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【zsx4mp】3D打印版Trophy Truck模型

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发表于 2018-10-19 15:14:12 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 zsx4mp 于 2018-10-20 09:34 编辑

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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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)
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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。
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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!
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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。
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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。
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电池设计为两节4000mah的3S锂电,布置在电机两侧。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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车架前段-包括车身支架、前悬架安装点、转向安装点。
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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
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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最终成为了强度足够、便于打印、便于装配和维修的车架。
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前悬架、转向
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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上摆臂设计有稳定杆的安装点,连接稳定杆连杆。
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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。
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前减震器行程40mm,共4根。
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悬架总行程80mm。
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转向设计了双舵机的形式,以避免单舵机扭矩不够的尴尬。
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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。
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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)。
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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。
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后悬架
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和原型车相同,后悬架使用的是四连杆直桥非独立悬架。
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纵臂使用了3D打印做主体,激光切割不锈钢作为加强板。
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两端打印出球形孔,压入带孔钢珠作为球头使用。
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连杆直接使用m4的两端螺纹的丝杠和关节轴承组成。
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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
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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为了保证电机散热,为电机单独设置了散热风扇。
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风扇使用独立电源供电,独立电池放置在车架侧面的槽中。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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保险杠打印时发生了翘边,还好不影响使用。
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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。
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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。
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上摆臂安装到支座上,摆臂轴使用的是直径3.0mm的钢轴。
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下摆臂安装到支座上。
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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。
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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。
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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。
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将钢珠压进转向节的球窝里。
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再将螺杆拧进摆臂的孔中,便完成了转向节的安装。
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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。
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后纵臂打印了两次,因为第一次的发生了翘曲。
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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。
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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。
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装配完的桥壳,里边还没有齿轮。
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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。
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在台钳上将齿轮轴压进齿轮孔中。
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装配完的主动锥齿轮,靠过盈量传递扭矩。
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从动锥齿轮轴也是手工修配的。
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将主动锥齿轮和轴承装进齿轮箱。
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齿轮组完全装配到齿轮箱内。
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安装传动轴,用顶丝紧固。
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用电批磨合一下。
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桥壳上安装上连杆和下纵臂,调节好长度,后桥就算完成了。
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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。
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车架后段比较小,也用了两天时间才完成。
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车架尾段,虽然自身重量不大,但是支撑很多,导致打印很慢。
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车架组装到一起,后悬架装到车架上,背上备胎,装上电机。
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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。
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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。
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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。
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摇臂和稳定杆座忘了拍照,直接上完成图了。
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后稳定杆摇臂用3D打印,连杆用关节轴承。
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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。
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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。
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第一次上沙漠刨土
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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。
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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。
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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
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备胎支架也摔断了。
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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。
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更换完的没有镂空的减震支架,顺便加上了车身支架。
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备胎支架从车架尾段独立出来,便于备胎支架损坏时更换。
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完善了车身安装点,用蝶形螺母固定车身。
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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。
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 楼主| 发表于 2018-10-22 14:45:37 | 显示全部楼层

谢谢夸奖
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 楼主| 发表于 2018-11-1 23:08:27 | 显示全部楼层

你也好
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发表于 2018-12-3 22:57:30 | 显示全部楼层
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
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发表于 2018-12-10 20:11:36 | 显示全部楼层
我是宁夏的哥们 阿拉善我也去了 交个朋友啊 你微信多少?
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发表于 2019-6-17 08:55:16 | 显示全部楼层
挺棒的啊,赞一个
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 楼主| 发表于 2019-7-30 15:16:14 | 显示全部楼层
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
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 楼主| 发表于 2019-7-30 15:20:45 | 显示全部楼层
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
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