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无碳小车S型设计方案引言在当前环保意识不断增强的背景下，人们对于零排放交通工具的需求不断增长。
无碳小车是一种以太阳能或其他可再生能源作为动力源，无需燃料燃烧而产生废气的交通工具。
本文将介绍一种基于创新设计的无碳小车S型设计方案。
设计目标1.高效能源利用：通过充分利用太阳能等可再生能源，实现能源的高效利用，最大程度减少能源浪费。
2.减少碳排放：无碳小车的设计要符合零排放标准，通过采用无污染能源为动力源，减少对大气环境的负荷。
3.安全可靠：设计并选用高质量的材料和部件，确保车辆的安全性和可靠性。
4.舒适性和便利性：设计人性化的外观和操控方式，提供舒适和便利的使用体验。
电力系统设计无碳小车的电力系统是实现无排放运行的核心部分。
本文设计的S型无碳小车采用太阳能电池板作为主要能源收集装置。
电池板通过转换太阳能为电能，并将电能存储于锂离子电池组中。
锂离子电池组作为小车的供电源，在需要时供应能量给电动汽车的电动机，从而驱动小车运动。
结构设计S型无碳小车采用前后对称的设计结构，以确保小车的稳定性和平衡性。
小车的车身主要由轻质材料制成，如碳纤维复合材料，以提高整车的强度和耐久性。
小车的车身采用流线型设计，减少空气阻力，提高行驶速度。
此外，小车配备了可调节的悬挂系统和电子稳定控制系统，以提供良好的操控性和行驶平稳性。
主要部件设计电动机S型无碳小车的电动机采用无刷直流电机技术，具有高效能、高输出功率和低噪音的特点。
电动机通过变速器将电能转化为机械能，并驱动车轮进行前进或倒退。
电动机的控制系统采用先进的电子控制单元，可以实现精准控制和节能运行。
制动系统S型无碳小车的制动系统采用回收能量的设计。
当驾驶员踩下制动踏板时，制动系统会将部分动能转化为电能，并储存于锂离子电池组中，以供给小车的其他电子设备使用。
操控系统S型无碳小车配备了先进的电子操控系统，提供精确的转向和控制。
驾驶员可以通过方向盘和踏板控制小车的前进、后退和转向。
“S”型无碳小车设计说明书目录一、绪论1.1 竞赛命题主题1.2 小车功能设计要求二、方案设计2.1 路径选择2.2 转向装置2.2.1 前轮转向装置设计2.2.2 后轮转向装置设计2.3 能量转换装置设计2.4 微调机构设计三、参数设计3.1 路径参数设计3.2 其他参数设计四、选材加工五、附录1.1 竞赛命题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，在比赛现场完成一台本命题要求的可运行的机械装置，并进行现场竞争性运行考核。
每个参赛作品需要提交相关的设计方案。
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”。
1.2 小车功能设计要求1、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 (￠50×65mm，碳钢制作) 来获得，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1：无碳小车示意图2、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。
3、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。
4、要求小车为三轮结构。
具体设计、材料选用及加工制作均由参赛学生自主完成。
二、方案设计2.1 路径选择我们选择了“S”型方案，路径如图2 所示，图中所示“S”是后轮轴中点轨迹。
在设计计算中我们近似认为这是一条余弦曲线，通过分析道路要求给出曲线方程各项参数，从而得到后续理论设计的基础数据。
图2：小车路径轨迹示意图(后轮轴中点轨迹)2.2 转向装置2.2.1 前轮转向装置设计考虑到小车在行进过程中要实现自行转向，我们选择通过改变前轮摆角来控制整个小车的转向，有两种备选方案：1、凸轮+连杆+摇杆；2、曲柄连杆+摇杆。
第一种方案中，凸轮的设计加工难度较大且成本较高，一般而言实用性不强，想要实现对小车路径的精准控制不易，而相较之下方案二中曲柄机构更容易设计计算，路径特殊点所对应曲柄的位置更容易找到，还可以通过改变曲柄偏心距实现间距微调，而且加工成本较低，拆装稳定性好，原理简单易懂，可以帮助中学生或大学生快速理解机械传动和加工原理，因此我们选用方案二，如图3 所示。
⽆碳⼩车实验报告机械原理课程设计报告书设计题⽬: 竞赛题⽬⽆碳⼩车的设计课程名称：《机械原理课程设计》学⽣姓名：学⽣学号：所在学院：海洋信息⼯程学院学习专业：机械设计制造及其⾃动化指导教师：宫⽂峰2015年 12⽉11⽇⽬录 (2)第⼀章概述 (3)课程设计任务与⽬的 (3)课程设计任务 (4)⽆碳⼩车设计的⽬的与任务 (4)第⼆章选题介绍 (5)选题背景、意义 (5)第三章总体设计 (6)⽅案设计 (6)传动机构 (7)转向机构 (7)⾏⾛机构 (9)微调机构 (10)第四章运动分析 (11)⽤解析法进⾏机构的运动综合与分析 (11)齿轮参数的分析 (15)⼩车所受摩擦⼒与⼩车中重量成正⽐，因此设计过程中尽量减⼩尺⼨，从⽽减轻重量。
对于直齿齿轮，选取模数为1。
由传动⽐i3=2，确定轴3上的齿轮齿数Z3 = 30，轴2上与其啮合的齿轮齿数Z2 = 15。
由传动⽐i1 = 3，确定轴2上的锥齿轮齿数Z2’ = 18，轴3上与其啮合的锥齿轮齿数Z3 = 54。
(15)第五章设计⼩结 (15)参考⽂献： (16)[8李瑞琴.机械原理课程设计[M].电⼦⼯业出版社，2004. (17)第⼀章概述机械原理课程设计是机械类各专业学⽣第⼀次课程设计，是重要的实践性教学环节，对于培养学⽣机械系统运动⽅案设计和创新设计能⼒、解决⼯程实际中机构分析和设计能⼒等有着⼗分重要意义。
本次课程设计以第五届全国⼤学⽣⼯程能⼒综合训练竞赛“⽆碳⼩车”题⽬为基础，进⾏创新设计。
设计对题⽬进⾏了从新分解，运⽤课程内所学知识，通过查阅资料结合前⼈经验，从⼏个⽅⾯进⾏⽅案的设计与分析选择，依据机械机构的设计理念，设计出⼀个完全依靠重⼒势能提供动⼒，以平⾯转向机构实现周期性转向⾃动避让障碍物的轻质⼩车⽅案。
课程设计⽬的与任务课程设计⽬的1）综合运⽤机械原理课程的理论和实践知识，分析和解决与本课程有关的实际问题，促进所学理论知识的巩固、深⼊和归纳；2）培养学⽣的创新设计能⼒、综合设计能⼒与团队协作精神；3）加强学⽣动⼿能⼒的培养和⼯程实践的训练，提⾼学⽣针对实际需求进⾏创新思维、综合和⼯艺制作等实际⼯作能⼒；4）提⾼学⽣运算、绘图、表达、运⽤计算机、搜集和整理资料能⼒；5）为将来从事技术⼯作打基础。
May2020 s型无碳小车的创新设计及分析Innovative Design and Analysis of Model S Carbon-Free Car■湖北文理学院汽车与交通工程学院钱伟Qian Wei摘要：采用CATIA.ANSYS等计算机辅助设计分析软件，依据相应现代机械结构设计理念，通过分析计算确定小车的形态结构和尺寸参数，再利用有限元分析方法进行受力复杂结构强度校验，使之其结构参数达到最佳定值状态，最终结合工程实践经验，对小车部分结构进行合理创新，最终使得小车具备性能优越、结构简约和路径精准等优势。
该纯机械小车还要保证在设计中无死点、干涉现象，小车结构设计完全合理。
关键词：有限元分析优化设计结构创新Abstract:For the design of the national college students'engineering training comprehensive ability competition theme,it S thecar carries on the analysis research,the full text will use the computer aided design analysis software such as CATIA,ANSYS,on the basis of corresponding modem mechanical structure design concept,through analysis and calculation the morphologicalstructure and size parameters of the car,using the finite element analysis method for complex loading structure strength check,make its structure parameters to achieve optimal state fixed value,find"combined with engineering practice experienee,thereasonable in n ovation of car parts,eventually making the car with superior performa n ee,simple structure and the advantages of thepath accuracy.The pure mechanical trolley also ensures that there is no dead point or interference in the desigr\and the structuredesign of the trolley is completely reasonable.Key words:finite element analysis optimization design the structure innovation【中图分类号】TN830.1【文献标识码］B文章编号1606-5123(2020)05-0079-041引言无碳小车避障赛是全国大学生工程训练综合能力竞赛的重要主题项目之一，实属教育部高等教育司举办的全国性大学生科技创新实践竞赛活动，目的在于提升工科类大学生工程创新能力、实践探索能力及团队协作能力，对于促进应用型、创新性人才培养起到了重要作用。
1设计思路及初始设计方案1)转向机构设计。
为了保证结构的优化,使机构原理易于理解,本文采用的是正弦机构和空间铰链四杆机构。
机构的前轮为转向轮,负责往复运动和摆动恒定的角度,由轴承与车架过盈配合,导向轮固定架用螺丝紧固于底板上,其垂直轴穿过轴承,前轮转向功能由曲柄连杆机构实现。
调整曲柄、摆杆和连杆长度,来达到比赛要求。
2)行驶机构设计。
为了提高速比,一级齿轮机构增速,采用的驱动方式为单轮驱动,一侧为驱动轮,另一侧为从动轮。
3)微调机构设计。
设计的小车在长连杆处设计螺纹孔、螺纹杆及双螺母配合的微调机构,以及调节周期处为螺旋杆设计,可以通过调节杆长,进而改变导向轮的最大偏角和周期,从而能稳定的避桩行走,达到比赛要求[1]。
4)车架设计。
采用矩形平板机构,轴承座连接主动轴和齿轮轴,支撑座用来支持微调机构,防止下沉;采用大车轮设计,平板较高,这种设计方式有利于保证小车行进中获得良好的稳定性,通过载重增大惯性,有利于保证小车的行驶距离。
构架设计图,如图1所示。
图1设计构架2解决方法及优化处理根据初始方案设计的小车结构制成模型样车,进行实际测试,发现实践与理论的差距,出现了一些问题,对此,提出了解决方案及优化改良措施。
1)小车绕桩行驶运行中,行进偏移量大,平稳性差。
经过测试发现,微调机构中螺纹孔、螺纹杆及双螺母的配合调节,不易调节,且精度过低,稍微调整就会导致小车运行轨迹发生较大变化,因此设计与实践有差距。
解决方法:在微调结构中的螺纹孔、螺纹杆及双螺母设计,调整为类似千分尺结构,利用空方管与方管(与曲柄做为一体件)配合,方管通过标记刻度来进行微调,操作方便精确[2]。
2)小车发车不稳定,导致行走轨迹不同。
试车发现,导向轮设计存在间隙,轨迹取决于出发时导向轮的位置;螺丝出现松动情况。
解决方法:导向轮固定架的竖直轴的连杆采用金属材料;滚动轴承与车架的过盈配合不稳定,可加端盖固定;竖直轴与曲柄连接处加轴套,减小间隙,同时减小摩擦;发车前固定好所有连接部位,否则会影响精度。
王何成+S型无碳小车设计开题报告华东交通大学理工学院
题目: S型无碳小车设计
分院: 机电分院
专业: 机械设计制造及其自动化
班级: 12机制2班
学号: 20120410220202
姓名: 王何成
指导教师: 林金龙
填表日期: 2016年 3 月 2 日
一、选题的依据及意义:
我国经济的迅速发展使得对能源的需求增加，常规的化石能源供应不再生能源十分紧足的矛盾日益突出，我国的能源机构里，煤炭、石油与天然气等不可再生能源占绝大部分，新能源和可再生能源开发不足，这不仅造成环境污染等一系列问题，也严重制约能源发展，能源安全源和可成为我国必须解决的战略问题。
发展新能迫发展新能源和可再生能源十分紧迫，也是世界各发达国家竞相研究的热点课题之一。
无碳小车的研制，具有经济、环保、便利等优点，有助于我们找到更为环保绿色的能源，有利的能量转化途径，以及提高能量的利用效率。
它将对传统能源的逐渐取代有深远意义。
因此我们设计制作无碳小车，希望可以找到新的方法来缓解能源和环境问题。
二、国内外研究现状及发展趋势(含文献综述):
中国正处于工业化、城市化加速发展的历史阶段，能源需求有着很大的增长空间。
为抑制高耗能行业过快增长，中国政府正研究建立能源消费总量控制制度，未
来将研究开征化石能源消费税，并实现原油、天然气和煤炭资源税从价计征。
目前，我国“新兴能源产业发展规划”已编制完成，根据中国政府制定的“十二五”能源规划，到2015年中国能源消费总量将控制在41亿吨标煤左右，非化石能源占一次能源消费比重达到11.4%，到2020年非化石能源占一次能源消费比重达到15%。
世界部分主要国家新能源发展状况
美国推行“绿色新政”，明确发展目标。
根据奥巴马提出的新能源政策构想，美国将在可再生能源、节约汽车、分布式能源提供、天然气水合物、清洁煤、节能建筑、智能网络等领域探索出一个能实现利益最大化的创新战略。
日本通过法律约束、税收优惠和政策引导等一系列配套措施，大力推行新能源产业发展，积极开发太阳能、风能、核能等新能源和节约技术。
经过三十年的发展，日本在新能源发电、新能源电池和节能环保方面处于世界领先地位。
巴西生物能源在其他能源消费结构中占据半壁江山，汽车市场销售80%是可以使用乙醇燃料的新能源汽车，新能源汽车普及率高，有效降低了对石油的依赖，在使用生物乙醇解决污染方面走在世界前列。
三、本课题研究内容:
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3kg重物下降40cm的势能为驱动力，重物落下后，须被小车承载并同小车一起运动，不允许从小车上掉落。
要求:
(1)小车行走过程中完成所有动作需要的能量一、均由重力势能准转换获得，不可使用任何其他的能量来源。
(2)小车具有转向控制机构，就、且此转向控制机构具有可调功能，以适应放在不同间距障碍物的场地。
(3)小车为三轮结构，具体设计、材料选用及加工制作均由学生自主完成。
四、本课题研究方案:
(1)根据功能设计要求，设计一种可将重力势能转换成机械能并可用来驱动小车行走的装置，小车前行过程中完成的所以动作所需要的能量均由此能量转换获得，因此设计中要充分利用重物的重力势能，以确保小车行驶距离更远。
(2)根据功能设计要求，小车在前行时能够自动避开赛道上设置的的障碍物，因此小车前进的路线以“S”周期性变化，同时，在小车能够顺利前行的前提下，确定小车轨迹与中心线之间合适的偏距;
(3)结构设计要最大程度地减小小车重量和阻力，同时要与生产纲领、工艺性(加工、装配)、成本、质量统筹考虑，力求产品的最优化设计。
(4)结构设计要从重要到次要、从总体到局部、从粗略到精细、权衡利弊、反复推敲、逐步改进。
五、研究目标、主要特色及工作进度:
研究目标是找到更为环保绿色的能源来缓解传统能源和环境问题。
其主要特色。
具有经济、环保、便利等优点。
本课题的主要工作进度如下:
毕业设计进度计划
序号各阶段工作内容起讫日期备注 1 查阅相关资料 2016.01.01—2016.01.15
2 分析设计方案 2016.01.16—2016.02.15
3 绘制设计方案图 2016.02.16—2016.02.30
4 计算相关的技术参数 2016.02.31—2016.03.29
5 设计机构图纸 2016.04.01—2016.04.20
6 设计定稿 2016.04.21—
2016.05.15 7 编写设计说明书 2016.05.16—2016.05.28 8 答辩
六、参考文献:
【1】王伯平主编《互换性与测量技术基础》机械工业出版社2013 【2】鞠彦忠主编《材料力学》华中科技大学出版社 2013 【3】赵明生主编《机械工程手册》机械工业出版社 1997 【4】涂晓斌钟红生习俊梅杨中芳主编《机械制图》江西高校出版社 2011 【5】濮良贵陈国定吴立言主编《机械设计》第九版高等教育出版社2013 【6】赵书兰主编《MATLAB建模与仿真》清华大学出版社 2013
七、指导老师意见:。
