“8”字形无碳小车设计

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而得到的.该给定重力势能由竞赛时统一使用质量为1Kg 的标准砝码(￠50×65 mm，碳钢制作) 来获得4J 能量,要求砝码的可下降高度为400±2mm.标准砝码始终由小车承载，不允许从小车上掉落。

图1 为小车示意图。

图一要求小车在行走过程中完成所有动作所需的能量均由此给定重力势能转换而得，不可以使用任何其他来源的能量。

要求小车具有转向控制机构，且此转向控制机构具有可调节功能，以适应放有不同间距障碍物的竞赛场地。

要求小车为三轮结构。

在300~500mm 范围内产生一个“8”字型赛道障碍物间距值。

重物块从距小车底板400mm 的高处下落，带动主动轴转动，使小车运动，再通过齿轮传动和转向结构，实现在转动一定周期时，小车进行方向的改变，从而实现8 字的运动轨迹。

通过对命题的分析,我们小组有了一个比较清晰的思路。

我们在网上搜集资料，对每个结构的各种方案进行了比较，再结合我们的实际情况和自己想法，最后确定了以下结构。

对于各种参数的确定，我们只要是对齿轮进行了计算，其他参数是在原有的基础上进行了修改。

在设计过程中，我们主要采用了Auto CAD、Solidworks 软件进行辅助设计。

车架受力小，精度要求低，考虑到铝板密度小，强度对于小车也足够，而且方便加工，故本次制作选择3mm 厚铝板。

由于我们是后轮单轮驱动，前导向轮与驱动轮的横向距离过大会使小车在绕行8 字时轨迹不对称, 即一个圆大一个圆小。

为避免这种情况我们将驱动轮与导向轮的横向距离取消。

原动机构是把重物的重力势能转化为小车动能的装置.要求1。

驱动力适中，不至于小车转弯时速度过大倾翻.2.启动时提供足够的加速度使小车开始行走.3.到达终点时的速度要尽可能小，避免对小车过大的冲击. 同时使重块的动能尽可能的转化到驱动小车前进上，如果重块竖直方向的速度较大，不仅浪费了重物的动能，下落时对车架的冲击还会影响小车的运动。

“8”字循迹无碳小车结构创新设计1 设计思路根据“8”字形路线小车的运动特点，小车转向轮应在一定角左右周期性摆动，根据这一原理我们采用凸轮的形式来实现这一周期性定角摆动，且选择与之相应后轮传动比来满足要求；车架我们采用方形版结构，考虑到节约加工成本，底板重量等因素，我们和加工中心进行联系，使用铝合金材料，采用较为方便的激光切割进行加工；齿轮齿轮传动平稳，传动比精确，工作可靠、效率高、寿命长，使用的功率、速度和尺寸范围大的优点，因此传动方式我们采用齿轮和动滑轮相结合；考虑到小车在运动过程中后轮会产生一定的差速，对于差速的处理，本设计采用单轮驱动。

由于驱动轮越大，滚阻系数越小，行走距离远，因此选择较大的轮驱动车体。

2 特色创新结构设计说明我们对无碳小车进行结构设计，要保证小车能稳定的进行8字行走，我们要保证各机构设计精确可靠，由于采用凸轮结构实现转向功能，则对凸轮形状的设计必须考虑周全。

另外微调机构在保证平稳前行过程中也起到极为关键的作用。

考虑到加工难度及成本，设计了单轮驱动。

栓线处为梯形原动轮。

起始时，原动轮的转动半径较大，起动转矩大，有利起动。

其次，起动后，原动轮的半径变小，转速提高，转矩变小，和阻力平衡后作匀速运动。

原动轮的半径变小，使总转速比提高。

下面主要对小车凸轮设计以及微调机构设计进行说明。

2.1 凸轮设计首先我们根据小车行走的8字轨迹形状进行凸轮的理论形状设计，如图1所示，考虑到实际加工出来的凸轮有一定的厚度，必将导致用理论形状加工出来的凸轮形状所走出来的轨迹与实际轨迹存在误差，我们通过分析，将加工出来的凸轮形状作为初步大致凸轮，然后采用调试掌握相关规律，将因凸轮厚度引起的误差采用手动磨削的方式减小到最小，反复实验，最后得到滿意的凸轮形状。

2.2 微调机构设计由于前面确定了转向采用凸轮机构换向方案，为了提高准确度，适应性，因此就必须加上微调机构，对误差进行修正。

微调机构可以采用下面两种方式（1）凸轮轴向可移动一微小位移，从而调整凸轮与推杆接触点的位置，来调节八字大小，如图2为本文所设计凸轮微调装置。

“8”字形轨迹无碳小车结构设计浅析摘要：本文主要研究无碳小车的结构设计，通过对小车的轨迹特征分析，提出了一种新的“8”字形轨迹结构设计方案。

该方案采用双轮驱动和独立转向模式，可以实现高效的移动和精确的控制。

文章对设计原理、材料选择以及部件的制造和安装等方面进行了详细阐述，并通过实验验证了该结构的可行性和应用性。

该研究对于推动无碳交通和智能机器人技术的发展具有一定的意义和价值。

关键词：无碳小车，结构设计，8字形轨迹，双轮驱动，独立转向，可行性研究正文：无碳交通已成为全球环境保护和可持续发展的重要议题，无碳小车作为其中的一种重要形式，其结构设计是其性能和效率的核心所在。

目前市面上的无碳小车结构种类很多，但是大部分都存在一些不足，比如转向不精准、移动效率低下等问题。

本研究旨在提出一种新的“8”字形轨迹结构设计方案，解决现有结构存在的问题。

该方案采用双轮驱动和独立转向模式，在不同的工作状态下，通过单独控制左右轮的运动实现小车的移动和方向控制。

在此基础上，通过对小车的轨迹特征分析，提出了一种基于“8”字形轨迹的结构设计方案。

具体来说，该方案将小车的前半部分和后半部分各自固定一个翼形结构，两个翼形通过中心轴线相交，以此实现小车在“8”字形轨迹上运动。

为了达到理想的性能和效率，文章对设计原理、材料选择以及部件的制造和安装等方面进行了详细阐述。

例如，在结构设计方面，要保证翼形结构对称、刚度足够，以及合理分布重心等；在材料选择方面，要选用轻量化、高强度的材料；在制造和安装方面，要精确制作和安装每个部件，减少摩擦和滑动等不必要的力。

文章还详细介绍了实验验证的过程和结果，证明了该结构设计方案的可行性和应用性。

综上所述，本研究提出了一种新的“8”字形轨迹无碳小车结构设计方案，该方案采用双轮驱动和独立转向模式，通过实验验证证明了其性能和效率较高，可以为无碳交通和智能机器人技术的发展提供一定的借鉴和参考。

随着社会和经济的发展，无碳交通成为必不可少的选择。

摘要煤炭是大自然给予人类的一笔宝贵财富，可是由于人们对煤炭的巨大需求，煤炭资源日趋减少近于枯竭。

随着人们节能环保意识的提升，无碳理念也越来越被人们提上研究的课题。

更洁净，更环保，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。

“无碳小车”系第二届全国大学生工程训练综合能力竞赛命题主题，目前实验阶段已经完成。

小车的设计分为三个阶段：方案设计、技术设计、制作调试。

方案设计阶段根据小车功能要求根据机器的构成（原动机构、传动机构、执行机构、控制部分、辅助部分）把小车分为车架、原动机构、传动机构、转向机构、行走机构、微调机构六个模块，进行模块化设计。

技术设计阶段采用了PROE等软件进行辅助设计。

小车大多是零件是标准件、可以购买，同时除部分要求加工精度高的部分需要特殊加工外，大多数都可以通过手工加工出来。

调试过程会通过微调等方式改变小车的参数进行试验，在试验的基础上验证小车的运动规律同时确定小车最优的参数。

关键词：无碳小车；方案设计；模块化设计；8型路线AbstractCoal is a valuable wealth of human nature, but because of the huge demand for coal and meager coal resources dwindling. As enhance awareness of energy saving and environmental protection, zero-carbon concept is increasingly being put on the research project. Cleaner, more environmentally friendly, more energy, more efficient idea is taking hold.Issue, later expanded and further developed. "Zero-carbon cars" of the second national students ' comprehensive ability of engineering training race in thesis theme, the current experimental phase has been completed.Car design is divided into three phases: design, technical design, making debugging. Programme design stage based on the car features under the machine's composition (original mechanism, actuator, actuator, control section, Assistant section) original car into the frame, body, transmission, steering agencies, travel agencies, fine-tune the bodies of six modules, modular design. Technical design stage using PROE software for aided design. Car most parts are standard parts, you can purchase, while some require high processing precision parts require special processing, most are available through the manual process. Debugging changes by way of fine tuning parameters of the car testing, experimental validation on the basis of the car in motion at the same time determine the optimal parameters for car.Key words:Carbon-free cares; design; modular design;8-courses目录摘要............................................................................................................... 错误!未定义书签。

小车功能设计要求无碳小车走“8”字形越障的设计1.1设计布置方案无碳小车示意图1.2功能设计要求以重力势能驱动的具有方向控制功能的自行小车。

给定一重力势能，根据能量转换原理，设计一种可将该重力势能转换为机械能并可用来驱动小车行走的装置。

小车在半张标准乒乓球台（长1525mm、宽1370mm）上，绕相距400mm距离的两个障碍沿8字形轨迹绕行，绕行时不可以撞倒障碍物，不可以掉下球台。

障碍物为直径20mm、长200mm的2个圆棒，以小车完成8字绕行圈数的多少来综合评定成绩。

见下图二：图二小车绕行所用乒乓球台及障碍设置图给定重力势能为4焦耳（取g=10m/s2），用质量为1Kg的重块（ 50×65 mm，普通碳钢）铅垂下降来获得，落差400±2mm，重块落下后，重物须被小车承载，并同小车一起运动，不允许掉落。

要求小车在前行过程中完成的一切动作所需的能量均由重力势能转换获得，不可用任何其他的能量形式。

小车要求采用三轮结构，具体结构以及材料选用均由学生自主设计完成。

二方案设计通过对小车的功能分析小车需要完成重力势能的转换、驱动自身行走、自动避开障碍物。

为了方便设计这里根据小车所要完成的功能将小车划分为五个部分进行模块化设计（五部分分别为：车架、原动机构、传动机构、转向机构、行走机构）。

2.1车架车架由于不需要承受太大的重力势能，所以其对强度要求不高。

在考虑到整理成本和加工的难易程度后，由于铝板密度小，强度对于整理小车也足够，同时易于加工，所以车架采用铝条焊接铝板加工整理成底板，即方便也经济。

2.2原动机构原动机构的作用是将重块的重力势能转化为小车的驱动力。

我们设想使用飞轮作为储能机构，小车对原动机构应有这些要求。

1.驱动力适中，不会使小车拐弯时因速度过大而是离心力增大导致小车倾翻，或重块晃动厉害影响行走。

2.小车在到达终点前重物竖直方向上的速度要尽可能小，避免对小车过大的冲量。

同时使重物的动能尽可能的转化为驱动小车前进的驱动力，假如重块竖直方向的速度较大，重物本身还有较多动能未释放出来，能量利用率不高，将减小小车的行程。

8字形轨迹无碳小车的创新性设计摘要：针对第三届全国大学生工程训练综合竞赛“无碳小车”主题，设计一种以重力势能驱动具有方向控制功能8字形轨迹自行小车，提出了一种创新设计，设计出一种结构简单，制作容易的无碳小车，该小车特点是：小车为边三轮结构，采用共轭凸轮滚子直动推杆转向机构，采用了动滑轮组、锥形滚筒及约束导轨，提高了能量利用率及行驶稳定性，使得行驶轨迹更精确，行驶路程更远。

本设计为日常生活、工业生产、儿童玩具车中需要“8”字形轨迹控制的小车机构设计提供了借鉴，有较好应用价值。

关键词：无碳小车、8字形轨迹、方向控制、共轭凸轮、机构设计1 引言当今世界，科学技术飞速发展，人们生活水平不断提高，然而环境污染也日益严重，可持续发展已成时代潮流，“低碳生活”观念已成共识。

坚持科学发展观，走可持续发展道路是社会发展必然趋势，现在许多发达国家都把无碳技术运用到工农业及日常生活各领域，我国也在加大无碳生产技术的研究。

鉴于此，设计无碳小车模型具有重要意义。

小车设计要求：全部能量由重力势能提供，能绕一定间距两障碍物走8字形轨迹，能自动转向。

2 运动轨迹分析及设计小车在行驶时能绕一定间距两障碍物沿8字形循环绕行，要求转向机构能周期转向，在速度一定下，必须保证小车运动轨迹曲率是连续的，否则曲率突然改变，小车容易晃动甚至倾覆。

因此，可将小车轨迹设计成由两个相切的圆组成的8字形，使小车在每走完半个8字时转向机构换向一次，即实现8字绕行。

3 驱动及转向原理重物下降过程中，重力势能通过绳轮式原动机构传递给后轮轴，轴带动后轮转动，带轮传动机构将能量传递给共轭凸轮滚子直动推杆转向机构，控制小车前轮自动转向，在行走机构驱动下使小车前行，根据小车行驶8字形轨迹大小来设计带轮传动机构传动比及转向机构凸轮形状，同时在微调机构调节下对前轮摆角进行微调，使前轮在每走完半个8字时转向一次，即实现小车走8字形轨迹。

图4：驱动转向原理图（2. 驱动轴4.滚筒 6.带轮8.定滑轮12.凸轮18.前轮20.边轮23.后轮24.小带轮）4 机构设计根据功能要求把小车分为原动机构、传动机构、转向机构、行走机构四个模块，进行模块化设计。

8字形无碳小车的设计摘要：针对2015年第四届全国大学生工程训练综合能力竞赛主题为“无碳小车”，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而得到的。

设计一种小车，该小车特点是：为了小车的综合运行能力，将小车的重心尽量的降低，使小车运行更加平稳。

在小车转向部分增加指针，方便观察转角，准确地对小车进行调整。

采用不完全齿轮实现间歇。

利用滑块顶丝使曲柄长度连续可调，从而改变转角。

本设计在实际生活中也会用到，有很好的应用前景。

关键词：8字形;不完全齿轮;单级齿轮驱动;摆动导杆1.总体分析采用尼龙线连接重物和原动轴，重物的下降会拉动尼龙线然后带动原动轴旋转，从而实现小车的驱动。

当重物落到车板上的时候会对车板产生撞击，造成能量损失。

①通过理论分析让重物的能量尽可能的转化小车的行进的动能。

为了达到这一目的我们需要实现重物下落时的运动规律：由静止开始加速下落，然后开始匀速下落，最后进入减速阶段，以接近速度为零的速度落到车板上。

本作品采用锥形轴原动轴，锥形轴可以很好的做到以上运动规律，达到减小能量损失的目的。

②根据本大赛的要求，小车需要自动控制其转弯，为了实现小车的自动转弯，首先后轮的运动应该传给转向机构，然后设计以一种机构实现前轮的间歇行工作。

③为了保证小车行驶的距离最远，必须将不必要的损失降到最小。

可以设计出一种机构让小车在需要转弯的地方是走弧线，在不需要转弯的地方走直线。

还可以在保证小车正常行驶的情况下将小车打孔，减轻小车的质量。

本作品利用重物的重力势能做能量，通过单级齿轮驱动后轮进行前进;利用不完全齿轮实现间歇;利用摆动导杆实现转向，从而实现无碳小车的8字形运动。

2.运动轨迹分析AB、CD阶段间歇（细实线），AD、BC阶段转向（粗实线）。

小车从D点起车，起车时小车间歇机构处于间歇状态，小车前轮以一定的摆角行驶，并保持这一状态由D点运动到C点（细实线），到C点后开始转向，到B点转向结束（粗实线），从B点到A点（细实线）小车间歇机构再次进入间歇状态，小车前轮以一定摆角运动到A点结束，A点到D点（粗实线）小车前轮转向，到D点后和开始起车一样，即到此完成一个8字周期。

1. 引言在当前日益严重的环境污染问题和能源短缺的背景下，设计一种无碳排放的小型运输工具是非常重要的。

本文将详细介绍一种名为8字无碳小车的设计方案。

该小车结构简洁、性能稳定，并且完全不产生二氧化碳等有害物质的排放。

2. 设计目标2.1 性能目标•最大速度：20km/h•续航里程：80km•最大载重能力：100kg2.2 安全目标•驾驶员与乘客安全性保障•刹车系统可靠性•碰撞安全性2.3 环保目标•零碳排放•降低噪音污染3. 设计方案3.1 车身结构8字无碳小车采用轻质铝合金材料来构建车身，以确保强度和稳定性。

车身结构为开放式双龙骨设计，具有良好的承载能力和抗变形能力。

车身底部设计了防护板以保护车辆底部设备。

3.2 电动系统该小车采用电动系统驱动，电机采用无刷电机技术，可以提供高效的动力输出。

电动系统集成了锂电池组作为能源存储装置，以确保足够的续航里程。

通过智能管控系统对电池组进行管理和维护，以延长电池寿命。

3.3 刹车系统为了确保安全性能，8字无碳小车设计了可靠的刹车系统。

采用液压刹车系统，以提供高效的制动力和稳定的制动效果。

同时，还配置了刹车能量回收系统，将制动能量转化为电能储存回电池组中，提高能源利用效率。

3.4 转向系统转向系统采用电动助力转向系统，以提供灵活的转向操作。

通过集成转向传感器和电动助力系统，驾驶员可以更方便地操控车辆，并提高安全性。

3.5 控制系统为了确保车辆的稳定性和安全性，8字无碳小车配备了先进的控制系统。

控制系统包括车辆动力控制、转向控制、制动控制等。

通过传感器和反馈控制，系统能够实时调整车辆的状态，提供优化的操控性能。

4. 性能测试及优化4.1 速度与续航测试对已制造出的8字无碳小车进行速度和续航测试。

通过在不同车速下的路试和充电电量测试，获得车辆的最大速度和续航里程数据。

根据测试结果进行加速和续航优化，以满足设计目标。

4.2 载重与稳定性测试进行负载试验，通过逐渐增加载重，测试车辆的稳定性和最大载重能力。

8型无碳小车设计说明书这份设计说明书旨在详细描述《8型无碳小车设计说明书》的设计需求。

设计需求包括以下要点：目标：设计一个无碳小车，以减少对环境的负面影响。

尺寸和外观：小车尺寸适中，外观简洁美观。

材料选择：使用经济环保材料，避免对环境造成污染。

能源来源：小车使用无碳能源，如太阳能或电池。

驱动系统：设计高效且低能耗的驱动系统，减少能源浪费。

安全性：考虑小车的安全性，包括制动系统和防滑设计。

操控系统：设计简单易用的操控系统，提供良好的用户体验。

可维护性：设计易于维护和修理的小车结构，延长使用寿命。

根据以上设计需求，我们将制定相应的设计方案，进一步详细阐述8型无碳小车的设计和技术参数。

本设计说明书旨在介绍8型无碳小车的设计概述和目标。

该小车是一种无碳排放的电动车辆，旨在减少环境污染并提供绿色出行解决方案。

设计概述包括以下几个方面：设计背景：介绍为什么需要8型无碳小车以及环境问题的背景。

设计目标：阐述8型无碳小车的设计目标，包括节能减排、提高能效、提供便捷出行等。

技术规格：概述8型无碳小车的主要技术规格，包括车辆尺寸、重量、电池容量等。

功能特点：描述8型无碳小车的主要功能特点，例如智能导航系统、座椅调节功能等。

设计原理：简要介绍8型无碳小车的设计原理，涉及电动驱动、能量回收等方面。

安全性考虑：说明在8型无碳小车设计过程中所考虑的安全性措施，如车辆稳定性、碰撞保护等。

创新点：强调8型无碳小车的设计创新之处，并与传统车辆进行对比。

可行性分析：对8型无碳小车设计的可行性进行分析，考虑技术、经济等方面的因素。

通过本设计说明书，读者可以全面了解8型无碳小车的设计概述，为后续的设计、生产提供指导和参考。

8型无碳小车设计说明书》中包含了以下设计细节，涵盖了车辆特征、外观设计、材料选择等内容：1.车辆特征该无碳小车具有以下特征：零碳排放：小车采用无碳能源作为驱动力，不产生任何尾气排放，对环境友好。

高效节能：小车采用先进的能源转换技术，能够在运行过程中最大限度地利用能源，提高能量利用效率。

8字形无碳小车结构设计说明1.设计概述：为达到沿8字绕行的目的，无碳小车应实现两个功能：重力势能的转换和周期性的转向。

据此可以将小车分为车架、原动机构、传动机构、转向机构、微调机构五个模块，进行模块化设计。

驱动模块要求能量损失小，运行稳定；转向模块要求精确度高，转向平稳。

2.设计思路和方案：（1）设计思路:①为使小车结构稳定，运行平稳，小车底板采用钢板材料的三角结构，前轮转向，后轮驱动，并且两后轮中一轮为主动轮，一轮为从动轮。

为减少小车运动过程中的能量损失，提高传动精度，首选齿轮传动。

在驱动模块中重物牵引线通过定滑轮缠绕在绕线轴上，绕线轴与齿轮固结，通过齿轮带动后轮转动，驱动小车前进。

②为使小车精度高，转向平稳，在转向模块中采用含有向心关节轴承的空间曲柄连杆机构，绕线轴转动并带动皮带转动，将驱动力传给曲柄，再通过连杆带动前轮的摇杆转动，从而使前轮实现周期性转向，达到绕桩的目的。

③为进一步使小车的运行精度，保持小车的运行轨迹，在小车上加入微调机构。

（2）设计思路:小车的原动机构采用锥形轮，小车的传动机构采用皮带传动和齿轮传动，通过调整齿轮合适的传动比，降低小车的运动速度，保持小车运动过程中的稳定性。

小车的转向机构采用空间曲柄连杆机构，小车的微调机构无级变速，V字形微调，连杆长度微调。

通过计算确定好个各机构的尺寸后，进行组装调试，稳定小车的重心。

工作计划时间工作方向分工工作细则6月24日收集车架机构资料明确车架结构陈雷收集车架资料，画出车架草图吴秀东分析车架受力挑选车架，画草图隋秉宪依据现有车架和所查资料确定车架完成每日工作总结6月25日分析转向传动机构陈雷搜查空间四杆机构的原理吴秀东查找有关平面四杆机构的转向原理确定小组方案为小车选择合适的转向方案隋秉宪查找四杆机构的原理，完成每日工作总结6月26日考试6月27日研究齿轮传动原理为小车确定初步齿轮传动结构陈雷查阅书籍了解齿轮传动知识吴秀东计算齿轮传动比以便初步设计隋秉宪上网搜集前辈小车的齿轮传动方案6月28日分析轴承配合原理选择合适的固定轴承方案陈雷查阅相关书籍了解合适的固定方式吴秀东以前辈设计方案为参考确定我们小车固定方案隋秉宪辅助队友完成资料查阅和方案确定，完成每日工作总结6月29日分析驱动轮和从动轮了解差速原理了解双轮同步原理陈雷查阅书籍资料研究差速传动与同步传动原理选择最优方案吴秀东上网收集相关资料隋秉宪研究学长小车差速传动配合方法完成每日工作总结6月30日研究平行轴无级变速周期调节机构原理陈雷查阅书籍资料，弄清楚传动原理吴秀东上网查阅相关文字视频资料隋秉宪看以往小车此传动方法的可靠性完成工作总结7月1日——7月3日考试7月4日讨论前期工作成果查找成员需改进的方面明确下阶段工作方向陈雷带领组员开工作总结会讨论前期成果，明确下阶段目标吴秀东小组讨论隋秉宪小组讨论，写工作总结7月5日设计小车转向机构陈雷画小车转向机三维图吴秀东根据理论知识画小车转向草图隋秉宪画小车转向二维图7月6号设计小车的传动机陈雷画小车传动机构三维图构，并作图吴秀东查阅资料，学习齿轮传动的原理隋秉宪确定所选用的齿轮传动机构，并绘制简图7月7日设计小车的微调机构，并作图陈雷画小车微调机构三维图。

无碳小车【摘要】“无碳小车”是2013年第三届全国大学生工程训练综合能力竞赛主题。

此次竞赛分为两个小组，即“S”和“8”字组，我们本次的分组是“8”字组，所谓“8”字就是让小车在重物重力势能的作用下让小车在半张标准的乒乓球台（长1525mm、宽1370mm）上绕“8”字，并且在绕行的过程中能自动避开障碍物（障碍物的距离在300-500mm的范围变化），在小车的整个设计过程中，采用了现代设计发明理论方法，如参数化设计、系统设计等，并运用了AUTOCAD 、PROE等软件辅助设计。

设计过程严谨，各个零部件的运动轨迹都从数学的角度得到了论证。

将小车的设计分为四个过程：方案设计、技术设计、制作调试、设计总结，通过对每个过程的深入的研究，严格控制每个过程，尽可能使小车的整体效果更佳。

方案设计过程依据据比赛对小车功能的要求，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、辅助部分）把小车分为车架、原动机构、传动机构、转向机构、行走机构、微调机构六个模块，进行模块化设计。

对每个模块采用多方案设计的设计原则，根据实际情况进行综合比对，选择出最优的组合。

最终选择的方案是：车架采用三角底板式、原动件采用了锥形轴的、传动机构采用了齿轮、转向机构采用用曲柄连杆、行走机构采用单轮驱动实现差速、微调机构采用微调螺母螺钉。

在转向机构中，采用了不完全齿轮，在不完全齿轮的设计中，最重要的是参数的确定，通过小车轨迹的研究，最终确定合适的参数。

技术设计过程先对方案设计过程中所选方案进行数学建模，从理论上进行分析和论证，根据理论力学对小车进行运动学和动力学分析，然后用PROE对小车进行实体建模，在建模的过程中对小车的每个零部件进行详细的设计，综合考虑零件材料性能、加工工艺、成本等由于小车的受力不大，所以大量采用胶接，小车加工完成后，通过小车的实际运动，对小车进行调节，使它达到最佳状态。

最后总结本次比赛的得与失，在以后的工作学习中努力去弥补自己的不足。

目录一、设计要求 (4)1.1功能分析阶段............................... . (4)1.2参数分析与个性化设计阶段 (4)1.3制造阶段 (4)1.4调试阶段 (4)二、正式设计 (5)2.1机械总功能分解及功能元解 (6)2.2机构选型与方案对比 (6)2.2.1机构选型的基本原则 (6)2.3势能转化机构分析 (7)2.3.1重物锥台轮机构功能元解的优缺点 (7)2.3.2重物飞轮机构功能元解的优缺点 (7)2.3.3发条弹簧机构功能元解的优缺点 (8)2.3.4橡皮筋结构功能元解的优缺点 (8)2.6直线行走位移机构分析 (8)2.6.1后双轮差速驱动功能元解的优缺点 (8)2.7前轮摆动机构分析 (9)2.7.1凸轮推杆机构功能元解的优缺点 (9)2.7.2曲柄摇杆机构功能元解的优缺点 (9)2.7.3圆轮导杆机构功能元解的优缺点 (10)2.8中间传动机构分析 (10)2.8.1齿轮传动机构功能元解的优缺点 (10)2.8.2皮带轮传动机构功能元解的优缺点 (11)2.9组合方案择优并确定辅助、控制机构 (11)2.9.1辅助机构之车架分析 (11)2.9.2控制机构之微调机构分析 (11)三、技术设计 (12)3.1建立8字轨迹理想模型 (12)3.2、solidworks toolbox凸轮设计及其相关参数的确定： (12)3.3建立小车数学模型 (13)3.3.1小车转弯状态分析 (15)3.4动力学分析模型 (18)3.5参数确定 (21)四、小车装配图 (22)五、小车运动仿真轨迹及m文件 (23)一、设计要求本届竞赛命题为“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而得到的。

该给定重力势能由竞赛时统一使用质量为1Kg的标准砝码（￠50×65 mm，碳钢制作）来获得，要求砝码的可下降高度为400±2mm。

构件介绍、方案设计及计算过程为了更好地求解参数，必须先对小车的各个构件进行介绍。

构件介绍如下：方案设计1.机构设计1. 1原动机构原动机构的作用是将重物的重力势能转化为小车的驱动力，我们选择了结构简单、易于制作的绳轮式机构。

1.2 传动机构传动机构的作用是将重物的重力势能传给小车的驱动轮，产生驱动力，使小车以一定的速度行驶。

由于齿轮机构具有效率高、传动比确定、工作可靠性高的优点，所以我们选择齿轮传动。

传动原理：重物下落由线带动主动轴转动，通过齿轮5与齿轮6的啮合，主动轴带动从动轴2转动，轴2通过齿轮1与齿轮2的啮合带动轴1转动，从而带动整个小车向前运动。

1.3 转向机构转向机构能够改变小车运动方向，实现小车按预定轨迹的运动。

在本小车设计设计中，我们将T型转块、槽1、连杆、槽2组成连杆机构用于控制前轮的转向。

轴2转动带动不完整齿轮3转动，轴2每转一周，不完整齿轮3便会与齿轮4接触一次并使齿轮4转过半周，即轴3转过半周。

轴3带动由T型转块、槽1、连杆、槽2组成的连杆机构控制前轮的转向。

轴3每转动半周，前轮方向便会改变一次，不完全齿轮3与齿轮4不接触时，前轮会保持一定角度使车沿着指定半径的圆绕杆行走，小车从一个圆进入另一个圆，走的轨迹为一不规则圆弧，经计算其长度与小车所走相同弧度的圆弧的比值在误差范围以内，故可以按圆弧计算。

1.4 微调机构微调机构属于小车的控制部分，能够使小车完成绕不同距离障碍物的比赛，我们采用的是滑块式微调机构（见图1）。

固定导轨可以沿着微调槽移动，并用用螺丝紧固与微调槽上，从而使得连杆水平移动，实现车转向的微调。

图 12. 参数设计2.1 符号说明1D 小车驱动轮直径 1Z 齿轮1的齿数0h 主动轴距地面的高度 2Z 齿轮2的齿数 1h 轴1距地面的高度 3Z 不完整齿轮3的齿数 2h 轴2距地面的高度 4Z 齿轮4的齿数 3h 轴3距地面的高度 5Z 齿轮5的齿数 02x 主动轴与轴2的水平距离 6Z 齿数6的齿数 12x 轴1与轴2的水平距离 1n 齿轮1的转数 23x 轴2与轴3的水平距离 2n 齿轮2的转数1d 齿轮1的分度圆直径 e 轴3与前轮中心的距离 2d 齿轮2的分度圆直径 5d 齿轮5的分度圆直径3d 不完整齿轮3的分度圆直径 6d 齿轮6的分度圆直径 4d 齿轮4的分度圆直径1α 轴1与轴2连线与水平线夹角 2α 轴3与轴2连线与水平线夹角微调槽2.2 小车机构参数选取小车驱动轮直径1D 根据障碍物之间的距离选取（障碍物间的距离为400mm 时，1D =80mm ），各齿轮分度圆直径：1d =4d =6d =12.6mm ，2d =3d =57.4mm ，5d =24.5mm ，1Z =4Z =6Z =16，2Z =80，3Z =8，5Z =48。