双八字无碳小车的研究与分析

摘要：根据大学生工程训练综合能力竞赛的要求，本文提出了无碳小车的设计方法。本设计方案最大的特点就是运用不完全齿轮机构来完成间歇运动。本文对双八字无碳小车的设计方案和加工工艺做了详细介绍，并阐述了本作品的创新点——利用四杆机构的急回特性，使小车在所需位置完成快速转向。

关键词：双八字;无碳小车;方案设计

中图分类号：TH122 文献标识码：A 文章编号：1672-1578（2019）06-0282-01

1.方案设计

由于小车行走路线为周期运动，所以设计方案只需要按照一个周期设计即可。传動机构采用齿轮传动，小车前行过程中所需动能由物块下落的重力势能转化提供，根据能量守恒定律，必须尽可能地减少能量损失，而齿轮传动具有传动效率高、传动平稳、能量损失小的优点，故采用齿轮传动。转向机构采用曲柄摇杆机构，而为了使小车满足双8字运动，设计方案以不完全齿轮代替曲柄，目的是使小车既能满足转向所需要的平面四杆机构，又能使其在转向过程中完成间歇运动。小车轨迹如图1所示，可以把小车轨迹近似看成由①到②的圆周运动，由②到③的s形曲线运动。因此，在小车从①运动到②的过程中，不完全齿轮需要达到锁弧位置，使转向机构不动来完成半圆周运动。当锁弧区域完成后，有齿部分控制曲柄转动来驱动前轮转向完成s形曲线运动，同时需要设置微调机构。鉴于竞赛场地的不同间距障碍物需根据抽签随机进行调整，小车的转向控制机构必须具有可调节功能，以适应不同的场地需求。安装完毕，简单调试后，都会在已经确定好了的初始位置处进行试跑，根据运动状态，对小车再一次进行调试，并用量角尺对初始位置和初始角度进行微小调节。

5.对四杆机构急回特性的利用和设计

根据图1，小车从②到③的运动过程中，转向需要一个急回的过程，所以可以利用四杆机构的急回特性来完成迅速转向。下面介绍设计方法：

设已知摇杆的长度CD、摆角ψ及行程速度变化系数设计时，先利用θ=180°（K-1）/（K+1）算出极位夹角B，并根据摇杆长度CD及摆角ψ作出摇杆的两极位CD及C2M⊥CC和∠CCN=90°-θ，CM与CN交于P;再作△PCC的外接圆，则圆弧CPC上任一点A都满足∠CAC=θ，所以固定的铰链A应选在此弧段上[2]。而铰链A具体位置的确定则需要根据小车前轮到曲柄中心的距离、与小车的传动比以及曲柄长度连杆长度有关，均需要根据具体尺寸视情况而定。

2.零件的工艺分析

为了减小能量损失，小车必须质量轻、刚度强。考虑到经济性，小车材料选用6061铝合金材料。因为6061铝合金的主要特点就是重量轻，在满足小车承重能力的同时又不至于导致整车重量过大，以便使其砝码的重力势能更多的转化为小车的动能。起支撑砝码作用的支架选取碳纤维杆，因为这种材料相对光滑，可以使砝码在下落过程中减少摩擦引起的能量损失。后轮选取亚克力板为主要材料，并配置相应的法兰盘使后轮达到轴向固定的作用。

3.工艺路线的拟定和工艺方案的分析

制定工艺路线时必须保证零件要求的尺寸精度和位置精度等，工艺路线要根据生产批量、结构特点、结构工艺性、关键表面的技术要求等因素，按照工序集中原则来拟定。在生产纲领已确定为成批生产的条件下，应首先考虑使用普通机床和通用夹具来降低生产成本。按设计要求，为保证必要的精度，主要采用普通车床、普通铣床加工，加工成本较低[1]。

4.小车出发定位方案

小车的出发定位主要有以下三个方面：一是砝码的初始高度，二是小车出发时的初始位置和初始角度，三是行程间距的比例。这些定位调整必须根据两个桩之间的实际距离来确定，说明如下：

小车的总体桩间距是350±150mm，由于在安装调试阶段已经进行了大量的调整实验，对初始位置和初始角度已经有了一定的掌握，所以每次

6.结语

此方案根据双8字无碳小车的设计要求，对无碳小车作出了结构与设计上的研究和分析，使小车的性能更加完善，对解决一些实际问题很有帮助。

参考文献：

[1]高樾，胡晓珍，赵陆民.工程实训教程[M].成都：电子科技大学出版社，2015.

[2]孙恒，陈作模，葛文杰.机械原理[M].北京：高等教育出版社，2013.

作者简介：何松（1997-），河北秦皇岛人，河北建筑工程学院，机械电子工程专业，本科在读。