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第二届全国大学生工程训练综合能力

竞赛

无碳小车设计说明书

参赛者:王金卫

指导老师：刘吉兆 陈丰峰

2011-1-16

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摘要

第二届全国大学生工程训练综合能力竞赛命题主题为“无碳小车”。在设计小车过程中特别注重设计的方法，力求通过对命题的分析得到清晰开阔的设计思路；作品的设计做到有系统性规范性和创新性；设计过程中综合考虑材料 、加工 、制造成本等给方面因素。我们借鉴了参数化设计 、优化设计 、系统设计等现代设计发发明理论方法；采用了MATLAB、PROE等软件辅助设计。

我们把小车的设计分为三个阶段：方案设计、技术设计、制作调试。通过每一阶段的深入分析、层层把关，是我们的设计尽可能向最优设计靠拢。

方案设计阶段根据小车功能要求我们根据机器的构成（原动机构、传动机构、执行机构、控制部分、辅助部分）把小车分为车架 、原动机构 、传动机构 、转向机构 、行走机构 、微调机构六个模块，进行模块化设计.使其每个零件或结构件具有平衡性已达到减小摩擦.提高校车整体平衡的目的。分别针对每一个模块进行多方案设计，通过综合对比选择出最优的方案组合。我们的方案为：车架采用三角底板式、原动机构采用了锥形轴、传动机构采用齿轮或没有该机构、转向机构采用四连杆机构、行走机构采用单轮驱动实现差速、微调机构采用微调螺母螺杆。其中转向机构利用了调心轴承、关节轴承.圆锥滚子轴承。

技术设计阶段我们先对方案建立数学模型进行理论分析，借助MATLAB分别进行了能耗规律分析、运动学分析、动力学分析、灵敏度分析。进而得出了小车的具体参数，和运动规律。接着应用PROE软件进行了小车的实体建模和部分运动仿真。在实体建模的基础上对每一个零件进行了详细的设计，综合考虑零件材料性能、加工工艺、成本等。

小车大多的零件是标准件、可以购买，同时除部分要求加工精度高的部分需要特殊加工外，大多数都可以通过手工加工出来。对于塑料会采用自制的‘电锯’切割。因为小车受力都不大，因此大量采用胶接，简化零件及零件装配。

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调试过程会通过微调等方式改变小车的参数进行试验，在试验的基础上验证小车的运动规律同时确定小车最优的参数。

关键字：无碳小车 参数化设计 软件辅助设计 微调机构 灵敏度分析

目录

摘要 ...................................................................................................................... 2 一 绪论.................................................................................................................. 5

1.1本届竞赛命题主题.................................................................................. 5 1.2小车功能设计要求.................................................................................. 5 1.3小车整体设计要求.................................................................................. 6 1.4小车的设计方法...................................................................................... 6 二 方案设计.......................................................................................................... 7

2.1车架........................................................................................................ 10 2.2原动机构................................................................................................ 10 2.3传动机构................................................................................................ 11 2.4转向机构................................................................................................ 12 2.5行走机构................................................................................................ 14 2.6微调机构................................................................................................ 15 三 技术设计...................................................................................................... 16

3.1建立数学模型及参数确定.................................................................... 17

3.1.1能耗规律模型............................................................................. 17 3.1.2运动学分析模型......................................................................... 19 3.1.3动力学分析模型......................................................................... 24 3.1.4灵敏度分析模型......................................................................... 26

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