基于Solidworks的S型无碳小车设计和运动仿真分析

2019年第7期

基于Solidworks 的S 型无碳小车设计和运动仿真分析

刘英建，

马天保，刘丽鑫，马佳宁（河北农业大学，

河北保定071001）摘要：根据工程训练综合能力竞赛中的S 型运动特性无碳小车能够在规定一米桩的±300mm

范围内任意摆放的要求，利用Solidworks 进行设计并进行仿真模拟，对运行轨迹进行分析，

来减小实际运动中的误差。

关键词：无碳小车；Solidworks 建模；设计仿真模拟

作者简介：刘英建（1998-），男，河北承德人，本科在读，主要研

究方向：机械设计制造及其自动化。

1无碳小车设计

1.1材料设计

根据比赛的要求，利用质量为1kg 的钩码，

降落高度为400±2mm ，将重力势能转化为小车的动

能，要求车架材料不宜过重，

重心要低，否则会增大地面与轮子的摩擦力，浪费更多能量，

因此我们选用铝合金材质，

其硬度较低且塑性好，强度高，接近甚至强于优质钢；另外一些较不关键的零件，

例如轴承端盖、垫片使用亚克力材料，

较铝合金更轻，价格低廉，通过AutoCAD 绘图和激光切割技术，

进行零件的加工，

最终达到减重的效果。1.2零件设计

本车采用两个轴承座与车底板螺纹连接，

螺钉孔选用U 型孔，确定一侧，另外一侧轴承座可以进行微调，从而利于保证主动轴和从动轴一致的同轴度，如图1所示。

图1轴承座位置

对于一些传统的机械加工方法难以完成或者

精度无法保证的较小零件，

采用3D 打印技术，如转向机构、双轨定滑轮和流线型绕线轮。

1.3设计亮点

本车的最大亮点是在于其微调机构的设计，

对于螺丝杆连接的方法，精度过低，且在调试过程中

不易调节，操作十分不便，可以说是微调却难调，

而此车进行了创新型设计，类比千分尺的结构，铝质空管与方管配套，通过刻度记位，实现连杆长度的精准变化，达到精准微调效果，如图2所示。

图2微调机构

2Solidworks 建模和运动仿真分析

2.1整机的设计

根据上述方案进行Solidworks 整体装配建模，如图3所示，防止出现干涉问题，导致无法加工的情况。

图3整体效

果图

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状态，

手动模式主要应用于应对一些突发的情况比如火灾。在正常运行的模式下，

温度和湿度传感器实时采集数据并将采集到的数据传送给PLC ，PLC 再将测量值与系统的设定值进行

简单的逻辑比较，

若测量值低于设定值则开启加热器和热风机；若测量值高于设定值则开启风扇和空调降温；若大棚内的测量值与设定值之差在允许的波动范围之内，系统处于保持状态，输出设备不工作。

本设计是在前人原有经验的基础上，

再结合农业知识和各种已经收集到的实验数据，

来进行控制的。这种控制方式可以使系统更精确更稳定运行。为了满足蔬菜大棚在不同的反季节中有不同的温湿度的标准，我设计了可以通过人机界面自动调控

蔬菜大棚内环境的温度和湿度，

从而达到适宜植物生长的环境。蔬菜大棚的控制系统可以使大棚工作

在经济节能的状态，而且无污染、寿命长、

易更换，操作简单。其发展前景很乐观。

未来，随着对可编程控制器的深入了解，还可以丰富远程控制模块，

通过计算机网络来实时监测和控制大棚内的温湿度。保证系统正常稳定的运行。也可以再增加多款PLC ，通过构建复杂的多级网络来适应大型的农业

控制，使该系统运行时更加稳定可靠，

性能更加完善，最终达到智能化和无人化。

参考文献

［1］梁森.自动化检测技术[M].北京：机械工业出版社，2017.

［2］闫政.智能温室大棚建设方案探讨[J].绿色科技.2012（5）.［3］徐科军.传感器与检测技术.第三版[M].北京：电子工业出版社，2009.［4］李道霖.电气控制与PLC 原理及应用[M].北京：电子工业

出版社，2014．

（上接第63页）

2.2Solidworks Motion 运动仿真

选择Motion 分析，拖动装配体键码，添加马达、转速、摩擦系数等参数，设置三个车轮与地面接触和

引力，以转向轮为参考点，进行轨迹绘制，

记录多次分析的实验数据，最终选择最优参数，将生成的轨迹曲线转到AutoCAD 中，得到运动轨迹如图4所示。

图4模拟运行轨迹图3结语

解读本次赛事要求，我们通过对小车进行理论

计算、三维建模，减少了大量的运算任务，准确快速

地找到最优解，通过车、铣、钻、磨等传统的机械加工方式以及3D 打印等现代的加工方法，对小车进行实际加工和后期调试，最终在第六届全国大学生工程训练综合能力竞赛中获得三等奖。

参考文献

［1］赵国博，赵保璇，潘瑞鹏.基于MATLAB 的“8”字绕障无碳小车的轨迹模拟[J].机械工程师，2017（1）：97-98.

［2］郭卫东.机械原理[M].北京：科学出版社，2010.［3］熊藜，杨星，杨冰等.一种S 型无碳小车的轨迹及参数设

计[J].时代汽车，2019（9）：89-90.［4］刘旋坤，李卫国，王利利.S 型路线无碳小车设计[J].机电信

息，2016（15）：

133-134.

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