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基于凸轮转向的S型无碳小车的结构设计

作者：李祥光 刘义才 文春海 李洲 来源：《科技风》2017年第18期

摘要：为对凸轮式S型无碳小车进行结构设计，使其按照预设轨迹运行。首先通过计算确定所需轨迹的振幅和偏转角的数值，并采用SOILDWORKS在确定数值情况下对无碳小车各机构零部件进行参数化建模、部件受力分析及全部零件的装配模拟，然后将实际轨迹与预设轨迹进行误差分析，对各部件进行优化处理，使其更加符合预设轨迹。通过对制作的实物模型进行实验，使无碳小车达到行驶轨迹稳定，结构简单轻巧和便于拆装的要求。 关键词：无碳小车；参数化建模；装配模拟；误差分析；轨迹稳定

“无碳”是当今社会发展的趋势，此次全国大学生工程训练综合能力竞赛，以“无碳小车”为主题，基于全国各高校综合性工程训练教学平台来提高大学生的创新意识，实践能力和团队协作精神，对各大高校创新型人才的培养极有意义。

在历届的工程训练大赛中，对于“无碳小车”的机构总是有不同的创新，陈果等使用了了空间曲柄摇杆机构，通过连杆的传递使得水平面上的摇杆前后摆动，与摇杆固定连接的方向轮随之左右摆动从而实现小车转向要求[1]。曹斌等确定了槽轮机构用公式计算迭代和描点成像功能，实现了小车轨迹的仿真和参数的即时修正[2]。季元进等改变了一般齿轮定心啮合为变心啮合导致后轮形成速度差使车体走似简谐波从而达到轨迹要求[3]。本文采用了凸轮结构，通过计算所需要的转角及结构所需行程确定凸轮行程及基圆半径，通过凸轮推杆带动前轮摆动，使小车按预设轨迹运行。 一、设计概述

无碳小车主要由传动机构和转向机构组成，行走的轨迹与车轮主动轮直径、传动比、凸轮行程、车头转向角的大小相关。在小车行进过程中由动力源（砝码）带动的小车下落产生的能量为4J，因此设计过程中齿轮间传动比与主动轮的大小对减小摩擦力有很大的关系，适当的减轻车身重量对减少能量消耗起很大的帮助。设计时考虑零件尺寸时，选用常用标准件能够有效的减少加工时间和节省经费，并且具有可替换性。无碳小车简图如图1。 二、设计进程 （一）底板设计

无碳小车的底板承载所有机构，必须足够坚固才能满足良好的承重性要求，同时要尽量轻便，减少小车整体的重量。因此选定4mm厚的铝合金材料。通过对车身做镂空处理，镂空最小间距为15mm，减轻重量同时保持了良好的受力性。车身宽度对轨迹也有影响，轴距的大小