凸轮组合机构的8字轨迹无碳小车设计及仿真(附件)【字数：8357】
摘 要 无碳小车设计是近几年开始实行的以锻炼学生的动手实践能力和团队合作精神为目的的一项竞技活动。而在大学生的毕业设计中，也经常会把此作为检测毕业前大学生自主设计思维和手动实践能力的评定标准。在本文中，首先明确了在制作小车之前需要完成的任务和目的，之后对设计过程中可能会遇到的一些问题进行了分析。然后再对这些问题初步整理了解决方法，得出了个人的解决方案。最后，开始把自己的想法和方案带入到了具体的实践中。在具体的实践中，设计到了关于小车的很多方面的机构设计。比如转向机构的选用；驱动力的调试；微调机构有的设计等。当个人把自己的设计完成后，还和其他人进行了交流和互助，充分体现了团体合作精神。
目 录
第一章 绪论 5
1.1引言 5
1.2课程设计任务与问题 6
1.2.1课程设计的任务 6
1.2.2课程设计的目的 7
1.2.3无碳小车设计的目的与问题 7
1.3课题研究介绍 7
1.3.1课题研究的目的 7
1.3.2课程研究的意义 7
第二章 方案设计 9
2.1小车的设计要求 9
2.2小车的设计方法 9
第三章 结构设计 10
3.1总体设计 10
3.1.1车架 10
3.1.2原动机构 10
3.1.3转向机构 11
3.1.4行走机构 13
3.1.5传动机构 13
3.1.6微调机构 14
3.2整体传动方案 15
第四章 主要参数及计算 16
4.1行车轨迹方程 16
4.2计算小车摆角 16
4.3小车运动距离计算 16
第五章 小车仿真 18
结束语 24
致 谢 25
参考文献 26
第一章 绪论
1.1引言
2011年无碳小车被选为了第二届全国大学生工程训练综合能力的竞赛作品，由于想要更深层次的理解和掌握本次竞赛的设计作品，所以在无碳小车的机构部件和计算及建模方面借用了s *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
olidworks软件，在分析了易化模型的各种参数后，进一步的实现了小车的这种运动机构的建模和仿真，实验的结果展示了小车的动力来自于机构转换的重力势能，在能量转化上有较高的效率。
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图11.无碳小车三维示意图
文献[1]介绍了在不完全齿轮和曲柄连杆机构作为转向机构的情况下，轨迹的设计和优化。本文以圆弧和非圆弧两个部分构成了8字轨迹，同时进行了建模。根据这个依据，把非圆弧部分用MATLAB软件模拟了出来，得出了对路线影响教的的因素，从而对小车的尺寸进行进一步的调整。然后小车的整车设计就是下一步要做的，其中有原动机构，转向机构，微调机构等的设计。转向机构是最先要考虑的，文献[2]采用间歇机构槽轮机构配合空间的曲柄连杆机构作为小车的转向机构；文献[3]中采用凸轮盘作为小车的转向机构。凸轮是具有一定的曲线轮廓或凹槽的构件，运动时，通过高副接触可使从动件得到任意预期运动，且结构简单紧凑、设计方便[4]。同样文献[5]也是运用凸轮作为转向机构。文献[6]中介绍了运用不完全齿轮和曲柄连杆机构作为小车的转向机构，在连杆端加入微调机构以适应不同的运动轨迹。常见的转向机构就只有以上几种。文献[7]对各种转向机构进行了总结，不完全齿轮机构有较好的稳定性和周期性；凸轮机构的路线比较准确，同时抗干扰能力低，较差的调节性，并且加工的精度要求比较高；曲柄连杆机构对于各部件的精度要求也很高。只有在精度要求打到一定的标准是，小车的行走路线才能是稳定的8字型，并且能够回到初始位置。
动力结构方面，机械要求也是不尽相同的。对驱动机构提出以下要求：①驱动力适中，不至于小车拐弯时速度过大倾翻，或重块晃动厉害影响行走；②到达终点前重块竖直方向的速度要尽可能小，避免对小车过大的冲击；③由于不同的场地对轮子的摩擦可能不一样，在不同的场地小车需要的动力也是不一样的；④机构简单，效率高[8]。
在传动方面，主要的机构是由皮带轮和齿轮组成的，也有把先直接用来作为传动机构的例子[9]。想要让小车走的轨迹路线准确而长远，所采用的传动机构必须有质量轻便、传动比稳定、较高的传动效率等特点。相同的[10]，齿轮也应该具备这些特点。迄今为止，完成的小车作品中基本上都是用齿轮来作传动机构的。
/
图12.无碳小车简图
（1）无碳小车是以重物下落的重力势能为唯一能量来源的、能够简单避障的小车。（2）小车的摆杆机构改良为了柔性绳索，这样能在转弯时的控制上更加简单方便，能更简单的达到小车自动避障的目的，还降低了小车整体的重量。（3）有简单的整车结构，磨损也比较小，工作效率比较高，制作安装也比较容易。推广前景：能充分锻炼大学生对机械理论知识和实践的相互了解，从而激发大学生对机械制造的兴趣。
1.2课程设计任务与问题
1.2.1课程设计的任务
设计一个可以基于凸轮机构的8字轨迹的无碳小车，完成其结构设计与三维数字建模，及其机构仿真。
无碳小车是将其他形式的能量转化成的动能用于小车的行走和转向的一个装置，设计并制作无碳小车已逐渐成为地区性甚至全国性机械设计比赛项目，比赛的要求是利用重块的5焦耳势能驱动小车，所以对于各种传动装置的效率比，稳定性，多种材料的性能（如硬度，密度，摩擦系数，耐酸耐碱度等），每种结构的特点（如将三维运动转换为二维平面运动，可以实现车轮在不同位置的不同差速比等），产品的整体布局（如何最大限度降低重心和缩小后轮间距以提高小车转向性能，如何设计物块的下落来减少它在小车运动过程中的摆动对小车的影响等）等都要有所考量，由此才能实现自己所要达到的目的。
1.2.2课程设计的目的
1）将所学的理论知识与实践相结合，并利用其解决相关现实问题，加深理论知识的印象，从而进一步掌握其精髓。?
目 录
第一章 绪论 5
1.1引言 5
1.2课程设计任务与问题 6
1.2.1课程设计的任务 6
1.2.2课程设计的目的 7
1.2.3无碳小车设计的目的与问题 7
1.3课题研究介绍 7
1.3.1课题研究的目的 7
1.3.2课程研究的意义 7
第二章 方案设计 9
2.1小车的设计要求 9
2.2小车的设计方法 9
第三章 结构设计 10
3.1总体设计 10
3.1.1车架 10
3.1.2原动机构 10
3.1.3转向机构 11
3.1.4行走机构 13
3.1.5传动机构 13
3.1.6微调机构 14
3.2整体传动方案 15
第四章 主要参数及计算 16
4.1行车轨迹方程 16
4.2计算小车摆角 16
4.3小车运动距离计算 16
第五章 小车仿真 18
结束语 24
致 谢 25
参考文献 26
第一章 绪论
1.1引言
2011年无碳小车被选为了第二届全国大学生工程训练综合能力的竞赛作品，由于想要更深层次的理解和掌握本次竞赛的设计作品，所以在无碳小车的机构部件和计算及建模方面借用了s *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
olidworks软件，在分析了易化模型的各种参数后，进一步的实现了小车的这种运动机构的建模和仿真，实验的结果展示了小车的动力来自于机构转换的重力势能，在能量转化上有较高的效率。
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图11.无碳小车三维示意图
文献[1]介绍了在不完全齿轮和曲柄连杆机构作为转向机构的情况下，轨迹的设计和优化。本文以圆弧和非圆弧两个部分构成了8字轨迹，同时进行了建模。根据这个依据，把非圆弧部分用MATLAB软件模拟了出来，得出了对路线影响教的的因素，从而对小车的尺寸进行进一步的调整。然后小车的整车设计就是下一步要做的，其中有原动机构，转向机构，微调机构等的设计。转向机构是最先要考虑的，文献[2]采用间歇机构槽轮机构配合空间的曲柄连杆机构作为小车的转向机构；文献[3]中采用凸轮盘作为小车的转向机构。凸轮是具有一定的曲线轮廓或凹槽的构件，运动时，通过高副接触可使从动件得到任意预期运动，且结构简单紧凑、设计方便[4]。同样文献[5]也是运用凸轮作为转向机构。文献[6]中介绍了运用不完全齿轮和曲柄连杆机构作为小车的转向机构，在连杆端加入微调机构以适应不同的运动轨迹。常见的转向机构就只有以上几种。文献[7]对各种转向机构进行了总结，不完全齿轮机构有较好的稳定性和周期性；凸轮机构的路线比较准确，同时抗干扰能力低，较差的调节性，并且加工的精度要求比较高；曲柄连杆机构对于各部件的精度要求也很高。只有在精度要求打到一定的标准是，小车的行走路线才能是稳定的8字型，并且能够回到初始位置。
动力结构方面，机械要求也是不尽相同的。对驱动机构提出以下要求：①驱动力适中，不至于小车拐弯时速度过大倾翻，或重块晃动厉害影响行走；②到达终点前重块竖直方向的速度要尽可能小，避免对小车过大的冲击；③由于不同的场地对轮子的摩擦可能不一样，在不同的场地小车需要的动力也是不一样的；④机构简单，效率高[8]。
在传动方面，主要的机构是由皮带轮和齿轮组成的，也有把先直接用来作为传动机构的例子[9]。想要让小车走的轨迹路线准确而长远，所采用的传动机构必须有质量轻便、传动比稳定、较高的传动效率等特点。相同的[10]，齿轮也应该具备这些特点。迄今为止，完成的小车作品中基本上都是用齿轮来作传动机构的。
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图12.无碳小车简图
（1）无碳小车是以重物下落的重力势能为唯一能量来源的、能够简单避障的小车。（2）小车的摆杆机构改良为了柔性绳索，这样能在转弯时的控制上更加简单方便，能更简单的达到小车自动避障的目的，还降低了小车整体的重量。（3）有简单的整车结构，磨损也比较小，工作效率比较高，制作安装也比较容易。推广前景：能充分锻炼大学生对机械理论知识和实践的相互了解，从而激发大学生对机械制造的兴趣。
1.2课程设计任务与问题
1.2.1课程设计的任务
设计一个可以基于凸轮机构的8字轨迹的无碳小车，完成其结构设计与三维数字建模，及其机构仿真。
无碳小车是将其他形式的能量转化成的动能用于小车的行走和转向的一个装置，设计并制作无碳小车已逐渐成为地区性甚至全国性机械设计比赛项目，比赛的要求是利用重块的5焦耳势能驱动小车，所以对于各种传动装置的效率比，稳定性，多种材料的性能（如硬度，密度，摩擦系数，耐酸耐碱度等），每种结构的特点（如将三维运动转换为二维平面运动，可以实现车轮在不同位置的不同差速比等），产品的整体布局（如何最大限度降低重心和缩小后轮间距以提高小车转向性能，如何设计物块的下落来减少它在小车运动过程中的摆动对小车的影响等）等都要有所考量，由此才能实现自己所要达到的目的。
1.2.2课程设计的目的
1）将所学的理论知识与实践相结合，并利用其解决相关现实问题，加深理论知识的印象，从而进一步掌握其精髓。?
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