自避障碍无碳小车的设计与仿真(附件)【字数：10192】
摘 要因为环境净化成果不显著和能源急剧减少的问题日益重大,“节能减排”这一针对环境污染和能源短缺主要方针被社会各阶层所重视,从国家领导人提倡“既要金山银山,又要绿水青山”到个人“节约资源,垃圾入框”。正因为各阶层对这些问题的重视,低碳甚至是无碳技术被更多的应用到工业、机械制造等领域当中去,甚至在日常生活中也被运用到。为响应号召而举办大学生工程训练竞赛的主题便是“无碳小车”,旨在培养现代大学生节能减排意识和机械设计的能力,对于培养青年人才有重大意义。基于此,设计一辆将重力势能转换为动能,并驱动小车行走和实现转向的装置。课题介绍了无碳小车课题研究的背景和意义、研究现状以及本课题主要研究内容，我们对无碳小车进行系统分析,包括微调机构、转向系统分析和传动机构分析，以及对小车的各机构和零件进行设计，紧接着将所设计的无碳小车用SolidWorks软件进行三维建模以及装配，最后,检查机构运动的可行性。经过上述过程,设计出了能够将重物的重力势能转换为机械能,并用于驱动小车按照固定轨迹(S型)行走的无碳小车。因此本课题的设计证明,无碳小车方案的可行性和实际操作性,以及本设计中的驱动、传动、转向方案为后来者设计类似机构提供借鉴方案和参考,具有重大意义。
目 录
第一章 绪论 1
1.1研究背景和意义: 1
1.2 研究现状 1
1.3本课题研究的内容: 2
第二章 无碳小车结构分析 4
2.1 整体设计思路 4
2.2 转向机构分析 4
2.3微调机构分析 5
2.4传动机构的分析 6
第三章 小车零部件设计参数 7
3.1轨道的设计 7
3.2车轮设计 7
3.3转向轮设计 7
3.4转向拨杆设计 8
3.5凹槽轮设计 8
3.6轴承的选用及轴的设计 9
3.7齿轮设计 10
第四章 三维建模 13
4.1 车架建模 13
4.2车轮建模 14
4.3前轮建模 15
4.4轴承座整体建模 15
4.5前轮架建模 16
4.6槽轮建 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
模 17
4.7固定套建模 18
4.8齿轮建模 19
4.9绳轮建模 21
4.10轴的建模 22
第五章 整车装配 23
第六章 运动仿真 26
结束语 28
致 谢 29
参考文献： 30
第一章 绪论
1.1研究背景和意义:
可持续发展的主题就是大力发展生产力、开发新能源以及可再生能源。我国的能源综合中,不可再生能源占据很大比例,如石油,煤炭等。过度依靠可再生能源和开发新能源的不足,这不但会使环境净化变得更加严重,也严重加快了新能源的倒退，必须大力开发新能源和充分运用可再生能源,优化能源产业的构造,加大能源的供应能力，缓解能源危机。无碳车是比较环保的短途代步工具,节能、经 济、方便、环保。因此,在大多数欧美国家,人们环保意识都很强,绝大多数都会提倡使用低排车。最近,国际形势动荡,原油价格以及煤炭等价格变化起伏大,尾气排放、化工业排放的不断增加,全球变暖、臭氧层空洞等问题日益严峻,对人类的考验也不断增加,这些情况的发生便导致人们只能不断适应新潮流,注重开发新能源汽车。各种新能源汽车不断被研发出来,例如混合动力汽车,燃料电池汽车,自增程式汽车等。人们对新世界从无知到有知,“保护环境,节能减排”的大时代要求也不断被人们所接受并人人做到。在这样一种时代蓝图下,各国也都踊跃采取各种措施,全面开展环保教育以及下达政策推进节能减排任务的进行,在此方面取得了相当不错的成绩和丰富了能源产业的经历。
环境净化问题与动力能源问题深入人心,科学发展以及可持续发展的道路必须坚定不移的走下去,“和平与发展”这一时代的代名词永远不会凋谢。无碳技术在许多方面被运用到,像工业,农业以及日常生活当中。无碳车利用自身的重力势能来提供前进的动能，本身在一定条件下可实现类似永动的工况，其存在很大的研究价值以及实际应用价值。
1.2 研究现状
“无碳小车”是几届大学生工程训练比赛的共同主题。该主题不仅与“节能减排”相呼应,更旨在锻炼学生“创新设计,实际操作、团结合作”等综合能力,更锻炼学生自主创新以及不断突破自我的能力。从最初的避障要求,到如今,不但要求避障,更对轨迹有一定的要求,行走轨迹应为“s”型或“8”字型。因最终考核结果对小车的转向机构要求很高,所以小车必须适配相当强大的转向机构,微调机构。避障数量的增多也对小车自身的结构,材料等方面有所要求。
采取网上考察以及翻阅图书、期刊,对无碳小车的创新型结构构造设计、“s”型或“8”字型轨迹剖析等,相干书籍已达28篇,其中“8”字型行进轨迹小车有直接关系的成篇有4篇。但未出现Matlab仿真分析结果,会议论文等也尚未成型,所以还有较长的一段路需要我们去开拓。
已成型的对无碳小车的文献,大多是对机构、轨迹、耗能、创新等方面的剖析探讨居多。因小车的行驶轨迹有要求,应为“s或8”字型的,所以,大多数文献当中分析讨论的多位转向系统的创新性设计。在市面上对转向系统采取的结构有:曲柄连杆、凸轮、槽轮、不完全齿轮等转向机构。作为动力传递的核心,常用的有链传动,带传动以及齿轮传动等,而在无碳小车的设计当中,采用最频繁的便是齿轮传动系统。
1.3本课题研究的内容:
要求设计一种由重力势能提供动力、可实现自动转向,并且轨迹为“S”字型的小车。1kg的标准砝码下降(400±2)mm提供重力势能。同时小车必须具备管制转向机构，该车在运动过程中，需遵循一定的规律，行走“S”型并绕过固定的障碍物。
设计方向:
1.车身结构设计(使重心低,各结构排布紧凑)；
2.传动装置的选择与设计(带传动和齿轮传动的选择,一级传动和二级传动的选择等)；
3.转向装置的设计(凸轮,槽轮,曲柄摇杆机构的组合还是可自由转动的前轮,差速比固定改变的后轮的组合等)；
4.车轮材料(尼龙,有机玻璃,钢等)和车身材料(铝合金,有机玻璃等)的选择；
5.小车轨迹的分析研究(利用力学,数学,材料学的知识分析出小车理论情况下的运动轨迹,各机构的效率比,传动比等从而判断是否能达到预想的目的) 在小车设计时的核心观点就是在保持稳定性的前提下减轻机构质量,减少机构数目,通过对传统结构的创新将滑动摩擦转换为滚动摩擦。
技术要求和工作要求
技术要求:
1.车身结构：三轮机构，重心低，结构紧凑；
2.传动装置：对齿轮传动、带传动等对比，选取最优方案，以及二级传动的构建；
3.转向装置：对比分析几种具有周期性运动规律的机构进行分析好和设计；
目 录
第一章 绪论 1
1.1研究背景和意义: 1
1.2 研究现状 1
1.3本课题研究的内容: 2
第二章 无碳小车结构分析 4
2.1 整体设计思路 4
2.2 转向机构分析 4
2.3微调机构分析 5
2.4传动机构的分析 6
第三章 小车零部件设计参数 7
3.1轨道的设计 7
3.2车轮设计 7
3.3转向轮设计 7
3.4转向拨杆设计 8
3.5凹槽轮设计 8
3.6轴承的选用及轴的设计 9
3.7齿轮设计 10
第四章 三维建模 13
4.1 车架建模 13
4.2车轮建模 14
4.3前轮建模 15
4.4轴承座整体建模 15
4.5前轮架建模 16
4.6槽轮建 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
模 17
4.7固定套建模 18
4.8齿轮建模 19
4.9绳轮建模 21
4.10轴的建模 22
第五章 整车装配 23
第六章 运动仿真 26
结束语 28
致 谢 29
参考文献： 30
第一章 绪论
1.1研究背景和意义:
可持续发展的主题就是大力发展生产力、开发新能源以及可再生能源。我国的能源综合中,不可再生能源占据很大比例,如石油,煤炭等。过度依靠可再生能源和开发新能源的不足,这不但会使环境净化变得更加严重,也严重加快了新能源的倒退，必须大力开发新能源和充分运用可再生能源,优化能源产业的构造,加大能源的供应能力，缓解能源危机。无碳车是比较环保的短途代步工具,节能、经 济、方便、环保。因此,在大多数欧美国家,人们环保意识都很强,绝大多数都会提倡使用低排车。最近,国际形势动荡,原油价格以及煤炭等价格变化起伏大,尾气排放、化工业排放的不断增加,全球变暖、臭氧层空洞等问题日益严峻,对人类的考验也不断增加,这些情况的发生便导致人们只能不断适应新潮流,注重开发新能源汽车。各种新能源汽车不断被研发出来,例如混合动力汽车,燃料电池汽车,自增程式汽车等。人们对新世界从无知到有知,“保护环境,节能减排”的大时代要求也不断被人们所接受并人人做到。在这样一种时代蓝图下,各国也都踊跃采取各种措施,全面开展环保教育以及下达政策推进节能减排任务的进行,在此方面取得了相当不错的成绩和丰富了能源产业的经历。
环境净化问题与动力能源问题深入人心,科学发展以及可持续发展的道路必须坚定不移的走下去,“和平与发展”这一时代的代名词永远不会凋谢。无碳技术在许多方面被运用到,像工业,农业以及日常生活当中。无碳车利用自身的重力势能来提供前进的动能，本身在一定条件下可实现类似永动的工况，其存在很大的研究价值以及实际应用价值。
1.2 研究现状
“无碳小车”是几届大学生工程训练比赛的共同主题。该主题不仅与“节能减排”相呼应,更旨在锻炼学生“创新设计,实际操作、团结合作”等综合能力,更锻炼学生自主创新以及不断突破自我的能力。从最初的避障要求,到如今,不但要求避障,更对轨迹有一定的要求,行走轨迹应为“s”型或“8”字型。因最终考核结果对小车的转向机构要求很高,所以小车必须适配相当强大的转向机构,微调机构。避障数量的增多也对小车自身的结构,材料等方面有所要求。
采取网上考察以及翻阅图书、期刊,对无碳小车的创新型结构构造设计、“s”型或“8”字型轨迹剖析等,相干书籍已达28篇,其中“8”字型行进轨迹小车有直接关系的成篇有4篇。但未出现Matlab仿真分析结果,会议论文等也尚未成型,所以还有较长的一段路需要我们去开拓。
已成型的对无碳小车的文献,大多是对机构、轨迹、耗能、创新等方面的剖析探讨居多。因小车的行驶轨迹有要求,应为“s或8”字型的,所以,大多数文献当中分析讨论的多位转向系统的创新性设计。在市面上对转向系统采取的结构有:曲柄连杆、凸轮、槽轮、不完全齿轮等转向机构。作为动力传递的核心,常用的有链传动,带传动以及齿轮传动等,而在无碳小车的设计当中,采用最频繁的便是齿轮传动系统。
1.3本课题研究的内容:
要求设计一种由重力势能提供动力、可实现自动转向,并且轨迹为“S”字型的小车。1kg的标准砝码下降(400±2)mm提供重力势能。同时小车必须具备管制转向机构，该车在运动过程中，需遵循一定的规律，行走“S”型并绕过固定的障碍物。
设计方向:
1.车身结构设计(使重心低,各结构排布紧凑)；
2.传动装置的选择与设计(带传动和齿轮传动的选择,一级传动和二级传动的选择等)；
3.转向装置的设计(凸轮,槽轮,曲柄摇杆机构的组合还是可自由转动的前轮,差速比固定改变的后轮的组合等)；
4.车轮材料(尼龙,有机玻璃,钢等)和车身材料(铝合金,有机玻璃等)的选择；
5.小车轨迹的分析研究(利用力学,数学,材料学的知识分析出小车理论情况下的运动轨迹,各机构的效率比,传动比等从而判断是否能达到预想的目的) 在小车设计时的核心观点就是在保持稳定性的前提下减轻机构质量,减少机构数目,通过对传统结构的创新将滑动摩擦转换为滚动摩擦。
技术要求和工作要求
技术要求:
1.车身结构：三轮机构，重心低，结构紧凑；
2.传动装置：对齿轮传动、带传动等对比，选取最优方案，以及二级传动的构建；
3.转向装置：对比分析几种具有周期性运动规律的机构进行分析好和设计；
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