刘晓阳 何隆 李禹辰 李宁
摘 要：按照第六届全国大学生工程训练竞赛中双“8”字形无碳小车比赛要求，设计了一种仅由重力驱动的自行小车。针对原无碳小车在运行过程中出现轨迹横移、旋转，突变及不易调节等问题，对原无碳小车的结构进行了分析，并设计了一种新型结构。此无碳小车的新型设计为传统老版无碳小车的改进、调节提供一种新的思路，对相关研究也具有一定的参考价值，此小车在第五届河北省大学生工训竞赛中脱颖而出，取得亚军成绩。
关键词：无碳小车 双“8”字 结构设计 空间四杆
中图分类号：TH112 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2019）06（a）-0064-02
Abstract： According to the requirements of the 6th National College Students Engineering Training Competition， a self-propelled car driven only by gravity was designed. Aiming at the problems of trajectory transverse movement， rotation， mutation and difficult adjustment of the original carbon-free car， the structure of the original carbon-free car was analyzed， and a new structure was designed. The new design of the carbon-free car provides a new idea for the improvement and regulation of the old version of the traditional carbon-free car. It also has a certain reference value for related research. The car stands out in the fifth Hebei University Students'Industrial Training Competition and achieves the runner-up results. The car stands out in the fifth Hebei University Students'Industrial Training Competition and achieves the runner-up results.
Key Words： Carbon-free car; Double "8"; Structural design; Space four bar
笔者针对原无碳小车在初期设计及后期调试工作中出现的结构繁琐、加工难度高、轨迹跑偏、转弯打滑及不易调节等问题，用matlab做小车轨迹初始规划获得前期数据，并应用Creo软件建立一款易加工、组装、调节精确快速的无碳小车模型。
1 特征参数计算
1.1 建立动力系统参数方程式
重物下落距离dh，绕线轴半径为r0，传动比为i12，主动轮半径R，主动轮前进距离ds可由如下式子表示：
ds=R×dh/r0 ×i12
曲柄转过的角度为：dβ=dh/r0。
1.2 建立转向系统参数方程式
对空间四杆机构建立如下空间坐标系，如图1。
求解曲柄r1的输入角β和摇杆c的输出角α之间的关系的数学模型如下式：
简化得
其中
1.3 轨迹拟合
当小车前轮转过c角度时，同时主动轮前进ds，则整车转的角度为：
在总体坐标系中，小车转过的角度为α时，有
将以上方程式输入到matlab中，并将微分关系式转换为差分方程来求解，并绘制相关特征点显示完整轨迹。
2 新型结构方案设计
2.1 总体设计
底盘CNC三轴快速加工，同时在关键部位铣削定位槽，以提高安装精度;转向机构采用空间四桿机构，小车整体设计方案如图2：
2.2 微调机构创新设计
微调机构是针对小车运行方向偏离的调节来设计的，目的是为了减小调节误差，要做到“大调节，小变化”的调节效果。
2.2.1 曲柄微调控制方案
本小车创新性的引用“阿基米德螺旋线“来保证精确微调严格控制曲柄长度。将螺距设置为0.2mm，那么一周回转下来则”阿基米德螺旋线“可实现0.067/s的调节梯度值。
2.2.2 连杆微调控制方案
本方式将连杆与两侧的鱼眼轴承之间分别采用正、反螺纹连接，通过旋进与旋出螺纹来改变连杆长度，实现对小车轨迹的调节。
3 结论
此次设计的双“8”字轨迹无碳小车， 对“8”字循迹无碳小车结构进行详细的设计与分析，其创新点主要体现在转向机构和微调机构上。在此设计期间， 对其结构经过不断的设计与修改、建模与仿真， 后期经过不断的调试和解决了调试中所出现的问题。
参考文献
[1] 李杰，谢良喜，马昭等.无碳小车轨迹模拟及转向机构的优化[J].机械工程师，2015（7）：36-38.
[2] 卞玉帅，陈正强，晁兴旺.无碳小车轨迹建模与参数优化[J].科技视界，2013（33）：171-173.
[3] 王建军，朱海龙，尹洪友.无碳小车转向控制机构数学模型的建立[J].机电一体化，2014（2）：21-23.
