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1、安徽工业大学毕业设计(论文)任务书课题名称“S”字形路线越障无碳小车设计学 院 机械工程学院专业班级车辆工程091班姓 名吴世杰学 号099054025毕业设计(论文)的主要内容及要求：一、说明书总论部分 ：本课题的应用领域和使用状况（文献综述），提出多种方案，分析各种方案的薄弱环节和存在问题。小车总体方案设计传动机构和转向机构的结构型式及选择机构的主要参数计算及其确定专题部分：车架的受力分析车架的的强度、刚度分析 小车的性能参数和运行轨迹计算主要零、部件的CAD图设计产品造型效果图二、图纸内容总装配图1张主要零件图若干张指导教师签字： 摘要 小车是根据竞赛命题主题“无碳小车”，提出能量转换原
2、理来带动小车的运动。小车运用能量转换原理设计了一种可将重力势能转换为机械能并用来驱动小车走“S”路线越障的装置。首先，运用周期运动的曲柄滑块机构来控制小车转向轮的周期转向，通过线性二自由度汽车模型分析三轮小车运动轨迹，并运用Visual Basic编程绘制得到运动轨迹图，通过对轨迹图的分析得出小车制造所需结构参数。最后，运用Pro/E进行三维模型的建立，根据模型确立其余各辅助结构的参数，从而可以得到所设计的小车的零、部件是否符合最初设计目标。关键字：无碳小车 重力势能 “S”路线越障 三轮小车 运动轨迹图 Abstract This car is based on the propositio
3、n contest theme of carbon-free car, put forward the principle of energy conversion to drive the sports car. The car uses the principle of energy conversion, designed a kind of gravitational potential energy can be converted to mechanical energy and used to drive the car go obstacle-navigation device
4、 S route. First of all, using the periodic motion of the slider-crank mechanism to control the cycle of car steering wheel steering, three-wheel car through the analysis of the linear two degrees of freedom vehicle model trajectory, and uses the Visual Basic programming graph for trajectory, based o
5、n the analysis of the trajectory graph structure parameters for car making. Finally, using Pro/E 3 d model, the rest of the parameters of each auxiliary structure according to the model established in order to get the design of the car parts and components conform to the initial design goals.Keyword
6、s: Carbon-free car Gravitational potential energy S route obstacle Three rounds of the car Graph of trajectory目录第1章 绪论41.1无碳小车的设计背景41.2 无碳小车的简介41.3 设计方法51.4 结构设计比对5第2章 结构选择72.1车架72.2原动机构82.3传动机构82.4转向机构82.5行走机构82.6微调机构8第3章 运动轨迹93.1运动模型建立93.2 运动微分方程建立113.3 Visual Basic 轨迹编程163.3.1 小车车身偏转角度163.3.2 转向机
7、构和前轮转角关系图183.3.3 小车轨迹图20第4章 主要结构设计及强度校核224.1绕绳轮结构参数224.2 底板受力分析234.3 后轮轴234.3.1轴的强度校核计算234.3.2轴的刚度校核计算264.4 主动轴274.4.1轴的强度校核计算274.4.2轴的刚度计算284.5 前轮轴294.6 直齿轮304.6.1 齿轮参数确定304.6.2 直齿圆柱齿轮传动的强度计算32第5章 三维造型35第6章 结论37致谢38参考文献38附录39第1章 绪论1.1无碳小车的设计背景无碳小车越障竞赛是面向在校大学生的一项综合性工程能力竞赛，内容上与高校工程训练教学相衔接，综合体现大学生机械创新
8、设计能力、制造工艺能力、实际动手能力、工程管理能力和团队合作能力。竞赛的目的在于激发大学生进行科学研究与探索的兴趣，加强大学生工程实践能力、创新意识和合作精神的培养。竞赛秉承“竞赛为人才培养服务，竞赛为教育质量助力，竞赛为创新教育引路”的宗旨，积极推动高等教育人才培养模式和实践教学的改革，不断提高人才培养的质量。竞赛内容和竞赛环节突出工程背景，有利于大学生了解工程环境、建立工程意识，掌握现代工业生产、工艺、技术、管理等方面的基本知识和技能。 随着社会科技的发展，人们的生活水平的提高，无碳对于人们来说，显得越来越重要，建设无碳社会，使得生活更加的环保，没有任何的污染。无碳小车的设计与发明，是国家
9、和社会对能源问题和环境问题的更加重视。无碳车是比较环保的短途代步工具，节能、经济、方便，环保。因此，在人均拥有汽车比例很高的欧美发达国家，无一例外选择了提倡推广低碳车。许多人认为，确保无碳车道便利通达，既是现实选择，也是大势所趋。现在许多发达国家都把无碳技术运用到各个领域，像交通，家庭用具等，这也是我国当今所要求以及努力的方向。1.2 无碳小车的简介给定一重力势能，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。小车在前行时能够自动避开赛道上设置的障碍物（每间隔1m，放置一个直径20mm、高200mm的弹性障碍圆棒）。 给定重力势能为3.92焦耳（取），竞赛时统
10、一用质量为1Kg的重块（5065 mm，普通碳钢）铅垂下降来获得，落差4002mm，重块落下后，须被小车承载并同小车一起运动，不允许掉落。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。小车要求采用三轮结构（1个转向轮，2个驱动轮），具体结构造型以及材料选用均由参赛者自主设计完成。要求满足：小车上面要装载一件外形尺寸为5065 mm的实心圆柱型钢制质量块作为载荷，其质量应不小于750克；在小车行走过程中，载荷不允许掉落。转向轮最大外径应不小于30mm。1.3 设计方法图 1-1 小车的设计一定要做到目标明确，通过对目标的分析我们可以得到了比较开阔、清晰
11、的设计思路。小车作品的设计要具有系统性、规范性和创新性。设计过程中需要综合考虑材料 、加工 、制造成本等给方面因素。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发明理论方法。采用了Visual Basic、Pro/E等软件辅助设计,其流程如图1-1所示。1.4 结构设计比对 “S”字形路线越障无碳小车需要完成重力势能的转换、驱动自身行走、自动避开障碍物。为了方便设计这里根据小车所要完成的功能将小车划分为五个部分进行模块化设计（车架 、原动机构 、传动机构 、转向机构 、行走机构 、微调机构），国内对小车结构方面主要设计见图1-2。车架有三
12、角底板式和骨架式两种结构。三角底板式是运用整体底板来承载质量和安装其他部件的车架。它的优点：能够很好的承受质量而使底板的变形较小，从而减小运动轨迹偏差；布置其他部件时能够很好的利用有限空间。缺点：质量较大，不能够很好的减轻小车的整体质量。骨架式结构是运用杆件通过焊接或铆接起来的车架。它的优点：质量轻，能够很好减轻整体质量，从而减小摩擦阻力作用。缺点：结构杆件较多，对组接的强度和精度要求较高，且不易随时改变其上安装结构位置；易于变形影响小车运动。图 1-2原动机构有绳轮式、弹簧储能式、链轮式三种结构。绳轮式式将绳连接在绕绳轮和重物之间，通过重物的下降从而带动绕绳轮的转动，从而驱动小车的运动。弹簧
13、储 能式是运动重物从指定的高度下降落入容器中，重物与容器发生碰撞并使重物和容器一起绕容器轴转动，将重力势能转换成钢片弹簧的势能，并通过弹簧恢复到平衡位置的弹力来驱动小车运动。链轮式是与绳轮式相似的原动机构，只是将绳换成链条。 传动机构有直齿轮式、锥齿轮式、带轮式和不附加传动式四种结构。直齿轮式式运用一级或二级传动进行增速，它具有结构简单、方便制造的优点，大多数都选择直齿轮传动装置。锥齿轮式的原理与直齿轮式相同，只是锥齿轮的布置比较困难，这就导致其传动的精度和可靠性下降。带轮具有很好的传动能力，而且平稳后的传动效率和精度都很高，但是对于刚开始转动时就会发生皮带拉伸变形的现象，这对于运动传动精度要
14、求很高的小车来说，这个缺点可能是其致命的缺点。而对于不附加传动来说，它不存在中间的传动损失，所以效率很高，但是他不能够很好的控制小车后轮的高度，这就会导致小车运动过程发生摆动现象。转向机构有凸轮摇杆式、曲柄连杆加摇杆式、曲柄摇杆式和差速转向式四种结构。凸轮摇杆式是运用凸轮机构（圆柱凸轮、普通凸轮）的定轴周期转动，保证了摇杆的周期摆动，从而使转向轮周期偏转。曲柄连杆加摇杆式空间四连杆机构，通过曲柄的定轴周期转动，保证了摇杆的周期摆动，从而使转向轮周期偏转。曲柄摇杆式是将曲柄连杆加摇杆式简化的到的，具有相同的工作原理。差速转向时通过一个小型差速器来实现的转向轮周期偏转的结构。行走机构有双轮同步式、
15、双轮差速驱动式和单轮驱动式三种结构。双轮同步式是左后车轮没有差速装置，一直以相同的转速转动。双轮差速驱动式又包括使用差速器、偏心轮和单向轴承三种形式，这三种形式中都是使左右车轮具有差速功能，从而很好的保证小车轨迹的准确性。单轮驱动式是对于驱动轮是一个的小车而言的，其他两个轮仅仅具有行走或外加转向。微调机构有微调螺母式和滑槽式两种结构。微调螺母是运用同一个螺母和两个不同的螺杆相连接，其中这两个螺杆的螺纹旋向相反，这是为了保证在调节微调螺母的时候实现往同一方向旋转能够拉近或拉远两螺杆的距离，从而实现其调节功能。滑槽式是运用销在滑槽中可沿着滑槽方向运动并且可通过固定实现距离的调节的机构，这其中需要对其紧定机构进行设计，从而更好的实现其稳定和精确调节的功能。第2章 结构选择 2.1车架 车架是小车的重要组成部分，它承载着所有的结构组件。车架受到多方面力的共同作用，这就造成了它会发生结构变形，而且这种结构变形会影响到小车组装后的整体和局部结构尺寸的变化，从而对小车的轨迹准确性有一定的
