基于重物下落实现规定轨迹运动的无碳小车的设计

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根据能量转化原理，利用重力势能驱动带动具有方向控制功能的小车模型。因为能量有限，我们应旧能简化小车的设计，机构设计越复杂，机构越多，小车的效率就会越低，所以越简单的设计越能将重力势能高效率的应用。这种模型比较轻巧，结构相对的简单，能够成功的将重力势能转化为小车的动能，从而完成小车前行过程中的所有动作。

-、总体结构车架不用承受很大的力，精度要求低〖虑到重量加工成本等，车架采用铝合金板材加工制作成三角底板式。底盘可有铝板通过铣削加工，重块由三角吊架悬挂，保证其稳定性，车轮间距 18cm，避免车体侧翻。

二、驱动部分(1)驱动力适中，不至于小车拐弯时速度过大倾翻，或重块晃动厉害影响行走。(2)到达终点前重块竖直方向的速度要尽可能小，避免对小车过大的冲击。(3)由于不同的场地对轮子的摩擦可能不-样，在不同的场地小车是需要的动力也不-样。

(4)机构简单，效率高。基于以上分析，我们采用输出驱动力可调的绳轮式原动机构，并加装滑轮使绳子滑动摩擦阻力更校三、传动机构传动机构的功能是把动力和运动传递到转向机构和驱动轮上。要使小车行驶的更远及按设计的轨道精确地行驶，传动机构必需传递效率高、传动稳定、结构简单重量轻等。齿轮具有效率高、结构紧凑、工作可靠、传动比稳定但价格较高。因此在第-种方式不能够满足要求的情况下优先考虑使用齿轮传动。

本车在设计时为了满足驱动力及速度大小适中的目的同时兼顾传动的稳定性，采用了 1：6齿轮传动。

四、转向部分转向机构是本小车设计的关键部分，直接决定着小车能否按照预定轨迹运动。转向机构也同样需要旧能的减少摩擦耗能，结构简单，零部件已获得等基本条件，同时还需要有特殊的运动特性。能够将旋转运动转化为满足要求的前轮来回摆动，带动转向轮左右转动从而实现拐弯走 8字的功能。为实现该功能，本车采用 了凸轮机构。凸轮是具有-定曲线轮廓或凹槽的构件，它运动时，通过高副接触可 以使从动件获得连续或不连续的任意预期往复运动。优点：只需设计适当的凸轮轮廓，便可使从动件得到任意的预期运动，而且结构简单、紧凑、设计方便；在本小车设计中由于小车运动轨迹为 8字，且小车运动速度低。故可以忽略惯性力，机构并不复杂，利用 cad进行凸轮轨迹参数化设计并不困难，通过凸轮带动连杆的运动实现前轮预定轨迹摆动的设计更加合理，对于安装误差的敏感性问题我们可以增加微调机构来解决。综合上面分析，我们在设计时选择凸轮机构的方案。

五、行走机构行走机构即为三个轮子，轮子又厚薄之分，大小之别，材料之不同需要综合考虑。由摩擦理论知道摩擦力矩与正压力的关系为：MN·6 对于相同的材料 6 为-定值。而滚动摩擦阻力f- M ，所以轮子越大小车受到的阻力越小，因此能够K K 走的更远。综合加工问题、材料问题、安装问题等等，具体尺寸选用了直径 180mm 的轮子。由于小车是沿着曲线前进的，后轮必定会产生差速。对于后轮可以采用双轮差速驱动。双轮差速驱动可以避免双轮同步驱动出现的问题。综合结构复杂度以及装配可行性，可以通过单向轴承来实现差速。单向轴承实现差速的原理是：其中-个轮子速度较大时便成为从动轮，速度较慢的轮子成为主动轮，这样交替变换着。

六、结论(1)本小车机构简单，可靠性高，广泛分析运用了各类基本机构。(2)低碳节能的理念逐步深入生活，通过本机构的设计对于节能减排的思想形成大有裨益。(3)由于笔者不是研究小车运动的专职人员，因此本作品还有很大的发挥空间。