新能源無碳小車創新設計

陳超 郭林俊 李其峰 司楠 趙艷 董穎懷

摘? ?要：目前，全球能源和環境系統面臨巨大的挑戰，在這時代背景下新能源產業正在快速發展。無碳小車則是一種純機械構造，且只需重力作用下運動的產品。并且在其運動過程中，小車能通過凸輪、連桿等各種機械結構相互配合和傳動，來控制小車的運動路線，實現小車能夠自主轉向和尋跡避障等操作。本文以無碳小車為研究對象，主要介紹了無碳小車的加工工藝和結構設計。

關鍵詞：機械結構? 加工工藝? 誤差分析? 節能環保? 創新

中圖分類號：R235.3+4? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）09（c）-0084-02

1? 小車結構設計

從結構設計角度考慮，此款小車設計要多種機構協調配合，將重錘的重力勢能轉化為動能，驅動小車按照設計的軌跡繞樁行駛。小車大體形狀為三輪結構，其中前輪負責轉向，后輪單輪驅動，整車由動力機構、傳動機構、轉向機構、微調機構等組成（見圖1和圖2）。

1.1 動力機構

為使小車有足夠的動力，動力機構采用大傳動比的滑輪組（繞線輪），繞線輪通過支座固定在立柱上，一側纏繞一根細繩將重錘提拉到規定的高度，重錘下行拉動繞線輪轉動，牽拉另一根細繩帶動驅動軸轉動，為驅動輪和轉向輪提供動力。

1.2 傳動機構

采用硬齒面的漸開線直齒輪，將作用在傳動軸上的動力平穩、精確地分配給驅動輪和凸輪，瞬時傳動比不變，這樣有效地減少沖擊、振動和噪聲，并且通過準確的傳動比使作用在驅動輪上的扭力與地面摩擦力相對平衡。

1.3 轉向機構

采用滾子從動件和封閉型凸輪，通過高副接觸使從動件獲得預期的往復運動。依靠凸輪推動從動件，進而實現小車在轉向時的不同偏角，驅動前輪實現周期性的偏轉，使小車按預定的軌跡行駛。

1.4 微調機構

為了使小車能夠行駛設定好的軌跡，設計了微調機構，采用螺旋測微器的可視化設計，調控范圍控制在千分之幾的誤差，使得小車更加精確地實現預期的要求。

2? 結構設計創新特色說明

2.1 車輪、底板、立柱鏤空

合理化的鏤空設計，在保證其承載力的同時，減輕了車體質量，從而減少了各種摩擦的能量損失。

2.2 導軌支架的三角式連體鏤空

導軌支架的三角式連體設計，增加了小車行進過程中導軌與小車整體之間的穩定性，導軌不晃動，減小了導軌的傳動誤差，為小車沿預定軌跡穩定運行提供了可靠的保障。

2.3 微調機構

轉向機構包含微調裝置，該機構由微調推桿、微調連接桿、微調曲柄和螺旋測微器組成，這樣推動前輪曲柄轉動，使前車輪實現微小角度的調整，提高了轉向精度，確保小車沿軌跡行駛的重復度。

3? 加工工藝分析

首先根據小車裝配圖得到零件圖，明確零件在小車中的位置、作用及相關零件的位置關系;了解并研究各項技術條件制定的依據，找出其主要技術要求和技術關鍵，以便在擬定工藝規程時采用適當的措施以保證最后零件的加工精度，使得零件最大化的發揮性能。

下面主要對該零件進行機械加工工藝規程的設計和工藝方案的誤差分析。

3.1 零件的結構分析和圖紙分析

此零件為后軸支架結構，其結構較為復雜，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，以及保證垂直度以及位置關系;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 零件的生產類型

根據加工零件的年生產綱領和零件本身的特性（輕重、大小、結構復雜程度、精密程度等），可以確定該零件為成批生產中的中批生產的類型。

3.3 工藝路線的擬定

3.3.1 定位基準的選擇

先將毛坯未加工表面作為粗基準，對底面進行加工。之后再用底面作為精基準，對其他表面進行加工。

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較高，同時考慮尺寸、加工經濟精度等，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行加工即可。

3.3.3 加工階段的劃分

該零件的加工質量要求較高，故要經過粗加工、半精加工和精加工的三個階段。

3.3.4 工序的集中原則

根據零件加工的生產類型和工廠生產條件，在工藝過程中，工序數較少，設備數少，且采用數控機床和加工中心進行加工，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，需以零件打孔處所在的下表面為基準，對左右支架的軸承孔要進行同軸度校正，以保證裝配精度;其次就是加工時產生的誤差，精加工時，要保證表面均勻的加工余量，使刀具加工平穩，減少切削變形帶來的誤差。最后零件在產與加工過程中，如果是機械定位副加工或者是基準定位存在不準確的狀況，也會導致加工定位誤差的出現。所以在將原材料加工成機械產品的過程中，必須要將準確的機械加工要素當作基準 ，并要保障定位基準、所選擇的基準兩者之間盡可能地重合或一致，以減少定位誤差的出現。

參考文獻

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