机械工程师
2020年第4期网址：www.jxgcs 电邮：*******************
MECHANICAL ENGINEER
王三川
（福州大学机械工程及自动化学院，福州350108）
摘要：第七届福建省大学生工程训练综合能力竞赛中，“双8”字赛道要求设计制造一种以砝码重力势能为动力源的“双8”
字形运动无碳小车。该无碳小车利用重力势能转换为动能驱动行走和转向，并最终实现预定轨道的运动。文中利用凸轮顶杆机构，提出了一种结构简单、易于生产制造的方案，希望为以后相关的比赛提供指导和参考意见。 关键词：无碳小车；“双8”字轨迹；凸轮设计；CATIA三维建模；AutoCAD绘图
自助硬币存取款机中图分类号:TP 391.7文献标志码:A 文章编号：1002-2333（2020）04-0068-03
Structural Design and Analysis of Double 8-shape Carbon-free Trolley
WANG Sanchuan
(School of Mechanical Engineering and Automation,Fuzhou University,Fuzhou 350108,China)
Abstract:The double 8-shape track of the 7th Fujian University Engineering Training Comprehensive Ability Competition requires the design and manufacture of a double 8-shape carbon-free trolley with weight gravity potential energy as the power source.The carbon-free trolley converts the potential energy of gravity into kinetic energy to drive walking and steering,and finally realizes the movement of a predetermined track.This paper uses the cam ejector mechanism,and a simple structure and easy -to -manufacture scheme are proposed to provide guidance and reference for future related
competitions.
异丙醇钛Keywords:carbon-free trolley;double 8-shape trajectory;cam design;CATIA 3D modeling;AutoCAD drawing
0引言
第七届福建省大学生工程训练综合能力竞赛规则简介：设计一种小车，使其只借助砝码的重力势能而能够前进并转向，最终实现沿“双8”字轨迹行驶。如图1所示，比赛的场地在半张乒乓球桌上，桌上设有3个桩，并排列在一条直线上。两端的桩到中间的桩距离为350±50mm ，确切数字将在比赛现场由各组抽签后公布。比赛各组要求使用组委会官方统一提供的一定质量的砝码给参赛小车提供动力，要求小车以“双8”字轨迹交替绕过中线上3个障碍桩，并保证每个障碍桩在“8”字形的一个封闭圈内[1]，同时在过程中禁止人为干扰小车的运行，直到小车碰到
障碍物或者由于其他方式导致停车为止。完成的“双8”字圈数越多，则得分越高。值
得注意的是，比赛并没有对小车的轨迹作严格的规定。根据规则，本文设计了一种基于凸轮的“双8”字无碳小车。
轨迹设计
首先，需要设计小车的轨迹。因为小车的占地面积相对轨迹的图形大小不能忽略，故无法将小车的运动看成质点运动。在这种情况下，首先设计两后轮中心点的轨迹，并在之后的叙述中简称“轨迹”。
蜂盘经历了数届的比赛，“双8”字轨迹无非用以下两种方
案实现：方案一，2段圆弧加上2段余弦曲线；方案二，4段圆弧加上4段切线[2]。方案一虽然路径稍短，
可以节省砝码的重力势能，并且在行走过程转向轮转角不会突变，但是迹在同一张图中进行重叠比较（假定半车宽为80mm ，虚线为方案一、实线为方案二）。则方案二较方案一距障碍桩的最近距离提升率为
x =(70-57.09)÷57.09×100%=22.61%。
可以算出，如果采用方案二小车距障碍桩的最近距离可以提高大约22.61%，这无疑大大降低了小车碰撞障碍桩的概率。
此外，方案二中转向轮转角虽然会突变，但是因为突变范围不大，车速不高，所以对小车行驶过程影响不大。其次，虽然方案一路径较短，看似节省了能量，但在实际比赛中经过观察，大部分参赛组都是在没有耗尽砝码重力势能之前就已经撞到了障碍桩，提前结束比赛。故在笔者看来，节省这部分能量的意义不大。2转向机构设计
led显示屏制作
为了控制转向的精度，两后轮必须有差速功能。实现差速要求可以有两种方案：1）单轮驱动；2）安装差速器。笔者推荐单轮驱动方案，理由如下：首先，虽然安装差速
图1比赛场地
350
法兰锻造
药品压片机
350
1520
图2两种方案轨迹比较
68
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