1、基于Pro/E和Adams的无碳小车S型路径优化摘要：本次设计是利用Pro/E和Adams的结合应用来对无碳小车进行建模，仿真,以及S型路径的优化分析。Pro/E软件的建模功能强大而仿真分析方面的能力较弱；相比之下Adams软件的建模能力较弱，而仿真和优化分析的能力强大。所以我们以Pro/E对S路径的无碳小车进行建模，再用Adams软件进行路径的优化分析。利用Pro/E对无碳小车的结构进行设计建模、约束并仿真，仿真成功之后将机构以x-t格式进行保存副本，并导入Adams软件中。利用Adams对小车模型重新添加约束，运动仿真，追踪路径轨迹，进行路径优化分析。本设计的重点为利用Adams软件对无碳
2、小车实现动力学仿真和S型路径的优化分析。关键词：无碳小车，Pro/E，Adams，仿真分析，路径优化Based on Pro/E and Adams carbon-free car s-shaped path optimizationAbstracts: This design is the use of Pro/E and Adams, a combination of applied to carbon-free car modeling, simulation. And the analysis of the path optimization. Powerful function of
3、 Pro/E software modeling, simulation analysis ability is weak, compared with Adams software modeling ability is weak, and simulation and optimization analysis ability is strong. So we with Pro/E to S path of carbon-free car model, path optimization analysis with Adams software. Using Pro/E structure
4、 of carbon-free car design modeling, constraints, and the simulation, the simulation after successful institutions to x - t format to save a copy, and import the Adams software. Using Adams to add restrictions on car model, motion simulation, tracking path trajectory, path optimization analysis.This
5、 design using the Adams software to carbon-free car key so as to realize the dynamic simulation and optimization analysis of s-shaped path.KEYWORDS: carbon-free car, Pro/E, Adams, the simulation analysis, path optimization.目 录1前言11.1课题研究背景及其意义11.2 第三届全国大学生工程训练综合能力竞赛命题21.2.1本届竞赛主题：21.2.2竞赛命题：以重力势能驱动的
6、具有方向控制功能的自行小车21.2.3竞赛项目：31.3小车的设计方法42.小车的理论方案设及其概述52.1 车架设计52.1.1 车架外形尺寸设计52.1.2 车架结构形式的选择及其车架三维图52.2小车行走轨迹设计62.2.1 小车行走轨迹确定62.2.2 处理行走轨迹的绘制72.3原动机构设计82.4 传动系统设计概述102.4.1转动方案的确定102.4.2 传动比的确定102.4.3 齿轮参数确定102.5 转向系统设计112.5.1 转向机构介绍112.5.2 转向机构的选择142.5.3 偏心轮结构设计142.6行走机构设计172.7 无碳小车整体方案确定183.用Pro/Eng
7、ineer进行建模造型及其仿真分析193.1 Pro/Engineer操作软件的简介193.2 小车零部件的模型以及装配203.2.1原动机构的装配20I3.2.2 传动机构的装配设计213.2.3转向系统的装配概述223.2.4 整车装配设计234基于ADAMS的无碳小车动力学仿真284.1 ADAMS的简介及其功能284.2 ADAMS/View的安装294.3 Pro/e与Adams的无缝对接314.4小车仿真394.5 小车仿真轨迹后处理39结 论43参考文献46致 谢481前言1.1课题研究背景及其意义随着人们节能环保意识的提升，无碳的理念也越来越被人们提上研究的课题。更洁净、更环保
8、、更节能、更高效的理念也深入人心。本小车是对“无碳”理念的探索与开发，对未来“无碳”的憧憬。小车构思巧妙，在完成设计的要求下充分考虑了外观和成本等问题，方便以后的扩展和进一步的开发。并能满足大部分初高中及大学学生对机械知识实践的实验与了解。对激发青少年对机械构造的热情有深远的影响。全国大学生工程训练综合能力竞赛是公益性的大学生科技创新竞技活动，是有较大影响力的国家级大学生科技创新竞赛，是教育部、财政部资助的大学生竞赛项目，目的是加强学生创新能力和实践能力培养，提高本科教育水平和人才培养质量。为开办此项竞赛，经教育部高等教育司批准，专门成立了全国大学生工程训练综合能力竞赛组织委员会和专家委员会。
9、竞赛组委会秘书处设在大连理工大学。每两年一届。全国大学生工程训练综合能力竞赛秉承“竞赛为人才培养服务，竞赛为教育质量助力，竞赛为创新教育引路”的宗旨。竞赛活动面向全国各类本科院校在校大学生，实行校、省（或多省联合形成的区域）、全国三级竞赛制度。省级竞赛或区域竞赛的优胜者，经省或区域教育厅核准，报名推荐参加全国决赛。竞赛性质：这是一项面向全国在校本科生开展科技创新工程实践活动的全国性大赛。竞赛宗旨：竞赛为人才培养服务，竞赛为教育质量助力，竞赛为创业就业引路。竞赛方针：基于理论、注重创新，突出能力，强化实践。大赛的指导思想是“重在实践，鼓励创新，突出综合，强调能力”，以提高大学生的实践动手能力、科
10、技创新能力和团队精神。图 1.1 第三届全国大学生工程训练综合能力竞赛1.2 第三届全国大学生工程训练综合能力竞赛命题1.2.1本届竞赛主题：本届竞赛主题为“无碳小车越障竞赛”。要求经过一定的前期准备后，在比赛现场完成一套符合本命题要求的可运行装置，并进行现场竞争性运行考核。每个参赛作品要提交相关的设计、工艺、成本分析和工程管理4项报告。1.2.2竞赛命题：以重力势能驱动的具有方向控制功能的自行小车设计一种小车，驱动其行走及转向的能量是根据能量转换原理，由给定重力势能转换来的。给定重力势能为4焦耳（取g=10m/s2），竞赛时统一用质量为1Kg的重块（5065 mm，普通碳钢）铅垂下降来获得，
11、落差5002mm，重块落下后，须被小车承载并同小车一起运动，不允许从小车上掉落。图1为小车示意图。图 1.2无碳小车示意图要求小车行走过程中完成所有动作所需的能量均由此重力势能转换获得，不可使用任何其他的能量来源。要求小车具有转向控制机构，小车要求采用三轮结构（1个转向轮，2个驱动轮）如图1.2所示，具体结构造型以及材料选用均由参赛者自主设计完成。要求满足：转向轮最大外径应不小于30mm。1.2.3竞赛项目：竞赛小车在前行时能够自动交错绕过赛道上设置的障碍物。障碍物为直径20mm、高200mm的多个圆棒，沿直线等距离摆放。小车有效的绕障方法为：小车从赛道一侧越过一个障碍后，整体穿过赛道中线且障
12、碍物不被撞倒（擦碰障碍，但没碰倒者，视为通过）；重复上述动作，直至小车停止。小车有效的运行距离为：停止时小车距出发线最远端与出发线之间的垂直距离。测量此距离，每米得2分，测量读数精确到毫米；每绕过一个障碍得8分（以小车整体越过赛道中线为准），一次绕过2个或2个以上障碍时只算1个；多次绕过同1个障碍时只算1次，障碍物被撞倒不得分；障碍物未倒，但被完全推出定位圆区域（20 mm）也不得分。以小车前行的距离和成功绕障数量来综合评定成绩。见图1-3。图 1.3 无碳小车在重力势能作用下自动行走示意图1.3小车的设计方法 本设计充分利用了Pro/E软件的强大的建模功能结合Adams软件的强大的仿真分析的
13、功能，对无碳小车的设计以及路径分析、优化进行了技术上的拓展，应用上的结合，以及一种有前途的探索。设计中先对无碳小车进行初步设计，然后在Pro/E软件中进行零件的建模，构件的装配，添加运动副自由度的约束，添加合理的机构，合理的驱动力，对小车进行运动学仿真（以表明设计的小车是可行的，是不存在构件之间干涉情况的），然后将装配完成的模型备份保存，然后以合理的格式导入Adams软件中，进行一系列的基本操作，对构件属性进行定义，颜色进行修改，对构件之间的连接进行合理的约束，添加合理的驱动力，与地面之间建立约束，添加重力，地面接触以及接触摩擦，对小车进行动力学的仿真，标记轨迹，并对其路径进行优化分析，动画效
14、果导出视频。经过Adams对机构的分析，更改路径，优化效果。本次设计是Adams中对无碳小车进行优化分析的首次尝试。一方面为以后的无碳小车路径问题提供了方便有效地分析改进，优化设计的方向和方法；另一方面本次设计仅是对本次设计的题目（重点是Adams中小车的路径优化）相关的操作自学自改，并未对Adams软件进行过全面的的了解，所以就此而言，还需要后来之秀的研究者以此为基础进行更加全面以及有效的深入探索。2.小车的理论方案设及其概述根据小车功能要求我们根据机器的构成（原动机构、传动机构、执行机构、控制部分）把小车分为车架、原动机构、传动机构、转向机构、行走机构五个模块，进行模块化设计 ，通过综合实
15、用对比选择出最优的方案组合。2.1 车架设计2.1.1 车架外形尺寸设计通过比赛命题规则可知，用于提供小车重力势能的重物需同小车一起运动，重物直径为50mm，所以小车的车身宽度应大于50mm，由图1.1所示的小车行走示意图可知小车的外形尺寸越小，小车越容易实现绕桩行走，所以小车的车身宽度D应尽可能小（D50mm）,同时考虑小车的行走的平稳性，不应使车身宽度过小，综上所述拟定小车车身宽度为150mm。2.1.2 车架结构形式的选择及其车架三维图车架结构形式分为整体式和拆装式，考虑到整体切割式加工成本较高，本设计中车架拟采用角铝进行拼装车身，这种结构不仅使得加工难度和成本大大降低，也使得车身具有了可调性，在调整其中一个尺寸是不需要全部更换而只需要更换需要调整尺寸的某一根角铝，大大降低了成本同时也提高了效率。由于角铝自身有厚度，在装配中需要考虑厚度，所以建立车架的三维模型也就显得比较重要了，同时也是为了下文的整车仿真做准备。如图2.2所示为车架三维模型图。图 2.1车架三维模型2.2小车行走轨迹设计2.2.1 小车行走轨迹确定由图1.1所示的小车行走示意图可知，障碍物为等
