工程训练大赛无碳小车说明及其计算共34页文档

无碳小车设计说明书目录一、本作品的创新与特色简介；二、设计方案拟定；三、动力与传动方案的设计、计算与分析；四、动作执行机构的设计、计算与分析；五、其它设计计算与说明，设计总结；一：本作品的创新与特色简介；①所有的动力来自载荷重物，所纯机械结构，无碳排放；②在转向方面，采用内凸轮连杆机构，使得转向的角度、时间更加精确，并辅助以有图的可调机构，是转向调节更加明确。

③在重物下落阶段，增加了一动滑轮，使得做功行程加长，并合理的利用了扭矩。

④绕桩曲线部分的轨迹无需精确的计算出，由上图的机构可在完成后对中间连杆进行调试，已达到目标要求。

二：设计方案拟定；小车的方案设计关键在于传动部分与转向部分。

①传动部分；传动部分的问题在于是用什么进行传动，齿轮、带轮、直接驱动等。

最后结合传动的效率、制作的难易程度，最终确定了采用二级齿轮进行传动，如有图所示。

此方案的优点在于，以中间轴为主动轴，以小于1的传动比带动后轮，再以大于1的传动比带动凸轮轴，这样就很好的解决了行驶路程与转向周期间的关系，并且将传动比控制在合理数值内。

另外，以一个动滑轮来增加做功行程，减小瞬时扭矩，使小车前进平缓。

缺点在于，采用了二级齿轮组，使得摩擦耗能增加，机械效率降低。

②转向部分；转向部分在于采用什么机构，最大的争议在于是采用内凸轮还是外凸轮。

最终确定是采用内凸轮连杆机构。

原因在于采用外凸轮的话需要在连杆的回程部分提供一个力——增加一个弹簧；如果这样的话，可能会因为的弹簧的弹性系数，及位置的放置问题上增加设计的难度。

而采用内凸轮的话就不存在这些问题，不过增加了整体的重量，但这可以通过将凸轮在合理的条件下将其镂空来解决。

为了使后期调整时有更大的可能性，因此在连杆部分采用了右图的结果，如此便可以使小车的转向更加的准确。

③材料方面；除了前后轮采用有机玻璃之外，其余的材料都采用铝材。

底板：厚3mm的铝板，300*160*3.后轮：直径160的有机玻璃，厚5mm。

北华航天工业学院第四届全国大学生工程训练综合能力竞赛无碳小车设计说明书参赛者：夏洪伟孙传远肖洋指导老师：韩伟娜第四届全国大学生工程训练综合能力竞赛无碳小车设计说明书参赛者：夏洪伟、孙传远、肖洋指导老师：韩伟娜目录第1章方案设计..................................................................................................... - 1 -1.1 车架................................................................................................................ - 3 -1.2 原动机构...................................................................................................... - 3 -1.3 传动机构...................................................................................................... - 4 -1.4 转向机构........................................................................................................ - 7 -1.5 行走机构........................................................................................................ - 9 -1.6 微调机构........................................................................................................ - 9 -第2章技术设计................................................................................................... - 11 -2.1运动学分析模型........................................................................................... - 11 -2.2参数确定....................................................................................................... - 13 -2.3零部件设计................................................................................................... - 13 -附录................................................................................................................... - 15 -第1章方案设计通过对小车的功能分析，“无碳小车越障竞赛”通常主要由车体、能量转换、传动和转向等部分组成。

作品设计说明书摘要我们把小车的设计分为三个阶段：方案设计、技术设计、制作调试;通过每一阶段的深入分析、层层把关,是我们的设计尽可能向最优设计靠拢;方案设计阶段根据小车功能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、行走机构五个模块,进行模块化设计;分别针对每一个模块进行多方案设计,通过综合对比选择出最优的方案组合;我们的方案为：车架采用三角底板式、原动机构采用了带轮轴、传动机构采用带轮、转向机构采用凸轮机构、行走机构采用双轮驱动;技术设计阶段我们先对方案建立数学模型进行理论分析,借助MATLAB分别进行了能运动学分析和动力学分析,进而得出了小车的具体参数,和运动规律y 以及确定凸轮的轮廓曲线；接着应用Solidworks软件进行了小车的实体建模和部分运动仿真;在实体建模的基础上对每一个零件进行了详细的设计,综合考虑零件材料性能、加工工艺、成本等;小车大多零件是标准件,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;关键字：无碳小车参数化设计软件辅助设计目录小车改进方向 (21)一绪论命题主题根据第四届全国大学生工程训练综合能力竞赛主题为“无碳小车越障竞赛”;命题与高校工程训练教学内容相衔接,体现综合性工程能力;命题内容体现“创新设计能力、制造工艺能力、实际操作能力和工程管理能力”四个方面的要求;小车功能设计要求给定一重力势能,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;该自行小车在前行时能够自动避开赛道上设置的障碍物间隔范围在700-1300mm,放置一个直径20mm、长200mm的弹性障碍圆棒;以小车前行距离的远近、以及避开障碍的多少来综合评定成绩;给定重力势能为4焦耳取g=10m/s2,竞赛时统一用质量为1Kg的重块 50×65 mm,普通碳钢制作铅垂下降来获得,落差400±2mm,重块落下后,须被小车承载并同小车一起运动,不允许掉落;要求小车前行过程中完成的所有动作所需的能量均由此能量转换获得,不可使用任何其他的能量形式;小车要求采用三轮结构1个转向轮,2个驱动轮,具体结构造型以及材料选用均由参赛者自主设计完成;小车整体设计要求小车设计过程中需要完成：结构方案设计、工艺方案设计、经济成本分析和工程管理方案设计;命题中的工程管理能力项要求综合考虑材料、加工、制造成本等各方面因素,提出合理的工程规划;设计能力项要求对参赛作品的设计具有创新性和规范性;命题中的制造工艺能力项以要求综合运用加工制造工艺知识的能力为主;小车的设计方法小车的设计一定要做到目标明确,通过对命题的分析我们得到了比较清晰开阔的设计思路;作品的设计需要有系统性规范性和创新性;设计过程中需要综合考虑材料、加工、制造成本等给方面因素;块化尽量车架车架不用承受很大的力,精度要求低;考虑到重量加工成本等,车架采用塑料加工制作成三角式底板;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动能;能实现这一功能的方案有多种,就效率和简洁性来看绳轮最优;小车对原动机构还有其它的具体要求;1.驱动力适中,不至于小车拐弯时速度过大倾翻,或重物晃动厉害影响行走;2.到达终点前重物竖直方向的速度要尽可能小,避免对小车过大的冲击;同时使重物的势能尽可能的转化到驱动小车前进的动能,如果重物竖直方向的速度较大,重物本身还有较多势能未释放,能量利用率不高;3.机构简单,效率高,便于加工制作;传动机构传动机构的功能是把动力和运动传递到转向机构和驱动轮上;要使小车行驶的更远及按设计的轨道精确地行驶,传动机构必需传递效率高、传动稳定、结构简单重量轻等;1.带轮具有结构简单、传动平稳、价格低廉、缓冲吸震等特点但其效率不是很高;2.齿轮具有效率高、结构紧凑、工作可靠、传动比稳定但价格较高,不易加工制作;因此在第一种方式不能够满足要求的情况下可优先考虑使用齿轮传动;转向机构转向机构是本小车设计的关键部分,直接决定着小车的功能;转向机构也同样需要尽可能的减少摩擦耗能,结构简单,零部件已获得等基本条件,同时还需要有特殊的运动特性;能够将旋转运动转化为满足要求的来回摆动,带动转向轮左右转动从而实现拐弯避障的功能;能实现该功能的机构有：凸轮摇杆、曲柄连杆等等;凸轮摇杆：优点：只需设计适当的凸轮轮廓,便可使从动件得到任意的预期运动,而且结构简单、紧凑、设计方便；缺点：凸轮轮廓加工比较困难;曲柄连杆：优点：运动副单位面积所受压力较小,且面接触便于润滑,故磨损减小；两构件之间的接触是靠本身的几何封闭来保持接触;缺点：一般情况下只能近似实现给定的运动规律或运动轨迹,且设计较为复杂；当给定的运动要求较多或较复杂时,需要的构件数和运动副数往往比较多,这样就使机构结构复杂,工作效率降低,发生自锁的可能性增加;综合上面分析我们选择凸轮摇杆作为小车转向机构的方案;行走机构行走机构即为三个轮子,轮子又厚薄之分,大小之别,材料之不同需要综合考虑;由摩擦理论知道摩擦力矩与正压力的关系为：对于相同的材料δ为一定值;而滚动摩擦阻力 ： R N R Mf δ⋅==所以轮子越大小车受到的阻力越小,因此能够走的更远;由于小车是沿着曲线前进的,后轮必定会产生差速;对于后轮可以采用双轮同步驱动,双轮差速驱动;双轮同步驱动必定有轮子会与地面打滑,使小车运动产生偏差,但由于小车速度较小时,可以大大减小差速带来的影响;双轮差速驱动可以避免双轮同步驱动出现的问题,可以通过差速器或单向轴承来实现差速;但差速器的构造较为复杂,且由于单向轴承存在侧隙,在主动轮从动轮切换过程中出现误差导致运动不准确;综上所述行走机构的轮子应有恰当可调的尺寸,经过加工和成本的综合考虑我们选用双轮同步驱动;三 技术设计技术设计阶段的目标是完成详细设计确定个零部件的的尺寸;设计的同时综合考虑材料加工成本等各因素;建立数学模型通过对小车建立数学模型,可以实现小车的参数化设计和优化设计,提高设计的效率和得到较优的设计方案,充分发挥计算机在辅助设计中的作用;因此,我们采用了Matlab软件辅助设计;小车后轮直径计算：function D2 =fD2LC,n%D2 小车后轮直径%LC 小车行驶一个周期的路程%n 小车行驶一个周期,后轮转的圈数.%确定n之后,也就确定了后轮轴与凸轮轴的转速比为n:1 D2=LC/pi/n;End推杆伸长量计算：function Delta = fDeltatheta,yT%yT 导向杆长%Delta 凸轮的推杆伸长量假定伸长为正,缩短为负%theta 小车前轮转角假定左转为正Delta=yTsintheta;end小车路径上某点的曲率半径计算：function r = frx0,r0,l%fr 求小车路径上某点的曲率半径%r0 零点处曲线的纵坐标,r0-y/2>10,y为两后轮间距%l 两个障碍物间距,700~1300% fx01,fx02 分别为fx0的一阶导,二阶导fx01=r0pisinpix0/l/l;fx02=r0pi^2cospix0/l/l^2;r=1+fx01^2^3/2/fx02;end小车前轮转角计算:function theta = fthetar,x%theta 小车前轮转角假定左转为正%r 小车路径上某点的曲率半径%x 前轮轴与后轮轴间距theta=atanx/r;end小车行驶一个周期的路程计算：function LC = fLCr0,l%运用第一类曲线积分,当被积函数为1时,即求曲线长度%r0 零点处曲线的纵坐标,r0-y/2>10,y为两后轮间距%l 两个障碍物间距,700~1300%LC小车行驶一个周期的路程x0=sym'x0';%r0=sym'r0'; l=sym'l'; %使结果带有r0和l这两符号f=sqrt1+r0^2pi^2sinpi/lx0^2/l^2;LC=intf,0,2l;LC=doubleLC; %将结果转化为数值;结果带有符号时不能使用end凸轮轮廓曲线绘图:l=800; %两个障碍物间距,700~1300r0=150; %零点处曲线的纵坐标,r0-y/2>10,y为两后轮间距x=200; %前轮轴与后轮轴间距yT=30; %yT 导向杆长rj=10; %凸轮基圆半径x1=72; %凸轮轴轴1与前轮轴水平间距x2=72; %轴1与轴2间距x3=48; %轴2与轴3间距x0=0;r=frx0,r0,l;theta=fthetar,x;maxDelta=fDeltatheta,yT; %maxDelta 推杆最大伸长或缩短的量maxDeltaxT=x1-rj-maxDelta; %xT凸轮的推杆长度xT i=1;for alpha=0::2pix0=alphal/pi;r=frx0,r0,l;theta=fthetar,x;Delta=fDeltatheta,yT;TL=rj+maxDelta+Delta;ni=alpha;mi=TL;i=i+1;%hold on;%polaralpha,TL; %描点法画出凸轮轮廓%plotx0,Delta; %查看Delta推杆伸长缩短量随x0变化而变化的情况%plotx0,theta; %查看theta前轮转角随x0变化而变化的情况%hold off;endpolarn,m;%axis equal; %描点时,使横纵坐标单位间距相等参数确定单位：mm 前轮轴与后轮轴间距x=200导向杆长x=30凸轮基圆半径R=10凸轮轴轴1与前轮轴水平间距x=80轴1与轴2间距x=72轴2与轴3间距x=48零部件设计1.需加工的零件：a．驱动轴、传动轴b．车轮c.轴承座d.底板e.凸轮2.可购买的标准件：内圈Φ10的深沟球轴承、7个不同弹性模量弹簧、M8方形内六角螺栓3.部分加工零件二维图小车运动仿真分析为了进一步分析本方案的可行性,我们利用了Solidworks进行了动态仿真;四小车制作调试及改进小车制作流程小车调试方法小车的调试是个很重要的过程,有了大量的理论依据支撑,还必须用大量的实践去验证;小车的调试涉及到很多的内容,如车速的快慢,绕过障碍物,小车整体的协调性等;1小车的速度的调试：通过小车在指定的赛道上行走,测量通过指定点的时间,得到多组数据,从而得出小车行驶的速度,通过试验,发现小车后半程速度较快,整体协调性能不是太好,于是车小了绕绳驱动轴,减小过大的驱动力同时也增大了小车前进的距离;2小车避障的调试：虽然本组小车各个机构相对来说较简单,但损耗能量稍多,同时避障也不是很好,可以通过改变摇杆与凸轮的接触实现微量调节;小车改进方法1.结构优化：为了提高能量的利用效率,在不影响使用条件的情况下,可以削减不必要的部分;2.机构优化：为了提高能量的转换效率,在稍微增加成本的情况下,可以考虑使用齿轮传动;五评价分析小车优缺点优点：1小车机构简单,加工制作方便；2采用塑料材质,质量较轻,有利于行驶较远的距离;缺点：小车精度要求高,使得加工零件成本高,由于差速的存在影响小车的绕弯以及能量的有效利用率;改进方向小车主要的缺点是精度要求非常高和存在差速问题,相信改进小车的精度和差速问题,,小车便能达到很好的行走效果;。

目录1.摘要 (1)2.引言 (1)3目的 (1)4工作原理和设计理论推导 (1)4.1总体结构 (1)4.2设计方案介绍与计算分析 (2)4.2.1无碳小车模块机构介绍 (3)5. 设计总结 (8)6.附件1.摘要本作品是依据工程训练综合能力竞赛命题主题“无碳小车”，提出一种“无碳”方法，带动小车运行，即给定一定重力势能，根据能量转换原理，设计一种可将该重力势能转化为机械能并用来驱动小车行走的装置。

该小车通过微调装置，能够实现自动走“S"字直线绕障。

此模型最大的特点是通过两个不完全齿轮驱动前轮摆动，进行可调整的周期性摆动，使前轮的摆动节拍具有可调性。

本文将对无碳小车的设计过程，功能结构特点等进行详细介绍，并介绍创新点。

2.引言随着社会科技的发展，人们的生活水平的提高，无碳对于人们来说，显得越来越重要，建设无碳社会，使得生活更加的环保，没有任何的污染。

节能、环保、方便、经济，是现代社会所提倡的。

现在许多发达国家都把无碳技术运用到各个领域，像交通，家具等，这也是我国当今所要求以及努力的方向。

针对目前这一现状，我们设计了无碳小车模型，用重力势能转化为机械能提供了一种全新的思路，以便更好的解决以上问题。

3目的本作品设计的目的是围绕命题主题“无碳小车”，即不利用有碳资源，根据能量转化原理，利用重力势能驱动带动具有方向控制功能的小车模型。

这种模型比较轻巧，结构相对的简单，能够成功的将重力势能转化为小车的动能，从而完成小车前行过程中的所有动作。

4工作原理和设计理论推导4.1总体结构图 1 无碳小车总体结构无碳小车模型的主要机构有驱动机构、转向机构、行走机构及微调机构。

主要部件如下图2所示为小车整体模型。

图 2 无碳小车模型4.2设计方案介绍与计算分析4.2.1无碳小车模块机构介绍1.驱动机构本方案采用绳轮作为驱动力转换机构。

我们采用了梯形轮使能量转化过程中有更合适的转矩使驱动力适中，不至于小车拐弯时速度过大倾翻，或重块晃动厉害影响行走。

北华航天工业学院第四届全国大学生工程训练综合能力竞赛无碳小车设计说明书参赛者：夏洪伟孙传远肖洋指导老师：***第四届全国大学生工程训练综合能力竞赛无碳小车设计说明书参赛者：夏洪伟、孙传远、肖洋指导老师：***目录第1章方案设计..................................................................................................... - 1 -1.1 车架................................................................................................................ - 3 -1.2 原动机构...................................................................................................... - 3 -1.3 传动机构...................................................................................................... - 4 -1.4 转向机构........................................................................................................ - 7 -1.5 行走机构........................................................................................................ - 9 -1.6 微调机构........................................................................................................ - 9 -第2章技术设计................................................................................................... - 11 -2.1运动学分析模型........................................................................................... - 11 -2.2参数确定....................................................................................................... - 13 -2.3零部件设计................................................................................................... - 13 -附录................................................................................................................... - 15 -第1章方案设计通过对小车的功能分析，“无碳小车越障竞赛”通常主要由车体、能量转换、传动和转向等部分组成。

无碳小车设计说明书参赛者：苏文哲史恒瑞任浩然指导老师：范志骏摘要第四届全国大学生工程训练综合能力竞赛命题主题为“无碳小车越障竞赛”。

设计要求参赛队伍设计一种具有调节功能、利用重力势能驱动可以实现自动避障的小车。

队伍在设计小车的过程中着重于数学工具的使用:通过对小车模型行走的特性的分析，简化实际问题并建立优化模型，力求使用数学实验的方法解决实际问题。

在数学分析的过程中，不断提高计算精度，并将求解结果作为依据指导机械参数的调试、确定。

在设计过程中，借鉴数值分析等现代计算数学理论，使设计具有准确性、科学性；采用UG (Unigraphics NX)进行三维设计方便快捷地建立和改进产品的外观；综合考虑了工程管理、加工工艺、工艺成本等各方面的因素。

最终目的在于作品可以经济地被生产制造出来，并准确地按预期轨迹行走。

小车设计分为以下几个阶段：一、主要问题的分析，初步计算规划阶段；二、问题细化，研究各种机构运行特点阶段；三、建立数学模型求解参数阶段；四、参照国家标准设计小车实物阶段；五、制作、装配、调试阶段。

每经历一个阶段，都对设计起到了推动作用，设计思想逐渐成型，使设计逐渐向最优结果收束。

在第一阶段中，我们一方面分析研究了比赛规则，场地地形规格，目的行车路径；另一方面简化小车行走的数学模型，建立瞬时速度下小车转向轮与小车轴心角度对行车路径曲率半径、车长和行车曲率半径对行车路径等微分方程，对小车预期行走路线进行了规划；在第二阶段中我们对各种转向机构进行了数学分析，对常见的机构运行特点进行了运算、仿真，综合考虑之后，我们决策了小车的各个机构。

设计采用模块化设计，从小车的功能上分为如下四大模块：原动机构模块、传动机构模块、转向机构模块、行走机构模块。

总体而言，原动机构采用了阶梯轴，传动机构采用两级放大齿轮，转向机构采用正弦机构带动转向齿轮，行走机构采用差速器。

在第三阶段中我们应用matlab软件进行了数学模型的求解，对机构的机械参数进行了从优甄选。

第四届全国大学生工程训练综合能力竞赛无碳小车设计说明书参赛者：--- ---- ---指导老师：---2014-9-23摘要第四届全国大学生工程训练综合能力竞赛命题主题为“无碳小车越障竞赛”。

要求小车在重力势能的作用下能够完成行走、转向和绕过障碍物。

小车的设计分为三个阶段：方案设计、技术设计、制作调试。

通过各个阶段的设计，实践，修改，最终使的小车的性能达到预定要求。

方案设计阶段我们把小车分为车架、原动机构、传动机构、转向机构。

其中车架采用三角底板式、原动机构采用了锥形轴、传动机构采用齿轮、转向机构采用连杆。

技术设计阶段我们通过运动学分析、动力学分析、灵敏度分析等。

确定出了小车的具体参数。

接着应用PROE软件进行了小车的实体建模和部分运动仿真。

在实体建模的基础上对每一个零件进行了详细的设计，综合考虑零件材料性能、加工工艺、成本等得出最优的尺寸。

小车所用的零件大多是标准件、可以直接购买，除了部分加工精度要求高需要特殊加工外，其他的都可以通过手工加工出来。

调试过程通过微调等方式改变小车的参数，在试验的基础上验证小车的运动规律并且确定小车最优的参数。

关键字：无碳小车微调机构灵敏度分析目录摘要 (2)一绪论 (4)1.1本届竞赛命题主题 (4)1.2小车功能设计要求 (5)1.3小车整体设计要求 (5)1.4小车的设计方法 (5)二方案设计 (6)三技术设计 (6)3.1建立数学模型及参数确定 (6)3.1.1能耗规律模型 (6)3.1.2运动学分析模型 (9)3.1.3动力学分析模型 (14)3.1.4灵敏度分析模型 (16)3.1.5参数确定 (17)3.2零部件设计 (18)3.3整体设计 (20)3.3.1整体装配图 (20)3.3.2小车运动仿真分析 (21)四小车制作调试及改进 (22)4.1小车制作流程 (22)详见工艺分析方案报告 (22)4.2小车调试方法 (22)4.3小车改进方法 (22)五评价分析 (23)5.1小车优缺点 (23)5.2自动行走比赛时的前行距离估计 (23)5.3改进方向 (23)六参考文献 (23)七附录 (24)7.1装配图 (24)7.2耗能分析程序 (28)7.3运动学分析程序 (29)7.4动力学分析程序 (31)7.5灵敏度分析程序 (33)一绪论1.1本届竞赛命题主题本届竞赛命题主题为“无碳小车越障竞赛”。

作品设计【2 】解释书摘要我们把小车的设计分为三个阶段：计划设计.技巧设计.制造调试.经由过程每一阶段的深刻剖析.层层把关,是我们的设计尽可能向最优设计挨近.计划设计阶段根据小车功效请求我们根据机械的组成（原念头构.传念头构.履行机构.掌握部分.帮助部分）把小车分为车架 .原念头构 .传念头构 .转向机构 .行走机构五个模块,进行模块化设计.分离针对每一个模块进行多计划设计,经由过程分解比较选择出最优的计划组合.我们的计划为：车架采用三角底板式.原念头构采用了带轮轴.传念头构采用带轮.转向机构采用凸轮机构.行走机构采用双轮驱动.技巧设计阶段我们先对计划树立数学模子进行理论剖析,借助MATLAB 分离进行了能活动学剖析和动力学剖析,进而得出了小车的具体参数,和活动纪律y以及肯定凸轮的轮廓曲线;接着应用Solidworks软件进行了小车的实体建模和部分活动仿真.在实体建模的基本上对每一个零件进行了具体的设计,分解斟酌零件材料机能.加工工艺.成本等.小车大多零件是标准件,可以购置,同时除部分请求加工精度高的部分须要特别加工外,大多半都可以经由过程手工加工出来.调试进程会经由过程微调等方法转变小车的参数进行实验,在实验的基本上验证小车的活动纪律同时肯定小车最优的参数.症结字：无碳小车参数化设计软件帮助设计目次摘要2一绪论41.1命题主题41.2小车功效设计请求41.3小车整体设计请求51.4小车的设计办法6二计划设计72.1车架82.2原念头构82.3传念头构82.4转向机构92.5行走机构10三技巧设计103.1树立数学模子113.2参数肯定143.3零部件设计153.4小车活动仿真剖析18四小车制造调试及改良204.1小车制造流程204.2小车调试办法204.3小车改良办法20五评价剖析215.1小车优缺陷215.2小车改良偏向21六参考文献22一绪论1.1命题主题根据第四届全国大学生工程练习分解才能比赛主题为“无碳小车越障比赛”.命题与高校工程练习教授教养内容相连接,表现分解性工程才能.命题内容表现“创新设计才能.制造工艺才能.现实操作才能和工程治理才能”四个方面的请求.1.2小车功效设计请求给定一重力势能,根据能量转换道理,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配.该自行小车在前行时可以或许主动避开赛道上设置的障碍物（距离规模在700-1300mm,放置一个直径20mm.长200mm的弹性障碍圆棒）.以小车前行距离的远近.以及避开障碍的若干来分解评定成绩.给定重力势能为4焦耳（取g=10m/s2）,比赛时同一用质量为1Kg的重块（ 50×65 mm,通俗碳钢制造）铅垂降低来获得,落差400±2mm,重块落下后,须被小车承载并同小车一路活动,不许可失落落.请求小车前行进程中完成的所有动作所需的能量均由此能量转换获得,不可应用任何其他的能量情势.小车请求采用三轮构造（1个转向轮,2个驱动轮）,具体结构造型以及材料选用均由参赛者自立设计完成.1.3小车整体设计请求小车设计进程中须要完成：构造计划设计.工艺计划设计.经济成本剖析和工程治理计划设计.命题中的工程治理才能项请求分解斟酌材料.加工.制造成本等各方面身分,提出合理的工程计划.设计才能项请求对参赛作品的设计具有创新性和规范性.命题中的制造工艺才能项以请求分解应用加工制造工艺常识的才能为主.1.4小车的设计办法小车的设计必定要做到目的明白,经由过程对命题的剖析我们得到了比较清楚坦荡的设计思绪.作品的设计须要有体系性规范性和创新性.设计进程中须要分解斟酌材料 .加工 .制造成本等给方面身分.2.2原念头构原念头构的感化是将重物的重力势能转化为小车的驱动动能.能实现这一功效的计划有多种,就效力和简练性来看绳轮最优.小车对原念头构还有其它的具体请求.1.驱动力适中,不至于小车拐弯时速渡过大倾翻,或重物晃悠厉害影响行走.2.到达终点前重物竖直偏向的速度要尽可能小,避免对小车过大的冲击.同时使重物的势能尽可能的转化到驱动小车进步的动能,假如重物竖直偏向的速度较大,重物本身还有较多势能未释放,能量应用率不高.3.机构简略,效力高,便于加工制造.2.3传念头构传念头构的功效是把动力和活动传递到转向机构和驱动轮上.要使小车行驶的更远及按设计的轨道精确地行驶,传念头构必需传递效力高.传动稳固.构造简略重量轻等.1.带轮具有构造简略.传动安稳.价钱低廉.缓冲吸震等特色但其效力不是很高.2.齿轮具有用力高.构造紧凑.工作靠得住.传动比稳固但价钱较高,不易加工制造.是以在第一种方法不可以或许知足请求的情形下可优先斟酌应用齿轮传动.2.4转向机构转向机构是本小车设计的症结部分,直接决议着小车的功效.转向机构也同样须要尽可能的削减摩擦耗能,构造简略,零部件已获得等根本前提,同时还须要有特别的活动特征.可以或许将扭转活动转化为知足请求的往返摆动,带动转向轮阁下迁移转变从而实现拐弯避障的功效.能实现该功效的机构有：凸轮摇杆.曲柄连杆等等.凸轮摇杆：长处：只需设计恰当的凸轮轮廓,便可使从动件得到随意率性的预期活动,并且构造简略.紧凑.设计便利;缺陷：凸轮轮廓加工比较艰苦.曲柄连杆：长处：活动副单位面积所受压力较小,且面接触便于润滑,故磨损减小;两构件之间的接触是靠本身的几何关闭来保持接触.缺陷：一般情形下只能近似实现给定的活动纪律或活动轨迹,且设计较为庞杂;当给定的活动请求较多或较庞杂时,须要的构件数和活动副数往往比较多,如许就使机构构造庞杂,工作效力降低,产生自锁的可能性增长.分解上面剖析我们选择凸轮摇杆作为小车转向机构的计划.2.5行走机构行走机构即为三个轮子,轮子又厚薄之分,大小之别,材料之不同须要分解斟酌.由摩擦理论知道摩擦力矩与正压力的关系为：δ⋅=N M对于雷同的材料δ为必定值.而滚动摩擦阻力 ： R N R Mf δ⋅==所以轮子越大小车受到的阻力越小,是以可以或许走的更远.因为小车是沿着曲线进步的,后轮必定会产生差速.对于后轮可以采用双轮同步驱动,双轮差速驱动.双轮同步驱动必定有轮子会与地面打滑,使小车活动产生误差,但因为小车速度较小时,可以大大减小差速带来的影响.双轮差速驱动可以避免双轮同步驱动消失的问题,可以经由过程差速器或单向轴承来实现差速.但差速器的构造较为庞杂,且因为单向轴承消失侧隙,在主动轮从动轮切换进程中消失误差导致活动不精确.综上所述行走机构的轮子应有恰当可调的尺寸,经由加工和成本的分解斟酌我们选用双轮同步驱动.三技巧设计技巧设计阶段的目的是完成具体设计肯定个零部件的的尺寸.设计的同时分解斟酌材料加工成本等各身分.3.1树立数学模子经由过程对小车树立数学模子,可以实现小车的参数化设计和优化设计,进步设计的效力和得到较优的设计计划,充分施展盘算机在帮助设计中的感化.是以,我们采用了Matlab软件帮助设计.小车后轮直径盘算：function [D2] =fD2(LC,n)%D2 小车后轮直径%LC 小车行驶一个周期的旅程%n 小车行驶一个周期,后轮转的圈数.%(肯定n之后,也就肯定了后轮轴与凸轮轴的转速比为n:1)D2=LC/pi/n;End推杆伸长量盘算：function [Delta] = fDelta(theta,yT)%yT 导向杆长%Delta 凸轮的推杆伸长量（假定伸长为正,缩短为负）%theta 小车前轮转角（假定左转为正）Delta=yT*sin(theta);end小车路径上某点的曲率半径盘算：function [r] = fr(x0,r0,l)%fr 求小车路径上某点的曲率半径%r0 零点处曲线的纵坐标,r0-y/2>10,y为两后轮间距%l 两个障碍物间距,700~1300% fx01,fx02 分离为fx0的一阶导,二阶导fx01=r0*pi*sin(pi*x0/l)/l;fx02=r0*(pi^2)*cos(pi*x0/l)/(l^2);r=(1+(fx01^2))^(3/2)/fx02;end小车前轮转角盘算:function [theta] = ftheta(r,x )%theta 小车前轮转角（假定左转为正）%r 小车路径上某点的曲率半径%x 前轮轴与后轮轴间距theta=atan(x/r);end小车行驶一个周期的旅程盘算：function [ LC ] = fLC(r0,l)%应用第一类曲线积分,当被积函数为1时,即求曲线长度%r0 零点处曲线的纵坐标,r0-y/2>10,y为两后轮间距%l 两个障碍物间距,700~1300%LC小车行驶一个周期的旅程x0=sym('x0');%r0=sym('r0'); l=sym('l'); %使成果带有r0和l这两符号f=sqrt(1+r0^2*pi^2*(sin(pi/l*x0))^2/(l^2));LC=int(f,0,2*l);LC=double(LC); %将成果转化为数值.成果带有符号时不能应用end凸轮轮廓曲线画图:l=800; %两个障碍物间距,700~1300r0=150; %零点处曲线的纵坐标,r0-y/2>10,y为两后轮间距x=200; %前轮轴与后轮轴间距yT=30; %yT 导向杆长rj=10; %凸轮基圆半径x1=72; %凸轮轴(轴1)与前轮轴程度间距x2=72; %轴1与轴2间距x3=48; %轴2与轴3间距x0=0;r=fr(x0,r0,l);theta=ftheta(r,x);maxDelta=fDelta(theta,yT); %maxDelta 推杆最大伸长（或缩短）的量maxDeltaxT=x1-rj-maxDelta; %xT凸轮的推杆长度xT i=1;for alpha=0:0.0001:2*pix0=alpha*l/pi;r=fr(x0,r0,l);theta=ftheta(r,x);Delta=fDelta(theta,yT);TL=rj+maxDelta+Delta;n(i)=alpha;m(i)=TL;i=i+1;%hold on;%polar(alpha,TL); %描点法画出凸轮轮廓%plot(x0,Delta); %查看Delta(推杆伸长缩短量)随x0变化而变化的情形%plot(x0,theta); %查看theta（前轮转角）随x0变化而变化的情形%hold off;endpolar(n,m);%axis equal; %描点时,使横纵坐标单位间距相等3.2参数肯定单位：mm 前轮轴与后轮轴间距x=200导向杆长x=30凸轮基圆半径R=10凸轮轴(轴1)与前轮轴程度间距x=80轴1与轴2间距x=72轴2与轴3间距x=483.3零部件设计1.需加工的零件：a．驱动轴.传动轴b．车轮c.轴承座d.底板e.凸轮2.可购置的标准件：内圈Φ10的深沟球轴承.7个不同弹性模量弹簧.M8方形内六角螺栓3.部分加工零件二维图3.4小车活动仿真剖析为了进一步剖析本计划的可行性,我们应用了Solidworks进行了动态仿真.四小车制造调试及改良4.1小车制造流程4.2小车调试办法小车的调试是个很重要的进程,有了大量的理论根据支持,还必须用大量的实践去验证.小车的调试涉及到许多的内容,如车速的快慢,绕过障碍物,小车整体的调和性等.（1）小车的速度的调试：经由过程小车在指定的赛道上行走,测量经由过程指定点的时光,得到多组数据,从而得出小车行驶的速度,经由过程实验,发明小车后半程速度较快,整体调和机能不是太好,于是车小了绕绳驱动轴,减小过大的驱动力同时也增大了小车进步的距离.（2）小车避障的调试：固然本组小车各个机构相对来说较简略,但损耗能量稍多,同时避障也不是很好,可以经由过程转变摇杆与凸轮的接触实现微量调节.4.3小车改良办法1.构造优化：为了进步能量的应用效力,在不影响应用前提的情形下,可以削减不必要的部分.2.机构优化：为了进步能量的转换效力,在稍微增长成本的情形下,可以斟酌应用齿轮传动.五评价剖析5.1小车优缺陷长处：（1）小车机构简略,加工制造便利;（2）采用塑料材质,质量较轻,有利于行驶较远的距离.缺陷：小车精度请求高,使得加工零件成本高,因为差速的消失影响小车的绕弯以及能量的有用应用率.5.2改良偏向小车重要的缺陷是精度请求异常高和消失差速问题,信任改良小车的精度和差速问题,,小车便能达到很好的行走后果.。

无碳小车设计说明书-大学生工程训练综合能力竞赛无碳小车设计说明书-大学生工程训练综合能力竞赛第三届省大学生工程训练综合能力竞赛(荣获S形组省赛一等奖) 无碳小车设计说明书一、概要3 二、分析3 三、原理设计4 1、驱动机构4 2、转向机构5 3、后轮差速5 四、参数设计6 1、轨迹设计6 2、转角设计6 3、带轮设计7 4、小车部分零件的设计8 （1）拨盘8 （2）转向轮销9 （3）转向轮槽零件图：11 （4）皮带轮12 （5）转向轴13 实体图：13 （6）转向连杆14 （7）拨槽15 （8）拨槽加工工艺分析16 （9）齿轮17 （10）底板19 （11）后驱动轴零件图:20 五、小车装配完成图片21 “无碳小车”设计说明书一、概要此次无碳小车的设计主要是利用重物下落的重力势能作为原动力，来驱动小车前进以及使小车能按规定绕开障碍物。

重物质量M=1kg，下落高度H=400mm，每个障碍物之间隔0.9米、1米、1.1米。

二、分析1、为使得小车能够行走，首要解决的就是小车驱动，要设计小车的驱动机构；2、为使得小车能够转弯，并能够绕开等距离的障碍物，所以要设计一个能够走S 形路线的周期性的转向机构；3、由于只有一个动力源，所以还要设计一套小车的传动机构；4、为了使得小车能够顺利转弯，还要解决小车后轮的差速问题。

三、原理设计1、驱动机构图1左侧部分为我们的驱动简图，考虑到小车的启动时需要较大的启动力矩，同时为使得重物的重力势能能够尽可能大地转化到有利小车行走的方面，与重物下落连线驱动圆锥滚筒设计成为如图所示，再考虑，为使得小车走的路程要长，所以，重物下落的行程要经过一对直齿圆柱齿轮放大。

所以，传动流程：重物→圆锥滚筒→大齿轮→小齿轮→后驱动轮2、转向机构图2为小车的前轮转向部分，为使得小车能够绕开定距离的障碍物，小车前轮转向要设计成具有周期性摆动的转向机构。

故，转向机构设计成正弦机构。

前轮的动力来源：重物→圆锥滚筒→带轮1→带轮2→转向拨盘→转向轮带轮带动拨盘转动，拨动转向轮上的转向槽前后摆动，这样即可以带动前轮的左右摆动。

无碳越障小车设计说明书摘要目前全球经济飞速发展，带来环境问题愈发明显，传统能源逐渐衰竭，鉴于此无碳小车的研制具有十分重要的意义。

针对题目要求拟定了无碳越障小车的总体设计方案，通过计算分析完成了无碳越障小车的结构设计，绘制了装配图和部分主要零件图，通过pro/E模拟仿真验证了预定功能，并制作出了实体样机，通过实体样机的演示达到了规定功能。

关键词：无碳越障小车；环保；机械设计AbstractNowadays, the global economy developing rapidly ,brings increasingly obvious environment problems and the traditional energy is going to failure gradually. So the development of carbon-free car is great significance. Studying out the scheme design based on the requirments if this subject, finishing the physical design of the carbon-free car by computational analysis, drawing the assembly drawing and part of the main parts drawing, vertify the reservation function by pro/E’s simulation and making the physical prototype, finally reached the required function by the entity prototype presentation.Key words：carbon-free car; environmental protection;machine design目录摘要 (I)Abstract (II)目录 (IV)1 绪论 (1)1.1 国内的研究现状及发展趋势 (1)1.2 课题的基本内容及研究意义 (2)1.3 本课题拟采用的研究手段 (4)2 无碳越障小车设计 (5)2.1 任务分析 (5)2.2 无碳越障小车总体方案设计 (5)2.3 原动机构的设计 (8)2.3.1 滑轮的设计 (8)2.3.2 绕绳轮的设计 (9)2.3.3 重物支撑架的设计 (10)2.4 传动机构的设计 (11)2.4.1 齿轮的设计 (11)2.4.2 传动轴的设计 (14)2.5 导向机构的设计 (15)2.6 行走机构的设计 (17)2.6.1 行走机构方案的选择 (17)2.6.2 后轮尺寸的计算 (18)2.7 微调机构的选择 (18)2.8 无碳越障小车的总体设计 (19)2.9 无碳越障小车部分零件设计 (20)2.9.1 无碳越障小车的底板设计 (21)2.9.2 无碳越障小车支架的设计 (22)3 无碳越障小车的制作 (23)3.1 三维模型的建立与运动仿真 (23)3.2 部分零件的工艺 (25)3.2.1 前轮叉架的工艺 (25)3.2.2 前轮的工艺 (26)3.3 无碳越障小车的装配与调试 (27)4 课题的成果及创新 (28)4.1 课题的成果 (28)4.2 课题的创新 (28)结论 (29)参考文献 (30)附录 (32)致谢 (38)攀枝花学院本科毕业设计（论文） 1 绪论1绪论1.1 国内的研究现状及发展趋势无碳越障小车是工程训练综合能力竞赛的题目。

无碳小车的原理与计算第一篇：无碳小车的原理与计算无碳小车的原理与计算原理介绍一．连动原理：我们使用了凸轮转向机构来实现转向轮的转向功能。

具体方法如下：在齿轮的外侧表面上制作凸圆形的内槽道，滚子置于槽道内。

滚子与连杆以转动副相连，连杆与转向把以转动副连接，这样，当齿轮转动时，凸圆槽道在转动过程中就会推动连杆做进给运动，实现转向把转动可控制转向轮的方向。

我们将凸轮设计成内凹槽轨道凸轮机构，而外形设计成齿轮，这样的设计有以下优点：1.凸轮起到了齿轮和凸轮的双重作用，一轮两用有利于我们的加工，节约成本和加工时间减少重量。

2.使用内凹槽轨道与滚子连接可以使装置的稳定性增强，不会产生脱扣滑扣得困扰。

二．驱动原理：绳拉力为动力。

将物块下落的势能尽可能多的转换为小车的动能，进而克服阻力做功。

物块在下落的过程中不可避免的要与小车发生碰撞，碰撞过程必然要有能量损失。

要解决的问题：1下降过程中，尽可能的降低下落的速度；2在小车运动中，会受到转弯时的向心力做离心运动，从而不稳定，会导致轨道变形。

解决方案：1.把绕线轮设计成锥形，在开始运动时绕线轮的半径较大，使得开始有足够的驱动力使小车驱动。

在驱动之后，绕线轮的半径较小，使小车能在运动中持续稳定。

2.在重物周围加三根垂直细杆，固定重物的下落轨迹，保持小车的稳定。

无碳小车计算一．受力计算：小车质量P0，小车驱动力矩M，物块质量m, D轮子直径，Φ拉力轴直径M=F0×D/ 2 M由G获取M= G×Φ / 2= F0×D/ 2此时F0= G× Φ /D二．摩擦计算：S为小车行走距离，mm，η为小车总效率，F0为小车牵引力，F0 × S =G× 400mm× ηS =G× 400mm× η / F0前面防滑计算得出：F0 ＜ F = M（小车）g × f 为了增大小车行走距离，为了避免能量损失不打滑，在保证能够驱动小车行走的前提下，F0 越小越好。