基于MATLAB的新八字S環(huán)形的無(wú)碳小車設(shè)計(jì)

趙永鵬 劉璇 蘇曼 趙桃紅 劉卿桁

摘 要：無(wú)碳小車設(shè)計(jì)鍛煉設(shè)計(jì)者的動(dòng)手能力和思維能力，新八字S環(huán)形無(wú)碳小車設(shè)計(jì)，是一種創(chuàng)新性設(shè)計(jì)思路。本文研究的重點(diǎn)是通過(guò)利用MATLAB技術(shù)，設(shè)計(jì)新八字S環(huán)形無(wú)碳小車，掌握無(wú)碳小車設(shè)計(jì)參數(shù)和基本結(jié)構(gòu)，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：MATLAB;新八字S環(huán)形;無(wú)碳小車

無(wú)碳小車是基于零排放、無(wú)能耗、綠色環(huán)保理念的新型車輛概念，車輛運(yùn)轉(zhuǎn)的動(dòng)力源泉是能量轉(zhuǎn)換，當(dāng)重物下降的時(shí)候，將會(huì)產(chǎn)生重力勢(shì)能，無(wú)碳小車便是將重力勢(shì)能進(jìn)行轉(zhuǎn)化利用，使其成為無(wú)碳小車的動(dòng)能[1]。無(wú)碳小車運(yùn)行時(shí)的新八字S環(huán)形設(shè)計(jì)，也是成為檢測(cè)無(wú)碳小車運(yùn)行水平的關(guān)鍵指標(biāo)。

1無(wú)碳小車的設(shè)計(jì)方案探究

無(wú)碳小車在設(shè)計(jì)期間，檢驗(yàn)其運(yùn)行水平和設(shè)計(jì)質(zhì)量，可通過(guò)新八字S環(huán)形繞圈方式檢驗(yàn)，當(dāng)車輛運(yùn)行期間能夠保持良好的軌道重合度，運(yùn)動(dòng)軌跡曲率沒(méi)有突變式的變動(dòng)，全程運(yùn)行連續(xù)且均勻，那么才可以確保無(wú)碳小車在運(yùn)行的過(guò)程中具有良好的平穩(wěn)性，更不會(huì)發(fā)生傾覆的問(wèn)題。在設(shè)計(jì)無(wú)碳小車的時(shí)候，為了確保小車可以精準(zhǔn)的完成新八字S環(huán)形道路行駛，需要精準(zhǔn)的調(diào)控后輪和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)兩者之間的傳動(dòng)比[2]。

2無(wú)碳小車機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

當(dāng)無(wú)碳小車處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的時(shí)候，小車前進(jìn)的動(dòng)力要求是重物下落時(shí)所形成的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化而得，這種方法的應(yīng)用，需要使用到鏈輪機(jī)構(gòu)、儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)、繩輪機(jī)構(gòu)等機(jī)構(gòu)。但是在設(shè)計(jì)的過(guò)程中考慮到結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化的需求以及成本降低的需求，將選擇使用繩輪機(jī)構(gòu)作為無(wú)碳小車的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。

2.2微調(diào)與轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的主要作用是將驅(qū)動(dòng)軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成為前輪周期性反復(fù)擺動(dòng)，轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)運(yùn)行的穩(wěn)定性與可靠性，將會(huì)直接對(duì)小車的新八字S環(huán)形活動(dòng)能力產(chǎn)生直接決定性影響。無(wú)碳小車在制作的時(shí)候，選擇使用連桿機(jī)構(gòu)，在驅(qū)動(dòng)軸的端面位置圓盤中完成螺紋孔設(shè)計(jì)，在連桿的滑槽中設(shè)置一根定位銷，前輪在受到連桿的影響后，將會(huì)呈現(xiàn)等幅擺動(dòng)的狀態(tài)，無(wú)碳小車由此便會(huì)實(shí)現(xiàn)新八字S環(huán)形運(yùn)動(dòng)[2]。

轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，需組合兩個(gè)高副、6個(gè)低副以及5個(gè)構(gòu)件，轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算公式如下所示：

通過(guò)計(jì)算得到自由度結(jié)果為1，自由度值與原動(dòng)件數(shù)相等，所以在設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的時(shí)候，轉(zhuǎn)向具有可靠性和穩(wěn)定性，并且擁有比較緊湊且簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)。

3無(wú)碳小車運(yùn)行軌跡模擬

想要模擬分析出無(wú)碳小車的運(yùn)行軌跡，那么便需要對(duì)速度和角度兩者之間的關(guān)系作出充分的了解。為了保證在研究的過(guò)程中，將存在的問(wèn)題盡可能的簡(jiǎn)化，提高問(wèn)題探究的效率，在無(wú)碳小車運(yùn)行軌跡的探究活動(dòng)當(dāng)中，需要將曲柄中心位置位于搖桿平面，并且搖桿以及軸線所形成的角度平均線平行處理。就如無(wú)碳小車的后主動(dòng)輪而言，首先是要測(cè)量出搖桿的角度。

已知空間RSSR四桿機(jī)構(gòu)的曲柄的長(zhǎng)度值為AB，連桿的長(zhǎng)度值為BC，搖桿的長(zhǎng)度值為CD，曲柄中心位置A點(diǎn)距離搖桿中心位置D點(diǎn)的水平距離長(zhǎng)度值為AE，垂直距離長(zhǎng)度值為DE，曲柄末端位置的B點(diǎn)水平投影點(diǎn)命名為B，曲柄AB的投影長(zhǎng)度值為AB，連桿BC的投影長(zhǎng)度值為B'C，詳細(xì)如下圖所示：

已知無(wú)碳小車的車長(zhǎng)的垂直距離為GH，即小車前輪中心到后輪中心的距離，車寬的長(zhǎng)度為MN，即小車兩個(gè)輪子中間間隔，記傳動(dòng)比為i，不完全齒輪的當(dāng)量齒輪比為u，后主動(dòng)輪的半徑長(zhǎng)度值為r。

4結(jié)語(yǔ)

基于MATLAB軟件實(shí)現(xiàn)新八字S環(huán)形運(yùn)行路線探究分析，可以對(duì)小車結(jié)構(gòu)、運(yùn)行平穩(wěn)性展開討論，提升了小車?yán)@樁能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]唐偉，李旭波，黃淵，等.基于凸輪的”雙八字”無(wú)碳小車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化[J].南方農(nóng)機(jī)，2019（21）：44-46.

作者簡(jiǎn)介：

趙永鵬（2000.11-），男，貴州人，本科，貴州大學(xué)。

項(xiàng)目資助：貴州大學(xué)SRT項(xiàng)目資金資助（貴大SRT字（2021）123號(hào)）