劉英建，馬天保，劉麗鑫，馬佳寧

（河北農(nóng)業(yè)大學，河北 保定071001）

1 無碳小車設計

1.1 材料設計

根據(jù)比賽的要求，利用質(zhì)量為1kg的鉤碼，降落高度為400±2mm，將重力勢能轉(zhuǎn)化為小車的動能，要求車架材料不宜過重，重心要低，否則會增大地面與輪子的摩擦力，浪費更多能量，因此我們選用鋁合金材質(zhì)，其硬度較低且塑性好，強度高，接近甚至強于優(yōu)質(zhì)鋼；另外一些較不關鍵的零件，例如軸承端蓋、墊片使用亞克力材料，較鋁合金更輕，價格低廉，通過AutoCAD繪圖和激光切割技術，進行零件的加工，最終達到減重的效果。

1.2 零件設計

本車采用兩個軸承座與車底板螺紋連接，螺釘孔選用U型孔，確定一側(cè)，另外一側(cè)軸承座可以進行微調(diào)，從而利于保證主動軸和從動軸一致的同軸度，如圖1所示。

圖1 軸承座位置

對于一些傳統(tǒng)的機械加工方法難以完成或者精度無法保證的較小零件，采用3D打印技術，如轉(zhuǎn)向機構、雙軌定滑輪和流線型繞線輪。

1.3 設計亮點

本車的最大亮點是在于其微調(diào)機構的設計，對于螺絲桿連接的方法，精度過低，且在調(diào)試過程中不易調(diào)節(jié)，操作十分不便，可以說是微調(diào)卻難調(diào)，而此車進行了創(chuàng)新型設計，類比千分尺的結構，鋁質(zhì)空管與方管配套，通過刻度記位，實現(xiàn)連桿長度的精準變化，達到精準微調(diào)效果，如圖2所示。

圖2 微調(diào)機構

2 Solidworks建模和運動仿真分析

2.1 整機的設計

根據(jù)上述方案進行Solidworks 整體裝配建模，如圖3所示，防止出現(xiàn)干涉問題，導致無法加工的情況。

圖3 整體效果圖

2.2 Solidworks Motion運動仿真

選擇Motion分析，拖動裝配體鍵碼，添加馬達、轉(zhuǎn)速、摩擦系數(shù)等參數(shù)，設置三個車輪與地面接觸和引力，以轉(zhuǎn)向輪為參考點，進行軌跡繪制，記錄多次分析的實驗數(shù)據(jù)，最終選擇最優(yōu)參數(shù)，將生成的軌跡曲線轉(zhuǎn)到AutoCAD中，得到運動軌跡如圖4所示。

圖4 模擬運行軌跡圖

3 結語

解讀本次賽事要求，我們通過對小車進行理論計算、三維建模，減少了大量的運算任務，準確快速地找到最優(yōu)解，通過車、銑、鉆、磨等傳統(tǒng)的機械加工方式以及3D打印等現(xiàn)代的加工方法，對小車進行實際加工和后期調(diào)試，最終在第六屆全國大學生工程訓練綜合能力競賽中獲得三等獎。