无碳小车产品设计说明书最新

无碳小车产品设计说明书
产品名称：飞轮驱动式无碳小车
设计团队：小组成员：李进、肖衡、谢中成指导老师：韩传军、任海涛设计思想：
看到此次竞赛主题，我团队认为；能否很好地解决小车的驱动问题和自动转向问题是此次设计成功与否的关键。

围绕这个中心，我们展开了一系列的理论分析与验证，经过反复比较，最终确定了我们的设计思路：飞轮驱动与仿自行车式转向。

驱动方面，最开始，我们想到了发条，认为将重物下落的重力势能储存在发条中，在逐渐释放，能够很好地利用能量。

与此同时，经过研究玩具小车的驱动机构，我们认为，可以想办法将发条与弹簧结合起来使用，通过二者驱动的时间差来达到将重物能量利用最大化的目的。

但是，发条在储能和释放能量时都会消耗能量，因而能量利用率不高；并且，如何让弹簧与发条分时驱动也是一个我们始终无法解决的问题；而且，发条在释放能量后还会有阻碍驱动轮转动的问题，要解决这个问题会将小车结构弄得很复杂，因而，我们最终放弃了这种想法。

而后，通过联系农村稻麦收割机的启动实例，我们想到了利用飞轮驱动，飞轮驱动结构简单，并且能够很好地解决发条能量释放后阻止驱动轮转动的问题；与此同时，我们也想到了将飞轮与弹簧联合驱动的方案，这种方案能够将能量尽可能地利用，并且只要通过传动比让弹簧驱动给后轮的速度大于飞轮能量释放后后轮的速度，就能让小车平稳前进。

但是这个方案仍然存在结构复杂并造成能量消耗打的问题，经过综合考虑权衡，我们最终确定飞轮单独驱动小车的方案。

转向方面，我们主要是仿照自行车转向的方案，利用曲柄摇杆机构控制小车自动转向，原理就是“单手握龙头”。

1、项目研制的目的、意义
全国大学生工程训练综合能力竞赛旨在深化实验教学改革，提升大学生工程实践能力、创新意识和团队合作能力，促进创新人才培养，提高高等教育质量。

目的是通过积极参与该无碳小车的设计与制作，增强大学生工程设计、创新、制造意识，增强动手能力，做到课本理论知识的学习与实际动手操作相结合；同时提高团队合作能力，为以后工作打好基础，从而达到大学生全面综合发展，做好大学生素质教育。

2、作品的设计过程
-----------------------------作品方案设计
2.1工作原理：
主要构件如下图所示，包括储能飞轮、驱动后轮、传动齿轮、“曲柄”圆轮、连杆、转向“摇杆”和转向前轮。

图1
当重物下落时，细绳绕过立杆动滑轮带动储能飞轮旋转储能，飞轮旋转驱动后轮前进，同时通过齿轮啮合传动带动“曲柄”圆轮旋转，通过连杆传动推拉转向“摇杆”带动转向前轮周期性左右转向，从而实现小车在前进过程中自动转向。

这样小车便能在重力势能驱动下沿着“S”形路线前进，并能自动绕过障碍物。

整过程的能量转换为：
重力势能
2.1.1储能驱动机构原理：主要包括储能飞轮、驱动后轮和传动齿轮
图2
在重物下落时，通过绕在飞轮上的细线带动飞轮旋转储能，飞轮旋转驱动后轮转动，小车便向前行进。

当重物完全下落后，小车靠飞轮储存的能量继续前进，直到能量通过车轮摩擦耗散完停止。

图3（最终我们采用了一级传动）
小车在前进过程中，通过固定在轴上的齿轮旋转，齿轮传动机构带动“曲柄”圆盘旋转，通过连杆和转向机构连接。

齿轮传动的一个主要作用是通过小轮带大轮实现固定传动比减速，从而使驱动机构和转向机构协调配合。

通过方案的完善与计算，我们最终决定采用更为简单的一级传动，如下图所示：
2.1.2转向机构原理：
主要包括“曲柄”圆轮、连杆、转向“摇杆”和转向前轮
图 4
图 5
原理是利用“曲柄摇杆机构”的原理，其中“曲柄”圆轮、转向“摇杆”分别是该曲柄摇杆机构的曲柄和摇杆。

齿轮带动圆轮旋转，当连杆和圆轮连接点处于图4中C、D点时，图5中转向“摇杆”处于C(D)线处,前轮指向正前方，此时小车能直行；当连杆和圆轮连接点处于图4中A点时，通过连杆将转向“摇杆”向后拉，转向“摇杆”顺时针转过φ角，图5中转向“摇杆”处于A线处,前轮指向右前方与直行线成φ角，此时小车能向右转；当连杆和圆轮连接点处于图4中B点时，通过连杆将转向“摇杆”向前推，转向“摇杆”逆时针转过θ角，图5中转向“摇杆”处于B线处,前轮指向左前方与直行线成θ角，此时小车能向左转。

在一个周期内小车能自动转向4次。

初始时连接点处于B点，此时小车前轮左偏θ角，小车前进经四分之一周期运动到左侧最外端，此时转向前轮指向正前方，小车继续前进，以后过程
中小车周期性转向前进。

2.2设计组图：
----------------Pro/E立体组图：
图7
图8
图9
2.3尺寸确定与理论计算：
2.3.1部分主要零件尺寸：
后轮：Φ140mm 轮宽 10mm 前轮：Φ50mm 轮宽 8mm 齿轮1：z1＝15 M=0.5 齿轮2：z2＝75 M=0.5 车宽180mm 车长270mm
2.3.2材料选择：
2.3.3路径的确定：
由题目要求知从起点开始每隔1m设置一个障碍物，所以这就要求我们选择合适的路径，通过小组讨论和一些相关计算，我们小组最终认为采用如下余弦曲线为最优方案：Y=0.3*cos（π*X） T=2m
关键点：一方面要让小车经可能多的绕过障碍物；另一方面要满足路径上离障碍物最近的点不与小车相撞（即S＞0.5倍车宽+0.5障碍物直径），同时函数幅值A要小于1m（即A＜1m）。

通过理论分析与计算，我们小组选择正弦函数Y=0.3*cos（π*X） T=2m作为小车行进路径。

2.3.4齿轮传动比计算：
根据路径图可知小车在T/4内要转过π/2角度，即曲柄圆盘转过π/2角度，路程为S=∫(（1+（dY/dX）*（dY/dX））^0.5))dx=2.3m=230cm。

后轮周长C=π*d=44cm
一个周期内后轮转过N=S/C=5 r
即：一周期内后轮转过5圈，曲柄圆盘转过1圈，得传动比i=5
由传动比便可计算出齿轮的相关参数。

2.4、徽标设计：
2.4.1设计理念：结合全国大学生机械设计大赛主题“节能、环保、机械”设计徽标，反映此次大赛的主题。

2.4.2徽标含义：上图为我们团队设计的本次大赛的徽标。

外环内为我们学校名字（西南石油大学SWPU），里面上部为手拉手的三个人，意为我们团队三个人，手拉手象征团队合作精神。

背景色蓝色为天空颜色象征无碳主题，与本次大赛主题相符。

下面三个环紧密相扣也表现团队合作精神，同时意义为我们设计小车的三轮构造，作为我们三轮小车的标志！中间单词NON—CARBON意思为“无碳”。

整体来看这徽标很好的把本次大赛的主题反映出来了，同时反映了我们团队的合作精神，外形美观大方。

3、制作过程（无碳小车制作）
3.1零件制作方法
前轮后轮由工程训练中心按设计尺寸车床加工；车身自己用锯子和钳工等常用工具按设计尺寸手工加工制造
3.2制作过程剪影
3.4作品照片
4、作品的测试过程
4.1测试结果:
通过多次改进完善、测试结果为：小车能够按照预期的方案行进，能够前进？m，成功绕过障碍物？个。

4.2 相关测试照片:
5、心得体会
为了参加这次比赛，我们做了充分的准备。

从报名、初选到最后的决赛，我们收获了很多。

通过无碳小车的制作我们更加了解了机械原理，工程实践的意义，更深刻地体会到书本学习与实际操作的不同与联系，也让我们明白了将理论学习与实践相结合的重要性。

在实践的制作中，我们也遇到了很多困难，通过大家的积极努力，最终都一一克服，团队的力量是强大的。

这次比赛，不仅提高了我们的实践技能，激发了我们的创新意识，为我们以后的工作研究都具有指导性的意义。

另一方面，它还加强了我们的团队协作能力、相互沟通了解以及彼此间的友谊。

更为重要的是我们组员在废寝忘食的加工制作过程中，学会了很多机械制作的常识，了解熟悉了对一项方案从头到尾的设计、制作、测试改进完善的整
个流程，增强了自己在创新设计、实践加工制作方面的能力。

同时也提高了自己的综合实践创新以及实际操作动手能力，做到全面综合发展。

6、谢辞
衷心感谢学校能为我们提供参加此次机械设计大赛的机会，同时诚挚感谢工程训练中心全体老师和师傅对我们在加工制作过程提供的帮助和指导，感谢韩传军和任海涛两位指导老师对我们的悉心指导。

7、参考文献
【1】杨黎明杨志勤《机械设计简明手册》国防工业出版社
【2】杨可桢程光蕴李仲生《机械设计基础》高等教育出版社
【3】鲁屏宇田福润《工程制图》华中科技大学出版社
【4】吉智窦春雨鞠进军《Pro/ENGINEER基础教程》清华大学出版社
通过小组讨论和一些相关计算余弦曲线为最优方案：
Y=A*cos（π*X）T=2m
当X=0.5 时，得
sinφ=（2LR-R2）/(2BL)
其中，L为后车轴与转向前轮间距
R为曲柄圆盘半径
B为转向前轮直行时与曲柄后轮连杆间距
11。