重力小车说明书

设计题目：无碳小车

设计者：

设计院校：河北农业大学

一、设计要求：

依靠一重1kg的重物自其重心距支撑架底端0.5m处自由下落所提供的5J势能作为源动力，要求用纯机械的方式使小车完成定距避障前进的行为，小车应为三轮结构。

二、小车前进路径分析：

整定小车走S行路线，路径如图1。

桩间距为700，设定安全距离为40，则：

（R-125）2+350 2=R2

可求得R=552.5 α=78.62°。

从而求得路径弧长度为：2πR××2=1516.26

设定大轮直径为250，则

1516.26÷250π=1.93

可得传动比为1.93:1 齿数48，25

则传动齿轮分度圆直径分别为48，25。

齿顶圆直径分别为50.27模数是1。

设绕桩数为25，则后轮需转圈数n=24.13。

轴线轮直径d=5.277mm，取轴线轮直径为5.25mm。

通过上述计算，得出不同桩距下的齿轮传动比与转向角度数值如表1所示。

表1不同桩距下的齿轮传动比与转向角度数值

三、小车的整体设计:

图2

如图2由上面的对小车运动的路径分析可知小车车身的最宽处不应大于202.5mm，实际上小车在避障过程中不应与障碍物发生碰撞，故应留出一定的安全距离确保小车的运动过程中由于各种误差所导致的小车的实际运动不会与障碍物发生接触。故小车车身的最宽处设计极限是202.5mm，实际设计尺寸是后轮组的宽度为155mm，满足设计要求。

为承载外形尺寸为50×65 mm的实心圆柱型钢制质量块作为载荷和用作能量来源的重物（￠50×65 mm，普通碳钢）。车体的长度应>60mm（可以使两物体叠加减少车体的长度，但会增加车体的高度，造成重心上移，稳定性下降，尤其是在转弯处），实际设计尺寸为前后轮之间的长度为153mm。

四、齿轮传动转向设计

小车的转向设计为由驱动轮（后轮）控制转向轮（前轮）如图3所示。具体如下：

图3 图4

重物下落，主动线轴转动，带动主动轴、后轮以及主动齿轮1转动，使得介齿轮2和从动齿轮3转动。从动轴另一端的曲柄圆盘4转动推动直线滑轨6前后移动，通过滑块机构7完成前轮8往复转动。

五、创新点

（1）超越离合器—差速机构

主动轴与两后轮之间采用超越离合器装配方式。当小车转弯时，后轮内侧转动速度慢，外侧转动速度快，这是使内侧超越离合器锁定，外侧超越离合器完成超越，以此实现两轮之间差速功能。使小车在行进过程中始终以内侧轮为动力轮，相对单轮驱动增加行驶距离。

（2）超越离合器—缠线机构

如图4所示，在从动线轮2与线轮轴4之间使用超越离合器3。重物下降时，超越离合器锁定，拉动小车前进。缠线时使得从动线轮固定，反向旋转线轮轴，超越离合器超越，实现超越功能。

图4

（3）介齿轮

由于在变桩距时，需要调换从动齿轮。若完成主从齿轮顺利啮合，需调整主从齿轮中心距。现在两齿轮之间增加可调介齿轮，从而实现在主从齿轮中心位置相对不变情况下的顺利啮合。

（4）转向轴微调整装置

通过调整螺钉对调整片和调整架之间的角度进行调整，实现了转向滑槽与前轮角度的微调整，避免了由于制造精度的对小车转向带来的微小误差。