无碳小车结构设计优质报告.doc

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学校名称： 参赛项目：8子型赛道常规赛
(第四届)山东省大学生工程训练综合能力竞赛
结构设计汇报
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产品名称：无碳小车
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1.设计概述
设计标准：
整车重心要低，操作、调整方便灵活；结构尽可能简单，传动件数少；质量小，足够刚度，运动平稳。
2.设计方案
经过对小车功效分析，小车需要完成重力势能转换、驱动本身行走、自动避开障碍物。为了方便设计这里依据小车所要完成功效将小车划分为六个部分进行模块化设计，分别是：车架 、原动机构 、传动机构 、转向机构 、行走机构 和微调机构，下面将具体介绍这六个模块。
2.1车架
车底板因不需承受很大力，精度要求不是很高，考虑到加工方便、质量轻、成本低等原因，底板选择厚度为6mm铝板,尺寸定为143.5mm × 115mm。小车运行起来按避障要求左右转向,引绳带动重块在重力作用下将大幅摆动,能够经过降低小车底板距离地面高度来降低整车重心,为此将小车底板折弯,满足整车重心降低需要。
2.2原动机构
原动机构作用是将重块重力势能转化为小车驱动力。小车对此机构关键有以下要求：
驱动力适中，不至于小车拐弯时速度过大倾翻，或重块晃动厉害影响行走。抵达终点前重块竖直方向速度要尽可能小，避免对小车过大冲击。同时使重块动能尽可能转化到驱动小车前进上，假如重块竖直方向速度较大，重块本身还有较多动能未释放，能量利用率不高。因为不一样场地对轮子摩擦可能不一样，在不一样场地小车是需要动力也不一样。在调试时也不知道多大驱动力恰到好处。所以还需要能依据不一样需要调整其驱动力。
在此结构中应让重块保持一定高度支架和重块带动车体连接部件，考虑到立柱在满足一定强度基础上需尽可能轻，我们选择φ6铝棒材料。为了避免小车在行驶过程中，重块晃动过大，极易造成翻车现象， 经过数次改善最终采取是四根立柱，既轻便又稳固，达成预期效果。 至于滑轮，因为车体及车轮均采取铝板而不是材质较轻雅格利板、碳板，车体较重，小车不易起动。定滑轮即稳定又轻易改变力方向，故选择了定滑轮。
2.3传动机构
传动机构功效是把动力和运动传输到转向机构和驱动轮上。它优劣直接决定了小车性能，能量是否充足利用，转向是否正确皆取决于此。我们决定采取齿轮传动，它含有结构紧凑、可靠性好、效率高、传动稳定等特点。因为小车只绕8字走三圈，需提升小车速度，降低能量损失。 所以传动机构选择了传动比5:1一级齿轮传动。在齿轮材质选择上，综合考虑到齿轮材质轻、价格廉价、规格齐全并能满足小车所需齿轮强度要求，故采取铝制齿轮。

2.4转向机构
转向机构是本小车设计关键部分，直接决定着小车功效。转向机构也一样需要尽可能降低摩擦耗能，同时还需要有特殊运动特征。能够将旋转运动转化为满足要求往返摆动，带动转向轮转动从而实现拐弯避障功效。能实现该功效机构有：凸轮机构+摇杆、曲柄连杆+摇杆、曲柄摇杆、差速转弯、槽轮机构+推杆+摇杆等等。综合以上组合机构分析我们选择双臂外啮合槽轮机构+推杆+摇杆作为小车转向机构方案。
本小车槽轮机构由双臂缺口圆盘和槽轮组成，其中两个转臂之间角度为117度，槽轮为四个间距相等槽组成，另外，在槽轮外圈加一曲柄，曲柄和线轨连接。当缺口圆盘带动槽轮间歇转动时，槽轮上曲柄随之推进线轨前后移动，而线轨和前轮间由摇杆机构连接，经过线轨前后移动带动摇杆机构摆动,从而带动前轮左右摆动实现转向。
2.5行走机构
因为小车是沿着曲线前进，后轮肯定会产生差速。对于后轮能够采取双轮同时驱动，双轮差速驱动，单轮驱动。双轮同时驱动肯定有轮子会和地面打滑，因为滑动摩擦远比滚动摩擦大会损失大量能量，同时小车前进受到过多约束，无法确定其轨迹，不能够有效避免碰到障碍。双轮差速驱动能够避免双轮同时驱动出现问题，能够经过差速器或单向轴承来实现差速。但自己加工精度达不到要求，而且市场上没有适合本小车差速器。单轮驱动即只利用一个轮子作为驱动轮，一个为导向轮，另一个为从动轮。从动轮和驱动轮间差速依靠和地面运动约束确定。其效率比利用差速器高，传动精度比利用单向轴承高。
故选择单轮驱动。
由摩擦理论知道摩擦力矩和正压力关系为

对于相同材料为一定值。
而滚动摩擦阻力，所以轮子越大，小车受到阻力越小，所以能够走更远。故小车驱动轮采取直径为φ128大轮，以减小地面阻力。
2.6微调机构
微调机构属于小车控制部分， 经过微调机构调整能够修正小车行走轨迹。 我们确定了转向机构采取槽轮机构+推杆+摇杆方案，摇杆一端和滑块连接，滑块上装有弹簧和螺栓，经过调整正面和侧面螺栓旋合长度来调整摇杆长度和角度，从而实现对小车运行轨迹控制。但因为各部件加工误差和装配误差，在实际调试过程中，还需反复调整，总结出自己发车规律。

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小车装配图
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小车爆炸图
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传动机构展开图
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