无碳小车设计说明书

第三届福建省大学生工程训练

综合能力竞赛

(荣获S形组院赛一等奖)

无碳小车设计说明书

参赛者：朱柏光伊观良李林峰

指导老师：罗敏峰

学校：福建工程学院

地点：福建福州

时间：2015年1月1-2日

目录

一、概要 (4)

二、分析 (4)

三、原理设计 (4)

四、参数设计 (6)

轨迹设计 (6)

转角设计 (6)

带轮设计 (7)

小车部分零件的设计 (8)

（1）拨盘 (8)

零件图 (8)

（2）转向轮销 (10)

（3）转向轮槽零件图： (11)

（4）皮带轮 (12)

（5）转向轴 (13)

实体图： (13)

（6）转向连杆 (14)

（7）拨槽 (15)

零件图 (15)

（7）拨槽加工工艺分析 (17)

（8）齿轮 (18)

（9）底板 (19)

（10）后驱动轴零件图: (20)

五、小车装配完成图片 (21)

“无碳小车”设计说明书

一、概要

此次无碳小车的设计主要是利用重物下落的重力势能作为原动力，来驱动小车前进以及使小车能按规定绕开障碍物。重物质量M=1kg，下落高度H=400mm，每个障碍物之间隔0.9米、1米、1.1米。

二、分析

1、为使得小车能够行走，首要解决的就是小车驱动，要设计小车的驱动机构；

2、为使得小车能够转弯，并能够绕开等距离的障碍物，所以要设计一个能够走S形路线的

周期性的转向机构；

3、由于只有一个动力源，所以还要设计一套小车的传动机构；

4、为了使得小车能够顺利转弯，还要解决小车后轮的差速问题。

三、原理设计

1、驱动机构

图1左侧部分为我们的驱动简图，考虑到小车的启动时需要较大的启动力矩，同时为使得重物的重力势能能够尽可能大地转化到有利小车行走的方面，与重物下落连线驱动圆锥滚筒设计成为如图所示，再考虑，为使得小车走的路程要长，所以，重物下落的行程要经过一对直齿圆柱齿轮放大。所以，传动流程：重物→圆锥滚筒→大齿轮→小齿轮→后驱动轮

2、转向机构

图2为小车的前轮转向部分，为使得小车能够绕开定距离的障碍物，小车前轮转向要设计成具有周期性摆动的转向机构。故，转向机构设计成正弦机构。

前轮的动力来源：重物→圆锥滚筒→带轮1→带轮2→转向拨盘→转向轮

带轮带动拨盘转动，拨动转向轮上的转向槽前后摆动，这样即可以带动前轮的左右摆动。

3、后轮差速

总所周知，汽车为了顺利拐弯，后轮必须要有差速器，而我们小车也一样，拐弯时候也必须解决后轮的差速问题。但汽车上面的那种差速装置直接利用在我们小车上面，有两点不合适：①差速器结构复杂，加工困难，除非买现成的，但是现成的的差速器尺寸又往往很难满足我

们的要求；

②如果买现成的，就降低了这次“无碳小车”的设计意义。

我们小车后轮的解决采用单向轴承，左右后轮轮毂里面各嵌一个，驱动原理类似三轮车，但比三轮车更好。

图

四、参数设计

为使得小车行走的轨迹是正弦路线，理论上最佳的正弦曲线应该是：周期为2000，幅值为半个车身宽度。但考虑到加工误差以及一些暂不可预知的原因，我们对幅值做了修正，就是：幅值=1/2车身宽度+安全距离；

轨迹设计

如图3，设曲线轨迹方程Y=A*cos(ω*X )

小车总宽为230，安全距离取50，曲线幅值为A=165； 周期T=2000,则ω=

T 2π=1000

π; 则轨迹曲线方程为：Y=—165*cos （1000

X

*π）;

转角设计

小车的最大转角应该为轨迹曲线相对X 轴方向的最大倾斜角：

求导：Y ′=

1000*165π*sin(1000

X

*π); 最大摆角θ=arctan(1000

*165π)=27.43。

如图4为控制摆角最大值的装置：拨盘和连杆，尺寸设计如图：

带轮设计

如图1，小车的后轮直径为D=150，齿轮传动比为i=50/17；

小车正好通过两个障碍物为摆角摆动一周期，这样，反应到小车的尺寸设计上面为后轮转过某一圈数，前轮刚好摆动一个周期；而后轮转过的圈数即为小车前进的路程S ：

S=

⎰

+2000

2'1dx Y

利用MATLAB 编程求解：

syms x z y1 S;

y1=(165*pi/1000)*sin(pi*x/1000); z=sqrt(1+y1.^2); S=int(z,0,2000);

S=vpa(S,7)

S =

2128.244

所以一个周期，小车前进路程为S=2128.244mm

后轮周长C=π*D=471.238mm

一个周期，带轮1转过圈数N1=N/i=1.535（圈）

则，带轮2转过1圈，

可求得带轮直径比D1：D2=1：1.535

取D1=13mm D2=20mm 小车部分零件的设计

（1）拨盘

实体图：

零件图：

一、零件的分析

⑴零件的作用

拨盘，重物下落的竖直向下运动，通过带轮传动到拨盘，使得拨盘做圆周运动，拨盘的上的拨销拨动滑槽，使得拨盘的回转运动变为滑槽的来回运动。

⑵零件的工艺分析

拨盘中的重要部位为拨销相对拨盘中心的距离16.1，这个距离和前轮转向角度直接关系；以及拨销的直径Φ4，这个直径与滑槽直接配合，过大过小都会影响到装配问题和路线的不确定性。其他都为一般加工。

二、工艺规程设计

㈠确定毛坯的制造形式

零件的材料选定为铝棒，选择铝棒为拨盘材料主要是其密度较小，质量轻，可以减轻小车整体的重量，且小车整体重量不大，受载荷较轻，选择铝棒，其切削性能好。

㈡选择基准

以拨盘中心孔Φ5的轴线为基准，加工拨盘外圆时以此轴线为基准，确保同轴；加工拨销时，亦以此轴线为基准。

㈢制定工艺路线

制定工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求达到相应的要求。

工序 1 ：将毛胚（直径大于40的铝棒）装夹在车床上；

工序2：车削毛胚使其直径为Φ40±0.1；

工序3：在圆柱中心钻一的孔；

工序4：量取16.1的长度后，切下圆盘；

工序5：以Φ5孔的轴线为基准，钻一距离其16.1的孔；

工序6：车一长为18，直径的销；

工序7：紧配合圆盘和销。