“S”型无碳小车设计说明书

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《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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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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无碳小车设计说明书

《理论力学》实践课设计说明书题目：系部班级组长联系电话年月姓名学号承担工作一、设计概述1. 作品取名：给您的作品一个名称（字体小四，宋体）2. 徽标设计：给您的作品一个标牌例如：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。

3. 作品创意：请说出您的作品的创意之处二、设计思路和方案1. 设计思路请写出您的设计思路2、设计方案（1）、基本结构请将您设计的无碳小车的基本结构进行一下介绍，包括详细地文字说明，以及小车的总体结构工程图。

另外：1）小车的动力系统请写出具体的设计方案，及该方案的作用，并给出相应的cad图2）小车的动力—转向系统请写出具体的设计方案，及该方案的作用，并给出相应的cad图3）小车的转向系统请写出具体的设计方案，及该方案的作用，并给出相应的cad图（2）、相关计算做出此设计的理论依据三、设计总结对本次设计做个总结设计要求：设计一种小车，其行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）（用铅垂下降的1kg重块来获得），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。

要求：（1）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）小车行走路线可选择：走直线或S形曲线（间隔1米一个障碍物）（3）可借鉴网上相关以重力势能驱动小车的资料，但不可抄袭。

（4）自由分组，每组人数6~7人，组长由组员推荐。

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
THANK YOU FOR YOUR LISTENING!
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
第十四页，共21页。
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。

节能小车走S设计书

节能小车设计说明书二〇一二年十月十日目录一项目研制的背景及目的二设计过程三制作过程四成本预算五成果展示六心得体会七谢辞八参考文献九附录摘要：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。

无碳小车的设计与发明，是国家和社会对能源问题和环境问题的更加重视。

无碳车是比较环保的短途代步工具，节能、经济、方便，环保。

因此，在人均拥有汽车比例很高的欧美发达国家，无一例外选择了提倡推广低碳车。

”许多人认为，确保无碳车道便利通达，既是现实选择，也是大势所趋。

现在许多发达国家都把无碳技术运用到各个领域，像交通，家庭用具等，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，用重力势能转换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。

本作品是依据竞赛命题主题“无碳小车”，提出一种“无碳”方法，带动小车的运行，即给定一重力势能，根据能量转换原理，设计了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，放置一个直径为20mm，高为200mm的弹性障碍圆棒）。

此模型最大的特点是将重力势能转化为齿轮的转动，进而根据大小齿轮的粘合带动驱动轮和转向轮，从而按照规定的路线完成任务。

本文将对无碳小车模型的设计过程，结构功能特点等进行详细的介绍，并阐述了本作品的创新点。

关键词：无碳小车齿轮粘合驱动轮转向轮安全高效方便灵活创新理念。

一、引言：无碳车是比较环保的短途代步工具，节能、经济、方便，环保。

因此，在人均拥有汽车比例很高的欧美发达国家，无一例外选择了提倡推广低碳车。

”许多人认为，确保无碳车道便利通达，既是现实选择，也是大势所趋。

现在许多发达国家都把无碳技术运用到各个领域，像交通，家庭用具等，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，用重力势能转换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。

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
1.4 小车的设计方法
二方案设计
2.1 路径的选择
2.2自动转向装置
2.2.1 前轮转向装置
2.2.2 差速转向装置
2.2.3 小结
2.3 能量转换装置
2.4 车架
2.5 微调部分
三参数的设计
3.1 路径参数的确定
3.2 自动转向装置参数的确定
3.2.1 前轮转向装置参数的确定
3.2.2 差速转向装置参数的确定
3.2.3 小结
3.3 能量转换装置参数的确定
3.4 车架参数的确定
3.5 微调部分参数的确定
四小车的工程图
4.1 小车部分零件工程图
4.2小车各装置工程图
4.3小车总装配图
五评价分析
5.1小车优缺点
5.2 小车的改进方向六附录。

s型无碳小车的设计说明

s 型无碳小车的设计说明1.小车行走轨迹的规划和计算小车的行走轨迹为正弦型曲线，最小振幅为200mm ，周期为2000mm 。

其运动轨迹为：后轮的参数设计：设计目标：小车行走水平距离S′=60m ，理论行走时间t 总=10min小车行走路线为正弦曲线，曲线振幅为200mm ，一个周期的水平距离为2000mm ，所以可得出曲线函数式：x y πcos 2.0= 计算曲线路程m x s 4.2)sin 2.0(11221=-+⨯=⎰ππ周期数n=2s '=30 所以总路程m s n s 72='= 周期T=t n =60030=20s 车身速度1 2.4/0.12/20s v m s m s t === 重物下降速度00.41//6001500h v m s m s t === 设绕绳轮半径为0r ，则02r n h π=所以00010.314/15000.0021231v w rad s r ===⨯ 又10v v = 10w w =设偏心轮偏心距为e ，半径为1r 前轮半径为2r ，后轮半径为r 5，大带轮半径为r 3，小带轮半径为r 4 带轮传动比为i=3 则03w w = 01w w =4350.942/w iw w rad s ===05553550v v w r iw r i r v r ==== 所以050127.386r vr mmiv ==则后轮的直径为127.4mm,前轮直径60mm ，车底板总长180mm ，宽170mm带轮的参数设计已知功率W mgv P 15010== 转速min /926041r w n ==π1、确定计算功率ca P查得工作情况系数0.1=A K 故W P K P A ca 150115011*=⨯== 2、选择带型选用Y 型带 3、确定带轮的基准直径，并验算带速v 1）初选小带轮的基准直径。

由表查得取小带轮的基准直径mm d d 251= 2）验算带速s m n d v d /011775.010006092514.310006011=⨯⨯⨯=⨯=π3）计算大带轮的基准直径mm id d d d 7525312=⨯== 根据表查得，圆整为mm d d 712=4、确定带的中心距a 和基准长度Ld1）根据式（8-20） )(2)(7.021021d d d d d d a d d +≤≤+ 1922.670≤≤a 2）初定中心距 mm a 1300=3）由式（8-22）计算带所需的基准长度mmmm a d d d d a L d d d d d 4151304)2571()2571(213024)()(22202122100≈⎥⎦⎤⎢⎣⎡⨯-+++⨯=-+++≈ππ 由表8-2选带的基准长度mm L d 450=4）按式（8-23）计算实际中心距amm L L a a d d5.14720=-+= 5、验算小带轮上的包角oo o ood d oa d d 907.1591303.57)2571(1803.57)(180121≥=--=--=α6、计算带上的有效拉力Fe由1000*v Fe P =得N N vPFe 5662.0011775.0101501100010003=⨯⨯==- 阶梯轴的参数设计设重物在刚开始下降的瞬间加速下降的距离为0h设绕线一圈，则r h '=π20（r '为加速绕线处主动轴半径）...................(1) 又在这一过程中022ah v =...........................................(2) 0F mg ma -=........................................(3) Me r F ='0...........................................(4) 其中23310123.2105.35531.0--⨯=⨯⨯=⨯=r Fe Me 由以上四式可解出mmr mmh 124.233872.130='=转向机构和可调节机构的选取转向机构：本机构设计采用偏心轮+连杆+摇杆，其单位面积所受压力比较小而且接触面便于润滑，摩擦小制造方便能获得较高的精度。

S型无碳小车设计

图3-8无碳小车旳完整装配图建模
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
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整体设计思绪
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目录
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仿真成果
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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。

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。

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。

无碳小车设计说明书最新

无碳小车“S”设计说明书学校：贵阳学院设计者：王显令肖着勇邵佳明指导老师：李佳霖石文昌一、设计任务设计一台以1KG砝码重力驱动的三轮小车，在砝码驱动小车行进时，要求小车绕过按一定间距（700~1300mm）摆放的障碍物，并把能量损失降到最低，降低生产成本。

二、机构设计小车要绕过按一定间距摆放的障碍物，前轮必须实现周期性的左右摆动，为降低机构的复杂性，该小车我们采用正弦机构使小车前轮实现周期性对称摆动；运行原理：通过正弦机构上的偏心轴，使用直线轴承将正弦机构的旋转运动转换为顶杆的周期性直线往复运动，在顶杆与前轮导向杆之间使用关节的浮动连接，将顶杆的周期性直线往复运动转换成为导向轮的周期性摆动，从而实现小车的周期性转向功能。

三、传动设计根据设计任务要求，小车要实现持续绕桩的功能，正弦机构与驱动轮之间的传动比要恒定，传动效率要高，结合各种传动方式的优缺点，决定驱动轮与正弦机构之间采用齿轮传动，因为齿轮传动具有瞬时传动比恒定，传动效率高（0.92~0.99）的特点；对砝码重力势能的转换采用线轮传动，由砝码的重力势能驱动二级绕线轮的小轮，再由二级绕线轮的大轮驱动正弦机构的小绕线轮，正弦机构通过齿轮将动力传递给驱动轴，驱动轴与驱动轮之间采取单向轴承驱动实现差速，减低能量损失，使在转向过程中驱动轴的动力周期性的交替传递给驱动轮。

二级绕线轮和正弦机构大齿轮的配合，能实现在保证驱动轴与正弦机构之间传动比不变的情况下更合理地分配整体机构的传动比，从而控制砝码下降中的重力加速度，减小由于砝码与车身撞击产生的能量损失。

四、微调机构设计在小车零件加工和装配过程中，各机构之间的配合尺寸都会产生一定的误差，这些微小的误差会使小车偏离预定的轨迹，并且将一次又一次的进行累加，最终导致小车偏离轨道，因此在小车装配完成后需要至少一个微调装置对机构的配合尺寸进行调节，以实现轨迹对称的要求。

传动机构展开图。

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。

【无碳小车设计说明书】s弯无碳小车设计说明

【无碳小车设计说明书】s弯无碳小车设计说明第三届XX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：指导老师：学校：XX工程学院地点：XX福州时间：20XX年1月1-2日摘要第三届XX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。

无碳小车

S型无碳小车设计方案一．前言设计一种小车，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。

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。

具体设计、材料选用及加工制作均由参赛学生自主完成。

经现场公开抽签，在700～1300mm范围内产生一个“S”型赛道障碍物间距。

二．小车设计方案理论分析2.1 无碳小车设计原理（1）由命题得知，关键在于利用重力势能获得相当长距离的具有稳定正弦特征的轨迹。

由此，来设计小车以使其满足要求。

重力势能大多通过挂在绳子上的重物拖动小车的轴进而驱使小车前进，这便对绳子提出较高的要求，一般选取弹性较小，耐磨的绳子为佳。

（2）在传动方面，根据往届经验，有齿轮传动，皮带传动等。

但限于齿轮加工精度问题，这里选择皮带传动。

接下来，便是使用两级变速还是一级变速的问题，两级变速能够在有效的空间内实现较大的传动比，同时具有较大的惯性，能够克服赛道上的不平整路面，但由于皮带打滑的局限，可能会产生更大的误差，且一级传动则较为轻便，结构简单，便于加工装配。

（3）小车每绕过两个障碍物完成一个循环，此时，绕在轴上的绳子转过一圈。

因此，小车前进的理论长度即由绕线轴的直径和下落高度决定。

轴的最小直径由轮子和地面的摩擦力产生的启动转矩确定。

小车的轨迹越接近于直线，摩擦力做功越少，便越节省能量。

图显示了不同幅值和不同周期所显示的轨迹对比。

不同幅值的轨迹图不同周期的轨迹图小车所走轨迹的幅值越大，便不容易与障碍物发生碰撞，小车调整起来也越容易，同时，前面已经提到，也就越浪费能量。

S型无碳小车-结构设计方案

编号
（此栏由赛务工作人员填写）
第一幅照片（小车正面）
（注意照片的放置方向与页面方向一致，
照片上不允许出现参赛学校信息，阅后删除。）
第二幅照片（小车侧面）
（注意照片的放置方向与页面方向一致，
照片上不允许出现参赛学校信息，阅后删除。）
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）

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。