李云濤　劉曉飛　侯偉青　賈路媛　程攀峰

摘要2015年第四屆全國大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競(jìng)賽主題為“無碳小車”，根據(jù)能量轉(zhuǎn)換原理驅(qū)動(dòng)其行走及轉(zhuǎn)向的能量，是由給定的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)換得到的。通過對(duì)以往參賽作品的借鑒以及指導(dǎo)老師的指導(dǎo)，設(shè)計(jì)出本作品。本作品的特點(diǎn)是：①小車的整體性能出色；②小車各個(gè)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)合理；③小車設(shè)計(jì)合理能量浪費(fèi)少，可以走更遠(yuǎn)的距離。為了使小車運(yùn)行更加平穩(wěn)，設(shè)計(jì)本作品的重心盡量靠近車身底部。通過對(duì)小車行駛路線的模擬，得到小車行駛的大致路線，對(duì)后期小車行進(jìn)路線的分析有了可以參考的數(shù)據(jù)。

關(guān)鍵字：S形 差速原理 單輪驅(qū)動(dòng) 轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)

1.整車預(yù)覽

通過對(duì)小車的整體數(shù)據(jù)和機(jī)構(gòu)的計(jì)算設(shè)計(jì)出本作品，小車的整體圖如圖1所示。

圖 1

2.運(yùn)動(dòng)軌跡分析

通過查閱資料得知無碳小車越過不同間距的障礙物可以通過改變以下兩種方式實(shí)現(xiàn)：①定傳動(dòng)比，轉(zhuǎn)向和驅(qū)動(dòng)的傳動(dòng)采用定的傳動(dòng)比，只通過改變轉(zhuǎn)向的最大轉(zhuǎn)向角從而實(shí)現(xiàn)越過不同間距的障礙物。采用該方案不用變傳動(dòng)比機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，效率高。但是每個(gè)周期內(nèi)繞樁相對(duì)所走的路程較采用變傳動(dòng)比的多很多且轉(zhuǎn)向角度變化較大，故所能繞樁數(shù)較少。②變傳動(dòng)比。變傳動(dòng)比可以改變轉(zhuǎn)向和驅(qū)動(dòng)的傳動(dòng)比，即可以在不改變幅值的情況下改變轉(zhuǎn)向周期，縮短完成一個(gè)周期內(nèi)所走的路程，相應(yīng)的轉(zhuǎn)向角變化也較小，故所能繞樁數(shù)較多。但是，變傳動(dòng)比結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，不容易實(shí)現(xiàn)?？梢圆捎脽o級(jí)變速和分檔變速機(jī)構(gòu)。由于所學(xué)知識(shí)和時(shí)間有限，我們決定先采用定傳動(dòng)比方案，在以后制作過程中可以再加上變傳動(dòng)比結(jié)構(gòu)，以顯著提高繞樁數(shù)量。如圖2是對(duì)小車行走路線的模擬。

圖2

3.方案設(shè)計(jì)

本作品由三部分構(gòu)成，包括驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。其中驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)靠重錘的下落帶動(dòng)，驅(qū)動(dòng)軸帶動(dòng)后輪轉(zhuǎn)動(dòng)；傳動(dòng)機(jī)構(gòu)采用單級(jí)齒輪傳動(dòng)，效率高；轉(zhuǎn)向間歇機(jī)構(gòu)由曲柄滑塊機(jī)構(gòu)構(gòu)成；調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)通過調(diào)節(jié)曲柄搖桿來實(shí)現(xiàn)。

3.1 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)

為了能使小車平穩(wěn)運(yùn)行，本作品的驅(qū)動(dòng)軸采用錐形軸結(jié)構(gòu)，錐形軸可以實(shí)現(xiàn)讓小車啟動(dòng)時(shí)容易啟動(dòng)，在啟動(dòng)后的行駛過程中小車可以勻速行駛，在小車快運(yùn)行結(jié)束的時(shí)候減速行駛。錐形軸的優(yōu)點(diǎn)在于讓小車的能量盡可能的充分利用，當(dāng)重錘下落的車板上時(shí)速度不會(huì)過快，由此造成的能量損失會(huì)降到最低。如圖3所示為錐形軸結(jié)構(gòu)。

圖3

3.2 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是小車最重要的一個(gè)機(jī)構(gòu)，需要?jiǎng)恿鬟f給其它各個(gè)機(jī)構(gòu)，為了能讓小車傳動(dòng)時(shí)具有高效、穩(wěn)定、節(jié)能的特點(diǎn)，本作品采用單級(jí)齒輪傳動(dòng)并和差速器結(jié)合實(shí)現(xiàn)了小車的高效傳動(dòng)，減少不必要的能量損耗。

3.3 轉(zhuǎn)向調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)

本作品的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)采用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)小車的轉(zhuǎn)向。如圖4所示為小車的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。

圖4

由于小車加工出來，在完成裝配后會(huì)

圖5

產(chǎn)生誤差，因此需要調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，本作品采用可調(diào)擺長(zhǎng)搖桿，通過對(duì)搖桿長(zhǎng)度的調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)小車軌跡的調(diào)整，使小車走出一條最優(yōu)的軌跡。如圖5所示為小車的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。

4.差速原理

要實(shí)現(xiàn)差速的方法比較多，能夠應(yīng)用在無碳小車上的通常有2種：?jiǎn)屋嗱?qū)動(dòng)和使用差速器。單輪驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，便于設(shè)計(jì)和加工。但是，易出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，更重要的是，會(huì)導(dǎo)致小車左右行程不對(duì)稱。由于是采用單輪驅(qū)動(dòng)，且車體的寬度不能忽略，當(dāng)驅(qū)動(dòng)輪在內(nèi)側(cè)和外側(cè)行駛時(shí)，同樣的轉(zhuǎn)速，必然導(dǎo)致所行駛的路程不一樣，要消除這種影響，只能通過提前給轉(zhuǎn)向系統(tǒng)一個(gè)調(diào)整角度，這樣給調(diào)試帶來了嚴(yán)重的困擾，因此不采用單輪驅(qū)動(dòng)來差速。差速器原理較簡(jiǎn)單，采用最常用的一種差速結(jié)構(gòu)是用4個(gè)錐形齒輪，倆倆垂直嚙合的機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)小車的差速。

參考文獻(xiàn)：

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