無碳小車饒S彎路方案（CAD圖紙及PROE建模VB仿真）
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目錄
摘要 3
一 緒論 4
1.1本屆競賽命題主題 4
1.2小車功能設(shè)計要求 4
1.3小車整體設(shè)計要求 4
1.4小車的設(shè)計方法 5
二 方案設(shè)計 6
2.1車架 6
2.2原動機(jī)構(gòu) 6
2.3傳動機(jī)構(gòu) 7
2.4轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu) 8
2.5行走機(jī)構(gòu) 9
2.6微調(diào)機(jī)構(gòu) 9
三 技術(shù)設(shè)計 10
3.1參數(shù)確定 10
3.2零部件設(shè)計 10
3.3整體設(shè)計 11
3.4運動仿真分析 12
四 評價分析 15
五 參考文獻(xiàn) 15
摘要
近年來，能源短缺和環(huán)境污染問題成為世界關(guān)注的焦點問題，轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)高能耗、高污染的經(jīng)濟(jì)增長方式，大力推進(jìn)節(jié)能減排，發(fā)展以低能耗、低排放為標(biāo)志的低碳經(jīng)濟(jì)，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，正在成為世界各國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的共同選擇。
作為發(fā)展中的大國，中國能源環(huán)境方面的問題尤其突出。2007年，覺的十七大報告首次提出了“建設(shè)生態(tài)文明，基本形成節(jié)約能源資源和保護(hù)生態(tài)環(huán)境的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、增長方式、消費模式”的理念，為可持續(xù)發(fā)展指明了方向，也使人們更加關(guān)注低碳經(jīng)濟(jì)的崛起。
本次創(chuàng)新設(shè)計主要是研究無碳小車，這正好積極響應(yīng)國家的關(guān)于環(huán)保的號召。主要內(nèi)容包括設(shè)計題目，設(shè)計題目里面包括設(shè)計的條件和要求。
一 緒論
1.1本屆競賽命題主題
本屆競賽命題主題為“無碳小車”。命題與高校工程訓(xùn)練教學(xué)內(nèi)容相銜接，體現(xiàn)綜合性工程能力。命題內(nèi)容體現(xiàn)“創(chuàng)新設(shè)計能力、制造工藝能力、實際操作能力和工程管理能力”四個方面的要求。
1.2小車功能設(shè)計要求
給定一重力勢能，根據(jù)能量轉(zhuǎn)換原理，設(shè)計一種可將該重力勢能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能并可用來驅(qū)動小車行走的裝置。該自行小車在前行時能夠自動避開賽道上設(shè)置的障礙物，以小車前行距離的遠(yuǎn)近、以及避開障礙的多少來綜合評定成績。
給定重力勢能為4焦耳（取g=10m/s2），競賽時統(tǒng)一用質(zhì)量為1Kg的重塊（ 50×65 mm，普通碳鋼）鉛垂下降來獲得，落差400±2mm，重塊落下后，須被小車承載并同小車一起運動，不允許掉落。
要求小車前行過程中完成的所有動作所需的能量均由此能量轉(zhuǎn)換獲得，不可使用任何其他的能量形式。
小車要求采用三輪結(jié)構(gòu)（1個轉(zhuǎn)向輪，2個驅(qū)動輪），具體結(jié)構(gòu)造型以及材料選用均由參賽者自主設(shè)計完成。
1.3小車整體設(shè)計要求
小車設(shè)計過程中需要完成：機(jī)械設(shè)計、工藝方案設(shè)計、經(jīng)濟(jì)成本分析和工程管理方案設(shè)計。命題中的工程管理能力項要求綜合考慮材料、加工、制造成本等各方面因素，提出合理的工程規(guī)劃。設(shè)計能力項要求對參賽作品的設(shè)計具有創(chuàng)新性和規(guī)范性。命題中的制造工藝能力項以要求綜合運用加工制造工藝知識的能力為主。
1.4小車的設(shè)計方法
小車的設(shè)計一定要做到目標(biāo)明確，通過對命題的分析我們得到了比較清晰開闊的設(shè)計思路。作品的設(shè)計需要有系統(tǒng)性規(guī)范性和創(chuàng)新性。設(shè)計過程中需要綜合考慮材料 、加工 、制造成本等給方面因素。
小車的設(shè)計是提高小車性能的關(guān)鍵。在設(shè)計方法上我們借鑒了參數(shù)化設(shè)計 、優(yōu)化設(shè)計 、系統(tǒng)設(shè)計等現(xiàn)代設(shè)計發(fā)發(fā)明理論方法。采用了VB、PROE等軟件輔助設(shè)計。下面是我們設(shè)計的流程（如圖一）
二 方案設(shè)計
通過對小車的功能分析小車需要完成重力勢能的轉(zhuǎn)換、驅(qū)動自身行走、自動避開障礙物。為了方便設(shè)計這里根據(jù)小車所要完成的功能將小車劃分為五個部分進(jìn)行模塊化設(shè)計（車架 、原動機(jī)構(gòu) 、傳動機(jī)構(gòu) 、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu) 、行走機(jī)構(gòu) 、微調(diào)機(jī)構(gòu)）。為了得到令人滿意方案，采用擴(kuò)展性思維設(shè)計每一個模塊，尋求多種可行的方案和構(gòu)思。
選擇方案時應(yīng)綜合考慮功能、材料、加工、制造成本等各方面因素，同時盡量避免直接決策，減少決策時的主觀因素，使得選擇的方案能夠綜合最優(yōu)。
2.1車架
車架不用承受很大的力，精度要求低。考慮到重量加工成本等，車架采用木材加工制作成三角底板式。可以通過回收廢木材獲得。
2.2原動機(jī)構(gòu)
原動機(jī)構(gòu)的作用是將重塊的重力勢能轉(zhuǎn)化為小車的驅(qū)動力。能實現(xiàn)這一功能的方案有多種，就效率和簡潔性來看繩輪最優(yōu)。小車對原動機(jī)構(gòu)還有其它的具體要求。1.驅(qū)動力適中，不至于小車拐彎時速度過大傾翻，或重塊晃動厲害影響行走。2.到達(dá)終點前重塊豎直方向的速度要盡可能小，避免對小車過大的沖擊。同時使重塊的動能盡可能的轉(zhuǎn)化到驅(qū)動小車前進(jìn)上，如果重塊豎直方向的速度較大，重塊本身還有較多動能未釋放，能量利用率不高。3.由于不同的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動力也不一樣。在調(diào)試時也不知道多大的驅(qū)動力恰到好處。因此原動機(jī)構(gòu)還需要能根據(jù)不同的需要調(diào)整其驅(qū)動力。4.機(jī)構(gòu)簡單，效率高。
基于以上分析我們提出了輸出驅(qū)動力可調(diào)的繩輪式原動機(jī)構(gòu)。如下圖二
圖二
如上圖我們可以通過改變繩子繞在繩輪上不同位置來改變其輸出的動力。
2.3傳動機(jī)構(gòu)
傳動機(jī)構(gòu)的功能是把動力和運動傳遞到轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)和驅(qū)動輪上。要使小車行駛的更遠(yuǎn)及按設(shè)計的軌道精確地行駛，傳動機(jī)構(gòu)必需傳遞效率高、傳動穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡單重量輕等。
1.不用其它額外的傳動裝置，直接由動力軸驅(qū)動輪子和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，此種方式效率最高、結(jié)構(gòu)最簡單。在不考慮其它條件時這是最優(yōu)的方式。
2.帶輪具有結(jié)構(gòu)簡單、傳動平穩(wěn)、價格低廉、緩沖吸震等特點但其效率及傳動精度并不高。不適合本小車設(shè)計。
3.齒輪具有效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠、傳動比穩(wěn)定但價格較高。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。
2.4轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)
轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)是本小車設(shè)計的關(guān)鍵部分，直接決定著小車的功能。轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)也同樣需要盡可能的減少摩擦耗能，結(jié)構(gòu)簡單，零部件已獲得等基本條件，同時還需要有特殊的運動特性。能夠?qū)⑿D(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為滿足要求的來回擺動，帶動轉(zhuǎn)向輪左右轉(zhuǎn)動從而實現(xiàn)拐彎避障的功能。能實現(xiàn)該功能的機(jī)構(gòu)有：凸輪機(jī)構(gòu)+搖桿、 曲柄連桿+搖桿、曲柄雙滑塊搖桿、差速轉(zhuǎn)彎等等。
凸輪機(jī)構(gòu)+搖桿
凸輪是具有一定曲線輪廓或凹槽的構(gòu)件，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)的任意預(yù)期往復(fù)運動。
優(yōu)點：只需設(shè)計適當(dāng)?shù)耐馆嗇喞憧墒箯膭蛹玫饺我獾念A(yù)期運動，而且結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、設(shè)計方便；缺點：凸輪輪廓加工比較困難。
在本小車設(shè)計中由于：凸輪輪廓加工比較困難、尺寸不能夠可逆的改變、精度也很難保證、重量較大、效率低能量損失大（滑動摩擦）因此不采用。
曲柄連桿+搖桿
優(yōu)點：運動副單位面積所受壓力較小，且面接觸便于潤滑，故磨損減小，制造方便，已獲得較高精度；兩構(gòu)件之間的接觸是靠本身的幾何封閉來維系的，它不像凸輪機(jī)構(gòu)有時需利用彈簧等力封閉來保持接觸。
缺點：一般情況下只能近似實現(xiàn)給定的運動規(guī)律或運動軌跡，且設(shè)計較為復(fù)雜；當(dāng)給定的運動要求較多或較復(fù)雜時，需要的構(gòu)件數(shù)和運動副數(shù)往往比較多，這樣就使機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工作效率降低，不僅發(fā)生自鎖的可能性增加，而且機(jī)構(gòu)運動規(guī)律對制造、安裝誤差的敏感性增加；機(jī)構(gòu)中做平面復(fù)雜運動和作往復(fù)運動的構(gòu)件所長生的慣性力難以平衡，在高速時將引起較大的振動和動載荷，故連桿機(jī)構(gòu)常用于速度較低的場合。
在本小車設(shè)計中由于小車轉(zhuǎn)向頻率和傳遞的力不大故機(jī)構(gòu)可以做的比較輕，可以忽略慣性力，機(jī)構(gòu)并不復(fù)雜，利用MATLAB進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計并不困難，加上個鏈接可以利用軸承大大減小摩擦損耗提高效率。對于安裝誤差的敏感性問題我們可以增加微調(diào)機(jī)構(gòu)來解決。
曲柄搖桿
結(jié)構(gòu)較為簡單，但和凸輪一樣有一個滑動的摩擦副，其效率低。其急回特性導(dǎo)致難以設(shè)計出較好的機(jī)構(gòu)。
差速轉(zhuǎn)彎
差速拐是利用兩個偏心輪作為驅(qū)動輪，由于兩輪子的角速度一樣而轉(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(yuǎn)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）
綜合上面分析我們選擇曲柄雙滑塊作為小車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的方案如下圖三 ...
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