基于MATLAB的新八字S環(huán)形的無碳小車設計

趙永鵬 劉璇 蘇曼 趙桃紅 劉卿桁

摘 要：無碳小車設計鍛煉設計者的動手能力和思維能力，新八字S環(huán)形無碳小車設計，是一種創(chuàng)新性設計思路。本文研究的重點是通過利用MATLAB技術，設計新八字S環(huán)形無碳小車，掌握無碳小車設計參數(shù)和基本結(jié)構(gòu)，提高設計質(zhì)量。

關鍵詞：MATLAB;新八字S環(huán)形;無碳小車

無碳小車是基于零排放、無能耗、綠色環(huán)保理念的新型車輛概念，車輛運轉(zhuǎn)的動力源泉是能量轉(zhuǎn)換，當重物下降的時候，將會產(chǎn)生重力勢能，無碳小車便是將重力勢能進行轉(zhuǎn)化利用，使其成為無碳小車的動能[1]。無碳小車運行時的新八字S環(huán)形設計，也是成為檢測無碳小車運行水平的關鍵指標。

1無碳小車的設計方案探究

無碳小車在設計期間，檢驗其運行水平和設計質(zhì)量，可通過新八字S環(huán)形繞圈方式檢驗，當車輛運行期間能夠保持良好的軌道重合度，運動軌跡曲率沒有突變式的變動，全程運行連續(xù)且均勻，那么才可以確保無碳小車在運行的過程中具有良好的平穩(wěn)性，更不會發(fā)生傾覆的問題。在設計無碳小車的時候，為了確保小車可以精準的完成新八字S環(huán)形道路行駛，需要精準的調(diào)控后輪和轉(zhuǎn)向機構(gòu)兩者之間的傳動比[2]。

2無碳小車機構(gòu)設計

2.1驅(qū)動機構(gòu)設計

當無碳小車處于運動狀態(tài)的時候，小車前進的動力要求是重物下落時所形成的重力勢能轉(zhuǎn)化而得，這種方法的應用，需要使用到鏈輪機構(gòu)、儲能機構(gòu)、繩輪機構(gòu)等機構(gòu)。但是在設計的過程中考慮到結(jié)構(gòu)簡化的需求以及成本降低的需求，將選擇使用繩輪機構(gòu)作為無碳小車的驅(qū)動機構(gòu)。

2.2微調(diào)與轉(zhuǎn)向機構(gòu)設計

轉(zhuǎn)向機構(gòu)的主要作用是將驅(qū)動軸的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化成為前輪周期性反復擺動，轉(zhuǎn)向機構(gòu)運行的穩(wěn)定性與可靠性，將會直接對小車的新八字S環(huán)形活動能力產(chǎn)生直接決定性影響。無碳小車在制作的時候，選擇使用連桿機構(gòu)，在驅(qū)動軸的端面位置圓盤中完成螺紋孔設計，在連桿的滑槽中設置一根定位銷，前輪在受到連桿的影響后，將會呈現(xiàn)等幅擺動的狀態(tài)，無碳小車由此便會實現(xiàn)新八字S環(huán)形運動[2]。

轉(zhuǎn)向機構(gòu)設計，需組合兩個高副、6個低副以及5個構(gòu)件，轉(zhuǎn)向機構(gòu)的自由度計算公式如下所示：

通過計算得到自由度結(jié)果為1，自由度值與原動件數(shù)相等，所以在設計轉(zhuǎn)向機構(gòu)的時候，轉(zhuǎn)向具有可靠性和穩(wěn)定性，并且擁有比較緊湊且簡單的結(jié)構(gòu)。

3無碳小車運行軌跡模擬

想要模擬分析出無碳小車的運行軌跡，那么便需要對速度和角度兩者之間的關系作出充分的了解。為了保證在研究的過程中，將存在的問題盡可能的簡化，提高問題探究的效率，在無碳小車運行軌跡的探究活動當中，需要將曲柄中心位置位于搖桿平面，并且搖桿以及軸線所形成的角度平均線平行處理。就如無碳小車的后主動輪而言，首先是要測量出搖桿的角度。

已知空間RSSR四桿機構(gòu)的曲柄的長度值為AB，連桿的長度值為BC，搖桿的長度值為CD，曲柄中心位置A點距離搖桿中心位置D點的水平距離長度值為AE，垂直距離長度值為DE，曲柄末端位置的B點水平投影點命名為B，曲柄AB的投影長度值為AB，連桿BC的投影長度值為B'C，詳細如下圖所示：

已知無碳小車的車長的垂直距離為GH，即小車前輪中心到后輪中心的距離，車寬的長度為MN，即小車兩個輪子中間間隔，記傳動比為i，不完全齒輪的當量齒輪比為u，后主動輪的半徑長度值為r。

4結(jié)語

基于MATLAB軟件實現(xiàn)新八字S環(huán)形運行路線探究分析，可以對小車結(jié)構(gòu)、運行平穩(wěn)性展開討論，提升了小車繞樁能力。

參考文獻：

[1]唐偉，李旭波，黃淵，等.基于凸輪的”雙八字”無碳小車結(jié)構(gòu)設計與優(yōu)化[J].南方農(nóng)機，2019（21）：44-46.

作者簡介：

趙永鵬（2000.11-），男，貴州人，本科，貴州大學。

項目資助：貴州大學SRT項目資金資助（貴大SRT字（2021）123號）