王攀 吳靜

摘 要 根據(jù)第六屆全國大學生工程訓練綜合能力競賽項目要求，依據(jù)機械原理與機械設計相關基礎知識及已有的實踐經驗，設計制作基于平面凸輪機構的雙“8”軌跡無碳小車。根據(jù)小車理論軌跡，計算傳遞機構和轉向機構的各個參數(shù)，用 SolidWorks 進行運動仿真，優(yōu)化參數(shù)。本小車在第六屆全國大學生工程訓練綜合能力競賽四川賽區(qū)中繞了12個雙“8”，基本達到設計目標。

關鍵詞 無碳小車；平面凸輪；運動仿真；結構設計

隨著社會的發(fā)展，人們的節(jié)能環(huán)保意識逐步增強，“無碳”的設計理念也越來越受到重視，發(fā)展節(jié)能環(huán)保機械已經成為機械領域研究的熱點，第六屆全國大學生工程訓練綜合能力競賽命題為“以重力勢能驅動的具有方向控制功能的自行小車”。本文根據(jù)大賽規(guī)定，設計一種能夠繞雙“8”軌跡行走的無碳小車，包括了特定的微調裝置，傳動裝置和變徑定比滑輪。

1 結構設計

1.1 設計要求

根據(jù)以往傳統(tǒng)項目的經驗，無碳小車的結構主要是動力機構、驅動機構、轉向機構、傳動機構等。

1.2 動力機構

為了充分利用砝碼的重力勢能，小車采用變徑定比滑輪[1]，繞線軸通過細繩與大徑輪相連，砝碼通過細繩與小徑輪相連，通過力矩計算和實踐得出大小徑之比R1∶R2=1.5∶1時得到理想效果。

1.3 傳動機構

無碳小車對于傳動機構的要求為：效率高、傳動穩(wěn)定、結構簡單，由于齒輪傳動剛好具有上述特點，因此本小車選用齒輪傳動。此在設計小車時，將三級齒輪傳動分為了兩個部分，繞線軸向后將動力傳遞給主動輪時采用二級齒輪傳動，傳動比為i1∶i2∶i3=1∶2∶3.5；繞線軸向前傳動時與凸輪齒輪采用一級齒輪傳動，傳動比為i4∶i5=2∶1，模數(shù)為0.6。

1.4 轉向機構

2 Solidworks仿真

2.1 軌跡影響因素分析

軌跡的形狀和重合度與凸輪的輪廓、凸輪的位置、小車制造精度以及比賽場地有關。

仿真分析時凸輪輪廓需要在仿真中根據(jù)軌跡微調。

凸輪位置分析時，我們以前輪軸線為基準，凸輪安裝位置與推桿控制在同一水平高度，通過控制前輪與凸輪水平距離L3的大小控制前輪轉角，L3增大，前輪左右轉角減小，小車轉彎半徑增大；L3減小，前輪左右轉角增大，小車轉彎半徑減小。

2.2 仿真步驟

根據(jù)小車理論數(shù)據(jù)，運用SolidWork三維軟件建模和裝配，并且運用Motion分析仿真模擬小車軌跡，具體步驟如下。

由圖3可知，軌跡基本完全閉合，測得L=33.7mm，為理想軌跡。

3 實戰(zhàn)驗證與總結

（1）通過對大賽規(guī)則和場地分析，計算繞行軌跡總長，設計小車結構及凸輪參數(shù)。

（2）通過Solidworks仿真，獲得理想凸輪輪廓和前輪與凸輪水平距離L3。

（3）在第六屆全國大學生工程訓練綜合能力競賽初賽中繞12個雙“8”軌跡，進入決賽，獲得四川省一等獎。

參考文獻

[1] 張寶慶，肖富陽，黎曉琳，等.重力勢能小車"軌跡法"創(chuàng)新結構優(yōu)化設計[J].機械傳動，2012，36（03）：32-34.

[2] 胡越銘，高德文，張瑞，等.基于凸輪組合機構的"8"字形無碳小車創(chuàng)新設計[J].北方工業(yè)大學學報，2014，26（1）：39-41.