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1、 - 1 -第五届全国大学生工程训练综合能力竞赛The 5th National Undergraduate Engineering Training Integration Ability Competition 结构设计方案Structure Design Scheme编 号（此栏由赛务工作人员填写）第一幅照片（小车正面）（注意照片的放置方向与页面方向一致，照片上不允许出现参赛学校信息，阅后删除。 ）第二幅照片（小车侧面）（注意照片的放置方向与页面方向一致，照片上不允许出现参赛学校信息，阅后删除。 ）装订线学校名称： 参赛项目： - 2 -第五届全国大学生工程训练综合能力竞赛The 5th
2、 National Undergraduate Engineering Training Integration Ability Competition 参赛项目结构设计方案Structure Design Scheme S1、设计思路小车的行走与避障的驱动力来自 1kg 重量块铅直下降获得的重力势能，利用变径定比滑轮增大线程，带动绕线轮及同轴的锥形齿轮转动，同时带动同轴的曲柄圆盘转动，导杆与曲柄前轮连接实现成周期性变化的转向，主动轴与传动轴由齿轮连接，并且带动从动轴的后轮转动前进，结构简单可加工性强。2、小车出发定位方案（字体，宋体，五号，行距为固定值 20 磅，阅后删除）2.1 小车驱动系
3、统的设计模数：m=0.5、传动比 1:2.5。小车驱动轮机构半轴驱动，以减小转弯时驱动轮差速产生的能量损和过大的行走误差。（1） 偏转半径的计算：首先根据大赛要求模拟画好小车行走图，近似认为是正弦曲线轨迹，根据小车设计宽度 120mm及小车行驶绕过障碍柱子的余量间隙 80mm。得出： 小车正弦轨迹的振幅为 A=10（障碍柱半径）+80（余量间隙）+60（小车一半宽度）=150mm；周期 T=2000mm。则利用曲线积分公式得到半个周期曲线的长度为：其中 ： dx)+(ys=5021xTy2sin15020=计算得出半个周期小车轨迹曲线的长度为：Y=1056mm。设计按照模数：m=0.5，齿轮传
4、动比 1:2.5，设计出大齿轮齿数为 Z 大 =25 小齿轮齿数为 Z 小=10。计算要求小车前行 1056mm 时转向轮转向一个方向，根据小车的行走轨迹，当后轮转动 2.5 圈计算驱动轮直径为：D=1056/2.5/3.14=134 mm。转向系统，锥形齿轮传动比 1：2，也就是当后轮行进转动 5 圈曲柄圆盘转动 1 圈，完成一个正弦曲线。2.2 小车的转向机构小车的转向机构可以理解为曲柄转角与前轮转角之间的函数关系，即（L:机架间距离 r:曲柄长度 ：曲柄转角 :导杆转角） - 3 -小车曲柄长度（r）变化范围 12mm32mm;机架间距离（L）变化范围 40mm70mm；即曲柄圆盘与车底
5、盘开槽范围。Qi2.3 小车特色设计（1）定滑轮的设计：变径定比滑轮增大线程，减小砝码下落加速度，增加小车前进距离。（2）绕线轮的设计：通过对比赛场地进行分析，我队绕线轮使用塔轮设计结构，出发时启动半径大，然后转动半径减小。达到小车快速启动，运行平稳的效果。（3）车身材料的选择：车身主体与后轮采用电木板（学名：酚醛树脂）厚度 3mm。材料硬度强度高（足够支撑整个小车的重量而不产生塑性变形） ，价格便宜、加工成本低，小车比较环保。（4）小车转向机构设计：由锥形齿轮带动曲柄圆盘，曲柄圆盘带动一端与前轮固定的导杆，导杆方向改变即改变了小车方向。（5）轴承座设计：为了节省材料，同时保证小车运行精度，我
6、队采用轴承座与绕线轮一体的丁字形设计。由于安排了合理的加工工艺，所以轴承座制作方便，小车运行效果好。 3、总结和体会（字体，宋体，五号，行距为固定值 20 磅，阅后删除）产品名称 小车 共 页 第 1 页 编 号装订线学校名称： 参赛项目： - 4 -第五届全国大学生工程训练综合能力竞赛The 5th National Undergraduate Engineering Training Integration Ability Competition 参赛项目结构设计方案Structure Design Scheme S4、结构设计创新特色说明（字体，宋体，五号，行距为固定值 20 磅，阅后删
7、除）（1）定滑轮的设计：采用增大线程的变径定比滑轮，通过半径比增大线程增加小车前进过程中的距离同时减小砝码下降加速度，使小车稳定前进。（2）绕线轮的设计：通过对比赛场地进行分析，我队绕线轮使用塔轮设计结构，出发时启动半径大，然后转动半径减小。达到小车快速启动，运行平稳的效果。（3）驱动机构设计：采用后大轮半轴驱动，辅助轮采用牛眼万向轮，避免了差速问题结构更加简单，成本低，牛眼万向轮可以 360 度行进，材料采用尼龙，这样不会产生滑动摩擦力。（4）小车转向机构设计：采用导杆转向设计，由锥形齿轮带动曲柄圆盘，曲柄圆盘带动一端与前轮固定的导杆，导杆方向改变即改变了小车方向。导杆转向机构和正弦机构相比
8、，曲柄长度的变化率相差不大；对于曲柄调节灵敏度，导杆机构则要比正弦机构小，即障碍物间距对曲柄长度的敏感性较小，这样有利于实现曲柄的微调，对每毫米的障碍物间距变化，曲柄也可以做到较容易的调节。（5）轴承座设计：为了节省材料，同时保证小车运行精度，我队采用轴承座与绕线轮一体的设计；其次轴承座之间采用双轴承，避免小车行进过程中的倾斜，侧翻。由于安排了合理的加工工艺，所以轴承座制作方便，小车运行效果好。（6） 车身材料的选择：车身主体采用吕合金板厚度 5mm，后轮采用电木板（学名：酚醛树脂）厚度 3mm。材料硬度强度高（足够支撑整个小车的重量而不产生塑性变形） ，价格便宜、加工成本低，小车比较环保。产
9、品名称 小车 共 页 第 2 页 编 号装订线学校名称： 参赛项目： - 5 -小车装配图 比例 第 3 页第五届全国大学生工程训练综合能力竞赛 共 页装订线学校名称： 参赛项目： - 6 -小车装配爆炸图 比 例 第 4 页第五届全国大学生工程训练综合能力竞赛 共 页装订线学校名称： 参赛项目： - 7 -传动设计数据各级传动比：主从动轮传动比 1：2.5锥形齿轮传动比 1：2砝码下降长度（mm）/小车行走长度（mm）: 400mm/20064mm小车最大理论行走长度：20064小车距出发线最大理论距离：19000转矩设计数据各级转矩及摩擦力矩分析：传动机构展开图 比 例 第 5 页第五届全国大学生工程训练综合能力竞赛 共 页装订线学校名称： 参赛项目：
