S型无碳小车-结构设计方案
《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
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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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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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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：
S型无碳小车设计
2 整体设计思路
转向机构
转向机构是本无碳小车设计的关键部分，直接决定着小车能否按“S”的路线行走 。一般能按特定规律运动的机构有：凸轮机构、曲柄摇杆、齿带槽、凹槽轮等。
凸轮机构：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。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 轮轮廓设计计算麻烦，加工比较困难。 曲柄摇杆：优点：运动副单位面积所受压力小，且面接触方便润滑，故磨损减小， 制造方便，能够获得较高精度；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。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，不仅发生自锁的可能性增加，而且机构运动规律对制造、安装误差的敏感性增 加；机构中做平面复杂运动和作往复运动的构件所长生的惯性力难以平衡，在高速 时将引起较大的振动和动载荷，故连杆机构常用于速度较低的场合。
⑤无碳小车的车轮与地面的摩擦越小，小车行走的越远。
2 整体设计思路
基于上述考虑，得出无碳小车的结构越简单重力势能转换成动能时损失的能量少效 率就高；通过设计齿轮的传动比可以改变小车的初始速度，速度越快，小车能走得 越远；合理的设计出转向机构能够让小车按近似于“S”型路线行走；微调机构能 够调节小车的转向角度，让无碳小车顺利避过障碍物；合理的选材减轻整车质量， 减少摩擦。因此完整的无碳小车应当包括车架、传动构件、转向机构、车轮、重锤 架。下面简要考虑车架、传动构件、转向机构的选用。
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无碳小车s设计方案
无碳小车s设计方案设计方案：无碳小车S一、设计目标无碳小车S是一款以环保、节能为主题的城市代步工具，旨在提供方便快捷的交通解决方案，减少对环境的污染。
设计目标如下：1. 零排放：采用电动驱动方式，完全不产生尾气排放。
2. 高效节能：优化电池储能和动能回收技术，提高能源利用效率，延长续航里程。
3. 运行稳定：采用先进的智能控制系统和安全装置，确保车辆运行的稳定性和安全性。
4. 美观舒适：外观设计简洁大方，内部空间宽敞舒适，提供良好的驾乘体验。
二、设计要点及解决方案1. 动力系统：采用纯电动驱动方式，利用电池存储能量供给电机驱动车辆。
同时，结合动能回收技术，在制动过程中将动能转化为电能，提高能源利用效率和续航里程。
2. 能量储存系统：选择高能量密度、长循环寿命的锂离子电池，提供稳定可靠的能量供应。
3. 智能控制系统：借助先进的智能控制系统，实现对电动机的精准控制和能源管理。
系统能够根据车辆运行状况、车速、路况等数据，动态调整电机转速和功率输出，提高驾驶性能和能源利用效率。
4. 安全装置：配备智能制动系统、防抱死系统、车辆稳定控制系统等装置，提高车辆的稳定性和行驶安全性。
同时，还应配备侧面碰撞保护、主动安全预警系统等装置，提高车辆的被动安全性。
5. 外观设计：外观简约、流线型设计，减少气动阻力，提高行驶稳定性和驾驶舒适性。
选用高强度轻量化材料，提升车辆的安全性和能耗效率。
三、市场应用前景和竞争优势1. 市场应用前景：随着环保意识的提升和城市交通拥堵问题的日益突出，无碳小车S作为一种绿色、环保的交通工具，具有广阔的市场应用前景。
可以在城市内提供便捷的短途出行解决方案，满足人们的日常出行需求。
2. 竞争优势：(1) 零排放设计，符合环保理念；(2) 高效节能的动力和能源管理系统，延长续航里程；(3) 先进的智能控制系统和安全装置，提高车辆的安全性和稳定性；(4) 简洁大方的外观设计和舒适宽敞的内部空间，提供良好的驾乘体验。
“S”型无碳小车结构创新设计
型无碳小车结构创新设计
蒋创宇李笑笑 （河南科技大学机电工程学院，河南洛阳471003）
摘 要：本次研究的是可自发行走的方向可控的无碳小车，利用齿轮啮合将运动传递给后轮轴实现前进动作；并利用曲柄摇
杆机构实现前轮转向。我们根据功能要求分别做模块化分析。原动机构把重力势能转化为机械能，同时要降低摩擦损耗。传动机
构把机械能转化为满足小车前进及转向的动能。转向机构利用齿轮-齿轮（带有滑槽）间的传递，后经滑槽连接的连杆传递给转向
轮，实现往复摆动，调节转向轮转角大小使小车顺利绕桩行走。应用Solidedge、Proe、CAD等软件进行三维设计及仿真分析轨迹路 径，验证了小车的稳定性。
关键词：无碳小车；能量转换；结构设计
参考文献 [1]何川,封坤等.盾构法修建地铁隧道的技术现状与展望[J].西南 交通大学学报,2015,5（1）. ⑵苏海鹏.盾构法隧道施工过程中的安全控制策略研究[J].四川 建材,2013,39（1）. [3]王磊，袁文征.盾构管片吊运系统平衡梁结构设计及优化[J].建 筑机械,2016⑷.
作者简介：陈艳（1989,4-）,男，汉族，湖北荆州人，湖北大学
小车趋近匀速行驶。设计中使锥状滚筒大端到小端平稳过渡。
驱动力大小适中，避免了拐弯时由于速度过大而侧翻,或者由
于重物摇晃幅度大影响行走叫
驱动力分析。设小车质量为m”重块质量为m2,地面支反力
为N;地面对车轮摩擦力为f,摩擦系数为4驱动轮直径为d,
(半径为r,);锥状滚筒传递的扭矩为M,其中最大直径为半 径d),最小直径d3；摩擦力对轮轴的扭矩为⑷,受力如图1所
4结论 本文综合性论述了隧道掘进机有关管片吊运技术，从轨道
型式，水平行走和起吊方式上进行详细的阐述。在特定工况模 式下，需详细分析设计。盾构开挖直径，地质结构，管片布置形 式,运输控制要求,成本要求和安全性等要求,对具体的吊运技 术选择，均有不同影响。在设计过程中，需与实际工况要求、管 片型式、后配套拖车设计接口、拼装机设计接口以及出渣系统设 计接口相关联。
S型凸轮无碳小车方案
d 0.09 sin t dt 0.14 0.0075 sin t
令 a 0.09 b 0.14 c 0.0075
第十九页，共21页。
可得：
at
cc
2ab
•
arc tan
b
tan
t 2
c
b2 c2
b2 a2
第二十页，共21页。
感谢你们的聆听
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第七页，共21页。
三、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。因链轮传动成本 较高且传动的平稳性差，加工复杂，因此不适合小车的设计。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及传动精度并不高因此不适合本小车设计。齿轮具有效率 高、结构紧凑、工作可靠、传动比稳定且塑料此轮成本较低。因此选择使用齿轮传动。
y Acosx
L
式中：L为障碍物的间距（ｍｍ）；A 为小车中心偏 离 赛道的最远距离（ｍｍ）。
由于前轮偏离水平位置的正切值即为运行轨 迹线上每点处切线的斜率，所以
y, tan 150 sin x
1000 1000
式中：α为摇杆的转角。
第十三页，共21页。
设导向杆的升程为h，位移为s，其中心线与转 向轮支架的距离为m，规定α在转向 杆右侧为正，左侧
可得推杆位移方程：
x
1000
s 3 sin 3
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二、与轨迹相关的几何参数
主从动轴距 L；驱动 轮和转向轮的偏置距离 e；后轮半径 R；齿轮总传动比 i；驱动轮转速ω ；前轮位置函数 y（x）。 其中L，e，R，i，ω为小车结构参数，是定值。
无碳小车s型设计方案
无碳小车S型设计方案引言在当前环保意识不断增强的背景下，人们对于零排放交通工具的需求不断增长。
无碳小车是一种以太阳能或其他可再生能源作为动力源，无需燃料燃烧而产生废气的交通工具。
本文将介绍一种基于创新设计的无碳小车S型设计方案。
设计目标1.高效能源利用：通过充分利用太阳能等可再生能源，实现能源的高效利用，最大程度减少能源浪费。
2.减少碳排放：无碳小车的设计要符合零排放标准，通过采用无污染能源为动力源，减少对大气环境的负荷。
3.安全可靠：设计并选用高质量的材料和部件，确保车辆的安全性和可靠性。
4.舒适性和便利性：设计人性化的外观和操控方式，提供舒适和便利的使用体验。
电力系统设计无碳小车的电力系统是实现无排放运行的核心部分。
本文设计的S型无碳小车采用太阳能电池板作为主要能源收集装置。
电池板通过转换太阳能为电能，并将电能存储于锂离子电池组中。
锂离子电池组作为小车的供电源，在需要时供应能量给电动汽车的电动机，从而驱动小车运动。
结构设计S型无碳小车采用前后对称的设计结构，以确保小车的稳定性和平衡性。
小车的车身主要由轻质材料制成，如碳纤维复合材料，以提高整车的强度和耐久性。
小车的车身采用流线型设计，减少空气阻力，提高行驶速度。
此外，小车配备了可调节的悬挂系统和电子稳定控制系统，以提供良好的操控性和行驶平稳性。
主要部件设计电动机S型无碳小车的电动机采用无刷直流电机技术，具有高效能、高输出功率和低噪音的特点。
电动机通过变速器将电能转化为机械能，并驱动车轮进行前进或倒退。
电动机的控制系统采用先进的电子控制单元，可以实现精准控制和节能运行。
制动系统S型无碳小车的制动系统采用回收能量的设计。
当驾驶员踩下制动踏板时，制动系统会将部分动能转化为电能，并储存于锂离子电池组中，以供给小车的其他电子设备使用。
操控系统S型无碳小车配备了先进的电子操控系统，提供精确的转向和控制。
驾驶员可以通过方向盘和踏板控制小车的前进、后退和转向。
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。
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。
基于S型避障无碳小车车身结构设计的创新和优化
基于 S 型避障无碳小车车身结构设计的创新和优化摘要：无碳小车是一种依靠重力势能驱动的自动避障的机构驱动转向机械小车。
S型无碳小车对与机构的传动精度要求高。
在设计过程中预留了微调机构，在装配后设置参数后微量调整。
那么简化微调机构提高微调效率显得尤为重要。
本文主要就是对转向机构中的微调机构的创新与优化。
关键词：轻便、结构优化、微调机构。
一、设计方案无碳小车大体可以从两个角度车出发，一是无碳，二是前进且自动转向功能。
首先要提出的是无碳，即以重物悬挂高处通过重物下降的势能驱动小车前进，如今都以绳轮机构为主。
本文绳轮机构只就适应车体布置设置了合适参数，通过小车三维建模体现，不做详述。
其次则是运动。
动力机构设计为齿轮机构，将重力势能转化为驱动力，需设置合理传动比与中心距。
三是研究小车的自控功能如何实现，在研究现存机构与其参数的根据下，参阅相关设计资料，结合最基本的空间四杆机构理论，设计构件参数及其运动形式。
即确定运动副的类型与布置位置。
四是设置一个适用此转向机构的微调机构。
五是机构的合理布置。
机构的设计应首先本着精确执行其功能的原则，其次因无碳小车需轻量化，所以尽量减轻各构件重量，精简构件结构形状。
应当强调的是应尽量避免低副摩擦的现象，低副摩擦，尤其是在组成低副的构件受较大垂直摩擦面线性载荷和方向变化的动载荷时，会造成剧大的摩擦热量损失。
通过多次的软件数据分析和建模以及仿真设计出了符合要求的无碳小车。
二、整体设计本次设计采用以转向轮（前轮）、差速轮（后轮1）、驱动轮（后轮2）为三个顶点绘制三角形。
通过MATLAB建立三条轨迹曲线来模仿小车的运行轨迹，通过设置桩距的方法来合理设置车宽幅与车总长确保车子在运行过程中不会触碰定点桩。
在确定了合理的车身长宽之后来设计机构的布置形式与参数大小,通过Solidworks建立三维模型，代入所设计参数研究是否合理。
将不合理的车长车宽在带回轨迹曲线进行完善。
最终达到合理可行的状态。
S 型无碳小车结构优化设计
小车的转向机构设计是实现 S 型轨迹的 重要机构。转向机构的设计应该满足将绳轮 的转动转换为前轮的摆动的基本要求，在此 基础应尽可能简化机构，减少摩擦损失。
图 1 小车工程简图
2 工作原理
根据全国大学生训练综合能力大赛给出 的外部边界条件，S 型赛道障碍桩等间距（1m） 或不等间距（0.7-1.3cm）布置在一条直线上， 因此要求无碳小车的行驶路径近似满足余弦 函数曲线。参赛的无碳小车行驶性能主要是 要适应赛道的表面摩擦因数特性和障碍桩的 布置间距，设计的小车应考虑摩擦问题尽可 能的简化机构，摩擦力对小车能否按正确轨 迹行驶有重要影响。
砝码产生的重力势能通过绳轮上的齿轮 转化为驱动车轮的驱动力，曲柄轴将圆周运 动转化为连杆的水平运动。连杆推动滑块在 滑槽中运动，从而带动摇杆使前轮与摇杆同 步转动，从而使小车转向。
行走机构： 启动力矩计算： 曲柄轴：
驱动轴：
通过查询可知齿轮效率 为 0.99，轴承 的效率 为 0.99，曲柄滑块的效率 为 0.8。
图 4 微调机构 2
曲柄转过角度为 时，连杆平移距离 其中 r1 为曲柄半径，L 为连杆长度， 故
图 7 转向机构
小轮轴心 Δx
α
由轨迹可以看出小车的理论行驶轨迹符 合大赛要求的边界条件，说明设计方案合理。 在实践运行时，只要合理的进行调试，就能 走出正确的 S 型路线。
6 结束语
通过对无碳小车进行参数化设计，仿真 模拟即可得到小车的运动轨迹。三处微调机 构可以进行对参数的调节运动轨迹，微调机 构精度越高，调解时越快越精确，更容易达 到理论研究的路线。在制作应尽量减少小车 内部结构误差，减小运动副的摩擦，减小传 动阻力，从而减小驱动力。根据驱动力的大 小改变绳轮直径以获得更长行驶距离。
机械毕业设计(论文)-S型无碳小车的设计【说明书+CAD+SOLIDWORKS】
毕业设计(论文)S型无碳小车的设计教学单位：机电工程学院专业名称：机械设计制造及其自动化学号：学生姓名:指导教师:指导单位：机电工程学院完成时间：2016年3月20日ＸＸＸＸ学院教务处制发无碳小车的设计与实现摘要本文围绕无碳小车的设计，以全国大学生工程训练综合能力竞赛的竞赛命题为核心，系统地说明了符合比赛要求的无碳小车从设计构思到参数计算以及最后的加工装配的设计思路和步骤。
主要介绍了无碳小车的机械机构构成、技术参数、零件机械加工工艺、小车零部件的加工方式与加工装配。
无碳小车主要由车体、驱动机构、传动机构、转向机构和微调机构六个机械结构组成，其中转向机构为无碳小车实现行驶S型轨迹的机构，是无碳小车核心机构。
该小车的转向机构根据正弦机构的原理，在正弦机构的基础上优化和修改而来。
而微调机构则是用于调整转向机构的周期，使小车的行驶轨迹能够根据实际需要而改变。
转向机构和微调机构的设计是无碳小车设计最为重要的一部分，是实现竞赛命题的要求的核心机构。
在小车加工调试完成后，经过验证小车的设计与制造符合竞赛命题的性能要求。
通过这次设计，增强了我们的综合能力，并真正能把所学知识真正用在工作和生活中。
关键词:无碳小车；正弦机构；单轮驱动；机械加工Design and Implementation ofcarbon-free VehicleAbstractThis paper focuses on design of carbon-free vehicle, contest of the national competition for engineering training college students comprehensive ability as the core system that meets the game requirements, parameter calculation and carbon-free vehicle from design concept to final design idea and steps of processing and assembling. Introduces carbon-free vehicle for mechanical structure, technical parameters and machining of parts, car parts and processing method and processing and Assembly.Carbon-free vehicle is mainly driven by the body, body, transmission, steering gear, trimmer bodies consists of six mechanical structure, including steering mechanism for carbon-free car bodies to achieve s-bend, that is carbon-neutral core trolley Agency. The car's steering mechanism based on the principle of sine mechanism, in sine mechanism based on optimization and modification. And fine-tuning is used to adjust the steering mechanism of the period, the car of course can change according to the actual need. Steering mechanisms and fine-tuning mechanism is designed to be carbon-free car design is the most important part of is the core institutions meet the contest requirements.Processing in the car after debugging is complete, proven performance of car design and manufacture meet the contest requirements. Through this design enhances our overall ability and really can really use what they have learned in work and in life.Key words: carbon-free vehicle; sine mechanism; Single-wheel driving; machining全套设计，请加12401814目录1 绪论 (4)1.1无碳小车越障竞赛命题要求 (4)1.2无碳小车越障竞赛环境 (4)1.3设计和加工思路 (5)1.4本设计的意义 (5)2 机械结构设计 (7)2.1车体 (7)2.2原动机构 (9)2.3传动机构 (9)2.4转向机构 (10)3 技术设计 (13)3.1小车齿轮齿数比的计算 (13)3.2运动学模型 (14)3.3后轮半径与绕线轮半径计算 (15)3.4标准件及其材料件列表 (15)3.5确定非标准件的零件尺寸 (16)3.6小车整体装配效果图 (17)4小车的加工装配以及调试 (18)4.1需要自行加工的零件及加工方法 (18)4.1.1使用亚克力板作为加工原材料的工件 (18)4.1.2使用铝合金作为加工原材料的工件 (19)4.1.2使用45号钢作为加工原材料的工件 (19)4.2小车的装配 (19)4.3小车的调试 (20)5 结果评价分析 (22)5.1小车设计结果 (22)5.2小车设计方案的优缺点 (22)5.3改进方向 (23)参考文献 (24)附录 1小车数学模型方程 (25)1 绪论当今社会人类活动对自然的污染越加严重，寻求清洁能源的行动势在必行。
(终稿)湖南省第五届全国工程训练大赛(S常规型无碳小车-双凸轮转向)结构设计方案
装 订 线
学校名称：
-2-
装 订 线
参赛项目：
学校名称：
小车装配图
比例
2018 年第五届湖南文理学院大学生工程训练综
合能力竞赛
1:2
第2页 共4 页
-3-
装 订 线
参赛项目：
பைடு நூலகம்
学校名称：
小车装配爆炸图
2018 年第五届湖南文理学院大学生工程训练综合能力 竞赛
比例 1:2
第3页 共 4页
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传动设计数据
2018 年第五届湖南文理学院大学生工程训练综合能力竞赛
结构设计方案
Structure Design Scheme
1、设计思路
参赛项目 “S”型赛道常规赛
1．小车底板及轴承座通过 SLA 3D 打印技术使用光敏树脂材料一体化打出，上面安装以支承输 入轴、驱动轴、吊挂重物的立杆等小车的转向机构也要通过轴承固定在底板上。
参赛项目：
学校名称：
传动机构展开图
2018 年第五届湖南文理学院大学生工程训练综 合能力竞赛
比例 1:2
第4页 共4 页
-5-
装
订
转矩设计数据
线 各级转矩及摩擦力矩分析： 砝码重量为 10N,绕线轮输入力矩为 10N*11/2mm=55N/mm； 摩擦力矩为 1N/mm； 绕线轮输出力矩为 55N/mm-1N/mm=54N/mm； 输出牵引力为 54N/mm÷44/2mm=2.45N 驱动轴输入力矩为 2.45N*5/2mm=6.14N/mm 摩擦力矩为 1N/mm 驱动轴输出力矩为 6.14N/mm-1N/mm=5.14N/mm 驱动轮牵引力为 5.14N/mm÷200/2mm=0.0514N
“S”型无碳小车设计说明书
“S”型无碳小车设计说明书目录一、绪论1.1 竞赛命题主题1.2 小车功能设计要求二、方案设计2.1 路径选择2.2 转向装置2.2.1 前轮转向装置设计2.2.2 后轮转向装置设计2.3 能量转换装置设计2.4 微调机构设计三、参数设计3.1 路径参数设计3.2 其他参数设计四、选材加工五、附录1.1 竞赛命题主题本届竞赛主题为“无碳小车越障竞赛”。
要求经过一定的前期准备后，在比赛现场完成一台本命题要求的可运行的机械装置，并进行现场竞争性运行考核。
每个参赛作品需要提交相关的设计方案。
竞赛命题为“以重力势能驱动的具有方向控制功能的自行小车”。
1.2 小车功能设计要求1、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 (￠50×65mm，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 为小车示意图。
图1：无碳小车示意图2、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。
3、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。
4、要求小车为三轮结构。
具体设计、材料选用及加工制作均由参赛学生自主完成。
二、方案设计2.1 路径选择我们选择了“S”型方案，路径如图2 所示，图中所示“S”是后轮轴中点轨迹。
在设计计算中我们近似认为这是一条余弦曲线，通过分析道路要求给出曲线方程各项参数，从而得到后续理论设计的基础数据。
图2：小车路径轨迹示意图(后轮轴中点轨迹)2.2 转向装置2.2.1 前轮转向装置设计考虑到小车在行进过程中要实现自行转向，我们选择通过改变前轮摆角来控制整个小车的转向，有两种备选方案：1、凸轮+连杆+摇杆；2、曲柄连杆+摇杆。
第一种方案中，凸轮的设计加工难度较大且成本较高，一般而言实用性不强，想要实现对小车路径的精准控制不易，而相较之下方案二中曲柄机构更容易设计计算，路径特殊点所对应曲柄的位置更容易找到，还可以通过改变曲柄偏心距实现间距微调，而且加工成本较低，拆装稳定性好，原理简单易懂，可以帮助中学生或大学生快速理解机械传动和加工原理，因此我们选用方案二，如图3 所示。
S型无碳小车结构设计
S型无碳小车结构设计随着环保意识的不断提高，无碳小车作为一种清洁、节能的运输工具，逐渐受到了人们的。
S型无碳小车作为一种典型的设计，具有其独特的优势。
本文将从S型无碳小车的结构设计出发，阐述其设计理念、实践方法以及所面临的挑战。
S型无碳小车是一种使用太阳能或其他绿色能源作为动力源的小型车辆。
其特点主要包括零排放、节能环保、便捷实用等。
结构设计对于S型无碳小车的性能和稳定性有着至关重要的影响。
合理的结构设计能够最大程度地发挥车辆的性能，提高其稳定性和耐久性。
S型无碳小车的结构设计通常包括以下几个方面：车身结构、悬挂系统、动力传输、制动系统以及转向系统。
在设计过程中，我们首先需要考虑的是如何将太阳能转化为动力，并实现车辆的驱动和转向。
此外，合理的车身结构和悬挂系统也是提高车辆稳定性和舒适性的关键因素。
在设计S型无碳小车的车身结构时，我们需要考虑车身的材料、强度、轻量化以及生产工艺等因素。
同时，还需要注意车身结构与太阳能电池板之间的匹配，以充分利用太阳能。
悬挂系统的设计则需要根据车辆行驶的路况和舒适性要求来进行，以保证车辆在行驶过程中的稳定性和平顺性。
制动系统和转向系统的设计也是S型无碳小车结构设计的关键部分。
对于制动系统，我们需要考虑制动器的类型、制动性能以及与车轮的匹配等因素。
而对于转向系统，则需要转向器的类型、转向灵敏度以及与车轮的连接方式等因素。
在进行S型无碳小车结构设计时，我们需要注意以下几点：首先，要确保设计的结构合理、性能稳定，并能够满足车辆的使用要求；其次，要在保证车辆性能的同时，尽可能地减轻车身重量，以提高车辆的能效；最后，要注意选择合适的材料和工艺，以满足车辆的强度和耐久性要求。
总的来说，S型无碳小车结构设计是一个充满挑战和机遇的领域。
通过不断的研究和实践，我们可以进一步提高S型无碳小车的性能和稳定性，实现其在更多领域的应用。
同时，我们也应该意识到，S型无碳小车的设计与制造需要强大的技术支持和资源投入，因此，我们需要不断加强技术研究和创新，以推动S型无碳小车的发展。
S型无碳小车的结构设计与实际问题解决方法
1设计思路及初始设计方案1)转向机构设计。
为了保证结构的优化,使机构原理易于理解,本文采用的是正弦机构和空间铰链四杆机构。
机构的前轮为转向轮,负责往复运动和摆动恒定的角度,由轴承与车架过盈配合,导向轮固定架用螺丝紧固于底板上,其垂直轴穿过轴承,前轮转向功能由曲柄连杆机构实现。
调整曲柄、摆杆和连杆长度,来达到比赛要求。
2)行驶机构设计。
为了提高速比,一级齿轮机构增速,采用的驱动方式为单轮驱动,一侧为驱动轮,另一侧为从动轮。
3)微调机构设计。
设计的小车在长连杆处设计螺纹孔、螺纹杆及双螺母配合的微调机构,以及调节周期处为螺旋杆设计,可以通过调节杆长,进而改变导向轮的最大偏角和周期,从而能稳定的避桩行走,达到比赛要求[1]。
4)车架设计。
采用矩形平板机构,轴承座连接主动轴和齿轮轴,支撑座用来支持微调机构,防止下沉;采用大车轮设计,平板较高,这种设计方式有利于保证小车行进中获得良好的稳定性,通过载重增大惯性,有利于保证小车的行驶距离。
构架设计图,如图1所示。
图1设计构架2解决方法及优化处理根据初始方案设计的小车结构制成模型样车,进行实际测试,发现实践与理论的差距,出现了一些问题,对此,提出了解决方案及优化改良措施。
1)小车绕桩行驶运行中,行进偏移量大,平稳性差。
经过测试发现,微调机构中螺纹孔、螺纹杆及双螺母的配合调节,不易调节,且精度过低,稍微调整就会导致小车运行轨迹发生较大变化,因此设计与实践有差距。
解决方法:在微调结构中的螺纹孔、螺纹杆及双螺母设计,调整为类似千分尺结构,利用空方管与方管(与曲柄做为一体件)配合,方管通过标记刻度来进行微调,操作方便精确[2]。
2)小车发车不稳定,导致行走轨迹不同。
试车发现,导向轮设计存在间隙,轨迹取决于出发时导向轮的位置;螺丝出现松动情况。
解决方法:导向轮固定架的竖直轴的连杆采用金属材料;滚动轴承与车架的过盈配合不稳定,可加端盖固定;竖直轴与曲柄连接处加轴套,减小间隙,同时减小摩擦;发车前固定好所有连接部位,否则会影响精度。
S形轨迹无碳小车的结构设计
车行驶路线遥
参赛的无碳小车行驶性能要适应赛道表面摩擦因
* 黑龙江科技大学素质教育项目渊编号院SZ17-101冤 收稿日期院圆园员7 年 12 月
机械制造 56 卷 第 646 期
数特性和障碍桩的布置间距袁 无碳小车的结构应力求 简单袁以适应拆装要求遥
无碳小车以 4 J 重力势能克服摩擦力做功袁 摩擦 力包括车轮与赛道间的摩擦阻力和无碳小车机构的摩 擦力袁摩擦力对比赛结果有重要影响遥车轮与赛道间的 摩擦力与车轮材料尧赛道表面特性及车体的质量有关遥 车体质量大袁会增大车轮与赛道间的摩擦力袁影响无碳 小车前行距离遥车体质量轻袁则会降低无碳小车行驶的 稳定性遥 无碳小车机构的摩擦力还与无碳小车的结构 和制造精度有关遥 无碳小车的行驶路径根据障碍桩的 设置自动控制咱2暂遥
3 设计方案
实现 S 形轨迹无碳小车有多种方案袁 对各种方案 进行分析尧比较尧仿真和评价袁从中选择最优或次优的 方案遥
根据无碳小车的工作原理和外部边界条件袁 无碳 小车的设计方案如下院无碳小车采用三轮结构袁后轮驱 动袁 前轮控制转向曰 后轮的驱动力矩来自 4 J 重力势 能袁通过绕线轴尧齿轮驱动后轮前进曰后轮可采用传统 的齿轮差动机构袁或采用一轮驱动尧一轮随动曰通过曲 柄摇杆机构控制前轮转向遥
渊1冤
式中院m 为砝码质量袁kg袁m=l kg曰d 为绕线轴直径袁mm遥
4.2 传动机构
传动机构的主要功能是将运动从源动机构传递到
执行机构袁改变运动的方向尧速度和力矩遥 常用的传动
方式有机械传动尧电气传动尧液压传动尧气压传动袁机械
传动有齿轮传动尧带轮传动尧摩擦轮传动尧丝杠螺母副
传动等遥由于无碳小车的驱动力较小袁因此无碳小车采
Key Words院 Carbonless Car Structure Design
S型无碳小车-结构设计方案
（此栏由赛务工作人员填写）
第一幅照片（小车正面）
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第二幅照片（小车侧面）
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第五届全国大学生工程训练综合能力竞赛（广西赛区）
The 5thNational UndergraduateEngineering Training Integration Ability Competition（Guangxi Division）
2、小车出发定位方案
无碳小车的行走路线近似于余弦曲线，通过计算小车的运动可以计算出该余弦曲线的幅值，小车出发位置在偏离原点一个幅值长度的地方。通过对小车的运动计算可得其运动方程，再通过计算可得出小车转向轮的偏向角度，偏向角度可通过微调机构调节。通过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。
2..通过计算并确定两齿轮的的传动比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S路线。
3.使用滑轮组将重物的重力势能通过细绳以转矩的形式传递到输入轴；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；小车通过输入轴带动圆盘并通过空间四杆机构实现小车的转向。具体调试过程中，通过调节杆长以满足小车周期性转向；小车采用单向轴承，从而实现两后轮的差速，便于转弯，并最大程度上实现了小车结构的优化。
产品名称
小车
共5页
第1页
编号
第五届全国大学生工程训练综合能力竞赛（广西赛区）
The 5thNational UndergraduateEngineering Training Integration Ability Competition（Guangxi Division）
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。
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S型无碳小车-结构设计方案
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结构设计方案Structure Design Scheme 编
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装 学校名称：
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结构设计方案Structure Design Scheme 参赛项目
S
1、设计思路
1.根据比赛要求，为使无碳小车达到绕桩前进的目的，无碳小车应实现两个功能：重力势能转换为小车的动能和转向轮周期性的转向。
小车结构有原动机构、传动机构、转向机构、微调机构与车身及其他辅助零件。
原动机构的作用是将重锤的重力势能转化为小车前行的驱动力，能实现这一功能的方案有多种，但就效率和简洁性来看绳轮最优。
传动机构要求能量损耗少、传动比精确，故优先选用齿轮机构。
转向机构要求控制精度高、摩擦损失小，选用空间曲柄摇杆机构。
微调机构是小车柔性的体现，调整它能使小车能够适应不同的障碍物间距，无碳小车的微调主要体现在对曲柄长度和连杆长度的微调。
为减轻车身质量同时保证小车刚度要求，小车采用铝板作为底板材料，上面安装轴承座以支撑输入轴、驱动轴、吊挂重物的立杆等，小车转向轮的支撑架也固定在底板上。
2..通过计算并确定两齿轮的的传动比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S 路线。
3.使用滑轮组将重物的重力势能通过细绳以转矩的形式传递到输入轴；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；小车通过输入轴带动圆盘并通过空间四杆机构实现小车的转向。
具体调试过程中，通过调节杆长以满足小车周期性转向；小车采用单向轴承，从而实现两后轮的差速，便于转弯，并最大程度上实现了小车结构的优化。
2、小车出发定位方案
无碳小车的行走路线近似于余弦曲线，通过计算小车的运动可以计算出该余弦曲线的幅值，小车出发位置在偏离原点一个幅值长度的地方。
通过对小车的运动计算可得其运动方程，再通过计算可得出小车转向轮的偏向角度，偏向角度可通过微调机构调节。
通过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。
3、总结和体会
在无碳小车的设计、加工、装配、调试的过程中，
设计、论证、实验验证的过程不断重复，我们在这个过程中，不仅增强了我们对专业知识的理解，同时还锻炼了我们的动手实践能力。
在无碳小车不断完善的过程中通过发现问题、分析问题、解决问题，使我们学会了如何从工程设计的角度去看待问题，这是我们参加全国大学生工程训练综合能力竞赛最大的收获！
产品名称 小车
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装 学
校名称
：
第五届全国大学生工程训练综合能力竞赛（广西赛区）
The 5th National Undergraduate Engineering Training Integration Ability Competition（Guangxi Division）结构设计方案
参赛项目
Structure Design Scheme
4、结构设计创新特色说明
1.小车的重量较轻，因为一些强度和精度要求不高的零件采用3D打印技术，大大减少了加工制造难度和加工时间及成本
2.结构简单相对较简单，而且一些结构接触处通过安装轴承达到减小摩擦的目的
3.采用单向轴承来实现小车的差速运动
产品名称小车共 5 第 2 编
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装 学校名称：
小车装配图比第 3
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学校
名称：
小车装配爆炸图比第 4
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学校名称
：
传动设计数据
各级传动比：
砝码下降长度（mm）/小车行走长度（mm）:
小车最大理论行走长度：
小车距出发线最大理论距离：
转矩设计数据
各级转矩及摩擦力矩分析：
传动机构展开图比
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学校名称：。