任帥 高遠(yuǎn) 邵夢瑩
摘 要:根據(jù)大賽要求,設(shè)計了利用重力勢能并能按要求自動轉(zhuǎn)向的8字形繞障無碳小車。小車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)基于對心曲柄滑塊原理,并利用對心曲柄滑塊運(yùn)動特性,實(shí)現(xiàn)小車周期性運(yùn)動。通過MATLAB仿真建模,代入小車相關(guān)參數(shù),以此對小車行走軌跡模擬分析,優(yōu)化設(shè)計,修正參數(shù)。最終實(shí)際比賽結(jié)果驗(yàn)證了該機(jī)構(gòu)設(shè)計是合理的,且加工簡單,易于調(diào)節(jié),適宜比賽。
關(guān)鍵詞:無碳小車 “8”字繞障 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)
中圖分類號:TH112 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B 文章編號:1674-098X(2017)06(c)-0110-02
全國大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競賽要求設(shè)計一臺三輪小車,利用4 kJ重力勢能作為驅(qū)動,在半張乒乓球桌上繞一定距離的兩個障礙物以“8”字軌跡進(jìn)行繞行,最終按照繞行周期的有效個數(shù)進(jìn)行成績的評定。由于“8”字繞行無碳小車為新競賽項(xiàng)目,相比“S”型項(xiàng)目相關(guān)參考文獻(xiàn)較少,故該文從實(shí)際出發(fā),對“8”字小車進(jìn)行設(shè)計分析,為相關(guān)競賽研究提供參考及借鑒。
1 運(yùn)動原理
如圖2小車總裝圖所示,重物通過細(xì)繩纏繞在前傳動軸。前傳動軸與驅(qū)動軸通過齒輪嚙合傳動,改變轉(zhuǎn)速,同時傳遞能量。釋放重物后,前轉(zhuǎn)動軸開始轉(zhuǎn)動,機(jī)構(gòu)即開始運(yùn)行。左后輪為主動輪,后輪軸與驅(qū)動軸通過聯(lián)軸器連接,實(shí)現(xiàn)單側(cè)驅(qū)動,以此實(shí)現(xiàn)差速便于轉(zhuǎn)向。同時前傳動軸轉(zhuǎn)動帶動曲柄輪,小車行走方向受曲柄輪及其伸縮連桿控制而呈周期性變化,最終實(shí)現(xiàn)“8”字軌跡。
2 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)
小車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要由曲柄輪,前連接桿,伸縮連桿三部分構(gòu)成。(運(yùn)動原理見圖3)設(shè)曲柄位置1為小車初始狀態(tài)時曲柄所處位置,當(dāng)小車前曲柄輪由位置1經(jīng)由位置2逐漸運(yùn)動到位置3時,前輪偏轉(zhuǎn)角度逐漸增大至最大,小車行走曲線曲率由0逐漸增加至最大。即曲柄輪每1/4圓周對應(yīng)小車行走軌跡“8”字的1/4路徑,曲柄輪轉(zhuǎn)一周,小車完成一個“8”字,對應(yīng)實(shí)現(xiàn)周期性運(yùn)動。
此外伸縮桿與曲柄圓盤構(gòu)成微調(diào)裝置。由于全國大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力大賽要求對小車進(jìn)行拆裝,故實(shí)際競賽中需進(jìn)行裝配調(diào)節(jié)。通過改變曲柄長度并適當(dāng)調(diào)節(jié)伸縮桿的長度,并保證伸縮桿位置可使當(dāng)曲柄在初始位置1時小車前輪不發(fā)生偏轉(zhuǎn)。即可完成小車微調(diào),修正裝配誤差帶來的影響,適宜比賽。
3 運(yùn)動軌跡分析
設(shè)定小車轉(zhuǎn)彎過程中所涉及變量,并對其建模分析。小車大輪直徑,前傳動軸轉(zhuǎn)角為,后輪軸轉(zhuǎn)角,小車轉(zhuǎn)彎的曲率半徑為,前輪偏轉(zhuǎn)角度,前后輪軸線間距,小車移動距離為,小車行走偏轉(zhuǎn)角度,傳動比。
4 結(jié)語
(1)最終的實(shí)際軌跡結(jié)果與擬合效果接近,證實(shí)了該結(jié)構(gòu)的可行性高效性。(2)在實(shí)際裝配中,微調(diào)結(jié)構(gòu)能夠在短時間內(nèi)快速調(diào)整,修正運(yùn)行軌跡,滿足要求。(3)利用MATLAB程序代入小車設(shè)計參數(shù),可以更直觀的近似計算出運(yùn)行軌跡,為實(shí)際調(diào)整節(jié)省了大量時間精力,也同樣利于小車的優(yōu)化設(shè)計。
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