本科畢業(yè)設(shè)計(jì)無(wú)碳越障小車(chē)設(shè)計(jì)題目無(wú)碳越障小車(chē)設(shè)計(jì)學(xué)院（系）機(jī)械工程學(xué)院專(zhuān)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化二零一五年五月摘要隨著全球經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，能源消耗的不斷加劇，新能源的研發(fā)與節(jié)能環(huán)保產(chǎn)品的研制，如無(wú)碳小車(chē)的開(kāi)發(fā)與研制具有十分重大的意義。根據(jù)題目要求，擬定了8字形無(wú)碳越障小車(chē)的總體設(shè)計(jì)方案，通過(guò)機(jī)械設(shè)計(jì)和分析計(jì)算，完成了無(wú)碳越障小車(chē)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，繪制了裝配圖和部分主要零件圖，通過(guò)PRO/E模擬仿真驗(yàn)證了預(yù)定功能，并制作出了實(shí)體樣機(jī)，通過(guò)實(shí)體樣機(jī)的演示達(dá)到了預(yù)定功能。關(guān)鍵詞無(wú)碳越障小車(chē)；環(huán)保；機(jī)械設(shè)計(jì)ABSTRACTWITHTHERAPIDDEVELOPMENTOFGLOBALECONOMY,ENERGYCONSUMPTIONINCREASING,THEDEVELOPMENTOFNEWENERGYANDENERGYCONSERVATIONANDENVIRONMENTALPROTECTIONPRODUCTS,SUCHASACARBONFREECARDEVELOPMENTHASANEXTREMELYGREATTSIGNIFICANCEACCORDINGTOTHETOPICREQUEST,FORMULATETHEFIGURE8CARBONFREEOBSTACLETHECARSOVERALLDESIGN,THROUGHTHEMECHANICALDESIGNANDANALYSISCALCULATION,COMPLETINGTHEOBSTACLESURMOUNTINGCARWITHOUTCARBONSTRUCTUREDESIGN,DRAWINGTHEASSEMBLYDRAWINGANDPARTOFTHEMAINPARTSDRAWING,VERIFINGTHERESERVATIONFUNCTIONBYPRO/ESSIMULATIONANDMAKINGTHEPHYSICALPROTOTYPE,FINALLYREACHEDTHEREQUIREDFUNCTIONBYTHEENTITYPROTOTYPEPRESENTATIONKEYWORDSCARBONFREECARENVIRONMENTALPROTECTIONTHEMECHANICALDESIGN目錄摘要IABSTRACTII1緒論111課題的背景112課題的基本內(nèi)容及研究意義213課題擬采用的研究方法與手段42無(wú)碳越障小車(chē)機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì)521任務(wù)分析522機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)總功能分解及功能元解523機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì)的基本原則624原動(dòng)機(jī)構(gòu)的分析6241重物錐臺(tái)輪機(jī)構(gòu)功能元解的優(yōu)缺點(diǎn)6242重物飛輪機(jī)構(gòu)功能元解的優(yōu)缺點(diǎn)7243發(fā)條彈簧機(jī)構(gòu)功能元解的優(yōu)缺點(diǎn)7244橡皮筋結(jié)構(gòu)功能元解的優(yōu)缺點(diǎn)725傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的分析8251齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)功能元解的優(yōu)缺點(diǎn)8252皮帶輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)功能元解的優(yōu)缺點(diǎn)826行走機(jī)構(gòu)的分析9261后雙輪差速驅(qū)動(dòng)功能元解的優(yōu)缺點(diǎn)927轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的分析9271凸輪推桿機(jī)構(gòu)功能元解的優(yōu)缺點(diǎn)9272曲柄搖桿機(jī)構(gòu)功能元解的優(yōu)缺點(diǎn)1028總體方案的確定10281輔助機(jī)構(gòu)之車(chē)架機(jī)構(gòu)的分析10282控制機(jī)構(gòu)之微調(diào)機(jī)構(gòu)的分析113無(wú)碳越障小車(chē)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)1231原動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)12311重物支撐架的設(shè)計(jì)12312滑輪的設(shè)計(jì)12313飛輪的設(shè)計(jì)1432傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)14321齒輪的設(shè)計(jì)15322前后輪的設(shè)計(jì)16323小車(chē)轉(zhuǎn)彎狀態(tài)分析及前后輪偏距的設(shè)計(jì)17324傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)2033轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)20331凸輪的設(shè)計(jì)21332推桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)2234無(wú)碳越障小車(chē)部分零件的設(shè)計(jì)24341無(wú)碳越障小車(chē)底板的設(shè)計(jì)24342無(wú)碳越障小車(chē)支架的設(shè)計(jì)254無(wú)碳越障小車(chē)的制作2641三維建模與運(yùn)動(dòng)仿真2642部分零件的加工制作27421前輪叉架的加工制作27422前輪的加工制作2843無(wú)碳越障小車(chē)的裝配與調(diào)試28結(jié)論30參考文獻(xiàn)31附錄32致謝351緒論11課題的背景1無(wú)碳越障小車(chē)設(shè)計(jì)是全國(guó)大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競(jìng)賽的題目。如表11所示,是第三屆全國(guó)大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競(jìng)賽中“8”型小車(chē)的全國(guó)前二十名。表11第三屆全國(guó)大學(xué)生工程綜合能力訓(xùn)練競(jìng)賽排名項(xiàng)目1參賽隊(duì)隊(duì)號(hào)總名次天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)921合肥工業(yè)大學(xué)782武漢理工大學(xué)893中南大學(xué)574巢湖學(xué)院825南京航空航天大學(xué)916重慶大學(xué)587哈爾濱工業(yè)大學(xué)548西南科技大學(xué)769中原工學(xué)院6510沈陽(yáng)建筑大學(xué)6811哈爾濱工程大學(xué)5312中國(guó)石油大學(xué)（華東）6213湖北汽車(chē)工業(yè)學(xué)院8314長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)8015南昌航空大學(xué)5516北華航天工業(yè)學(xué)院9617天津大學(xué)5618河北工業(yè)大學(xué)9819重慶交通大學(xué)6720現(xiàn)有的無(wú)碳越障小車(chē)主要由車(chē)架、原動(dòng)機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)、微調(diào)機(jī)構(gòu)六個(gè)模塊組成。從六個(gè)部件分別對(duì)他們的小車(chē)進(jìn)行了分析得出如下結(jié)論（1）車(chē)架材料都是選用密度比較小的硬質(zhì)材料（有機(jī)玻璃、硬鋁等）。（2）原動(dòng)機(jī)構(gòu)都是通過(guò)滑輪懸掛，有些小車(chē)的滑輪直徑較大而且掛重物的線繩在滑輪上繞數(shù)圈。（3）傳動(dòng)機(jī)構(gòu)都是選用小模數(shù)的高傳動(dòng)比一級(jí)齒輪組來(lái)進(jìn)行傳動(dòng)，這樣既能得到較高的傳動(dòng)比又保證傳動(dòng)誤差不會(huì)太大（4）轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)大部用凸輪推桿機(jī)構(gòu)和不完全齒輪間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和曲柄滑塊機(jī)構(gòu)共同控制兩種。（5）行走機(jī)構(gòu)分單輪驅(qū)動(dòng)和雙輪驅(qū)動(dòng)，多用單輪驅(qū)動(dòng)。（6）微調(diào)機(jī)構(gòu)有可調(diào)曲柄、曲柄盤(pán)，主要目的是為了改變曲柄的長(zhǎng)度來(lái)改變小車(chē)轉(zhuǎn)向的角度從而達(dá)到競(jìng)賽要求。總結(jié)由于小車(chē)是純機(jī)械機(jī)構(gòu)控制，所以對(duì)零件的加工精度和裝配精度要求非常高，而這些高校能夠取得如此好的成績(jī)，很大程度上要?dú)w功于其精密的加工。另外，機(jī)構(gòu)的正確選用和不斷的調(diào)試也是他們成功的關(guān)鍵。隨著競(jìng)賽要求的不斷提高，國(guó)內(nèi)無(wú)碳越障小車(chē)將不斷與國(guó)際接軌，向著越來(lái)越質(zhì)量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、微調(diào)精度高的趨勢(shì)發(fā)展，今后的無(wú)碳小車(chē)必定能夠穩(wěn)定持續(xù)地行走更遠(yuǎn)的距離，繞過(guò)更多的障礙物。但是隨著制造精度的增加，小車(chē)的制造成本也會(huì)隨之相應(yīng)的增加。于是在以后的無(wú)碳小車(chē)設(shè)計(jì)制作過(guò)程中，應(yīng)盡最大可能找到一個(gè)精度與成本相平衡的點(diǎn)。12課題的基本內(nèi)容及研究意義本次畢業(yè)設(shè)計(jì)題目為“無(wú)碳越障小車(chē)”。該題目為全國(guó)第三屆大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競(jìng)賽題目，無(wú)碳越障小車(chē)前進(jìn)的動(dòng)力直接由重物下落過(guò)程中減少的重力勢(shì)能提供，只通過(guò)重力勢(shì)能與機(jī)械能的能量轉(zhuǎn)換，使得小車(chē)實(shí)現(xiàn)前進(jìn)、轉(zhuǎn)向和調(diào)節(jié)。無(wú)碳越障小車(chē)行駛的路線近似于8字，呈周期性變化，而且繞過(guò)間距300MM500MM之間的可調(diào)障礙物。要求設(shè)計(jì)一種小車(chē)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，零件加工簡(jiǎn)易，傳動(dòng)級(jí)數(shù)較少，調(diào)整單元少且簡(jiǎn)易。驅(qū)動(dòng)其行走及轉(zhuǎn)向的能量是根據(jù)能量轉(zhuǎn)換原理，由給定重力勢(shì)能轉(zhuǎn)換而得到的。該給定重力勢(shì)能由競(jìng)賽時(shí)統(tǒng)一使用質(zhì)量為1KG的標(biāo)準(zhǔn)砝碼（5065MM，碳鋼制作）來(lái)獲得，要求砝碼的可下降高度為4002MM。標(biāo)準(zhǔn)砝碼始終由小車(chē)承載，不允許從小車(chē)上掉落。圖11為小車(chē)示意圖。圖11無(wú)碳小車(chē)示意圖要求競(jìng)賽小車(chē)在半張標(biāo)準(zhǔn)乒乓球臺(tái)（長(zhǎng)1525MM、寬1370MM）上，繞相距一定距離的兩個(gè)障礙沿8字形軌跡繞行，繞行時(shí)不可以撞倒障礙物，不可以掉下球臺(tái)。障礙物為直徑20MM、長(zhǎng)200MM的2個(gè)圓棒，相距一定距離放置在半張標(biāo)準(zhǔn)乒乓球臺(tái)的中線上，以小車(chē)完成8字繞行圈數(shù)的多少來(lái)綜合評(píng)定成績(jī)。如圖12。圖12無(wú)碳小車(chē)所用乒乓球臺(tái)及障礙設(shè)置圖要求經(jīng)過(guò)一定的前期準(zhǔn)備后，完成一套符合本命題設(shè)計(jì)要求的可運(yùn)行裝置，并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)性運(yùn)行考核。設(shè)計(jì)的作品要提交相關(guān)的設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)、加工工藝方案、成本分析方案報(bào)告和工程管理方案。小車(chē)設(shè)計(jì)過(guò)程中需要完成機(jī)械設(shè)計(jì)、工藝方案設(shè)計(jì)、經(jīng)濟(jì)成本分析和工程管理方案報(bào)告。命題中的工程管理能力項(xiàng)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(jì)能力項(xiàng)要求對(duì)參賽作品的設(shè)計(jì)具有完整性、正確性、創(chuàng)新性和規(guī)范性。命題中的制造工藝能力項(xiàng)要求以綜合運(yùn)用加工制造工藝知識(shí)的能力為主。目前全球經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，隨之帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題也愈發(fā)明顯，傳統(tǒng)能源逐漸衰竭。鑒于我國(guó)持續(xù)高速增長(zhǎng)的GDP在環(huán)境保護(hù)、人類(lèi)健康和工程安全方面，受到由于不穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來(lái)的潛在威脅，我國(guó)迫切需要將新能源的尋找和利用、工業(yè)發(fā)展無(wú)碳驅(qū)動(dòng)的新時(shí)代課題引入現(xiàn)階段的社會(huì)進(jìn)步中。無(wú)碳小車(chē)的研制，具有經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、便利等優(yōu)點(diǎn)，有助于我們找到更為清潔環(huán)保的能源、有利的能量轉(zhuǎn)化途徑，以及提高能量的利用率。它將對(duì)傳統(tǒng)能源的逐漸取代具有深遠(yuǎn)意義。因此我們?cè)O(shè)計(jì)制作無(wú)碳小車(chē)，希望可以找到新的方法來(lái)緩解能源和環(huán)保問(wèn)題。13課題擬采用的研究方法與手段設(shè)計(jì)階段將通過(guò)對(duì)方案進(jìn)行分析，綜合運(yùn)用運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)、能量學(xué)以及機(jī)械設(shè)計(jì)等模塊化分析。把小車(chē)的設(shè)計(jì)分為三個(gè)主要階段功能分析、參數(shù)分析與個(gè)2性化設(shè)計(jì)、制造加工調(diào)試，見(jiàn)圖13。通過(guò)每一階段的深入分析，加諸大量理論參數(shù)分析，比較整合，使我們的設(shè)計(jì)盡可能向著最優(yōu)化設(shè)計(jì)靠攏。3功能分析參數(shù)分析與個(gè)性化設(shè)計(jì)制造加工調(diào)試圖13小車(chē)設(shè)計(jì)的三個(gè)主要階段（1）功能模塊分析階段根據(jù)對(duì)小車(chē)的功能要求，我們把小車(chē)分為原動(dòng)機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)、微調(diào)機(jī)構(gòu)、車(chē)架六個(gè)模塊，進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)。分別針對(duì)每一個(gè)模塊進(jìn)行多方案設(shè)計(jì)，通過(guò)綜合對(duì)比選擇出最優(yōu)的方案組合。4（2）參數(shù)分析與個(gè)性化設(shè)計(jì)階段應(yīng)用SOLIDWORKS、PROE對(duì)無(wú)碳小車(chē)進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)、個(gè)性建模以及部分運(yùn)動(dòng)仿真。并運(yùn)用MATLAB，將對(duì)方案建立數(shù)學(xué)模型進(jìn)行理論分析，借助MATLAB分別進(jìn)行能耗規(guī)律分析、運(yùn)動(dòng)學(xué)分析、動(dòng)力學(xué)分析、靈敏度分析。再而得出小車(chē)的具體參數(shù)和運(yùn)動(dòng)規(guī)律。5（3）制造加工調(diào)試階段制造加工中盡量選擇使用標(biāo)準(zhǔn)件，減少制造壓力，屆時(shí)將會(huì)使用數(shù)控加工幫助制造，部分零件例如凸輪不能自行加工的將在廣告公司進(jìn)行制造加工。鑒于小車(chē)受力限度和優(yōu)化成本，小車(chē)將多處采用膠結(jié)。通過(guò)調(diào)整微調(diào)連桿長(zhǎng)度的方式改變小車(chē)的擺角，在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上驗(yàn)證小車(chē)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律同時(shí)確定小車(chē)的最優(yōu)參數(shù)。2無(wú)碳越障小車(chē)機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì)21任務(wù)分析任務(wù)要求無(wú)碳小車(chē)是將重物的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為小車(chē)的動(dòng)能，不需要其他裝置的控制，以實(shí)現(xiàn)小車(chē)的自動(dòng)運(yùn)行以及小車(chē)的自動(dòng)轉(zhuǎn)彎繞障。故小車(chē)的設(shè)計(jì)顯得尤為關(guān)鍵，特別是小車(chē)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。6根據(jù)對(duì)題目的分析，可知無(wú)碳小車(chē)的設(shè)計(jì)重點(diǎn)和難點(diǎn)是如何將重物的勢(shì)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，并驅(qū)動(dòng)小車(chē)行走的8字形圈數(shù)多以及小車(chē)行走過(guò)程中如何避開(kāi)障礙物。其設(shè)計(jì)思路為查閱相關(guān)資料，進(jìn)行市場(chǎng)調(diào)研，寫(xiě)出調(diào)研分析報(bào)告，擬定將給定重物的勢(shì)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的結(jié)構(gòu)和小車(chē)自動(dòng)避障的機(jī)構(gòu)，確定小車(chē)一個(gè)周期行進(jìn)的路線和長(zhǎng)度，確定后輪尺寸和前后輪的傳動(dòng)比，各機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，小車(chē)車(chē)架總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，小車(chē)各零件的設(shè)計(jì)（包括材料和結(jié)構(gòu)），主要零件配合部分尺寸及公差的確定。22機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)總功能分解及功能元解無(wú)碳越障小車(chē)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)總功能分解及功能元解見(jiàn)表21。表21小車(chē)形態(tài)學(xué)矩陣功能元解功能元1234A勢(shì)能轉(zhuǎn)化重物滾筒繞線輪重物飛輪機(jī)構(gòu)發(fā)條彈簧機(jī)構(gòu)橡皮筋勢(shì)能裝置B直線分量行走后雙輪差速驅(qū)動(dòng)C前輪擺動(dòng)凸輪推桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)不完全齒輪槽輪萬(wàn)向節(jié)機(jī)構(gòu)D中間傳動(dòng)齒輪機(jī)構(gòu)皮帶輪機(jī)構(gòu)E微調(diào)機(jī)構(gòu)可調(diào)節(jié)螺母可調(diào)節(jié)連桿更換凸輪更換后輪23機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì)的基本原則根據(jù)對(duì)小車(chē)的功能要求，把小車(chē)分為原動(dòng)機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)、微調(diào)機(jī)構(gòu)、車(chē)架六個(gè)模塊。正式進(jìn)入機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì)時(shí)，必須遵守以下的設(shè)計(jì)選型原則滿足工藝動(dòng)作和運(yùn)動(dòng)要求。結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單,傳動(dòng)鏈最短。原動(dòng)機(jī)的選擇有利于簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)和改善運(yùn)動(dòng)質(zhì)量。機(jī)構(gòu)有盡可能好的動(dòng)力性能。機(jī)器操縱方便、調(diào)整容易、安全耐用。加工制造方便，經(jīng)濟(jì)成本低。具有較高的生產(chǎn)效率與機(jī)械效率。24原動(dòng)機(jī)構(gòu)的分析原動(dòng)機(jī)構(gòu)的作用是將勢(shì)能轉(zhuǎn)化為小車(chē)的動(dòng)能。能實(shí)現(xiàn)這一功能的方案有多種，小車(chē)對(duì)原動(dòng)機(jī)構(gòu)還有其它的具體要求1驅(qū)動(dòng)力適中，不至于小車(chē)拐彎時(shí)速度過(guò)大傾翻，或重塊晃動(dòng)厲害影響行走。2到達(dá)終點(diǎn)前重塊豎直方向的速度要盡可能小，避免對(duì)小車(chē)過(guò)大的沖擊。同時(shí)使重塊的動(dòng)能盡可能的轉(zhuǎn)化到驅(qū)動(dòng)小車(chē)前進(jìn)上。3機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，效率高。241重物錐臺(tái)輪機(jī)構(gòu)功能元解的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)成本低廉,結(jié)構(gòu)常見(jiàn)比較熟悉?？梢酝ㄟ^(guò)改變繩子繞在繩輪上不同位置來(lái)改變其輸出的動(dòng)力。滾筒的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了小車(chē)的起動(dòng)和重物的從低速到減速下落，減小了因碰撞而損失的能量，如圖21。缺點(diǎn)重錘下降時(shí)與小車(chē)一同運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致重錘下降不穩(wěn)定間接影響小車(chē)行走軌跡的精度；另外因重錘質(zhì)量不容忽略，導(dǎo)致車(chē)子整體質(zhì)量大，從而與地面間的滾動(dòng)阻力變大較大，能量消耗較快，行駛最遠(yuǎn)路程就短。圖21滾筒設(shè)計(jì)242重物飛輪機(jī)構(gòu)功能元解的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)在儲(chǔ)能完畢后，釋放能量階段能做到平穩(wěn)連續(xù)輸出，如圖22。缺點(diǎn)質(zhì)量大，占用體積空間大。圖22飛輪與后輪軸固連243發(fā)條彈簧機(jī)構(gòu)功能元解的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)在小車(chē)運(yùn)動(dòng)前已儲(chǔ)能完畢，在小車(chē)運(yùn)動(dòng)時(shí)穩(wěn)定釋放能量，如圖23。缺點(diǎn)發(fā)條在儲(chǔ)能和釋放能量時(shí)都會(huì)消耗能量，因而能量有效利用率不高。圖23發(fā)條彈簧244橡皮筋結(jié)構(gòu)功能元解的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)成本低廉、橡皮筋質(zhì)量低，對(duì)小車(chē)運(yùn)動(dòng)過(guò)程影響幾乎可以忽略。缺點(diǎn)很難精準(zhǔn)控制儲(chǔ)能大小，能量釋放時(shí)間過(guò)于短暫，零件間容易打滑浪費(fèi)能量。25傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的分析傳動(dòng)概述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的功能是把動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)傳遞到轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)輪上，使小車(chē)按設(shè)計(jì)的軌道行駛并行駛得更遠(yuǎn)。因此要在有限的加工條件下，提高了小車(chē)的運(yùn)行效率和穩(wěn)定性，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)必需傳遞效率高、傳動(dòng)穩(wěn)定且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單重量輕。251齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)功能元解的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)齒輪具有效率高、適用的載荷和速度范圍大、工作可靠、傳動(dòng)比穩(wěn)定，如圖24。缺點(diǎn)但價(jià)格較高，且傳動(dòng)距離比較短。圖24齒輪機(jī)構(gòu)252皮帶輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)功能元解的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可以遠(yuǎn)距離傳動(dòng)、價(jià)格低廉、緩沖吸震無(wú)噪音等特點(diǎn)，可使重物下落速度減緩，如圖25。缺點(diǎn)其效率及傳動(dòng)精度并不高。圖25皮帶輪26行走機(jī)構(gòu)的分析無(wú)碳小車(chē)沿曲線前進(jìn)時(shí)，一對(duì)后輪間必定會(huì)產(chǎn)生差速，為此，我們采用單輪驅(qū)動(dòng)單輪驅(qū)動(dòng)只利用一個(gè)輪子作為驅(qū)動(dòng)輪，另一個(gè)為從動(dòng)輪，驅(qū)動(dòng)輪與從動(dòng)輪之間的差速是由兩后輪與地面之間的運(yùn)動(dòng)約束而產(chǎn)生的。7261后雙輪差速驅(qū)動(dòng)功能元解的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)在小車(chē)行駛過(guò)程中，驅(qū)動(dòng)輪不會(huì)打滑，軌跡更為準(zhǔn)確。缺點(diǎn)裝配時(shí)要求同軸心，精度要求高。27轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的分析轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)是本小車(chē)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分，直接決定著小車(chē)的功能?，F(xiàn)代機(jī)械中,可以實(shí)現(xiàn)沿“8字形”軌跡運(yùn)行的機(jī)構(gòu)很少,它們之中大多數(shù)為間歇性的機(jī)構(gòu),如凸輪、曲柄搖桿、不完全齒輪等。271凸輪推桿機(jī)構(gòu)功能元解的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)出凸輪的輪廓曲線后就可以使推桿精準(zhǔn)地實(shí)現(xiàn)所需的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，而且響應(yīng)快速，如圖26。缺點(diǎn)凸輪廓線與推桿之間為點(diǎn)、線接觸，易磨損；凸輪精準(zhǔn)制造較困難；需使用額外機(jī)構(gòu)，利用彈簧力與使凸輪與推桿保持接觸。圖26凸輪推桿機(jī)構(gòu)272曲柄搖桿機(jī)構(gòu)功能元解的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)連桿機(jī)構(gòu)中的運(yùn)動(dòng)副為低副，其運(yùn)動(dòng)副元素為面接觸，壓力較小，易潤(rùn)滑，損耗能量少，且運(yùn)動(dòng)副一般是幾何封閉，對(duì)保證小車(chē)行進(jìn)的可靠性有利。缺點(diǎn)由于連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)必須經(jīng)過(guò)中間構(gòu)件進(jìn)行傳遞，因而構(gòu)件數(shù)目多，傳動(dòng)路線長(zhǎng)，若加工不能保證適當(dāng)精度，易產(chǎn)生較大的誤差積累，也使機(jī)械效率降低。28總體方案的確定利用上述形態(tài)學(xué)矩陣，理論上可組合出4X1X3X224種方案。而經(jīng)對(duì)各功能元解機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)分析還有比賽要求的分析后，本組最終定的小車(chē)組合方案為A2繩輪機(jī)構(gòu)B1（后雙輪差速驅(qū)動(dòng)）C3（凸輪推桿機(jī)構(gòu)）D2齒輪機(jī)構(gòu)，組合方案如圖27。圖27組合方案圖281輔助機(jī)構(gòu)之車(chē)架機(jī)構(gòu)的分析因?yàn)檫x擇了滾筒繩輪機(jī)構(gòu)，凸輪結(jié)構(gòu)和齒輪結(jié)構(gòu)，所以車(chē)身底板上加以支架，使凸輪，齒輪不與車(chē)身發(fā)生干涉，如圖28。圖28車(chē)身底板圖282控制機(jī)構(gòu)之微調(diào)機(jī)構(gòu)的分析一臺(tái)完整的機(jī)器包括原動(dòng)機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、控制機(jī)構(gòu)。微調(diào)機(jī)構(gòu)就屬于控制機(jī)構(gòu)，由于本次設(shè)計(jì)對(duì)軌跡精度要求較高，并且上述組合方案機(jī)構(gòu)對(duì)于加工誤差和裝配誤差很敏感，小車(chē)的行進(jìn)軌跡可能會(huì)發(fā)生偏移，加上本次設(shè)計(jì)要求兩障礙物之間的距離在300MM500MM之間變化，因此就必須加上微調(diào)機(jī)構(gòu)，對(duì)誤差進(jìn)行修正，使小車(chē)走一條最優(yōu)的軌跡。綜合各方面的因素，使得小車(chē)真正實(shí)現(xiàn)微調(diào)，我們選用了可調(diào)節(jié)連桿機(jī)構(gòu)，通過(guò)螺栓調(diào)節(jié)連桿長(zhǎng)度，使連著前輪的桿A長(zhǎng)度發(fā)生變化，進(jìn)而影響前輪最小擺角，加上改變輪子的直徑，使得小車(chē)走過(guò)的路程發(fā)生變化，從而改變“8”字大小的變化，如圖29。圖29可調(diào)節(jié)連桿3無(wú)碳越障小車(chē)各機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)31原動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)原動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)包括重物支撐架的設(shè)計(jì)、滑輪的設(shè)計(jì)以及飛輪的設(shè)計(jì)。311重物支撐架的設(shè)計(jì)重物支撐架的作用是固定滑輪，懸掛重物的支架。重物支撐架的設(shè)計(jì)包括兩個(gè)部分重物支撐桿和重物支撐架。重物支撐桿支架采用3根M5的碳鋼絲桿成等邊三角形分布，可以防止重物在下降的過(guò)程中晃動(dòng)，支撐桿的長(zhǎng)度為450MM。重物支撐架采用硬鋁制成，要求三個(gè)孔的相對(duì)位置要完全和地板上的三個(gè)孔的位置匹配，不然重物支撐桿就會(huì)傾斜，影響小車(chē)的正常運(yùn)行。重物支撐板的三個(gè)空的直徑為6MM，通過(guò)螺母在重物支撐桿上固定。支撐架上有三個(gè)6MM的孔，用于滑輪的軸的徑向定位。重物支撐板的結(jié)構(gòu)，如圖31。圖31重物支撐架312滑輪的設(shè)計(jì)小車(chē)的原動(dòng)機(jī)構(gòu)采用滑輪懸掛，其上掛有一根伸縮性較小棉線，在棉線的一端掛有一重塊，另一端則纏繞在小車(chē)驅(qū)動(dòng)軸的飛輪上，中間懸掛在支撐架上的滑輪上。當(dāng)重塊下落時(shí)通過(guò)棉線拉動(dòng)滑輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)飛輪旋轉(zhuǎn)，以此通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)小車(chē)后輪旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)小車(chē)向前行駛?；喸O(shè)計(jì)成錐形，在起始時(shí)原動(dòng)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑較大，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，有利起動(dòng)。起動(dòng)后，原動(dòng)輪半徑變小，轉(zhuǎn)速提高，轉(zhuǎn)矩變小，和阻力平衡后小車(chē)勻速運(yùn)動(dòng)。當(dāng)物塊距小車(chē)很近時(shí)，原動(dòng)輪的半徑再次變小，繩子的拉力不足以使原動(dòng)輪勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，但是由于物塊的慣性，仍會(huì)減速下降，原動(dòng)輪的半徑變小，總轉(zhuǎn)速比提高，小車(chē)緩慢減速，直到停止，物塊停止下落，正好接觸小車(chē)。小車(chē)上的定滑輪由3根直徑為6MM的碳鋼絲桿支撐，將提供能量的重物通過(guò)定滑輪懸掛在有效高度為4002MM的重物支撐架上使其自由落下，為小車(chē)前進(jìn)提供能量。同時(shí)保證重物在下落的過(guò)程中不會(huì)晃動(dòng)。圖32不同力臂時(shí)力矩示意圖由于質(zhì)量為1KG的重塊（5065MM，普通碳鋼）通過(guò)棉線繞過(guò)定滑輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，在定滑輪上形成一個(gè)驅(qū)動(dòng)力矩M，原理如圖32所示。由公式FR8可知滑輪半徑（動(dòng)力臂）越大，形成的驅(qū)動(dòng)力矩就越大。根據(jù)這個(gè)結(jié)論，我們可以在保證車(chē)身長(zhǎng)度一定的前提下，把定滑輪的半徑盡可能的取得大的值。為保證重物在下落過(guò)程中保持勻速，在滑輪上繞棉線時(shí)，在滑輪上多繞幾圈，這樣可以有效減慢重物下降的速度，提高能量的利用率。圖33為滑輪的三維模型。圖33小車(chē)的滑輪313飛輪的設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的作用是將重塊的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為小車(chē)的驅(qū)動(dòng)力，飛輪設(shè)計(jì)有大直徑輪，便于小車(chē)啟動(dòng)，重物下落時(shí)，直接帶動(dòng)小車(chē)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)小車(chē)前進(jìn)，這種方法很易實(shí)現(xiàn)，又方便制作。同時(shí)為了防止重物因轉(zhuǎn)向等原因搖擺導(dǎo)致小車(chē)側(cè)翻，在重物下落垂直方向上用絲桿固定重物下落軌跡。所以我們的繞線部分直接纏繞在直徑20MM的飛輪上使小車(chē)行進(jìn)更加平穩(wěn)連續(xù)，飛輪模型如圖34。圖34小車(chē)飛輪模型32傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)方案確定后，需要確定小車(chē)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的具體參數(shù)，圖35為小車(chē)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖。與軌跡直接相關(guān)的小車(chē)幾何參數(shù)有齒輪總傳動(dòng)比；前、后輪半徑；前后軸距；驅(qū)動(dòng)輪和轉(zhuǎn)向輪的偏置距離；前輪橫桿A；前輪橫桿B1前輪；2A桿；3B桿；4滾子；5凸輪；6凸輪軸；7驅(qū)動(dòng)輪軸；8從動(dòng)輪軸；9后輪圖35無(wú)碳小車(chē)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖321齒輪的設(shè)計(jì)在傳動(dòng)機(jī)構(gòu)齒輪的設(shè)計(jì)上，采用一級(jí)齒輪傳動(dòng)。通過(guò)定滑輪帶動(dòng)飛輪，同時(shí)帶動(dòng)同軸相連的主動(dòng)齒輪并將其作為轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的基本動(dòng)力來(lái)源，再帶動(dòng)后輪軸上的從動(dòng)齒輪，將從動(dòng)齒輪得到的能量作為后輪轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)力來(lái)源。7按照傳動(dòng)比的選擇原則，同時(shí)考慮到小車(chē)在行駛時(shí)要求傳動(dòng)比準(zhǔn)確和加工工藝9性，將傳動(dòng)比初步確定為16，大齒輪齒數(shù)為96，小齒輪齒數(shù)為16，見(jiàn)表31。即飛輪轉(zhuǎn)一圈車(chē)輪轉(zhuǎn)6圈，較大的傳動(dòng)比和后輪直徑可以使小車(chē)前進(jìn)更遠(yuǎn)的距離。表31齒輪參數(shù)序號(hào)模數(shù)齒數(shù)中心孔/MM分度圓直徑/MM厚度/MM大齒輪0759615723小齒075165126為了減輕小車(chē)的重量，將大齒輪確定為3MM厚的片齒輪，質(zhì)量為硬鋁，圖36為齒輪的三維模型。選擇小模數(shù)齒輪可以有效的減小小車(chē)前進(jìn)時(shí)的阻力，模數(shù)太小又會(huì)增加制造難度、加工成本和齒輪的使用壽命。所以，將齒輪的模數(shù)確定為075。齒輪通過(guò)軸套與軸配合，這樣可以保證齒輪的軸向和徑向定位?？紤]到現(xiàn)有的加工能力，齒輪采用線切割機(jī)床進(jìn)行加工。圖36齒輪的三維模型322前后輪的設(shè)計(jì)建立“8”字軌跡理想模型，如圖37。圖37“8”字理想軌跡小車(chē)由O點(diǎn)出發(fā)，依次經(jīng)過(guò)A、B、O、C、D、O完成一個(gè)周期，假設(shè)兩障礙物之間的距離是300MM，及兩圓的中心距離是300MM，R150MM故M942RLCDABAOD直線距離，AOD圓軌跡距離471，取平均值4476MM30所以小車(chē)一個(gè)周期走過(guò)的距離9424476218372MM設(shè)后輪走4圈為一個(gè)周期，則后輪周長(zhǎng)為4593MM取后輪直徑D150MM，前輪直徑D30MM為了減輕小車(chē)的重量，將前、后輪的厚度確定為5MM，材料為有機(jī)玻璃。323小車(chē)轉(zhuǎn)彎狀態(tài)分析及前后輪偏距的設(shè)計(jì)當(dāng)小車(chē)向右轉(zhuǎn)向前輪轉(zhuǎn)角為（）時(shí)，行駛狀態(tài)如圖38所示。圖38前輪右轉(zhuǎn)狀態(tài)由圖38可看出，設(shè)小車(chē)前輪轉(zhuǎn)彎半徑為R1，后輪驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)彎半徑為R2，根據(jù)速度關(guān)系有（1）212DBAVREWR（2）1TANAVLE（3）11COSIBRTT當(dāng)小車(chē)向左轉(zhuǎn)向前輪轉(zhuǎn)角為時(shí)，行駛狀態(tài)如圖39所示2T圖39前輪左轉(zhuǎn)狀態(tài)此時(shí)小車(chē)與向右轉(zhuǎn)彎時(shí)有類(lèi)似的幾何關(guān)系，可得（4）2TANAWRVLE（5）22COSIBTT簡(jiǎn)化模型的軌跡方程A點(diǎn)和B點(diǎn)在前輪轉(zhuǎn)角為（）時(shí)的瞬時(shí)速度，三輪車(chē)的模型可以簡(jiǎn)化為二輪車(chē)，即自行車(chē)的模型。設(shè)二輪小車(chē)某一時(shí)刻前輪轉(zhuǎn)角為（），A代表驅(qū)動(dòng)輪軸心，B代表轉(zhuǎn)向輪軸心。在一個(gè)微小的時(shí)間段DT內(nèi)，小車(chē)由移動(dòng)AB，如圖所示。當(dāng)忽略二階小量D2后，圖310可以表示為如圖311所示。圖310模型實(shí)際轉(zhuǎn)彎狀態(tài)圖311忽略高階小輛模型轉(zhuǎn)彎狀態(tài)由圖311可得出（6）ADVT（7）/COSDBAT（8）SINIL聯(lián)立（6）（8）（9）TAAVDDT（10）222NATL可見(jiàn)是二階小量，圖311的忽略是合理的。D據(jù)此可得與時(shí)間的關(guān)系，以下在直角坐標(biāo)系中求小車(chē)簡(jiǎn)化模型的軌跡方程。某時(shí)刻小車(chē)方位，DT時(shí)刻后小車(chē)位于AB，如圖312所示。圖312直角坐標(biāo)下DT時(shí)間內(nèi)小車(chē)的轉(zhuǎn)彎狀態(tài)由圖312可得（11）COSDXA（12）TANY結(jié)合（2）式、（4）式，以，為初始狀態(tài)，可得小車(chē)簡(jiǎn)化模型中A點(diǎn)，即小車(chē)驅(qū)動(dòng)軸上A點(diǎn)的軌跡方程130COSTAXVDT14ANYX基于小車(chē)車(chē)身上任意點(diǎn)在相同時(shí)刻的變化相同，不僅A點(diǎn)軌跡可以得到，其他點(diǎn)也可以用相似的式子得到。如驅(qū)動(dòng)輪軸心點(diǎn)D軌跡參數(shù)方程為150COSTDXVDT16ANYX轉(zhuǎn)向輪與后輪軸軸心距D170驅(qū)動(dòng)輪A與轉(zhuǎn)向輪橫向偏距A185；驅(qū)動(dòng)輪B與轉(zhuǎn)向輪橫向偏距A285324傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)由于小車(chē)是一級(jí)齒輪組傳動(dòng)，凸輪推桿機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)向，所以我們只需要兩根傳動(dòng)軸，這樣既減輕了小車(chē)的質(zhì)量又減小了傳動(dòng)誤差。兩根傳動(dòng)軸的材料選用硬鋁，采用階梯軸的方式對(duì)軸上零件進(jìn)行軸向定位，另外利用軸套對(duì)齒輪和后輪進(jìn)行徑向定位。圖313軸上零件的布置兩根傳動(dòng)軸的中心距公式得21）（ZMA0426975Z小車(chē)軸上零件的布置如圖313所示。33轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的選擇是無(wú)碳小車(chē)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分，這直接決定著無(wú)碳小車(chē)的使用功能。轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)也同樣需要盡可能的減少摩擦和耗能，機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，零部件易制作加工等基本條件，另外還需要有特殊的運(yùn)動(dòng)特性。該機(jī)構(gòu)的功能要求能夠?qū)⑿D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為能滿足小車(chē)轉(zhuǎn)向要求的來(lái)回?cái)[動(dòng)，帶動(dòng)前輪來(lái)回轉(zhuǎn)動(dòng)以實(shí)現(xiàn)拐彎避過(guò)障礙物的功能，所以我們選擇的是凸輪推桿機(jī)構(gòu)來(lái)作為轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的材料全部為有機(jī)玻璃。331凸輪的設(shè)計(jì)凸輪設(shè)計(jì)凸輪作順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng),從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)方向過(guò)凸輪盤(pán)中心線，從動(dòng)件在推程作等加速等減速運(yùn)動(dòng),在回程作余弦加速度運(yùn)動(dòng)。由于傳統(tǒng)的反轉(zhuǎn)法和MATLAB設(shè)計(jì)凸輪較為麻煩，所以通過(guò)利用三維設(shè)計(jì)軟件SOLIDWORKS的TOOLBOX工具箱做凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，通過(guò)凸輪基本參數(shù)建立凸輪三維實(shí)體模型，可得到準(zhǔn)確高精度的凸輪，省去了求軌跡點(diǎn)的步驟。1所以由小車(chē)走過(guò)的軌跡將小車(chē)分為4小段，即AB471；BOC4243；CD471DOA4243。算出凸輪推程運(yùn)動(dòng)角9216、回程運(yùn)動(dòng)角9216、遠(yuǎn)休止角8784、近休止角8784、推程471、回程471、設(shè)置行程H20，基圓半徑18。通過(guò)SOLIDWORKSTOOLBOX凸輪設(shè)計(jì)，輸入各參數(shù)如下基圓半徑R018MM滾子半徑RT4MM推桿行程H20MM推程運(yùn)動(dòng)角9216遠(yuǎn)休止角S8784回程運(yùn)動(dòng)角9216近休止角S8784從動(dòng)件基本運(yùn)動(dòng)規(guī)律多項(xiàng)式一般形式20113226NNSCCVWA式中，C0,C1,C2,CN為待定系數(shù)，根據(jù)凸輪工作要求由邊界條件確定。對(duì)于多項(xiàng)式類(lèi)運(yùn)動(dòng)規(guī)律，當(dāng)N2時(shí)，從動(dòng)件按等加速等減速?gòu)膭?dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)，因此二次多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律也稱(chēng)等加速等減速?gòu)膭?dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律，其位移為凸輪轉(zhuǎn)角的二次函數(shù)，位移曲線為拋物線。二次多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律（等加速等減速?gòu)膭?dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律）在多項(xiàng)10式運(yùn)動(dòng)規(guī)律中，令N2，則有A推程邊界條件求解從動(dòng)件在推程的運(yùn)動(dòng)方程前半階段（等加速階段）后半段（等減速階段）。B由推程邊界條件求解從動(dòng)件在回程的運(yùn)動(dòng)方程前半階段（等加速階段）后半段（等減速階段）。SOILDWORKSTOOLBOX參數(shù)化凸輪實(shí)體建模按照步驟，在SOILDWORKS菜單欄中選擇TOOLBOX工具欄TOOLBOX凸輪實(shí)體參數(shù)化建模1【設(shè)置】說(shuō)明1）推桿類(lèi)型當(dāng)推桿與凸輪回轉(zhuǎn)中心無(wú)偏心時(shí)選擇【平移】即可。如有偏心點(diǎn)擊右側(cè)的【】調(diào)相應(yīng)的方向并輸入?yún)?shù)即可。2）推桿直徑此處直徑在三維生成時(shí)反應(yīng)為凸輪“滾子直徑”。3）開(kāi)始半徑開(kāi)始半徑即為“基圓半徑”。2【運(yùn)動(dòng)】將已知條件的參數(shù)輸入如圖。3【生成】1）輸入其他相關(guān)參數(shù)說(shuō)明1）通孔直徑通孔直徑即為凸輪與機(jī)架相鏈接的內(nèi)孔直徑。2）分辨率和數(shù)值分辨率即為凸輪生成的精度，分辨率越大凸輪曲面連接越光順且精度更高，但高分辨率對(duì)計(jì)算機(jī)的要求隨之更高。3）軌道曲面在此選項(xiàng)卡內(nèi)有盤(pán)形凸輪的3種形態(tài)。盤(pán)形內(nèi)凸輪、盤(pán)形外凸輪、盤(pán)形槽凸輪。2）點(diǎn)擊生成即可繪制出如圖314凸輪的三維實(shí)體模型。圖314凸輪三維實(shí)體模型332推桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)推桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)包括推桿的設(shè)計(jì)和推桿固定件的設(shè)計(jì)（1）推桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。圖315前輪擺角由設(shè)計(jì)好的凸輪行程可知，C10MM，通過(guò)計(jì)算得到小車(chē)最小擺角為，如圖37O315所示。故可得到A桿的長(zhǎng)度為17；B桿的長(zhǎng)度由最終裝配決定，得B83。（2）推桿固定件的設(shè)計(jì)，如圖316所示。圖316推桿固定件推桿固定件與推桿之間需要彈簧力使凸輪與推桿保持接觸，彈簧受力分析最初力矩,按照機(jī)械傳遞效率為80計(jì)算。則傳遞到凸輪上的力FRM812；NFMAS620151R4882IN彈簧受力分析由式得，XKFMNMAS/60K/16IN則取彈簧的勁度系數(shù)為皆滿足條件。MN/60/35為了方便地用數(shù)學(xué)工具分析小車(chē)運(yùn)行的軌跡，且不會(huì)造成重大誤差，本文對(duì)小車(chē)計(jì)算模型做5點(diǎn)假設(shè)1、考慮到在較低的運(yùn)行速度下，慣性力的作用及車(chē)身自身的角速度等都可忽略；2、小車(chē)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，車(chē)輪在地面上純滾動(dòng)；3、認(rèn)為地面絕對(duì)平整，即假設(shè)小車(chē)只做平面運(yùn)動(dòng)；4、小車(chē)作等速運(yùn)動(dòng)，不考慮切向力和空氣動(dòng)力的作用；5、忽略轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的制造誤差影響，直接以前輪轉(zhuǎn)角的計(jì)算結(jié)果作為輸入。34無(wú)碳越障小車(chē)部分零件的設(shè)計(jì)小車(chē)零件總體來(lái)說(shuō)結(jié)構(gòu)要簡(jiǎn)單易于加工。零件我們基本用鋁件，這樣不僅質(zhì)量較輕，而且硬度高，剛性好，前后輪材料為有機(jī)玻璃。小車(chē)各零件的設(shè)計(jì)，涉及到結(jié)構(gòu)、形狀大小與相對(duì)位置尺寸，要求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，加工難度適中，易于裝拆，材料購(gòu)買(mǎi)方便，成本較低。相關(guān)零件的設(shè)計(jì)如下13（1）小車(chē)車(chē)身、支架上端的定滑輪、承重支座均采用鋁板，材料輕便、強(qiáng)度足夠，采用整體降低重心、前輪相對(duì)地面位置抬高的方法，合理分配重心，避免小車(chē)前進(jìn)過(guò)程中由于摩擦力過(guò)大、轉(zhuǎn)向打滑、加速度過(guò)快等原因造成的翻車(chē)。（2）支架采用M5的碳鋼絲桿，上端是固定定滑輪的鋁架，定滑輪為鋁制品。（3）前后輪由有機(jī)玻璃制成，其拉伸強(qiáng)度、耐磨性都強(qiáng)于一般的材料，摩擦系數(shù)較小利于小車(chē)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。兩后輪間距較小，前輪采用5的軸和軸承相配合。在調(diào)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，為使小車(chē)的轉(zhuǎn)向更靈敏，需要將車(chē)輪兩側(cè)磨出45度的倒角。（4）選擇齒輪材料時(shí)，考慮齒輪所承受的沖擊載荷和磨損等問(wèn)題，采用硬鋁。（5）小車(chē)前輪與軸為了減少摩擦，相互之間安裝軸承，前輪與軸的配合為過(guò)盈配合，后輪與軸采用過(guò)盈配合。14（6）小車(chē)車(chē)輪采用軸套與軸連接，增大了它們的接觸面積，減小了車(chē)輪的晃動(dòng)。341無(wú)碳越障小車(chē)底板的設(shè)計(jì)小車(chē)所有零部件均以底盤(pán)為基礎(chǔ)進(jìn)行裝配，車(chē)身各部件主要采用膠結(jié)與形鎖合進(jìn)行連接的方法，使小車(chē)便于安裝、拆卸、調(diào)整。為了降低摩擦提高旋轉(zhuǎn)精度，小車(chē)前輪叉架、前軸、后輪軸以及滑輪上均裝有球軸承，軸承與支撐零件均采用過(guò)盈配合。圖317為小車(chē)底板模型。圖317小車(chē)底板模型342無(wú)碳越障小車(chē)支架的設(shè)計(jì)小車(chē)的支架包括前輪支架和后輪支架，都采用有機(jī)玻璃制造，支架與底板的連接采用膠結(jié)形鎖合，方便拆卸。前、后輪支架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分別如圖318和319所示，支架凸出的部分可以增加與底板的接粗面積以增加支架的穩(wěn)定性，支架的孔與軸承的配合采用基軸制過(guò)盈配合。14圖318前輪支架模型圖319后輪支架模型4無(wú)碳越障小車(chē)的制作41三維建模與運(yùn)動(dòng)仿真小車(chē)的運(yùn)動(dòng)仿真可以驗(yàn)證我們對(duì)小車(chē)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及各機(jī)構(gòu)的選擇是否正確。通過(guò)對(duì)小車(chē)的整體以及各部分的設(shè)計(jì)，我們已經(jīng)有了無(wú)碳小車(chē)各個(gè)部分的參數(shù)。并進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)仿真，對(duì)我們的設(shè)計(jì)進(jìn)行了驗(yàn)證。結(jié)果是我們的機(jī)構(gòu)選用以及對(duì)小車(chē)的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)是可行合理的。通過(guò)以上設(shè)計(jì)，我們成功地建立了小車(chē)的三維模型，并對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了合理性的修改，同時(shí)進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)仿真，以幫助了解小車(chē)的運(yùn)動(dòng)方式和運(yùn)動(dòng)規(guī)律。小車(chē)的三維模型如圖41所示。圖41小車(chē)三維模型42部分零件的加工制作大部分零件都是由我們自己加工，共使用了數(shù)銑、線切割、數(shù)車(chē)、普車(chē)、鉗工7大工種，其中，數(shù)控車(chē)床、數(shù)控銑床、普通車(chē)床加工（后輪軸、齒輪軸、前叉、齒輪套筒、后輪套筒、繞線筒），線切割加工（大齒輪、小齒輪），激光雕刻加工（底板、前后支架等各類(lèi)有機(jī)玻璃零件），鉗工車(chē)間裝配（鉆孔、攻絲、組裝）。421前輪叉架的加工制作前輪叉架是與轉(zhuǎn)向龍頭、連桿和凸輪一起構(gòu)成周期轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。要求有（1）必須具有對(duì)稱(chēng)性在裝上前輪后要求輪子不會(huì)歪，且恰好處于前叉叉架的中心位置因此對(duì)前叉用了兩個(gè)對(duì)稱(chēng)度進(jìn)行約束。（2）前輪叉架上裝配有軸承，與軸承約束的圓柱面，采用基孔制的過(guò)度配合，軸的精度為IT6。（3）5的軸端與轉(zhuǎn)向橫梁配合，一般鉆孔時(shí)孔都會(huì)比鉆頭大一些，所以這里采用基軸制精度為IT7。4為保證便于拆裝，槽口處粗糙不宜太大，所以RA08。根據(jù)前輪叉架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和技術(shù)要求，多數(shù)表面的加工都選擇外圓和端面作為定位基準(zhǔn)。這樣選擇的優(yōu)點(diǎn)是基準(zhǔn)統(tǒng)一，而且大多數(shù)表面的定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)重合，可以避免基準(zhǔn)不重合誤差，有利于保證加工精度。圖42為前輪叉架零件圖。圖42前輪叉架零件圖前輪叉架的作用是支撐龍頭導(dǎo)向和固定前輪。左邊的階梯軸可以分別對(duì)龍頭、前輪支撐架進(jìn)行軸向定位，同軸度要求高。右邊的叉架用于對(duì)前輪的固定，對(duì)稱(chēng)度要求高。對(duì)其工藝編排如下（1）夾外圓，車(chē)端面，車(chē)外圓25,長(zhǎng)度為80MM。（2）車(chē)外圓6長(zhǎng)30；然后車(chē)螺紋M5長(zhǎng)12。（3）切斷反向裝夾修另一端面，使工件長(zhǎng)79。（4）夾持外圓8，銑矩形面外形尺寸2015到位，銑槽10深26尺寸到位。（5）取下用虎鉗裝夾已加工平面，鉆孔半徑為25深5的半圓尺寸到位。422前輪的加工制作無(wú)碳小車(chē)要求轉(zhuǎn)向靈活、平穩(wěn)，所以該前輪的主要技術(shù)要求有（1）加工精度5采用49的鉆頭進(jìn)行加工，該尺寸與軸承配合。（2）位置精度35的軸心線與5的同軸度要求為010MM。圖43前輪零件圖圖43小車(chē)前輪零件圖。根據(jù)無(wú)碳小車(chē)前輪的工藝分析對(duì)前輪的工藝做如下編排（1）平端面，車(chē)外圓35，倒角。（2）打中心孔，鉆5孔，倒角。（3）切斷，長(zhǎng)度尺寸為5MM。（4）倒角，去毛刺，終檢。43無(wú)碳越障小車(chē)的裝配與調(diào)試小車(chē)所有零部件均以底盤(pán)為基礎(chǔ)進(jìn)行裝配，主要采用膠結(jié)形鎖合進(jìn)行連接，方便拆卸和調(diào)整，部分零件為了便于定位，采用了螺釘鎖緊的方法。為了降低摩擦提高旋轉(zhuǎn)精度，小車(chē)前輪叉架、驅(qū)動(dòng)軸、后軸以及滑輪上均裝有軸承，軸承與支撐零件均采用過(guò)盈配合。小車(chē)裝配好后，需要一定的磨合時(shí)期，并且要不斷探索初始位置與軌跡路線的規(guī)律。小車(chē)對(duì)跑道要求比較高，必須是木質(zhì)地板，因?yàn)槟镜匕宓哪Σ烈驍?shù)較小，還有木地板安裝時(shí)一定要保證水平。小車(chē)要跑出一條固定的8字形軌跡最重要的是需要一個(gè)固定而且準(zhǔn)確的起始位置。（1）小車(chē)在調(diào)試過(guò)程中遇到了如下問(wèn)題，主要是無(wú)碳越障小車(chē)受外界因素的影響較大，比如地板摩擦力大小、地板的水平度。無(wú)碳越障小車(chē)的能量利用率低。2裝配精度不能夠很好控制，由于小車(chē)對(duì)精度的要求較高，在現(xiàn)有設(shè)備及裝配3條件下，我們并不能很好的達(dá)到裝配需要的要求。特別是在連桿長(zhǎng)度的調(diào)節(jié)時(shí)，誤差較大，而且不能很好的做到定量調(diào)節(jié)，容易出現(xiàn)卡死現(xiàn)象。小車(chē)的后輪與底板之間有較大距離，如果碰到障礙物后，障礙物有時(shí)會(huì)卡4在后輪與底板之間，影響小車(chē)的前進(jìn)。（2）經(jīng)過(guò)不斷的探索，找到了優(yōu)化改進(jìn)的方法通過(guò)大量重復(fù)性實(shí)驗(yàn)和調(diào)試，積累經(jīng)驗(yàn)，尋找規(guī)律。1適當(dāng)改變繞線筒的尺寸，以適應(yīng)各種不同摩擦的地板，使小車(chē)能穩(wěn)定的行駛2更遠(yuǎn)距離。造成小車(chē)穩(wěn)定性不高的主要原因有零件之間連接不夠牢固，齒輪間隙過(guò)大以3及軸承自身內(nèi)圈與外圈的松動(dòng)。針對(duì)這些原因，檢查各零件間的連接是否需要粘接加固，選用適當(dāng)螺距的螺釘及板牙，提高齒輪的加工精度，選用高質(zhì)量的軸承以提高穩(wěn)定性。零件加工方面，在現(xiàn)有設(shè)備的條件下，改善加工工藝，有利于提高加工精度；4零件裝配方面，請(qǐng)有經(jīng)驗(yàn)的鉗工老師負(fù)責(zé)組裝，以提高裝配精度及穩(wěn)定性。適當(dāng)加潤(rùn)滑油及石油醚，減小因小車(chē)自身摩擦而消耗的能量。5適當(dāng)減小部分零件尺寸，讓小車(chē)在不影響性能的情況下?lián)碛凶钶p質(zhì)量，以便6獲得更多動(dòng)能。通過(guò)討論研究決定將后輪直徑減小，從而減小小車(chē)行駛振幅和力矩，讓小車(chē)7便于啟動(dòng)和行駛更遠(yuǎn)距離。結(jié)論綜上所述，結(jié)論如下針對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)題目要求擬定了無(wú)碳越障小車(chē)的總體設(shè)計(jì)方案，通過(guò)計(jì)算分析完成了無(wú)碳越障小車(chē)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，繪制了裝配圖（見(jiàn)附錄1）和部分零件圖（見(jiàn)附錄2附錄4），通過(guò)PRO/E模擬仿真驗(yàn)證了預(yù)定功能（見(jiàn)附錄5），并制作出了小車(chē)實(shí)體模型（見(jiàn)附錄6），通過(guò)實(shí)體模型的演示達(dá)到了預(yù)定功能。所設(shè)計(jì)的無(wú)碳越障小車(chē)通過(guò)PRO/E模擬仿真和小車(chē)實(shí)體模型演示達(dá)到了預(yù)定功能，對(duì)同類(lèi)產(chǎn)品的研發(fā)和制造具有一定的實(shí)用價(jià)值和生產(chǎn)指導(dǎo)價(jià)值。參考文獻(xiàn)1全國(guó)大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競(jìng)賽組委會(huì)2013HTTP/WWWGCXLEDUCN/HTML/HISTORY/2李靖華模塊化的多學(xué)科方法論思考J科研管理20073魏朗，余強(qiáng)現(xiàn)代最優(yōu)化設(shè)計(jì)與規(guī)劃方法M北京人民交通出版社20054龔雪飛，趙鵬飛，劉述亮無(wú)碳小車(chē)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)2012HTTP/WENKUBAIDUCOM/VIEW/B98A170976C66137EE06197AHTML5胡紅英，于金普，包耳大連民族學(xué)院學(xué)報(bào)20136李玉坷，楊寶柱中國(guó)科技博覽20137胡越銘，高德文，張瑞，張欣，高軒北方工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)20148哈爾濱工業(yè)大學(xué)理論力學(xué)教研室理論力學(xué)7版高等教育出版社20079機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)編委會(huì)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)M北京機(jī)械工業(yè)出版社200410郭衛(wèi)東主編機(jī)械原理北京科學(xué)出版社201011李世文，趙海龍，何欣，趙鵬飛電子制作201412濮良貴,紀(jì)名剛機(jī)械設(shè)計(jì)8版北京高等教育出版社200613李天培工程材料與熱處理M哈爾濱哈爾濱工程大學(xué)出版社201114王伯平主編互換性與測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)3版機(jī)械工業(yè)出版社2008附錄附錄1無(wú)碳越障小車(chē)裝配圖（圖號(hào)WTYZXC0101）附錄2前輪叉架零件圖圖號(hào)WTYZXC0102附錄3后輪軸零件圖圖號(hào)WTYZXC0103附錄4凸輪軸零件圖圖號(hào)WTYZXC0104附錄5無(wú)碳越障小車(chē)三維仿真模型附錄6無(wú)碳越障小車(chē)實(shí)體模型致謝通過(guò)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我學(xué)到了更多關(guān)于產(chǎn)品調(diào)研、設(shè)計(jì)、制作以及到調(diào)試過(guò)程的知識(shí)。這是一個(gè)相當(dāng)繁瑣復(fù)雜的過(guò)程，需要相當(dāng)?shù)哪托暮鸵懔ΑＶ挥型ㄟ^(guò)不斷設(shè)計(jì)，不斷改進(jìn)，才能得到科學(xué)合理、實(shí)際可行的設(shè)計(jì)方案。小車(chē)的制作花費(fèi)了不少精力，為了制造有些零件，我又學(xué)習(xí)了幾個(gè)新機(jī)器的使用，以前學(xué)過(guò)的操作過(guò)程也熟悉了許多。我發(fā)現(xiàn)了只有實(shí)踐才能發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，解決問(wèn)題，理論與實(shí)踐總是有很多差距。其次，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)于提高個(gè)人動(dòng)手能力、綜合性思維能力也有莫大幫助，對(duì)于今后的學(xué)習(xí)、工作能力的提高都有很大的幫助，所學(xué)到的綜合創(chuàng)新實(shí)踐和科學(xué)實(shí)驗(yàn)方法是這次畢業(yè)設(shè)計(jì)最大的收獲和財(cái)富，將終身受益。時(shí)間如白駒過(guò)隙，四年的大學(xué)本科學(xué)習(xí)生活就要過(guò)去了，在論文即將完成之際，我要衷心的感謝所有指導(dǎo)、關(guān)心和幫助我的老師和同學(xué)。因?yàn)橛心銈兊膸椭?，這次畢業(yè)設(shè)計(jì)才能順利完成。首先感謝張建平老師在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中的悉心指導(dǎo)，在畢業(yè)設(shè)計(jì)完成的過(guò)程中，張老師給了我很多的指導(dǎo)和啟發(fā)。與此同時(shí)，我還要感謝C區(qū)工程實(shí)訓(xùn)中心的楊濤老師和金國(guó)良老師，在我制作實(shí)物的過(guò)程中為我提供的幫助。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)用到了我在大學(xué)四年里學(xué)到的很多知識(shí)，感謝大學(xué)四年來(lái)為我傳道授業(yè)的老師們。您好，為你提供優(yōu)秀的畢業(yè)論文參考資料，請(qǐng)您刪除以下內(nèi)容，O_O謝謝ANATIONALSURVEYWASRECENTLYLAUNCHEDTOEVALUATETHEEYEHEALTHOFCHINESECHILDRENANDTEENAGERSONJUNE6,CHINASANNUALNATIONALDAYFOREYECARE,THECHINAYOUTHDEVELOPMENTSERVICECENTERANDZHEJIANGMEDICINE,ALEADINGLISTEDCHINESEPHARMACEUTICALCOMPANY,JOINTLYANNOUNCEDTHEKICKOFFOFTHESURVEYINABOUTONEMONTH,AQUESTIONNAIRECOMPILEDBYTOPEYECAREMEDICALEXPERTSINCHINAWILLBEDISTRIBUTEDTHROUGHMULTIPLEONLINEPARTNERS,INCLUDINGHEALTHSOHUCOM,ASWELLASTHROUGHOFFLINESURVEYEVENTSHELDINUNIVERSITIES,MIDDLESCHOOLSANDPRIMARYSCHOOLSACROSSTHECOUNTRYAREPORTWILLBERELEASEDBASEDONTHESURVEYSTATISTICSANDANALYSIS,ANDMOSTIMPORTANTLY,GUIDELINESFORPARENTSANDYOUTHONHOWTOCAREFORTHEEYESANDPREVENTMYOPIAAGROWINGPROBLEMINCHINASDIGITIZEDSOCIETY,WILLALSOBEATTACHEDONTHEREPORT“MYOPIAISNOTONLYADISEASETHATMAKESPEOPLESEETHINGSBLURRILY,BUTALSOLEADSTOSEVERECOMPLICATIONS,SUCHASGLAUCOMAINCREASEDPRESSUREWITHINTHEEYEBALL,ANDCANCAUSEBLINDNESS,“SAIDZHOUYUEHUA,ANESTABLISHEDEYECARESPECIALISTWITHBEIJINGTONGRENHOSPITAL“ITISVERYIMPORTANTFORPARENTSANDCHILDRENTOKNOWABOUTTHERISKANDCAREFORTHEIREYES“THEREAREABOUT450MILLIONMYOPIAPATIENTSINCHINAAMONGCHINESEMYOPIAPATIENTS,30MILLIONARESEVEREPATIENTS,ACCORDINGTOZHOUTHEPREVALENCEOFMYOPIAAMONGHIGHSCHOOLANDCOLLEGESTUDENTSISMORETHAN70PERCENT,ANDTHESITUATIONISCONTINUOUSLYWORSENING,HEADDEDSUNZHU,DIRECTORWITHTHECHINAYOUTHDEVELOPMENTSERVICECENTER,SAIDLONGHOURSOFSTUDY,LACKOFEXERCISE,ESPECIALLYOUTDOORACTIVITIES,ANDATTACHMENTTOELECTRONICSCREENARESOMEOFTHETOPREASONSBEHINDTHEWIDESPREADMYOPIAPROBLEMS,ANDTHEINCREASEOFYOUNGERPATIENTS,ALTHOUGHCHINAHASMADEGREATPROGRESSINIMPROVINGTHEHARDWAREFACILITIESANDLIGHTINGCONDITIONSINSCHOOLSHESAIDHEHOPESTHESURVEYWILLALERTPEOPLEONTHETHREATENINGSITUATION,ANDALSOHELPMEDICALEXPERTSTOBETTERGUIDELINEPARENTSANDCHILDRENSBEHAVIORSTOCAREFOREYES,BASEDONTHETIMELYANDFACTUALSTATISTICSTHESURVEYCOLLECTEDASERIESOFFOLLOWUPEVENTSWILLALSOBEHELDINSIXCITIES,INCLUDINGJINANINSHANDONGPROVINCE,ANDCHANGSHAINHUNANPROVINCE,TOEDUCATEPEOPLEONHOWTOCAREFOREYESA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