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双八无碳小车设计【16张cad】三维图＋设计说明书

news 2025/8/4 9:04:47

目录
摘要   I
Abstract   II
1 绪论   1
1.1 选题背景及意义   1
1.2 国内外发展现状   1
1. 2.1国外发展现状   1
1. 2.2国内发展现状   2
1.3 本文的研究内容   2
1.4 本章小结   3
2 总体设计方案   4
2.1 本文的设计方法（总体设计思路）   4
2.2 本章小结   5
3 基于MATLAB的轨迹模拟与凸轮设计   6
3.1 MATLAB软件   6
3.2 小车轨迹模拟   6
3. 2.1前轮转角分析   6
2. 2.2前轮转角变化规律   8
3. 2.3小车轨迹模拟   9
3.3 凸轮设计   11
3.4 本章小结   13
4 双八无碳小车的结构设计及校核   14
4.1 关键参数   14
4.2 小车运动参数计算   14
4.3 轴的设计及校核   15
4. 3.1后轴的设计及校核   15
4. 3.2凸轮轴的设计及校核   18
4.4 齿轮的设计及校核   20
4. 4.1齿轮1和齿轮2的设计   20
4. 4.2按齿根弯曲疲劳强度设计   21
4. 4.3校核齿面接触疲劳强度   22
4.5 轴承的校核   22
5 双八无碳小车的总体设计   23
5.1 总体设计   23
5.2 车架   25
5.3 传动机构   25
5.4 转向机构   26
5.5 微调机构   27
5.6 本章小结   27
6 小车的实际轨迹模拟   28
6.1 Solidworks   28
6.2 motion分析   28
6.3 本章小结   29
结论   31
参考文献   32
致谢   34

摘要

本文设计的双“8字”无碳小车来源于实际生产工作中遇到的课题，设计一种以重力势能作为主要的能量输入，具有方向控制功能，实现运行轨迹是双八字的无碳小车。通过分析任务要求，设计出了一种行驶稳定、传动效率高的双八字无碳小车。
根据设计要求，本文主要完成了双八字无碳小车的主要结构部分。分别是车架、原动机构、传动机构、转向机构和微调机构五部分组成。其中最主要是提出了一种创新性的基于Matlab软件的无碳小车转向凸轮的设计，采用现代机械设计方法，使用Matlab软件完成了无碳小车的凸轮轮廓设计，将设计的凸轮轮廓导入CAD软中，自动生成凸轮的CAD加工图纸，然后使用Solidworks软件绘制了双八字无碳小车的三维模型，并且使用motion分析模块完成了双八字无碳小车的实际运行轨迹模拟仿真。

关键词：无碳小车；MATLAB；轨迹模拟；凸轮

1 绪论
1.1选题背景及意义
随着科技的发展，世界能源短缺问题逐渐突出，越来越多的国家提出节约资源，保护环境的口号，同时由于人们生活水平的提高，人们对环保提出了更高的要求[1]。无碳的生活对于我们来说，显的越来越重要。无碳小车正是在这种环境下应运而生的一种比较环保的代步工具。例如自行车这种工具节能环保，目前在我国大部分城市都有共享单车的影子，目的就是提倡大家爱护环境，无碳生活[2]。在其他很多国家都将无碳汽车的研发作为首要任务，例如新能源汽车等。因此为缓解世界能源短缺问题，我国需要将新能源汽车的研发和制造作为首要任务。研究设计双八字无碳小车，有助于我们更深入的认识无碳小车的优点，更直观的体会无碳的意义[3]，对取代传统能源研究新能源具有重大的借鉴意义，新能源的研发不仅仅在于保护环境和能源安全，新能源汽车的发展更是国内外汽车产业领域未来发展的趋势[4]。
1.2国内外发展现状
能源汽车是21世纪国际竞争的焦点和热点[5]，随着社会的发展，汽车保有量增大，石油等资源的消耗日益加剧，人们提出了采用新的能源来代替传统以石油为燃料的汽车，例如太阳能、水能、风能、电能等，其中部分技术已经在商业化领域得到了巨大的成功[6]。
1.2.1国外发展现状
国外的汽车发展主要集中在欧洲和北美地区，呈现出集群效应，产业链完善，城市功能齐全[7]。欧洲作为汽车发展史最长的国家之一，在能源代用方面主要是以天然气为主，以混合动力车作为主要车型，已经研发出了可以大规模应用的油电混合动力技术。欧美一些发达国家也主要是采用天然气和电池去替代原有的高排放汽油柴油工具，生物柴油在德国、意大利等国家广泛使用[8]。美国在新能源汽车领域的研究主要集中在氢能源和燃料电池领域，在美国大部分的公交车和出租车都是采用天然气作为主要动力来源，美国拥有丰富的电力资源和强大的电力网络，这是美国近些年新能源汽车领域得到快速发展的一个很重要的原因[9]。而日本政府则将天然气、电能、甲醇作为汽车主要的能量来源。
主要研究的是混合动力技术，最著名的是丰田公司设计的混合动力车，其中既有氢燃料电池汽车也有氢燃料内燃机汽车[10]。
1.2.2国内发展现状
我国作为一个幅员辽阔，资源相对匮乏的大国，也将能源发展的方向主要聚焦于新能源方向[11]，主要采用电动车来替代原有的石油车，坚持走能源多样化、技术多样化的路线。我国已经将新能源研发使用作为七大新型产业之中，经过十几年的发展，我国的新能源汽车取得了很大的进步，但是与国外的发达国家相比仍有较大的差距[12][13]。近些年，我国的设计研发的EV乘用车和HEV乘用车的发展取得了很大的收货，例如我国的蔚来公司设计研发的EV新能源电动汽车和BYD公司设计研发的HEV电动汽车都具有很大的市场前景[14][15]。
尽管当今在新能源汽车领域已经掌握了很多技术，但是每一种技术都有其自身的缺陷，尤其是汽车的续驶里程和制造成本和传统的燃油汽车相比仍有很大的发展前景[16][17]。
1.3 本文的研究内容
根据设计要求，需要设计一种基于重力势能的具有方向控制功能，可以实现运行轨迹是双八字的无碳小车，在下图1.1设定的轨道上实现自动运行。轨道场地是半张乒乓球桌，上面放有三个圆柱形的障碍物，每个障碍物之间的距离是350mm，要求设计的无碳小车需要绕障碍物运行，其运行的轨迹是一个双8字，并且在运行的过程中，小车不能撞到障碍物。为使得小车可以绕更多的双八字，所设计的小车结构应该简单，选用的传动方式效率应该稍微高点。要求小车在行走过程中，重物不允许从小车上掉落。需要满足的双八字无碳小车运行轨迹如下图1.1所示。

图1.1 双八字无碳小车运行轨迹
主要完成的内容有：
（1）查阅相关资料，完成双八无碳小车的结构设计；
（2）完成无碳小车转向凸轮的设计；
（3）使用Solidworks三维绘图软件完成无碳小车的三维模型绘制；
（4）使用motion分析模块完成了双八字无碳小车的实际运行轨迹模拟仿真；
（5）完成主要零部件齿轮和轴的设计及校核。
1.4 本章小结
本章主要描述了双八字无碳小车的研究背景、意义以及国内外的发展现状，并简单介绍了无碳小车的整体研究内容。