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摘 要：目前，全球能源和环境系统面临巨大的挑战，在这时代背景下新能源产业正在快速发展。无碳小车则是一种纯机械构造，且只需重力作用下运动的产品。并且在其运动过程中，小车能通过凸轮、连杆等各种机械结构相互配合和传动，来控制小车的运动路线，实现小车能够自主转向和寻迹避障等操作。本文以无碳小车为研究对象，主要介绍了无碳小车的加工工艺和结构设计。
关键词：机械结构 加工工艺 误差分析 节能环保 创新
中图分类号：R235.3+4 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2019）09（c）-0084-02
1 小车结构设计
从结构设计角度考虑，此款小车设计要多種机构协调配合，将重锤的重力势能转化为动能，驱动小车按照设计的轨迹绕桩行驶。小车大体形状为三轮结构，其中前轮负责转向，后轮单轮驱动，整车由动力机构、传动机构、转向机构、微调机构等组成（见图1和图2）。
1.1 动力机构
为使小车有足够的动力，动力机构采用大传动比的滑轮组（绕线轮），绕线轮通过支座固定在立柱上，一侧缠绕一根细绳将重锤提拉到规定的高度，重锤下行拉动绕线轮转动，牵拉另一根细绳带动驱动轴转动，为驱动轮和转向轮提供动力。
1.2 传动机构
采用硬齿面的渐开线直齿轮，将作用在传动轴上的动力平稳、精确地分配给驱动轮和凸轮，瞬时传动比不变，这样有效地减少冲击、振动和噪声，并且通过准确的传动比使作用在驱动轮上的扭力与地面摩擦力相对平衡。
1.3 转向机构
采用滚子从动件和封闭型凸轮，通过高副接触使从动件获得预期的往复运动。依靠凸轮推动从动件，进而实现小车在转向时的不同偏角，驱动前轮实现周期性的偏转，使小车按预定的轨迹行驶。
1.4 微调机构
为了使小车能够行驶设定好的轨迹，设计了微调机构，采用螺旋测微器的可视化设计，调控范围控制在千分之几的误差，使得小车更加精确地实现预期的要求。
2 结构设计创新特色说明
2.1 车轮、底板、立柱镂空
合理化的镂空设计，在保证其承载力的同时，减轻了车体质量，从而减少了各种摩擦的能量损失。
2.2 导轨支架的三角式连体镂空
导轨支架的三角式连体设计，增加了小车行进过程中导轨与小车整体之间的稳定性，导轨不晃动，减小了导轨的传动误差，为小车沿预定轨迹稳定运行提供了可靠的保障。
2.3 微调机构
转向机构包含微调装置，该机构由微调推杆、微调连接杆、微调曲柄和螺旋测微器组成，这样推动前轮曲柄转动，使前车轮实现微小角度的调整，提高了转向精度，确保小车沿轨迹行驶的重复度。
3 加工工艺分析
首先根据小车装配图得到零件图，明确零件在小车中的位置、作用及相关零件的位置关系;了解并研究各项技术条件制定的依据，找出其主要技术要求和技术关键，以便在拟定工艺规程时采用适当的措施以保证最后零件的加工精度，使得零件最大化的发挥性能。
下面主要对该零件进行机械加工工艺规程的设计和工艺方案的误差分析。
3.1 零件的结构分析和图纸分析
此零件为后轴支架结构，其结构较为复杂，并且位置重要，必须保证左右轴承孔的加工精度，和下底盘连接时，以及保证垂直度以及位置关系;后轴支架通过双孔螺丝固定，在一定程度上可以保证轴承孔的同轴度。
3.2 零件的生产类型
根据加工零件的年生产纲领和零件本身的特性（轻重、大小、结构复杂程度、精密程度等），可以确定该零件为成批生产中的中批生产的类型。
3.3 工艺路线的拟定
3.3.1 定位基准的选择
先将毛坯未加工表面作为粗基准，对底面进行加工。之后再用底面作为精基准，对其他表面进行加工。
3.3.2 零件表面加工方法的选择
该零件底面为主要加工表面，采用端铣的加工方法。并且表面的加工精度要求较高，采用粗铣-半精铣-精铣的方案加工，确保安装后孔的同轴度提高。轴承孔的加工表面要求也相对较高，同时考虑尺寸、加工经济精度等，采用钻和镗的加工方法，保证孔与轴承之间相互配合。其余加工表面则采取精铣的加工方法进行加工即可。
3.3.3 加工阶段的划分
该零件的加工质量要求较高，故要经过粗加工、半精加工和精加工的三个阶段。
3.3.4 工序的集中原则
根据零件加工的生产类型和工厂生产条件，在工艺过程中，工序数较少，设备数少，且采用数控机床和加工中心进行加工，故采用工序集中原则组织工艺过程。
3.4 工艺方案的误差分析
此零件的关键误差主要在左右两支架轴承孔的同轴度，在安装支架组件时，需以零件打孔处所在的下表面为基准，对左右支架的轴承孔要进行同轴度校正，以保证装配精度;其次就是加工时产生的误差，精加工时，要保证表面均匀的加工余量，使刀具加工平稳，减少切削变形带来的误差。最后零件在产与加工过程中，如果是机械定位副加工或者是基准定位存在不准确的状况，也会导致加工定位误差的出现。所以在将原材料加工成机械产品的过程中，必须要将准确的机械加工要素当作基准 ，并要保障定位基准、所选择的基准两者之间尽可能地重合或一致，以减少定位误差的出现。
参考文献
[1] 刘英建，杨宇恒.S型无碳小车的结构设计与实际问题解决方法[J].南方农机，2019（13）：1-2.
[2] 王冰，方跃法，房海蓉.一种可重构空间四杆机构[J].北京交通大学学报，2017（1）.
[3] 卢本兴.一种空间四杆机构的运动学分析及仿真[J].北华航天工业学院学报，2013（4）.
[4] 邬海龙，崔壮，王晶东.基于椭圆齿轮的实现变间距绕桩的无碳小车设计[J].长春理工大学学报：自然科学版，2017（5）：77-81.
关键词：机械结构 加工工艺 误差分析 节能环保 创新
中图分类号：R235.3+4 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2019）09（c）-0084-02
1 小车结构设计
从结构设计角度考虑，此款小车设计要多種机构协调配合，将重锤的重力势能转化为动能，驱动小车按照设计的轨迹绕桩行驶。小车大体形状为三轮结构，其中前轮负责转向，后轮单轮驱动，整车由动力机构、传动机构、转向机构、微调机构等组成（见图1和图2）。
1.1 动力机构
为使小车有足够的动力，动力机构采用大传动比的滑轮组（绕线轮），绕线轮通过支座固定在立柱上，一侧缠绕一根细绳将重锤提拉到规定的高度，重锤下行拉动绕线轮转动，牵拉另一根细绳带动驱动轴转动，为驱动轮和转向轮提供动力。
1.2 传动机构
采用硬齿面的渐开线直齿轮，将作用在传动轴上的动力平稳、精确地分配给驱动轮和凸轮，瞬时传动比不变，这样有效地减少冲击、振动和噪声，并且通过准确的传动比使作用在驱动轮上的扭力与地面摩擦力相对平衡。
1.3 转向机构
采用滚子从动件和封闭型凸轮，通过高副接触使从动件获得预期的往复运动。依靠凸轮推动从动件，进而实现小车在转向时的不同偏角，驱动前轮实现周期性的偏转，使小车按预定的轨迹行驶。
1.4 微调机构
为了使小车能够行驶设定好的轨迹，设计了微调机构，采用螺旋测微器的可视化设计，调控范围控制在千分之几的误差，使得小车更加精确地实现预期的要求。
2 结构设计创新特色说明
2.1 车轮、底板、立柱镂空
合理化的镂空设计，在保证其承载力的同时，减轻了车体质量，从而减少了各种摩擦的能量损失。
2.2 导轨支架的三角式连体镂空
导轨支架的三角式连体设计，增加了小车行进过程中导轨与小车整体之间的稳定性，导轨不晃动，减小了导轨的传动误差，为小车沿预定轨迹稳定运行提供了可靠的保障。
2.3 微调机构
转向机构包含微调装置，该机构由微调推杆、微调连接杆、微调曲柄和螺旋测微器组成，这样推动前轮曲柄转动，使前车轮实现微小角度的调整，提高了转向精度，确保小车沿轨迹行驶的重复度。
3 加工工艺分析
首先根据小车装配图得到零件图，明确零件在小车中的位置、作用及相关零件的位置关系;了解并研究各项技术条件制定的依据，找出其主要技术要求和技术关键，以便在拟定工艺规程时采用适当的措施以保证最后零件的加工精度，使得零件最大化的发挥性能。
下面主要对该零件进行机械加工工艺规程的设计和工艺方案的误差分析。
3.1 零件的结构分析和图纸分析
此零件为后轴支架结构，其结构较为复杂，并且位置重要，必须保证左右轴承孔的加工精度，和下底盘连接时，以及保证垂直度以及位置关系;后轴支架通过双孔螺丝固定，在一定程度上可以保证轴承孔的同轴度。
3.2 零件的生产类型
根据加工零件的年生产纲领和零件本身的特性（轻重、大小、结构复杂程度、精密程度等），可以确定该零件为成批生产中的中批生产的类型。
3.3 工艺路线的拟定
3.3.1 定位基准的选择
先将毛坯未加工表面作为粗基准，对底面进行加工。之后再用底面作为精基准，对其他表面进行加工。
3.3.2 零件表面加工方法的选择
该零件底面为主要加工表面，采用端铣的加工方法。并且表面的加工精度要求较高，采用粗铣-半精铣-精铣的方案加工，确保安装后孔的同轴度提高。轴承孔的加工表面要求也相对较高，同时考虑尺寸、加工经济精度等，采用钻和镗的加工方法，保证孔与轴承之间相互配合。其余加工表面则采取精铣的加工方法进行加工即可。
3.3.3 加工阶段的划分
该零件的加工质量要求较高，故要经过粗加工、半精加工和精加工的三个阶段。
3.3.4 工序的集中原则
根据零件加工的生产类型和工厂生产条件，在工艺过程中，工序数较少，设备数少，且采用数控机床和加工中心进行加工，故采用工序集中原则组织工艺过程。
3.4 工艺方案的误差分析
此零件的关键误差主要在左右两支架轴承孔的同轴度，在安装支架组件时，需以零件打孔处所在的下表面为基准，对左右支架的轴承孔要进行同轴度校正，以保证装配精度;其次就是加工时产生的误差，精加工时，要保证表面均匀的加工余量，使刀具加工平稳，减少切削变形带来的误差。最后零件在产与加工过程中，如果是机械定位副加工或者是基准定位存在不准确的状况，也会导致加工定位误差的出现。所以在将原材料加工成机械产品的过程中，必须要将准确的机械加工要素当作基准 ，并要保障定位基准、所选择的基准两者之间尽可能地重合或一致，以减少定位误差的出现。
参考文献
[1] 刘英建，杨宇恒.S型无碳小车的结构设计与实际问题解决方法[J].南方农机，2019（13）：1-2.
[2] 王冰，方跃法，房海蓉.一种可重构空间四杆机构[J].北京交通大学学报，2017（1）.
[3] 卢本兴.一种空间四杆机构的运动学分析及仿真[J].北华航天工业学院学报，2013（4）.
[4] 邬海龙，崔壮，王晶东.基于椭圆齿轮的实现变间距绕桩的无碳小车设计[J].长春理工大学学报：自然科学版，2017（5）：77-81.