打卡“长征”路线的无碳小车结构及轨迹仿真设计

根据2022年中国大学生工程实践与创新能力大赛要求,设计并制作了一台能打卡指定轨迹点(模拟长征路线)的自走式势能驱动车。运用SolidWorks的贝塞尔曲线,绘制经过特定轨迹点的拟合曲线;利用Matlab对拟合曲线进一步优化与仿真,从而获得满足设计要求的凸轮轮廓;创新运用SolidWorks逆向建模方法,设计弧面凸轮转向机构,配合激光打点微调机构,以提高小车运行轨迹精度和重复性;利用SoildWorks建立无碳小车的三维模型并对其结构进行了分析。小车运行结果表明,小车行走轨迹重复性好,能打卡指定的所有轨迹点。

无碳小车的多维实践教学平台构建与实施

以全国大学生工程训练综合能力竞赛赛题“无碳小车”项目为载体,构建了无碳小车的多维实践教学平台。该实践教学平台包含“材料选择和应用”“工艺路线与加工精度”和“无碳小车设计和制作”3个实践教学模块,并对接多个课程单元,使学生所学的专业课程理论知识在实践中得到验证和强化。教学实施中,系统性整合课程内容,并通过“课堂—云课堂—实践”三元驱动形成合力,在教学过程中不断融入思政教育,实现学生的专业知识、实践能力、综合素质“三位一体”融合发展。

无碳小车车架材料和结构及制造工艺一体化技术研究

无碳小车利用重力势能转化为机械能实现小车前进和转向等功能,利用齿轮传动极大限度地提高了小车能量的利用率,真正意义上实现了无碳理念,车架作为无碳小车的承载部件,直接决定了小车能否顺利运行。综合考虑车架的适配性、轻量化和稳定性,在车架材料上,选择轻质材料减轻结构重量,在结构设计上,采用有限元软件仿真对车架强度进行分析,在加工工艺上,利用3D打印技术进行制造,完成无碳小车车架的制作,为材料、结构和制造一体化技术研究打下基础和提供重要参考。

基于槽轮机构的8字轨迹无碳小车设计

文章根据全国大学生工程训练综合能力竞赛的要求,设计一种可将重力势能转换为机械能并以此驱动小车绕桩行走的装置,用质量为1kg的重块(50×65mm,普通碳钢)铅垂下降(400±2)mm提供该重力势能。根据设计要求选择了无碳小车的动力转换机构和转向机构,通过对比轨迹的优劣确定了最佳的槽轮机构,推导了小车的运动方程,利用Excel 2007提供的公式计算迭代和描点成像功能,实现了小车轨迹的仿真和参数的即时修正,进一步设计制作完成了无碳小车的实物样机,验证了机构的合理性。

无碳小车的设计、制作与创新实践

全国大学生工程训练综合能力竞赛是全国性大学生科技创新实践竞赛活动,是基于国内各高校综合性工程训练教学平台,为深化实验教学改革,提升大学生工程创新意识、实践能力和团队合作精神,促进创新人才培养而开展的一项公益性科技创新实践活动[1]。本文通过介绍小车的设计、制作和调试过程,分享从中获得的经验和教训。

基于学科竞赛的机械设计课程设计教学改革与实践

针对机械设计课程设计的传统题目及教学方式对强化机械设计理论知识和学以致用效果较好,但在机械运动方案和结构设计及制造之间的关联性等方面的训练较为欠缺的现状,为培养学生总体设计能力、工程认知和创新设计能力,结合全国大学生工程训练综合能力竞赛对机械设计课程设计的内容和教学方式进行改革。从内容、措施和效果等方面阐述了教学改革的探索和实践。

走出多个“8”字形轨迹的无碳小车机构设计

为了实现无碳小车完成1~N个8字形路径并通过预设障碍桩,文中提出一种通用的无碳小车结构设计方法,只需更换不同的凸轮零件即可完成不同类型8字形路径。考虑到前轮摆角和车速为影响小车运动轨迹的两大主要因素,首先以两相切正圆形为理想的8字形轨迹,推导一定车速下的脉冲式前轮摆角规律;对该脉冲式规律进行合理修正后,获得切实可行的前轮摆角规律,并以此求解出所需的凸轮从动件运动规律,从而通过解析法获得凸轮轮廓,完成凸轮零件设计。通过对单8字、双8字和三8字为例的3种路径的求解和仿真,结果表明该结构能完成预定的8字形路径,并通过指定间距的障碍桩。文中研究为每年的全国大学生工程训练综合能力竞赛提供指导,也可对其他特殊功能的车辆设计给予参考。

基于Adams软件的单轮驱动无碳小车车轮布局设计

为解决无碳小车轨迹侧偏的问题,通过Adams软件参数化建模功能和强大的仿真功能,对单轮驱动的无碳小车前轮位置对轨迹直线度的影响进行了试验;并将试验数据导出,利用Matlab软件对数据进行分析比较。结果表明:前轮放在驱动轮一侧能够得到更好的无碳小车运行轨迹,且将前轮与驱动轮共面更有利于保证无碳小车机架质心轨迹的直线度。

基于ADAMS的无碳小车动力学仿真研究

无碳小车是一个典型的机械结构,结构设计是否合理需要通过贴近于实际情况的整车模型仿真进行确认。运用ADAMS软件建立无碳小车整车的动力学仿真模型,建模时通过一定的简化,合理实现了驱动速度、差速传动、车轮与地面间接触的模拟。仿真结果表明,小车能够完整的跑出"8"字型轨迹,其运动规律符合设计预期。建立的无碳小车动力学模型可为无碳小车的设计提供理论指导,在小车未制作前能够准确的模拟出运动轨迹。特别是采用空间连杆机构或者凸轮机构等作为转向机构时,要想通过数学的方式推导出其运动轨迹十分困难,此时运用整车动力学仿真模型能够很好的解决该问题。

无碳小车轨迹的逆向分析方法

大学生工程训练综合能力竞赛中,无碳小车运行轨迹的分析是调整小车使之迅速适应比赛场地并精确稳定运行的先决条件,然而选手大都没有一套完整的轨迹分析流程,需要花费大量时间调整小车使之走出理想路线。因此通过对影响轨迹的各个参数进行分析,提出基于空间凸轮机构的"8"字形无碳小车轨迹的逆向分析方法,建立理想轨迹数学方程,通过数学建模计算出小车各个参数及理论运行轨迹,并通过运动仿真及小车最终行走轨迹验证了方法的准确性。

基于ADAMS软件的无碳小车转向机构设计

为使无碳小车运行出更好的"S"型轨迹,利用ADAMS软件参数化建模功能和仿真功能,分别对以曲柄摇杆机构、正弦机构、RSSR空间四杆机构作为无碳小车转向机构的情况进行了仿真试验分析。对比各转向机构的仿真试验结果,得出正弦机构通过设计相关参数可成为无碳小车的最佳转向机构的结论,为目前无碳小车转向机构的设计提供了理论参考。

无碳小车结构设计与分析

以第二届全国大学生工程能力综合训练竞赛"无碳小车"为基础,结合机械原理、机械设计的理论知识,设计了3个可以自动绕过障碍的小车,主要是传动和转向机构设计;借助工程计算软件Matlab对不同结构的小车轨迹进行了精确的仿真计算,确定了各结构参数对轨迹的影响;最后用三维造型软件Pro/E对小车进行了整车造型。将机构设计与计算机辅助工程灵活地结合起来,为机械结构创新设计提供了有利的借鉴。

不完全齿轮与曲柄摇杆的无碳小车设计

针对山西省大学生工程训练综合能力竞赛的主题,设计了一种将重力势能转化为动能且自动绕行"8"字轨迹的小车。首先,通过Matlab软件模拟计算出小车绕行的最佳"8"字轨迹,根据轨迹的大小确定小车后轮直径和齿轮机构的传动比;然后,通过不完全齿轮和曲柄摇杆机构相结合来设计小车的自动换向系统,当不完全齿轮有齿部分和无齿部分周期性地进入啮合时,小车相应地绕行"8"字轨迹的非圆弧部分和圆弧部分;最后,采用UG NX软件对小车的各组成机构进行三维建模、装配及运动仿真。在仿真取得理想的效果后,对小车进行加工制作与调试。经过参加省赛的实践检验,证明了该机构设计的合理性。

以正弦机构控制转向的无碳自行小车研究

设计了一种以重力势能驱动的正弦机构控制转向的无碳自行绕障小车。该小车以提供的标准砝码的重力势能(400 J)作为能量来源,无需提供其他形式的能量输入。小车由转向控制系统、机械传动系统和行走控制系统等子系统组成,其中转向控制系统根据正弦机构的原理进行设计。通过建立数学模型和MATLAB模拟仿真得到小车各参数的优化值,最后经过试验验证得到:以正弦机构作为无碳小车的转向控制机构,小车运行平稳,其运行轨迹为"8"字形,能有效绕开赛道上的障碍物。该小车的设计为无碳自行小车的整体设计提供指导意义。

基于Matlab的S形无碳小车优化设计

随着无碳小车的结构设计日趋成熟化,如何让小车走出更远的距离是竞赛中不断挑战的目标。为此,利用三维软件SoildWorks建立无碳小车的三维模型并对其结构进行分析,再利用Matlab软件进行仿真分析以实现各参数的最优化,根据分析结果对原有小车进行了结构上的创新设计,最后制造出小车实物。试验结果表明:该无碳小车能实现能量利用最大化、轨迹最优化以及时间成本最低化。

“8”字型无碳小车的结构设计与实现

为提高在校本科生动手能力、工程实践能力,培养学生创新意识及团队协作精神,我校特举办大学生工程训练综合能力竞赛,该赛事的主题是"无碳小车",针对竞赛项目,在充分领悟命题要求的基础上,着重方案选择和结构设计两方面阐述了"8"字型无碳小车的设计与实现,通过小车的设计、制作、安装与调试,强化了学生的工程训练效果,发挥了学生的潜力,综合体现大学生机械创新设计能力、制造工艺能力、实际动手能力、工程管理能力和团队合作能力。

S型无碳小车的建模设计与运动仿真及试验

根据全国大学生工程训练综合能力竞赛的命题,设计一种可以将重力势能转化为机械能并能驱动小车行走的无碳小车。先运用NX10.0软件对无碳小车进行建模设计、装配和运动仿真;接着根据设计的模型完成小车的零件加工和装配;最后对实物样机进行调试,记录轨迹数据,将试验结果与运动仿真的结果进行对比。结果表明:运动仿真的轨迹基本符合小车实际情况下行走的轨迹,验证了设计方案的可行性;运动仿真小车能避开障碍物桩距范围为190～305 mm,试验中小车能避开障碍物桩距范围为180～350 mm,达到了预期设计要求的200～300 mm,也为后期的结构优化提供了更便捷的方法。

双前轮转向无碳小车结构创新设计

根据全国大学生工程训练综合能力竞赛"重力势能驱动的具有方向控制功能的自行小车"的创新思维活动要求,进行了小车结构的创新性设计,提出了双前轮转向机构,很好地解决了小车在沿s形轨迹行进过程中的差速问题,无碳小车采用曲柄滑块机构进行s形轨迹的转向控制,行走机构采用一级齿轮传动,多组齿轮快换进行桩距调节。设计中采用MATLAB进行计算及可行性模拟分析,采用Pro E进行三维建模设计,并进行了加工组装与调试参赛,并根据比赛实际问题进行了改进。小车结构设计新颖,在转向、传动机构等方面的设计创新性获得专家评委的一致好评。

8字型无碳小车设计与分析

文章设计了一种可将重力势能转化为机械能来驱动小车前行的装置,采用齿轮来传递力矩进而带动驱动轮,采用空间机构RSSR实现转向轮的转向,推动小车运动。通过MATLAB对小车运动轨迹进行优化设计,实现小车按照8字型路线绕过障碍物并呈现周期型运动。采用Pro/E建模,导入ADAMS中进行运动仿真验证,仿真结果与理论分析结果一致,为后续加工无碳小车样机提供依据。

无碳小车轨迹模拟及转向机构的优化

为了设计能自动绕障的无碳小车,建立了曲柄摇杆转向机构的数学模型,采用MATLAB进行小车轨迹模拟,发现转向机构的初始参数不尽合理。采用CAD模拟与数值分析相结合的方法,对转向机构参数进行了优化,最终设计出较优的曲柄摇杆转向机构,在此基础上设计、制作了无碳小车,取得了良好效果。