无碳小车尺寸
大学生工程训练综合能力选拔赛 :
无碳小车模型主要由一个转向轮和两个驱动轮以及几个大小齿轮组
成，其中小车中的转向轮，驱动轮，齿轮，支撑板，横杆，木板等如下图
所示。
图一 无碳小车模型结构示意图
2.1 无碳小车模型结构介绍:
图二 无碳小车三维设计图
:
2.2.1 小车的运动原理:
如上图所示，重物的牵引带动A轮的转动，A轮的转动带动B轮，再根据B、D之间的齿轮粘合带动C1，C2和E齿轮的转动，E轮带动F轮的转动，从而使G杆左右运动的同时，前后运动，杆的偏转，使得H轮偏转，根据C1，C2轮和H轮的合运动，小车就可以按照要求一边行走一边转弯。
图三 梯形原动轮
1.在起始时原动轮的转动半径较大，起动转矩大，有利起动。 2.起动后，原动轮半径变小，转速提高，转矩变小，和阻力平衡后小车匀速运动。 3.当物块距小车很近时，原动轮的半径再次变小，绳子的拉力不足以使原动轮匀速转动，但是由于物块的惯性，仍会减速下降，
原动轮的半径变小，总转速比提高，小车缓慢减速，直到停止，物块停止下落，正好接触小车。
2.2.2 小车各个尺寸设计的推导:
图四: 无碳小车二维示意图
根据题目中赛道宽度2m，以及每间隔1m，放置一个直径20mm、高200mm的弹性障碍圆棒，以及赛道的大致行走路线(如图四)，我组拟定一些实际尺寸的大小以及推导
35cm
98cm
图五: 无碳小车在重力势能作用下自动行走示意图
考虑到要使小车的运动轨迹尽可能沿直线运动,绕过的障碍物越多,但又得考虑要使小车不碰到障碍物,经过我组在各方面的考虑,小车的宽度定为30cm, 底板M的厚度为5mm，小车的长度200mm，而转向轮的直径为30mm,经网上查得,橡皮轮胎与干地面之间的动摩擦因素为0.71,驱向轮所获得的摩擦阻力大约为1N,假定两驱向轮的直径为120mm,则其转矩M=F*R=60N.m,由于该车子的运动基本上是匀速运动,所以同轴上的转矩相等,所以D齿轮的转矩也为60N.m,设其半径为r ,
则B、D边缘所受到的力FD=FB=60/r ,所以D齿轮的转矩为MD=FD*RD=60R/r ,
因为小车是匀速行使,所以物体下降也应该是匀速下降,从而A齿轮的转矩:MA=mg*RA=10*10=100N.m,
又根据同一轴上转矩相等,所以B的转矩:MB=MA=100N.m,又
MB=FB*RB=60/r*10=600/r。
所以有: 100=600/r
解得: r=6 mm .(即D齿轮的半径)
RB=10mm(即B齿轮的半径)
根据运动轨迹路线，它须偏离直线方向35cm以及两圆柱障碍物的实际距离为98cm，我们采用Matlab软件模拟得E齿轮半径为6mm，F齿轮半径为64mm，厚度为6mm，I板的高度为35mm，宽度为5mm，1,2，G杆的直径为3mm，G杆的长度为160mm，G杆与P齿轮的连接点的半径55mm， B、D齿轮的厚度为6mm，零件L中孔的直径大小为5mm，H、C1、C2 轮的宽度为1cm，我组假定物体下降速度为V ,则下降时间t=500/v ,皮带轮A的角速度: WA=V / RA=V / 10 rad/s,
又B与A同轴,所以
WB=WA=V / 10 rad/s , 从而
VD=VB=WB*RB= V mm/s ,
WC1=WD=VD / r=V / 6 rad/s,
VC1=WC1*R=10V mm/s.
转弯系统:
根据小车的行走路线近似的模拟为正弦曲线，由于实际的尺寸大小可算得振幅为0.35m，波长为2m，所以可以近似的求出轨迹的方程为:
Y=0.35sinπx ;
求导得到在每个位置的转角的正切大小:
Y’=0.35πcosπx ;
我们可以得到前轮的最大转角为36?
如下图六所示
图六 齿轮的转弯系统的原理图
图六 齿轮简图
2.2.4、齿轮传动
用于平等轴间的传动，一般传动比单级可到8，最大20，两级可到45，最大60，三级可到200，最大300。传递功率可到10万千瓦,转速可到10万转/分,圆周速度可到300米/秒。单级效率为0.96-0.99。直齿轮传动适用于中、低速传动。斜齿轮传动运转平稳，适用于中、高速传动。人字齿轮传动适用于传递大功率和大转矩的传动。圆柱齿轮传动的啮合形式有三种:外啮合齿轮传动，由两个外齿轮相啮合，两轮的转向相反;内啮合齿轮传动，由一个内齿轮和一个小的外齿轮相啮合，两轮
的转向相同;齿轮齿条传动，可将齿轮的转动变为齿条的直线移动，或者相反。
图十 齿轮传动 2.2.5、齿轮参数及制造误差测定
齿轮齿顶圆、齿根圆测量的原理
(1)齿轮齿数为偶数时
当齿轮为偶数时，齿顶圆直径da和齿根圆直径df可用游标卡尺在待测齿轮上直接测定。
(2)齿轮齿数为奇数时
直接测量得不到齿顶圆直径da和齿根圆直径df的真实值，而须用间接的方法。先量出齿轮安装孔直径D，再分别量出孔壁到某一齿顶的距离H1和孔壁到某一齿根的距离H2，如图所示:
图十一 齿顶、齿根圆的测量
则齿顶圆直径da和齿根圆直径df可按下式求出:
da=D+2H1
df=D+2H2
齿轮公法线的测量
图十二 齿轮的公法线
测定公法线长度Wk和Wk+1,是为了求出基圆齿距，从而确定出齿轮的压力角α、模数m和变位系数x。
首先根据被测齿轮的齿数Z，从教材或手册中按标准齿轮查出跨测齿数k，量出跨测个齿时的公法线长度Wk。为减少测量误差，应在齿轮一周的三个均分部分上测量三次，取其平均值。
为求出基圆齿距Pb，还应按同样的方法量出跨测(k+1)各齿的公法线长度Wk+1。为避免公法线长度变动量的影响，测量Wk和Wk+1，应在相同的几个齿轮上进行。
确定基圆齿距、模数和压力角
(1) 基圆齿距
(,)模数
若测出的齿顶圆直径,,和齿根圆直径,,等于按标准齿轮公式计算
出的数值(或与之接近)，则被测齿轮为标准齿轮。
da=m(z+2ha*)
df=m(z-2ha*-2C*)
Wk=Wk0,则被测齿轮为标准齿轮。
Wk?Wk0,则被测齿轮为变位齿轮。 根据公式:
即可求出被测齿轮的变位系数:
若x>0，则被测齿轮为正变位齿轮;若x<0，则被测齿轮为负变位齿轮
项目经费预算
1. 车底木板价格(5mm厚度 20*30cm) ,: 50元 2. 小车左右两边2块固定侧板(6mm厚度 高35mm),: 25?2元 3. 小车转向轮(厚度为6mm，直径为30mm) ,: 30元 4. 小车两侧的驱向轮(厚度为6mm，直径为120mm) ,: 50? 2元 5. 小车原动轮 (半径为10mm) ,: 20 元 6. 齿轮(两个外径为12mm，内径6mm，齿数21) ,: 35 元 7. 齿轮轴两根(直径d=3mm长分别为30mm，42mm),: 30?2元 8. 润滑油一瓶 ,:20元
9(连接杆一根 (直径为3mm) ,: 25元 10. 棉线一根(长1.5m) ,:3元 11. 胶水(两瓶) ,:20?2元 12. 小螺钉(一包) ,:10元 13. 其余小零件 ,:50元
总计 493元
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