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。
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
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。
《无碳小车设计说明》-公开课件
·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.
4．细节设计
· 车身 · 车轮 · 轴承 以减小小车重力和动过程
· 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。
· 在后轮转轴上安放多个不同半径的带轮， 微调转矩，适应不同的环境下阻力的不同。
· 制作多套后轮，微调转矩。改变后轮时， 也要相应的改变转向传动轮的大小，同时 保持车身水平，适当调整前轮转轴的长度。 （现场可实现）
无碳小车设计说明
· 构架 · 转向部分 · 驱动部分 · 细节说明
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.转向
· 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，使小车行使200厘米时，转 向轮摆动一个周期。
· 确定连杆在转盘有位置，尽量减小转向轮 的摆动角度，从而使小车先驱的实际距离 变大。确定初始位置与摆轮角度的关系。
3．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。
·
二、小车的起始和结束过程
· 梯形原动轮的设计实现小车的起 动和物块的从低速到减速下落。 减小因碰撞而损失的能量。
梯形原动轮
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。
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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。赛道宽度为 2 米，障碍物为直
径 20mm、高 200mm 的圆棒，沿赛道中线从距出发线 1 米处开始按间距 1 米摆放，摆放完成后，将偶
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），形成的
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 装
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。
装
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。
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，由摩擦理论知道摩
擦力矩与正压力的关系为 M=N-δ （相同材料δ 值相同）。 滚动摩擦力 f=M/R=N*δ /R，故轮子越大小车受摩擦阻力越小，应优化车
订
学校名称：湖南文理学院芙蓉学院
线
产品名称
小车
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第4页
编号
-4-
参赛项目：无碳小车 S 型赛道
装 订 线
学校名称： 湖南文理学院芙蓉学院
小车装配图
比例
第五届全国大学生工程训练综合能力竞赛
1:3
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参赛项目：无碳小车 S 型赛道
装 订 线
学校名称：湖南文理学院芙蓉学院
小车装配爆炸图
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。 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
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第1页
编号
-2-
参赛项目：无碳小车 S 型赛道
第五届全国大学生工程训练综合能力竞赛
The 5th National Undergraduate Engineering Training Integration Ability Competition
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， 装 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
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： ’
订
学校名称：湖南文理学院芙蓉学院
线
产品名称
小车
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编号
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参赛项目：无碳小车 S 型赛道
第五届全国大学生工程训练综合能力竞赛
装 订 线
学校名称：湖南文理学院芙蓉学院
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参赛项目：无碳小车 S 型赛道
第五届全国大学生工程训练综合能力竞赛
The 5th National Undergraduate Engineering Training Integration Ability Competition
结构设计方案
参赛项目
The 5th National Undergraduate Engineering Training Integration Ability Competition
结构设计方案
参赛项目
Structure Design Scheme
无碳小车 S 型赛道
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。
参赛项目：无碳小车 S 型赛道
第五届全国大学生工程训练综合能力竞赛
The 5th National Undergraduate Engineering Training Integration Ability Competition
结构设计方案
Structure Design Scheme
（此栏由赛务工作人员填写） 编号
结构设计方案
参赛项目
Structure Design Scheme
无碳小车 S 型赛道
4、结构设计创新特色说明
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,今年的命题相对于往年,
有较大的改变,规则改为经现场公开抽签，在±200～300mm 范围内产生一个“S”型赛道第一轮障碍
物间距变化值和变化方向。
第五届全国大学生工程训练综合能力竞赛
比例 1:3
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参赛项目：无碳小车 S 型赛道
传动设计数据
各级传动比：
转向机构：1：3
远动装置：1：4
装
砝码下降长度（mm）/小车行走长度（mm）: 1/32
小车最大理论行走长度：12800mm
小车距出发线最大理论距离：8570mm 订
转矩设计数据
Structure Design Scheme
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，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.
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。 订
学校名称：湖南文理学院芙蓉学院
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 线 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