“8”字循迹无碳小车结构创新设计

张清华

摘 要：笔者主要对无碳小车结构进行设计，主要包括设计思路，特色创新结构设计说明，总体方案展示及总结和体会。

关键词：无碳小车；创新结构；微调

1 设计思路

根据“8”字形路线小车的运动特点，小车转向轮应在一定角左右周期性摆动，根据这一原理我们采用凸轮的形式来实现这一周期性定角摆动，且选择与之相应后轮传动比来满足要求；车架我们采用方形版结构，考虑到节约加工成本，底板重量等因素，我们和加工中心进行联系，使用铝合金材料，采用较为方便的激光切割进行加工；齿轮齿轮传动平稳，传动比精确，工作可靠、效率高、寿命长，使用的功率、速度和尺寸范围大的优点，因此传动方式我们采用齿轮和动滑轮相结合 ；考虑到小车在运动过程中后轮会产生一定的差速，对于差速的处理，本设计采用单轮驱动。由于驱动轮越大，滚阻系数越小，行走距离远，因此选择较大的轮驱动车体。

2 特色创新结构设计说明

我们对无碳小车进行结构设计，要保证小车能稳定的进行8字行走，我们要保证各机构设计精确可靠，由于采用凸轮结构实现转向功能，则对凸轮形状的设计必须考虑周全。另外微调机构在保证平稳前行过程中也起到极为关键的作用。考虑到加工难度及成本，设计了单轮驱动。栓线处为梯形原动轮。起始时，原动轮的转动半径较大，起动转矩大，有利起动。其次，起动后，原动轮的半径变小，转速提高，转矩变小，和阻力平衡后作匀速运动。原动轮的半径变小，使总转速比提高。下面主要对小车凸轮设计以及微调机构设计进行说明。

2.1 凸轮设计

首先我们根据小车行走的8字轨迹形状进行凸轮的理论形状设计，如图1所示，考虑到实际加工出来的凸轮有一定的厚度，必将导致用理论形状加工出来的凸轮形状所走出来的轨迹与实际轨迹存在误差，我们通过分析，将加工出来的凸轮形状作为初步大致凸轮，然后采用调试掌握相关规律，将因凸轮厚度引起的误差采用手动磨削的方式减小到最小，反复实验，最后得到滿意的凸轮形状。

2.2 微调机构设计

由于前面确定了转向采用凸轮机构换向方案，为了提高准确度，适应性，因此就必须加上微调机构，对误差进行修正。微调机构可以采用下面两种方式

（1）凸轮轴向可移动一微小位移，从而调整凸轮与推杆接触点的位置，来调节八字大小，如图2为本文所设计凸轮微调装置。

（2）前轮底实现一定距离的前后移动，如图3所示为本设计前轮微调机构。

3 总体方案展示及总结体会

图4为本设计的总体装配图，在本次设计过程中，通过对所学机械设计知识的实际应用，我们对机构的运行原理和运动轨迹 线有了更深层次的了解。我们借助计算机辅助绘图、建模、进行分析等，对 CAD 、SolidWorks 等软件有了更进一步的掌握和体会。

参考文献：

[1]孙桓，陈作模，葛文杰.机械原理（第七版）[M].北京：高等教育出版社，2006.

[2]邱宣怀.机械设计（第四版）[M].北京：高等教育出版社，1997.

[3]李洲，王洪，李亚光.“无碳小车 ”的机械原理及应用.大学科普，2011.