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张杭：“8”字型无碳小车设计

目录

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304671引言 1

261451.1小车功能设计要求 1

90101.2小车设计思路 1

58112设计方案 2

314112.1底板 3

326762.2原动机构 4

18272.3传动机构 4

160972.4转向机构 5

147012.5行走机构 6

325462.6调节机构 6

322263技术设计 7

5683.1功能关系及驱动力矩分析 7

253173.2小车轨迹计算 8

270043.3无急回特性曲柄摇杆机构分析 9

304673.4相关参数确定 10

181274小车调试及性能评估 11

232365小车改进方法及评价分析 12

239485.1小车的改进方法 13

45925.2小车优点 13

52455.3小车缺点 12

276086部分装配图 13

91517结论 15

6597致谢语 15

3651参考文献 16

附图

2015届机械设计制造及其自动化专业毕业设计说明书

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图3

2.1底板

底板作为小车的主要支撑部分，承受着整车以及重物的重量，而且由于初始时重物较高，导致整车的重心较高。因此要求车架要具有较大的强度、重心较低，而且便于零件的安装。我们通过考虑到上述要求外，还考虑到整车重量以及加工成本等因素，最终采用整体底板，直接通过加工中心在铝板上进行加工。

2.2原动机构

原动机构工作原理，重物块下降的势能通过定滑轮传递给绕线轴，绕线轴上的齿轮与传动机构的齿轮啮合，推动整车前进。绕线轴设计为梯形状，如图4所示：

1、小齿轮2、驱动轮3、大齿轮4、绕线轴5、重物6、定滑轮

图4原动机构简图

根据梯形原理，将绕线轴做成梯形以满足：

在起始时原动轮的转动半径较大，起动转矩大，有利起动。

起动后，绕线轴半径变小，转速提高，转矩变小，和阻力平衡后小车匀速运动。

当物块距小车很近时，绕线轴的半径再次变小，绳子的拉力不足以使原动轮匀速转动，但是由于物块的惯性，仍会减速下降，原动轮的半径变小，总转速比提高，小车缓慢减速，直到停止，物块停止下落，正好接触小车底盘

2.3传动机构

传动机构的功能是把动力和运动传递到转向机构和驱动轮上。要使小车行驶的更远及按设计的轨道精确地行驶，传动机构必需传递效率高、传动稳定、结构简单、重量轻等。

首先，在设计中考虑了齿轮和带轮两种方式。带轮具有结构简单、传动平稳、价格低廉、缓冲吸震等特点，但其效率及传动精度并不高，所以带轮传动不适合本本小车设计。而齿轮具有效率高、结构紧凑、工作可靠、传动比稳定的特点，并且齿轮价格适中。

因此综合实用性、经济性、可靠性等内容，最终选择齿轮传动。如图5

重物2、连杆3、承重轮4、曲柄5、绕线轮6、大齿轮7、驱动轮8、小齿轮9、导向轮10、摇杆11、定滑轮

图5小车传动机构简图

2.4转向机构

转向机构是本小车设计的关键部分，直接决定着小车的功能。转向机构也同样需要具有尽可能的减少摩擦耗能，结构简单，零部件易加工等基本条件。同时还需要有特殊的运动特性，能够将旋转运动转化为满足要求的来回摆动，带动转向轮左右转动从而实现走固定“8”字路线的功能。能实现该功能的机构有：曲柄连杆+摇杆、曲柄摇杆、不完全齿齿轮+曲柄摇杆机构、槽轮机构+摇杆等等。在综合各种方案，从经济性，实用性、精确性等各方面考虑，我们曲柄摇杆传动结构，如图6所示。

1、重物2、连杆3、曲柄4、绕线轮、5、定滑轮6、摇杆7、导向轮

图6小车转向机构简图

转向机构采用空间曲柄摇杆机构。绕线轴还直接和曲柄相连带动曲柄旋转，曲柄再通过连杆（连杆两端的运动副为球铰）带动摇杆前后摆动，由于前轮与摇杆固连为一体，小车前进时，前轮左右摆动就可实现周期性的“8”字绕桩，以此类推，小车不断地重复“8”字，进行运动。如图7所示：

图7小车的转向轨迹示意图

2.5行走机构

行走机构即为三个轮子，通过对比有机玻璃、铝板、铝塑板制作的轮子，有机玻璃强度、硬度适中，价格合理，重量轻，但是长时间承载重物车轮会发生变形并且加工过程中会产生大量的热会然材料发生加工变形，不利于控制加工精度；摩擦力太大，车子行驶过程中会消耗很多能量。铝板有良好的加工性能，以及适合的硬度，由于小车最后在乒乓球台上运行，需要适当的摩擦力，适当的硬度。因此选用6061铝板来加工轮子。

小车在转弯的时候，为了避免两个轮子的转速不同而产生的纯滚动现象，所以需要解决小车转弯时的差速问题，因此需要添加差速驱动装置，可以通过差速器、单向轴承或单轮驱动来实现差速。

（1）差速器涉及到最小能耗原