雙八字無碳小車的研究與分析

摘要：根據大學生工程訓練綜合能力競賽的要求，本文提出了無碳小車的設計方法。本設計方案最大的特點就是運用不完全齒輪機構來完成間歇運動。本文對雙八字無碳小車的設計方案和加工工藝做了詳細介紹，并闡述了本作品的創新點——利用四桿機構的急回特性，使小車在所需位置完成快速轉向。

關鍵詞：雙八字;無碳小車;方案設計

中圖分類號：TH122 文獻標識碼：A 文章編號：1672-1578（2019）06-0282-01

1.方案設計

由于小車行走路線為周期運動，所以設計方案只需要按照一個周期設計即可。傳動機構采用齒輪傳動，小車前行過程中所需動能由物塊下落的重力勢能轉化提供，根據能量守恒定律，必須盡可能地減少能量損失，而齒輪傳動具有傳動效率高、傳動平穩、能量損失小的優點，故采用齒輪傳動。轉向機構采用曲柄搖桿機構，而為了使小車滿足雙8字運動，設計方案以不完全齒輪代替曲柄，目的是使小車既能滿足轉向所需要的平面四桿機構，又能使其在轉向過程中完成間歇運動。小車軌跡如圖1所示，可以把小車軌跡近似看成由①到②的圓周運動，由②到③的s形曲線運動。因此，在小車從①運動到②的過程中，不完全齒輪需要達到鎖弧位置，使轉向機構不動來完成半圓周運動。當鎖弧區域完成后，有齒部分控制曲柄轉動來驅動前輪轉向完成s形曲線運動，同時需要設置微調機構。鑒于競賽場地的不同間距障礙物需根據抽簽隨機進行調整，小車的轉向控制機構必須具有可調節功能，以適應不同的場地需求。安裝完畢，簡單調試后，都會在已經確定好了的初始位置處進行試跑，根據運動狀態，對小車再一次進行調試，并用量角尺對初始位置和初始角度進行微小調節。

5.對四桿機構急回特性的利用和設計

根據圖1，小車從②到③的運動過程中，轉向需要一個急回的過程，所以可以利用四桿機構的急回特性來完成迅速轉向。下面介紹設計方法：

設已知搖桿的長度CD、擺角ψ及行程速度變化系數設計時，先利用θ=180°（K-1）/（K+1）算出極位夾角B，并根據搖桿長度CD及擺角ψ作出搖桿的兩極位CD及C2M⊥CC和∠CCN=90°-θ，CM與CN交于P;再作△PCC的外接圓，則圓弧CPC上任一點A都滿足∠CAC=θ，所以固定的鉸鏈A應選在此弧段上[2]。而鉸鏈A具體位置的確定則需要根據小車前輪到曲柄中心的距離、與小車的傳動比以及曲柄長度連桿長度有關，均需要根據具體尺寸視情況而定。

2.零件的工藝分析

為了減小能量損失，小車必須質量輕、剛度強。考慮到經濟性，小車材料選用6061鋁合金材料。因為6061鋁合金的主要特點就是重量輕，在滿足小車承重能力的同時又不至于導致整車重量過大，以便使其砝碼的重力勢能更多的轉化為小車的動能。起支撐砝碼作用的支架選取碳纖維桿，因為這種材料相對光滑，可以使砝碼在下落過程中減少摩擦引起的能量損失。后輪選取亞克力板為主要材料，并配置相應的法蘭盤使后輪達到軸向固定的作用。

3.工藝路線的擬定和工藝方案的分析

制定工藝路線時必須保證零件要求的尺寸精度和位置精度等，工藝路線要根據生產批量、結構特點、結構工藝性、關鍵表面的技術要求等因素，按照工序集中原則來擬定。在生產綱領已確定為成批生產的條件下，應首先考慮使用普通機床和通用夾具來降低生產成本。按設計要求，為保證必要的精度，主要采用普通車床、普通銑床加工，加工成本較低[1]。

4.小車出發定位方案

小車的出發定位主要有以下三個方面：一是砝碼的初始高度，二是小車出發時的初始位置和初始角度，三是行程間距的比例。這些定位調整必須根據兩個樁之間的實際距離來確定，說明如下：

小車的總體樁間距是350±150mm，由于在安裝調試階段已經進行了大量的調整實驗，對初始位置和初始角度已經有了一定的掌握，所以每次

6.結語

此方案根據雙8字無碳小車的設計要求，對無碳小車作出了結構與設計上的研究和分析，使小車的性能更加完善，對解決一些實際問題很有幫助。

參考文獻：

[1]高樾，胡曉珍，趙陸民.工程實訓教程[M].成都：電子科技大學出版社，2015.

[2]孫恒，陳作模，葛文杰.機械原理[M].北京：高等教育出版社，2013.

作者簡介：何松（1997-），河北秦皇島人，河北建筑工程學院，機械電子工程專業，本科在讀。