新能源無碳小車創(chuàng)新設(shè)計(jì)

陳超 郭林俊 李其峰 司楠 趙艷 董穎懷

摘? ?要：目前，全球能源和環(huán)境系統(tǒng)面臨巨大的挑戰(zhàn)，在這時(shí)代背景下新能源產(chǎn)業(yè)正在快速發(fā)展。無碳小車則是一種純機(jī)械構(gòu)造，且只需重力作用下運(yùn)動(dòng)的產(chǎn)品。并且在其運(yùn)動(dòng)過程中，小車能通過凸輪、連桿等各種機(jī)械結(jié)構(gòu)相互配合和傳動(dòng)，來控制小車的運(yùn)動(dòng)路線，實(shí)現(xiàn)小車能夠自主轉(zhuǎn)向和尋跡避障等操作。本文以無碳小車為研究對(duì)象，主要介紹了無碳小車的加工工藝和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：機(jī)械結(jié)構(gòu)? 加工工藝? 誤差分析? 節(jié)能環(huán)保? 創(chuàng)新

中圖分類號(hào)：R235.3+4? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2019）09（c）-0084-02

1? 小車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)角度考慮，此款小車設(shè)計(jì)要多種機(jī)構(gòu)協(xié)調(diào)配合，將重錘的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，驅(qū)動(dòng)小車按照設(shè)計(jì)的軌跡繞樁行駛。小車大體形狀為三輪結(jié)構(gòu)，其中前輪負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)向，后輪單輪驅(qū)動(dòng)，整車由動(dòng)力機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、微調(diào)機(jī)構(gòu)等組成（見圖1和圖2）。

1.1 動(dòng)力機(jī)構(gòu)

為使小車有足夠的動(dòng)力，動(dòng)力機(jī)構(gòu)采用大傳動(dòng)比的滑輪組（繞線輪），繞線輪通過支座固定在立柱上，一側(cè)纏繞一根細(xì)繩將重錘提拉到規(guī)定的高度，重錘下行拉動(dòng)繞線輪轉(zhuǎn)動(dòng)，牽拉另一根細(xì)繩帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，為驅(qū)動(dòng)輪和轉(zhuǎn)向輪提供動(dòng)力。

1.2 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

采用硬齒面的漸開線直齒輪，將作用在傳動(dòng)軸上的動(dòng)力平穩(wěn)、精確地分配給驅(qū)動(dòng)輪和凸輪，瞬時(shí)傳動(dòng)比不變，這樣有效地減少?zèng)_擊、振動(dòng)和噪聲，并且通過準(zhǔn)確的傳動(dòng)比使作用在驅(qū)動(dòng)輪上的扭力與地面摩擦力相對(duì)平衡。

1.3 轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)

采用滾子從動(dòng)件和封閉型凸輪，通過高副接觸使從動(dòng)件獲得預(yù)期的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。依靠凸輪推動(dòng)從動(dòng)件，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)小車在轉(zhuǎn)向時(shí)的不同偏角，驅(qū)動(dòng)前輪實(shí)現(xiàn)周期性的偏轉(zhuǎn)，使小車按預(yù)定的軌跡行駛。

1.4 微調(diào)機(jī)構(gòu)

為了使小車能夠行駛設(shè)定好的軌跡，設(shè)計(jì)了微調(diào)機(jī)構(gòu)，采用螺旋測(cè)微器的可視化設(shè)計(jì)，調(diào)控范圍控制在千分之幾的誤差，使得小車更加精確地實(shí)現(xiàn)預(yù)期的要求。

2? 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)創(chuàng)新特色說明

2.1 車輪、底板、立柱鏤空

合理化的鏤空設(shè)計(jì)，在保證其承載力的同時(shí)，減輕了車體質(zhì)量，從而減少了各種摩擦的能量損失。

2.2 導(dǎo)軌支架的三角式連體鏤空

導(dǎo)軌支架的三角式連體設(shè)計(jì)，增加了小車行進(jìn)過程中導(dǎo)軌與小車整體之間的穩(wěn)定性，導(dǎo)軌不晃動(dòng)，減小了導(dǎo)軌的傳動(dòng)誤差，為小車沿預(yù)定軌跡穩(wěn)定運(yùn)行提供了可靠的保障。

2.3 微調(diào)機(jī)構(gòu)

轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)包含微調(diào)裝置，該機(jī)構(gòu)由微調(diào)推桿、微調(diào)連接桿、微調(diào)曲柄和螺旋測(cè)微器組成，這樣推動(dòng)前輪曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)，使前車輪實(shí)現(xiàn)微小角度的調(diào)整，提高了轉(zhuǎn)向精度，確保小車沿軌跡行駛的重復(fù)度。

3? 加工工藝分析

首先根據(jù)小車裝配圖得到零件圖，明確零件在小車中的位置、作用及相關(guān)零件的位置關(guān)系;了解并研究各項(xiàng)技術(shù)條件制定的依據(jù)，找出其主要技術(shù)要求和技術(shù)關(guān)鍵，以便在擬定工藝規(guī)程時(shí)采用適當(dāng)?shù)拇胧┮员ＷC最后零件的加工精度，使得零件最大化的發(fā)揮性能。

下面主要對(duì)該零件進(jìn)行機(jī)械加工工藝規(guī)程的設(shè)計(jì)和工藝方案的誤差分析。

3.1 零件的結(jié)構(gòu)分析和圖紙分析

此零件為后軸支架結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，并且位置重要，必須保證左右軸承孔的加工精度，和下底盤連接時(shí)，以及保證垂直度以及位置關(guān)系;后軸支架通過雙孔螺絲固定，在一定程度上可以保證軸承孔的同軸度。

3.2 零件的生產(chǎn)類型

根據(jù)加工零件的年生產(chǎn)綱領(lǐng)和零件本身的特性（輕重、大小、結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度、精密程度等），可以確定該零件為成批生產(chǎn)中的中批生產(chǎn)的類型。

3.3 工藝路線的擬定

3.3.1 定位基準(zhǔn)的選擇

先將毛坯未加工表面作為粗基準(zhǔn)，對(duì)底面進(jìn)行加工。之后再用底面作為精基準(zhǔn)，對(duì)其他表面進(jìn)行加工。

3.3.2 零件表面加工方法的選擇

該零件底面為主要加工表面，采用端銑的加工方法。并且表面的加工精度要求較高，采用粗銑-半精銑-精銑的方案加工，確保安裝后孔的同軸度提高。軸承孔的加工表面要求也相對(duì)較高，同時(shí)考慮尺寸、加工經(jīng)濟(jì)精度等，采用鉆和鏜的加工方法，保證孔與軸承之間相互配合。其余加工表面則采取精銑的加工方法進(jìn)行加工即可。

3.3.3 加工階段的劃分

該零件的加工質(zhì)量要求較高，故要經(jīng)過粗加工、半精加工和精加工的三個(gè)階段。

3.3.4 工序的集中原則

根據(jù)零件加工的生產(chǎn)類型和工廠生產(chǎn)條件，在工藝過程中，工序數(shù)較少，設(shè)備數(shù)少，且采用數(shù)控機(jī)床和加工中心進(jìn)行加工，故采用工序集中原則組織工藝過程。

3.4 工藝方案的誤差分析

此零件的關(guān)鍵誤差主要在左右兩支架軸承孔的同軸度，在安裝支架組件時(shí)，需以零件打孔處所在的下表面為基準(zhǔn)，對(duì)左右支架的軸承孔要進(jìn)行同軸度校正，以保證裝配精度;其次就是加工時(shí)產(chǎn)生的誤差，精加工時(shí)，要保證表面均勻的加工余量，使刀具加工平穩(wěn)，減少切削變形帶來的誤差。最后零件在產(chǎn)與加工過程中，如果是機(jī)械定位副加工或者是基準(zhǔn)定位存在不準(zhǔn)確的狀況，也會(huì)導(dǎo)致加工定位誤差的出現(xiàn)。所以在將原材料加工成機(jī)械產(chǎn)品的過程中，必須要將準(zhǔn)確的機(jī)械加工要素當(dāng)作基準(zhǔn) ，并要保障定位基準(zhǔn)、所選擇的基準(zhǔn)兩者之間盡可能地重合或一致，以減少定位誤差的出現(xiàn)。

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