雙“8“字無碳小車新型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

劉曉陽 何隆 李禹辰 李寧

摘? ?要：按照第六屆全國大學(xué)生工程訓(xùn)練競賽中雙“8”字形無碳小車比賽要求，設(shè)計(jì)了一種僅由重力驅(qū)動(dòng)的自行小車。針對(duì)原無碳小車在運(yùn)行過程中出現(xiàn)軌跡橫移、旋轉(zhuǎn)，突變及不易調(diào)節(jié)等問題，對(duì)原無碳小車的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，并設(shè)計(jì)了一種新型結(jié)構(gòu)。此無碳小車的新型設(shè)計(jì)為傳統(tǒng)老版無碳小車的改進(jìn)、調(diào)節(jié)提供一種新的思路，對(duì)相關(guān)研究也具有一定的參考價(jià)值，此小車在第五屆河北省大學(xué)生工訓(xùn)競賽中脫穎而出，取得亞軍成績。

關(guān)鍵詞：無碳小車? 雙“8”字? 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)? 空間四桿

中圖分類號(hào)：TH112? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：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(duì)原無碳小車在初期設(shè)計(jì)及后期調(diào)試工作中出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)繁瑣、加工難度高、軌跡跑偏、轉(zhuǎn)彎打滑及不易調(diào)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(yīng)用Creo軟件建立一款易加工、組裝、調(diào)節(jié)精確快速的無碳小車模型。

1? 特征參數(shù)計(jì)算

1.1 建立動(dòng)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(dòng)比為i12，主動(dòng)輪半徑R，主動(dòng)輪前進(jìn)距離ds可由如下式子表示：

ds=R×dh/r0 ×i12

曲柄轉(zhuǎn)過的角度為：dβ=dh/r0。

1.2 建立轉(zhuǎn)向系統(tǒng)參數(shù)方程式

對(duì)空間四桿機(jī)構(gòu)建立如下空間坐標(biāo)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(guān)系的數(shù)學(xué)模型如下式：

簡化得

其中

1.3 軌跡擬合

當(dāng)小車前輪轉(zhuǎn)過c角度時(shí)，同時(shí)主動(dòng)輪前進(jìn)ds，則整車轉(zhuǎn)的角度為：

在總體坐標(biāo)系中，小車轉(zhuǎn)過的角度為α?xí)r，有

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

2? 新型結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)

2.1 總體設(shè)計(jì)

底盤CNC三軸快速加工，同時(shí)在關(guān)鍵部位銑削定位槽，以提高安裝精度;轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)采用空間四桿機(jī)構(gòu)，小車整體設(shè)計(jì)方案如圖2：

2.2 微調(diào)機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)

微調(diào)機(jī)構(gòu)是針對(duì)小車運(yùn)行方向偏離的調(diào)節(jié)來設(shè)計(jì)的，目的是為了減小調(diào)節(jié)誤差，要做到“大調(diào)節(jié)，小變化”的調(diào)節(jié)效果。

2.2.1 曲柄微調(diào)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(diào)嚴(yán)格控制曲柄長度。將螺距設(shè)置為0.2mm，那么一周回轉(zhuǎn)下來則”阿基米德螺旋線“可實(shí)現(xiàn)0.067/s的調(diào)節(jié)梯度值。

2.2.2 連桿微調(diào)控制方案

本方式將連桿與兩側(cè)的魚眼軸承之間分別采用正、反螺紋連接，通過旋進(jìn)與旋出螺紋來改變連桿長度，實(shí)現(xiàn)對(duì)小車軌跡的調(diào)節(jié)。

3? 結(jié)論

此次設(shè)計(jì)的雙“8”字軌跡無碳小車， 對(duì)“8”字循跡無碳小車結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)與分析，其創(chuàng)新點(diǎn)主要體現(xiàn)在轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)和微調(diào)機(jī)構(gòu)上。在此設(shè)計(jì)期間， 對(duì)其結(jié)構(gòu)經(jīng)過不斷的設(shè)計(jì)與修改、建模與仿真， 后期經(jīng)過不斷的調(diào)試和解決了調(diào)試中所出現(xiàn)的問題。

參考文獻(xiàn)

[1] 李杰，謝良喜，馬昭等.無碳小車軌跡模擬及轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的優(yōu)化[J].機(jī)械工程師，2015（7）：36-38.

[2] 卞玉帥，陳正強(qiáng)，晁興旺.無碳小車軌跡建模與參數(shù)優(yōu)化[J].科技視界，2013（33）：171-173.

[3] 王建軍，朱海龍，尹洪友.無碳小車轉(zhuǎn)向控制機(jī)構(gòu)數(shù)學(xué)模型的建立[J].機(jī)電一體化，2014（2）：21-23.