《無碳小車答辯》PPT課件.ppt
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無碳小車(S),參賽隊伍:貴陽學院,參賽成員:王顯令肖著勇邵佳明,指導老師:李佳霖石文昌,設(shè)計背景,二、綜合工程訓練大賽培訓能力原則創(chuàng)新設(shè)計能力制造工藝能力實際操作能力工程管理能力,一、國家節(jié)能減排的政策和方針1.低碳理念:樹立低排放,低能耗的社會環(huán)境理念;2.兩型社會:構(gòu)建資源節(jié)約型環(huán)境友好型社會,命題分析,命題要求:要求小車以1KG砝碼下降400mm高度產(chǎn)生的重力勢能驅(qū)動小車行進,在行進過程中繞過按一定間距(700~1300mm)安放的障礙物。評判原則:以小車繞過障礙物的數(shù)量和行進的距離作為判定設(shè)計是否成功的主要依據(jù)。,設(shè)計分析,小車以砝碼產(chǎn)生的重力勢能作為驅(qū)動動力來源,為了使小車能行進較遠的距離,應(yīng)盡量減少小車行進過程中的能量損失;小車的轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)要選擇合理并保證加工零件的精度要求和結(jié)構(gòu)運行的穩(wěn)定性,保證小車在左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)過程中軌跡的對稱性,否者小車每一次的轉(zhuǎn)向誤差將會持續(xù)累積,最終會導致小車偏離預(yù)定軌跡。降低小車行進過程中能量損失的方案:1.合理選用機構(gòu);2.盡量減小傳動鏈;3.保證零件配合的精度要求;4.減輕整車結(jié)構(gòu)的重量;5.盡量降低砝碼下降過程中的加速度,減小砝碼下降到最低位置時由于撞擊產(chǎn)生的能量損失。,車架的選擇,為了避免小車在行進過程中小車整體的晃動,并考慮到加工成本和精度要求,車架選用輕質(zhì)鋁板材加工,并合理設(shè)計車架外形,避免由車架給小車帶來的不必要的負載。,傳動方式的選擇,結(jié)合小車設(shè)計要求,在設(shè)計中要求能量損失低,軌跡對稱程度高,小車結(jié)構(gòu)緊湊,我們將設(shè)計要求轉(zhuǎn)換為具體問題,即:1.要求能量損失低,就要要求傳動的效率高;2.要求小車的軌跡對稱性好,就要保證小車轉(zhuǎn)向機構(gòu)與驅(qū)動輪之間的傳動比恒定。經(jīng)過對比機械傳動的各種方案,我們在轉(zhuǎn)向機構(gòu)與驅(qū)動輪之間選用齒輪傳動,結(jié)合實際設(shè)計需求,轉(zhuǎn)向機構(gòu)與驅(qū)動輪之間我們選用齒輪傳動,以轉(zhuǎn)向齒輪驅(qū)動驅(qū)動軸,轉(zhuǎn)向齒輪與砝碼之間采取階梯繞線輪傳動,將傳動比合理分配在轉(zhuǎn)向齒輪與驅(qū)動軸和繞線輪之間,避免出現(xiàn)繞線輪上傳動比過大,結(jié)構(gòu)不協(xié)調(diào)的情況發(fā)生,在保證轉(zhuǎn)向機構(gòu)與驅(qū)動輪之間的傳動比不變的情況下通過階梯繞線輪來調(diào)節(jié)驅(qū)動小車的驅(qū)動力,從而控制小車的行進速度,獲得較大的行進距離。齒輪傳動具有的優(yōu)點:1.能夠在空間任意兩軸(平行軸、相交軸、交叉軸)間傳遞運動和力;2.瞬時傳動比恒定;3.結(jié)構(gòu)緊湊,適于近距離傳動;4.傳動效率高(0.92~0.99);5.傳遞的功率和速度范圍大。,驅(qū)動方式設(shè)計,提出問題:小車要實現(xiàn)繞過障礙物的動作,勢必在左右輪上產(chǎn)生差速,在不采取措施的情況下小車的左右輪與地面一定會產(chǎn)生滑動摩擦,這樣的情況既不利于小車行走的穩(wěn)定,也會產(chǎn)生較大的能量損失,同時也會影響小車的軌跡和繞樁的效果。解決方案:1.采取單輪驅(qū)動;2.采取差速器驅(qū)動;3.采用單向軸承交替驅(qū)動;方案分析:1.單輪驅(qū)動:行進時驅(qū)動輪會時而在軌跡弧線內(nèi)側(cè),時而在軌跡弧線外側(cè),而驅(qū)動軸和轉(zhuǎn)向齒輪之間的傳動比是恒定的,會導致小車向驅(qū)動輪的一車偏離,要實現(xiàn)對稱軌跡要靠轉(zhuǎn)向裝置將小車從偏離的一端重新拉回來;2.安裝差速器:能實現(xiàn)軌跡的對稱性,且效果較好,但安裝難度大,成本高:3:單向軸承驅(qū)動:采用單向軸承驅(qū)動,其原理和單輪驅(qū)動原理相同,即轉(zhuǎn)向過程中后輪始終有一個為驅(qū)動輪,一個為從動輪;不同點在單項軸承內(nèi)棘輪的作用會使小車始終以軌跡內(nèi)側(cè)后輪作為驅(qū)動輪,外側(cè)為從動輪,從而保證小車行走軌跡的對稱性。方案選擇:綜合考慮安裝的方便,成本,調(diào)節(jié)的便捷程度,我們采用單向軸承后輪交替驅(qū)動小車。,轉(zhuǎn)向機構(gòu)的設(shè)計,轉(zhuǎn)向機構(gòu)的選擇:1.正弦機構(gòu)曲柄具備調(diào)節(jié)功能,可以在小范圍內(nèi)調(diào)節(jié)小車的軌跡,調(diào)節(jié)性能較好。2.凸輪機構(gòu)能根據(jù)軌跡要求設(shè)計凸輪參數(shù),但凸輪加工成本高,且不具備軌跡調(diào)節(jié)功能3.無急回特性曲柄搖桿機構(gòu)無急回曲柄搖桿機構(gòu)是平面機構(gòu),要求曲柄處于前輪支架軸線的垂直面,要多一級轉(zhuǎn)換機構(gòu)。該機構(gòu)對于搖桿與前輪角度的精度要求較高,裝配難度較大,而且曲柄長度不具備調(diào)節(jié)功能,會導致?lián)u桿擺角不對稱。4.空間四桿機構(gòu)空間四桿機構(gòu)有2個球副,機構(gòu)簡單,傳動效率較高,但搖桿與前輪的角度難以控制,同樣具有安裝精度高的特點。,正弦機構(gòu)具有零件加工容易,成本低,可調(diào)性好的特點,轉(zhuǎn)向機構(gòu)設(shè)計分析,,,,,,,,,,,,,,,,,,右轉(zhuǎn),直行,左轉(zhuǎn),左轉(zhuǎn),右轉(zhuǎn),直行,左轉(zhuǎn),右轉(zhuǎn)(初始位置),,,,MATLAB擺角分析,微調(diào)裝置設(shè)計,由于加工零件和安裝時都會產(chǎn)生一定的偏差,會使小車偏離預(yù)定的軌跡,但如果提高加工和裝配的精度,相應(yīng)的加工成本的成本也會提升,為了使小車的安裝精度和加工精度降低的同時實現(xiàn)完美的越障功能,我們設(shè)計了一系列的微調(diào)裝置和粗調(diào)裝置。,微調(diào)裝置,結(jié)構(gòu)粗調(diào),結(jié)構(gòu)微調(diào),軌跡微調(diào),浮動連接,軌跡分析程序,軌跡分析程序:%s驅(qū)動輪走過的路程%n:驅(qū)動輪轉(zhuǎn)過的轉(zhuǎn)數(shù)%n1:大齒輪轉(zhuǎn)過的轉(zhuǎn)數(shù)%i:大齒輪與小齒輪間的傳動比%r:曲柄搖桿偏心距離%dx:頂桿行程(以中間位置為準,頂上去為正,拉回來為負)%l:導向桿長度%l1:車身長%a:導向桿偏角(弧度數(shù))%k:a的度數(shù)轉(zhuǎn)換%r1:軌跡曲率半徑%m:軌跡圖像曲率%r2:驅(qū)動輪直徑l=62;%請輸入導向桿長度r2=213;%請輸入驅(qū)動輪直徑i=3.75;%請輸入齒輪傳動比r=11;%請輸入曲柄偏心距離10~25l1=207;%請輸入車身長度lk=180;%請輸入車身寬度q=3;%請輸入測試周期x=0;%請輸入初始X坐標y=0;%請輸入初始Y坐標v=4000;%請輸入細分數(shù)s=linspace(0,r2*pi*i*q,v);n=s/(r2*pi);n1=n/i;dx=r*sin((n1-0.25)*2*pi);a=atan(dx/l);k=(a/(2*pi))*360;r1=l1./(sin(a));m=1./r1;ds=r2*pi*i*q./v;%s取微分m=ds./r1;%微分下車身的轉(zhuǎn)角z1=zeros(1,v);%建立一個矩陣用于存儲車身轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù)fori1=1:v;%對車身轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù)進行持續(xù)累加并存儲z1(1,i1)=m(i1)ifi1>=2z1(1,i1)=z1(i1-1)+m(i1);end;end;ux=ds*cos(z1);zx=zeros(1,v);%建立一個矩陣用于存儲軌跡的X坐標,fori2=1:v;%對軌跡X坐標進行持續(xù)累加并存儲zx(1,i2)=ux(i2)+xifi2>=2zx(1,i2)=zx(i2-1)+ux(i2);end;end;dy=ds*sin(z1);zy=zeros(1,v);%建立一個矩陣用于存儲軌跡的Y坐標fori3=1:v;%對軌跡Y坐標進行持續(xù)累加并存儲zy(1,i3)=dy(i3)+yifi3>=2zy(1,i3)=zy(i3-1)+dy(i3);end;end;zyz=zy+lk./2;%左輪Y坐標zxz=zx;%左輪X坐標zyy=zy-lk./2;%右輪Y坐標zxy=zx;%右輪X坐標plot(zx,zy,zxz,zyz,zxy,zyy)%輸出軌跡圖像title(無碳小車軌跡仿真)xlabel(x坐標)ylabel(y坐標),軌跡分析圖像,參數(shù)設(shè)定:導向桿長度:62齒輪傳動比:3.75驅(qū)動輪直徑:213偏心距離:11車身長:207,小車整體三維圖,,創(chuàng)新性分析,2.多處微調(diào)裝置和浮動連接,降低了零件的加工精度要求和小車裝配精度要求,進而降低了加工成本。,1.利用曲柄齒輪和砝碼繞線輪的配合,在不增大傳動鏈、保證曲柄與驅(qū)動輪之間傳動比不變的情況實現(xiàn)了傳動比的合理分配,同時達到能量充分利用的效果。,3.利用單向軸承,在能給驅(qū)動輪傳遞動力的同時解決了在轉(zhuǎn)向時左右驅(qū)動輪之間差速問題,降低了小車的能耗損失。,歡迎各位老師點評!,,- 1.請仔細閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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