1 第二屆全國大學生工程訓練綜合能力競賽 無碳小車 設計說明書 參賽者： 龔雪飛 趙鵬飛 劉述亮 指導老師：朱政強 戴莉莉 2011-1-16 2 摘要 第二屆全國大學生工程訓練綜合能力 競賽命題主題為“無碳小車”。在設計小車過程中特別注重設計的方法，力求通過對命題的分析得到清晰開闊的設計思路；作品的設計做到有系統(tǒng)性規(guī)范性和創(chuàng)新性；設計過程中綜合考慮材料 、加工 、制造成本等給方面因素。我們借鑒了參數(shù)化設計 、優(yōu)化設計 、系統(tǒng)設計等現(xiàn)代設計發(fā)發(fā)明理論方法；采用了 MATLAB、 PROE 等軟件輔助設計。 我們把小車的設計分為三個階段：方案設計、技術設計、制作調試。通過每一階段的深入分析、層層把關，是我們的設計盡可能向最優(yōu)設計靠攏。 方案設計階段根據(jù)小車功能要求我們根據(jù)機器的構成（原動機構、傳動機構、執(zhí)行機構、控制部分、輔助部分）把小車分為 車架 、原動機構 、傳動機構 、轉向機構 、行走機構 、微調機構六個模塊，進行模塊化設計 。分別針對每一個模塊進行多方案設計，通過綜合對比選擇出最優(yōu)的方案組合。我們的方案為：車架采用三角底板式、原動機構采用了錐形軸、傳動機構采用齒輪或沒有該機構、 轉向機構采用曲柄連桿、行走機構采用單輪驅動實現(xiàn)差速、微調機構采用微調螺母螺釘。其中轉向機構利用了調心軸承、關節(jié)軸承。 技術設計階段我們先對方案建立數(shù)學模型進行理論分析，借助 MATLAB分別進行了能耗規(guī)律分析、運動學分析、動力學分析、靈敏度分析。進而得出了小車的具體參數(shù)，和運動規(guī)律。接著應用 PROE 軟件進行了小車的實體建模和部分運動仿真。在實體建模的基礎上對每一個零件進行了詳細的設計，綜合考慮零件材料性能、加工工藝、成本等。 小車大多是零件是標準件、可以購買，同時除部分要求加工精度高的部分需要特殊加工外，大多 數(shù)都可以通過手工加工出來。對于塑料會采用自制的電鋸切割。因為小車受力都不大，因此大量采用膠接，簡化零件及零件裝配。調試過程會通過微調等方式改變小車的參數(shù)進行試驗，在試驗的基礎上驗證小車的運動規(guī)律同時確定小車最優(yōu)的參數(shù)。 關鍵字 ：無碳小車 參數(shù)化設計 軟件輔助設計 微調機構 靈敏度分析 3 目錄 摘要 . 2 一 緒論 . 5 1.1 本屆競賽命題主題 . 5 1.2 小車功能設計要求 . 5 1.3 小車整體設計要求 . 5 1.4 小車的設計方法 . 6 二 方案設計 . 7 2.1 車架 . 9 2.2 原動機構 . 9 2.3 傳動機構 . 10 2.4 轉向機構 . 10 2.5 行走機構 . 12 2.6 微調機構 . 13 三 技術設計 . 14 3.1 建立數(shù)學模型及參數(shù)確定 . 15 3.1.1 能耗規(guī)律模型 . 15 3.1.2 運動學分析模型 . 17 3.1.3 動力學分析模型 . 22 3.1.4 靈敏度分析模型 . 24 3.1.5 參數(shù)確定 . 25 3.2 零部件設計 . 26 3.3 整體設計 . 28 4 3.3.1 整體裝配圖 . 28 3.3.2 小車運動仿真分析 . 29 四 小車制作調試及改進 . 30 4.1 小車制作流程 . 30 詳見工藝分析方案報告 . 30 4.2 小車調試方法 . 30 4.3 小車改進方法 . 30 五 評價分析 . 31 5.1 小車優(yōu)缺點 . 31 5.2 自動行走比賽時的前行距離估計 . 31 5.3 改進方向 . 31 六 參考文獻 . 31 七 附錄 . 32 7.1 裝配圖 . 32 7.2 耗能分析程序 . 36 7.3 運動學分析程序 . 37 7.4 動力學分析程序 . 39 7.5 靈敏度分析程序 . 41 5 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”。命題與高校工程訓練教學內容相銜接，體現(xiàn)綜合性工程能力。命題內容體現(xiàn)“創(chuàng)新設計能力、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 小車功能設計要求 給定一重力勢能，根據(jù)能量轉換原理，設計一種可將該重力勢能轉換為機械能并可用來驅動小車行走的裝置。該自行小車在前行時能夠自動避開賽道上設置的障礙物（每間隔 1 米，放置一個直徑 20mm、高 200mm的彈性障礙圓棒）。以小車前行距離的遠近、以及避開障礙的多少來 綜合評定成績。 給定重力勢能為 5 焦耳（取 g=10m/s2），競賽時統(tǒng)一用質量為 1Kg 的重塊（ 50 65 mm，普通碳鋼）鉛垂下降來獲得，落差 500 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構（ 1 個轉向輪， 2 個驅動輪），具體結構造型以及材料選用均由參賽者自主設計完成。要求滿足：小車上面要裝載一 件外形尺寸為 60 20 mm 的實心圓柱型鋼制質量塊作為載荷，其質量應不小于 750 克；在小車行走過程中，載荷不允許掉落。轉向輪最大外徑應不小于 30mm。 1.3 小車整體設計要求 小車設計過程中需要完成：機械設計、工藝方案設計、經(jīng)濟成本分析和工程管理方案設計。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。設計能力項要求對參賽作品的設計 6 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 小車的設計方法 小車的設計一定要做到目標明確，通過對命題的分析我們得到了比較清晰開闊的設計思路。作品的設計需要有系統(tǒng)性規(guī)范性和創(chuàng)新性。設計過程中需要綜合考慮材料 、加工 、制造成本等給方面因素。 小車的設計是提高小車性能的關鍵。在設計方法上我們借鑒了參數(shù)化設計 、優(yōu)化設計 、系統(tǒng)設計等現(xiàn)代設計發(fā)發(fā)明理論方法。采用了 MATLAB、PROE 等軟件輔助設計。下面是我們設計小車的流程（如圖一 ） 圖一 7 二 方案設計 通過對小車的功能分析小車需要完成重力勢能的轉換、驅動自身行走、自動避開障礙物。為了方便設計這里根據(jù)小車所要完成的功能將小車劃分為五個部分進行模塊化設計（ 車架 、原動機構 、傳動機構 、轉向機構 、行走機構 、微調機構 ）。為了得到令人滿意方案，采用擴展性思維設計每一個模塊，尋求多種可行的方案和構思。下面為我們設計圖框（圖二） 圖二 8 在選擇方案時應綜合考慮功能、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) 。 圖三 9 2.1 車架 車架不用承受很大的力，精度要求低?？紤]到重量加工成本等，車架采用木材加工制作成三角底板式?？梢酝ㄟ^回收廢木材獲得，已加工。 2.2 原動機構 原動機構的作用是將重塊的重力勢能轉化為小車的驅動力。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)。小車對原動機構還有其它的具體要求。 1. 驅動力適中，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化到驅動小車前進上，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可能不一樣，在不同的場地小車需要的動力也不一樣。在調試時也不知道多大的驅動力恰到好處。因此原動機構還需要能根據(jù)不同的需要調整其驅動力。 4. 機構簡單，效率高。 基于以上分析我們提出了輸出驅動力可調的繩輪式原動機構。如下圖四 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。 圖四 10 2.3 傳動機構 傳動機構的功能是把 動力和運動傳遞到轉向機構和驅動輪 上。要使小車行駛的更遠及按設計的軌道精確地行駛，傳動機構必 需 傳遞效率高、傳動穩(wěn)定、結構簡單重量輕 等。 1.不用其它額外的傳動裝置， 直接由動力軸驅動輪子和轉向機構 ，此種方式效率最高、結構最簡單。在不考慮其它條件時這是最優(yōu)的方式。 2.帶輪具有結構簡單、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。不適合本小車設計。 3.齒輪具有效率高、結構緊湊、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 轉向機構 轉向機構是本小車設計的關鍵部分，直接決定著小車的功能。轉向機構也同樣需要盡可能的 減少摩擦耗能，結構簡 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。能夠將旋轉運動轉化為滿足要求的來回擺動，帶動轉向輪左右轉動從而實現(xiàn)拐彎避障的功能。能實現(xiàn)該功能的機構有：凸輪機構+搖桿、曲柄連桿 +搖桿、曲柄搖桿、差速轉彎等等。 凸輪：凸輪是具有一定曲線輪廓或凹槽的構件，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)的任意預期往復運動。 優(yōu)點：只需設計適當?shù)耐馆嗇喞?，便可使從動件得到任意的預期運動，而且結構簡單、緊湊、設計方便；缺點：凸輪輪廓加工比較困難。 在本小車設計中由于：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 11 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，它不像凸輪機構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，且設計較為復雜；當給定的運動要求較多或較復雜時，需要的構件數(shù)和運動副數(shù)往往比較多，這樣就使機構結構復雜，工作效率降低，不僅發(fā)生自鎖的可能性增加，而且機構運動規(guī)律對制造、安裝誤差的敏感性增加 ；機構中做平面復雜運動和作往復運動的構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，故連桿機構常用于速度較低的場合。 在本小車設計中由于小車轉向頻率和傳遞的力不大故機構可以做的比較輕，可以忽略慣性力，機構并不復雜，利用 MATLAB 進行參數(shù)化設計并不困難，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機構來解決。 曲柄搖桿 結構較為簡單，但和凸輪一樣有一個滑動的摩擦副，其效率低。其急回特性導致難以設計出較好的機構。 差速轉彎 差速拐是利用兩個偏心輪作為 驅動輪，由于兩輪子的角速度一樣而轉動半徑不一樣，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。 差速轉彎，是理論上小車能走的最遠的設計方案。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 曲柄連桿 +搖桿作為小車轉向機構的方案。 12 2.5 行走機構 行走機構即為三個輪子，輪子又厚薄之分，大小之別，材料之不同需要綜合考慮。 有摩擦理論知道摩擦力矩與正壓力的關系為 NM 對于相同的材料 為一定值。 而滾動摩擦阻力 RNRMf ，所以輪子越大小車受到的阻力越小，因此能夠走的更遠。但由于加工問題材料問題安裝問題等等具體尺寸需要進一步分析確定。 由于小車是沿著曲線前進的，后輪必定會產(chǎn)生差速。對于后輪可以采用雙輪同步驅動，雙輪差速驅動，單輪驅動。 雙輪同步驅動必定有輪子會與地面打滑，由 于滑動摩擦遠比滾動摩擦大會損失大量能量，同時小車前進受到過多的約束，無法確定其軌跡，不能夠有效避免碰到障礙。 雙輪差速驅動可以避免雙輪同步驅動出現(xiàn)的問題，可以通過差速器或單向軸承來實現(xiàn)差速。差速器涉及到最小能耗原理，能較好的減少摩擦損耗，同時能夠實現(xiàn)滿足要運動。單向軸承實現(xiàn)差速的原理是但其中一個輪子速度較大時便成為從動輪，速度較慢的輪子成為主動輪，這樣交替變換著。但由于單向軸承存在側隙，在主動輪從動輪切換過程中出現(xiàn)誤差導致運動不準確，但影響有多大會不會影響小車的功能還需進一步分析。 單輪驅動即只利用一個輪子 作為驅動輪，一個為導向輪，另一個為從動輪。就如一輛自行車外加一個車輪一樣。從動輪與驅動輪間的差速依靠與地面的運動約束確定的。其效率比利用差速器高，但前進速度不如差速器穩(wěn)定，傳動精度比利用單向軸承高。 13 綜上所述行走機構的輪子應有恰當?shù)某叽纾梢匀绻袟l件可以通過實驗來確定實現(xiàn)差速的機構方案，如果規(guī)則允許可以采用單輪驅動。 2.6 微調機構 一臺完整的機器包括：原動機、傳動機、執(zhí)行機構、控制部分、輔助設備。微調機構就屬于小車的控制部分。由于前面確定了轉向采用 曲柄連桿 +搖桿方案，由于曲柄連桿機構對于加工誤差和裝配誤 差很敏感，因此就必須加上微調機構，對誤差進行修正。這是采用微調機構的原因之一，其二是為了調整小車的軌跡（幅值，周期，方向等），使小車走一條最優(yōu)的軌跡。 微調機構可以采用下面兩種方式微調螺母式、滑塊式如圖五 14 圖五 由于理論分析與實際情況有差距，只能通過理論分析得出較優(yōu)的方案而不能得到最優(yōu)的方案。因此我們設計了一種機構簡單的小車，通過小部分的改動便可以改裝成其它方案，再通過試驗比較得到最優(yōu)的小車。 三 技術設計 技術設計階段的目標是完成詳細設計確定個零部件的的尺寸。設計的同時綜合考慮材料加工成 本等各因素。 15 3.1 建立數(shù)學模型及參數(shù)確定 通過對小車建立數(shù)學模型，可以實現(xiàn)小車的參數(shù)化設計和優(yōu)化設計，提高設計的效率和得到較優(yōu)的設計方案。充分發(fā)揮計算機在輔助設計中的作用。 3.1.1 能耗規(guī)律模型 為了簡化分析，先不考慮小車內部的能耗機理。設小車內部的能耗系數(shù)為1 ，即小車能量的傳遞效率為 。小車輪與地面的摩阻系數(shù)為 ，理想情況下認 為重塊的重力勢能都用在小車克服阻力前進上。則有 3131*iiiiRNgmNm g hsii總iN為第 i個輪子對地面的壓力。 iR為第 i個輪子的半徑。 iS 為第 i個輪子行走的距離 總m為小車總質量 為了更全面的理解小車的各個參數(shù)變化對小車前進距離的變化下面分別從 1.輪子與地面的滾動摩阻系數(shù)、 2.輪子的半徑、 3.小車的重量、 4.小車能量轉換效率。四方面考慮。 通過查閱資料知道一般材料的滾動摩阻系數(shù)為 0.1-0.8 間。下圖為當車輪半徑分別為（ 222mm， 70mm）摩阻系數(shù)分別為 0.3， 0.4， 0.5.mm 時小車行走的距離與小車內部轉換效率的坐標圖（圖六） 16 有上圖六可知滾動摩阻系數(shù)對小車的運動影響非常顯著，因此在設計小車時也特別注意考慮輪子的材料，輪子的剛度盡可能大，與地面的摩阻系數(shù)盡可能小。 同時可看到小車為輪子提供能量的效率提高一倍小車前進的 距離也提高一倍。因此應盡可能減少小車內部的摩擦損耗，簡化機構，充分潤滑。 圖七為當摩阻系數(shù)為 0.5mm，車輪半徑依次增加 10mm時的小車行走的距離與小車內部轉換效率的坐標圖圖六 圖七 17 由圖可知當小車的半徑每增加 1cm小車便可多前進 1m到 2m。因此在設計時應考慮盡可能增大輪子的半徑。 3.1.2 運動學分析模型 符號說明： 驅動輪半徑 齒輪傳動比 驅動輪 A 與轉向輪橫向偏距 驅動輪 B 與轉向輪橫向偏距 驅動軸（軸 2）與轉向輪中心距離 曲柄軸（軸 1）與轉向輪中心距離 曲柄的旋轉半徑 18 搖桿長 連桿長 軸的繩輪半徑 2r a、驅動： 當重物下降 dh 時，驅動軸（軸 2）轉過的角度為 2d ，則有 22 rdhd 則曲柄軸（軸 1）轉過的角度 idd 21 19 小車移動的距離為（以 A 輪為參考） 2dRds b、轉向： 當轉向桿與驅動軸間的夾角 為時，曲柄轉過的角度為 1 則 與 1 滿足以下關： 1221211222 co ss i ns i nco s1 rrcbcl解上述方程可得 1 與 的函數(shù)關系式 1 f c、小車行走軌跡 只有 A 輪為驅動輪，當轉向輪轉過角度 時，如圖： 則小車轉彎的曲率半徑為 1t a n ab 小車行走 ds 過程中，小車整體轉過的角度 dsd 當小車轉過的角度為 時，有 20 c oss indsdydsdxd、小車其他輪的軌跡 以輪 A 為參考，則在小車的運動坐標系中， B 的坐標 0,21 aaB C 的坐標 daC , 在地面坐標系中，有 s in)(c o s)(2121aayyaaxxABABs inc oss inc os11adyydaxxACAC整理上述表達式有： 21 c o ss i ns i nc o ss i n)(c o s)(c o ss i nt anc o s)s i ns i n()c o s1(112121112212112222122dayydaxxaayyaaxxdsdydsdxdsdabrrcbcliddrdhdACACABAB為求解方程，把上述微分方程改成差分方程求解，通過設定合理的參數(shù)的到了小車運動軌跡如（圖六） 圖六 22 3.1.3 動力學分析模型 a、驅動 如圖：重物以加速度向下加速運動，繩子拉力為 T ，有)( agmT 產(chǎn)生的扭矩 122 rTM ，（其中 1 是考慮到摩擦產(chǎn)生的影響而設置的系數(shù)。） 驅動輪受到的力矩 AM ，曲柄輪受到的扭矩 1M ， AN 為驅動輪 A 受到的壓力， AF 為驅動輪 A 提供的動力，有 221 MiMMA （其中2 是考慮到摩擦產(chǎn)生的影響而設置的系數(shù)） RFNM AAA b、轉向 假設小車在轉向過程中轉向輪受到的阻力矩恒為 CM ，其大小可由赫茲公式求得，)11(1222121EERBNcccbBN cc 2 由于 b 比較小，故 23 241 bBM cc 對于連桿的拉力 cF ，有 lrc 11 sin2s in 21 c o s)c o s1(a r c si n2 cc lc12 s inc o s cccc cFM )s in ( 21 cc cFM c、小車行走受力分析 設小車慣量為 I ，質心在則此時對于旋轉中心 O 的慣量為 I )( 2321 aamII A （平行軸定理） )()( 21221 aaRNdarNFI ABAccAA 小車的加速度為： AAa 2raRaA 整理上述表達式得： 24 3.1.4 靈敏度分析模型 小車一旦設計出來在不改變其參數(shù)的條件下小車的軌跡就已經(jīng)確定，但由于加工誤差和裝配誤差的存在，裝配好小車后可能會出現(xiàn)其軌跡與預先設計的軌跡有偏離，需要糾正。其次開始設計的軌跡也許并不是最優(yōu)的，需要通過調試試驗來確定最優(yōu)路徑，著同樣需要改變小車的某些參數(shù)。為了得到改變不同參數(shù)對小車運行軌跡的影響，和指導如何調試這里對小車各個參數(shù)進行靈敏度分析。通過 MATLAB 編程得到 幅值 周期 方 向 25 i -0.0117 -0.09158 528.135 b 176.5727 -35.3795 578.82 R -0.3163 16.39132 528.1437 a1 1.465469 -0.27592 528.5547 曲柄半徑 r1 23.71445 -18.9437 535.3565 d 0.040819 -117.738 528.1465 轉向桿的長 -1.63769 3.525236 527.5711 連桿長度 -176.955 -196.268 477.3561 3.1.5 參數(shù)確定 單位： m 轉向輪與曲柄軸軸心距 b=0.15； 搖桿長 c=0.06； 驅動輪直徑 D=0.355； 驅動輪 A 與轉向輪橫向偏距 a1=0.08 驅動輪 B 與轉向輪橫向偏距 a2=0.08； 驅動軸與轉向輪的距離 d=0.18； 曲柄長 r1=0.01347； 繩輪半徑 r2=0.006 26 3.2 零部件設計 需加工的零件： a驅動軸 6061 空心鋁合金管 。 外徑 6mm 內徑 3mm b車輪 聚甲醛板（ POM 板材） 。 厚度： 8mm，規(guī)格尺寸：600*1200mm 2.2 可購買的標準件： a單向離合器軸承 2 個 型號 Bearing Number 外型尺寸 (mm) FC 系列 d D FC-6K(2) 6 10 b RBL 關節(jié)軸承 1 個： SQ 5-RS 27 c調心球軸承 1 個 軸承代號 d D B 135 5 19 6 d深溝球軸承 1 個 型號 內徑 (d) 外徑 (D) 28 R85zz 5 8 d圓柱直齒輪 1 對 小齒輪： 模數(shù) =1， 齒 數(shù) =15， 外徑 =17mm， 內孔 =3mm， 厚度 ： 6.5mm 大齒輪： 模數(shù) =1， 齒數(shù) =45，外徑 =47mm，內徑 =10mm， 厚度 =10mm 材質 ：夾布塑料 3.3 整體設計 3.3.1 整體裝配圖 29 3.3.2 小車運動仿真分析 為了進一步分析本方案的可行性，我們利用了 proe 和 MATLAB 進行了動態(tài)仿真，詳見視頻。 30 四 小車制作調試及改進 4.1 小車制作流程 詳見工藝分析方案報告 4.2 小車調試方法 小車的調試是個很重要的過程，有了大量的理論依據(jù)支撐，還必須用大量的實踐去驗證。小車的調試涉及到很多的內容，如車速的快慢，繞過障礙物，小車整體的協(xié)調性，小 車前進的距離等。 （ 1）小車的速度的調試：通過小車在指定的賽道上行走，測量通過指定點的時間，得到多組數(shù)據(jù)，從而得出小車行駛的速度，通過試驗，發(fā)現(xiàn)小車后半程速度較快，整體協(xié)調性能不是太好，于是車小了繞繩驅動軸，減小過大的驅動力同時也增大了小車前進的距離。 （ 2）小車避障的調試：雖然本組小車各個機構相對來說較簡單，損耗能量較少，但是避障不是很好，但與此同時，小車由于設計時采用了多組微調機構，通過觀察小車在指定賽道上行走時避障的特點，微調螺母，慢慢小車避障性能改善，并做好標記。 4.3 小車改進方法 由于本組小車采 用膠水黏貼各處，雖然少了許多的加工成本費用，也避免了能量的過多損耗，但小車會有時出現(xiàn)脫膠的現(xiàn)象，導致無法前進，于是想法改進，使小車能量損失減少，同時故障出現(xiàn)的次數(shù)減少，穩(wěn)定性能較好，避障多，前進遠。 另外，本組采用微調機構，但通過計算編程發(fā)現(xiàn)要求精度非常高，改變0.001mm 都可能使小車偏離原軌道，于是想法改進使小車精度降低，加工成本也減低。 31 五 評價分析 5.1 小車優(yōu)缺點 優(yōu)點：（ 1）小車機構簡單，單級齒輪傳動，損耗能量少， （ 2）多處采用微調機構，便于糾正軌跡，避開障礙物， （ 3）采用大的驅動輪，滾阻系 數(shù)小，行走距離遠， （ 4）采用磁阻尼，小車穩(wěn)定性提高，不致使車速過快， 缺點： 小車精度要求高，使得加工零件成本高，以及微調各個機構都很費時，避障穩(wěn)定行差，時而偏左，時而偏右。 5.2 自動行走比賽時的前行距離估計 通過理論與實踐結合，小車行走距離（包括繞開障礙物）約 20-25 米。 5.3 改進方向 小車最大的缺點是精度要求非常高，改進小車的精度要求，使能調整簡單，小車便能達到很好的行走效果。 六 參考文獻 32 七 附錄 7.1 裝配圖 33 34 35 36 7.2 耗能分析程序 clear clc tic %符號定義 %重物下降的高度 h %小車行駛的路程 s %內部能耗系數(shù) ypxl n=10000； h=0.5； nn=1000； ypxl=linspace(0.5,1,n)； R2=111/nn； R1=35/nn； m=1； g=9.8； mz=2； sgm=0.5/nn； for i=1:10 % sgm=(0.1*i+0.2)/nn； %mz=1.75-0.2+0.2*i； R1=R1+20/nn； R2=R2+20/nn； s=ypxl*m*h/(mz*(1/R1+2/R2)*sgm)； s=s/1.045615886000699； plot(ypxl,s)； hold on grid on end plot(0.5,0)； 37 toc 7.3 運動學分析程序 clear clc tic %符號定義 %重物下降的高度 h %驅動軸轉過角度 sd2 %驅動軸傳動比 ii %轉向輪軸心距 b %轉向桿的長 c %轉向輪轉過的角度 af %驅動輪半徑 R %驅動輪 A與轉向輪橫向偏距 a1 %驅動輪 B與轉向輪橫向偏距 a2 %驅動軸與轉向輪的距離 d %小車行駛的路程 s %小車 x方向的位移 x %小車 y方向的位移 y %軌跡曲率半徑 rou %曲柄半徑 r1 %繩輪半徑 r2 %參數(shù)輸入 n=1000； h=linspace(0,0.5,n)； ii=3； b=0.15； R=0.111； %驅動輪 A與轉向輪橫向偏距 a1 a1=0.08； %驅動輪 B與轉向輪橫向偏距 a2 a2=0.08； %曲柄半徑 r1 r1=0.01347； 38 %繩輪半徑 r2 r2=0.006； %驅動軸與轉向輪的距離 d d=0.18； %轉向桿的長 c c=0.06； l=sqrt(b2+r12)+(0.351)/1000； %算法 g=-10； sd2=h/r2； sd1=sd2/ii+pi/2； C=l2-2*c2-r12.*(cos(sd1).2-(b-r1.*sin(sd1).2； A=2.*c.*(b-r1.*sin(sd1)； B=-2*c2； af=asin(C./sqrt(A.2+B.2)-atan(B./A)； format long rou=a1+(d)./(tan(af)； s=sd2*R； ds=s(2)-s(1)； dbd=ds./(rou)； bd=cumsum(dbd)； dy=ds*cos(bd)； dx=-ds*sin(bd)； x=cumsum(dx)； y=cumsum(dy)； xb=x-(a1+a2).*cos(bd)； yb=y-(a1+a2).*sin(bd)； xc=x-a1*cos(bd)-d*sin(bd)； yc=y-a1*sin(bd)+d*cos(bd)； plot(x,y,b,xb,yb,b,xc,yc,m)； hold on grid on for i=1:9 t=0:0.01:2*pi； xy=0.01.*cos(t)-0.23； yy=0.01.*sin(t)+i； plot(xy,yy)； 39 hold on end toc 7.4 動力學分析程序 clear clc tic n=1000； h=linspace(0,0.5,n)； ii=3； b=0.15； R=0.111； %驅動輪 A與轉向輪橫向偏距 a1 a1=0.08； %驅動輪 B與轉向輪橫向偏距 a2 a2=0.08； %曲柄半徑 r1 r1=0.01347； %繩輪半徑 r2 r2=0.006； %驅動軸與轉向輪的距離 d d=0