无碳小车设计说明

作品设计说明书（一）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2一绪论41.1命题主题41.2小车功能设计要求41.3小车整体设计要求51.4小车的设计方法6二方案设计72.1车架82.2原动机构82.3传动机构82.4转向机构92.5行走机构10三技术设计103.1建立数学模型113.2参数确定143.3零部件设计153.4小车运动仿真分析18四小车制作调试及改进204.1小车制作流程204.2小车调试方法204.3小车改进方法20五评价分析215.1小车优缺点215.2小车改进方向21六 22一绪论1.1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。

无碳小车设计说明书小组成员：指导教师:学校：一. 设计思路：1.根据设计要求，为达到无碳小车走8字形轨迹重叠的目的，无碳小车应具备重力势能的转换和周期性的转向的功能，即小车分为传动机构和导向机构两部分。

其中传动机构要求能量损耗少、传动比精确，故优先选用齿轮和皮带轮传动。

导向机构要求方向控制度高、摩擦损失小，选用凸轮直线滑块机构。

2.为减轻车身质量同时保证小车刚度要求，小车采用尼龙作为底板材料，上面安装轴承座以支撑输入轴、驱动轴、吊挂重物的立杆等，小车导向机构中的滑块也需固定在底板上。

4.通过计算并确定两齿轮的传动比i，并实现小车驱动轮每行走i个周长长度，转向机构运动实现一个周期，小车也行走一个完整的8字路线。

为了使小车适应不同间距桩，我们采用凸轮机构，控制小车走重叠的8字，使得小车的工作效率更高。

二. 工作原理：当重物下落时，细绳绕过立杆定滑轮带动驱动后轮上面的绕线轮，驱动中间齿轮转动驱动后轮前进，同时通过齿轮啮合传动带动凸轮旋转，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“8”形路线前进，并能自动绕过障碍物。

三、设计说明我们可以将小车行走路线简化为余弦曲线和两段圆弧来处理，通过小车的传动比以及驱动轮的大小我们可以计算出该余弦曲线的幅值，可计算出小车的出发点，我们将小车出发位置定在向左转弯的圆弧中点。

我们以绕8字的两个桩位置方向为X轴，在水平面内垂直于X轴为Y 轴方向，通过计算桩间距，障碍物距离，传动比，驱动轮周长可以得出确定曲线方程，通过数学知识我们可以得出小车在出发点的前轮偏向角度（即凸轮角度），偏向角度可以适当调节。

由此我们便可以得出小车出发时垂直摆桩方向的距离以及此时小车前轮的偏向角度，从而确定小车的理论出发位置。

四、设计总结对于大赛给定的命题，重力势能转换为机械能的能量转换原理是设计的重点之一，小车动力传动结构和摩擦传动装置的设计是最重要的部分。

无碳小车结构设计报告一、设计概述根据题目要求，为达到“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驱动机构和转向机构两部分。

驱动机构要求能量损耗小、传动比准确，优先选用齿轮机构。

转向机构因为轨迹重复性要求高，采用齿轮和拉杆结合控制前轮转向来满足小车走周期性“8”字要求。

二、设计方案1.小车以钢板做的底板为主体，上面安装三根吊挂重物的立杆。

2.使用滑轮机构将重块的能量通过细绳以转矩的形式传递到输入轴。

3.输入轴通过一级齿轮传动将能量传到驱动轴，带动驱动轮并驱使小车向前运动。

4.输入轴转动一圈，带动转动的大齿轮转动四分之一，使与之啮合的小齿轮转动二分之一，用连杆机构链接，使前轮走了一个圆时实现转向，从而小车走了“8”字形运动。

三、相关计算驱动机构转向齿轮（控制方向）转向机构（控制周期）1主动轮2驱动轮3主动轮4从动轮传动比2.5:1传动比1:2 主要零件尺寸：前轮半径后轮半径驱动1半径驱动2半径转向3半径转向4半径转向1半径转向2半径5mm 50mm 35mm 14mm 35mm 14mm 30mm 30mm厚度为10mm 厚度为6mm 设为转角30度，两个障碍物的距离为300毫米：设为小车的轨迹半径为x，则150*150-75*75=16875,对其开方约得130毫米。

由此可知，小车的轨迹为3.14*2*130*2=1632.8毫米，车轮要转5圈，所以轴的周长为2毫米才能保证小车在理论上转了8圈。

四、整体装配图五、作品创意1.优化各零件布局，降低小车重心2.三根立杆防止小车运行中重块摞动3. 不用其它额外的传动装置，直接由动力轴驱动轮子和转向机构，此种方式效率高、结构简单。

在不考虑其它条件时这是最优的方式。

4.曲柄连杆面积所受压力较小，且面接触便于润滑，故磨损减小，制造方便，已获得较高精度；两构件之间的接触是靠本身的几何封闭来维系的，它不像凸轮机构有时需利用弹簧等力封闭来保持接触5.小车机构简单，单级齿轮传动，损耗能量少六、心得与体会在设计无碳小车的环节中，我们在此过程当中反复探索、不断前进。

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。

无碳小车设计说明书一、基本构思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、形成固定路线。

在小车行走时尽量较小摩擦，实现能量较大化的转换。

而且需要灵活绕过障碍物。

在选择方案时综合考虑功能、材料、加工、制造成本等各方面因素，同时尽量避免直接决策，减少决策时的主观因素，使得选择的方案能够综合最优。

二、驱动机构1.通过重物自由下落，将重力势能转化为动能，由重物下落带动绕线轮转动，从而实现能量的转换。

2.为了增加下车的稳定性，在设计重物支撑杆时采用了三根杆，这样在小车转弯的时候控制重物左右摆动的角度。

3.在设计绕线轮时综合考虑到，要让小车跑的稳定，能轻松启动，而且跑得更远，设计成一个半径较小的二阶的绕线轮。

4.为了增加美光和方便，将固定线直接套在轴上，这样减小工作量，而且更美观更便捷。

三、传动机构1.重物的下落通过绕线轮（黄色）带动主动轴转动，然后通过二级齿轮（红色）将动力传递到后轮从动轴，从而驱动后轮转动。

2.二级齿轮实现对能量的储存。

四、转向机构（绿）1.转向机构采用偏心轴+曲柄、连杆机构（蓝色）。

U型槽的圆周运动通过连杆转化为曲柄的前后摆动，从而实现小车前轮的摆动。

（具有简单、高效、摩擦力小、能量损耗小的特点）2.还有可以无极可调。

这实现了创新，也非常符合比赛规则。

五、车身及其后轮等其他机构1.将其中的一个后轮变为从动轮，保证了小车的正常运行，而且增加差速，让下车启动更加轻松容易，跑的的也更加稳定。

2.降低了底板的高度，增加了小车的稳定性3.支撑杆支座的设计，采用尼龙，使车身更轻，更加美光。

4.后轮选用亚克力板，在车轮三割去三个圆形快，减轻车身重量，强度达到要求，美观实用。

无碳小车设计说明书学院: 行知工学分院班级: 机械1３2班学生姓名:学号:指导老师：完成时间: 2015 年 6 月 1５日1、绪论1、1小车得设计命题设计一种小车,驱动其行走及转向得能量就是根据能量转换原理，由给定重力势能转换来得。

给定重力势能为４焦耳(取g=10m/s2)，设计时统一用质量为1Kg得重块(￠50×65 mm,普通碳钢）铅垂下降来获得,落差4０0±2mm,重块落下后,须被小车承载并同小车一起运动,不允许从小车上掉落。

如图1、1所示。

图1、１要求小车行走过程中完成所有动作所需得能量均由此重力势能转换获得,不可使用任何其她得能量来源。

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得竞赛场地。

要求小车为三轮结构,具体设计、材料选用及加工制作均由学生自主完成。

1、2小车得整体设计要求小车设计过程需要完成:机械设计、工艺方案设计、经济成本分析与工程管理方案设计。

命题中得工程管理项要求综合考虑材料、加工、制造成本等各方面因素,提出合理得工程计划。

设计能力项要求对参赛作品得设计具有创新性与规范性。

命题中得制造工艺能力项要求综合运用加工制造工艺得知识。

1、3小车得设计方法在小车得设计方法上，我们借鉴了参数化设计、优化设计、系统设计等现代设计发明理论方法。

采用CAXA、SoｌidWorｋｓ2０12等辅助软件设计。

２、设计方案2、１尺寸设计由于小车实在平面上运行,转弯半径较小,所以定小车得宽度为1５0mｍ,长度为150ｍm,使其能拥有更佳得灵活性。

如图2、1所示。

图2、12、2最大转角因为小车长为150mm，当绕过最大偏移距离为500mm得圆弧时能得到最大转角，如图3、2所示,即可得最大转角位2６、８9７°、如图２、2所示。

、、图２、2设曲柄长度为1０，已知最大转角位26、897°,由图2、3所示可知可得最大偏移距离图2、３偏移距离Ｌ=10 ／tan(２6、897°）=１９、７１mm2、３后轮直径设计传动机构得功能就是把动力与运动传递到转弯机构与驱动轮上。

S组无碳小车设计说明书目录1、小车的设计要求 (1)2、无碳小车结构方案的设计 (2)2.1整体方案分析 (2)2.2驱动机构 (3)2.3传动机构 (4)2.4转向机构以及轨迹分析与设计 (4)2.4.1小车运行轨迹理论参数分析 (4)2.4.2小车动态力分析 (5)2.4.3传动机构及行走机构参数确定 (7)2.4.4 转向机构参数的确定 (8)2.5微调机构 (9)2.6小车车体整体分析 (9)3、基于SolidWorks motion的仿真分析 (10)3.1 简化模型的建立 (10)3.2 运动副的添加 (10)3.2 仿真计算以及结果分析 (11)参考文献 (12)1、小车的设计要求图1-1 无碳小车示意图图1-2 无碳小车运行轨迹图如上图1-1小车示意图：根据能量守恒定律，给一定重力势能（用⌀mm5065错误!未找到引用源。

普通碳钢的重块，质量为1kg，铅垂下落差为400mm来获得），设计一种“以重力势能驱动具有方向控制功能的无碳小车”，该小车能够在行驶的过程中有规律避开水平的平面上每隔1米设置一个弹性圆棒障碍物（如上图2小车运行轨迹图）。

保证小车行走的过程重物随车平稳的行走而不掉落，要求小车行走的过程中所有的动能均由重物的重力势能获得，不得借用其他形式的能量。

小车底板结构设计采用三轮结构，即2个驱动轮，1个转向轮。

细节上的结构只能根据学校现有材料、机床以及加工工艺的难度进行设计。

2、无碳小车结构方案的设计2.1整体方案分析通过对毕业设计任务要求及目的的剖析，利用发散性思维方式，把实现小车功能的各种可能方案一一列出，为了方便设计，可以将能实现小车功能细分为：驱动机构、传动机构、转向机构、微调机构四个模块。

下图2-1为无碳小车设计的思维导图：图2-1 无碳小车结构方案设计思路在选择各个模块方案时，要从实际情况出发，充分考虑实际学校的机床设备，材料的获取，制造成本以及实际加工工艺的可行性等等。

8型无碳小车设计说明书简介本文档为8型无碳小车的设计说明书，描述了该小车的设计概念、功能特点、技术参数以及设计原理等内容。

设计概念8型无碳小车是一款注重环保和可持续发展的智能交通工具。

通过使用无碳能源，例如电动驱动系统和太阳能充电系统，减少对传统燃油的依赖，并且降低了对环境的污染。

同时，该小车还拥有简洁、时尚的外观设计，提供舒适、安全的乘坐体验。

功能特点1.环保节能：采用电动驱动系统，减少对燃油的依赖，无废气排放。

2.太阳能充电：配备太阳能充电系统，可以通过太阳能进行充电，提高能源利用效率。

3.智能导航：配备智能导航系统，提供准确的导航信息，优化行驶路线，减少能源浪费。

4.安全性能：采用高强度车身结构，具有较高的抗冲击性能，保护乘员的安全。

5.舒适乘坐体验：提供宽敞舒适的座椅和乘坐空间，享受愉快的驾驶体验。

技术参数参数值尺寸4000mm x 1500mm x 1800mm车重800kg最高时速80km/h续航里程300km电池容量30kWh充电时间6小时最大载重量300kg功率50kW驱动方式后轮驱动制动系统四轮盘式刹车内饰材质环保材料能源类型电能、太阳能驾驶员座椅数量1乘员座椅数量2设计原理1. 电动驱动系统8型无碳小车采用电动驱动系统，由电动机、电池和控制器组成。

电动机负责将电能转化为机械能，提供动力驱动车辆前进。

电池负责存储电能，供电给电动机使用。

控制器负责控制电动机的运行状态，调节电能的分配和使用。

2. 太阳能充电系统为了提高能源利用效率，8型无碳小车配备了太阳能充电系统。

该系统由太阳能电池板、电控设备和储能装置组成。

太阳能电池板负责将太阳能转化为电能，电控设备负责控制电能流入储能装置进行存储。

通过太阳能充电系统，可以在太阳光充足的情况下，充电小车的电池，提高续航里程。

3. 智能导航系统8型无碳小车配备智能导航系统，通过与卫星导航系统（如GPS）的连接，提供精准的导航信息。

该系统能够根据交通状况和实时路况，优化行驶路线，减少能源的浪费。