基于Solidworks的S型無碳小車設(shè)計和運(yùn)動仿真分析

劉英建，馬天保，劉麗鑫，馬佳寧

（河北農(nóng)業(yè)大學(xué)，河北 保定071001）

1 無碳小車設(shè)計

1.1 材料設(shè)計

根據(jù)比賽的要求，利用質(zhì)量為1kg的鉤碼，降落高度為400±2mm，將重力勢能轉(zhuǎn)化為小車的動能，要求車架材料不宜過重，重心要低，否則會增大地面與輪子的摩擦力，浪費(fèi)更多能量，因此我們選用鋁合金材質(zhì)，其硬度較低且塑性好，強(qiáng)度高，接近甚至強(qiáng)于優(yōu)質(zhì)鋼；另外一些較不關(guān)鍵的零件，例如軸承端蓋、墊片使用亞克力材料，較鋁合金更輕，價格低廉，通過AutoCAD繪圖和激光切割技術(shù)，進(jìn)行零件的加工，最終達(dá)到減重的效果。

1.2 零件設(shè)計

本車采用兩個軸承座與車底板螺紋連接，螺釘孔選用U型孔，確定一側(cè)，另外一側(cè)軸承座可以進(jìn)行微調(diào)，從而利于保證主動軸和從動軸一致的同軸度，如圖1所示。

圖1 軸承座位置

對于一些傳統(tǒng)的機(jī)械加工方法難以完成或者精度無法保證的較小零件，采用3D打印技術(shù)，如轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、雙軌定滑輪和流線型繞線輪。

1.3 設(shè)計亮點(diǎn)

本車的最大亮點(diǎn)是在于其微調(diào)機(jī)構(gòu)的設(shè)計，對于螺絲桿連接的方法，精度過低，且在調(diào)試過程中不易調(diào)節(jié)，操作十分不便，可以說是微調(diào)卻難調(diào)，而此車進(jìn)行了創(chuàng)新型設(shè)計，類比千分尺的結(jié)構(gòu)，鋁質(zhì)空管與方管配套，通過刻度記位，實現(xiàn)連桿長度的精準(zhǔn)變化，達(dá)到精準(zhǔn)微調(diào)效果，如圖2所示。

圖2 微調(diào)機(jī)構(gòu)

2 Solidworks建模和運(yùn)動仿真分析

2.1 整機(jī)的設(shè)計

根據(jù)上述方案進(jìn)行Solidworks 整體裝配建模，如圖3所示，防止出現(xiàn)干涉問題，導(dǎo)致無法加工的情況。

圖3 整體效果圖

2.2 Solidworks Motion運(yùn)動仿真

選擇Motion分析，拖動裝配體鍵碼，添加馬達(dá)、轉(zhuǎn)速、摩擦系數(shù)等參數(shù)，設(shè)置三個車輪與地面接觸和引力，以轉(zhuǎn)向輪為參考點(diǎn)，進(jìn)行軌跡繪制，記錄多次分析的實驗數(shù)據(jù)，最終選擇最優(yōu)參數(shù)，將生成的軌跡曲線轉(zhuǎn)到AutoCAD中，得到運(yùn)動軌跡如圖4所示。

圖4 模擬運(yùn)行軌跡圖

3 結(jié)語

解讀本次賽事要求，我們通過對小車進(jìn)行理論計算、三維建模，減少了大量的運(yùn)算任務(wù)，準(zhǔn)確快速地找到最優(yōu)解，通過車、銑、鉆、磨等傳統(tǒng)的機(jī)械加工方式以及3D打印等現(xiàn)代的加工方法，對小車進(jìn)行實際加工和后期調(diào)試，最終在第六屆全國大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競賽中獲得三等獎。