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机械设计无碳小车课程设计说明书

目录一、设计任务书 (1)二、总体结构设计 (1)三、总传动比的设计与分配 (2)四、转向轮轴运动参数的计算 (2)五、对轴进行结构设计与校核 (2)七、润滑剂的选择 (2)八、工艺设计方案 (2)九、成本分析方案 (2)十、工程管理方案 (4)十一、徽标设计 (5)十二、参考文献 (6)十三、心得体会 (6)一、设计任务书命题：以重力势能驱动的具有方向控制功能的自行小车功能设计要求: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400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、总体结构设计根据本届大赛命题要求，我们首先确定如下设计思路：1．驱动机构根据能量守恒定律，要尽可能多的利用重物的重力势能，就必须简化结构，因此该系统不设储能装置，直接由重物通过细绳拉动后轴驱动。

2．转向机构控制转向是该小车的核心问题之一，普通凸轮只能控制转向轮规则摆动，在不需要转向的时候小车仍会转向，因此我们在此处将凸轮机构进行了进一步的优化，通过引入“太空豆”控制转向信号，使得前轮在我们需要的时候转向,并以此实现小车的预编程功能。

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北华航天工业学院第四届全国大学生工程训练综合能力竞赛无碳小车设计说明书参赛者：夏洪伟孙传远肖洋指导老师：韩伟娜第四届全国大学生工程训练综合能力竞赛无碳小车设计说明书参赛者：夏洪伟、孙传远、肖洋指导老师：韩伟娜目录第1章方案设计..................................................................................................... - 1 -1.1 车架................................................................................................................ - 3 -1.2 原动机构...................................................................................................... - 3 -1.3 传动机构...................................................................................................... - 4 -1.4 转向机构........................................................................................................ - 7 -1.5 行走机构........................................................................................................ - 9 -1.6 微调机构........................................................................................................ - 9 -第2章技术设计................................................................................................... - 11 -2.1运动学分析模型........................................................................................... - 11 -2.2参数确定....................................................................................................... - 13 -2.3零部件设计................................................................................................... - 13 -附录................................................................................................................... - 15 -第1章方案设计通过对小车的功能分析，“无碳小车越障竞赛”通常主要由车体、能量转换、传动和转向等部分组成。

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第2章工作原理和设计理论推导1.总体结构无碳小车模型主要由一个转向轮和两个驱动轮以及几个大小齿轮组成，其中小车中的转向轮，驱动轮，齿轮，支撑块，横杆，木板等如下图所示。

2.整体结构的初步设定尺寸如下驱动轮直径D=120mm 采用橡胶材料转向轮直径d=30mm 采用橡胶材料底板厚度e=5mm 采用木材3.驱动轴及转向轴上轮子的定位介绍驱动轮采用橡胶结构，轴嵌入轮中，采用过度配合，由于橡胶的弹性性能好，可以使轴得到纵向及横向的约束。

第3章.无碳小车设计的理路指导3.1 小车的运动原理以及如何实现正余弦曲线1.小车的运动原理重物的牵引带动原动轮轮的转动，原动轮的转动带动齿轮轮，再根据两齿轮之间的齿轮粘合带动驱动轮和齿轮的转动，带动齿轮盘的转动，从而使方向杆左右运动的同时，前后运动，杆的偏转，使得转向轮偏转，根据驱动轮轮和转向轮的合运动，小车就可以按照要求一边行走一边转弯。

梯形原动轮2.梯形原动轮的原理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。

初步启动时转矩大约是360N.mm，滚动摩擦力大约为F=320N.mm，小车可以正常起步。

3.2 小车各个尺寸设计的推导：无碳小车二维示意图根据题目中赛道宽度2m ，以及每间隔1m ，放置一个直径20mm 、高200mm 的弹性障碍圆棒，以及赛道的大致行走路线（如图四），我组拟定一些实际尺寸的大小以及推导无碳小车在重力势能作用下自动行走示意图考虑到要使小车的运动轨迹尽可能沿直线运动,绕过的障碍物越多,但又得考虑要使小车不碰到障碍物,经过我组在各方面的考虑,小车的宽度定为24cm, 底板M 的厚度为5mm ，小车的长度200mm ，而转向轮的直径为30mm,经网上查得,橡皮轮胎与干地面之间的动摩擦因素为0.71。

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。

无碳小车设计说明书

无碳小车设计说明书为响应“低碳生活”的号召，我们应该节能减排,以优化环境。

作为学生，我们更应践行。

我们通过学习和实践,以及运用机械制造的原理,物理学等等方面的知识,设计了s型的无碳小车。

我们对它进行了严密的构思与计算,并结合实际进行了材料与运动的分析。

设计思路1.根据能量守恒定律，物体下落的重力势能直接转化为小车前进的动力,此时能量损失少，所以小车前进的能量来源于重物下落过程中减少的重力势能。

2.根据小车功能设计的要求，即小车在前行时能够自动绕开赛场上的障碍物，小车运动的路线需有一定的周期性。

考虑到小车在转向时会受到摩擦等阻力的影响,让小车行走最远路程是设计要求的最优解。

3.需要进行结构的设计与成本的分析,同时也需考虑加工工艺的繁琐程度，力求产品的最优设计。

小车的原理分析及构架设计1.小车的质量要适中,以此来保证车的稳定性.质量若太大，则会增加阻力。

2.应采取齿轮传动和连杆机构,同步带的精度不高，也可避免传动效率的低下。

3.传动的力与力矩要适中，保证加速度的适中。

4.相对运动的精度要保证，以减少摩擦，保证力量的充分利用。

5.S型的路线转弯半径要适中，保证其行程。

6.选择大小适中的轮子，轮子太大，稳步性降低。

7.采用轴承，螺纹连接，用三根圆柱支撑，以此挂系重物，转向时则采用连杆机构.小车的转向机构转向轮及转向机构如图所示。

转向采用连杆机构传动,转向轮固定在支架上。

当齿轮转动时，带动连杆运动,根据惯性，使转动轮运动方向发生改变。

小车的驱动原理重物的牵引带动栓线轴的转动，以此带动齿轮的转动,通过齿轮的啮合带动驱动轴与齿轮的转动，使驱动轮转动,带动着小车的前进；同时也带动着摇杆的转动，使推杆左右动的同时,前后运动。

在推杆与摇杆之间，有套筒相连，保证其作圆周运动。

杆偏转，使转动轮偏转，根据驱动轮与转动轮的合运动,小车就可以走S型.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。

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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。

无碳小车

3、传动件设计
4、设计性能评估
四个方面对设计进行了为什么这样和具体怎样的分析说明，配合装配图展示了小车的设计方案，最终得到小车在理论情况下可以走6次8字的结果。
一、设计要求
1.1
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，在比赛现场完成一套符合本命题要求的可运行装置，并进行现场竞争性运行考核。每个参赛作品要提交相关的设计、工艺、成本分析和工程管理4项报告。工程管理能力项要求综合考虑材料、加工、制造成本等各方面因素，提出合理的工程规划。设计能力项要求对参赛作品的设计具有创新性和规范性。制造工艺能力项要求综合运用加工制造工艺知识的能力为主。成本分析项要求能够估算各种方案的成本，并寻找性价比最优的方案。
2.5
行走机构即为三个轮子，轮子又厚薄之分，大小之别，材料之不同需要综合考虑。
对于相同的材料为一定值。由式①可知轮子越大小车受到的阻力越小，因此能够走的更远。但由于加工问题材料问题安装问题等等具体尺寸需要进一步分析确定。
下面我们讨论驱动轮的设计方案，如果后轴两端的车轮都设计为驱动轮，也就是说把两端的后轮都与后轴固装为一体，这样的话小车只能直行，而不能转弯。因为转弯时，内侧车轮走过的距离短，外侧车轮走过的距离长。为了适应转弯行驶的需要，只能将小车的一个前轮与驱动轴固装为一体，使其成为驱动轮；而另一个前轮则是通过轴承浮套在驱动轴上，它可以再后轴上自由的转动，这个车轮只起到承重的支撑作用，称之为承重轮。
二、功能执行设计方案
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（车架、原动机构、传动机构、转向机构、行走机构）。设为重物的质量，为重物下落的距离，为小车受到的摩擦力，为小车驱动轮的半径，为小车前进的距离，为小车受到的驱动力矩，为小车受到的支持力，为车轮形变造成的支持力相对转轴的偏移。则平衡状态时对轮心取矩得：

无碳小车设计说明书

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。

无碳小车设计机械设计课程设计说明书

机械设计课程设计计算说明书题目。

专业班级。

学号。

学生姓名。

指导教师。

年。

月。

日机械设计课程设计任务书学生姓名。

专业班级。

班学号。

指导教师。

职称教研室。

题目无碳小车设计方案与要求“无碳小车”以重力势能驱动的具有方向控制功能的自行小车。

功能设计要求是给定一重力势能，按照能量转换原理，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如上图所示。

小车在前行时能够在半张标准乒乓球台（长1525mm、宽1370mm)上，绕两个障碍物按“8”字形轨迹运行。

障碍物为直径20mm|、长200mm的2个圆棒，相距必然距离放置在半张标准乒乓球台的中线上，以小车完成8字绕行圈数的多少来评定成绩。

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）铅垂下降来取得，落差400±2mm，重块落下后，须被小车承载并同小车一路运动，不允许掉落。

要求小车前行进程中完成的所有动作所需的能量均由此能量转换取得，不可利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），具体结构造型和材料选用均由参赛者自主设计完成。

要求知足：①小车上面要装载一件外形尺寸为Φ60×20 mm的实心圆柱型钢制质量块作为载荷，其质量应不小于400克；在小车行走进程中，载荷不允许掉落。

②转向轮最大外径应不小于Φ30mm。

要求完成：1.装配图1张（A2）。

2.零件工作图2张（齿轮和轴两个零件）。

3.设计说明书1份，6000-8000字。

开始日期 2014 年 12 月15日完成日期 2015 年 01 月 02 日2014年 11 月 20 日目录计算与说明 (1)1.设计任务书 (2)设计题目 (2)原始数据 (2)工作条件 (2)动力来源 (2)传动方案 (2)2.传动比的分派 (3)总传动比的分派 (3)减速器传动比 (4)3.传动装置的运动和动力参数计算 (5)各轴转速的计算 (5)各轴输入功率 (5)各轴输入转矩 (5)4.转向设计 (6)选定转向装置 (6)肯定转向装置的大体参数 (6)5.齿轮的设计 (8)设计计算一级齿轮 (8)选择齿轮类型、精度品级、材料及齿数 (8)按齿面接触强度设计 (8)按齿根弯曲疲劳强度设计 (10)设计计算一级齿轮 (14)选择齿轮类型、精度品级、材料及齿数 (14)按齿面接触强度设计 (15)按齿根弯曲疲劳强度设计 (17)6.轴的结构设计 (21)按扭转强度条件计算 (21)按弯扭合成强度条件计算 (22)轴的扭转刚度校核计算 (27)7.键连接的选择及校核计算 (29)平键连接强度计算 (29)8 轴承的选择 (30)9润滑方式选择 (31)齿轮的润滑 (31)轴承的润滑 (31)10注意装配事项 (32)轴的装配 (32)齿轮的装配 (32)转向杆的装配 (32)11设计小结 (33)12参考文献 (34)2.传动比的分配总传动比的分配重锤重Kg1，下落高度mm2400±，sm5.0v=。

无碳小车设计说明书-大学生工程训练综合能力竞赛

无碳小车设计说明书-大学生工程训练综合能力竞赛无碳小车设计说明书-大学生工程训练综合能力竞赛第三届省大学生工程训练综合能力竞赛(荣获S形组省赛一等奖) 无碳小车设计说明书一、概要3 二、分析3 三、原理设计4 1、驱动机构4 2、转向机构5 3、后轮差速5 四、参数设计6 1、轨迹设计6 2、转角设计6 3、带轮设计7 4、小车部分零件的设计8 （1）拨盘8 （2）转向轮销9 （3）转向轮槽零件图：11 （4）皮带轮12 （5）转向轴13 实体图：13 （6）转向连杆14 （7）拨槽15 （8）拨槽加工工艺分析16 （9）齿轮17 （10）底板19 （11）后驱动轴零件图:20 五、小车装配完成图片21 “无碳小车”设计说明书一、概要此次无碳小车的设计主要是利用重物下落的重力势能作为原动力，来驱动小车前进以及使小车能按规定绕开障碍物。

重物质量M=1kg，下落高度H=400mm，每个障碍物之间隔0.9米、1米、1.1米。

二、分析1、为使得小车能够行走，首要解决的就是小车驱动，要设计小车的驱动机构；2、为使得小车能够转弯，并能够绕开等距离的障碍物，所以要设计一个能够走S 形路线的周期性的转向机构；3、由于只有一个动力源，所以还要设计一套小车的传动机构；4、为了使得小车能够顺利转弯，还要解决小车后轮的差速问题。

三、原理设计1、驱动机构图1左侧部分为我们的驱动简图，考虑到小车的启动时需要较大的启动力矩，同时为使得重物的重力势能能够尽可能大地转化到有利小车行走的方面，与重物下落连线驱动圆锥滚筒设计成为如图所示，再考虑，为使得小车走的路程要长，所以，重物下落的行程要经过一对直齿圆柱齿轮放大。

所以，传动流程：重物→圆锥滚筒→大齿轮→小齿轮→后驱动轮2、转向机构图2为小车的前轮转向部分，为使得小车能够绕开定距离的障碍物，小车前轮转向要设计成具有周期性摆动的转向机构。

故，转向机构设计成正弦机构。

前轮的动力来源：重物→圆锥滚筒→带轮1→带轮2→转向拨盘→转向轮带轮带动拨盘转动，拨动转向轮上的转向槽前后摆动，这样即可以带动前轮的左右摆动。

无碳小车设计说明介绍模板(一等奖作品)之欧阳家百创编

第二届全国大学生工程训练综合能力竞赛欧阳家百（2021.03.07）无碳小车设计说明书参赛者：龚雪飞赵鹏飞刘述亮指导老师：朱政强戴莉莉2011-1-16摘要第二届全国大学生工程训练综合能力竞赛命题主题为“无碳小车”。

在设计小车过程中特别注重设计的方法，力求通过对命题的分析得到清晰开阔的设计思路；作品的设计做到有系统性规范性和创新性；设计过程中综合考虑材料、加工、制造成本等给方面因素。

我们借鉴了参数化设计、优化设计、系统设计等现代设计发发明理论方法；采用了MATLAB、PROE等软件辅助设计。

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、微调机构六个模块，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、原动机构采用了锥形轴、传动机构采用齿轮或没有该机构、转向机构采用曲柄连杆、行走机构采用单轮驱动实现差速、微调机构采用微调螺母螺钉。

其中转向机构利用了调心轴承、关节轴承。

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分别进行了能耗规律分析、运动学分析、动力学分析、灵敏度分析。

进而得出了小车的具体参数，和运动规律。

接着应用PROE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。

对于塑料会采用自制的‘电锯’切割。

因为小车受力都不大，因此大量采用胶接，简化零件及零件装配。

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。