字無碳小車的結(jié)構(gòu)設(shè)計

任帥　高遠　邵夢瑩

摘 要：根據(jù)大賽要求，設(shè)計了利用重力勢能并能按要求自動轉(zhuǎn)向的8字形繞障無碳小車。小車轉(zhuǎn)向機構(gòu)基于對心曲柄滑塊原理，并利用對心曲柄滑塊運動特性，實現(xiàn)小車周期性運動。通過MATLAB仿真建模，代入小車相關(guān)參數(shù)，以此對小車行走軌跡模擬分析，優(yōu)化設(shè)計，修正參數(shù)。最終實際比賽結(jié)果驗證了該機構(gòu)設(shè)計是合理的，且加工簡單，易于調(diào)節(jié)，適宜比賽。

關(guān)鍵詞：無碳小車 “8”字繞障 曲柄滑塊機構(gòu)

中圖分類號：TH112 文獻標識碼：B 文章編號：1674-098X（2017）06（c）-0110-02

全國大學生工程訓練綜合能力競賽要求設(shè)計一臺三輪小車，利用4 kJ重力勢能作為驅(qū)動，在半張乒乓球桌上繞一定距離的兩個障礙物以“8”字軌跡進行繞行，最終按照繞行周期的有效個數(shù)進行成績的評定。由于“8”字繞行無碳小車為新競賽項目，相比“S”型項目相關(guān)參考文獻較少，故該文從實際出發(fā)，對“8”字小車進行設(shè)計分析，為相關(guān)競賽研究提供參考及借鑒。

1 運動原理

如圖2小車總裝圖所示，重物通過細繩纏繞在前傳動軸。前傳動軸與驅(qū)動軸通過齒輪嚙合傳動，改變轉(zhuǎn)速，同時傳遞能量。釋放重物后，前轉(zhuǎn)動軸開始轉(zhuǎn)動，機構(gòu)即開始運行。左后輪為主動輪，后輪軸與驅(qū)動軸通過聯(lián)軸器連接，實現(xiàn)單側(cè)驅(qū)動，以此實現(xiàn)差速便于轉(zhuǎn)向。同時前傳動軸轉(zhuǎn)動帶動曲柄輪，小車行走方向受曲柄輪及其伸縮連桿控制而呈周期性變化，最終實現(xiàn)“8”字軌跡。

2 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

小車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要由曲柄輪，前連接桿，伸縮連桿三部分構(gòu)成。（運動原理見圖3）設(shè)曲柄位置1為小車初始狀態(tài)時曲柄所處位置，當小車前曲柄輪由位置1經(jīng)由位置2逐漸運動到位置3時，前輪偏轉(zhuǎn)角度逐漸增大至最大，小車行走曲線曲率由0逐漸增加至最大。即曲柄輪每1/4圓周對應(yīng)小車行走軌跡“8”字的1/4路徑，曲柄輪轉(zhuǎn)一周，小車完成一個“8”字，對應(yīng)實現(xiàn)周期性運動。

此外伸縮桿與曲柄圓盤構(gòu)成微調(diào)裝置。由于全國大學生工程訓練綜合能力大賽要求對小車進行拆裝，故實際競賽中需進行裝配調(diào)節(jié)。通過改變曲柄長度并適當調(diào)節(jié)伸縮桿的長度，并保證伸縮桿位置可使當曲柄在初始位置1時小車前輪不發(fā)生偏轉(zhuǎn)。即可完成小車微調(diào)，修正裝配誤差帶來的影響，適宜比賽。

3 運動軌跡分析

設(shè)定小車轉(zhuǎn)彎過程中所涉及變量，并對其建模分析。小車大輪直徑，前傳動軸轉(zhuǎn)角為，后輪軸轉(zhuǎn)角，小車轉(zhuǎn)彎的曲率半徑為，前輪偏轉(zhuǎn)角度，前后輪軸線間距，小車移動距離為，小車行走偏轉(zhuǎn)角度，傳動比。

4 結(jié)語

（1）最終的實際軌跡結(jié)果與擬合效果接近，證實了該結(jié)構(gòu)的可行性高效性。（2）在實際裝配中，微調(diào)結(jié)構(gòu)能夠在短時間內(nèi)快速調(diào)整，修正運行軌跡，滿足要求。（3）利用MATLAB程序代入小車設(shè)計參數(shù)，可以更直觀的近似計算出運行軌跡，為實際調(diào)整節(jié)省了大量時間精力，也同樣利于小車的優(yōu)化設(shè)計。

參考文獻

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