王德超 邵 強(qiáng) 趙志強(qiáng)

(大連民族大學(xué)，遼寧 大連 116041)

1 擬定設(shè)計(jì)參數(shù)

2 運(yùn)動設(shè)計(jì)

2.1 曲線軌跡總長

L=L1+L2+L3+L4

式2-1

L——曲線軌跡總長(mm)；

L1、2……——單段運(yùn)行軌跡長(mm)；

圖1 雙差速驅(qū)動轉(zhuǎn)換圖

圖中深色線條是驅(qū)動輪路徑，在0點(diǎn)時(shí)驅(qū)動輪切換到另一側(cè)。

2.2 驅(qū)動輪直徑

式2-2

D——車輪直徑(mm)；

L——曲線軌跡總長(mm)；

i——齒輪間傳動比；

車輪尺寸設(shè)計(jì)要為躲障和抽取改變樁留有裕度，制造過程中各零部件間存在間隙，該間隙會使小車躲障距離小于設(shè)計(jì)參數(shù)。

2.3 車輪轉(zhuǎn)過圈數(shù)

式2-3

n2——從動齒輪轉(zhuǎn)過圈數(shù)(rpm)；

n1——主動齒輪轉(zhuǎn)過圈數(shù)(rpm)；

i——齒輪間傳動比；

Lz——設(shè)計(jì)距離(mm)；

3 動力設(shè)計(jì)

3.1 啟動設(shè)計(jì)

主動軸啟動力矩

m1Qmin=r×FQmin×i×ε

式3-1

m1Qmin——主動軸啟動力矩(m/N)；

r——車輪半徑(mm)；

FQmin——無碳車最小啟動拉力(N)；

i——齒輪間傳動比；

ε——阻力系數(shù)，與設(shè)計(jì)、制造、裝配等精度有關(guān)，反應(yīng)啟動時(shí)實(shí)際阻力與理想測試數(shù)據(jù)之間關(guān)系，合理確定該系數(shù)，可使無碳車起步時(shí)不過多消耗動力，阻力系數(shù)根據(jù)制造經(jīng)驗(yàn)選取，數(shù)值越大阻力越大，取值范圍(1.0～2.0)；

3.2 行駛設(shè)計(jì)

主動軸行駛力矩

m1Xmin=r×FXmin×i×ε

式3-2

m1Xmin——主動軸啟動力矩(m/N)；

i——齒輪間傳動比；

r——車輪半徑(mm)；

FXmin——無碳車最小行駛拉力(N)；

ε——阻力系數(shù)；

4 轉(zhuǎn)向設(shè)計(jì)

根據(jù)實(shí)際情況，由于正弦或余弦曲線原理得，車輪在運(yùn)行時(shí)，同一時(shí)間的運(yùn)行軌跡長度不同，導(dǎo)致車輪在某段軌跡上只能是單輪驅(qū)動。理論上只有在π點(diǎn)位置時(shí)，小車的驅(qū)動輪才同時(shí)驅(qū)動，實(shí)際上該點(diǎn)應(yīng)該稱為“瞬點(diǎn)”，驅(qū)動輪從一側(cè)轉(zhuǎn)到另一側(cè)的轉(zhuǎn)換點(diǎn)，如圖2所示。

圖2 曲柄位置與雙差速驅(qū)轉(zhuǎn)換對照圖

由此可得出：

曲柄在0、π位置時(shí)，小車處在“瞬點(diǎn)”位置，車身與轉(zhuǎn)向輪處于平行位置，αb搖桿擺角為0°；曲柄在π/2、2π位置時(shí)，αb搖桿擺角為最大；為了減少轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)計(jì)算變量，設(shè)計(jì)時(shí)將曲柄和連桿的運(yùn)動設(shè)計(jì)在一個(gè)平面內(nèi)，由于轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)平面與曲柄所在平面呈90°，所以搖桿與曲柄和連桿也互為90°，因此小車曲柄、連桿、搖桿的運(yùn)動便被限制在互為90°的兩個(gè)平面內(nèi)。曲柄、搖桿所在的平面稱為“主動平面”，搖桿所在的平面稱為“從動平面”，如下圖所示。

圖3 主動平面、從動平面示意圖

4.1 轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)擺角近似計(jì)算

確定小車運(yùn)行軌跡的最大切角αg，計(jì)算從動平面內(nèi)搖桿擺角αb達(dá)到最大時(shí)，搖桿的擺幅S。

搖桿最大擺角αb=軌跡最大切角αg

式4-2

圖4 轉(zhuǎn)向軸擺角、擺幅示意圖

4.2 擺幅

S=L1×sinαb

式4-3

S——擺幅(mm)；

L1——搖桿長(mm)；

αb——搖桿擺角αb(度)；

Rq=S

式4-4

Rq——曲柄長(mm)；

S——擺幅(mm)；

4.3 擺差

式4-5

E——擺差(mm)；

L1——搖桿長(mm)；

αb——搖桿擺角αb(度)；

實(shí)際上連桿在運(yùn)行中是在主、從兩平面間相互切換的，如下圖所示。

當(dāng)軌跡切角αg為0時(shí)，搖桿最大擺角αb為0，連桿在主動平面內(nèi)，并且為實(shí)長，同時(shí)曲柄、搖桿均在π/2位置。

4.4 連桿

圖5 曲柄在π/2位置時(shí)，連桿在主動平面的擺角

式4-6

L——連桿長(mm)；

Rq——曲柄長(mm)；

a——軸間距(mm)，曲柄軸與轉(zhuǎn)向軸間距；

當(dāng)軌跡切角αg最大時(shí)，連桿與曲柄連接處在主動平面，連桿與搖桿連接處在從動平面。

4.5 補(bǔ)償

當(dāng)軌跡切角αg從0到最大時(shí)，因?yàn)閿[動的原因，出現(xiàn)了擺差E，由擺差E產(chǎn)生了補(bǔ)償δ(補(bǔ)償采取近似取值計(jì)算方法)，該補(bǔ)償為曲柄加連桿的總補(bǔ)償δ，如下圖所示。

實(shí)際中，搖桿想要達(dá)到擺角αz，需要分別增加連桿補(bǔ)償δ1和曲柄補(bǔ)償δ2。

圖6 曲柄在0位置時(shí)，連桿在從動平面的擺角

4.6 總補(bǔ)償

式4-7

L——連桿長(mm)；

E——擺差(mm)；

δ——曲柄和連桿的總補(bǔ)償(mm)；

連桿補(bǔ)償與曲柄補(bǔ)償采用相似三角形比例法，分配補(bǔ)償長度。

式4-8

B——長度比例(mm)；

L——連桿長(mm)；

Rq——曲柄長(mm)；

δ1——連桿補(bǔ)償(mm)；

δ2——曲柄補(bǔ)償(mm)；

4.7 連桿補(bǔ)償

式4-9

δ1——連桿補(bǔ)償(mm)；

δ——曲柄和連桿的總補(bǔ)償(mm)；

B——長度比例(mm)；

式4-10

Ls——連桿實(shí)長(mm)；

L——連桿長(mm)；

δ1——連桿補(bǔ)償(mm)；

4.8 曲柄補(bǔ)償

δ2=δ-δ1

式4-11

δ——曲柄和連桿的總補(bǔ)償(mm)；

δ1——連桿補(bǔ)償(mm)；

δ2——曲柄補(bǔ)償(mm)；

5 結(jié)束語

無碳小車的理論設(shè)計(jì)很重要，但不能過分追求無法定量計(jì)算的準(zhǔn)確性，更應(yīng)該強(qiáng)調(diào)適用性。再好的設(shè)計(jì)也必須要考慮能否被制造出來，以及制造精度能否滿足要求。