S型無碳小車結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計

冉滔 胡榮瀚 楊榮淼 李吉斌

摘 要：為了使S型無碳小車能夠按照規(guī)定的路線行駛，本文將從小車的傳動、轉(zhuǎn)向及微調(diào)機構(gòu)對小車進行理論設(shè)計研究。并通過Matlab軟件將各設(shè)計參數(shù)進行建模仿真，最終得到完整的S型運行軌跡。

關(guān)鍵詞：無碳小車;優(yōu)化設(shè)計;運動軌跡

1 前言

S型無碳小車?yán)弥亓菽茏鳛轵?qū)動力，將1kg砝碼下降400mm所產(chǎn)生的重力勢能轉(zhuǎn)化為小車前進的動能，并通過轉(zhuǎn)向機構(gòu)促使小車的轉(zhuǎn)向輪按照預(yù)定的S型軌道運行。考慮誤差存在，對小車設(shè)置三處微調(diào)機構(gòu)。通過調(diào)節(jié)曲柄半徑、連桿長度以及轉(zhuǎn)向裝置的轉(zhuǎn)角關(guān)系，使得小車按照預(yù)定軌跡行駛。

2 工作原理

根據(jù)全國大學(xué)生訓(xùn)練綜合能力大賽給出的外部邊界條件，S型賽道障礙樁等間距（1m）或不等間距（0.7-1.3cm）布置在一條直線上，因此要求無碳小車的行駛路徑近似滿足余弦函數(shù)曲線。參賽的無碳小車行駛性能主要是要適應(yīng)賽道的表面摩擦因數(shù)特性和障礙樁的布置間距，設(shè)計的小車應(yīng)考慮摩擦問題盡可能的簡化機構(gòu)，摩擦力對小車能否按正確軌跡行駛有重要影響。

3 設(shè)計方案

如圖1為小車的工程簡圖，主要由傳動機構(gòu)、轉(zhuǎn)向機構(gòu)、行走機構(gòu)及微調(diào)機構(gòu)組成。

小車的設(shè)計方案為：傳動機構(gòu)采用一級齒輪（傳動效率高）、轉(zhuǎn)向機構(gòu)采用曲柄連桿+搖桿、行走機構(gòu)利用單向軸承實現(xiàn)兩輪差速、微調(diào)機構(gòu)采用調(diào)節(jié)連桿長度、曲柄半徑及轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)角。

5 運行軌跡

根據(jù)障礙樁距，考慮無碳小車側(cè)滑和加工精度等因素，計算行駛一個S形路徑的理論長度，即行駛一個S形路徑時車輪的路程，利用matlab實現(xiàn)小車軌跡仿真如圖8。

由軌跡可以看出小車的理論行駛軌跡符合大賽要求的邊界條件，說明設(shè)計方案合理。在實踐運行時，只要合理的進行調(diào)試，就能走出正確的S型路線。

6 結(jié)束語

通過對無碳小車進行參數(shù)化設(shè)計，仿真模擬即可得到小車的運動軌跡。三處微調(diào)機構(gòu)可以進行對參數(shù)的調(diào)節(jié)運動軌跡，微調(diào)機構(gòu)精度越高，調(diào)解時越快越精確，更容易達到理論研究的路線。在制作應(yīng)盡量減少小車內(nèi)部結(jié)構(gòu)誤差，減小運動副的摩擦，減小傳動阻力，從而減小驅(qū)動力。根據(jù)驅(qū)動力的大小改變繩輪直徑以獲得更長行駛距離。

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