S型無碳小車結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

冉滔 胡榮瀚 楊榮淼 李吉斌

摘 要：為了使S型無碳小車能夠按照規(guī)定的路線行駛，本文將從小車的傳動(dòng)、轉(zhuǎn)向及微調(diào)機(jī)構(gòu)對小車進(jìn)行理論設(shè)計(jì)研究。并通過Matlab軟件將各設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行建模仿真，最終得到完整的S型運(yùn)行軌跡。

關(guān)鍵詞：無碳小車;優(yōu)化設(shè)計(jì);運(yùn)動(dòng)軌跡

1 前言

S型無碳小車?yán)弥亓菽茏鳛轵?qū)動(dòng)力，將1kg砝碼下降400mm所產(chǎn)生的重力勢能轉(zhuǎn)化為小車前進(jìn)的動(dòng)能，并通過轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)促使小車的轉(zhuǎn)向輪按照預(yù)定的S型軌道運(yùn)行?？紤]誤差存在，對小車設(shè)置三處微調(diào)機(jī)構(gòu)。通過調(diào)節(jié)曲柄半徑、連桿長度以及轉(zhuǎn)向裝置的轉(zhuǎn)角關(guān)系，使得小車按照預(yù)定軌跡行駛。

2 工作原理

根據(jù)全國大學(xué)生訓(xùn)練綜合能力大賽給出的外部邊界條件，S型賽道障礙樁等間距（1m）或不等間距（0.7-1.3cm）布置在一條直線上，因此要求無碳小車的行駛路徑近似滿足余弦函數(shù)曲線。參賽的無碳小車行駛性能主要是要適應(yīng)賽道的表面摩擦因數(shù)特性和障礙樁的布置間距，設(shè)計(jì)的小車應(yīng)考慮摩擦問題盡可能的簡化機(jī)構(gòu)，摩擦力對小車能否按正確軌跡行駛有重要影響。

3 設(shè)計(jì)方案

如圖1為小車的工程簡圖，主要由傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)及微調(diào)機(jī)構(gòu)組成。

小車的設(shè)計(jì)方案為：傳動(dòng)機(jī)構(gòu)采用一級齒輪（傳動(dòng)效率高）、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)采用曲柄連桿+搖桿、行走機(jī)構(gòu)利用單向軸承實(shí)現(xiàn)兩輪差速、微調(diào)機(jī)構(gòu)采用調(diào)節(jié)連桿長度、曲柄半徑及轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)角。

5 運(yùn)行軌跡

根據(jù)障礙樁距，考慮無碳小車側(cè)滑和加工精度等因素，計(jì)算行駛一個(gè)S形路徑的理論長度，即行駛一個(gè)S形路徑時(shí)車輪的路程，利用matlab實(shí)現(xiàn)小車軌跡仿真如圖8。

由軌跡可以看出小車的理論行駛軌跡符合大賽要求的邊界條件，說明設(shè)計(jì)方案合理。在實(shí)踐運(yùn)行時(shí)，只要合理的進(jìn)行調(diào)試，就能走出正確的S型路線。

6 結(jié)束語

通過對無碳小車進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)，仿真模擬即可得到小車的運(yùn)動(dòng)軌跡。三處微調(diào)機(jī)構(gòu)可以進(jìn)行對參數(shù)的調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)軌跡，微調(diào)機(jī)構(gòu)精度越高，調(diào)解時(shí)越快越精確，更容易達(dá)到理論研究的路線。在制作應(yīng)盡量減少小車內(nèi)部結(jié)構(gòu)誤差，減小運(yùn)動(dòng)副的摩擦，減小傳動(dòng)阻力，從而減小驅(qū)動(dòng)力。根據(jù)驅(qū)動(dòng)力的大小改變繩輪直徑以獲得更長行駛距離。

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