑應(yīng)盡可能的大。 重塊距離小車底板部分的高度為 500mm,總體具有的重力勢能為 5J。 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 ? 的函數(shù)關(guān)系式 ? ?1?? f? c、小車行走軌跡 只有 A 輪為驅(qū)動輪，當(dāng)轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)過角度 ? 時 則小車轉(zhuǎn)彎的曲率半徑為 1t a n ab ???? 小車行走 ds 過程中，小車整體所轉(zhuǎn)過的角度 ??dsd ? 當(dāng)小車轉(zhuǎn)過角度為 ? 時，有 ??????????c o ss indsdydsdx d、小車其他輪的軌跡 以輪主動輪為參考，則在小車的運動坐標(biāo)系中， B的坐標(biāo) ? ?? ?0,21 aaB ?? C 的坐標(biāo) ? ?daC ,? 在地面坐標(biāo)系中，有 ?????????????s i n)(c os)(2121aayyaaxxABAB ???????????????s i nc oss i nc os11adyydaxxACAC 整理 上述表達(dá)式有： ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????c o ss i ns i nc o ss i n)(c o s)(c o ss i nt a nc o s)s i ns i n()c o s1(112121112212112222122dayydaxxaayyaaxxdsdydsdxdsdabrrcbcliddrdhdACACABAB 為求解方程，把上述微分方程改成差分方程求解，通過設(shè)定合理的參數(shù)的到了小車運動軌跡如（圖十四） 圖十四 動力學(xué)分析模型 a、驅(qū)動 如圖：重物以加速度向下加速運動，繩子拉力為 T ，有 )( agmT ?? 產(chǎn)生的扭矩 122 ???? rTM ，（其中 1? 是考慮到摩擦產(chǎn)生的影響而設(shè)置的系數(shù)。 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(jìn) 1m 到 2m。因此應(yīng)盡可能減少小車內(nèi)部的摩擦力，從而減小損耗。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。四方面考慮。 iR 是第 i個輪子的半徑。小車輪與地面之間的摩阻系數(shù)為 ? ，理想情況下可認(rèn)為重塊的重力勢能都用在小車克服摩擦力做功上。 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。 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。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(xì)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。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。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(jìn)行調(diào)整從而對誤差進(jìn)行修正改進(jìn)，對小車行走路線進(jìn)行矯正。 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。 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。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。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(jìn)一步分析。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。 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(yuǎn)比滾動摩擦的大，會損失大量能量，同時小車前進(jìn)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。 因小車是沿著曲線前進(jìn)的，所以后輪必定會產(chǎn)生差速。 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(yuǎn)。 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。 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。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。 缺點是裝配精度高，造價高，不太適合低速運動。（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(jìn)入下一個圓中運動，以此類推，小車不斷地作重復(fù)“ 8”字進(jìn)行運動。 差速轉(zhuǎn)彎，是理論上小車能走的最遠(yuǎn)的設(shè)計方案。 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。 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。 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。 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。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。 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。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。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)。 。在不考慮其它條件時這是最優(yōu)的方式。最后綜合各方面的因素，設(shè)計出最優(yōu)的傳動機構(gòu)。 傳動機構(gòu)的功能是傳遞運動，就是把動力和運動傳遞到轉(zhuǎn)向機構(gòu)和驅(qū)動輪上。所以我選用了錐形的繞線輪原動機構(gòu)，這樣就可以調(diào)整驅(qū)動力。因此原動機構(gòu)還需要能根據(jù)不同的需要調(diào)整其驅(qū)動力。 ，場地對輪子的摩擦摩擦可能不一樣，在不同的場地小車是需要的驅(qū)動力也不一樣。 車在到達(dá)終點前重物豎直方向上的速度要盡可能小，避免對小車過大的沖量。我們設(shè)想使用飛輪作為儲能機構(gòu)，小車對原動機構(gòu)應(yīng)有這些要求。在考慮到制作成本和加工的難易程度后，由于鋁板密度小，強度對于制作小車也足夠，同時易于加工，所以車架采用鋁條焊接鋁板加工制作