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。原动轮的半径变小，使总转速比提高。小车缓慢减速，直到停止，物块停止下落，正好接触小车。

加工工艺的设计

1.小车底板部分挖空，减轻了整体的质量。

2.重物支撑架用三根圆柱杆支撑，有助于其稳定性。

3.后轮的大小适中，直径为182mm。

4.载物放置靠近轴处，稳定重心。

小车加工的尺寸

关于齿轮：

小齿轮A：M=1，Z=15，最大直径=15，尺宽b=6.5;

齿轮B: M=1,Z=45,最大直径=45,b=10;

B与A传动比i=1/3；

齿轮C：M=1，Z=60，最大直径=60,b=10;

C与A传动比i=1/4；

车轮厚度均为4mm，总高度H=515mm,总宽d=164mm.

小车计算的公式及推理

1.大轮半径为R，重物下降dh，转轴①半径为r1 ，转过角度dθ 1 ;同时转轴②半径

r2,转过角度dθ2，转轴③转过角度dθ3.

齿轮啮合组⑴的传动比为i1,齿轮啮合组⑵的传动比为i2 ;

公式：dh=r1dθ1 dθ2=dθ1/i1

dθ3=dθ 2 ＊i2=dθ1＊i1＊i2

2.关于转向：当转向杆与驱动轴角度为а，曲柄转过角度θ4，连杆长为L，曲柄半

径r4，摇杆长为c，转向轮中心到曲柄轴的长度为b；

公式：L2=c2（1-cosа）2+(b+csinа-r4cosθ4)2+r42sinθ4 2

θ3=θ4 ;

由上式得：а=f(θ3)

小车转弯的曲率半径为ρ=b/tanа+a1

3.小车行走ds过程中，小车整体转过的角度dβ, dβ=ds/ρ;

当小车转过角度为β时，有dx=-ds＊sinβ,得小车从A点到B点的轨迹方程：

dy=ds＊cosβ

x B=x A-(a1+a2)cosβ

y B=y A+(a1+a2)sinβ

4.综上所述：定义无碳小车各部件参数：

大轮半径R为91mm，转向轮半径r为25mm，连杆长L为183mm；

齿轮啮合组①的传动比i1为1/3，齿轮啮合组②的传动比i2为1/4；

转轴①转轴②转轴③的半径r1 r2 r3均为5mm

摇杆长为40mm；曲柄长为120mm；拴绳轴长为60mm

总述

在结合了机械原理和物理学的知识后，设计出的小车能走出S型的轨迹。通过对无碳小

车结构特点的分析，我们进行了对齿轮参数和最大运动距离等等的计算。

小车理论上可以按照正常的曲线行走，但实际的结果必须从实践中得之，这也是理论设计的弊端。通过这次学习，我们的创新能力得到了提高。这次设计仍然存在很多的不足，这是下次需要注意的。