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無碳小車饒S彎路方案（CAD圖紙及PROE建模VB仿真）

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更新時間：2014-11-03
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無碳小車饒S彎路方案（CAD圖紙及PROE建模VB仿真）
目錄

摘要 3
一緒論 4
1.1本屆競賽命題主題 4
1.2小車功能設計要求 4
1.3小車整體設計要求 4
1.4小車的設計方法 5
二方案設計 6
2.1車架 6
2.2原動機構 6
2.3傳動機構 7
2.4轉向機構 8
2.5行走機構 9
2.6微調機構 9
三技術設計 10
3.1參數確定 10
3.2零部件設計 10
3.3整體設計 11
3.4運動仿真分析 12
四評價分析 15
五參考文獻 15

摘要
近年來，能源短缺和環境污染問題成為世界關注的焦點問題，轉變傳統高能耗、高污染的經濟增長方式，大力推進節能減排，發展以低能耗、低排放為標志的低碳經濟，實現可持續發展，正在成為世界各國經濟發展的共同選擇。
　　
作為發展中的大國，中國能源環境方面的問題尤其突出。2007年，覺的十七大報告首次提出了“建設生態文明，基本形成節約能源資源和保護生態環境的產業結構、增長方式、消費模式”的理念，為可持續發展指明了方向，也使人們更加關注低碳經濟的崛起。
本次創新設計主要是研究無碳小車，這正好積極響應國家的關于環保的號召。主要內容包括設計題目，設計題目里面包括設計的條件和要求。
一緒論
1.1本屆競賽命題主題
本屆競賽命題主題為“無碳小車”。命題與高校工程訓練教學內容相銜接，體現綜合性工程能力。命題內容體現“創新設計能力、制造工藝能力、實際操作能力和工程管理能力”四個方面的要求。
1.2小車功能設計要求
給定一重力勢能，根據能量轉換原理，設計一種可將該重力勢能轉換為機械能并可用來驅動小車行走的裝置。該自行小車在前行時能夠自動避開賽道上設置的障礙物，以小車前行距離的遠近、以及避開障礙的多少來綜合評定成績。
給定重力勢能為4焦耳（取g=10m/s2），競賽時統一用質量為1Kg的重塊（ 50×65 mm，普通碳鋼）鉛垂下降來獲得，落差400±2mm，重塊落下后，須被小車承載并同小車一起運動，不允許掉落。
要求小車前行過程中完成的所有動作所需的能量均由此能量轉換獲得，不可使用任何其他的能量形式。
小車要求采用三輪結構（1個轉向輪，2個驅動輪），具體結構造型以及材料選用均由參賽者自主設計完成。
1.3小車整體設計要求
小車設計過程中需要完成：機械設計、工藝方案設計、經濟成本分析和工程管理方案設計。命題中的工程管理能力項要求綜合考慮材料、加工、制造成本等各方面因素，提出合理的工程規劃。設計能力項要求對參賽作品的設計具有創新性和規范性。命題中的制造工藝能力項以要求綜合運用加工制造工藝知識的能力為主。

1.4小車的設計方法
小車的設計一定要做到目標明確，通過對命題的分析我們得到了比較清晰開闊的設計思路。作品的設計需要有系統性規范性和創新性。設計過程中需要綜合考慮材料、加工、制造成本等給方面因素。
小車的設計是提高小車性能的關鍵。在設計方法上我們借鑒了參數化設計、優化設計、系統設計等現代設計發發明理論方法。采用了VB、PROE等軟件輔助設計。下面是我們設計的流程（如圖一）
二方案設計
通過對小車的功能分析小車需要完成重力勢能的轉換、驅動自身行走、自動避開障礙物。為了方便設計這里根據小車所要完成的功能將小車劃分為五個部分進行模塊化設計（車架、原動機構、傳動機構、轉向機構、行走機構、微調機構）。為了得到令人滿意方案，采用擴展性思維設計每一個模塊，尋求多種可行的方案和構思。
選擇方案時應綜合考慮功能、材料、加工、制造成本等各方面因素，同時盡量避免直接決策，減少決策時的主觀因素，使得選擇的方案能夠綜合最優。
2.1車架
車架不用承受很大的力，精度要求低。考慮到重量加工成本等，車架采用木材加工制作成三角底板式。可以通過回收廢木材獲得。
2.2原動機構
原動機構的作用是將重塊的重力勢能轉化為小車的驅動力。能實現這一功能的方案有多種，就效率和簡潔性來看繩輪最優。小車對原動機構還有其它的具體要求。1.驅動力適中，不至于小車拐彎時速度過大傾翻，或重塊晃動厲害影響行走。2.到達終點前重塊豎直方向的速度要盡可能小，避免對小車過大的沖擊。同時使重塊的動能盡可能的轉化到驅動小車前進上，如果重塊豎直方向的速度較大，重塊本身還有較多動能未釋放，能量利用率不高。3.由于不同的場地對輪子的摩擦摩擦可能不一樣，在不同的場地小車是需要的動力也不一樣。在調試時也不知道多大的驅動力恰到好處。因此原動機構還需要能根據不同的需要調整其驅動力。4.機構簡單，效率高。
基于以上分析我們提出了輸出驅動力可調的繩輪式原動機構。如下圖二

圖二
如上圖我們可以通過改變繩子繞在繩輪上不同位置來改變其輸出的動力。
2.3傳動機構
傳動機構的功能是把動力和運動傳遞到轉向機構和驅動輪上。要使小車行駛的更遠及按設計的軌道精確地行駛，傳動機構必需傳遞效率高、傳動穩定、結構簡單重量輕等。
1.不用其它額外的傳動裝置，直接由動力軸驅動輪子和轉向機構，此種方式效率最高、結構最簡單。在不考慮其它條件時這是最優的方式。
2.帶輪具有結構簡單、傳動平穩、價格低廉、緩沖吸震等特點但其效率及傳動精度并不高。不適合本小車設計。
3.齒輪具有效率高、結構緊湊、工作可靠、傳動比穩定但價格較高。因此在第一種方式不能夠滿足要求的情況下優先考慮使用齒輪傳動。

2.4轉向機構
轉向機構是本小車設計的關鍵部分，直接決定著小車的功能。轉向機構也同樣需要盡可能的減少摩擦耗能，結構簡單，零部件已獲得等基本條件，同時還需要有特殊的運動特性。能夠將旋轉運動轉化為滿足要求的來回擺動，帶動轉向輪左右轉動從而實現拐彎避障的功能。能實現該功能的機構有：凸輪機構+搖桿、曲柄連桿+搖桿、曲柄雙滑塊搖桿、差速轉彎等等。
凸輪機構+搖桿
凸輪是具有一定曲線輪廓或凹槽的構件，它運動時，通過高副接觸可以使從動件獲得連續或不連續的任意預期往復運動。
優點：只需設計適當的凸輪輪廓，便可使從動件得到任意的預期運動，而且結構簡單、緊湊、設計方便；缺點：凸輪輪廓加工比較困難。
在本小車設計中由于：凸輪輪廓加工比較困難、尺寸不能夠可逆的改變、精度也很難保證、重量較大、效率低能量損失大（滑動摩擦）因此不采用。

曲柄連桿+搖桿
優點：運動副單位面積所受壓力較小，且面接觸便于潤滑，故磨損減小，制造方便，已獲得較高精度；兩構件之間的接觸是靠本身的幾何封閉來維系的，它不像凸輪機構有時需利用彈簧等力封閉來保持接觸。
缺點：一般情況下只能近似實現給定的運動規律或運動軌跡，且設計較為復雜；當給定的運動要求較多或較復雜時，需要的構件數和運動副數往往比較多，這樣就使機構結構復雜，工作效率降低，不僅發生自鎖的可能性增加，而且機構運動規律對制造、安裝誤差的敏感性增加；機構中做平面復雜運動和作往復運動的構件所長生的慣性力難以平衡，在高速時將引起較大的振動和動載荷，故連桿機構常用于速度較低的場合。
在本小車設計中由于小車轉向頻率和傳遞的力不大故機構可以做的比較輕，可以忽略慣性力，機構并不復雜，利用MATLAB進行參數化設計并不困難，加上個鏈接可以利用軸承大大減小摩擦損耗提高效率。對于安裝誤差的敏感性問題我們可以增加微調機構來解決。

曲柄搖桿
結構較為簡單，但和凸輪一樣有一個滑動的摩擦副，其效率低。其急回特性導致難以設計出較好的機構。

差速轉彎
差速拐是利用兩個偏心輪作為驅動輪，由于兩輪子的角速度一樣而轉動半徑不一樣，從而使兩個輪子的速度不一樣，產生了差速。小車通過差速實現拐彎避障。
差速轉彎，是理論上小車能走的最遠的設計方案。和凸輪同樣，對輪子的加工精度要求很高，加工出來后也無法根據需要來調整輪子的尺寸。（由于加工和裝配的誤差是不可避免的）
綜合上面分析我們選擇曲柄雙滑塊作為小車轉向機構的方案如下圖三 ...

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