工程训练大赛无碳小车说明及其计算共33页文档
(完整版)无碳小车设计说明书
第三届福建省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：邓磊林源兴趣詹发星指导老师：***学校：福建工程学院地点：福建福州时间：2015年1月1-2日摘要第三届福建省大学生工程训练综合能力竞赛命题主题为“无碳小车越障竞赛”，并为接下来的第四届国赛做好准备。
我们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、CATIA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、转向机构采用曲柄连杆、行走机构采用双轮驱动、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。
S型无碳小车设计说明书
第三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目录一绪论1.1本届竞赛命题主题1.2小车功能设计要求1.3小车整体设计要求二方案设计2.1 路径的选择2.2 差速问题解决2.3 重物与后轮的连接问题2.4 转向装置三参数的设计3.1 路径参数的确定3.2 其他参数四小车的工程图4.1小车各装配图4.2小车CAD工程图五功能分析六选材与加工分析一绪论1.1本届竞赛命题主题本届竞赛命题主题为“无碳小车”。
要求经过一定的前期准备后，在集中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项成绩考核作业。
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。
1.2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。
图1为小车示意图。
图1：无碳小车示意图竞赛小车在前行时能够自动交错绕过赛道上设置的障碍物。
障碍物为直径20mm、高200mm的多个圆棒，沿直线等距离摆放。
以小车前行的距离和成功绕障数量来综合评定成绩。
见图2。
图2：无碳小车在重力势能作用下自动行走示意图1.3小车整体设计要求无碳小车体现了大学生的创新能力，制作加工能力，解决问题的能力。
并在设计过程中需要考虑到材料、加工、制造成本等各方面因素，并且小车具有下列要求：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。
工程训练大赛无碳小车说明及其计算
谢谢大家！
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安全在于心细，事故出在麻痹。20.10. 2420.1 0.2419:04:1519 :04:15 October 24, 2020
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凸轮机构、连杆机构、气动装置、液动装置、电动装置
等等
但是注意：为减少效率损失，传动步骤越少越好
六、结构分析
主要考虑：能量转化机构、传动机构、转向机构、车体结构；
非常多，而且繁杂。 注意：命题中是单轮导向，不要拘泥于资料文献的各种框框，要讲究突破思维定势、 小巧灵活。能够完成单轴摆动即可。
六、结构分析
主要考虑：能量转化机构、传动机构、转向机构、车体结构；
八仙过海各显神通 注意： 1.体积不要过大，.重量要轻； 2.重心要低； 3.轮距适中，注意保持稳定性； 4.根据“神牛”结构，可不必使用差速器；
ω P
r v1 v1
vv33
2L
5
4
2
1
3
H2 差速器
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树立质量法制观念、提高全员质量意 识。20. 10.2420 .10.24Saturday , October 24, 2020
Φ
G
G=1kg
五、计算分析
力约束—— （克服运行阻力的最小值和不打滑的最大值）
克服运行阻力： 车体运行阻力包括惯性阻力和静阻力 惯性阻力（N）=P0 ×a (小车启动加速度) 静阻力一般包括基本阻力、弯道阻力、坡道阻力、气流阻力等
无碳小车设计说明书
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。
无碳小车说明书
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小车的设计命题设计一种小车，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），设计时统一用质量为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。
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。
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小车的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、经济成本分析和工程管理方案设计。
命题中的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，提出合理的工程计划。
设计能力项要求对参赛作品的设计具有创新性和规范性。
命题中的制造工艺能力项要求综合运用加工制造工艺的知识。
1.3小车的设计方法在小车的设计方法上，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，所以定小车的宽度为150mm，长度为150mm，使其能拥有更佳的灵活性。
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的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的功能是把动力和运动传递到转弯机构和驱动轮上。
无碳小车说明书
目录1.摘要 (1)2.引言 (1)3目的 (1)4工作原理和设计理论推导 (1)4.1总体结构 (1)4.2设计方案介绍与计算分析 (2)4.2.1无碳小车模块机构介绍 (3)5. 设计总结 (8)6.附件1.摘要本作品是依据工程训练综合能力竞赛命题主题“无碳小车”，提出一种“无碳”方法，带动小车运行，即给定一定重力势能，根据能量转换原理，设计一种可将该重力势能转化为机械能并用来驱动小车行走的装置。
该小车通过微调装置，能够实现自动走“S"字直线绕障。
此模型最大的特点是通过两个不完全齿轮驱动前轮摆动，进行可调整的周期性摆动，使前轮的摆动节拍具有可调性。
本文将对无碳小车的设计过程，功能结构特点等进行详细介绍，并介绍创新点。
2.引言随着社会科技的发展，人们的生活水平的提高，无碳对于人们来说，显得越来越重要，建设无碳社会，使得生活更加的环保，没有任何的污染。
节能、环保、方便、经济，是现代社会所提倡的。
现在许多发达国家都把无碳技术运用到各个领域，像交通，家具等，这也是我国当今所要求以及努力的方向。
针对目前这一现状，我们设计了无碳小车模型，用重力势能转化为机械能提供了一种全新的思路，以便更好的解决以上问题。
3目的本作品设计的目的是围绕命题主题“无碳小车”，即不利用有碳资源，根据能量转化原理，利用重力势能驱动带动具有方向控制功能的小车模型。
这种模型比较轻巧，结构相对的简单，能够成功的将重力势能转化为小车的动能，从而完成小车前行过程中的所有动作。
4工作原理和设计理论推导4.1总体结构图 1 无碳小车总体结构无碳小车模型的主要机构有驱动机构、转向机构、行走机构及微调机构。
主要部件如下图2所示为小车整体模型。
图 2 无碳小车模型4.2设计方案介绍与计算分析4.2.1无碳小车模块机构介绍1.驱动机构本方案采用绳轮作为驱动力转换机构。
我们采用了梯形轮使能量转化过程中有更合适的转矩使驱动力适中，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。
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、误差分析及效率计算 (31)7.1 误差分析 (31)7.1.1 设计误差 (31)7.1.2 参数误差 (31)7.1.3 加工与装配误差 (31)7.2 传动效率的计算 (32)7.2.1 动力机构效率的计算 (32)7.2.2 传动机构效率的计算 (33)7.2.3 控制机构效率的计算 (34)第8章、仿真分析 (35)第9章、综合评价及改进方案 (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 机构运动简图及装配图 (40)11.2 小车三维装配图及爆炸图 (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。
无碳小车说明书 (1)
无碳小车说明书（本小组选择的竞赛项目是竞赛项目二）一、小车整体说明小车整体结构上面，我们根据小车功能要求和机器的构成（原动机构、传动机构、执行机构、控制部分），把小车分为驱动部分、转向部分两个模块进行分析和设计。
在此基础上，小车采用三轮机构，后轮驱动，前轮转向，重物下落的过程中通过齿轮传动机构，将重物的重力势能转化为小车运动的动能，在后轮驱动下，再通过转向机构中的凸轮传动，将后轮的行走转化为前轮的转向，以便达到预期的要求。
考虑到竞赛项目二要求的桩距是（400±100）mm，小车车身在允许范围内应尽可能小，并且行走的轨迹也要尽可能的短，这样才能够避免小车车身碰到障碍物或者小车驶出乒乓球桌。
二、驱动部分原理分析：根据小车功能要求，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。
以小车绕行的圈数、以及碰倒或避开障碍的多少来综合评定成绩。
在设计要求中，驱动部分是将物块重力势能转化为小车的动能，并在有限的动能下，使小车能够移动尽可能多的距离，让成绩达到尽可能好。
机构分析：为达到既定要求，首先，在驱动机构上，我们通过一个绳轮驱动机构将重物的重力势能转化为小车后轮的驱动动能，具体就是将绳子绕过高40cm的定滑轮，一端连在重物上，另一端固定的绕在驱动轴上，通过重物下落带动驱动轴转动，进而实现后轮的驱动。
然后，为了使小车运动的距离达到尽可能长，我们使用了一个齿轮传动机构，通过齿轮的运转和传递，使得在绳长确定即能量一定的情况下，小车后轮转动的圈数越多，进而尽可能的增加绕行的圈数，但在这个过正中，不能因为摩擦力的情况而发生自锁现象，在这些情况下，我们抉择出最佳的传动比和传力绳。
驱动结构简图如下三、传动转向部分要实现尽可能多的使小车重复完成绕八字运动，传动及转向结构是关键，此处我们来分析一下转向机构。
无碳小车越障竞赛比赛说明[范文模版]
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无碳小车越障竞赛比赛说明[范文模版]第一篇：无碳小车越障竞赛比赛说明[范文模版]无碳小车越障竞赛比赛说明1.竞赛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符合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、工艺及创业企划书3个文件及长度为3分钟的关于参赛作品设计及制作过程的汇报视频。
2.竞赛命题本届竞赛命题为“以重力势能驱动的具有方向控制功能的自行小车”。
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（￠50×65 mm，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1.1为小车示意图。
图1.1 无碳小车示意图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。
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。
要求小车为三轮结构。
其中一轮为转向轮，另外二轮为行进轮，允许二行进轮中的一个轮为从动轮。
具体设计、材料选用及加工制作均由参赛学生自主完成。
3.竞赛安排每个参赛队由3名在校本科大学生组成。
3.1 本校制作参赛队按本竞赛命题的要求，在各自所在的学校内，自主设计，独立制作出一台参赛小车。
3.2 集中参赛1)携带在本校制作完成的小车作品参赛。
2)报到时提交参赛作品的结构设计方案、加工工艺方案及创业企划书共3个文件（分别提交纸质版文件一式2份、电子版文件1份），文件按本竞赛秘书处发布的统一格式编写。
3)提交1份3分钟的视频，(格式要求：MPEG文件，DVD-PAL 4:3，24位，720 x576，25 fps，音频数据速率 448 kbps杜比数码音频 48KHz)，视频的内容是关于本队参赛作品赛前设计及制作过程的汇报及说明。
无碳小车设计说明书
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：***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：***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。
无碳小车设计说明书(一等奖作品)
第二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：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。
无碳小车设计说明书
无碳小车设计说明书参赛者：苏文哲史恒瑞任浩然指导老师：范志骏摘要第四届全国大学生工程训练综合能力竞赛命题主题为“无碳小车越障竞赛”。
设计要求参赛队伍设计一种具有调节功能、利用重力势能驱动可以实现自动避障的小车。
队伍在设计小车的过程中着重于数学工具的使用:通过对小车模型行走的特性的分析，简化实际问题并建立优化模型，力求使用数学实验的方法解决实际问题。
在数学分析的过程中，不断提高计算精度，并将求解结果作为依据指导机械参数的调试、确定。
在设计过程中，借鉴数值分析等现代计算数学理论，使设计具有准确性、科学性；采用UG (Unigraphics NX)进行三维设计方便快捷地建立和改进产品的外观；综合考虑了工程管理、加工工艺、工艺成本等各方面的因素。
最终目的在于作品可以经济地被生产制造出来，并准确地按预期轨迹行走。
小车设计分为以下几个阶段：一、主要问题的分析，初步计算规划阶段；二、问题细化，研究各种机构运行特点阶段；三、建立数学模型求解参数阶段；四、参照国家标准设计小车实物阶段；五、制作、装配、调试阶段。
每经历一个阶段，都对设计起到了推动作用，设计思想逐渐成型，使设计逐渐向最优结果收束。
在第一阶段中，我们一方面分析研究了比赛规则，场地地形规格，目的行车路径；另一方面简化小车行走的数学模型，建立瞬时速度下小车转向轮与小车轴心角度对行车路径曲率半径、车长和行车曲率半径对行车路径等微分方程，对小车预期行走路线进行了规划；在第二阶段中我们对各种转向机构进行了数学分析，对常见的机构运行特点进行了运算、仿真，综合考虑之后，我们决策了小车的各个机构。
设计采用模块化设计，从小车的功能上分为如下四大模块：原动机构模块、传动机构模块、转向机构模块、行走机构模块。
总体而言，原动机构采用了阶梯轴，传动机构采用两级放大齿轮，转向机构采用正弦机构带动转向齿轮，行走机构采用差速器。
在第三阶段中我们应用matlab软件进行了数学模型的求解，对机构的机械参数进行了从优甄选。
无碳小车 设计说明
作品设计【2 】解释书摘要我们把小车的设计分为三个阶段：计划设计.技巧设计.制造调试.经由过程每一阶段的深刻剖析.层层把关,是我们的设计尽可能向最优设计挨近.计划设计阶段根据小车功效请求我们根据机械的组成（原念头构.传念头构.履行机构.掌握部分.帮助部分）把小车分为车架 .原念头构 .传念头构 .转向机构 .行走机构五个模块,进行模块化设计.分离针对每一个模块进行多计划设计,经由过程分解比较选择出最优的计划组合.我们的计划为：车架采用三角底板式.原念头构采用了带轮轴.传念头构采用带轮.转向机构采用凸轮机构.行走机构采用双轮驱动.技巧设计阶段我们先对计划树立数学模子进行理论剖析,借助MATLAB 分离进行了能活动学剖析和动力学剖析,进而得出了小车的具体参数,和活动纪律y以及肯定凸轮的轮廓曲线;接着应用Solidworks软件进行了小车的实体建模和部分活动仿真.在实体建模的基本上对每一个零件进行了具体的设计,分解斟酌零件材料机能.加工工艺.成本等.小车大多零件是标准件,可以购置,同时除部分请求加工精度高的部分须要特别加工外,大多半都可以经由过程手工加工出来.调试进程会经由过程微调等方法转变小车的参数进行实验,在实验的基本上验证小车的活动纪律同时肯定小车最优的参数.症结字：无碳小车参数化设计软件帮助设计目次摘要2一绪论41.1命题主题41.2小车功效设计请求41.3小车整体设计请求51.4小车的设计办法6二计划设计72.1车架82.2原念头构82.3传念头构82.4转向机构92.5行走机构10三技巧设计103.1树立数学模子113.2参数肯定143.3零部件设计153.4小车活动仿真剖析18四小车制造调试及改良204.1小车制造流程204.2小车调试办法204.3小车改良办法20五评价剖析215.1小车优缺陷215.2小车改良偏向21六参考文献22一绪论1.1命题主题根据第四届全国大学生工程练习分解才能比赛主题为“无碳小车越障比赛”.命题与高校工程练习教授教养内容相连接,表现分解性工程才能.命题内容表现“创新设计才能.制造工艺才能.现实操作才能和工程治理才能”四个方面的请求.1.2小车功效设计请求给定一重力势能,根据能量转换道理,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配.该自行小车在前行时可以或许主动避开赛道上设置的障碍物（距离规模在700-1300mm,放置一个直径20mm.长200mm的弹性障碍圆棒）.以小车前行距离的远近.以及避开障碍的若干来分解评定成绩.给定重力势能为4焦耳（取g=10m/s2）,比赛时同一用质量为1Kg的重块（ 50×65 mm,通俗碳钢制造）铅垂降低来获得,落差400±2mm,重块落下后,须被小车承载并同小车一路活动,不许可失落落.请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获得,不可应用任何其他的能量情势.小车请求采用三轮构造（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立设计完成.1.3小车整体设计请求小车设计进程中须要完成：构造计划设计.工艺计划设计.经济成本剖析和工程治理计划设计.命题中的工程治理才能项请求分解斟酌材料.加工.制造成本等各方面身分,提出合理的工程计划.设计才能项请求对参赛作品的设计具有创新性和规范性.命题中的制造工艺才能项以请求分解应用加工制造工艺常识的才能为主.1.4小车的设计办法小车的设计必定要做到目的明白,经由过程对命题的剖析我们得到了比较清楚坦荡的设计思绪.作品的设计须要有体系性规范性和创新性.设计进程中须要分解斟酌材料 .加工 .制造成本等给方面身分.2.2原念头构原念头构的感化是将重物的重力势能转化为小车的驱动动能.能实现这一功效的计划有多种,就效力和简练性来看绳轮最优.小车对原念头构还有其它的具体请求.1.驱动力适中,不至于小车拐弯时速渡过大倾翻,或重物晃悠厉害影响行走.2.到达终点前重物竖直偏向的速度要尽可能小,避免对小车过大的冲击.同时使重物的势能尽可能的转化到驱动小车进步的动能,假如重物竖直偏向的速度较大,重物本身还有较多势能未释放,能量应用率不高.3.机构简略,效力高,便于加工制造.2.3传念头构传念头构的功效是把动力和活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,传念头构必需传递效力高.传动稳固.构造简略重量轻等.1.带轮具有构造简略.传动安稳.价钱低廉.缓冲吸震等特色但其效力不是很高.2.齿轮具有用力高.构造紧凑.工作靠得住.传动比稳固但价钱较高,不易加工制造.是以在第一种方法不可以或许知足请求的情形下可优先斟酌应用齿轮传动.2.4转向机构转向机构是本小车设计的症结部分,直接决议着小车的功效.转向机构也同样须要尽可能的削减摩擦耗能,构造简略,零部件已获得等根本前提,同时还须要有特别的活动特征.可以或许将扭转活动转化为知足请求的往返摆动,带动转向轮阁下迁移转变从而实现拐弯避障的功效.能实现该功效的机构有：凸轮摇杆.曲柄连杆等等.凸轮摇杆：长处：只需设计恰当的凸轮轮廓,便可使从动件得到随意率性的预期活动,并且构造简略.紧凑.设计便利;缺陷：凸轮轮廓加工比较艰苦.曲柄连杆：长处：活动副单位面积所受压力较小,且面接触便于润滑,故磨损减小;两构件之间的接触是靠本身的几何关闭来保持接触.缺陷：一般情形下只能近似实现给定的活动纪律或活动轨迹,且设计较为庞杂;当给定的活动请求较多或较庞杂时,须要的构件数和活动副数往往比较多,如许就使机构构造庞杂,工作效力降低,产生自锁的可能性增长.分解上面剖析我们选择凸轮摇杆作为小车转向机构的计划.2.5行走机构行走机构即为三个轮子,轮子又厚薄之分,大小之别,材料之不同须要分解斟酌.由摩擦理论知道摩擦力矩与正压力的关系为：δ⋅=N M对于雷同的材料δ为必定值.而滚动摩擦阻力 ： R N R Mf δ⋅==所以轮子越大小车受到的阻力越小,是以可以或许走的更远.因为小车是沿着曲线进步的,后轮必定会产生差速.对于后轮可以采用双轮同步驱动,双轮差速驱动.双轮同步驱动必定有轮子会与地面打滑,使小车活动产生误差,但因为小车速度较小时,可以大大减小差速带来的影响.双轮差速驱动可以避免双轮同步驱动消失的问题,可以经由过程差速器或单向轴承来实现差速.但差速器的构造较为庞杂,且因为单向轴承消失侧隙,在主动轮从动轮切换进程中消失误差导致活动不精确.综上所述行走机构的轮子应有恰当可调的尺寸,经由加工和成本的分解斟酌我们选用双轮同步驱动.三技巧设计技巧设计阶段的目的是完成具体设计肯定个零部件的的尺寸.设计的同时分解斟酌材料加工成本等各身分.3.1树立数学模子经由过程对小车树立数学模子,可以实现小车的参数化设计和优化设计,进步设计的效力和得到较优的设计计划,充分施展盘算机在帮助设计中的感化.是以,我们采用了Matlab软件帮助设计.小车后轮直径盘算：function [D2] =fD2(LC,n)%D2 小车后轮直径%LC 小车行驶一个周期的旅程%n 小车行驶一个周期,后轮转的圈数.%(肯定n之后,也就肯定了后轮轴与凸轮轴的转速比为n:1)D2=LC/pi/n;End推杆伸长量盘算：function [Delta] = fDelta(theta,yT)%yT 导向杆长%Delta 凸轮的推杆伸长量（假定伸长为正,缩短为负）%theta 小车前轮转角（假定左转为正）Delta=yT*sin(theta);end小车路径上某点的曲率半径盘算：function [r] = fr(x0,r0,l)%fr 求小车路径上某点的曲率半径%r0 零点处曲线的纵坐标,r0-y/2>10,y为两后轮间距%l 两个障碍物间距,700~1300% fx01,fx02 分离为fx0的一阶导,二阶导fx01=r0*pi*sin(pi*x0/l)/l;fx02=r0*(pi^2)*cos(pi*x0/l)/(l^2);r=(1+(fx01^2))^(3/2)/fx02;end小车前轮转角盘算:function [theta] = ftheta(r,x )%theta 小车前轮转角（假定左转为正）%r 小车路径上某点的曲率半径%x 前轮轴与后轮轴间距theta=atan(x/r);end小车行驶一个周期的旅程盘算：function [ LC ] = fLC(r0,l)%应用第一类曲线积分,当被积函数为1时,即求曲线长度%r0 零点处曲线的纵坐标,r0-y/2>10,y为两后轮间距%l 两个障碍物间距,700~1300%LC小车行驶一个周期的旅程x0=sym('x0');%r0=sym('r0'); l=sym('l'); %使成果带有r0和l这两符号f=sqrt(1+r0^2*pi^2*(sin(pi/l*x0))^2/(l^2));LC=int(f,0,2*l);LC=double(LC); %将成果转化为数值.成果带有符号时不能应用end凸轮轮廓曲线画图:l=800; %两个障碍物间距,700~1300r0=150; %零点处曲线的纵坐标,r0-y/2>10,y为两后轮间距x=200; %前轮轴与后轮轴间距yT=30; %yT 导向杆长rj=10; %凸轮基圆半径x1=72; %凸轮轴(轴1)与前轮轴程度间距x2=72; %轴1与轴2间距x3=48; %轴2与轴3间距x0=0;r=fr(x0,r0,l);theta=ftheta(r,x);maxDelta=fDelta(theta,yT); %maxDelta 推杆最大伸长（或缩短）的量maxDeltaxT=x1-rj-maxDelta; %xT凸轮的推杆长度xT i=1;for alpha=0:0.0001:2*pix0=alpha*l/pi;r=fr(x0,r0,l);theta=ftheta(r,x);Delta=fDelta(theta,yT);TL=rj+maxDelta+Delta;n(i)=alpha;m(i)=TL;i=i+1;%hold on;%polar(alpha,TL); %描点法画出凸轮轮廓%plot(x0,Delta); %查看Delta(推杆伸长缩短量)随x0变化而变化的情形%plot(x0,theta); %查看theta（前轮转角）随x0变化而变化的情形%hold off;endpolar(n,m);%axis equal; %描点时,使横纵坐标单位间距相等3.2参数肯定单位：mm 前轮轴与后轮轴间距x=200导向杆长x=30凸轮基圆半径R=10凸轮轴(轴1)与前轮轴程度间距x=80轴1与轴2间距x=72轴2与轴3间距x=483.3零部件设计1.需加工的零件：a．驱动轴.传动轴b．车轮c.轴承座d.底板e.凸轮2.可购置的标准件：内圈Φ10的深沟球轴承.7个不同弹性模量弹簧.M8方形内六角螺栓3.部分加工零件二维图3.4小车活动仿真剖析为了进一步剖析本计划的可行性,我们应用了Solidworks进行了动态仿真.四小车制造调试及改良4.1小车制造流程4.2小车调试办法小车的调试是个很重要的进程,有了大量的理论根据支持,还必须用大量的实践去验证.小车的调试涉及到许多的内容,如车速的快慢,绕过障碍物,小车整体的调和性等.（1）小车的速度的调试：经由过程小车在指定的赛道上行走,测量经由过程指定点的时光,得到多组数据,从而得出小车行驶的速度,经由过程实验,发明小车后半程速度较快,整体调和机能不是太好,于是车小了绕绳驱动轴,减小过大的驱动力同时也增大了小车进步的距离.（2）小车避障的调试：固然本组小车各个机构相对来说较简略,但损耗能量稍多,同时避障也不是很好,可以经由过程转变摇杆与凸轮的接触实现微量调节.4.3小车改良办法1.构造优化：为了进步能量的应用效力,在不影响应用前提的情形下,可以削减不必要的部分.2.机构优化：为了进步能量的转换效力,在稍微增长成本的情形下,可以斟酌应用齿轮传动.五评价剖析5.1小车优缺陷长处：（1）小车机构简略,加工制造便利;（2）采用塑料材质,质量较轻,有利于行驶较远的距离.缺陷：小车精度请求高,使得加工零件成本高,因为差速的消失影响小车的绕弯以及能量的有用应用率.5.2改良偏向小车重要的缺陷是精度请求异常高和消失差速问题,信任改良小车的精度和差速问题,,小车便能达到很好的行走后果.。
无碳小车比赛规则
3.以重力势能驱动的绕S形路径行走的自行小车命题编号（HBGX2015-3）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），竞赛时统一用质量为1Kg的重块（￠50×65mm，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。
图1为小车示意图。
图1：无碳小车示意图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。
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。
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。
竞赛小车在前行时能够自动交错绕过赛道上设置的障碍物。
障碍物为直径20mm、高200mm的多个圆棒，沿直线等距离摆放。
以小车前行的距离和成功绕障数量来综合评定成绩。
见图2。
图2：无碳小车在重力势能作用下自动行走示意图3.1 本校制作参赛学生以小组为单位，按照竞赛命题的要求，在各自所在的学校内，自主设计，独立制作出参赛小车。
3.2集中参赛参赛队携带在本校制作完成并调试好的小车作品和关于作品的结构设计方案、工程管理方案、加工工艺方案及成本分析方案等4份报告（纸质版+电子版）参加竞赛。
报告按竞赛秘书处发布的统一格式编写。
3.3报告的评分由竞赛评审组对每个参赛队提交的方案报告进行评阅。
此项成绩编号为IA，满分30分，其中结构设计方案7.5分，工艺设计方案7.5分，成本分析方案7.5分，工程管理设计方案7.5分。
（1）结构设计报告评分（7.5分）完整性要求：小车装配图1幅（A4纸1页），设计说明书1-2页（A4）；正确性要求：传动原理与机构设计正确，选材和工艺合理；创新性要求：有独立见解及创新设计思想；规范性要求：图纸表达完整，标注正确；文字描述准确、清晰。
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。
无碳小车设计说明书(一等奖作品)
在选择方案时应综合考虑功能、材料、加工、制造成本等各方面因素，同时尽量避免直接决策，减少决策时的主观因素，使得选择的方案能够综合最优。
图三
2。考虑到重量加工成本等，车架采用木材加工制作成三角底板式。可以通过回收废木材获得，已加工。
2.2
原动机构的作用是将重块的重力势能转化为小车的驱动力。能实现这一功能的方案有多种，就效率和简洁性来看绳轮最优。小车对原动机构还有其它的具体要求。1.驱动力适中，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。2.到达终点前重块竖直方向的速度要尽可能小，避免对小车过大的冲击。同时使重块的动能尽可能的转化到驱动小车前进上，如果重块竖直方向的速度较大，重块本身还有较多动能未释放，能量利用率不高。3.由于不同的场地对轮子的摩擦可能不一样，在不同的场地小车需要的动力也不一样。在调试时也不知道多大的驱动力恰到好处。因此原动机构还需要能根据不同的需要调整其驱动力。4.机构简单，效率高。
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。
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。