无碳越障小车设计说明书 - 图文

攀枝花学院

Panzhihua University

本科毕业设计

无碳越障小车设计

题 目： 无碳越障小车设计 学生姓名： 谭晓波 学 号： 201010601154 院 （系）： 机械工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化

班 级： 2010级机械设计制造及其自动化4班

指导教师： 杨涛 职 称： 实验师

二零一四年五月

攀枝花学院本科毕业设计（论文） 摘要

摘 要

目前全球经济飞速发展，带来环境问题愈发明显，传统能源逐渐衰竭，鉴于此无碳小车的研制具有十分重要的意义。针对题目要求拟定了无碳越障小车的总体设计方案，通过计算分析完成了无碳越障小车的结构设计，绘制了装配图和部分主要零件图，通过pro/E模拟仿真验证了预定功能，并制作出了实体样机，通过实体样机的演示达到了规定功能。

关键词：无碳越障小车；环保；机械设计

I

攀枝花学院本科毕业设计（论文） Abstract

Abstract

Nowadays, the global economy developing rapidly ,brings increasingly obvious environment problems and the traditional energy is going to failure gradually. So the development of carbon-free car is great significance. Studying out the scheme design based on the requirments if this subject, finishing the physical design of the carbon-free car by computational analysis, drawing the assembly drawing and part of the main parts drawing, vertify the reservation function by pro/E’s simulation and making the physical prototype, finally reached the required function by the entity prototype presentation.

Key words ：carbon-free car; environmental protection ;machine design

II

攀枝花学院本科毕业设计（论文） 目录

目 录

摘 要 .............................................................................................................................................................. I Abstract ......................................................................................................................................................... II 目 录 ...........................................................................................................................................................III 1 绪论 ............................................................................................................................................................. 1

1.1 国内的研究现状及发展趋势 ........................................................................................................ 1 1.2 课题的基本内容及研究意义 ........................................................................................................ 2 1.3 本课题拟采用的研究手段 ............................................................................................................ 3 2 无碳越障小车设计 ..................................................................................................................................... 4

2.1 任务分析 ....................................................................................................................................... 4 2.2 无碳越障小车总体方案设计 ....................................................................................................... 4 2.3 原动机构的设计 ........................................................................................................................... 6

2.3.1 滑轮的设计 ......................................................................................................................... 6 2.3.2 绕绳轮的设计 ..................................................................................................................... 8 2.3.3 重物支撑架的设计 ............................................................................................................. 8 2.4 传动机构的设计 ............................................................................................................................ 9

2.4.1 齿轮的设计 ......................................................................................................................... 9 2.4.2 传动轴的设计 ................................................................................................................... 11 2.5 导向机构的设计 .......................................................................................................................... 11 2.6 行走机构的设计 .......................................................................................................................... 13

2.6.1 行走机构方案的选择 ....................................................................................................... 13 2.6.2 后轮尺寸的计算 ............................................................................................................... 14 2.7 微调机构的选择 .......................................................................................................................... 15 2.8 无碳越障小车的总体设计 .......................................................................................................... 16 2.9 无碳越障小车部分零件设计 ...................................................................................................... 17

2.9.1 无碳越障小车的底板设计 ............................................................................................... 17 2.9.2 无碳越障小车支架的设计 ............................................................................................... 18

3 无碳越障小车的制作 ............................................................................................................................. 19

3.1 三维模型的建立与运动仿真 ...................................................................................................... 19 3.2 部分零件的工艺 .......................................................................................................................... 20

3.2.1 前轮叉架的工艺 ............................................................................................................... 21 3.2.2 前轮的工艺 ....................................................................................................................... 22 3.3 无碳越障小车的装配与调试 ...................................................................................................... 22 4 课题的成果及创新 ................................................................................................................................. 24

4.1 课题的成果 .................................................................................................................................. 24 4.2 课题的创新 .................................................................................................................................. 24 结论 ............................................................................................................................................................... 25 参考文献 ....................................................................................................................................................... 26 附录 ............................................................................................................................................................... 27 致谢 ............................................................................................................................................................... 32

III

攀枝花学院本科毕业设计（论文） 1 绪论

1 绪论

1.1 国内的研究现状及发展趋势

无碳越障小车是工程训练综合能力竞赛的题目。如表1所示是第三届工程训练综合能力竞赛中“S”型的小车全国前二十名。[1]

表1 第三届工程综合能力训练竞赛排名

项目I参赛队 上海大学 西南石油大学 河南理工大学 山东理工大学 太原理工大学 安徽工程大学 北京理工大学 天津职业技术师范大学 哈尔滨工业大学 华北电力大学 桂林电子科技大学 河南科技大学 重庆大学城市科技学院 厦门大学 北京航空航天大学 福州大学 上海工程技术大学 湖南工程学院 江西理工大学 沈阳建筑大学 队号 14 06 38 27 46 41 45 02 32 09 37 42 29 33 36 01 22 35 39 05 总名次 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 他们的车大致由车架 、原动机构 、传动机构 、转向机构 、行走机构 、微调机构六个模块组成。从六个部件分别对他们的小车进行了分析得出如下结论：

（1）车架材料都是选用密度比较小的硬质材料（有机玻璃、硬铝等）。 （2）原动机构都是通过滑轮悬挂，不过有些小车的滑轮很大而且挂重物的线绳还在滑轮上绕有一定的圈数（我猜想可能是用于控制重物下降的速度，但具体作用还

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是有待验证）。

（3）传动机构都是选用小模数的高传动比一级齿轮组来进行传动。 （4）转向机构有的车用的曲柄连杆机构用球头连杆连接、凸轮机构两种。 （5）行走机构分单轮驱动、双轮驱动。

（6）微调机构有可调曲柄、曲柄盘，主要目的是为了改变曲柄的长度来改变小车转向的角度从而达到适应不同场地不同障碍物的而要求。

由于小车是纯机械机构控制所以对零件的加工精度和装配精度要求非常高，而这些学校能够跑出如此好的成绩很大程度上要归功于精密的加工。另外，机构的正确选用和长时间的调试也和他们的成功息息相关。

由于竞赛要求不断地提高，比赛中使用的无碳越障小车将越来越趋向于结构简单，调试方便，稳定性高，质量轻，加工精度高的方向发展。新材料的使用以及新型加工技术的应用，使无碳越障小车可以准确地绕过更多的障碍物同时前进更远的距离。但是随着加工精度的提高，小车的制作成本也会相应的提高，所以我们应该在成绩和成本中间寻找一个平衡点。

1.2 课题的基本内容及研究意义

目前全球经济飞速发展，带来环境问题愈发明显，传统能源逐渐衰竭。鉴于我国持续高速增长的GDP在环境保护、人类健康和工程安全方面，受到由于不稳定经济发展带来的潜在威胁，我国迫切需要将新能源的寻找和利用、工业发展无碳驱动的新时代课题引入现阶段的社会进步中。无碳小车的研制，具有经济、环保、便利等优点，有助于我们找到更为环保绿色的能源，有利的能量转化途径，以及提高能量的利用效率。它将对传统能源的逐渐取代有一定的意义。因此我们设计制作无碳小车，希望可以找到新的方法来缓解能源和环保问题。

图1.1： 无碳小车示意图

本次毕业设计题目为“无碳越障小车”。该题目为全国第三届大学生工程训练综合能力竞赛题目，无碳越障小车前进的动力直接由重物下落过程中减少的重力势能提供，

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攀枝花学院本科毕业设计（论文） 1 绪论

只通过重力势能与机械能的能量转换，使得小车实现前进、转向和调节。无碳越障小车行驶的路线近似于正弦曲线，呈周期性变化，而且障碍物的间距在900mm~1100mm之间可调。

设计一种小车，驱动其行走及转向的能量是根据能量转换原理，由给定重力势能转换来的。给定重力势能为4焦耳（取g=10m/s2），竞赛时统一用质量为1Kg的重块（￠50×65 mm，普通碳钢）铅垂下降来获得，落差400±2mm，重块落下后，须被小车承载并同小车一起运动，不允许从小车上掉落。图1.1为小车示意图。

要求小车为三轮结构，具体设计、材料选用及加工制作均由学生自主完成。小车在前行时能够自动交错绕过赛道上设置的障碍物。障碍物为直径20mm、高200mm的多个圆棒，障碍物沿直线等距离摆放。以小车前行的距离和成功绕障数量来综合评定成绩。见图1.2。

图1.2： 无碳小车在重力势能作用下自动行走示意图

要求经过一定的前期准备后，在完成一套符合本命题要求的可运行装置，并进行现场竞争性运行考核。设计的作品要提交相关的设计、工艺、成本分析和工程管理报告。小车设计过程中需要完成：机械设计、工艺方案设计、经济成本分析和工程管理方案设计。命题中的工程管理能力项要求综合考虑材料、加工、制造成本等各方面因素，提出合理的工程规划。设计能力项要求对参赛作品的设计具有创新性和规范性。命题中的制造工艺能力项以要求综合运用加工制造工艺知识的能力为主。

1.3 本课题拟采用的研究手段

技术设计阶段我们先对方案进行了分析，综合运用了运动学、动力学、能量学以及机械设计等分析。首先把小车分为车架 、原动机构 、传动机构 、转向机构 、行走机构 、微调机构六个部分分别进行设计。通过对小车的功能分析小车需要完成将重力势能转换为机械能的功能，完成自动行走及自行避开障碍物等动作。

在选择方案时应综合考虑功能、材料、加工、制造成本等各方面的客观因素，同时应当尽量避免直接决策，减少决策时的主观因素，这样才能够使得选择的方案能够综合最优。

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攀枝花学院本科毕业设计（论文） 2 无碳越障小车方案设计

2 无碳越障小车设计

2.1 任务分析

“无碳越障小车，顾名思义，意思就是能以S形轨迹绕过一排间距可调的障碍物并且能节约能源的小车。难点在于转向机构的设计，如何才能让小车在900mm~1100mm的范围内的实现精确可调，是亟待解决的问题。

根据对题目分析，可以知道无碳小车的设计重点和难点是如何将重物的势能转换为机械能并驱动小车行走的距离最长和小车前行时如何避开道路上设置的障碍物。其设计思路为：查阅相关资料，进行市场调研，写出调研分析报告，拟定将给定重物的势能转换为机械能的结构和小车自动避障的机构，确定小车一个周期行进的路线和长度，确定后轮尺寸和前后轮的传动比，传动机构设计，小车车架总体结构设计，小车各零件的设计（包括材料和结构），主要零件配合部分尺寸及公差的确定、形状、位置的确定。

2.2 无碳越障小车总体方案设计

要求小车行走过程中完成所有动作所需的能量均由此重力势能转换获得，不可使用任何其他的能量来源。通过查阅资料和市场调研，我们初步确定了3种方案。

（1） 重物下落时，小车不行走，将重物的重力势能转换为弹性势能储存在发条中，重物静止后发条释放能量驱动小车行走。这是参照市场上大多数玩具车能量储存的方式。但是存在的问题是小车的速度难于控制，同时必须考虑重物静止后如何触发发条带动小车行走（的机构）机构的设计，同时在能量转换的过程中会有可能会损失更多的能量。

（2）重物下落时，小车向前行走，利用飞轮储存能量。重物静止后，飞轮释放能量可继续带动小车行走一段距离。这是参照火车轮子的储能原理。存在的问题是：由于设计了直径大且重的飞轮，所以小车开始启动时所需要的启动力矩较大，能量消耗大。同时要增加一个零件，会增大成本。

（3）重物下落时，直接带动小车行走，结构简单，加工方便，成本也较低。所以综合考虑最终确定采用第3种方案。绕在小车轴上线的一端通过定滑轮连接在重物上，重物下落直接通过绳子带动小车前行。为了避免重物下落时因为小车的行走而摆动，影响小车行进的轨迹，甚至使小车倾翻，因此在小车上设计了阻止小车摆动的3根竖杆，3根竖杆由套圈固定，杆与下落重物圆周相切，形成一个圆柱形状，使之下落稳定。 要求小车具有转向控制机构，且此转向控制机构具有可调节功能，以适应放有不同间距障碍物的场地。

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图1.3 间距为900mm的余弦曲线

图1.4 间距为1000mm的余弦曲线

图1.5 间距为1100mm的余弦曲线

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通过对毕业设计的题目分析可知小车的前进路线，我们可以将它近似地看成余弦函数

y?Acos?x

其中A为振幅，ω为频率。函数的图像就类似于小车前进的路线，如图1.3,1.4,1.5为障碍物间距不同时对应的函数图像。

由于小车要适应不同距离的障碍物的场地，所以函数的周期是变化的，因此对应的函数图像也是不同的。由MATLAB可以算出不同间距时对应的轨迹的振幅及周期长度，作出间距变化对应距离表1.1。

表1.1为小车在障碍物取不同间距时在场地上行走时对应的实际前进的距离。通过分析表1.1中的数据可取小车行走一个周期的距离S约为2800mm，以保证当障碍物间距在900-1100mm 范围内时，通过调节导向机构我们可以使小车能够准确的绕过障碍物。

表1.1 不同间距对应的余弦函数图像长度

图1.3,1.4,1.5为当小车场地的障碍物取不同的间距时小车行走一个周期所经过的路程的轨迹。为了保证小车顺利的绕过障碍物，并且尽可能的前进更远的路程，通过表1.1我们可以确定小车的起始位置，即距离中线300mm～500mm的范围内，以满足小车越障要求。

2.3 原动机构的设计

2.3.1 滑轮的设计

小车的原动机构采用滑轮悬挂，其上挂有一根伸缩性较小棉线，在棉线的一端挂有一重块，另一端则缠绕在小车驱动轴的绕线筒上，中间悬挂在支撑架上的滑轮上。当重块下落时通过棉线拉动动滑轮转动，带动绕线筒旋转，以此通过传动机构驱动小车后轮旋转，驱动小车向前行驶。

带轮设计成锥形，在起始时原动轮的转动半径较大，起动转矩大，有利起动。起动后，原动轮半径变小，转速提高，转矩变小，和阻力平衡后小车匀速运动。当物块距小车很近时，原动轮的半径再次变小，绳子的拉力不足以使原动轮匀速转动，但是由于物块的惯性，仍会减速下降，原动轮的半径变小，总转速比提高，小车缓慢减速，

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直到停止，物块停止下落，正好接触小车。

小车上的定滑轮由3根直径为6mm的碳钢丝杆支撑，将提供能量的重物通过定滑轮悬挂在有效高度为400±2mm的重物支撑架上使其自由落下，为小车前进提供能量。同时保证重物在下落的过程中不会晃动。

图2.1 不同力臂时力矩示意图

由于质量为1Kg的重块（￠50×65 mm，普通碳钢）通过棉线绕过定滑轮转动时，在定滑轮上形成一个驱动力矩M，原理如图2.1所示。由公式：

M?FR

可知滑轮半径（动力臂）越大，形成的驱动力矩就越大。根据这个结论，我们可以在保证车身长度一定的前提下，把定滑轮的半径尽可能的取得大的值。

图2.2 小车的滑轮

为保证重物在下落过程中保持匀速，在滑轮上绕棉线时，在滑轮上多绕几圈，这样可以有效减慢重物下降的速度，提高能量的利用率。图2.2为滑轮的三维模型。

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2.3.2 绕绳轮的设计

驱动机构的作用是将重块的重力势能转化为小车的驱动力。在我们所学过得架构中能实现这一功能的方案有多种，就效率和简洁性来看绳轮最优。小车对绕绳轮还有其它的具体要求。

（1）驱动力要适中，这样才不至于在小车拐弯时速度过大发生倾翻，或者是重块晃动厉害影响小车的行走。

（2）应该使重物块的动能尽可能的转化到驱动无碳小车的前进上，但是如果重物块在竖直方向上的速度比较大，重物本身就会还有较多动能未释放，这样的后果就是能量利用率不高。所以我们要控制重物下落的速度。

（3）到小车在到达终点前重块在竖直方向上的速度要尽可能小，这样能够避免发生碰撞而造成损失能量。

（4）由于不同的场地对轮子的摩擦不一样，在不同的场地上面无碳小车小车是需要的驱动力也不一样的。因此在调试的时候也不知道需要多大的驱动力才能恰到好处。因此驱动机构还需要能根据不同的需要调整其驱动力。

（5）机构简单，效率高。绕绳轮设计有大直径轮，便于小车启动，重物下落时，直接带动小车轴转动，从而带动小车前进，这种方法很易实现，又方便制作。也可以通过调整使小车的速度平缓的前进，同时也方便转向。

同时为了防止重物因转向等的原因摇摆导致小车倒翻，在重物下落垂直上用丝杆固定重物下落轨迹。传动机构上我们设置的传动比是1:6，这样能使重物下落相同高度能有更远的行驶路程。因为整体小车摩擦很小，所以我们的绕线部分直接缠绕在直径10mm的绕绳轮上使小车达到更远的行驶路程。绕线轮模型如图2.3。

图2.3 小车绕绳轮模型

2.3.3 重物支撑架的设计

重物支撑架的作用是固定滑轮，悬挂重物的支架。重物支撑架的设计包括两个部分：重物支撑杆和重物支撑架。

重物支撑杆支架采用3根M5的碳钢丝杆成等边三角形分布，可以防止重物在下

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降的过程中晃动。支撑杆的长度为450mm。

重物支撑架采用硬铝制成，要求三个孔的相对位置要完全和地板上的三个孔的位置匹配，不然重物支撑杆就会倾斜，影响小车的正常运行。重物支撑板的三个空的直径为6mm，通过螺母在重物支撑杆上固定。支撑架上有两个5mm的孔，用于滑轮的轴的径象定位。重物支撑板的结构如图2.4。

图2.4 重物支撑架

2.4 传动机构的设计

2.4.1 齿轮的设计

传动机构的功能是把动力和运动传递到转向机构和驱动轮上。常用的传动方式包括：齿轮传动、链传动、带传动、蜗杆涡轮传动。由表2.2的各种传动方式的优缺点比较，我们选择一级齿轮组传动作为无碳越障小车的传动机构。选择一级齿轮组可以避免二级齿轮传动带来的较大的阻力和较大的传动误差。

图2.5 齿轮的三维模型

为了使小车前行距离远，理论上后轮的直径越大越好，但后轮太大，启动时所需力矩较大且消耗的能量也大。按照传动比的选择原则，同时考虑到小车在行驶时要求传动

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比准确和加工工艺性，将传动比初步确定为1：6，大齿轮齿数为96，小齿轮齿数为16。即带轮转一圈车轮转6圈，较大的传动比和后轮直径可以使小车前进更远的距离。

表2.1 齿轮参数 序号 大齿轮 小齿轮 模数 0.75 0.75 齿数 96 16 中心孔/mm 20 6 分度圆直径/mm 72 12 厚度/mm 3 5 为了减轻小车的重量，将大齿轮确定为3mm厚的片齿轮，质量为硬铝。选择小模数齿轮可以有效的减小小车前进时的阻力， 模数太小又会增加制造难度、加工成本和齿轮的使用寿命。所以，将齿轮的模数确定为0.75。齿轮通过轴套与轴配合，这样可以保证齿轮的轴向和径向定位。考虑到现有的加工能力，齿轮采用线切割机床进行加工。表2.2为选择的一对齿轮参数，图2.5齿轮的三维模型。

表2.2 各种传动方式的优缺点

传动方式 优点 缺点 齿轮传动平稳，传动比精要求较高的制造和安装精确，工作可靠、效率高、寿命长，度，成本较高；不适宜远距离两使用的功率、速度和尺寸范围轴之间传动 大。 和齿轮传动比较,它可以在两轴中心相距较远的情况下传递运动和动力;能在低速、重载和高温条件下及灰土飞扬的不良环境中工作;和带传动比较,它能保证准确的平均传动比,传递功率较大,且作用在轴和轴承上的力较小;传递效率较高,一般可达0.95～0.97 结构简单,适用于两轴中心距较大的传动场合;传动平稳无噪声,能缓冲、吸振;过载时带将会在带轮上打滑,可防止薄弱零部件损坏,起到安全保护作用 链条的铰链磨损后,使得节距变大造成脱落现象;安装和维修要求较高.链轮材料一般是结构钢等 齿轮传动 链传动 带传动 不能保证精确的传动比；带轮材料一般是铸铁等；质量较大 蜗杆涡轮传动 有比较大的传动比，非常紧传动摩擦损失比较大，效率凑的结构；传动平稳；噪声小； 也很低，不适合传递大功率和长 能够自锁； 期连续工作；成本比较大；蜗杆传动置适用传动比大；传递功率低得机械上

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2.4.2 传动轴的设计

由于小车是一级齿轮组传动，曲柄连杆摇杆机构导向，所以我们只需要两根传动轴，这样既减轻了小车的质量又减小了传动误差。两根传动轴的材料选用硬铝，采用阶梯轴的方式对轴上零件进行轴向定位，另外利用轴套对齿轮，绕绳轮，曲柄盘和后轮进行径向定位。

图2.6 轴上零件的布置

两根传动轴的中心距a的计算

a?m(z1?z2)0.75?(96?16)??42

22小车轴上零件的布置如图2.6所示。

2.5 导向机构的设计

导向机构的选择是无碳小车设计的关键部分，这直接决定着无碳小车的使用功能。导向机构的结构也同样需要尽可能的减少摩擦和耗能，机构结构必须要简单，零

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轮轴的直径不能太大，否则转向不灵活，累积周期性转向的位移差，对小车起动的横向偏移位置影响很大。在后轮轴前方，固定了两个平行四边形的有机玻璃板（用来横置齿轮轴），整个车身形状似鱼，且结构简单、轻巧灵活。其结构原理图如图2.8所示。

2.9 无碳越障小车部分零件设计

小车零件总体来说结构要简单易于加工。零件我们基本用铝件，这样不仅质量较轻，而且硬度高，刚性好。前后轮材料为有机玻璃。小车各零件的设计，涉及到结构、形状大小与相对位置尺寸，要求结构简单紧凑，加工难度适中，易于装拆，材料购买方便，成本较低。相关零件的设计如下：

（1）本组小车车身、支架上端的定滑轮、承重支座均采用铝板，材料轻便、强度足够，车身的形状大小不规则，采用整体降低重心、前轮相对地面位置抬高的方法，合理分配重心，避免小车前进过程中由于摩擦力过大、转向打滑、加速度过快等原因造成的翻车。

（2）支架采用M5的碳钢丝杆，上端是固定定滑轮的铝架，定滑轮为铝制品。 （3）前后轮由有机玻璃制成，其拉伸强度、耐磨性和抗蠕变性都强于一般的材料，摩擦系数较小利于小车实现转向。两后轮间距较小，前轮采用Φ5的轴和轴承相配合。在调试过程中发现，为使小车的转向更灵敏，需要将车轮两侧磨出45度的倒角。

（4）在选择齿轮材料时，主要是考虑齿轮机构所承受的冲击载荷和磨损等问题。采用的硬铝。

（5）转向机构中，使用了一根材料轻便且带螺纹的Φ3铝棒，其前端为一空间关节轴承。

（6）小车前轮与轴为了减少摩擦，相互之间安装轴承，前轮与轴的配合为过盈配合，后轮与轴采用过盈配合。

（7）小车的车轮采用轴套与轴连接，增大了车轮与轴的接触面积，见笑了车轮的晃动。

2.9.1 无碳越障小车的底板设计

小车所有零部件均以底盘为基础进行装配，主要采用螺钉或螺栓连接，这样可以方便拆卸和调整，部分零件为了便于定位，采用了螺钉锁紧的方法。为了降低摩擦提高旋转精度，小车前轮叉架、前轴、后轮轴以及滑轮上均装有球轴承，轴承与支撑零件均采用过盈配合。小车的底板设计成流线型，流线美观外形，有侧翼，可以包络前轮和后轮，避免小车撞杆时被卡住。小车的底板由7.6mm有机玻璃制成，底板上面有部分镂空，让无碳越障小车外观更好看的同时可以减轻小车质量。图2.9为小车底板

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攀枝花学院本科毕业设计（论文） 2 无碳越障小车方案设计

模型。

图2.9 小车底板模型

2.9.2 无碳越障小车支架的设计

小车的支架包括前轮支架和后轮支架，我们都采用有机玻璃制造，支架与底板的连接采用螺钉连接，方便拆卸。由于右边的轴承在同一条直线上，所以我们设计两种支架。支架的结构设计成如图2.10所示的形状，凸出的部分可以增加支架与底板的接粗面积以增加支架的稳定性。支架的孔与轴承的配合采用基轴制过盈配合。

图2.10 两种形状的支架

右边的支架将钱轴和后轴的轴承固定在一条直线上，装配时以右边的叉架为基准装配，设计的时候也以右边的叉架为基准，这样可以减少装配过程中前轴后轴上各个零件之间的轴向误差。

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攀枝花学院本科毕业设计（论文） 3 无碳越障小车的制作

3 无碳越障小车的制作

3.1 三维模型的建立与运动仿真

图3.1 小车三维模型展示

三维建模就是通过使用具有三维建模功能的软件，对已经设计好尺寸的零件进行虚拟模型的制作以及对机器各个零部件之间进行装配。通过三维建模可以使我们直观的了解零件的外形以及机器内部零件与零件之间的关系。

建立三维模型可以让我们更直观的看到小车的实际结构，以及各个零件之间的装配关系和各个零件之间的装配关系，另外能够让我们检查零件分布是否合理和小车整体布局是够合理，让我们在制作小车的过程中有一个参照。接下来我们通过使用proe建立小车的三维模型，确定了装配关系，并生成零件图，为我们接下来制作无碳越障小车做好了准备。

使用pro/E对小车进行三维建模，类似于对无碳小车的虚拟加工，这就要求我们要充分考虑无碳小车零件的结构是否合理，零件加工的难易程度。另外还要考虑所涉设计的结构是否利于装配，零件与零件之间是否有干涉，零件之间的位置尺寸是否合理。这样的可以减段设计的周期，如果有不合理的地方，方便我们对方案的更改。有利于设计出结构更加合理的小车。

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攀枝花学院本科毕业设计（论文） 3 无碳越障小车的制作

图3.2 小车三维模型展示

小车的运动仿真可以验证我们对小车结构的设计以及各个部分机构的选择是否正确。小车的通过第二章对小车的整体以及各个部分的设计，我们已经有了无碳小车的各个部分的参数。并进行了了运动仿真，对我们的设计进行了验证。结果是我们的机构选用以及对小车的机构设计是可行合理的。。

通过以上设计，我们成功地建立的小车的三维模型，并进行了结构合理性的修改，同时进行了运动仿真。录制了运动仿真的视频，以帮助了解小车的运动方式和运动规律。三维建模既可以增加我们对软件使用的熟练程度，又可以让我们学习到更多的深层次的功能。小车的三维模型如图3.1，3.2所示。

3.2 部分零件的工艺

大部分零件都是由我们自己加工，共使用了数铣、激光雕刻、线切割、数车、普车、钳工7大工种，其中，数控车床、数控铣床、普通车床加工（后轮轴、齿轮轴、前叉、齿轮套筒、后轮套筒、绕线筒），线切割加工（大齿轮、小齿轮），激光雕刻加工（底板、前后支座等各类有机玻璃零件），钳工车间装配（钻孔、攻丝、组装）。

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攀枝花学院本科毕业设计（论文） 3 无碳越障小车的制作

3.2.1 前轮叉架的工艺

图3.3 前轮叉架零件图

前轮叉架是与转向龙头，连杆，曲柄盘一起构成周期转向机构。要求有： （1）必须具有对称性在装上前轮后要求轮子不会歪，且恰好处于前叉叉架的中心位置因此对前叉用了两个对称度进行约束。

（2）前叉上装配有轴承，与轴承约束的圆柱面，采用基孔制的过度配合，轴的精度为IT6。

（3）Φ5的轴端与转向横梁配合，一般钻孔时孔都会比钻头大一些，所以这里采用基轴制精度为IT7。

(4)为保证便于拆装，槽口处粗糙不宜太大，所以Ra=0.8。

根据前叉的结构特点和技术要求，多数表面的加工都选择外圆和端面作为定位基准。这样选择的优点是基准统一，而且大多数表面的定位基准与设计基准重合，可以避免基准不重合误差，有利于保证加工精度。图3.3为前轮叉架零件图。

前轮叉架的作用是支撑龙头导向和固定前轮。左边的阶梯轴可以分别对龙头、前轮支撑架进行轴向定位，同轴度要求高。右边的叉架用于对前轮的固定，对称度要求高。对其工艺编排如下：

（1）夹外圆，车端面，车外圆Φ25,长度为80mm。

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附录

附录1：前轮叉架零件图(WTYZXC-A4-01-01)

附录2：后轮轴零件图(WTYZXC-A4-01-02)

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附录3：前轴零件图(WTYZXC-A4-01-03)

附录4：无碳越障小车装配图（WTYZXC-A0-01）

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附录5：无碳越障小车运动仿真视频（无碳越障小车运动仿真）

附录6：无碳越障小车模型

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致谢

通过本次毕业设计，我学到了更多关于产品调研、设计、制作以及到调试过程的知识。这是一个相当繁琐复杂的过程，需要相当的耐心和毅力。只有通过不断设计，不断改进，才能得到科学合理、实际可行的设计方案。小车的制作花费了不少精力，为了制造有些零件，我又学习了几个新机器的使用，以前学过的操作过程也熟悉了许多。我发现了只有实践才能发现问题，解决问题，理论与实践总是有很多差距。其次，本次毕业设计对于提高个人动手能力、综合性思维能力也有莫大帮助，对于今后的学习、工作能力的提高都有很大的帮助，所学到的综合创新实践和科学实验方法是这次毕业设计最大的收获和财富，将终身受益。

时间如白驹过隙，四年的本科学习就要过去了，在论文即将完成之际，我要衷心的感谢所有指导、关心和帮助我的老师、朋友和同学。因为有你们的帮助，这次毕业设计才能顺利完成。首先感谢李国云老师在整个毕业设计过程中的悉心指导，在毕业设计完成的过程中，李老师给了我很多的指导和启发。

与此同时，我还要感谢C区工程实训中心的杨涛老师和金国良老师，在我制作实物的过程中为我提供的帮助。这次毕业设计用到了我在大学四年里学到的很多知识，感谢大学四年里为我传道授业的老师。

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