王攀 吳靜

摘 要 根據(jù)第六屆全國(guó)大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競(jìng)賽項(xiàng)目要求，依據(jù)機(jī)械原理與機(jī)械設(shè)計(jì)相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)及已有的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)制作基于平面凸輪機(jī)構(gòu)的雙“8”軌跡無(wú)碳小車。根據(jù)小車?yán)碚撥壽E，計(jì)算傳遞機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的各個(gè)參數(shù)，用 SolidWorks 進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，優(yōu)化參數(shù)。本小車在第六屆全國(guó)大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競(jìng)賽四川賽區(qū)中繞了12個(gè)雙“8”，基本達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)。

關(guān)鍵詞 無(wú)碳小車；平面凸輪；運(yùn)動(dòng)仿真；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

隨著社會(huì)的發(fā)展，人們的節(jié)能環(huán)保意識(shí)逐步增強(qiáng)，“無(wú)碳”的設(shè)計(jì)理念也越來(lái)越受到重視，發(fā)展節(jié)能環(huán)保機(jī)械已經(jīng)成為機(jī)械領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)，第六屆全國(guó)大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競(jìng)賽命題為“以重力勢(shì)能驅(qū)動(dòng)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(shè)計(jì)一種能夠繞雙“8”軌跡行走的無(wú)碳小車，包括了特定的微調(diào)裝置，傳動(dòng)裝置和變徑定比滑輪。

1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 設(shè)計(jì)要求

根據(jù)以往傳統(tǒng)項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)，無(wú)碳小車的結(jié)構(gòu)主要是動(dòng)力機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等。

1.2 動(dòng)力機(jī)構(gòu)

為了充分利用砝碼的重力勢(shì)能，小車采用變徑定比滑輪[1]，繞線軸通過(guò)細(xì)繩與大徑輪相連，砝碼通過(guò)細(xì)繩與小徑輪相連，通過(guò)力矩計(jì)算和實(shí)踐得出大小徑之比R1∶R2=1.5∶1時(shí)得到理想效果。

1.3 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

無(wú)碳小車對(duì)于傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的要求為：效率高、傳動(dòng)穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，由于齒輪傳動(dòng)剛好具有上述特點(diǎn)，因此本小車選用齒輪傳動(dòng)。此在設(shè)計(jì)小車時(shí)，將三級(jí)齒輪傳動(dòng)分為了兩個(gè)部分，繞線軸向后將動(dòng)力傳遞給主動(dòng)輪時(shí)采用二級(jí)齒輪傳動(dòng)，傳動(dòng)比為i1∶i2∶i3=1∶2∶3.5；繞線軸向前傳動(dòng)時(shí)與凸輪齒輪采用一級(jí)齒輪傳動(dòng)，傳動(dòng)比為i4∶i5=2∶1，模數(shù)為0.6。

1.4 轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)

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(chǎng)地有關(guān)。

仿真分析時(shí)凸輪輪廓需要在仿真中根據(jù)軌跡微調(diào)。

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

2.2 仿真步驟

根據(jù)小車?yán)碚摂?shù)據(jù)，運(yùn)用SolidWork三維軟件建模和裝配，并且運(yùn)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(cè)得L=33.7mm，為理想軌跡。

3 實(shí)戰(zhàn)驗(yàn)證與總結(jié)

（1）通過(guò)對(duì)大賽規(guī)則和場(chǎng)地分析，計(jì)算繞行軌跡總長(zhǎng)，設(shè)計(jì)小車結(jié)構(gòu)及凸輪參數(shù)。

（2）通過(guò)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(guó)大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競(jìng)賽初賽中繞12個(gè)雙“8”軌跡，進(jìn)入決賽，獲得四川省一等獎(jiǎng)。

參考文獻(xiàn)

[1] 張寶慶，肖富陽(yáng)，黎曉琳，等.重力勢(shì)能小車"軌跡法"創(chuàng)新結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].機(jī)械傳動(dòng)，2012，36（03）：32-34.

[2] 胡越銘，高德文，張瑞，等.基于凸輪組合機(jī)構(gòu)的"8"字形無(wú)碳小車創(chuàng)新設(shè)計(jì)[J].北方工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2014，26（1）：39-41.