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机械设计大赛-无碳小车-设计说明书(共46页)

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机械设计大赛-无碳小车-设计说明书(共46页)_第1页
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精选优质文档-----倾情为你奉上目录前言第1章、绪论…………………………………………………………...4 1.1 参赛主题………………………………………………...4 1.2 功能分析………………………………………………...4 1.3 设计方法………………………………………………...4第2章、 轨迹和行走机构选型与计算………………………………6 2.1 轨迹和行走机构选型………………………………….6 2.2 轨迹参数计算………………………………………….7第3章、控制机构选型与计算………………………….………….10 3.1 控制机构选型………………………………………...10 3.2 放大机构的设计…………………...…………………12 3.3 凸轮的设计………………………………………...…13第4章、传动机构选型与计算……………………………………16 4.1 传动机构选型………………..……………………….16 4.2 齿轮系的设计…………………….…………………..16 4.2 尺寸参数校核………………………..……………….17第5章、动力机构选型与计算………………………………………19 5.1 绕绳轮安装位置分析……………………………..….19 5.2 力分析…………………………………………..…….20 5.3 前轮转向阻力矩的计算………………………...……23 5.4 弹簧劲度系数的计算……………………………….23 5.5 尺寸参数的获取…………………………...………23 5.6 质量属性参数的确定………………..…………….26 5.7 参数的计算…………………………………….…..27 5.8 绕绳轮最大半径的确定……………….…………..29第6章、微调机构简介………………………………….……….….30第7章、误差分析及效率计算………………………….…………..31 7.1 误差分析 ………………………………...……….31 7.1.1 设计误差……………………………..……………31 7.1.2 参数误差…………………………………………31 7.1.3 加工与装配误差……………………...………….31 7.2 传动效率的计算…………………………….…………32 7.2.1 动力机构效率的计算……………...…………….32 7.2.2 传动机构效率的计算…………………………..33 7.2.3 控制机构效率的计算……………………….….34第8章、仿真分析………………….………………………..………35第9章、综合评价及改进方案……………………..………………37 9.1 综合评价………………………….…..…………..37 9.2 改进方案………………………………...………..39第10章、参考文献…………………………………………..…….40第11章、附录……………………………………………..…………..40 11.1 机构运动简图及装配图………………...…………………40 11.2 小车三维装配图及爆炸图……………………….………..42第1章 、 绪论 1.1 参赛主题 第三届全国大学生工程训练大赛的竞赛主题为“无碳小车越障竞赛”。

这次竞赛包含两个竞赛项目第一个项目与往届竞赛相同,为小车走“S”形线路绕杆竞赛项目二为小车走“8”字形线路绕杆通过商量,我们选择的竞赛项目为项目二1.2 功能分析根据本次竞赛规定,竞赛项目二是小车在半张标准乒乓球台(长1525mm、宽1370mm)上,绕相距一定距离的两个障碍沿8字形轨迹绕行,绕行时不可以撞倒障碍物,不可以掉下球台障碍物为直径20mm、长200mm的2个圆棒,相距一定距离放置在半张标准乒乓球台的中线上 小车是在重物下落所带来的重力势能的作用下实现运动和转向因此,小车需具备能量转换装置、转向控制装置、驱动机构等1.3 设计方法在小车的设计过程中,应该充分综合考虑到材料、加工制造、生产成本等个方面因素,以保证小车的设计更加符合实际,削减理论与实际之间的差距小车实现绕“8”字功能,应有相应的轨迹,因此,在进行小车的机构设计时可采用从小车的理论轨迹入手,逆向进行机构设计的方法在进行机构设计时,应采用发散思维,注意机构的选型与组合,应充分考虑到各机构间的相互关系以及整体效应,注意及时对机构进行调整小车的设计方法是保证小车技术含量的关键,在设计方法上,我们在关键部分采用参数化组合设计,以保证设计精度和方案的可行性。

再设计流程上,我们循序渐进步步为营,同时兼顾全局下面是我们的设计流程图 图1-1第2章、 轨迹和行走机构选型及其 计算2.1 轨迹和行走机构的选型 为了获得最优的理论轨迹,我们采用列举法,进行逐一筛选经过商议,列举了以下几种轨迹: 1、双纽线2、互补正弦曲线3、相切圆4、形“8”字折线 5、其他形似“8”的曲线等双纽线:其直角坐标以及极坐标方程为:(x2 + y2)2 = 2a2(x2 − y2),ρ^2=a^2*cos2θ,由此可知极坐标下曲线上任何一点的曲率半径为通过分析,双纽线是所有曲线中经过相同距离的俩个桩的路程是最短的, 同时双纽线曲率又大变小再变大在变小,再回到出发点,运动过程没有曲率突变,所有路程都光滑过渡但是,由于双纽线本身的复杂性,导致控制机构的设计的难度相当大,通过绘图计算,发现四杆机构不能同时满足转向及时间上的控制,而用凸轮机构则导致凸轮的轮廓曲线太过复杂互补正弦曲线,相切圆,折线 正弦曲线可以用四杆机构实现,但是由于在端点处存在去两次曲率突变相切圆、“8”字折线可以很简答的实现,但是也存在曲率突变的问题,这些问题都会严重影响小车的稳定性,因此不采用这些轨迹作为理论曲线。

轨迹敲定: 为了保证小车能够稳定实现八字运动,我们最终确定小车的理论轨迹为俩段圆弧通过俩段公切线连接这样既保证了小车运动过程的平稳性,又同时使得轨迹规律性强,易于控制 针对这个想法,我们设定了俩种轨迹分别如图(2-1)、(2-2)所示图2-1图2-2考虑到小车的行走机构,我们拟定了三种小车行走机构的方案,如下:方案一、后轮单轮驱动,其他俩轮从动方案二、后轮定时驱动,前轮从动方案三、后轮同时驱动,前轮从动针对方案一,左轮与主动轴通过键连接,后轮通过轴承与主动轴相连,即可实现转弯时的差速,简单有效针对方案二,采用齿轮系分别驱动左右后轮,其中用互补的的不完全齿轮定时驱动左轮右轮针对方案三,通过在后轮主动轴上安装差速器来实现差速通过分析,方案一不能实现轨迹图(2-1),方案二不能实现轨迹图(2-2),方案三则能实现俩种轨迹由于方案二和方案三需要增加许多齿轮,大大的增加了成本和机构复杂度况且,方案二的定时控制难度较大,而根据经验方案三可靠度不高,因此,考虑到经济效益以及可靠度,放弃了这两种方案最终选定的轨迹如图(2-2)所示,实现的方式为方案一2.2 轨迹参数计算理论轨迹的计算及参数确定: 假设:小车尺寸参数:小车宽为2c,轮距为b,前轮最大转角为 轨迹参数:中心距为2p,圆弧半径为R,直线斜率为k, 设定不可行区域为直径为200mm的圆。

小车运动场地尺寸:长1525mm,宽1370mm根据以上参数,建立直角坐标系,理论轨迹下,可列出以下方程: 2p+2R+2c1500 ……..………………………………..(2-1) 2 (R+2c)1350…………………………………………..(2-2) R100+c ………………………………………….……..(2-3) 又小车转弯时左轮曲率半径满足关系:= …………(2-4) 转弯时,小车曲率半径满足根据以上式子,线性规划取合理的值,所得结果如下:=250mm, 2p=600mm, R=250, =38.66 2c=150mm, b=200mm. 根据以上参数,可作出小车左右轮的轨迹图(2-1)如图所示:图2-1 由于左轮驱动,右轮从动,故需计算左轮有关参数,如图粉色曲线所示测量计算得:主动轮一个周期走过的路程为S=3219.23mm, 其中直线路程为:S=331.66*2=663.32mm, 弧线路程为:S1278.00*2=2556 第3章、 控制机构选型及计算3.1 控制机构选型根据小车运动的轨迹,可知小车前轮转向为间歇运动,因此可用不完全齿轮机构,槽轮机构,凸轮机构等做小车前轮转向的控制机构。

在假定小车速率恒定运动的情况下,设小车驱动轮的速率恒定为v,周期为T忽略过渡阶段,设小车走直线的时间为t,走弧线的时间为t根据小车一个周期内的轨迹可绘制出小车运动循环图 表3-1 小车运动循环分析0~ tt~ t+ tt+ t~2 t+ t2t+t~2(t+ t)小车启动,走直线,前轮转角为0度由直线过渡到曲线,并走直线,前轮右转度轨迹由弧线过渡到直线,前轮回转度轨迹由直线再转回到弧线,前轮左转度历时t后回到起始点根据上表分析,由于tt,故排不采用槽轮机构不完全齿轮以及凸轮机构均可实现.令:T=60s,后轮半径R=70mm,前轮R=20mm,左轮周长C=则:左轮一周期内所转过的圈数为:r=半个周期内,走直线所需圈数:r=走曲线所需圈数:r=代入数据即可求得: r=7.3194rr=0.7541rr=2.9262r根据以上计算,可知,如果用不完全齿轮,在保证一定精度的情况下,导致齿轮过大,且须附加锁止机构,因此成本科及复杂度较高而小车实现理论轨迹所需控制简单,只需在必要的时候驱动前轮转向即可,而不需考虑转向这个过程如果用凸轮摇块机构,只需凸轮有四段圆弧即可,所以,凸轮轮廓曲线简单,加工难度大大降低,加工精度也可相应提高。

因此,可初步设计出凸轮摇块机构如图所示:凸轮推程与推杆到摇块的距离满。

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