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1、南湖学院毕业论文（设计）学号：24101900076南湖学院毕业设计（论文）题目：重力驱动下恒定周期S形行进轨迹玩具车设计作 者XXXX届 别XXXX系 别XXXX专 业XXXXX指导老师XXXX职 称XXXXX完成时间XXXXXX湖南理工学院南湖学院毕业设计摘 要 本文提出一种“无碳”设计方法，由重力势能转化为机械能，从而利用转化的机械能驱动玩具小车行走的设备。同时保证玩具小车能够以S形路线自动交错绕过道路上设置的障碍物。此模型最大的特点是将重力势能转化为齿轮的转动，进而根据大小齿轮的粘合带动驱动轮和转向轮，进行周期性的摆动，从而按照规定的路线越过障碍物，完成任务。此文章对小车运动的实现机构
2、建立数学模型，利用数学软件绘制小车前行的轨迹，选择最优路线，并进行零件尺寸的精确设计，我们采用MATLAB、PROE等软件辅助设计。我们把小车的设计分为三个阶段：方案设计、技术设计、制作调试。并且通过每一阶段的深入分析、层层把关，使我们的设计尽可能向最优设计靠拢。小车大多零件是标准件，可以购买到，除部分要求加工精度高的零件外，需要特殊加工完成，其余都可以通过手工加工出来。如对于塑料会采用自制的电锯切割。因为小车受力都不大，因此大量采用胶接，简化零件与零件装配工序。调试过程会通过微调等方式改变小车的参数进行试验，在试验的基础上验证小车的运动规律同时确定小车最优的参数。关键词：Pro/Engine
3、er；S形轨迹；恒定周期；机构；虚拟设计Abstract This paper presents a carbon design approach, in fact, by the gravitational potential energy into mechanical energy, the design of a green energy gravitational potential energy can be converted to mechanical energy to drive the car and walking devices. While ensuring tha
4、t the S-shaped toy car can automatically route around obstacles staggered set on the road. The greatest feature of this model is the gravitational potential energy into rotating gears, thereby bringing the adhesive according to the size of the gear wheels and steering wheel, swing periodically and t
5、he cycle is constant, so in accordance with the provisions of the route over obstacles, complete the task. The car which the title select is movement to achieve institutions to establish the mathematical model, the use of mathematical software to draw the trajectory of the car forward, choose the be
6、st route, and the precise design of the part size. Drawing on parametric design, optimization design, system design, such as the invention of modern design theory; using MATLAB、 Pro/E、software-aided design. The design of the car is divided into three phases: design, technical design, production and
7、commissioning. Through in-depth analysis of each stage, checks at each level, our design as much as possible to move closer to the optimal design. Most car parts are standard parts, can be purchased in addition to part of the requirements for high precision machining parts require special processing
8、, most can be processed by hand out. For plastic will use homemade Chainsaw cutting. Because the car which by forcing is not large, so a large number of bonding to simplify the assembly of parts and components. Debugging process will change the parameters of the car by way of fine-tuning test to ver
9、ify the law of motion of the car at the same time to determine the parameters of the best car on an experimental basis.Keyword: Pro/Engineer, S-shaped trajectory, Constant cycle, Agency, Virtual Design III目 录第一章绪 论11.1 引言11.2 小车整体设计要求21.3小车的设计方法21.3.1小车结构设计2第二章 方案设计32.1 工作原理32.1.1原动机构42.1.2 转向部分42.1
10、.3 转向部分设计62.1.4 行走机构72.1.5 无碳小车行走S形轨迹的计算82.1.6 无碳小车行驶中恒定周期的计算102.1.7 微调机构11第三章 技术设计113.1 技术设计要求113.2转向与微调设计113.2.1小车的转向控制113.2.2前轮转向轮最大偏角的计算143.2.3微调机构的设计和分析15第四章 建立数学模型及参数的确定164.1 能耗规律模型164.2 运动分析194.3动力学分析204.5 各参数的确定224.6 整体设计装配图23第五章 全文总结245.1 小车优缺点245.2 改进方向24参考文献25致 谢26第一章绪 论1.1 引 言第三届全国大学生工程训
11、练综合能力竞赛命题主题为“无碳小车”。要求在给定重力势能的前提下，根据能量转换原理，设计一种可将该重力势能转换为机械能并可用来驱动小车行 走的装置。并要求小车在宽度为2米道路上行驶，小车在前行时能够自动交错绕过道路上设置的障碍物。假定障碍物为直径20mm、高200mm的多个圆棒，且沿直线间距为1米等距离摆放，要求小车在前行时能成功绕障。设给定重力势能用质量为1Kg的重块（5065 mm，普通碳钢）铅垂下降来获得，落差400mm，重块落下后，须被小车承载并同小车一起运动，不允许从小车上掉落。要求小车前行过程中完成的所有动作所需的能量均 由此能量转换获得，不可使用任何其他的能量形式。据调查显示进入
12、21世纪，汽车污染日益成为全球性问题。随着汽车数量越来越多、使用范围越来越广，它对世界环境的负面效应也越来越大，尤其是危害城市环境，引发呼吸系统疾病，造成地表空气臭氧含量过高，加重城市热岛效应，使城市环境转向恶化7。而在传统汽车效率方面有很大的不足，中国与国外先进水平的差距有目共睹，最主要的是在发动机效率和变速箱水平上。目前的汽柴油内燃机热效率小于30%，如果算上机械效率以及其他的能量传递损失，则总效率仅占燃料放出热能的15%左右。而本课题着重在如何提高能源的传动效率上，在综合运用“机械制造技术”、“数控技术”、“制造装备及自动化”等专业课程所学的知识。小车要求采 用三轮结构（1个转向轮，2个
13、驱动轮），并保证自行小车在前行时能够以正弦曲线或余弦曲线轨迹行走，小车转向以恒定周期绕过障碍物完成任务。根据课题的要求，我们将设计任务分为原动机构、转向机构、传动机构、行走机构和微调机构等五个主要项目，然后进行各个项目的设计。并且分别针对每个项目提供多个方案设计，然后通过综合因素对比，选择各个项目中最优的，将选出最优的各个项目组合成一个方案。1.2 小车整体设计要求在小车设计过程中我们需要完成的内容：机械设计、工艺方案设计、工程管理方案设计和经济成本分析，数学建模和软件PRO/E实体建模。而对命题中的工程管理能力项要求我们需要综合考虑材料、加工、制造成本等各方面因素，从而提出合理的工程规划。1
14、.3 小车的设计方法小车的设计一定要做到目标明确，通过对课题的分析我得到了比较清晰开阔的设计思路。作品的设计需要有系统性、规范性和创新性。设计过程中需要综合考虑材料 、加工 、制造成本等各方面因素。小车的设计是提高小车性能的关键。在设计方法上我们借鉴了参数化设计 、优化设计 、系统设计等现代设计发明理论方法。采用了MATLAB、PROE等软件辅助设计等。1.3.1 小车结构设计 我们把小车的结构设计分为三个阶段：方案设计、技术设计 和制作调试三个阶段。通过每个阶段的深入分析，尽可能达到最优的设计。2727第二章 方案设计2.1 工作原理由重力势能转化为动能，重物由支架顶端下落，联接重物的绳子被
15、拉伸，绳子通过滑轮绕在轴上，绳子拉伸带动轴转动，轴带动齿轮，齿轮传动机械能，从而小车产生动能。2.1.1 原动机构重物在下落的过程中带动轴1转动，轴1两端装有齿轮3，3与直径较小的齿轮4啮合，这样齿轮3每转一圈，带动小齿轮4就转n圈（n为传动比）。因为小齿轮4与驱动轮5同轴，所以重物下落过程中，若皮带带动轴1转动x圈，驱动轮就会转动nx圈。即可完成驱动部分，从而实现重力势能向动能的转化。重物的重量为mg(F=mg)即为F，由于之后各部件之间摩擦及重量可以确定，F与水平方向上的最适夹角便可确定，方法如下：1.竖直方向减轻重量，减少与水平地面的摩擦，减少能量损失；2.水平方向上的力可恰好拉动小车，使车平稳行进，同时重物会匀速下落。 表1-1 齿轮参数参数名称主动轮从动轮模数（m）33齿数(z)16010压力角()202
