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1、无碳小车（S）,参赛队伍：贵阳学院,参赛成员：王显令 肖着勇 邵佳明,指导老师：李佳霖 石文昌,设计背景,二、综合工程训练大赛培训能力原则 创新设计能力 制造工艺能力 实际操作能力 工程管理能力,一、国家节能减排的政策和方针 1.低碳理念：树立低排放，低能耗的社会环境理念； 2.两型社会：构建资源节约型环境友好型社会,命题分析,命题要求：要求小车以1KG砝码下降400mm高度产生的重力势能驱动小车行进，在行进过程中绕过按一定间距（7001300mm）安放的障碍物。 评判原则：以小车绕过障碍物的数量和行进的距离作为判定设计是否成功的主要依据。,设计分析,小车以砝码产生的重力势能作为驱动动力来源，
2、为了使小车能行进较远的距离，应尽量减少小车行进过程中的能量损失； 小车的转向结构要选择合理并保证加工零件的精度要求和结构运行的稳定性，保证小车在左转和右转过程中轨迹的对称性，否者小车每一次的转向误差将会持续累积，最终会导致小车偏离预定轨迹。 降低小车行进过程中能量损失的方案： 1.合理选用机构； 2.尽量减小传动链； 3.保证零件配合的精度要求； 4.减轻整车结构的重量； 5.尽量降低砝码下降过程中的加速度，减小砝码下降到最低位置时由于撞击产生的能量损失。,车架的选择,为了避免小车在行进过程中小车整体的晃动，并考虑到加工成本和精度要求，车架选用轻质铝板材加工，并合理设计车架外形，避免由车架给小
3、车带来的不必要的负载。,传动方式的选择,结合小车设计要求，在设计中要求能量损失低，轨迹对称程度高，小车结构紧凑，我们将设计要求转换为具体问题，即： 1.要求能量损失低，就要要求传动的效率高； 2.要求小车的轨迹对称性好，就要保证小车转向机构与驱动轮之间的传动比恒定。 经过对比机械传动的各种方案，我们在转向机构与驱动轮之间选用齿轮传动，结合实际设计需求，转向机构与驱动轮之间我们选用齿轮传动，以转向齿轮驱动驱动轴，转向齿轮与砝码之间采取阶梯绕线轮传动，将传动比合理分配在转向齿轮与驱动轴和绕线轮之间，避免出现绕线轮上传动比过大，结构不协调的情况发生，在保证转向机构与驱动轮之间的传动比不变的情况下通过
4、阶梯绕线轮来调节驱动小车的驱动力，从而控制小车的行进速度，获得较大的行进距离。 齿轮传动具有的优点： 1.能够在空间任意两轴（平行轴、相交轴、交叉轴）间传递运动和力； 2.瞬时传动比恒定； 3.结构紧凑，适于近距离传动； 4.传动效率高（0.920.99）； 5.传递的功率和速度范围大。,驱动方式设计,提出问题：小车要实现绕过障碍物的动作，势必在左右轮上产生差速，在不采取措施的情况下小车的左右轮与地面一定会产生滑动摩擦，这样的情况既不利于小车行走的稳定，也会产生较大的能量损失，同时也会影响小车的轨迹和绕桩的效果。 解决方案： 1.采取单轮驱动； 2.采取差速器驱动； 3.采用单向轴承交替驱动；
5、 方案分析： 1.单轮驱动：行进时驱动轮会时而在轨迹弧线内侧，时而在轨迹弧线外侧，而驱动轴和转向齿轮之间的传动比是恒定的，会导致小车向驱动轮的一车偏离，要实现对称轨迹要靠转向装置将小车从偏离的一端重新拉回来； 2.安装差速器：能实现轨迹的对称性，且效果较好，但安装难度大，成本高： 3：单向轴承驱动:采用单向轴承驱动，其原理和单轮驱动原理相同，即转向过程中后轮始终有一个为驱动轮，一个为从动轮；不同点在单项轴承内棘轮的作用会使小车始终以轨迹内侧后轮作为驱动轮，外侧为从动轮，从而保证小车行走轨迹的对称性。 方案选择： 综合考虑安装的方便，成本，调节的便捷程度，我们采用单向轴承后轮交替驱动小车。,转向
6、机构的设计,转向机构的选择： 1.正弦机构 曲柄具备调节功能，可以在小范围内调节小车的轨迹，调节性能较好。 2.凸轮机构 能根据轨迹要求设计凸轮参数，但凸轮加工成本高，且不具备轨迹调节功能 3.无急回特性曲柄摇杆机构 无急回曲柄摇杆机构是平面机构，要求曲柄处于前轮支架轴线的垂直面，要多一级转换机构。该机构对于摇杆与前轮角度的精度要求较高，装配难度较大，而且曲柄长度不具备调节功能，会导致摇杆摆角不对称。 4.空间四杆机构 空间四杆机构有2个球副，机构简单，传动效率较高，但摇杆与前轮的角度难以控制，同样具有安装精度高的特点。,正弦机构具有零件加工容易，成本低， 可调性好的特点,转向机构设计分析,右
7、转,直行,左转,左转,右转,直行,左转,右转（初始位置）,MATLAB摆角分析,微调装置设计,由于加工零件和安装时都会产生一定的偏差，会使小车偏离预定的轨迹，但如果提高加工和装配的精度，相应的加工成本的成本也会提升，为了使小车的安装精度和加工精度降低的同时实现完美的越障功能，我们设计了一系列的微调装置和粗调装置。,微调装置,结构粗调,结构微调,轨迹微调,浮动连接,轨迹分析程序,轨迹分析程序 ： %s驱动轮走过的路程 %n:驱动轮转过的转数 %n1：大齿轮转过的转数 %i:大齿轮与小齿轮间的传动比 %r:曲柄摇杆偏心距离 %dx:顶杆行程（以中间位置为准，顶上去为正，拉回来为负） %l:导向杆长
8、度 %l1:车身长 %a：导向杆偏角(弧度数) %k:a的度数转换 %r1:轨迹曲率半径 %m:轨迹图像曲率 %r2:驱动轮直径 l=62;%请输入导向杆长度 r2=213;%请输入驱动轮直径 i=3.75;%请输入齿轮传动比 r=11;%请输入曲柄偏心距离1025 l1=207;%请输入车身长度 lk=180;%请输入车身宽度 q=3;%请输入测试周期 x=0;%请输入初始X坐标 y=0;%请输入初始Y坐标 v=4000;%请输入细分数 s=linspace(0,r2*pi*i*q,v); n=s/(r2*pi); n1=n/i; dx=r*sin(n1-0.25)*2*pi); a=ata
9、n(dx/l); k=(a/(2*pi)*360; r1=l1./(sin(a); m=1./r1; ds=r2*pi*i*q./v;%s取微分 m=ds./r1;%微分下车身的转角 z1=zeros(1,v);%建立一个矩阵用于存储车身转角数据 for i1=1:v;%对车身转角数据进行持续累加并存储 z1(1,i1)=m(i1) if i1=2 z1(1,i1)=z1(i1-1)+m(i1); end; end; ux=ds*cos(z1); zx=zeros(1,v);%建立一个矩阵用于存储轨迹的X坐标,for i2=1:v;%对轨迹X坐标进行持续累加并存储 zx(1,i2)=ux(i2
10、)+x if i2=2 zx(1,i2)=zx(i2-1)+ux(i2); end; end; dy=ds*sin(z1); zy=zeros(1,v);%建立一个矩阵用于存储轨迹的Y坐标 for i3=1:v;%对轨迹Y坐标进行持续累加并存储 zy(1,i3)=dy(i3)+y if i3=2 zy(1,i3)=zy(i3-1)+dy(i3); end; end; zyz=zy+lk./2;%左轮Y坐标 zxz=zx;%左轮X坐标 zyy=zy-lk./2;%右轮Y坐标 zxy=zx;%右轮X坐标 plot(zx,zy,zxz,zyz,zxy,zyy)%输出轨迹图像 title(无碳小车轨迹仿真) xlabel(x坐标) ylabel(y坐标),轨迹分析图像,参数设定： 导向杆长度：62 齿轮传动比：3.75 驱动轮直径：213 偏心距离：11 车身长：207,小车整体三维图,创新性分析,2.多处微调装置和浮动连接，降低了零件的加工精度要求和小车装配精度要求，进而降低了加工成本。,1.利用曲柄齿轮和砝码绕线轮的配合，在不增大传动链、保证曲柄与驱动轮之间传动比不变的情况实现了传动比的合理分配，同时达到能量充分利用的效果。,3.利用单向轴承，在能给驱动轮传递动力的同时解决了在转向时左右驱动轮之间差速问题，降低了小车的能耗损失。,欢迎各位老师点评！,
