【zsx4mp】3D打印版Trophy Truck模型

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9月是忙碌的一个月，这一整月都在忙着设计新的Trophy Truck，也就是常说的后直桥短卡。之所以这么赶，就是为了国庆假期到内蒙参加阿拉善英雄会时，把车带过去跑一跑沙漠。
由于之前曾经设计过了两个金属版本，所以这次的3D打印版设计很快，基本上半个月就完成了设计。

剩下的半个月时间都是加工和装配。经过不断的加班加点和数次熬夜，终于在国庆前几天成功让车落地。

车壳是在出发前两个小时才喷完的漆，为了节省时间，就没有做任何特殊涂装，只是喷了黑漆。

先看一下之前设计的金属版的Trophy Truck，也就是这辆新车的原型车。
第一版受到之前的车影响，全部结构都是按照线切割的方式设计的，导致拼接件很多，结构很复杂。

后来想把铣和激光切割应用进来，就从第一版的基础上改进出了第二版。由于加工工艺的扩展，结构简单了很多，设计也便捷了很多。

现在这版3D打印的Trophy Truck就是在前两版的基础上继续衍生出来的。有了3D打印，结构设计更加方便了，加工也很便利，试错成本也大大降低。缺陷就是3D打印强度低并且层与层的结合强度更低，需要设计得更加粗壮。

3D打印并不意味着随心所欲，设计时也要注意根据3D打印的加工特点进行结构设计以便于加工，并且要小心设置各种打印参数，才能最终获得高质量的零件。

整体介绍
车架全部使用3D打印制作，分为保险杠、前、中、后、尾、备胎架6部分。
（这里车架就是指的用来安装各个总成的支架，不包括悬架、转向、传动等分总成）

悬架用的是Trophy Truck原型车的前独立悬架、后直桥的悬架形式，前后悬架均设计有稳定杆，全车使用8根减震器；为了保护后纵臂，后悬架还设计了缓冲器。




动力设计为两套，一套是有刷775电机配合好盈1060有刷电调；另一套是好友Bill赞助的好盈6S无刷动力套装，在此对好友表示感谢！


传动使用的是后轮驱动形式，无差速；传动结构很简单，电机输出直连传动轴，也就是说整个传动系统只有一对锥齿轮。

转向使用了20kg舵机，设计的是双舵机并联，实际测试一个舵机的扭矩就足够，因此虽然装了双舵机，但是只使用了一个输出扭矩，另一个拆掉了齿轮，只用来当做铰链。
吸取了之前的教训，这次的设计使用了舵机保护摇臂，以防止冲击损伤舵机。

电池设计为两节4000mah的3S锂电，布置在电机两侧。

一个重要但是看似装饰品的部分，就是备胎。备胎一方面用来控制重心位置，另一方面来控制整车俯仰惯量，这两项参数影响整车的稳定性。

整车就大致介绍到这里。下边来详细介绍各部分结构。

车架
车架是整车上最大的部件，也是最重要的部件。高性能的车架才能给其他系统提供稳定的安装，稳固的基础才能让个系统充分发挥性能。
车架整体使用3D打印加工，为了方便打印，车架被分成了不同位置、不同功能的小部分，各部分用螺栓进行连接。
最初的划分是保险杠-前-中-后-尾5部分，尾部车架包含了备胎支架。

后来试车过程中发现备胎支架在翻滚的过程中收到的冲击很大，是易损的部分。

所以就将备胎支架单独划分为了一个零件，以便于维修，车架也就变成了保险杠-前-中-后-尾-备胎架6部分。

保险杠-保护整车的重要部分，翻滚时的前端支撑，一定程度上保护悬架和车架；发生前向碰撞时牺牲自己保全车身其他零件，因此强度不能过高，要低于车架其他零件。
同时前稳定杆的安装点也在前保险杠上。

有一个小技巧，就是侧面是图上看，保险杠的碰撞点尽量不要和重心同高，这样冲击力和惯性力会形成一个力矩，压缩减震弹簧，在一定程度上减少车架吸收的冲击能量。

车架前段-包括车身支架、前悬架安装点、转向安装点。


根据不同功能，车架前段分成了6小部分，最上蓝色为车身支架；之下的蓝色是减震支架；最中间黑色零件是前段的主体，包含了舵机安装点；左右两个是上摆臂安装点；最下为下摆臂安装点

车架中段-整车最大的打印零件，主要用来承载电池、动力以及安装后悬架。中段要承载大部分重量，并且处于整个车架中间，承受弯曲和扭转，同时也是动力输出的作用点，因此需要强度比较高。


中间圆弧为电机安装位置，螺栓孔可以适应不同的电机；电机两侧的狭长空间为电池槽，可以装长小于140mm、厚小于27mm的电池两块。大概是4000mah两节；最外两个槽可以用来放置接收机、辅助电池等其他电子设备。两个凸起的结构是后悬架上连杆的安装点；后悬架下连杆的安装点隐藏在了内部。

车架后段-包括后减震器的安装点、电调安装位置、后稳定杆安装点以及车架尾段安装点。


由于有减震器安装点和稳定杆安装点，因此需要刚度强度比较高，在内部加上了支撑肋。

车架尾段-功能相对比较少，主要是用来连接备胎架，同时给后悬架的限位缓冲器提供安装点。但是没有尾段和备胎的配重，整车质心位置和惯量就会变差，最终导致悬架隔震以及整车姿态变差。

备胎支架-用来安装备胎，同时起到调整之行为之和整车惯量的作用。



车架连接方式-由于车架被分成了不同功能的6段，为了保证各段之间的连接稳定，需要可靠的连接方式。
保险杠和车架前段，由于保险杠属于易损件，因此需要考虑拆装的便捷性，所以连接方式在可靠的前提下，越简单越好，采用了两个长螺栓横向连接。

车架前段和中段，由于前段是前悬架的安装位置，因此前段、中段的连接需要足够抗弯和抗扭，所以用了8个不同位置的螺栓进行了连接。



车架中段和后段，因为后段是后悬架的安装位置，同样需要足够抗弯和抗扭，所以用了10个不同位置的螺栓进行了连接。


车架后段和尾段，由于尾段上有后悬架的缓冲器，因此对连接强度也是有要求的，所以使用了6个连接点连接后段和尾段。


车架尾段和备胎架，由于备胎支架在侧翻时会受到冲击，因此也需要一定连接强度，最终使用6个螺栓进行了连接。同时备胎支架两侧安装了车身的后安装点。



最终成为了强度足够、便于打印、便于装配和维修的车架。


前悬架、转向

和原型车的悬架形式相同，前悬架使用的是双横臂独立悬架，设计有稳定杆。



转向节-使用3D打印加工，上下各打印一个球窝，用来安装横臂的球头。为了使球窝和球头达到很好的配合效果，做了很多不同尺寸的球窝进行尝试，最终达到既不松旷又能够灵活转动的状态。由于最开始打算设计4驱形式，所以前转向节处保留了万向节和半轴的空间。

前摆臂-使用3D打印加工，为了保证强度，下摆臂设计为等强度梁，并且厚度很大；上摆臂为了给减震器留出空间，做成了环状结构。


为了保证正面冲击时有足够的强度，下摆臂的前后跨度设计的比较大。

摆臂与转向节配合的球头使用的是带内螺纹的钢珠，特别方便安装和调节，还能够保证足够的转角。


上摆臂设计有稳定杆的安装点，连接稳定杆连杆。



稳定杆的扭杆使用的是六角扳手，能够有很多不同尺寸的可供选择，方便调试。

前减震器行程40mm，共4根。

悬架总行程80mm。

转向设计了双舵机的形式，以避免单舵机扭矩不够的尴尬。

为了避免双舵机的运动干涉（互相牵拉造成磨损及过渡耗电）同时为了保护舵机免收冲击损伤，选用了带有扭矩限制的舵机摇臂。

转向连杆安装到中拉杆上，通过设计中拉杆上球头的安装点位置，可以控制悬架的动态特性（上跳前束、上跳负前束等状态）。

由于Trophy Truck主要是跑高速，因此车轮最大转向角设计的比较小，只有30度。


后悬架

和原型车相同，后悬架使用的是四连杆直桥非独立悬架。


纵臂使用了3D打印做主体，激光切割不锈钢作为加强板。


两端打印出球形孔，压入带孔钢珠作为球头使用。

连杆直接使用m4的两端螺纹的丝杠和关节轴承组成。

桥壳整体使用3D打印完成，分为了左/右轮毂轴承盖、左/右桥管、齿轮箱5部分



为了保证桥壳的强度，在桥管的上、后两侧设计了两条加强肋。

齿轮箱内包覆了主减速锥齿轮组，因此需要保证润滑。为了方便润滑加注，在齿轮箱上设计了润滑脂加注孔，外端在齿轮箱表面，内端直接通至锥齿轮的啮合点，可以在不拆解桥壳的状态下方便的加注润滑脂。


由于后纵臂不如前悬架下摆臂一般粗壮并且长度很大，因此为了防止冲击使纵臂折断，在后桥上设置了液压缓冲器，当悬架受到冲击而达到上顶点时，由缓冲器吸收能量，保证纵臂不受冲击。
  

由于后悬架的减震是沿着纵臂的方向布置的，因此使用了不等长的减震器，行程分别是30mm和40mm。

后悬架介绍到此。

动力传动
动力系统最终使用的是好友赞助的无刷动力套装，2200KV无感无刷电机匹配6S锂电，轻松甩爆了一套塑料轮辋。

为了保证电机散热，为电机单独设置了散热风扇。

风扇使用独立电源供电，独立电池放置在车架侧面的槽中。

传动结构很简单，电机直连传动轴万向节，传动轴带动主减速器齿轮，扭矩不经差速（无差速器）直接传递给半轴，最终到达车轮。

主减速齿轮使用的是角磨机的减速齿轮，经济实惠，质量可靠，货源有保障。缺点就是重量大。
  

传动轴使用的110-150mm长度范围的伸缩万向传动轴。现在市面上出售的产品质量参差不齐，选购时一定要注意对照，避免传动轴质量问题损坏车。
  

传动部分介绍到此。
加工、装配
前边已经将所有部分的设计都进行了介绍，后边开始加工装配的介绍。

全车最先加工的零件是电池定位盖，同时这个零件也是电机散热风扇支架。打印这个零件使用了大量支撑，就是为了保证正面的logo清晰。


风扇出风口处设计了隔栅，能够让风扇的气流从电机的尾部吹到电机头部，保障电机散热。

保险杠打印时发生了翘边，还好不影响使用。

减震器支座最开始是镂空结构，后来因为强度不够才取消了镂空。

前悬架摆臂全部是一起打印出来的，为了防止回抽造成的缺陷，将回抽关闭，完成后再将拉丝全部切除。这时候的前悬架还没有稳定杆的安装点。


上摆臂安装到支座上，摆臂轴使用的是直径3.0mm的钢轴。

下摆臂安装到支座上。

有了前悬架摆臂、前减震支架、保险杠、车架前段的零件，再装上减震器，整车前段就有了雏形。



接下来打印的是转向节，转向节上有轴承孔和球窝两种配合位置，都是经过了多次试验确定的最佳配合尺寸。

摆臂和转向节连接的球头使用的是带内螺纹的钢珠，穿上丝杠，再用螺母锁紧。

将钢珠压进转向节的球窝里。

再将螺杆拧进摆臂的孔中，便完成了转向节的安装。

转向安装，双舵机安装到舵机座孔内，都使用了保护摇臂（红色）；转向拉杆外侧安装到转向节上，内侧安装到白色的转向中拉杆上。



后纵臂打印了两次，因为第一次的发生了翘曲。



纵臂打印部分（蓝色）和不锈钢加强板。纵臂两端的球孔压入带孔钢球，作为关节轴承。


桥壳受力比较大，因此打印使用的很低的速度，以尽量避免内部缺陷。




装配完的桥壳，里边还没有齿轮。

桥壳内装减速齿轮组是一个很枯燥的过程，需要不断拆装更换垫片来调节齿轮啮合间隙。
首先组装主动锥齿轮，为了有合适的过盈配合，齿轮轴是手工精修的。

在台钳上将齿轮轴压进齿轮孔中。

装配完的主动锥齿轮，靠过盈量传递扭矩。

从动锥齿轮轴也是手工修配的。

将主动锥齿轮和轴承装进齿轮箱。

齿轮组完全装配到齿轮箱内。

安装传动轴，用顶丝紧固。

用电批磨合一下。

桥壳上安装上连杆和下纵臂，调节好长度，后桥就算完成了。


接下来打印的是车架零件，也是车上最大的几个零件。
车架中段几乎把打印平台占满了，打印耗时将近60小时。




车架后段比较小，也用了两天时间才完成。



车架尾段，虽然自身重量不大，但是支撑很多，导致打印很慢。






车架组装到一起，后悬架装到车架上，背上备胎，装上电机。


装上电控和其他配件就正式落地了，为了防止首试出问题，没有装无刷电机，用的是普通775有刷电机。



小试能正常跑，试了试过木条的姿态。

http://v.youku.com/v_show/id_XMzg2ODMyOTk5Ng==.html?spm=a2h3j.8428770.3416059.1
然后就耐不住要试试跳台阶了。

http://v.youku.com/v_show/id_XMzg2ODMyNDI3Mg==.html?spm=a2h3j.8428770.3416059.1
感觉问题不大，果断摆起来纸箱，试试连续台阶。

http://v.youku.com/v_show/id_XMzg1NjE3NDA5Ng==.html?spm=a2h3j.8428770.3416059.1
但是由于没有装稳定杆，所以侧倾十分严重。

装稳定杆，顺便换上无刷电机。
前稳定杆的连杆直接用3D打印，完成后压进两个带孔球。


摇臂和稳定杆座忘了拍照，直接上完成图了。

后稳定杆摇臂用3D打印，连杆用关节轴承。


换上无刷，装上稳定杆的首试，无刷动力十足，漂来漂去啊。

http://v.youku.com/v_show/id_XMzg2ODM2MTMwOA==.html?spm=a2h3j.8428770.3416059.1
为了操控简单，装上了陀螺仪，到此整车就基本完成了。

国庆准备到阿拉善去跑一跑沙漠，临走前赶工，喷了一个车身。






阿拉善之行
经过整两天的旅途，终于在傍晚到达了河北大队的营地，与前来参赛的朋友会合。

第一次上沙漠刨土

第一天收拾完已经很晚了，充上电就休息了。第二天充满电，先在营地里试试。

陀螺仪灵敏度太低，翻车了。

http://v.youku.com/v_show/id_XMzg2ODYxOTYzNg==.html?spm=a2h3j.8428770.3416059.1
增加陀螺仪灵敏度之后，变得稳定多了。

http://v.youku.com/v_show/id_XMzg2ODYyODc2MA==.html?spm=a2h3j.8428770.3416059.1
下一步将电池由3S增加为6S，动力猛增，起步时沙子推出去几米远（视频第10秒开始）。

http://v.youku.com/v_show/id_XMzg2ODYzMjIwNA==.html?spm=a2h3j.8428770.3416059.1
一切准备就绪，开进沙漠。

沙漠里跑就是自由，然而轮辋不争气，一跤就摔断了。

http://v.youku.com/v_show/id_XMzg2ODY0MzE1Mg==.html?spm=a2h3j.8428770.3416059.1



备胎支架也摔断了。

拆掉备胎支架，换上备胎，不过后边就没再跑了，去沙漠玩真车了。

阿拉善回来之后，对车的强度有了底，就决定去试试跳台阶。
先试了试慢点下台阶。

http://v.youku.com/v_show/id_XMzg3MjIyOTUxMg==.html?spm=a2h3j.8428770.3416059.1
然后勇敢一跃。

http://v.youku.com/v_show/id_XMzg3MjIyOTAwOA==.html?spm=a2h3j.8428770.3416059.1
又一个台阶。

http://v.youku.com/v_show/id_XMzg3MjIzNTMyOA==.html?spm=a2h3j.8428770.3416059.1
跳完台阶，感觉悬架和车架强度应该是没有问题了。

接下来就是一场大保养，然后改掉损伤部分的设计。
首先把前减震支架换成了没有镂空的结构，因为之前的镂空太厉害导致断裂了，靠扎带固定才坚持完了阿拉善一行。


更换完的没有镂空的减震支架，顺便加上了车身支架。

备胎支架从车架尾段独立出来，便于备胎支架损坏时更换。



完善了车身安装点，用蝶形螺母固定车身。


到此，这辆车就算完成了，一辆后驱直桥短卡。
再放一些照片吧。

jacklou

厉害！！！！

zsx4mp

jacklou 发表于 2018-10-20 12:32
厉害！！！！

谢谢夸奖

PINKWALKMAN

大牛，你好！

zsx4mp

PINKWALKMAN 发表于 2018-10-22 17:05
大牛，你好！

你也好

TilaMaker

你好，做的好厉害，想问问3d打印机有什么经验吗?我打印出来好多东西都不正确

mhy137701272

我是宁夏的哥们 阿拉善我也去了 交个朋友啊 你微信多少？

江渚鹭鸶

膜拜。。。。。

xinhangxing123

挺棒的啊，赞一个

zsx4mp

TilaMaker 发表于 2018-12-3 22:57
你好，做的好厉害，想问问3d打印机有什么经验吗?我打印出来好多东西都不正确 ...

前段时间账号坏了，刚看到，加微信吧，zsx4mp

zsx4mp

mhy137701272 发表于 2018-12-10 20:11
我是宁夏的哥们 阿拉善我也去了 交个朋友啊 你微信多少？

zsx4mp，我账号坏了好久，刚登上