(终稿)湖南省第五届全国工程训练大赛(S常规型无碳小车-双凸轮转向)结构设计方案
《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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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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“S”型无碳小车结构创新设计
型无碳小车结构创新设计
蒋创宇李笑笑 （河南科技大学机电工程学院，河南洛阳471003）
摘 要：本次研究的是可自发行走的方向可控的无碳小车，利用齿轮啮合将运动传递给后轮轴实现前进动作；并利用曲柄摇
杆机构实现前轮转向。我们根据功能要求分别做模块化分析。原动机构把重力势能转化为机械能，同时要降低摩擦损耗。传动机
构把机械能转化为满足小车前进及转向的动能。转向机构利用齿轮-齿轮（带有滑槽）间的传递，后经滑槽连接的连杆传递给转向
轮，实现往复摆动，调节转向轮转角大小使小车顺利绕桩行走。应用Solidedge、Proe、CAD等软件进行三维设计及仿真分析轨迹路 径，验证了小车的稳定性。
关键词：无碳小车；能量转换；结构设计
参考文献 [1]何川,封坤等.盾构法修建地铁隧道的技术现状与展望[J].西南 交通大学学报,2015,5（1）. ⑵苏海鹏.盾构法隧道施工过程中的安全控制策略研究[J].四川 建材,2013,39（1）. [3]王磊，袁文征.盾构管片吊运系统平衡梁结构设计及优化[J].建 筑机械,2016⑷.
作者简介：陈艳（1989,4-）,男，汉族，湖北荆州人，湖北大学
小车趋近匀速行驶。设计中使锥状滚筒大端到小端平稳过渡。
驱动力大小适中，避免了拐弯时由于速度过大而侧翻,或者由
于重物摇晃幅度大影响行走叫
驱动力分析。设小车质量为m”重块质量为m2,地面支反力
为N;地面对车轮摩擦力为f,摩擦系数为4驱动轮直径为d,
(半径为r,);锥状滚筒传递的扭矩为M,其中最大直径为半 径d),最小直径d3；摩擦力对轮轴的扭矩为⑷,受力如图1所
4结论 本文综合性论述了隧道掘进机有关管片吊运技术，从轨道
型式，水平行走和起吊方式上进行详细的阐述。在特定工况模 式下，需详细分析设计。盾构开挖直径，地质结构，管片布置形 式,运输控制要求,成本要求和安全性等要求,对具体的吊运技 术选择，均有不同影响。在设计过程中，需与实际工况要求、管 片型式、后配套拖车设计接口、拼装机设计接口以及出渣系统设 计接口相关联。
基于函数模型的S型无碳小车的凸轮设计
基于函数模型的S型无碳小车的凸轮设计作者：李洲陈鑫李祥光文春海来源：《科技风》2017年第18期摘要：针对轨迹为S 型运动特性的无碳小车，对其进行了设计优化及参数调整。
通过对标准的S形轨迹进行分析，运用解析数学求出凸轮行程与导向轮偏角的关系，并用拟合函数分析设计凸轮行程及凸轮基圆半径，设计了一台创新型“S”无碳小车。
最后利用MATLAB进行凸轮轮廓曲线设计，保证运行小车凸轮结构的合理性。
关键词：无碳小车；S型轨迹；凸轮设计；数学函数分析第五届全国大学生工程训练综合能力竞赛中的S型无碳小车，要求将小车上砝码下落的重力势能转化为驱使小车前行的动能，并且通过转向机构使小车实现避开障碍物，呈S形轨迹行驶。
在历届全国大学生工程训练大赛中，众多S型无碳小车的参赛团队采用曲柄摇杆机构、空间四杆机构作为小车的转向机构。
陈果等使用了了空间曲柄摇杆机构，通过曲柄连杆的传递使得水平面上的摇杆连接的方向轮随之左右摆动从而实现小车转向要求[1]。
王政等通过对RSSR 空间四杆机构的优化设计，使转向机构的对称性得到提高，使其作为无碳小车的转向机构[2]。
这些转向机构结构都会存在急回的特性，这种特性会导致最终小车行驶的轨迹发生偏离。
虽精确地微调机构能较好的避免急回特性带来的误差，但这将使得其中的微调机构设计较为复杂。
在历届众多参赛队伍中，采用曲柄摇杆机构的占多数，因此创新型设计凸轮机构作为小车的转向机构。
在凸轮的传动机构中，设计适当、合理的的凸轮轮廓能实现从动件任意的的与预期相符的运动的规律和运动的方式。
于是凸轮式物碳小车成为比赛中的一大亮点。
一、采用函数模型设计凸轮的优势探讨函数模型是处理生活中实际问题的一般的方法，同时也是处理科学中理论问题的一种十分经典的方法。
它能根据生活中某种特定的生活现象特有的内在规律，并对此种现象做出简化和有效的假设，运用适当的数学函数，概括或近似地表述出来的一种数学结构。
在凸轮设计中，核心部分就是凸轮轮廓线的设计，凸轮的轮廓曲线的设计通常采用解析法和图解法。
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。
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型无碳小车设计
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。
S型无碳小车结构设计
S型无碳小车结构设计李立成;徐漫琳;柯昌辅【摘要】针对全国大学生工程训练综合能力竞赛命题“无碳小车”的要求，对小车进行创新性设计，主要是传动和转向机构设计，借助计算机对无碳小车行走轨迹进行了计算仿真，优化设计参数。
实践证明，小车运行平稳，性能优越。
%Aiming at the national college students engineering and comprehensive training ability competition named"carbon-free vehicle", a study of its innovative structural design is made in this paper, mainly about design for the transmission mecha-nism and the steering mechanism. Calculation and simulation for the treading track of carbon-free vehicle are processed under different structural parameters by computer, and the design parameters are optimized. The practices prove that the vehicle is running smoothly, and has superior performance.【期刊名称】《机械研究与应用》【年(卷),期】2015(000)003【总页数】3页(P152-154)【关键词】无碳小车;转向机构;行走轨迹;计算仿真【作者】李立成;徐漫琳;柯昌辅【作者单位】重庆大学城市科技学院，重庆 402167;重庆大学城市科技学院，重庆 402167;重庆大学城市科技学院，重庆 402167【正文语种】中文【中图分类】V462.20 引言本设计源于全国工程能力竞赛无碳小车的设计，该竞赛S型组要求设计一个以指定重力势能为唯一驱动能量的具有方向控制功能的自行三轮小车(1个转向轮，2个驱动轮)。
基于凸轮结构的S环无碳小车结构设计
凸轮机构机构简单，运动链短结构紧凑，易得到预期
的运动轨迹，故选用凸轮进行 S 环型轨迹的设计当凸轮旋转
一圈，小车行走 S 环轨迹半个周期；凸轮旋转两圈，小车行
走 S 环轨迹一周期。用解析法设计凸轮廓线，根据已知机构
的参数和满足工作要求的推杆运动规律，列出凸轮廓线的方
程式，精确计算出凸轮廓线上各点的坐标值。根据设计手册
图 2-3 跟前轮支撑架配合，并固定
支撑架的角度
当凸轮转动时推动微调块运动， 从而带动转向块旋转运动，转向块
图 2 转向块
带动前轮支撑架运动，将凸轮的旋转运动转化为前轮周期性
左右转动实现拐弯避障功能，实现预期的路径。
2.3 微调机构的设计 微调机构属于小车的控制部分，通过微调机构的调节可
以修正小车行走轨迹。我们确定了小车转向机构采用凸轮 + 微调滑块块 + 转向块方案，如图所示，微调滑块用长螺钉跟 转向三个端孔连接，当需要调整距离时，拧紧 / 拧松螺钉调 整微调块与转向块之间的距离，实现微调功能，从而修正小 车轨迹。
2.5 动力转换机构的设计 动力转换机构可将重物下落的重力势能转化为带动无碳
小车行进的动能：（1）滑轮。滑轮由两个平行排列的定滑 轮组成，如图 3 所示，缠绕绕线轴的渔线缠绕定滑轮 1，然 后绕定轮滑轮 2。由定滑轮 1 和定滑轮 2 为刚性连接同时转动， 该设计可使调整重锤的位置使重锤可垂直下落，避免重心偏 移。（2）支撑杆。为防止小车在行驶过程中支撑杆晃动过大， 造成翻车，采用三根碳棒支撑，经检验碳棒质量较轻且结构 稳定，能满足设计的需求，且结构固定可达到预期效果，是 理想的支撑材料。（3）绕线轮。为避免小车出现无法启动情况， 设计根据小车的启动力矩设计了五种直径为 22mm、23mm、
S型无碳小车的结构设计与实际问题解决方法
1设计思路及初始设计方案1)转向机构设计。
为了保证结构的优化,使机构原理易于理解,本文采用的是正弦机构和空间铰链四杆机构。
机构的前轮为转向轮,负责往复运动和摆动恒定的角度,由轴承与车架过盈配合,导向轮固定架用螺丝紧固于底板上,其垂直轴穿过轴承,前轮转向功能由曲柄连杆机构实现。
调整曲柄、摆杆和连杆长度,来达到比赛要求。
2)行驶机构设计。
为了提高速比,一级齿轮机构增速,采用的驱动方式为单轮驱动,一侧为驱动轮,另一侧为从动轮。
3)微调机构设计。
设计的小车在长连杆处设计螺纹孔、螺纹杆及双螺母配合的微调机构,以及调节周期处为螺旋杆设计,可以通过调节杆长,进而改变导向轮的最大偏角和周期,从而能稳定的避桩行走,达到比赛要求[1]。
4)车架设计。
采用矩形平板机构,轴承座连接主动轴和齿轮轴,支撑座用来支持微调机构,防止下沉;采用大车轮设计,平板较高,这种设计方式有利于保证小车行进中获得良好的稳定性,通过载重增大惯性,有利于保证小车的行驶距离。
构架设计图,如图1所示。
图1设计构架2解决方法及优化处理根据初始方案设计的小车结构制成模型样车,进行实际测试,发现实践与理论的差距,出现了一些问题,对此,提出了解决方案及优化改良措施。
1)小车绕桩行驶运行中,行进偏移量大,平稳性差。
经过测试发现,微调机构中螺纹孔、螺纹杆及双螺母的配合调节,不易调节,且精度过低,稍微调整就会导致小车运行轨迹发生较大变化,因此设计与实践有差距。
解决方法:在微调结构中的螺纹孔、螺纹杆及双螺母设计,调整为类似千分尺结构,利用空方管与方管(与曲柄做为一体件)配合,方管通过标记刻度来进行微调,操作方便精确[2]。
2)小车发车不稳定,导致行走轨迹不同。
试车发现,导向轮设计存在间隙,轨迹取决于出发时导向轮的位置;螺丝出现松动情况。
解决方法:导向轮固定架的竖直轴的连杆采用金属材料;滚动轴承与车架的过盈配合不稳定,可加端盖固定;竖直轴与曲柄连接处加轴套,减小间隙,同时减小摩擦;发车前固定好所有连接部位,否则会影响精度。
S形轨迹无碳小车的结构设计(1)
“S形轨迹无碳小车的结构设计摘要：针对第四届全国大学生工程训练综合能力竞赛题目，设计一辆通过重力驱动的纯机械结构的无碳小车，且小车具有周期性越障功能。
通过所学知识，设计并制作该小车，参加比赛。
设定不同的参数，借助工程软件MATLAB对小车的轨迹进行仿真计算。
通过分析，设计出一辆满足比赛要求的小车。
并且通过调试证明，小车能够稳定行驶，具有较高的可靠性。
关键词：无碳小车越障轨迹仿真0前言本文针对第四届全国大学生工程训练综合能力竞赛关于“S”形轨迹的要求，设计并制作了一种将重力势能转换为动能，并且按照“S”形轨迹稳定前行的无碳小车。
小车为三轮结构，前轮为方向轮；后面一轮为驱动轮，一轮为从动轮。
小车具有可调节的转向控制机构，以适应700-1300mm间距的不同间距障碍物。
1小车结构设计本文把小车的机构分为：原动机构、传动机构、转向机构、微调机构与车身。
除了轴承、螺栓螺母等标准件可以直接选用外，小车的其余部件均使用L Y102铝合金制作。
本文的设计目的是使小车各部分的尺寸协调，满足强度要求、实现不同距离的越障功能。
下面是各个机构的设计：1.1原动机构设计原动机构是利用重物下落时的重力势能转化为动能，从而驱动小车前进和转向的机构。
重物是1kg的标准砝码，重物周围是三根均布的钢管，从而约束重物的自由度，使重物直线下降，减少了能量损失，保证了小车重心的稳定性。
重物通过尼龙线绕在小车的绳轮上，在下降的过程中，带动绳轮的转动，实现了能量转换。
在实际测试中，证明了该结构简单、能量转化率高、成本低等特点。
1.2传动机构设计传动部分是原动机构和小车主动轮动力传递的枢纽，本文设计的小车的传动机构由后轮、一级齿轮、及其相关零件组成。
由于小车具有转向的功能，为不干扰小车的转向，后轮采用差速连接。
小车的右后轮为主动轮，左后轮为从动轮。
主动轮与传动机构相连，驱使小车的运动，从轮轮用轴承空套在后轴上，跟随小车的运动。
为了适应不同间距越障，同时增大小车行驶的距离，我们采用多组齿轮啮合的方式,将700-1300mm的间距大致分为三组：700~900mm，900~1100mm，1100~1300mm。
S型无碳小车的设计
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 of carbon-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 (5)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 (16)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S型无碳小车毕业设计
摘要本设计是依据课题要求“绿色小车”，即提出一种“无碳”的方法，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。
该小车再前行时能自动避开赛道上设置的障碍物（每隔1米，放置一个直径为20mm,高为200mm的弹性障碍圆棒）。
此模型的最大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啮合带动驱动轮和转向轮，从而按照规定的路线完成任务。
本文将对绿色小车模型设计过程，结构功能特点进行详细的介绍。
关键词：绿色小车；无碳；势能转化AbstractThe design is based on the requirements of the subject of "green car", that proposes a "carbon-free" approach, driven the car running, that is, given a potential energy, according to energy conversion principles, the design of a gravitational potential energy can be transformed into the mechanical energy and used to drive the car to walk the device. The car then before the line can automatically avoid obstacles on the track set (every 1 m, placed a diameter of 20mm, 200mm flexible high barrier for the rod.) Most important feature of this model is transformed into gravitational potential energy of the rotation gear, thereby driving under the size of the meshing gear wheel and steering wheel, and thus complete the task in accordance with the provisions of the route. This paper will model green car design process, structure and function of the characteristics described in detail.Key words:Greencar; Non-carbon; Potential energyinto目录中文摘要 (I)英文摘要 (II)1绪论 (1)1.1引言 (1)1.2车用能源的发展趋势 (1)2 绿色小车总体设计及其运动原理 (2)2.1课题目的及其要求 (2)2.2小车总体设计及其运动原理 (3)2.3设计参数的计算及小车外形尺寸的确定 (4)2.3.1 理论行驶距离估算 (4)2.3.2 小车车轮及外形的材料和尺寸的确定 (4)3 小车设计的运动参数计算 (5)3.1主要运动参数计算 (5)3.2原动轴绕线部分设计及计算 (7)3.3运动及运动力参数计算 (8)4 小车主要零件的设计与计算 (9)4.1齿轮1与齿轮2的设计 (9)4.1.1 选择齿轮材料、精度等级、齿轮数选择 (9)4.1.2 按齿根弯曲疲劳强度设计 (9)4.1.3 校核齿面接触疲劳强度 (10)4.2齿轮3和齿轮4设计 (11)4.2.1 选择齿轮材料、精度等级、齿轮数选择 (11)4.2.2 按齿根弯曲疲劳强度设计 (11)4.2.3 校核齿面接触疲劳强度 (12)4.3轴设计 (12)4.3.1 原动轴(2轴)设计 (12)4.3.1.1 选择轴的材料 (12)4.3.1.2 求出轴上的功率、转速和转矩 (12)4.3.1.3 轴的初估计算 (12)4.3.1.4 轴上零件的周向定位 (13)4.3.1.5 确定轴上圆角和倒角尺寸 (14)4.3.1.6 根据轴的结构作出轴的计算简图（图8） (14)4.3.1.7 按弯扭合成应力校核轴的强度 (15)4.3.1.8 精确校核轴的疲劳强度 (16)4.3.1.9 绘制原动轴的工作图（附录） (18)4.3.2 驱动轴（1轴）设计 (18)4.3.2.1 轴的材料选择 (18)4.3.2.2 求出轴上的功率、转速和转矩 (18)4.3.2.3 轴的初估计算 (18)4.3.2.4 轴上零件的周向定位 (19)4.3.2.5 确定轴上圆角和倒角尺寸 (19)4.3.2.7 校核轴的强度 (21)4.3.3 转向机构的设计及计算 (22)4.3.3.1 转向机构有关计算 (22)4.3.3.2 曲轴（3轴）设计 (23)4.3.4 支承轴（4轴）设计 (29)4.4滚动轴承的校核 (29)4.5键强度校核 (29)4.5.1 原动轴上键的校核 (29)4.5.2 驱动轴上键的校核 (30)4.5.3 曲轴上键的校核 (30)5 设计小结 (31)参考文献 (32)致谢 (33)绿色小车1绪论1.1引言1．“环保在身边之‘无碳生活’”一贴在东楚网黄石新闻网发出后，众多网友纷纷跟帖只招，倡导“无碳生活”。
一种S 型无碳小车的轨迹及参数设计
假 设 p(x,y) 为 轨 迹 上 任 意 一 点， 由 微
分法
,
;车
身转过角度
，驱动轴转过角度
，行驶距离
。进一步
得出任意参考点处的运动关系方程式
（6）
从而完成了小车运动模型的建立。
4 运动轨迹仿真
利用 Matlab 编写程序对其经行仿真分析， 从而可定出具体各个参数的值。考虑到加工 制作误差与精度的保证有一定的较大的困难 性，因此应该选取最佳范围，结合实际加工 经行微调，从而最终达到理想的轨迹路线， 见图 6。
AUTOMOBILE DESIGN | 汽车设计
时代汽车
一种 S 型无碳小车的轨迹及参数设计
熊藜 杨星 杨冰 娄松 重庆交通大学 机电与车辆工程学院 重庆市 400074
摘 要：本文根据本次工程训练大赛 S 型无碳小车的设计要求，通过对竞赛任务的分析与研究，完成了小车的轨迹 设计、具体参数以及后期制作中总结出了的调试方法。通过 Matlab 软件对运动轨迹进行了编程与仿真，确 定出小车曲柄长度、连杆长度以及前车轮距连杆的垂向距离之间的关系。最终制作出的小车具有运行平稳、 行驶速度慢，行驶距离长等特点。
3.1 总体机构设计 根据机构的构成方式把小车分为车架、 原动机构、传动机构、转向机构、行走机构、 微调机构六个模块，从而进行模块化设计。 这种构成方式更合理的利用的砝码的重力势 能，有效减少了能量的损耗。小车结构简图 如图 2 所示。
图 2 小车结构简图ab dL来自r12 设计要求
本次大赛的竞赛题目命名为“以重力势 能驱动的具有自动方向控制功能的避障小车 竞赛”。自主设计并制作一种具有方向控制 功能的自行小车，要求其行走过程中完成所 有动作所需的能量均由给定重力势能转换 而 得， 不 可 以 使 用 任 何 其 他 来 源 的 能 量。 该给定重力势能由竞赛时统一使用质量为
无碳小车结构设计方案
产品名称
小车
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编号
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
Structure Design Scheme
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。
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
转矩设计数据
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 轮尺寸。 小车在转弯过程中后轮存在差速，所以应采用单轮驱动，这样实现差速， 效率较高。 在齿轮传动中存在法向力 Fn 分解成两个相互垂直得力，切于分度圆上的 圆周力 Ft 和沿半径方向的径向力，减小齿轮齿间粗糙度可减小齿轮传动过 程中的摩擦力。
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
基于凸轮转向的S型无碳小车的结构设计
基于凸轮转向的S型无碳小车的结构设计作者：李祥光刘义才文春海李洲来源：《科技风》2017年第18期摘要：为对凸轮式S型无碳小车进行结构设计，使其按照预设轨迹运行。
首先通过计算确定所需轨迹的振幅和偏转角的数值，并采用SOILDWORKS在确定数值情况下对无碳小车各机构零部件进行参数化建模、部件受力分析及全部零件的装配模拟，然后将实际轨迹与预设轨迹进行误差分析，对各部件进行优化处理，使其更加符合预设轨迹。
通过对制作的实物模型进行实验，使无碳小车达到行驶轨迹稳定，结构简单轻巧和便于拆装的要求。
关键词：无碳小车；参数化建模；装配模拟；误差分析；轨迹稳定“无碳”是当今社会发展的趋势，此次全国大学生工程训练综合能力竞赛，以“无碳小车”为主题，基于全国各高校综合性工程训练教学平台来提高大学生的创新意识，实践能力和团队协作精神，对各大高校创新型人才的培养极有意义。
在历届的工程训练大赛中，对于“无碳小车”的机构总是有不同的创新，陈果等使用了了空间曲柄摇杆机构，通过连杆的传递使得水平面上的摇杆前后摆动，与摇杆固定连接的方向轮随之左右摆动从而实现小车转向要求[1]。
曹斌等确定了槽轮机构用公式计算迭代和描点成像功能，实现了小车轨迹的仿真和参数的即时修正[2]。
季元进等改变了一般齿轮定心啮合为变心啮合导致后轮形成速度差使车体走似简谐波从而达到轨迹要求[3]。
本文采用了凸轮结构，通过计算所需要的转角及结构所需行程确定凸轮行程及基圆半径，通过凸轮推杆带动前轮摆动，使小车按预设轨迹运行。
一、设计概述无碳小车主要由传动机构和转向机构组成，行走的轨迹与车轮主动轮直径、传动比、凸轮行程、车头转向角的大小相关。
在小车行进过程中由动力源（砝码）带动的小车下落产生的能量为4J，因此设计过程中齿轮间传动比与主动轮的大小对减小摩擦力有很大的关系，适当的减轻车身重量对减少能量消耗起很大的帮助。
设计时考虑零件尺寸时，选用常用标准件能够有效的减少加工时间和节省经费，并且具有可替换性。
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装 订 线
学校名称：
-2-
装 订 线
参赛项目：
学校名称：
小车装配图
比例
2018 年第五届湖南文理学院大学生工程训练综
合能力竞赛
1:2
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装 订 线
参赛项目：
பைடு நூலகம்
学校名称：
小车装配爆炸图
2018 年第五届湖南文理学院大学生工程训练综合能力 竞赛
比例 1:2
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传动设计数据
2018 年第五届湖南文理学院大学生工程训练综合能力竞赛
结构设计方案
Structure Design Scheme
1、设计思路
参赛项目 “S”型赛道常规赛
1．小车底板及轴承座通过 SLA 3D 打印技术使用光敏树脂材料一体化打出，上面安装以支承输 入轴、驱动轴、吊挂重物的立杆等小车的转向机构也要通过轴承固定在底板上。
参赛项目：
学校名称：
传动机构展开图
2018 年第五届湖南文理学院大学生工程训练综 合能力竞赛
比例 1:2
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装
订
转矩设计数据
线 各级转矩及摩擦力矩分析： 砝码重量为 10N,绕线轮输入力矩为 10N*11/2mm=55N/mm； 摩擦力矩为 1N/mm； 绕线轮输出力矩为 55N/mm-1N/mm=54N/mm； 输出牵引力为 54N/mm÷44/2mm=2.45N 驱动轴输入力矩为 2.45N*5/2mm=6.14N/mm 摩擦力矩为 1N/mm 驱动轴输出力矩为 6.14N/mm-1N/mm=5.14N/mm 驱动轮牵引力为 5.14N/mm÷200/2mm=0.0514N
通过参加这次竞赛我想我以及我们的小组成员，得到的更是一种潜意识里的改变，我们获得了 成长，我想这也是此次竞赛的根本目的。
产品名称
小车
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编号
参赛项目：
学校名称：
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参赛项目：
2018 年第五届湖南文理学院大学生工程训练综合能力竞赛
小车照片
The car photos
注：该模板用于结构设计 方案的照片页。
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．输入轴通过二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．小车的转向通过双凸轮实现，在具体调试时，对杆长进行调节以满足规定要求。 5．小车的驱动轮采用差速设计，减少能量损耗且便于转弯。 装
2、小车出发定位方案
以桩的轴线向前为 Y 轴正方向、出发线右边为 X 轴正方向建立平面直角坐标系。一张带标准圆规
刻度的 A4 纸，纸张上圆规的原点 O 点为小车右轮接触点
正变桩出发点、角度：O(0，-14);∠0
订
负变桩出发点、角度：O(-5，-10);∠+30
3、总结和体会
在无碳小车的设计、加工、装配、调试等环节中，我们在设计、论证、实验验证的过程当中反复 探索、不断前进。这个过程，增强了我们对专业知识的理解，锻炼了我们的动手能力，以及对项目 的整体把握能力，合作管理能力，协调能力，同时加深了在规定时间完成规定的事情的意识。在无 线 碳小车不断完善的过程中遇到了很多问题，通过发现问题、分析问题、解决问题，使我们学会了如 何从工程设计的角度去看待问题。