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1、第四屆全國(guó)大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競(jìng)賽,以重力勢(shì)能驅(qū)動(dòng)的具有方向控制功能的自行小車,目錄,一 、論述3 1.1 設(shè)計(jì)功能要求 1.2 整體方案設(shè)計(jì) 1.3 方案的設(shè)計(jì)流程 二、方案設(shè)計(jì) 2.1 車架 2.2 原動(dòng)機(jī)構(gòu) 2.3 傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 2.4 控制機(jī)構(gòu) 2.5 轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu) 三、參數(shù)的設(shè)定 3.1 傳動(dòng)比參數(shù)的設(shè)定 3.2 齒輪模數(shù)、齒數(shù)參數(shù)的設(shè)定 3.3 凸輪的設(shè)計(jì) 3.4 其他參數(shù)的設(shè)定 四、分析與總結(jié) 4.1 方案的優(yōu)缺點(diǎn) 4.2 方案的改進(jìn)方向,3,一、論述 1.1 設(shè)計(jì)功能要求 設(shè)計(jì)一種小車，驅(qū)動(dòng)其行走及轉(zhuǎn)向的能量是根據(jù)能量轉(zhuǎn)換原理，由給定重力勢(shì)能轉(zhuǎn)換得到的，該給定重力勢(shì)能由競(jìng)賽時(shí)統(tǒng)一使用

2、為質(zhì)量為1kg的標(biāo)準(zhǔn)砝碼（直徑50*60mm碳鋼制作）來獲得，要求砝碼可下降高度為400+2mm,標(biāo)準(zhǔn)砝碼始終由小車承載，不允許從小車上掉落如圖所示,小車在半張標(biāo)準(zhǔn)乒乓球臺(tái)（長(zhǎng)1525mm.寬1370mm）上繞相距一定距離的 兩個(gè)障礙沿8字形軌跡繞行，繞行時(shí)不可以撞倒障礙物，不可以掉下臺(tái)，障礙物為直徑20mm長(zhǎng)20mm的2個(gè)元棒，相距一定距離在半張標(biāo)準(zhǔn)乒乓球臺(tái)的中線上，以小車完成8字繞行圈數(shù)的來綜合評(píng)定成績(jī),1.1.1 8字的實(shí)現(xiàn)原理,通過凸輪的間歇運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)8字形。 8字的分解：將8字分解，分解由不同段的運(yùn)動(dòng)軌跡曲線組成。由此，我們將曲線分解為半圓及間歇運(yùn)動(dòng)曲線組成。 后輪只是提供動(dòng)力：由繩

3、輪帶動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，軸帶動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)軸帶動(dòng)后輪的軸旋轉(zhuǎn)，將動(dòng)力提供給后輪，使之向前運(yùn)動(dòng)，再帶動(dòng)前輪的轉(zhuǎn)動(dòng)。 前輪的運(yùn)動(dòng)規(guī)律：后輪再向前運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)轉(zhuǎn)向輪的運(yùn)動(dòng)?？梢姾筝喌倪\(yùn)動(dòng)和前輪是獨(dú)立的，后輪只是提供動(dòng)力。前輪的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)同軸的齒輪的,的旋轉(zhuǎn)，再通過皮帶輪使之與一對(duì)錐齒輪運(yùn)動(dòng)，使得豎直方向上的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為水平面上的運(yùn)動(dòng)，輸出端的錐齒輪與凸輪之間通過皮帶連接，凸輪的旋轉(zhuǎn)使得推桿做往復(fù)運(yùn)動(dòng)。 小車的控制轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu) 錐齒輪的運(yùn)動(dòng)：由輸出的錐齒輪通過帶輪把動(dòng)力傳到凸輪軸上，使得凸輪軸旋轉(zhuǎn)，凸輪帶動(dòng)推桿的往復(fù)運(yùn)動(dòng)就使得小車按預(yù)定的8字軌跡形軌跡運(yùn)動(dòng)。從而實(shí)現(xiàn)8字形的運(yùn)動(dòng)要求。,1.2 整體方案設(shè)計(jì) 通過對(duì)小車的

4、功能分析，小車需要成功的將重力勢(shì)能轉(zhuǎn)換為動(dòng)能、驅(qū)動(dòng)小車自身行走、同時(shí)還要能自動(dòng)避開障礙物。為了方便設(shè)計(jì)根據(jù)小車所要完成的任務(wù)將小車劃分為五個(gè)部分進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)（車架，原動(dòng)機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、微調(diào)機(jī)構(gòu)）。為得到最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案，現(xiàn)在采用擴(kuò)展性思維設(shè)計(jì)每一個(gè)模塊，對(duì)每個(gè)模塊分塊設(shè)計(jì)，在每個(gè)模塊中尋求多種可行的方案。并在這些方案構(gòu)思中選擇最有方案。,原動(dòng)機(jī)構(gòu),傳動(dòng)機(jī)構(gòu),轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu),控制機(jī)構(gòu),車架,二、方案設(shè)計(jì),三、參數(shù)的設(shè)計(jì) 3.1 傳動(dòng)比參數(shù)的設(shè)定 繩輪式的原動(dòng)方式產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩大，不能夠直接帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)輪使之向前移動(dòng)，即得采用降速的方式使得有合適的力矩保持正常工作。 軌跡的參數(shù)化：將8字形軌跡近似

5、看成是半圓和正弦曲線組合而成。在cad軟件上模擬小車形的8字形運(yùn)動(dòng)軌跡。在cad的模擬下就可得出預(yù)定軌跡的長(zhǎng)度。 正弦曲線 圓 8字 我們假定兩個(gè)障礙物之間的距離為400+2mm，圓的半徑為200mm，所以八字的曲線長(zhǎng)度為： AC段：x2+y=400 (x400); DA段: y=0.2cos(2.5*3.14x) (0 x400);,o,A,B,C,D,凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì),又因?yàn)槲覀冊(cè)O(shè)定的前輪半徑為R=100mm，所以前輪的傳動(dòng)比i1為 一個(gè)周期的總路程s 前輪的周長(zhǎng)C =2387(100*3.14）=7.5。,其他參數(shù)的確定 傳動(dòng)比在機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中，其始端主動(dòng)輪與末端從動(dòng)輪的角速度或轉(zhuǎn)速的比值

6、，機(jī)構(gòu)中瞬時(shí)輸入速度與輸出速度的比值稱為機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比. （1） 設(shè)定后輪的傳動(dòng)比i2=2；齒輪的模數(shù)m=1，大齒輪的齒數(shù)為40，小齒輪的齒數(shù)為20. （2） 最大擺腳a=37 ,四.分析與總結(jié),4.1 .1方案的優(yōu)缺點(diǎn) 4.1.1 優(yōu)點(diǎn)：（1）利用繩輪式原動(dòng)方式，且繞線軸設(shè)計(jì)成錐形能夠滿足不同時(shí)刻小車所需的驅(qū)動(dòng)力，機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)。 （2）傳動(dòng)機(jī)構(gòu)為齒輪和帶輪傳動(dòng)。工作可靠.使用壽命長(zhǎng)，傳動(dòng)效率高。 （3）轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)為凸輪加+搖桿，加工容易，潤(rùn)滑好，精度高。 （4）行走機(jī)構(gòu)為單輪驅(qū)動(dòng)。一個(gè)為驅(qū)動(dòng)輪，另外一個(gè)為從動(dòng)輪，從動(dòng)輪和驅(qū)動(dòng)輪的差速依靠地面的摩擦來實(shí)現(xiàn)。傳功效率比差速器高。 （5）微調(diào)機(jī)構(gòu)采用滑槽式，以便適應(yīng)不同障礙物之間的距離。,