无碳小车结构设计方案

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《S型无碳小车设计》

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结构设计及参数选择
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结构设计及参数选择
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结构设计及参数选择
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结构设计及参数选择
转向拨杆的设计转向拨杆的端面小球直径10mm，杆长60mm，杆直径3mm，杆面有螺纹便于调节球面与凹槽轮的长度，引起转向轴的轻微偏转。这种设计把转向机构与微调机构整合在一起，设计简单、机构轻巧、灵活方便。凹槽轮的设计凹槽轮的宽度由拨杆小球的球面直径和前轮转向的最大角度决定。在实际的运动中无碳小车的转向角度,参见图3-2
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仿真结果
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无碳小车
3/6/2022015-12-8
目录
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课题内容
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课题内容
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整体设计思路
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整体设计思路
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Байду номын сангаас
凸轮机构曲柄摇杆
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整体设计思路
齿带槽凹槽轮
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结构设计及参数选择
轨道的设计无碳小车按正弦曲线行走，路线近似于“S”型，在行驶轨迹确定的情况下，小车的行驶路径不变，对路径的研究设计，可以大概确定小车行走路程，初步断定车轮的半径，转向轮的最大角度。无碳小车在宽度为2000mm的赛道上行驶，中间的障碍物相隔100mm，为了不让无碳小车越出赛道，避免无碳小车与障碍物碰撞，拟定出一下路线图参见图3-1：

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

无碳小车设计方案
（机械工程学院工业工程10-1 王康王恒斌胡中王）
1、总体方案设计
方案一
1)构架部分
小车采用三轮结构采用（一个转向，两个驱动）；
重物落差0.5米物重1kg；
图1
2)转向部分
转向机构与驱动轴相连；
通过凸轮作用前轮转向；
计算传动机构使小车每行驶2000mm转向轮摆动一个周期；
通过计算凸轮的形状，尽量减小转向轮的摆动角度，到达小车绕过更多障碍的目的；
图2
3）驱动
采用卷簧储能，绳子的拉力带动绳轮转动，将能量储存在卷簧上；
重物在下落的过程当中小车不行走，待重物落在小车上后，小车在卷簧的作用下行走，保证小车行走平稳；
采用齿轮传动，并设计单向离合结构，保证在卷簧能量释放完后小车能凭借惯性继续前行，又能避免卷簧反向储能；
方案二
1)构架部分
小车采用三轮结构采用（一个转向，两个驱动）；
重物落差0.5米物重1kg；
2）转向部分
小车采用偏心轮（偏心轮由驱动轴通过带传动驱动）带动前轮转向杆实现转向，偏心轮与前轮转向杆采用柔性绳连接。

3）驱动
采用绳轮驱动驱动轴，绳子一端绕在绳轮上，另外一端连在重物上，重物下落通过绳子带动绳轮转动，实现驱动。

图3
3、结构设计见图纸
方案一装配图、零件图
方案二装配图、零件图。

无碳小车型设计方案

无碳小车型设计方案无碳小车型设计方案随着环保意识的不断增强，低碳环保已成为现代社会的一个重要趋势。

汽车作为人们日常生活中不可或缺的交通工具，其碳排放一直是环保问题的热点之一。

因此，设计一种无碳小车型，成为当代社会亟待解决的问题。

1.设计方案本设计方案的无碳小车型，主要特点是使用太阳能充电，具有零排放、低噪音、节能环保等特点。

其主要结构由车身、底盘、动力系统和控制系统四部分组合构成。

1.1 车身设计无碳小车采用轻量化车身结构，采用纤维复合材料制作，同时采用非常规的车身设计，使车辆在运动中可以最大限度地降低气动阻力，并且在车辆停车时可以更好地利用太阳能电池板进行充电。

1.2 底盘设计车辆底盘采用铝合金结构，以减轻车辆整体重量。

同时，车辆底盘也要具备良好的稳定性和强度，以保障整车的运行安全。

在设计中还要充分考虑悬挂系统和制动系统的设计，保证车辆在高速行驶、行驶过程中的平稳性和安全性。

1.3 动力系统设计车辆使用太阳能电池板为主要动力源。

使用最新的环保电池，进行技术创新和优化升级，做到电池匹配合理，能够最大限度延长车辆的使用寿命和续航里程。

1.4 控制系统设计车辆采用先进的控制系统，实现动力系统的电力调度，同时实现对车辆动力的精确调整和管理，通过车载气压传感器、温度传感器等进行实时监控，保证车辆在各种工作状态下高效、稳定、安全地运行。

同时在车载系统中配备智能导航系统、语音控制系统等，方便驾驶者使用。

2.实施方案建立一个以太阳能充电为主要能源的无碳小车型生产工厂，采用纳米技术、智能化技术、智能制造技术以及信息技术等现代先进技术手段，同时采用ISO9000质量管理体系和ISO14000环境管理体系，制定严格的标准和流程控制，以保证车辆质量和安全性。

其中，生产工厂将建立一个以能源开发、生产、运输、存储、销售及售后服务为一体的动力系统实验室，以保障太阳能动力系统的稳定性和可靠性，为市场提供优质的产品和服务。

另外，在无碳小车型的使用过程中，需要建立完善的充电站网络，通过互联网与车辆控制系统进行连接，实现自动化充电，方便车主使用。

无碳小车结构设计方案

③在转向机构设计完成之后，估算周期路径长度，合理设置传动比以及小车行走的距离。
④进行三维建模，装配，消除干涉，改进车体大小。软件之中进行仿真，分析小车路径，对装配进行修正。⑤在UG
⑥制作二维工程图。（小车结构以及工程图纸见图纸页）
2、小车出发定位方案
小车对准障碍物的一侧，并向障碍物一侧旋转一定的角度。小车在制作后会经过多次调试，最终确定小车出发的最佳位置。
3、总结和体会
在这次无碳小车设计过程中，我们体会到了团队合作的重要性和尺寸、计算精确度的重要性。在这时长三周的专业实践设计过程中，我们小组先是各自发挥自己的长处，
设计出不同的方案，并且最终定下了最好的方案。在精确计算各部分尺寸之后，我们开软件的建模，装配，作二维图的过程，而且为ug始使用UG软件绘图。我们大家熟悉了不过设计过程初期我们也遇到了一点麻下学期毕业设计的顺利进行打下了坚实的基础。烦，陈寒松老师对我们的方案指出错误、提出建议，给我们指明了方向，让我们小组少走了很多弯路。
江苏大学专业综合实践
小车照片The car photos
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江苏大学专业综合实践
结构设计方案Structure Design Scheme
目项
无碳小车一组
1、设计思路命题的结构设计要求是给定一重力势能，根据能量转换原理，设计一种可将该重力
该自行小车在前行时能够自动避开赛势ห้องสมุดไป่ตู้转换为机械能并可用来驱动小车行走的装置。的重块铅垂下降来获得，1Kg 4道上设置的障碍物。给定重力势能为焦耳，用质量为
，重块落下后，须被小车承载并同小车一起运动。先将重物卷起至最高2mm落差400±处，将小车放置起点，重物落下时，带动线轴转动，通过齿轮传递给后轮以及轮盘。小
”线。具体步骤：车行驶，轮盘通过横杆来驱动前轮转向，按预先设计的角度行走“S①每个人自行设计方案，画出机构简图，对比方案优劣，选择最优方案。

8字无碳小车

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，所以要解决的问题：1下降过程中，尽可能的降低下落的速度；2在将要下降到小车时，改变转速比，使物块减速下落，进一步减少碰撞损耗。
解决方案小车的匀速运动过程

传输功率=转矩X角速度，通过一系列的齿轮，带轮，转轴产生转速比，使作用在后轮的转矩和阻尼转矩平衡，物块低速匀速下落。在整个过程中，重力势能完全转换为小车运动过程的损耗。使小车行进的更远.
3．细节设计
车身车轮轴承以减小小车重力和阻力为目的

无碳小车设计说明
1.构架部分 2.传动结构
(转向部分驱动部分）
3.细节说明 4.体会
装配爆炸图
1.构架部分
小车采用三轮结构（1个转向，2个驱动）
重物落差0.5米物重1kg.
2.传动结构
转向机构与驱动轴相连
小车的转向轮周期性的摆动计算传动机构，利用后轮转轴上安放多个不
同半径的齿轮以及转向齿轮处的活动结构调节 8字轨迹的大小，实现轨迹间距可调性
4.体会
从这次的大赛中学到许多课本上学不到的东西，领悟了许多平时不理解的东西，相信大家都对这次比赛体会很深。最后，我真心希望我们学院能够更加重视有关创新设计方面的大赛，学院在管理、督查方面多下功夫，鼓励我们的学生去思考、去想象、去创新、去设计、去制造、去参赛。
与此同时也希望我们的学生能够更加努力去学习课本上的理论知识，尤其是机械原理、机械设计、工程力学方面的知识，这些知识在设计方面太重，切不可将两者脱离联系。李老师给我们说过纯理论的东西根本不能用，希望我们系的学生在学好理论知识的同时能够多去思考，多去实践，在实践中检验真理、发展真理，真正的做到学有所长、学有所用，而不是只会简单的应付考试罢了！

机械设计大赛无碳小车设计说明书

目录前言第1章、绪论 (4)1.1 参赛主题 (4)1.2 功能分析 (4)1.3 设计方法 (4)第2章、轨迹和行走机构选型与计算 (6)2.1 轨迹和行走机构选型 (6)2.2 轨迹参数计算 (7)第3章、控制机构选型与计算 (10)3.1 控制机构选型 (10)3.2 放大机构的设计 (12)3.3 凸轮的设计 (13)第4章、传动机构选型与计算 (16)4.1 传动机构选型 (16)4.2 齿轮系的设计 (16)4.2 尺寸参数校核 (17)第5章、动力机构选型与计算 (19)5.1 绕绳轮安装位置分析 (19)5.2 力分析 (20)5.3 前轮转向阻力矩的计算 (23)5.4 弹簧劲度系数的计算 (23)5.5 尺寸参数的获取 (23)5.6 质量属性参数的确定 (26)5.7 参数的计算 (27)5.8 绕绳轮最大半径的确定 (29)第6章、微调机构简介 (30)第7章、误差分析与效率计算 (31)7.1 误差分析 (31)设计误差 (31)参数误差 (31)加工与装配误差 (31)7.2 传动效率的计算 (32)动力机构效率的计算 (32)传动机构效率的计算 (33)控制机构效率的计算 (34)第8章、仿真分析 (35)第9章、综合评价与改进方案 (37)9.1 综合评价 (37)9.2 改进方案 (39)第10章、参考文献 (40)第11章、附录 (40)11.1 机构运动简图与装配图 (40)11.2 小车三维装配图与爆炸图 (42)第1章、绪论1.1 参赛主题第三届全国大学生工程训练大赛的竞赛主题为“无碳小车越障竞赛”。

这次竞赛包含两个竞赛项目。

第一个项目与往届竞赛相同，为小车走“S”形线路绕杆。

竞赛项目二为小车走“8”字形线路绕杆。

通过商量，我们选择的竞赛项目为项目二。

1.2功能分析根据本次竞赛规定，竞赛项目二是小车在半张标准乒乓球台（长1525mm、宽1370mm）上，绕相距一定距离的两个障碍沿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。

无碳小车结构设计报告第六组

B.驱动轮摩擦系数为0.014，小车质量为1.5kg，总能量为5J，则小车理论路程为s=5/(0.014*1.5*9.8)=24.3m，则小车理论位移为S=2s/2.42=20m。
C.空间四连杆机构，推程L1、转向臂长L2，转向轮转角ａ1=arctan(L1/L2)。由于空间四连杆机构推程转向轮转角略大于回程转向轮转角，即转向轮向左向右的转角并不相等，因此需预置转角b=（ａ1-ａ2）／2。L1,L2的具体长度需通过实验得出。
2010全国大学生工程训练综合能力竞赛
结构设计报告
总页
第页
编号：
产品名称
驱动轮
生产纲领
件/年
零件名称
生产批量
件/月
一、设计概述
作品取名铝娃，
作品创意：
1.运用空间四连杆机构实现转向功能。
2转向轮上安装自制刻度盘便于调节。
3.驱动轮采用差速结构，保证转向时小车不侧翻。
4.使用锥形绕线轮，实现小车的匀速运动。
5优化各零件布局，降低小车重心。
6.三根立杆防止小车运行中重块摆动。
二、设计思路和方案
1.基本结构
A.小车以铝板做的底板为主体，上面安装轴承座以支承输入轴、驱动轴、吊挂重物的立杆等，小车的转向轮架也要通过轴承固定在底板上。
B.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。
C.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。
D.输入轴通过一级齿轮传动与带传动驱动转向轴控制小车的转向。
E.小车的转向通过一个空间的四连杆机构实现，在具体调试时，对杆长进行调节以满足规定要求。
F.小车的驱动轮采用差速设计，减少能量损耗且便于转弯
2.相关计算
A.用y=0.3sinπx近似拟合小车运动轨迹，可积分得当小车位移为2m时小车所走路程为2.42m，又由驱动系统和转向系统中齿轮的传动比5：1计算得小车驱动轮直径D=2.42/5=154mm。

无碳小车设计说5.(完整版)docx

无碳小车无碳小车设计说明◆构架部分◆转向部分◆驱动部分◆细节零件部分◆制造材料(一)构架部分整个车身基本由支架构成，重物下落处由细绳织成网，同时还能起到减轻因碰撞而损失能量的作用。

2.重物落差0.5米，物重1kg.3.车身为梯形结构4.载重物置于梯形原动轮正下方，即车的中心部分，由支架固定，这样一方面为了保持车身的平衡，另一方面为了节省空间，使车身体积尽可能的小。

(二)驱动部分1.驱动原理绳的拉力为动力，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，推动小车。

设计梯形原动轮r,带轮传动比为i=4,后轮驱动轮半径为r4=30mm,重下落加速度为a1,车前进加速度为a2,则对重物受力有：T-mg=ma1忽略其它微小因素，力矩平衡有（设车前进的驱动力为F）Tr=iFr4设路面对车的摩擦力为f,车身重为M（粗略估计M=3Kg）,摩擦系数取0.02则f= μMg F-f=Ma2故使重物先做变加速运动，然后做变减速运动，小车先加速后匀速最后减速，且最后减速过程为减小重物下落到最低点时与车身发身碰撞损失能量，所以使当物块距小车很近时，原动轮的半径再次变小，绳子的拉力不足以使原动轮匀速转动，重物减速下落，车减速继续前进。

可设车减速的加速度为a,为使小车下落后不脱离车身，则如上图受力分析知α<=1°即加速度a 2>=-0.17m/s ,故由以上推理可设计r max = 30mm r min = 5mm r 中 =10mm2. 梯形原动轮1) 在起始时原动轮的转动半径较大，起动转矩大，有利起动。

2) 起动后，原动轮半径变小，转速提高，转矩变小，和阻力平衡后小车匀速运动。

3) 当物块距小车很近时，原动轮的半径再次变小，绳子的拉力不足以使原动轮匀速转动，但是由于物块的惯性，仍会减速下降，原动轮的半径变小，总转速比提高，小车缓慢减速，直到停止，物块停止下落，正好接触小车3. 带轮传动80mm1)主动轮半径 R1=40mm 厚度d1=10mm从动轮半径 R2=10mm 厚度d2=10mm2)为尽可能减小因带传动时摩擦做功消耗能力，故带轮传动设计为同步带传动，同时为尽可能减轻车身重量，带轮由工程塑料加工制成。

无碳小车设计方案

无碳小车设计方案专业车辆工程101姓名李海勃学号 1003010110无碳小车设计方案小车设计 1:工作原理先由重物长带(1)上，由于重力的作用，带向下运动，带动轮轴转动，这时候，车轮转动，同时，轮轴通过短带(2)带动轮盘(3)的转动，轮盘(3)带动导向轮(4)的右边的转向杆(5)前后摆动，实现车的转向。

2:动力装置一):传动的选择及其原理:可以利用带传动，因为带传动比较容易实现，同时也容易保证较好的传动比。

如图(2)传动:二):传动比与路程的设计计算:由于带传动的过程中，圆周走过的路程的相同的所以下面的车轮轴也走过了 S 轴圆周= S落差=500mm因为R车轮/R轴=S车/S落差，那么可以设计自己不同的轴来保证行走最远的距离。

取 R车轮/R轴=S车/S落差=8取 R轴=15mm则 R车轮=120mm。

则车可以行走距离为 S车/=500*8=4000mm 3:转向装置图(2)一):转向装置的选择:选择采用空间四杠机构来实现转向，其原理是利用曲柄摇杆机构曲柄转一圈，摇杆转动一定角度，原理如图(2):在连杆与小车导向杆之间利用球铰连接，因为要实现不同方向的转动。

二):工作原理:用车轮轴带动轮盘(1)，用轮盘(1)作为四杠机构的曲柄，杠(2)是其连杆，杠(3)是摇杆，轮盘(1)转动一圈，杠(3)摆动一定的角度，通过行使的路程，计算好每个转弯的的位置，以实现转弯。

三):计算:设计轮盘(1)每转动一圈，小车穿过一个障碍物，所以小车走1m车轴转动圈数为: 1000/(3.14*120)=2.65轮轴带轮盘(1)传动比为 R轮盘(1)/R车轴=2.65:1所以带轮盘(1)直径为 R轮盘(1)=2.65*15=39.8mm 设计工艺(1) 小车的地板采用的是硬制透明的塑料，它可以减轻小车的重量，减少与地面摩擦而产生的能量损失。

(2) 皮带可以采用拉的相对比较紧些，这样就比较容易拉动周的转动。

(3) 所有转动副连接处，都采用球轴承，可以减小摩擦，同时可以保证运动的准确性。

无碳小车具体方案设计

梯形原动轮示意图 3. 在设计过程中，将轮轴的垂直转向，用锥齿轮改变为曲柄的水平转向，减小了小车的重心在垂直方向的改变量，让小车更稳定。另外，转向机构的运动完全由驱动轴引出来，因此，小车的转向直接与唯一产生对应关系，减少了误差的产生。 4. 在整体设计计算过程中，我们降低了小车牵引力，让小车保持较低的速度前进，以利于物体的重力势能更多的转化为小车前进的动能，经过估算，小车前进路程为 24.3 米（理论值）。无碳小车设计方案零件图及装配图件附件
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两端增设两个调节螺钉，用以调节内滑块在外滑块内的行程，以调节外滑块的行程，改变导向程度。
转向机构原理图 2 外滑块的左右运动，通过连接件使导向横梁偏转，达到控制导向轮偏转。实际运用中，连接件的位置是可以改变的，也就是说改变旋转半径，改变小车转向精度。小车前进距离估算估算小车质量 m=2kg.重物 m1=1kg。滚动摩擦系数取μ = 0.001。传动比i = 0.4。轮子直径 D=200mm。梯形原动轮直径 d=10mm。所以重物下降 h=500mm.所以原动轮绕圈数N = 轮子前进路程 l=
转向机构原理图 1 如上图所示，连杆拉动内滑块使滑块在外滑块里面滑动，当它和外滑块两边不接触的时候外滑块受到回位机构的控制保持在中心位置，导向轮不偏转。当内滑块接触到外滑块之后继续运动的时候，外滑块克服回味机构的阻力随内滑块一起运动，导向轮偏转，转向。在具体设计的时候，为了更好的适应各种不同的环境，在外滑块
无碳小Байду номын сангаас具体方案设计
设计理念 1. 减轻小车质量，在保证小车运动稳定的前提下尽一切力量减小车身质量，在 5J 前提下理论上可以行驶更远的距离，同时速度方面也有相应的提高。减轻质量应该至少从两个方面入手：1）对于不需要的结构尽量不要，比如小车地盘我们不需要一个完整的小车地盘，甚至可以只用几根梁组合而成，这样在结构上对质量有所减轻。2）选材上，在满足刚度要求的前提下，选择密度更小的材料来制作，也能减轻车身质量。 2. 对车身结构的调整，主要是车身长宽量化方面，以保证小车在前进的时候轨迹更加平滑。这样做的意义在于：1）我们可以从示意图中看出如果调整路径后更平缓，通过想同数量障碍所行路程就更短，小车就能跑得更远。2）小车转弯的角度更小，确保了小车的平稳性。实现方式：对小车运行轨迹、车身的长度、宽度量化，通过人工计算和电脑计算确定出最佳的长宽和运行轨迹。 3. 重心调制。通过在设计时候对重心的调制使小车运行平稳，转弯的时候转矩更小。该过程仍然采用量化。在实际操作中，通过调节附加重物，使小车的重心达到调节。 4. 设计可调小车。对于不同的场地环境，重有各种变量因素，通过对小车的一些主要参数采用变量控制，在实际竞赛中可以更好的适应场地，走出更好的效果。方案设计 1. 能量转化装置：通过定滑轮将重物的重力势能转化为小车的动能，为了让小车运行得更稳定，我们采用小传动比，让小车的转矩刚好比摩擦力的转矩略大，使小车保持尽量低的前进速度。在低转速前进中，小车行进比较稳定，同时也减少了重物由于高速下落，最后撞击车架带来的能量损失。在实际设计中，我们采用了 i=0.4 的传动比，将小车的转矩大幅度

S形轨迹无碳小车的结构设计（精选五篇）

S形轨迹无碳小车的结构设计（精选五篇）第一篇：S形轨迹无碳小车的结构设计“S形轨迹无碳小车的结构设计摘要：针对第四届全国大学生工程训练综合能力竞赛题目，设计一辆通过重力驱动的纯机械结构的无碳小车，且小车具有周期性越障功能。

通过所学知识，设计并制作该小车，参加比赛。

设定不同的参数，借助工程软件MATLAB对小车的轨迹进行仿真计算。

通过分析，设计出一辆满足比赛要求的小车。

并且通过调试证明，小车能够稳定行驶，具有较高的可靠性。

关键词：无碳小车越障轨迹仿真0前言本文针对第四届全国大学生工程训练综合能力竞赛关于“S”形轨迹的要求，设计并制作了一种将重力势能转换为动能，并且按照“S”形轨迹稳定前行的无碳小车。

小车为三轮结构，前轮为方向轮；后面一轮为驱动轮，一轮为从动轮。

小车具有可调节的转向控制机构，以适应700-1300mm间距的不同间距障碍物。

1小车结构设计本文把小车的机构分为：原动机构、传动机构、转向机构、微调机构与车身。

除了轴承、螺栓螺母等标准件可以直接选用外，小车的其余部件均使用LY102铝合金制作。

本文的设计目的是使小车各部分的尺寸协调，满足强度要求、实现不同距离的越障功能。

下面是各个机构的设计： 1.1原动机构设计原动机构是利用重物下落时的重力势能转化为动能，从而驱动小车前进和转向的机构。

重物是1kg的标准砝码，重物周围是三根均布的钢管，从而约束重物的自由度，使重物直线下降，减少了能量损失，保证了小车重心的稳定性。

重物通过尼龙线绕在小车的绳轮上，在下降的过程中，带动绳轮的转动，实现了能量转换。

在实际测试中，证明了该结构简单、能量转化率高、成本低等特点。

1.2传动机构设计传动部分是原动机构和小车主动轮动力传递的枢纽，本文设计的小车的传动机构由后轮、一级齿轮、及其相关零件组成。

由于小车具有转向的功能，为不干扰小车的转向，后轮采用差速连接。

小车的右后轮为主动轮，左后轮为从动轮。

主动轮与传动机构相连，驱使小车的运动，从轮轮用轴承空套在后轴上，跟随小车的运动。

无碳小车方案一

方案一、凸轮机构+摇杆
凸轮是具有一定曲线轮廓或凹槽的构件，它运动时，通过高副接触可以使从动件获得连续或不连续的任意预期往复运动。

凸轮结构优点是只要设计出凸轮的轮廓曲线，就可以使推杆得到各种预期的运动规律，而且响应快，结构简单紧凑。

但是，图轮廓线与推杆间是点线接触，易磨损，且制造困难。

凸轮机构的平面结构简图；
先设计小车的轨迹路线为正弦函数：
Y=300sin(2π·x／2000);
300按小车后轮间距一半加上档杆半径在适当增大确定的
2000为两个档杆间距，即一个周期正弦函数的长
前轮转θ角时，前轮与后轮之间的关系如上图，设前轮与后轮之间的距离为a=225，曲线的曲率半径为ρ，则θρsin /a =
故前轮转角应满足 )/arcsin(ρθa =
曲率半径 2''2/32')1(y y +=
ρ，
从而推出θ与X 的关系
由θ和给出的数据可以推出推杆的位移S
S=θ×d;由此可以设计出凸轮形状；
传动：凸轮一周期转动一周，再由Y=300sin(2π·x ／2000)经行积分可以得出一个周期内小车的路程S ’，小车后轮半径为R ，则传动比
i=（S ’÷（2π×R ））。

无碳小车

无碳小车一、系统设计1、小车总体设计图（图1）2、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（每间隔 1米，放置一个直径 20mm 、高 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5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）铅垂下降来获得，落差500± 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。

要求满足：①小车上面要装载一件外形尺寸为￠60× 20 mm 的实心圆柱型钢制质量块作为载荷，其质量应不小于750克；在小车行走过程中，载荷不允许掉落。

②转向轮最大外径应不小于￠30mm二、车体设计车体选择：梯形车身设计车架材料选择：我们经过比较认为选择有机玻璃。

用有机玻璃做的车架比塑料车架更加牢固，比铁制小车更轻便，美观。

制作无碳小车总体思路：根据要求小车采用三轮结构，我们制定了前轮作为转向轮，后两轮作为驱动轮的方案。

即前轮通过车轮转向机构（如车轮转向设计图），使其能够做周期性的来回摆动，后两轮通过杆连接，杆上装有几个可以调节选择的皮带轮，通过皮带轮与动力机构连接从而带动后轮转动（如图1）。

这样，当前轮周期性摆动和后轮向前滚动结合起来就可以实现无碳小车的周期性向前行进，由此可以轻松的实现小车小车避开每隔一米一个的弹性圆棒（如图2）。

在安装时我们保证载荷均匀分布。

当小车前进时，后驱动轮与前转向轮形成了三点结构。

这种结构使得小车在前进时比较平稳，可以避免出现后轮过低而使左右两驱动轮驱动力不够的情况。

S型无碳小车设计

图3-8无碳小车旳完整装配图建模
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。
谢谢观看
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。

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。