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设计制作一辆特别的攀爬

发布者: 4mpzsx | 发布时间: 2017-1-8 13:10| 查看数: 2066| 评论数: 25|帖子模式

本帖最后由 4mpzsx 于 2017-1-14 11:09 编辑

(由于图较多,为方便大家,我给每一个图进行了编号,图号位于图下方。)
暴风截图20167162802328.jpg
【装车壳的图、整车技术参数在最下边。】
做这辆车的根本原因是我从小就梦想做一辆通过性超强的越野车,却一直没有实现;而直接原因是我突然搞到了两个电机和齿轮组(→.→)。于是就从这下手,开始了漫长的设计。
底盘结构参照了HMMWV:四轮独立双横臂悬架,轮边减速器,模块化的前后桥结构。先不要说独立悬架不适合攀爬,适不适合全看设计。

下面正式开始介绍。

◆◆减速器壳
从开始到正式落地,整车各部分设计方案都是至少两个,而其中的试验性加工更是无数次。设计改变最少的的就是减速器壳(图1)。因为加工太难了,线切割铝合金,而且厚度很大,很容易断丝。加工出来之后所有的修改都避开了它,所以从它开始讲。由于攀爬的速度比较低,因此前后结构相同对操控上影响不明显。为了简化设计,将前后桥设计为相同的结构,这样便可以减少一半的设计工作量。现在看这个外壳真是太强壮了,明显强度过剩。不过还好它够强壮,要不后来的翻车它可吃不消。它保护了车上最金贵的齿轮的安全,而合适的齿轮实在是太难买到了。
IMG_5953.jpg
图1 减速器壳

◆◆减速器壳盖板
盖板分两层,内层开了轴孔,齿轮轴与孔配合保证齿轮的啮合关系(图2);外层不开轴孔,为齿轮轴提供轴向限位(图3);内外层盖板同时为电机提供支撑,因此电机是直接连接在减速器壳盖板上的,无其他支撑。为了调节电机齿轮的啮合,电机的安装孔为长孔,可使电机位置在小范围内调节。同时横臂安装座也是直接固定在减速器壳盖板上的。
减速器内板.jpg
图2 减速器壳盖板内层
减速器-外板.jpg
图3 减速器壳盖板外层

◆◆齿轮组
齿轮组为尼龙材料,减速器内共有3级减速,无差速(图4)。
IMG_6737.jpg
图4 齿轮组

◆◆大齿轮轴
由于大齿轮需要为两侧车轮同时提供动力输出,因此需要与两侧半轴进行连接,故需要为大齿轮设计齿轮轴,提供支撑定位、扭矩输出传递的功能。大齿轮轴由5个加工件(2管件、1法兰、2销)、2个轴承组成(图5)。法兰与轴焊接到一起(图6),垂直度依靠夹具保证。
IMG_3990.jpg
图5 大齿轮轴
DSC_0021.jpg
图6 焊接完的大齿轮轴

◆◆大齿轮总成
将大齿轮进行切割,去除无用部分、扩孔、打定位孔、与齿轮轴进行装配,组成大齿轮总成(图7)。尼龙齿轮与钢制大齿轮轴靠M2螺栓连接并传递扭矩。大齿轮总成上包括了伸缩半轴的内侧半轴和万向节,图中可见。这两项暂时放到后边介绍。
IMG_4011.jpg
图7 大齿轮总成

◆◆减速器装配
首先对电机位置调节,使第一组啮合齿轮运转良好。其他齿轮之间啮合效果靠数控加工的精度保证。所有齿轮的啮合效果、轴向间隙良好(图8、图9)。后边将横臂、转向节装配到减速器之后,就形成了一个桥模块。
IMG_4021.jpg
图8 齿轮组最终效果
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图9 齿轮组最终效果

◆◆单纵梁
设计为单纵梁主要出于几方面考虑,一是占空间小,二是方便安装其他零件(水平面、垂直面都可用),三是刚度、强度。为了提高刚度和强度,把纵梁设计成方管断面结构,依靠榫卯结构连接垂直面(图10、图11)。形成方管状结构后强度很高,在两端支撑的情况下,承载了100公斤的静力(图12)。
DSC_0037.jpg
图10 榫卯结构
DSC_0033.jpg
图11 榫卯结构
暴风截图2016795701484.jpg
图12 强度测试

单纵梁的结构至少设计了5个方案,试验加工也是无数,此处不一一介绍(图13为其中一个方案)。
IMG_6324.jpg
图13 淘汰方案之一

最终方案为两段式单纵梁,这样我可以方便的将车分成两段进行维护,方便后期保养,同时降低了对板料尺寸的要求(图14)。纵梁两端与减速器连接,两侧共有4个舵机安装位;上边最大的异型孔是给转向连杆留的运动空间。
两段式纵梁.jpg
图14 两段式单纵梁

◆◆纵梁+减速器装配
装配好的车架就是这样,上边现在有驱动电机,减速器和转向舵机(图15)。两段式纵梁靠中间的X形件连接。
IMG_1347.jpg
图15 纵梁+减速器装配

◆◆横臂
下横臂:
为了使横臂具有工艺简单同时强度高的特性,将横臂设计为拼接式(图16)。连接方式类似榫卯,只是在卯接之后又做了一步,将零件固连。首先将两零件依靠榫头和榫眼连接定位(图17),之后将伸出的榫头压倒,达到零件之间固连的效果(图18)。
P1170608.jpg
图16 拼接横臂散件
P1170613.jpg
图17 拼接横臂定位
P1170623.jpg
图18 拼接横臂固连

上横臂:
上横臂需要给减震器(或者推杆)让出空间,因此没有采用拼接横臂的形式(图19),而是用铝料线切割而成的。
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图19 上横臂和安装座

横臂总成:
将球头安装到横臂上,形成横臂总成(图20)。
IMG_1433.jpg
图20 横臂总成

◆◆转向节(轮边减速器)
为了增大离地间隙,采用了轮边减速器(形成门式桥结构)。轮边减速器将半轴的输入点相对车轮中心抬升了一定高度,从而使半轴、横臂相对转向节、车轮抬升,从而提高离地间隙。使用轮边减速器之后,下横臂球铰与车轮中心同高,最小离地间隙几乎是车轮半径了(图21)。
IMG_1401.jpg
图21 最小离地间隙接近车轮半径

壳体:
轮边减速器的壳体采用板料层叠的形式(图22),利用不同层的不同结构组成所需形状的内部空间,为齿轮、轴、轴承提供空间和支撑。
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图22 轮边减速器壳的层叠件

输入齿轮轴:
轮边减速器的输入齿轮采用线切割而成,与齿轮轴连接、定位依靠两个螺杆,齿轮上开两孔,输入轴上也开两等距孔,孔位置、尺寸靠数控加工保证,这样当螺杆穿过齿轮和齿轮轴的孔时,可保证齿轮与轴的同轴度(图23)。
IMG_2209.jpg
图23 输入齿轮轴

输出齿轮轴:
输出齿轮轴也采用线切割而成,切割完之后在车床上开轴孔(图24)。齿轮轴用塞打螺栓加工而成,切割出两个平行面用来安装车轮的六角连接器(图25、图26)。齿轮和齿轮轴用氩弧焊连接,依靠夹具定位,保证同轴度和垂直度(图27)。焊接完成后同轴度、垂直度良好(图28)。
IMG_2054.jpg
图24 线切割齿轮+齿轮轴
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图25 六角连接器+输出齿轮轴
IMG_2108.jpg
图26 六角连接器+输出齿轮轴
IMG_2046.jpg
图27 输出齿轮的焊接夹具
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图28 焊接完成的轮边减速器输出齿轮轴

转向节臂:
转向节臂为转向拉杆提供附着点。为了减少拉杆的碰撞,将转向节臂上置。转向节臂与安装孔仍采用横臂的类榫卯结构进行连接(图29),通过安装孔与转向节连接。
IMG_1325.jpg
图29 转向节臂零件

转向节总成:
将壳体、输入、输出齿轮轴、轴承、半轴、转向节臂进行装配(图30),便成了轮边减速器总成。
IMG_5669.jpg
图30 轮边减速器总成

◆◆转向
转向采用4WS(四轮转向)的形式,前后轴独立转向,为了保证转向力采用了4个舵机,两两并联使用,依靠中间连杆进行机械连接。转向系统的结构见图31。
微信截图_20170108015714.jpg
图31 转向系统

◆◆悬架
悬架结构采用推杆摇臂式,将车轮跳动通过推杆转化为摇臂的旋转运动,便可以方便使用扭簧了。摇臂和横臂一样采用类榫卯结构(图32、图33)形成空间结构。悬架总体结构见图34。
IMG_1130.jpg
图32 摇臂
DSC_0038.jpg
图33 摇臂-推杆
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图34 悬架结构

◆◆伸缩半轴
由于采用了独立悬架,伸缩半轴不可少。半轴采用管料切割而成,内半轴切割出滑槽(图35);外半轴开孔,孔中插入滑动销(图36);外半轴内径与内半轴外径相同,可使内半轴插入外半轴内,是两段半轴保持同轴;外半轴上的方销在内半轴的滑槽中滑动,从而实现伸缩的同时传递扭矩。
IMG_4013.jpg
图35 内半轴
waibanzhou2.jpg
图36 外半轴

◆◆万向节
万向节是半轴上至关重要的部分,其结构、寿命都决定了车的最终性能。万向节叉采用管料切割而成(图37),十字轴由2mm钢轴切割而成,保持架用钢珠切割而成(图38)。钢轴切割出槽结构,从而实现互锁,防止脱出。最后用外钢套限制住十字轴钢轴的轴向运动,使万向节在任何工况都能保证正常工作。万向节装配见图39。
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图37 万向节叉
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图38 万向节零件
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图39 万向节装配

◆◆保险杠
为了保护减速器壳和电机,防止撞击造成的损伤,设计了一个简易保险杠。保险杠的横梁、纵梁连接方式依然为类榫卯结构(图40)。保险杠和横臂的结构以及使用寿命证明了类榫卯结构的强度还是很高的。
IMG_6192.jpg
图40 保险杠

◆◆底部护甲
为了防止减速器壳底过早磨损,同时防止底部撞击击穿减速器壳(为了尽量提高离地间隙,减速器壳底部减至最薄),为减速器壳设计了底部护甲。护甲采用0.6mm不锈钢切割而成(图41)。
IMG_6208.jpg
图41 底部护甲

◆◆总装
前面已经将机械结构大致介绍完毕,将前述所有部件进行装配。整车大约有950的零件(包括螺栓螺母),摆开大约能占2张A0纸(图42)。装配后单轮可抬起大约一个易拉罐高度(图43)。为了提升攀爬性能,为前轮增加了配重块(图44),中心前移同时下降。
DSC_0054 - 副本.jpg
图42 部分零件
IMG_1633.jpg
图43 装配效果
603084025806119736.jpg
图44 前轮配重块
IMG_6136.jpg
图45 带车壳效果

◆◆技术参数
总长度:397mm
总宽度:306mm
最小离地间隙:63mm
中间离地间隙:<79mm(可调)
最小转弯半径:约500mm
接近角:97°(无保险杠)/81°(装保险杠)
离去角:97°
纵向通过角:<75°(可调)
横向通过半径:110mm
总质量:4kg
最高速度:5km/h(满电)
最大推力:约100N(满电)

换一个萌系车壳
475342482210936062.jpg
最后来一张设计图总装
微信截图_20170108015540.jpg

刚学会发视频的方法,来几个视频给大家过过目


最新评论

4mpzsx 发表于 2017-2-21 22:18:22
石家庄小森 发表于 2017-2-20 16:17
太棒了,看的都入迷了,楼主手艺真好啊,搂着可否告诉用的什么软件谢谢 379521730很荣幸能给你私聊

三维设计用Autodesk Inventor,二维图纸用AutoCAD
4mpzsx 发表于 2017-1-18 20:13:10
anyhow18 发表于 2017-1-16 23:14
着迷了,完全着迷,真的很想做一个,我想整点不一样的,以后买个设备自己加工下。先把软件学学是真的。。。 ...

十分感谢捧场哈,祝你早日实现愿望
anyhow18 发表于 2017-1-16 23:14:49
着迷了,完全着迷,真的很想做一个,我想整点不一样的,以后买个设备自己加工下。先把软件学学是真的。。。大赞楼主,我每天来十几遍看你的帖子,真的是醉了。。。。。。。哈哈哈哈
4mpzsx 发表于 2017-1-8 13:14:43
自己坐沙发
alanstone 发表于 2017-1-8 15:52:47
牛!!!!!!!!!!!!!!
tkgdy 发表于 2017-1-8 17:35:33
厉害,佩服
合肥火火 发表于 2017-1-8 19:22:57
666666666666666666666666666666666
合肥火火 发表于 2017-1-8 19:23:40
问下这是什么软件做的图
laoying 发表于 2017-1-8 20:13:00
牛牪犇
275272826 发表于 2017-1-8 22:15:52
太屌了!
红娘儿儿 发表于 2017-1-9 09:25:45
够叼!
ywywxb 发表于 2017-1-9 09:58:45
漂亮
smenber 发表于 2017-1-10 09:08:06
我们就是需要这样的好帖子  楼主辛苦了  请收下我的膝盖
4mpzsx 发表于 2017-1-14 10:59:53
合肥火火 发表于 2017-1-8 19:23
问下这是什么软件做的图

Autodesk Inventor
合肥火火 发表于 2017-1-14 19:36:01

谢谢
anyhow18 发表于 2017-1-16 19:28:43
厉害了,我的哥!!之前在微信上看到过你发的图片,确实很佩服。有机会我也学学,还望多多指教

点评

微信号是多少?  发表于 2017-2-9 12:58
anyhow18 发表于 2017-1-16 19:32:49
这个设计用soildworks是不是也能做,最近想学习下3D的设计软件
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