“8”型路线无碳小车的设计(全套图纸)

8字路径行进以重力势能驱动的具有方向控制功能的自行小车设计方案一、设计要求1.车身要求设计一种小车，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。

标准砝码始终由小车承载，不允许从小车上掉落。

图1.1为小车示意图。

图1.1 无碳小车示意图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。

其中一轮为转向轮，另外二轮为行进轮，允许二行进轮中的一个轮为从动轮。

具体设计、材料选用及加工制作均由学生自主完成。

2. “8”字型赛道避障行驶竞赛要求竞赛场地在半张标准乒乓球台（长1525mm、宽1370mm）上，有3个障碍成“L”形放置，“L”形的长边在球台的中线上，（放置球台时“L”形的长边平行主看台方向，短边垂直且远离主看台），经现场公开抽签，在400～500mm范围内产生“L”形的长边值，在300±50mm范围内产生“L”形的短边值。

小车需绕中线上的两个障碍物按“8”字型轨迹运行，障碍物为直径20mm、长200mm的3个圆棒，圆棒中心分别放置在“L”形的3个端点上，以小车完成8字绕行圈数的多少来评定成绩。

图1.2 “8”字型赛道竞赛所用乒乓球台及障碍设置图二、设计思路通过对大赛要求的仔细分析，我们分析得出：小车主要有驱动和转向两个功能。

相应的，我们需要设计一个驱动机构能将重物下落的重力势能高效地转化为小车前进的动能；对于转向机构有三个特殊要求：1.需要实现在一个周期内的自动转向，不能有电路控制或者人为的控制。

2.每个周期转向的范围和幅度要保持固定，实现周期性的转向，精确的轨迹控制。

无碳小车设计研究针对全国大学生工程训练综合能力竞赛题目，要求设计一辆S型或者8字型无碳小车，竞赛命题是以重力势能驱动的具有方向控制功能的自行装置。

文章主要分别介绍了无碳小车S型与8字型的异同点，使人们对无碳小车有更深入的了解。

标签：无碳小车；8字型与S型区别；结构设计1 8字型无碳小车1.1 设计简图8字型无碳小车以重力作为驱动力，具有自动转向功能。

小车的综合性能以越障能力作为评优标准。

设计的结构简图如图1所示1.2 小车整体设计8字型无碳小车结构是由原动机构、传动机构、转向机构和调节机构组成的。

其中原动机构的动力是由重物下落时的重力势能转化而来；传动机构可以采用齿轮传动；转向机构是由曲柄摇杆结合不完全齿轮构成；调节机构则通过调节螺丝来完成。

1.3 加工制作车底板因为不需要承受很大的压力，精度要求不是非常高，考虑到质量轻，并且加工方便以及成本低等因素，决定用铝合金薄板加工制作成三角形式底板。

可以利用&=4mm铝合金板的边角废料，节约且易加工。

1.4 转向机构转向机构是本小车的关键部分，尤其8字型小车要求十分严格。

能实现转向控制的机构通常有：曲柄连杆+摇杆，曲柄摇杆，凸轮机构+摇杆和差速转弯等几种方式。

通过实际对比分析可得出，凸轮机构虽然结构简单，紧凑，但轮廓轨迹加工和计算难度较大。

而曲柄连杆+摇杆，其工作原理简单明了，加工和零件设计均易实现。

该结构可将旋转运动转化为满足实际要求的往复直线运动，进而使得摇杆带动转向轮做周期性左右转动来实现拐弯避障功能。

为了减少因紧固连接而造成的摩擦损耗，可以在连杆两段使用万向节。

万向节转向灵活，机构紧凑可购买。

既提高了转向精度又降低了成本，此转向机构具有结构易加工，成本低，调节稳定等优点。

1.5 动力转换机构动力转换机构的功能是将重块的重力势能转化为主动轮的驱动力，从而把重力势能转换为小车前进的动能。

其中简单易行的方案是：利用细线和定滑落机构，细线两段分别绕在卷筒上和栓在重锤上，而卷筒则固定在驱动轮轴上，使得重锤的重力可以转换为驱动轮上的扭矩，从而带动主动轮产生动力。

“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。

Pain is only residing to oneself by hating someone.（页眉可删）无碳小车8型设计方案无碳小车基本上有以下几个部分构成：驱动、转向机构、车身和载物架部分。

以下是整理的无碳小车8型设计方案，欢迎阅读。

一、小车设计：1.工作原理给定1kg的重块在400mm的高度落下来，由重力势能转化成小车前进的动能，同时利用转向装置实现小车按8字形曲线(近似看作)绕桩前进，桩距400mm。

当重物下落时，其所带的绳子带动绕线轴转动，带动与绕线轴同轴的.主动齿轮Z1与Z3转动，Z1又带动前面的与前轮同轴的从动齿轮Z2转动，驱动小车前进。

主动齿轮Z3带动后面的齿轮曲柄转动，而曲柄带动摇杆推动后轮左右摆动！2.动力装置传动的选择及其原理：重物下落采取连线方式，在杆顶部装一个定滑轮，因为这样可以改变力的方向，当重块下落时连线使所绕的绕线轴转动，从而带动主动齿轮转动，进而实现小车前进和转弯.3.转向装置（1）转向装置的选择：选择采用空间曲柄摇杆机构来实现转向，其原理是利用曲柄摇杆机构曲柄转一圈，摇杆带动连杆做前后运动，使车轮偏转一定角度，从而实现车轮的转向，完成指定路线的运动。

（2）车____能的选择:因考虑小车走8字形需要更高的稳定性，本方案采用前轮驱动、后轮转向！前轮驱动比后轮驱动更加稳定，驱动力更加平衡。

本小车采用后轮转向，这样可以避免两后轮同轴，实现两轮差速，所以在转8字形大弯的时候可以避免后轮打滑导致能量损失和轨迹变形。

综合考虑之后我们确定前轮驱动后轮转向。

（3）工作原理:绕线轴与转向装置之间用齿轮联动，在从动齿轮上钻孔，安装曲柄。

从动齿轮转一圈，曲柄转动，摇杆带动连杆杆做前后运动，小车现实转向前进，通过计算，完全可以实现“8”字形绕桩前进。

4.基本尺寸由以上得出:齿轮标准得表格R前轮50mm， R后轮=20mm， r线=10mm；车长230mm 车宽150mm二、设计工艺:（1）小车的底板采用的是镂空硬质铝板，可以增强小车的强度，同时减轻小车的总质量。

8字形无碳小车设计项目介绍本项目是基于机械设计的课程要求而进行的设计，需要设计出一款8字形无碳小车。

该小车不仅要满足在直线上的移动，还需要具备在转弯时具备稳定性和灵活性的特性，以便在不同场合下进行应用。

设计思路总体设计在进行设计之前，我们首先确定了该小车需要满足的基本要求：8字形的结构和无碳的材质。

在此基础上，我们确定了该小车采用两个轮子，每个轮子由两个电机驱动，采用倒立式机械结构。

图1：8字形无碳小车示意图电机选型在选择电机时，我们考虑到需要一定的扭矩和转速。

我们最终选择了两款表现比较出色的电机，分别为Mabuchi RS-775WC-9517直流电机和小日本FC-280SC-20150直流电机。

这两种电机在理论测试过程中都表现出了良好的性能。

机械结构在进行机械结构方面的设计时，我们首先采用了3D建模软件绘制出了图纸。

为了增加小车的稳定性，轮子的轴距被加长，同时在两个轮子之间加了一根横杆和一个弯曲部件，以便于小车在8字形轨迹的转换时更加平稳。

图2：机械设计图控制系统在控制系统方面，我们采用了基于Arduino的控制器，并通过PID控制算法实现轮子转速的控制。

由于该小车需要进行方向控制，所以我们还加入了一个陀螺仪模块，用于感知小车的方向。

实际制作材料准备在进行实际制作之前，我们需要准备一些材料。

主要包括：电机、电池、轮胎、木板、3D打印件等。

制作过程制作过程分为三个步骤：机械部件制作、电路制作、程序编写。

1.机械部件制作我们首先按照之前的机械设计图进行部件制作，包括：底盘、支架、轮子等。

2.电路制作电路制作主要包括将电池、控制器、电机、陀螺仪等部件进行连接。

连接的过程需要注意电路接线的正确性。

3.程序编写我们编写的程序需要完成小车的运行控制、方向控制、转速控制等功能。

在编写的过程中，我们采用了PID控制算法和蓝牙控制模块，以方便我们在实验过程中及时进行数据的传输和控制。

实验结果我们通过在8字形轨迹上进行测试，将小车的运行时间、速度、稳定性等各项指标进行了测量。

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Coal 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。

基于平面凸轮机构的双“8”轨迹无碳小车设计概述1. 引言1.1 背景介绍随着环境保护意识的增强和国家对碳排放控制政策的日益加强，绿色无碳交通逐渐成为未来汽车发展的趋势。

在这一背景下，基于平面凸轮机构的双“8”轨迹无碳小车设计应运而生。

传统的内燃机车辆使用燃油为动力，排放大量的二氧化碳等有害气体，对环境造成了巨大压力。

而基于平面凸轮机构的双“8”轨迹无碳小车则采用了新型动力源，减少了对环境的污染，符合绿色出行的理念。

通过研究和设计这种无碳小车，不仅可以降低对环境的影响，还有助于提升我国在新能源汽车领域的科技水平和产业实力。

这种小车设计还有望在城市交通、物流运输等领域得到广泛应用，为社会经济发展带来积极影响。

开展基于平面凸轮机构的双“8”轨迹无碳小车设计研究具有重要的意义和价值。

1.2 研究意义本文旨在探讨基于平面凸轮机构的双“8”轨迹无碳小车设计，其研究意义主要体现在以下几个方面：该设计方案具有重要的实用价值。

随着全球环境问题日益突出，各国对减少碳排放的要求也越来越高。

而采用无碳设计的小车可以有效减少对环境的污染，符合可持续发展的理念。

研究基于平面凸轮机构的双“8”轨迹无碳小车设计对于推动环保产业的发展具有积极意义。

该设计方案具有一定的技术挑战性。

平面凸轮机构是一种复杂的机械传动装置，设计双“8”轨迹需要克服多个技术难点，如准确计算轨迹曲线、合理设计传动系统等。

通过研究这一设计方案，有助于提升研究人员在机械设计领域的技术水平，促进相关技术的不断创新发展。

该设计方案具有一定的商业推广前景。

随着智能制造技术的不断发展，无碳小车在工业生产领域具有广阔的应用前景，可以替代传统的燃油车辆，减少能源消耗。

研究基于平面凸轮机构的双“8”轨迹无碳小车设计有助于推动相关产业的发展，促进我国制造业转型升级。

本文的研究具有重要的理论和实践意义。

1.3 研究目的本文旨在通过基于平面凸轮机构的双“8”轨迹无碳小车设计，探讨一种新型的无碳排放运输工具。