无碳小车结构设计方案
无碳小车设计方案1
第二届湖南省大学生工程训练综合能力竞赛无碳小车设计方案参赛者：陈英山（11级机自）刘少辉（11级机自吴达友（11级机自）1.车架由于车架只是起支撑作用而且不用受很大的力，精度要求不高，所以在考虑成本和车架重量后采用木材制作。
2.主动力主动力是由重块的重力势能转化而来。
能实现这一功能的方案如图所示，采用绳轮方法。
重物在下落的过程中可以通过导绳轮提供主动力。
导绳轮机构简单，.产生的主动力适中，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。
而且绕绳轮采用可以调绕线半径大小圆锥状的绳轮。
可以通过改变绕在绳轮上的半径大小来改变驱动力的大小，从而适应较多不同的场地。
3.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，传动机构必需传递效率高、传动稳定、结构简单重量轻等。
所以如图所示：（1）.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.（2）.采用齿轮作为传动装置，因为齿轮具有效率高、结构紧凑、传动比稳定.4.转向装置为了使小车能绕开障碍物，我们采用了如图所示的转向装置。
该装置结构简单，同时利用偏心杆将转向齿轮的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。
前轮还采用微调螺母对转向是的距离进行微调，以获得最佳路线5.行走装置行走装置即为三个轮子，由滚动摩擦理论知道摩擦力矩与正压力的关系为δ*N M =，而对于相同的材料δ为一定值。
而滚动摩擦阻力R N R M f 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。
所以我们采用单轮驱动。
单轮驱动即只利用一个轮子作为驱动轮，一个为导向轮，另一个为从动轮。
8无碳小车设计方案
8无碳小车设计方案
无碳小车设计方案
无碳小车是一种环保、高效的交通工具，它不使用燃油，减少了污染物的排放，同时也不会释放二氧化碳等温室气体。
本文将介绍一种基于太阳能的无碳小车设计方案。
太阳能发电系统：该无碳小车将配备太阳能发电系统，由太阳能电池板吸收太阳能转化为电能供电。
太阳能电池板将安装在车辆的顶部，可以充分吸收阳光，并将电能储存于电池中。
节能驱动系统：无碳小车将采用电动驱动系统，以减少能量的浪费。
电机将由电池供电，通过驱动电机控制车轮的旋转，从而推动车辆运行。
相比传统燃油驱动的车辆，电动驱动无碳小车具有更高的能量利用效率。
轻量化设计：无碳小车将采用轻量化设计，通过使用轻质材料制造车身和车轮，减少车辆自重，从而降低能量消耗。
同时，轻量化设计还可以提高车辆的机动性和操控性，提高整车性能。
智能控制系统：无碳小车将配备智能控制系统，通过传感器和控制器实现车辆的智能控制。
通过实时监测车辆的速度、行驶状况和能量消耗，智能控制系统可以进行优化调整，提高整车能效。
能量回收系统：无碳小车将配备能量回收系统，通过制动能量回收和车身振动能量回收等方式，将能量回收并转化为电能存
储于电池中。
能量回收系统可以提高整车的能量利用效率，减少能量浪费。
综上所述，基于太阳能的无碳小车设计方案包括太阳能发电系统、节能驱动系统、轻量化设计、智能控制系统和能量回收系统。
该设计方案既减少了能源的消耗，又减少了污染物的排放，达到了环保的目的。
未来，随着太阳能技术和电动驱动技术的进一步发展，无碳小车将成为一种主流的交通工具。
无碳小车结构设计报告_4
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—结构设计方案5页
㈠无碳小车设计思路根据本届竞赛题目对无碳小车（以下简称：小车）功能设计、徽标设计的要求，我们首先确定如下的设计思路：1、根据能量守恒定律，物块下落的重力势能直接转化为小车前进的动能时，能量损失最少，所以小车前进能量来源直接由重物下落过程中减少的重力势能提供为宜。
2、根据小车功能设计要求（小车在前行时能够自动避开赛道上设置的障碍物），小车前进的路线具有一定的周期性；考虑到小车转向时速度有损失，小车前进的线路是命题设计要求的最优解。
3、结构的设计与成本分析、加工工艺设计统筹考虑，力求产品的最优化设计。
4、徽标反映本届竞赛主题：无碳小车㈡无碳小车设计方案以下是具体的设计方案介绍：一、徽标设计（图1）图1（1）设计说明：整个徽标是一个椭圆形的圈，包围着一个车轮，车轮下面写着“No Carbon”的字样。
其中，车轮代表着我们所做的无碳小车。
其后面是由众多抽象的“S”形条纹组成，代表着我们的无碳小车由所要求的“S”形跑到飞驰而出。
其下的“No Carbon”字样简单明了地说明了这届大赛的主题，并且外面的椭圆圈，代表着能量的意识，说明了势能与动能相互转换的过程。
最后，以整体上看，整个图形像一只眼睛。
看着远方，对未来全球实现无碳充满希望。
（2）材料：45钢（3）制作：激光打标机喷漆外圈红色R：255 G：0 B：0 内圈红色R：170 G：0 B：0 “No”R：85 G：85 :B：:85 “Carbon”R：170 G：0 B：0车轮R：255 G：85 B：85 “S”R：255 G：85~170 B：0~85二、小车动力、动力—转向、转向系统1、小车的动力系统（图2）（1）方案：根据竞赛命题要求（小车前行过程中完成的所有动作所需的能量均重物损失最少，所以以绳拉力为动力为宜。
拉力作用于锥型原动轮（以下简称：原动轮）上，形成力矩，力矩对该原动轮产生转动效应，通过一系列齿轮的传动，将动力输出，使后轮转动，小车前进。
无碳小车设计文档
无碳小车机构设计方案一：设计目标：1：重力势能最大限度的转化为小车的动能;2：小车能够自动的转向绕开障碍物;3：行驶的距离最大化；二：设计思路：1：小车的动力来自于重物下落的重力势能。
用皮带将重物与驱动轮轴连接，通过重物下降使皮带带动后轮轴旋转，从而实现小车的运动。
然而重物下落不可避免的要与小车碰撞从而造成能量损失。
为使重力势能最大限度转化为动能（重物与小车碰撞时速度最小或为零），则需要重物的下降过程是静止——加速——匀速——减速——静止。
而这样的过程要通过改变主动力矩实现。
具体是通过一根大小合适的锥形轴，改变动力线缠绕的半径。
从而改变主动力矩，使其与摩擦阻力矩之间的大小发生转变。
2：要使小车自动转弯，首先需要将后轮的运动传递给转向机构，其次需要设计一套装置利用后轮传递过来的运动实现前轮的偏转与还原。
最后为达到有规律的自动转弯，需进行运动参数计算，得到行驶路线图，通过小车行驶一个周期的距离前轮偏转两次，设定传动比，设定转向部件尺寸与安装位置。
3：行驶距离最大化，是需要各种其他损失最小化。
可以让小车的路线为直线——曲线——直线，即通过一个装置使小车在需要转向时转向并快速回复直线行驶，以避免曲线行驶造成的能量消耗。
也可以在小车结构尺寸设计时在满足其它条件后尽量减小尺寸，从而减小小车的重力和阻力。
三：详细设计方案1）小车结构尺寸如图所示2）机构分析1：动力机构：后轮的主运动通过缠绕在锥形轴上的皮带带动，当重物下降，带动皮带运动，皮带带动轴即后轮运动。
由于皮带缠绕在半径大小不等的锥形轴上，在起始时转动半径较大，启动转矩大，有利于启动。
启动后，转动半径开始减小（随缠绕的锥形轴半径减小），转速提高，转矩变小，和阻力平衡后小车匀速运动。
当重物距小车很近时，转径再次变小，皮带的拉力不足以使主动轴转动，但由于惯性，重物减速下降，直至与小车接触，此时重物速度很小或为零。
2：传动机构：后轮上通过键连接一个齿轮，模数为1，齿数17，然后与另一根轴（过渡轴）上齿数51的齿轮啮合，实现了一级传动比i=3，然后同一根轴上的另一模数为1，齿数17的齿轮被轴带动，它和第三根轴（转向动力轴）上齿数为68的齿轮啮合，实现了二级传动比i=4。
S无碳小车结构方案
“S”无碳小车结构方案一、设计思路1.根据能量守恒定律，物块下落的时能直接转化为小车的动能，推动小车前进，此时势能的损失最小，故小车前进的动能应有物块的势能直接转化。
2.设计要求小车有自动避障的功能，小车的前进路线呈中周期性变化，但是当小车转向时速度有损失，故其前进路线需要通过精确计算得到.3.需要对小车的结构进行分析，综合考虑小车的加工工艺，成本，使得到的产品设计合理。
4.在设计的时候需要尽量减轻整车的质量，对小车进行受力分析，保证其行驶过程中运动平稳。
5.小车功能设计要求设计一种小车，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来的。
给定重力势能为4焦耳（取g=10m/s2），比赛时统一用质量为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，须被小车承载并同小车一起运动，不允许从小车上掉落。
如右图所示：6.小车设计要求（1）要求小车行走过程中完成所有动作所需的能量均由此重力势能转换获得，不可使用任何其他的能量来源。
（2）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。
（3）要求小车为三轮结构（4）小车有效的绕障方法为：小车从赛道一侧越过一个障碍后，整体穿过赛道中线且障碍物不被撞倒（擦碰障碍，但没碰倒者，视为通过）；重复上述动作，直至小车停止。
二、小车出发定位方案通过对小车的功能分析，小车需要完成自动避开障碍物，驱动自身行走，重力势能的转换功能。
所以我们将小车的设计分为以下部分，路径的选择，自动转向装置，能量转换装置和车架部分。
小车在运动中，其运动轨迹简化为余弦曲线图像，通过小车的传动比以及转向装置曲柄的长度计算出余弦曲线的幅值，将小车放置于幅值处。
将障碍物的方向定为Y轴，X 轴在水平面垂直于Y轴，画出小车前进路线轨迹，将障碍物在轨迹图中，找到能通过的位置，量取此时Y轴与小车出发的幅值处即为小车出发点。
无碳小车设计报告
2014年****工程训练综合能力竞赛无碳小车设计报告参赛者：指导老师：2014/10/151、设计概述“无碳小车”是将重力势能转换为机械能，使小车实现行走及转向功能的装置。
小车由能量转换机构、传动机构、转向机构和车身构成，首先通过能量转换机构获得动力来驱动后轮转动，继而通过传动机构将运动传给转向机构使转向轮，利用横纵向直线运动复合运动使转向轮呈正弦波形周期性摆动，从而避开设置在波形内固有间距的障碍物。
具体设计为小车以1kg重物块下落500mm产生的重力势能作为动力，通过线绳带动齿轮轴等传动机构，单轮驱动；通过正弦机构带动前轮周期性摆动实现转向。
无碳小车结构设计总装图如图所示。
2、设计思路和方案小车的设计分为三个主要阶段：功能分析、、制造加工调试2.1功能分析对小车功能要求进行分析，寻找功能元解，将小车分为车架、原动机构、传动机构、转向机构、行走机构、微调机构六个模块。
对每一个模块进行多方案设计，综合对比选择最优的方案组合。
2.2参数分析与个性化设计利用Solidworks软件进行小车的实体建模、部分运动仿真。
对方案建立数学模型进行理论分析，使用MATLAB软件分别进行能耗规律分析、运动学分析、动力学分析、灵敏度分析，得出小车的具体参数和运动规律。
2.3 机械总功能分解及功能元解表1.势能转向小车形态学矩阵2.4 机构选型基本原则①满足工艺动作和运动要求。
②结构最简单,传动链最短。
③原动机的选择有利于简化结构和改善运动质量。
④机构有尽可能好的动力性能。
⑤机器操纵方便、调整容易、安全耐用。
⑥加工制造方便，经济成本低。
⑦具有较高的生产效率与机械效率。
2.5转向机构分析目前，能够实现无碳小车车轮转向控制的机构主要有曲柄摇杆机构、正弦机构（曲柄移动导杆机构）、RSSR空间四杆机构凸轮推杆机构和圆轮导杆机构。
这5 种机构在结构和功能上有各自的特点。
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。
S型无碳小车设计
3 构造设计及参数选择
完毕多种零件旳装配后得到了无碳小车旳完整装配图
3 构造设计及参数选择
完毕多种零件旳装配后得到了无碳小车旳完整装配图
4 仿真成果
在完毕整体装配图旳环境下，单击左下角旳运动算例，把动画模拟时间轴拉到20秒旳位置。 在无碳小车装配体中，单击虚拟马达，弹出马达类型对话窗，选择旋转马达，然后单击绳轮 面，为绳轮轴添加一种虚拟马达。虚拟马达模拟重锤下落时牵动绳子带动绳索转动旳情况， 设定虚拟马达旳转速为30r/min。 然后按下从头播放动画，观察小车齿轮、车轮、凹槽轮、拨杆运动情况。输出动画成果，对 成果进行分析。 对于建立旳无碳小车，在没有考虑其他摩擦力、阻力、能量损失旳情况下，加人虚拟马达模 拟运动时，绳轮能带动轴旳转动，引起齿轮2旳转动，齿轮2又带动齿轮1、齿轮3旳转动。当 车轮转过1.5圈时，凹槽轮刚好转过0.5圈，阐明齿轮1、齿轮2、齿轮3在齿数设计上符合拟定 旳运动轨迹转向要求。 对于转向机构旳设计，凹槽轮转动时，拨杆球面与凹槽面相切运动，伴随凹槽旳变化，拨杆 也能伴随凹槽途径变化，引起转向轴旳变化，带动前轮转动。阐明设计旳这种转向机构有一 定旳实用性，能够带动小车有规律旳转向。同理能够经过边凹槽轮上旳凹槽途径，设定出特 定规律旳途径，让无碳小车沿不同特定规律路线行走。例如走“8”字型、“0”路线。
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无碳小车
12/8/2023 023-12-8
课题内容
1
整体设计思绪
2
目录
4
仿真成果
3
构造设计及 参数选择
1 课题内容
本课题围绕主题：基于SolidWorks下无碳小车旳设计及模拟仿真，设计一种无碳小 车，根据能量转换原理,驱动小车运动旳能量是给定重力旳重锤下落旳势能转换来旳 机械能让其行走及转向旳。给定重力势能为4焦耳（取g=10m/s2），用质量为1Kg旳 重块（￠50×65 mm，一般碳钢）铅锤下降来取得，落差400±2mm，重块落下后， 能和小车一起运动并被小车承载，防止铅垂从小车上掉落。图1-1为小车示意图。
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第五届全国大学生工程训练综合能力竞赛thEngineering Training Integration Ability Competition
The 5 National Undergraduate道赛型S车小碳无：目项赛装参
订
院学蓉芙院学理文南湖：称线名校学
2、小车出发定位方案小车在运动中，其运动轨迹简化为余弦曲线图像，通过小车的传动比以及转向装置曲柄的长度计算出余弦曲线的幅值，将小车放置于幅值处。将障碍物的方向定为Y轴，X轴在水平面垂直于Y轴，画出小车前进路线轨迹，将障碍物在轨迹图中，找到能通过的位置，量取此时Y轴与小车出发的幅值处即为小车出发点。
3、总结和体会（字体，宋体，五号，行距为固定值20磅，阅后删除）在无碳小车设计，制作，调试过程中，使我们在实践中了解体验机械设计生产过程，提高了我们实际的动手能力，增强了我们的专业素养，是我们对于加工工艺，零件设计，机械装配有更加深厚的了解。在团队中我们学会了团队协作，学会融入团队，带领团队，精诚协作。
结构设计方案Structure Design Scheme
参赛项目
S型赛道无碳小车
4、结构设计创新特色说明,,今年的命题相对于往年小车设计一定要做到目标明确,通过对命题的反复研究得到一些启发”型赛道第一轮障碍范围内产生一个“S200～300mm,有较大的改变规则改为经现场公开抽签，在±物间距变化值和变化方向。米，障碍物为直。赛道宽度为2竞赛小车在前行时能够自动绕过赛道上设置的障碍物，如图2米摆放，摆放完成后，将偶1的圆棒，沿赛道中线从距出发线1米处开始按间距径20mm、高200mm，形成的数位置的障碍物按抽签得到的碍物间距变化值和变化方向进行移动（正值远离，负值移近）即为竞赛时的赛道。这样一来就不能借鉴往年的方案,同时还必须综合考虑材料、加工、制造、成本等各方面因素考虑。小车的传动比和转向机构的设计是小车性能的关键。在设计方法上我们借鉴参数化设计，优化设计，系统设计等现代设计发明理论，采用CAD,PROE等软件辅助设计设计流程如下图：'
产品名称
小车
共7页
号编第4页
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装
道赛型S车小碳无：目项赛参订
线院学蓉芙院学理文南湖
：称名校学
装
道赛型S车小碳无：目项订赛参
线
院学蓉芙院学理文南湖：称名校学
小车装配图比例第5页
第五届全国大学生工程训练综合能力竞赛共71:3
页
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小车装配爆炸图页第例6比
第五届全国大学生工程训练综合能力竞赛共7 1:3
结构设计方案Structure Design Scheme
参赛项目
无碳小车S型赛道
1、设计思路1.根据能量守恒定律，物块下落的时能直接转化为小车的动能，推动小车前进，此时势能的损失最小，故小车前进的动能应有物块的势能直接转化。2.设计要求小车有自动避障的功能，小车的前进路线呈中周期性变化，但是当小车转向时速度有损失，故其前进路线需要通过精确计算得到. 3.需要对小车的结构进行分析，综合考虑小车的加工工艺，成本，使得到的产品设计合理。4.在设计的时候需要尽量减轻整车的质量，对小车进行受力分析，保证其行驶过程中运动平稳。
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传动设计数据各级传动比：3转向机构：1：4
远动装置：1：装: 1/32）mm砝码下降长度（mm）/小车行走长度（
道赛型12800mm小车最大理论行走长度：S车小碳无：8570mm小车距出发线最大理论距离：目订项赛参
转矩设计数据
线
各级转矩及摩擦力矩分析：
使小车前进的三个轮子大小，材料不同需要综合考虑，
同时也积累了机械设计，制造的经验，为将来走入社会，为国家社会做贡献打下基础。
产品名称
小车
共7页
号编第1页
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第五届全国大学生工程训练综合能力竞赛thEngineering Training Integration Ability Competition
The 5 National Undergraduate道赛型S车小碳无：目项赛装参
第五届全国大学生工程训练综合能力竞赛thEngineering Training Integration Ability Competition
The 5 National Undergrad南湖：称线名校学
结构设计方案Structure Design Scheme
院δ（相同材料δM=N-擦力矩与正压力的关系为学，故轮子越大小车受摩擦阻力越小，应优化车/R滚动摩擦力f=M/R=N*δ蓉芙轮尺寸。院小车在转弯过程中后轮存在差速，所以应采用单轮驱动，这样实现差速，学理效率较高。文在齿轮传动中存在法向力Fn分解成两个相互垂直得力，切于分度圆上的南湖圆周力Ft和沿半径方向的径向力，减小齿轮齿间粗糙度可减小齿轮传动过：程中的摩擦力。称名
院学蓉芙院学理文南湖：称线名校学
结构设计方案Structure Design Scheme
参赛项目
S型赛道无碳小车
次s型赛道规则发生变化，障碍物有等距变为两个障碍物变为一个周期，经过我小组成员讨论研究决定使用四杆机构，由曲柄带动推杆，再由推杆带动转向杆使得前轮在前进过程中左右偏转带动小车完成转向使其行动轨迹为余弦函数图像。由于周期内障碍物之间不等距，所以需要增大曲柄的转矩，增大运动轨迹振副，其中杆与杆之间的链接选用球面副，这样可以减少运动中的摩擦力。在传动方面我们采用齿轮传动，应为齿轮传动稳定，可靠。我们采用2根轴，轴设计成阶梯轴，这样可以限制轴的横向运动。原动轴驱动曲柄使前轮转向，再通过齿轮带动从动轴驱动后轮前进。由于在行进过程中需要拐弯，则当拐弯时两个后轮行进的距离比相等，但是所用的时间必须相等，则两个轮子在拐弯的时候速度必然不相等，只需要差速装置来实现。故我将后轮设置为单轮驱动，另一边设为从动轮，这样在地面约束的情况下能实现差速行驶。且结构简单可靠
订
院学蓉芙院学理文南湖：称线名校学
小车号编第共7页2页产品名称- 3 -
第五届全国大学生工程训练综合能力竞赛thEngineering Training Integration Ability Competition
National UndergraduateThe 5道赛型S车小碳无：目项赛装参
订