劉曉陽 何隆 李禹辰 李寧

摘? ?要：按照第六屆全國大學生工程訓練競賽中雙“8”字形無碳小車比賽要求，設計了一種僅由重力驅動的自行小車。針對原無碳小車在運行過程中出現(xiàn)軌跡橫移、旋轉，突變及不易調節(jié)等問題，對原無碳小車的結構進行了分析，并設計了一種新型結構。此無碳小車的新型設計為傳統(tǒng)老版無碳小車的改進、調節(jié)提供一種新的思路，對相關研究也具有一定的參考價值，此小車在第五屆河北省大學生工訓競賽中脫穎而出，取得亞軍成績。

關鍵詞：無碳小車? 雙“8”字? 結構設計? 空間四桿

中圖分類號：TH112? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）06（a）-0064-02

Abstract： According to the requirements of the 6th National College Students Engineering Training Competition， a self-propelled car driven only by gravity was designed. Aiming at the problems of trajectory transverse movement， rotation， mutation and difficult adjustment of the original carbon-free car， the structure of the original carbon-free car was analyzed， and a new structure was designed. The new design of the carbon-free car provides a new idea for the improvement and regulation of the old version of the traditional carbon-free car. It also has a certain reference value for related research. The car stands out in the fifth Hebei University Students'Industrial Training Competition and achieves the runner-up results. The car stands out in the fifth Hebei University Students'Industrial Training Competition and achieves the runner-up results.

Key Words： Carbon-free car; Double "8"; Structural design; Space four bar

筆者針對原無碳小車在初期設計及后期調試工作中出現(xiàn)的結構繁瑣、加工難度高、軌跡跑偏、轉彎打滑及不易調節(jié)等問題，用matlab做小車軌跡初始規(guī)劃獲得前期數(shù)據(jù)，并應用Creo軟件建立一款易加工、組裝、調節(jié)精確快速的無碳小車模型。

1? 特征參數(shù)計算

1.1 建立動力系統(tǒng)參數(shù)方程式

重物下落距離dh，繞線軸半徑為r0，傳動比為i12，主動輪半徑R，主動輪前進距離ds可由如下式子表示：

ds=R×dh/r0 ×i12

曲柄轉過的角度為：dβ=dh/r0。

1.2 建立轉向系統(tǒng)參數(shù)方程式

對空間四桿機構建立如下空間坐標系，如圖1。

求解曲柄r1的輸入角β和搖桿c的輸出角α之間的關系的數(shù)學模型如下式：

簡化得

其中

1.3 軌跡擬合

當小車前輪轉過c角度時，同時主動輪前進ds，則整車轉的角度為：

在總體坐標系中，小車轉過的角度為α時，有

將以上方程式輸入到matlab中，并將微分關系式轉換為差分方程來求解，并繪制相關特征點顯示完整軌跡。

2? 新型結構方案設計

2.1 總體設計

底盤CNC三軸快速加工，同時在關鍵部位銑削定位槽，以提高安裝精度;轉向機構采用空間四桿機構，小車整體設計方案如圖2：

2.2 微調機構創(chuàng)新設計

微調機構是針對小車運行方向偏離的調節(jié)來設計的，目的是為了減小調節(jié)誤差，要做到“大調節(jié)，小變化”的調節(jié)效果。

2.2.1 曲柄微調控制方案

本小車創(chuàng)新性的引用“阿基米德螺旋線“來保證精確微調嚴格控制曲柄長度。將螺距設置為0.2mm，那么一周回轉下來則”阿基米德螺旋線“可實現(xiàn)0.067/s的調節(jié)梯度值。

2.2.2 連桿微調控制方案

本方式將連桿與兩側的魚眼軸承之間分別采用正、反螺紋連接，通過旋進與旋出螺紋來改變連桿長度，實現(xiàn)對小車軌跡的調節(jié)。

3? 結論

此次設計的雙“8”字軌跡無碳小車， 對“8”字循跡無碳小車結構進行詳細的設計與分析，其創(chuàng)新點主要體現(xiàn)在轉向機構和微調機構上。在此設計期間， 對其結構經過不斷的設計與修改、建模與仿真， 后期經過不斷的調試和解決了調試中所出現(xiàn)的問題。

參考文獻

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