无碳小车的机构与运动分析
无碳小车的机构与运动分析
1 无碳小车的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。
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。
要求小车行走过程中完成所有动作所需的能量均来自重物重力势能转换，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。
2 无碳小车机构运动设计和性能分析图1 无碳小车机构简图小车由重物下降通过尼龙线带动绕线轮为小车提供动力，由零件1，2,3,4,5无碳小车的机构与运动分析吴朝春 西南交通大学机械工程学院 四川成都 611756组成的曲柄连杆机构控制前轮的摆动实现小车的导向，利用齿轮传动将动力传递到后轮轴实现小车的驱动。
同时为了更好的实现小车的性能要求：位移路程比V、位移S、、跑偏量L、绕桩数N，对小车五大机构进行最大程度优化。
3 无碳小车机构分析3.1 无碳小车的结构组成无碳小车主要有五大机构构成： 1）支撑机构：小车的骨架，是各机构布置的基础；2）原动机构：提供小车运动的装置，实现重物块重力势能转变为小车的动能； 3）传动机构：将原动机构一部分能量传递到转向机构；4）转向机构：完成小车的导向，保证小车实现预定轨迹运行； 5）驱动机构：实现小车的前进 。
3.2 支撑机构的设计车辆底板承受较大的载荷，而且要求在强度足够的情况下，重量尽可能地小。
考虑到重量、加工成本等，底板采用3mm 厚的铝合金加工压制制作，底板前端叠加一块加固板增加转向部分的强度；后轮主轴支架，大齿轮轴支架采用5mm 厚铝合金板制作，而且采用一体成型的方法，减小零件数量。
铝的材料密度小，强度较大，而铝合金的性能更优于普通铝制材料，适合用来制作支架。
其次，为了制作和携带方便，将重物支撑架单独制作，将每一根支架杆两端攻螺纹，最后用螺栓固定到底板上。
无碳小车设计研究
无碳小车设计研究针对全国大学生工程训练综合能力竞赛题目，要求设计一辆S型或者8字型无碳小车，竞赛命题是以重力势能驱动的具有方向控制功能的自行装置。
文章主要分别介绍了无碳小车S型与8字型的异同点，使人们对无碳小车有更深入的了解。
标签：无碳小车；8字型与S型区别；结构设计1 8字型无碳小车1.1 设计简图8字型无碳小车以重力作为驱动力，具有自动转向功能。
小车的综合性能以越障能力作为评优标准。
设计的结构简图如图1所示1.2 小车整体设计8字型无碳小车结构是由原动机构、传动机构、转向机构和调节机构组成的。
其中原动机构的动力是由重物下落时的重力势能转化而来；传动机构可以采用齿轮传动；转向机构是由曲柄摇杆结合不完全齿轮构成；调节机构则通过调节螺丝来完成。
1.3 加工制作车底板因为不需要承受很大的压力，精度要求不是非常高，考虑到质量轻，并且加工方便以及成本低等因素，决定用铝合金薄板加工制作成三角形式底板。
可以利用&=4mm铝合金板的边角废料，节约且易加工。
1.4 转向机构转向机构是本小车的关键部分，尤其8字型小车要求十分严格。
能实现转向控制的机构通常有：曲柄连杆+摇杆，曲柄摇杆，凸轮机构+摇杆和差速转弯等几种方式。
通过实际对比分析可得出，凸轮机构虽然结构简单，紧凑，但轮廓轨迹加工和计算难度较大。
而曲柄连杆+摇杆，其工作原理简单明了，加工和零件设计均易实现。
该结构可将旋转运动转化为满足实际要求的往复直线运动，进而使得摇杆带动转向轮做周期性左右转动来实现拐弯避障功能。
为了减少因紧固连接而造成的摩擦损耗，可以在连杆两段使用万向节。
万向节转向灵活，机构紧凑可购买。
既提高了转向精度又降低了成本，此转向机构具有结构易加工，成本低，调节稳定等优点。
1.5 动力转换机构动力转换机构的功能是将重块的重力势能转化为主动轮的驱动力，从而把重力势能转换为小车前进的动能。
其中简单易行的方案是：利用细线和定滑落机构，细线两段分别绕在卷筒上和栓在重锤上，而卷筒则固定在驱动轮轴上，使得重锤的重力可以转换为驱动轮上的扭矩，从而带动主动轮产生动力。
无碳小车动力学分析
无碳小车动力学分析第一篇：无碳小车动力学分析2、相关计算：原动机构的作用是将重物下降的重力势能转化为小车的动能。
在重物下降过程中，驱动轴转动，为小车提供动力，设重物质量为M,下降高度为h，则其重力势能为Mgh,转化为自身的动能EK1、小车的动能EK2、小车行走过程中的摩擦及损耗W损，Mgh=12Mv12，E1k1+EK2+W损其中，EK1=12Mv12，EK1=v为重物下降的速度，也是驱动轴的线速度；n周，v2为同一时刻小车的行进速度，也是后轮的线速度；设驱动轴转动一周，后轮转动所以，vv12=d驱动轴nd后轮设重物下降过程中加速度为a, 绳子的拉力为T, 有：T=M(g-a)由此产生的力矩为：M1=T⋅R驱动轴⋅λ（其中λ为考虑摩擦影响而设置的系数）分析可得：1.当拉力一定时，驱动轴半径越大，产生的力矩越大，驱动轴半径越小，产生的力矩越小；2.当力矩M达到一定的大小保持不变，驱动轴半径越小，拉力T越大，从而使物块减速。
3、机构设计根据前面的分析与计算，将驱动轴设计为阶梯轴：3.1.3动力学分析模型 a、驱动如图：重物以加速度向下加速运动，绳子拉力为T，有T=m(g-a) 产生的扭矩M2=T⋅r2⋅λ1，（其中λ1是考虑到摩擦产生的影响而设置的系数。
）驱动轮受到的力矩MA，曲柄轮受到的扭矩M1，NA为驱动轮A 受到的压力，FA为驱动轮A提供的动力，有MA+M1=M2⋅λ2i（其中λ2是考虑到摩擦产生的影响而设置的系数）MA=NA⋅δ+FA⋅Rb、转向假设小车在转向过程中转向轮受到的阻力矩恒为MC，其大小可Nc1⋅BRc1-μ11-μ2π(+)E1E222σc=由赫兹公式求得，Nc=σc⋅B⋅2b 由于b比较小，故 Mc=μσcbB142对于连杆的拉力Fc，有sinθc2=θc=1r1⋅sinθ1 lπ2-α-arcsinc⋅(1-cosα)l⋅cosθc2Mc=Fc⋅cosθc2⋅c⋅sinθc1M1=Fc⋅c⋅sin(θ+θc2)c、小车行走受力分析设小车惯量为I，质心在则此时对于旋转中心O'的惯量为I'22'I=I+m[(ρA-a1)+a3]（平行轴定理）Nc⋅δNB⋅δ22I'⋅α=FA⋅ρA-⋅(ρA-a1)+d-(ρA-a1-a2)rcR小车的加速度为：aA=δ⋅ρAaAa=Rr2整理上述表达式得：第二篇：无碳小车第四届全国大学生工程训练综合能力竞赛命题说明及赛项安排（讨论稿）1.竞赛主题本届竞赛主题为“无碳小车越障竞赛”。
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。
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。
无碳小车动力学分析
2、相关计算：原动机构的作用是将重物下降的重力势能转化为小车的动能。
在重物下降过程中，驱动轴转动，为小车提供动力，设重物质量为M ,下降高度为h ，则其重力势能为Mgh ,转化为自身的动能E K 1、小车的动能E K 2、小车行走过程中的摩擦及损耗W损，W E EK k Mgh 损++=21其中，v E M K 21121=,v E M K 21121=,v 1为重物下降的速度，也是驱动轴的线速度；v2为同一时刻小车的行进速度，也是后轮的线速度；设驱动轴转动一周，后轮转动n 周，所以，d d vvn 21后轮驱动轴=设重物下降过程中加速度为a , 绳子的拉力为T , 有：)(a g M T -=由此产生的力矩为：λ⋅⋅=R MT 驱动轴1（其中λ为考虑摩擦影响而设置的系数）分析可得：1.当拉力一定时，驱动轴半径越大，产生的力矩越大，驱动轴半径越小，产生的力矩越小；2.当力矩M 达到一定的大小保持不变，驱动轴半径越小，拉力T 越大，从而使物块减速。
3、机构设计根据前面的分析与计算，将驱动轴设计为阶梯轴：3.1.3动力学分析模型 a 、驱动如图：重物以加速度向下加速运动，绳子拉力为T ，有)(a g m T -=产生的扭矩122λ⋅⋅=r T M ，（其中1λ是考虑到摩擦产生的影响而设置的系数。
）驱动轮受到的力矩A M ，曲柄轮受到的扭矩1M ，A N 为驱动轮A 受到的压力，A F 为驱动轮A 提供的动力，有221λ⋅=+M i M M A （其中2λ是考虑到摩擦产生的影响而设置的系数）R F N M A A A ⋅+⋅=δb 、转向假设小车在转向过程中转向轮受到的阻力矩恒为C M ，其大小可由赫兹公式求得，)11(1222121E E R B N cc c μμπσ-+-⋅=b B Nc c 2⋅⋅=σ由于b 比较小，故241bBM c c μσ=对于连杆的拉力c F ，有lr c 11sin 2sin θθ⋅=21cos )cos 1(arcsin2c c l c θααπθ⋅-⋅--=12sin cos c c c c c F M θθ⋅⋅⋅=)sin(21c c c F M θθ+⋅⋅=c 、小车行走受力分析设小车惯量为I ，质心在则此时对于旋转中心O '的惯量为I '])[(2321a a m I I A +-+='ρ（平行轴定理）)()(21221a a R N d a r N F I A B A c c A A --⋅-+-⋅⋅-⋅=⋅'ρδρδρα小车的加速度为：A A a ρδ⋅=2r aR a A =整理上述表达式得：。
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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踏实肯干，努力奋斗。2020年10月24 日下午7 时4分2 0.10.24 20.10.2 4
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追求至善凭技术开拓市场，凭管理增 创效益 ，凭服 务树立 形象。2 020年1 0月24 日星期 六下午7 时4分1 5秒19:04:1520 .10.24
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
无碳小车设计报告
2014年****工程训练综合能力竞赛无碳小车设计报告参赛者：指导老师：2014/10/151、设计概述“无碳小车”是将重力势能转换为机械能，使小车实现行走及转向功能的装置。
小车由能量转换机构、传动机构、转向机构和车身构成，首先通过能量转换机构获得动力来驱动后轮转动，继而通过传动机构将运动传给转向机构使转向轮，利用横纵向直线运动复合运动使转向轮呈正弦波形周期性摆动，从而避开设置在波形内固有间距的障碍物。
具体设计为小车以1kg重物块下落500mm产生的重力势能作为动力，通过线绳带动齿轮轴等传动机构，单轮驱动；通过正弦机构带动前轮周期性摆动实现转向。
无碳小车结构设计总装图如图所示。
2、设计思路和方案小车的设计分为三个主要阶段：功能分析、、制造加工调试2.1功能分析对小车功能要求进行分析，寻找功能元解，将小车分为车架、原动机构、传动机构、转向机构、行走机构、微调机构六个模块。
对每一个模块进行多方案设计，综合对比选择最优的方案组合。
2.2参数分析与个性化设计利用Solidworks软件进行小车的实体建模、部分运动仿真。
对方案建立数学模型进行理论分析，使用MATLAB软件分别进行能耗规律分析、运动学分析、动力学分析、灵敏度分析，得出小车的具体参数和运动规律。
2.3 机械总功能分解及功能元解表1.势能转向小车形态学矩阵2.4 机构选型基本原则①满足工艺动作和运动要求。
②结构最简单,传动链最短。
③原动机的选择有利于简化结构和改善运动质量。
④机构有尽可能好的动力性能。
⑤机器操纵方便、调整容易、安全耐用。
⑥加工制造方便，经济成本低。
⑦具有较高的生产效率与机械效率。
2.5转向机构分析目前，能够实现无碳小车车轮转向控制的机构主要有曲柄摇杆机构、正弦机构（曲柄移动导杆机构）、RSSR空间四杆机构凸轮推杆机构和圆轮导杆机构。
这5 种机构在结构和功能上有各自的特点。
转向机构是本小车设计的关键部分，直接决定着小车的功能。
转向机构也同样需要尽可能的减少摩擦耗能，结构简单，零部件已获得等基本条件，同时还需要有特殊的运动特性。
无碳小车之运动分析剖析讲解
tan θ’=c1c2 ÷oc2=b2b1 ÷oc2
其他分析：
装配体1.avi
C点随时间的位移图
原方案
预备方案
由图可以看出，连杆2的长度必须大于摇杆1的长度的才能保 证各机构的正常工作。鉴于小车本身长度的限制，我们准备
了一个预备方案如下：
• 原方案yundong.avi
预备方案修改 后.avi
改方案原因
a1 b1
a2 b2
a3
b3
c1
1.左转弯θ’
θ’
2.直线行驶 c2
c3 3.右转弯θ’’
摇 杆1
a3a3
aa22 b3a1
连杆 2
b2
b1
a1
连杆 3
o
θ’’ θ’
c1
c3
c2
tan θ’’=c3c2 ÷oc2=b3b2 ÷oc2 要使θ’’=θ’，即b3b2=b2b1 又b3b2+b2b1=2倍摇杆长度 所以b3b2=b2b1=摇杆的长度 tan θ’’= tan θ’=摇杆的长度÷oc2
无碳小车之运动分析
小车运动模拟视频
初方案视频
试验车b.avi
预备案
修改后.avi
传动部分机构俯视图
传动部分正视图
匀速机构
匀速
机构运动简图
自由度：F=(6-3)*4-(5-3)*5-(4-3)*1=1
运动分析
• 1.向左转弯 θ= θ’ • 2.直线行驶 θ=0 • 3.向右转弯 最大角度θ =θ’’ • 4.直线行驶 θ=0
无碳小车结构原理
无碳小车结构原理无碳小车是指使用无碳能源驱动的小型车辆，其结构原理主要涉及能源供给、动力传输和控制系统三个方面。
一、能源供给无碳小车使用的能源主要包括太阳能和电能。
太阳能是一种清洁、可再生的能源，通过太阳能电池板将太阳能转换为电能，供给小车的动力系统。
太阳能电池板由多个光电池组成，光电池将光能转化为电能。
这些光电池通过串联或并联的方式组成太阳能电池板，以提高输出电压和电流。
另一种能源供给方式是电能，可以通过外部电源或者内置的电池供给无碳小车的动力系统。
外部电源可以是充电桩或插座，通过连接线将电能传输到无碳小车的电池中。
内置的电池可以是锂电池或者其他可充电电池，通过充电器将电能存储在电池中，供给小车的动力系统使用。
二、动力传输无碳小车的动力传输主要通过电机实现。
电机是将电能转化为机械能的装置，常见的电机有直流电机和交流电机。
无碳小车通常采用直流电机，其结构简单、效率高。
电机通过传动装置将产生的旋转力矩传递给车轮，推动车辆前进。
传动装置通常由齿轮、链条和带轮等组成。
齿轮传动可以实现不同转速和扭矩的传递，通过合理的齿轮组合可以使车轮获得适当的转速和扭矩，以适应不同的道路条件和速度要求。
链条传动和带轮传动主要用于长距离传递动力，通过链条或带轮将电机的动力传递到车轮，推动车辆前进。
三、控制系统无碳小车的控制系统是实现车辆运动控制的关键部分，主要由控制器、传感器和执行器组成。
控制器是车辆的大脑，负责接收传感器的信号，处理并发出控制指令。
传感器用于感知车辆周围的环境和车辆本身的状态，常见的传感器有光电传感器、温度传感器和加速度传感器等。
执行器根据控制器的指令，控制车辆的转向、加速和制动等动作。
控制系统采用微处理器和编程控制技术，根据预设的程序和算法进行控制，实现车辆的自动驾驶或远程控制。
无碳小车的控制系统还可以通过无线通信技术与其他设备进行信息交互，实现智能化和互联网功能。
无碳小车的结构原理主要包括能源供给、动力传输和控制系统三个方面。
8字无碳小车
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。
解决方案 小车的匀速运动过程
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.
3．细节设计
车身 车轮 轴承 以减小小车重力和阻力为目的
无碳小车设 计说明
1.构架部分 2.传动结构
(转向部分 驱动部分）
3.细节说明 4.体会
装配爆炸图
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.传动结构
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，利用后轮转轴上安放多个不
同半径的齿轮以及转向齿轮处的活动结构调节 8字轨迹的大小，实现轨迹间距可调性
4.体会
从这次的大赛中学到许多课本上学不到的东西， 领悟了许多平时不理解的东西，相信大家都对 这次比赛体会很深。最后，我真心希望我们学 院能够更加重视有关创新设计方面的大赛，学 院在管理、督查方面多下功夫，鼓励我们的学 生去思考、去想象、去创新、去设计、去制造、 去参赛。
与此同时也希望我们的学生能够更加努力去学习课 本上的理论知识，尤其是机械原理、机械设计、工 程力学方面的知识，这些知识在设计方面太重，切不可将两者脱离联系。李 老师给我们说过纯理论的东西根本不能用，希望我 们系的学生在学好理论知识的同时能够多去思考， 多去实践，在实践中检验真理、发展真理，真正的 做到学有所长、学有所用，而不是只会简单的应付 考试罢了！
基于平面凸轮机构的双“8”轨迹无碳小车设计概述
基于平面凸轮机构的双“8”轨迹无碳小车设计概述随着环境保护意识的增强，无碳能源的研究和应用逐渐成为人们关注的焦点。
为了推动无碳交通工具的发展，本文将设计一种基于平面凸轮机构的双“8”轨迹无碳小车，以实现无碳出行的目标。
本文将对平面凸轮机构进行介绍和分析。
平面凸轮机构是一种常见的机械传动装置，能够将转动运动转化为直线运动。
通过合理设计凸轮轮廓曲线及相关参数，可以实现各种复杂的轨迹运动。
基于此原理，本文将设计一种特殊的“8”轨迹，将无碳小车的运动限制在固定轨道上，从而实现规律性的运动。
本文将对双“8”轨迹无碳小车的结构进行设计。
无碳小车由车身、轮轴、轮胎和传动装置等组成。
车身是承载整个结构的主要部分，必须具备足够的强度和稳定性。
轮轴是将车轮与车身连接的部件，需要具备较高的刚度和耐磨性。
轮胎是与地面接触的部件，需要具备良好的抓地性能和耐久性。
传动装置是将电能转化为动力的部件，需要具备高效率和可靠性。
接下来，本文将详细介绍双“8”轨迹无碳小车的工作原理。
该小车的运动轨迹呈现双“8”字形，通过凸轮机构的驱动，使得小车在轨道上来回摆动。
为了保证小车的平稳运动，设计中需要考虑凸轮轮廓曲线的形状、角度和速度等参数，并通过合理调节来实现理想的运动效果。
本文将对双“8”轨迹无碳小车的优缺点进行评估和展望。
相比传统的燃油车辆，无碳小车具有零尾气排放、低噪音和环保等优点，能够有效减少空气污染和交通噪音。
由于无碳能源的储存和供应仍存在技术难题，无碳小车在能源消耗和续航里程等方面仍然有待改进。
基于平面凸轮机构的双“8”轨迹无碳小车设计是一项具有挑战性和实用性的工程项目。
通过合理设计和优化，可以为无碳交通工具的发展做出贡献，并推动低碳环保生活方式的普及。
无碳小车
四：结语 以上便是我组关于无碳小车的设 计方案，经过了一段时间的思考， 整理，实施，改进到完成。我们最 终将无碳小车从模糊的理念落实到 了现实。限于知识水平的有限，这 其中不乏一些错误，望老师予以指 导帮助，以期达到更大的进步。
参赛人：杨远来、李参、罗哲
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。
“无碳小车” 方案书
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。
三：详细设计方案 •小车结构尺寸如图所示
小车动力、动力—转向、转向系统 1、小车的动力系统（如下图 ）
S型无碳小车结构设计
S型无碳小车结构设计随着环保意识的不断提高，无碳小车作为一种清洁、节能的运输工具，逐渐受到了人们的。
S型无碳小车作为一种典型的设计，具有其独特的优势。
本文将从S型无碳小车的结构设计出发，阐述其设计理念、实践方法以及所面临的挑战。
S型无碳小车是一种使用太阳能或其他绿色能源作为动力源的小型车辆。
其特点主要包括零排放、节能环保、便捷实用等。
结构设计对于S型无碳小车的性能和稳定性有着至关重要的影响。
合理的结构设计能够最大程度地发挥车辆的性能，提高其稳定性和耐久性。
S型无碳小车的结构设计通常包括以下几个方面：车身结构、悬挂系统、动力传输、制动系统以及转向系统。
在设计过程中，我们首先需要考虑的是如何将太阳能转化为动力，并实现车辆的驱动和转向。
此外，合理的车身结构和悬挂系统也是提高车辆稳定性和舒适性的关键因素。
在设计S型无碳小车的车身结构时，我们需要考虑车身的材料、强度、轻量化以及生产工艺等因素。
同时，还需要注意车身结构与太阳能电池板之间的匹配，以充分利用太阳能。
悬挂系统的设计则需要根据车辆行驶的路况和舒适性要求来进行，以保证车辆在行驶过程中的稳定性和平顺性。
制动系统和转向系统的设计也是S型无碳小车结构设计的关键部分。
对于制动系统，我们需要考虑制动器的类型、制动性能以及与车轮的匹配等因素。
而对于转向系统，则需要转向器的类型、转向灵敏度以及与车轮的连接方式等因素。
在进行S型无碳小车结构设计时，我们需要注意以下几点：首先，要确保设计的结构合理、性能稳定，并能够满足车辆的使用要求；其次，要在保证车辆性能的同时，尽可能地减轻车身重量，以提高车辆的能效；最后，要注意选择合适的材料和工艺，以满足车辆的强度和耐久性要求。
总的来说，S型无碳小车结构设计是一个充满挑战和机遇的领域。
通过不断的研究和实践，我们可以进一步提高S型无碳小车的性能和稳定性，实现其在更多领域的应用。
同时，我们也应该意识到，S型无碳小车的设计与制造需要强大的技术支持和资源投入，因此，我们需要不断加强技术研究和创新，以推动S型无碳小车的发展。
无碳小车
无碳小车设计简要
本设计的无碳小车主要由车架部分、驱动部分和转向部分组成，主要构件有：定滑轮、支架、转轴、，齿轮、齿轮条、连杆机构等。
无碳小车驱动与转向原理图
小车驱动部分的工作原理：由重物拉动绳子（绳子另一端接齿轮条）齿轮条带动轮轴上对应的齿轮1及车轮转动同时通过齿轮2及齿轮3将发条拉紧直至重物落在小车上的弹片（作用是将齿轮3拨开使其大端齿轮与齿轮5配合进而使发条释放能量）同时齿轮条脱离齿轮。
发条释放能量带动齿轮3旋转同时通过齿轮3带动齿轮5旋转（齿轮5固定在轮轴上，其作用是将齿轮3的反响旋转转为正向旋转）从而使小车加速运行！
小车转向部分的工作原理：小车在运行过程中，通过圆锥齿轮6（固定在转轴上）带动圆锥齿轮7旋转，设车轮半径为0.1m,即当小车行驶1m时齿轮5旋转20圈，此时齿轮6旋转半圈通过连杆机构带动前轮向左或向右偏转，从而完成转向动作！
小车转向装置示意图。
无碳小车的原理与计算
无碳小车的原理与计算原理介绍一．连动原理：我们使用了凸轮转向机构来实现转向轮的转向功能。
具体方法如下：在齿轮的外侧表面上制作凸圆形的内槽道，滚子置于槽道内。
滚子与连杆以转动副相连，连杆与转向把以转动副连接，这样，当齿轮转动时，凸圆槽道在转动过程中就会推动连杆做进给运动，实现转向把转动可控制转向轮的方向。
我们将凸轮设计成内凹槽轨道凸轮机构，而外形设计成齿轮，这样的设计有以下优点：1.凸轮起到了齿轮和凸轮的双重作用，一轮两用有利于我们的加工，节约成本和加工时间减少重量。
2.使用内凹槽轨道与滚子连接可以使装置的稳定性增强，不会产生脱扣滑扣得困扰。
二．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。
要解决的问题：1下降过程中，尽可能的降低下落的速度；2在小车运动中，会受到转弯时的向心力做离心运动，从而不稳定，会导致轨道变形。
解决方案：1.把绕线轮设计成锥形，在开始运动时绕线轮的半径较大，使得开始有足够的驱动力使小车驱动。
在驱动之后，绕线轮的半径较小，使小车能在运动中持续稳定。
2.在重物周围加三根垂直细杆，固定重物的下落轨迹，保持小车的稳定。
无碳小车计算一．受力计算：小车质量P0，小车驱动力矩M，物块质量m, D轮子直径，Φ拉力轴直径M=F0×D/ 2M由G获取M= G×Φ/ 2= F0×D/ 2此时F0= G×Φ/D二．摩擦计算：S为小车行走距离，mm，η为小车总效率，F0为小车牵引力，F0×S =G×400mm×ηS =G×400mm×η/ F0前面防滑计算得出：F0＜F = M（小车）g×f为了增大小车行走距离，为了避免能量损失不打滑，在保证能够驱动小车行走的前提下，F0 越小越好。
具体数据的计算：在确定驱动轮半径长度时，通过8字曲线的长度来确定，在定量凸轮制成后由实验准确数据测得8字曲线长度，换算得来。
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1 无碳小车的设计要求
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。
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。
要求小车行走过程中完成所有动作所需的能量均来自重物重力势能转换，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。
2 无碳小车机构运动设计和性能分
析
图1 无碳小车机构简图
小车由重物下降通过尼龙线带动绕
线轮为小车提供动力，由零件1，2,3,4,5
无碳小车的机构与运动分析
吴朝春 西南交通大学机械工程学院 四川成都 611756
组成的曲柄连杆机构控制前轮的摆动实现小车的导向，利用齿轮传动将动力传递到后轮轴实现小车的驱动。
同时为了更好的实现小车的性能要求：位移路程比V、位移S、、跑偏量L、绕桩数N，对小车五大机构进行最大程度优化。
3 无碳小车机构分析
3.1 无碳小车的结构组成
无碳小车主要有五大机构构成： 1）支撑机构：小车的骨架，是各机构布置的基础；
2）原动机构：提供小车运动的装置，
实现重物块重力势能转变为小车的动能； 3）传动机构：将原动机构一部分能
量传递到转向机构；
4）转向机构：完成小车的导向，保证小车实现预定轨迹运行； 5）驱动机构：实现小车的前进 。
3.2 支撑机构的设计车辆底板承受较大的载荷，而且要求在强度足够的情况下，重量尽可能地小。
考虑到重量、加工成本等，底板采用3mm 厚的铝合金加工压制制作，底板前端叠加
一块加固板增加转向部分的强度；后轮主轴支架，大齿轮轴支架采用5mm 厚铝合金板制作，而且采用一体成型的方法，减小零件数量。
铝的材料密度小，强度较大，而铝合金的性能更优于普通铝制材料，适合用来制作支架。
其次，为了制作
和携带方便，将重物支撑架单独制作，将
每一根支架杆两端攻螺纹，
最后用螺栓固定到底板上。
3.3 原动机构的设计
为了让重物的重力势能转化为小车的动能，即将重物块的直线下降运动（以小车底盘为参考系）转化为小车车轮的旋转运动。
首先我们在结构中加入一个滑轮，通过滑轮和尼龙线我们可以将作用在重物块上的重力传递到绕线轴上，为驱动机构，转向机构的运行等提供保证，实现能量的转化。
3.4 传动机构的设计
经过原动机构已经实现了将重物块的直线下降运动（以小车底盘为参考系）转化为绕线轴的旋转运动。
但仅仅只有原动机构并不能实现小车的行进功能。
为此该小车必须设计一个转向机构，以及连接原动机构和驱动机构间的传动机构。
传动机构的功能目标：实现传动比3：1将绕线轴的转动传递到后轮轴上 。
传动功能的实现方式的选择：为了更好的实现传动机构的设计目标，本文作者根据该无碳小车的具体情况并在对比
了带传动和齿轮传动的优缺点后选择了齿数比为1:3的两个齿轮。
3.5 转向机构的选择
小车在行进过程中为了能完成“S”形前进，则小车必须有一个导向装置，本设计采用了前轮导向。
为了能实现前轮导向的功能采用了曲柄连杆机构实现前轮的自动转向。
转向机构由曲柄连杆机构构成。
曲柄连杆机构配合紧密加工简单运动可靠，本文设计方案曲柄连杆机构由关节轴承、转向摇杆前微调轴、微调连接杆、转向摇杆后微调轴和微调曲柄组成，采用微调曲柄和微调连杆长度的改变，调节前轮转动角度的大小从而满足障碍物间距变化造成的路线改变。
转向轴承为RBL 关节轴承，可以满足一定角度的空间任意方向的全尺寸旋转，因为为标准件可直接购买，降低了制作成本。
根据之前制作的无碳小车实际调试经验，转向机构的功能对无碳小车的运行效果起着至关重要的作用。
特别是微调曲柄和微调连杆长度的长度对小车轨迹运行影响巨大。
本文利用螺纹副来调节微调连杆长度，大大的提高了调节精度。
同时转向机构也同样需要尽可能的减少摩擦耗能，满足结构简单，零部件易获得等基本条件。
3.6 驱动方式设计
为了尽量减少滑动摩擦带来能量的损失,小车要实现“S”形行进，则小车后轮应该在转弯时实现差速，避免滑动摩擦。
实现方式：后轮交替驱动。
结构设计：利用单向轴承滚针轴承，同时为了增强小车行进的稳定性，利用普通轴承过盈配合连接，实现后轮轴与两后轮稳定连接。
4 运动分析
在重物下降的同时，尼龙线经过滑轮将力传递到绕线轴，形成转矩带动绕线轴的转动；通过曲柄连杆机构带动前轮的摆动实现前轮导向；通过齿轮啮合传动，将绕线轴的运动传递到后轮轴；后轮轴通过单向轴承将转动传递到后轮，后轮在地面给的摩擦力的作用下实现驱动；从而实现小车按照预定轨迹运行。