无碳小车结构设计报告
无碳小车报告
无碳小车报告一，无碳小车数据核算阶段在小组分工中我主要负责soliworks设计，无碳小车主要要是计算取值。
首先第一天我们就确定了用曲柄摇杆机构。
主要是因为我们采用了连接头这种有多个自由的的连接装置，才不会被卡死。
接下来是计算正弦曲线的长度，苦学了近一天MATLAB才勉强算出来最后我们综合考虑取了0.4-1-2.64这组数据，然后我们取得后轮半径是100cm最后算出传动比为4.2:1，所以我们决定选用4:1的比例（主要是因为市面的齿轮的齿数限制）接下来是我们定的初始参数，轮子r=100mm d=4mm单向轴承csk8pp 车架150*200 齿轮齿数分别是40齿和10齿，前轮22*2 轴d=8 和立式轴承座！对于转向差速问题，我们选用了单向轴承来实现差速，但是其实到后面好像没起什么作用，不知道是不是因为前轮的取材还是因为后轮本来就有问题，这都是后话了。
二，小车的加工阶段当数据都出来的时候我们就开始加工了，本来我以为可以休息一下的，但是后来车架一直没有得到解决，主要是一开始我们就在纠结什么数控，其实想我们这种选用pc板的小车你用数控其实是很不方便的，就像我们把车轮平一样，没有想到我居然后面融了，就变形了，对此真的是一个败笔。
希望后面的人可以注意一下这一点，有时候没有必要来时纠结一种方法，结果白白浪费了时间，到后面没办法就叫在塑料板上划线，然后手动加工了这是干的，接下来是负责数控编程，就洗轮子，小车的连杆摇杆和组装就是由我来了，我只能说小组的合作真的要相互配合，不然很容易出问题，在加工上才方向设计和加工时很有不同的，比如这之前的车架布局在后面的加工时发现组装时发生了干涉，我只能说是我们之前想的太美好。
所以在设计的时候我们最好为自己后面组装留多点空间，不会到时会很尬尴，哎。
不过后面还有问题就是因为重物的重心问题了，主要是稳定性的问题！三、设计构想及方案此机械传动的无碳小车由重力势能作为动力，驱动小车以预定的轨迹运动，根据运动的轨迹不同可以设计不同的传动机构以实现不同的功能。
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。
无碳小车方案设计
辅助机构
为了保证小车的正常 运行，避免中途停车，在 设计时必须对传动比取一 定的安全系数，这样就造 成小车的速度会越来越快 。这就存在小车因速度过 快而发生运动精确度降低 的危险。所以就需要一种 小车限速装置。
由于计算精度、加工精 度、场地限制等诸多因素的 影响，小车在成型后必须有 一套完善且尽可能简单的调 整辅助机构。
偏心线轮 非圆齿轮 偏心轮同步带
如何实现两个驱动轮的
几种非匀速比传动机构
偏心线轮 非圆齿轮 偏心轮同步带
如何实现两个驱动轮的
几种非匀速比传动机构
偏心线轮 非圆齿轮 偏心轮同步带
如何实现两个驱动轮的
如何解决同步带松动问题
1 装配间隙利用
2
弹簧张紧
3 偏心轮（凸轮）张紧
装配间隙利用
弹簧张紧
先设轨迹为一条类似正弦 曲线的平滑周期函数曲线
车体转动加速度 （其中的K表示车轮半径）
设初始位置小车中轴 线与轨迹图象x轴夹角 θ0，小车经过时间t 后转过角度Δθ，小 车驱动轴中点速度v。
行驶轨迹计算
积分方程组
∫Ωdt=Δθ
Vx=v cosθ Vy=v sinθ
X=∫Vxdt Y=∫Vydt θ0=dy/dx│t=0
偏心轮（凸轮）张紧
最终确定方案-------弹簧张紧
非匀速比传动相关计算
传动比的计算
传动比的计算
设轴距为L，偏心轮半径R，从动轮 半径r，偏心轮偏心距e、转速为ω ；时间t=0时两轮圆心距最大，偏心 轮顺时针转动。 则从动轮转速ω'=
转速比函数图象
小车行驶轨迹计算
设轴中点转弯半径R转，轮距d，左侧轮速度vl，右侧轮速 度vr。则有R转=
以离心离合器刹车和各个 调整机构为辅助
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。
无碳小车设计报告范文v40(20221015)-图文
无碳小车设计报告范文v40(20221015)-图文广州大学第二届工程训练综合能力竞赛暨第四届全国大学生工程训练综合能力竞赛竞赛项目：“S”型赛道场地竞赛成员：张伟鑫、古剑峰、冯燕柱学院：机械与电气工程学院指导老师：刘长红时间：2022年10月12日要我们对小车分别进行机械设计、工艺方案设计、经济成本分析、以及工程管理方案设计等。
其中，机械设计包括方案设计及修改、机构运动分析以及机构力分析等。
重物下落，通过滑轮机构把重物产生的拉力减半，并沿着与重物连接的细线传递到绕线轴中，从而传递到同轴的传动机构中，通过一定传动比的传动机构将转动速度加大，并把动力传到同轴的驱动轮驱使小车前行。
另外，传动机构也把动力传递给转向机构支持小车前轮转向，从而实现小车自动规避障碍物。
小车的功能分析图如下。
图3小车功能分析图2/433）要实现把滚轴的回转运动转换为前轮转向轴的水平滑动，且前轮的左右摆幅相同，实现小车前轮的转向问题，要且保证传动的准确配合。
4）将连续转动变为周期性摆动，可选择的机构很多，从机械设计的高效率和结构简单原则上作对比，在考虑好安装精度，传递效率、结构复杂程度以及成本高低后，选择相应的机构。
2.1.4微调机构1）微调机构一般配合转向机构存在，通过调节转向机构的尺寸信息以适应不同间距的比赛条件。
2）一台小车至少含有一个粗调装置和一个微调装置为宜，以做到快速并精确调整。
3）需通过多次试验确定最佳微调位置对应的最佳路线。
4）结构简单，调整方便。
2.2方案比较根据小车上各个机构进行比较，主要从原动机构、传动机构、转向机构和微调机构四个方面展开。
2.2.1原动机构方案一：捆绑着重物的细绳绕过定滑轮后被捆绑在绕线圈上并与绕线圈缠绕。
重物下降，捆绑着重物的细线绕过定滑轮，带动与后轮轴同心的绕线圈转动，进而驱动后轮转动和传动机构工作。
绕线轴呈锥形。
方案二：捆绑着重物的细绳分别绕过定滑轮和动滑轮后被捆绑在绕线圈上并与绕线圈缠绕。
《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
第三届无碳小车06S结构设计报告
依稀记得第一次接触无碳小车在我们的实训课上，当时的任课老师一再地强调这个比赛对我们自身以及学院的重要性，还特别地说此次比赛只允许机械院参加，鼓励我们积极参与其中。对于我们2010级学生来说，理论上的知识当然比不上那些学长学姐了，更别提实际操作经验了，然而参加这个比赛必定是要投入大量的人力物力的，有很大的可能到最后换来的不会是奖牌。但是我们骨子里有着初生牛犊不怕虎的精神，就算再累再苦，我想我们也会坚持下去的。全国大学生工程训练综合能力竞赛是面向在校大学生的一项综合性工程能力竞赛，内容上与高校工程训练教学相衔接，综合体现大学生机械创新设计能力、制造工艺能力、实际动手能力、工程管理能力和团队合作能力。竞赛的目的在于激发大学生进行科学研究与探索的兴趣，加强大学生工程实践能力、创新意识和合作精神的培养.
结构设计总图
比例
第2页
第二届全国大学生工程训练综合能力竞赛-设计图
共3页
驱动及转向原理图
比例
第3页
第二届全国大学生工程训练综合能力竞赛-设计图
共3页
2、设计方案
根据规则，驱动小车行驶过程的所有能量来自于1kg重块从400mm高度垂直下落的重力势能并要求在行驶中避障，因此可以将设计过程分为三个环节：能量转换及储能环节、传动环节和转向环节。如何将重块的势能转换为可以驱动车辆持续行驶的动能是小车设计中至关重要的一个环节，本方案将飞轮作为能量存储的工具，当重物下降速度增大时，飞轮的动能增加，把能量贮蓄起来；当重物下降到最低位置时，飞轮动能减少，把能量释放出来。<一>.运动轨迹: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；重复上述动作，直至小车停止。小车在越过多个障碍物时，所形成的轨迹类似于正弦曲线。考虑到两点之间直线距离最短，所以在小车越过障碍后使小车运动轨迹为直线。而在穿越障碍物时走弧线，由于小车前轮在转弯后不会马上回直，所以在此过程中考虑小车前轮恢复。<二>.转向装置:由于在小车运动过程中需要转向，所以我们制定了前轮作为转向轮，后两轮作为驱动轮的方案。即通过前轮转向机构，使其能做周期性来回摆动。为改变小车方向而设计一个与后轮转轴相连的大齿轮，当小车前轮杆连接点与大齿轮圆心之间水平间距为ΔL时，小车可以直线行走。所以可以通过改变小车前轮杆连接点与大齿轮圆心的水平距离L来控制小车转向。
无碳小车结构设计报告第六组
C.空间四连杆机构，推程L1、转向臂长L2，转向轮转角ａ1=arctan(L1/L2)。由于空间四连杆机构推程转向轮转角略大于回程转向轮转角，即转向轮向左向右的转角并不相等，因此需预置转角b=（ａ1-ａ2）／2。L1,L2的具体长度需通过实验得出。
2010全国大学生工程训练综合能力竞赛
结构设计报告
总页
第页
编号：
产品名称
驱动轮
生产纲领
件/年
零件名称
生产批量
件/月
一、设计概述
作品取名铝娃，
作品创意：
1.运用空间四连杆机构实现转向功能。
2转向轮上安装自制刻度盘便于调节。
3.驱动轮采用差速结构，保证转向时小车不侧翻。
4.使用锥形绕线轮，实现小车的匀速运动。
5优化各零件布局，降低小车重心。
6.三根立杆防止小车运行中重块摆动。
二、设计思路和方案
1.基本结构
A.小车以铝板做的底板为主体，上面安装轴承座以支承输入轴、驱动轴、吊挂重物的立杆等，小车的转向轮架也要通过轴承固定在底板上。
B.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。
C.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。
D.输入轴通过一级齿轮传动与带传动驱动转向轴控制小车的转向。
E.小车的转向通过一个空间的四连杆机构实现，在具体调试时，对杆长进行调节以满足规定要求。
F.小车的驱动轮采用差速设计，减少能量损耗且便于转弯
2.相关计算
A.用y=0.3sinπx近似拟合小车运动轨迹，可积分得当小车位移为2m时小车所走路程为2.42m，又由驱动系统和转向系统中齿轮的传动比5：1计算得小车驱动轮直径D=2.42/5=154mm。
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。
无碳小车设计报告书
课程设计报告书题目：无碳小车的设计系部：机制专业：机械设计制造及自动化班级: 11级姓名:徐明杨鑫王书安指导教师:莫xx 机械设计程设课计任务书一、设计题目无碳小车的设计1.设计布置方案1 无碳小车示意图功能设计要求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。
该无碳小车在前行时能够自动避开赛道上米，放置一个直径20mm、高200mm的弹性障碍圆棒）。
机械设计课程设计任务书1.前言本次课程设计的内容是起重机传动装置的设计，主要内容是综合运用机械课程和其他所学课程的知识，通过对减速器的设计来熟悉掌握机械设计的一般规律，培养分析问题和解决问题的能力，从而进一步巩固，加深和开阔所学知识。
同时通过设计计算，绘图及运用技术标准，规范，设计手册等有关资料，熟练掌握公式编辑器，AutoCAD 绘图，MATLAB 计算编程，CATIA 绘图的能力，掌握全面的机械设计技能。
本文在完成设计任务的前提下，编写了大量的MA TLAB 程序，以及用CA TIA 绘制了部分三维模型，为下一步的深入研究，减速器数据库的设计，三维建模提供了保障条件。
2设计任务2.1设计题目：无碳小车的设计 2.1.1设计布置方案图1 无碳小车示意图2.1.2设计要求以重力势能驱动的具有方向控制功能的自行小车。
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。
该无碳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20mm 、高200mm 的弹性障碍圆棒）。
2.1.3已知条件（1）重力势能为5焦耳； （2）g=10m/s 2；（3）重块（￠50×65 mm ，普通碳钢）重量为1KG 铅垂下降来获得，落差400±2mm ；. （4）重块落下后，须被小车承载并同小车一起运动，不允许掉落。
2.1.4设计功能要求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。
无碳小车设计报告
无碳小车设计报告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），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。
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（1）车架设计减轻小车质量，在保证小车运动平稳的前提下尽可能的减小车身的重量，在4J的重力势能的前提下尽量减少损耗，让更多的能量转化为小车的动能，进而行驶更远的距离。
车架不用承受很大的里，精度要求低。
考虑到重量加工成本等，车架材料选用有机玻璃制作成三角底板。
（2）原动机构原动机构的作用是将重块的重力势能转化成小车的驱动力。
就效率和简洁性来看，我选择的是轮绳。
小车对原动机构还有其他的具体要求。
1.驱动力适中，不至于小车转弯时速度过大倾翻，或重块晃动厉害影响行走。
2.达到终点前重块竖直方向的素的尽可能小，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，重块本身还有较多的动能未释放，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。
因此原动机构还需要根据不同的需要调整其驱动力。
基于以上分析，制作可调的输出驱动力绳轮原动机构，如下图所示。
S形轨迹无碳小车的结构设计（精选五篇）
S形轨迹无碳小车的结构设计（精选五篇）第一篇：S形轨迹无碳小车的结构设计“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LY102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。
无碳小车-S型山东一等奖结构设计报告
第二届全国大学生工程训练综合能力竞赛结构设计报告总 4 页第 1 页产品名称：无碳小车编号刘亚运陈建强王昌省1、设计概述根据比赛要求，为实现小车自动绕桩避障这一功能，需要考虑以下因素：1.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；2.结构尽量简单，以节约能源，同时需要降低重心以保持其稳定性；3.鉴于运动过快可能会使精度降低并浪费能源，故宜适当设置其传动比。
2、设计方案1.动力源：将重物固定于绳子上，绳子系在轴1上，重物下落拉动轴1转动，通过齿轮啮合驱动轴2，进而使小车前进；2.差速部分：当重锤下落时，通过滑轮轴连接线驱动大齿轮转动，带动驱动轴回转，并通过传动齿轮带动后轴回转。
由于小车在前进时要走S形路线，在转弯时内侧的车轮与外侧的车轮转速不一样，后面两个轮子走过的距离不同，因此两个后轮上采用了不同的连接方式，其中一个后轮随轴转动，而另一个后轮在轴上空转，从而实现差动；同时通过简单计算应用调心轴承（轴承代号1026）进行微调；3.前轮转向部分：轴1的齿轮上凸起与连杆1形成铰链接，随着齿轮1转动，驱动杆周期性往复运动；前轮伸出端与连杆2形成铰链接，随着杆的往复运动进而实现周期性转向；连杆1与连杆2通过万向节联轴器链接，通过两个旋转自由度适应前轮伸出传动部分端轴向周期往复运动带来的尺寸变化；万向节联轴器能够有效实现扭矩传递；4.基于此设计，小车以正弦曲线的方式向前运动，实现避障功能；5.调整部分：在连杆处增加微调结构，从而为以后的调试提供方便；装 订 线学校名称：山东大学工程训练中心。
小车结构设计报告
无碳小车结构设计报告1、设计概述结构设计首先要求工作原理明确，能够达到预期的功能。
此次需要设计的无碳小车其主要功能是绕过前行道路上的障碍物，障碍物为等间距共线排列，因此转化成机械方面的原理即要求小车有周期往复运动装置；并且小车的能量来源为重物重力势能，因此需要有传动装置是重力势能传递到往复运动动装置。
无碳小车结构设计其次要求小车系统能够稳定运行，既有良好的机械性能，根据题目要求小车应在两米宽的轨道上行走，小车上装有的负载不能在小车前行过程中掉落，这要求使小车能够平稳前进，小车应不致翻到或冲出轨道。
结构设计再则要有良好的结构工艺性，以便高效、合格、经济地加工出所需要的产品。
既然是无碳小车，则要使小车成本低却性能好效率高。
当然一个好的结构设计还应具有良好的外观造型，产品在满足功能要求的前提下，具有良好的结构工艺性和漂亮的外观造型，是设计所追求的目标。
2、主要零件分析后轮由于后轮为驱动轮，稳定性要好，通过使其轮缘加厚，中间质量分布较少，转动惯量增大，达到蓄能的效果。
后轮轴重物下落时的绕线轮及皮带轮中较小的一个可以设计在轴上，轴上还应有与轴承配合的地方。
中轮轴为了方便小车在重物下降完毕之后重新启动，引入皮带轮，使手摇杆能独立于驱动轮的运动控制重物的上升。
蜗杆为使小车能绕开障碍物，其前进速度和转向角速度必须满足要求，也就是说，驱动系统和转向系统之间的传动比要适当，此处我们选用蜗杆传动齿轮轴齿轮轴需要带动曲柄滑块机构的曲柄转动，为减少中间传动环节，可将曲柄与齿轮轴作为一体。
连杆由于在曲柄滑块机构运转过程中，连杆上下运动会消耗重力势能，因此连杆质量应尽可能小，在设计中应去掉多余的材料。
前轮前轮作为转向轮，其与地面的接触面积越小越好，我们可将前轮外缘设计为圆弧状（橡胶套），与地面的接触为线接触，可使前轮转向对小车轨道偏移造成的误差降到最低。
当然还有其它零件，设计比较简单，这里不再赘述，但是所有零件的设计都应该能满足要求并以工艺合理与经济为前提。
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2015(第四届)山东省大学生工程训练综合能力竞赛 结构设计报告 总 5 页 第 1 页 产品名称：无碳小车 编号 1.设计概述 设计原则： 整车的重心要低，操作、调整方便灵活；结构尽量简单，传动件数少；质量小，足够的刚度，运动平稳。
2.设计方案 通过对小车的功能分析，小车需要完成重力势能的转换、驱动自身行走、自动避开障碍物。
为了方便设计这里根据小车所要完成的功能将小车划分为六个部分进行模块化设计，分别是：车架 、原动机构 、传动机构 、转向机构 、行走机构 和微调机构，下面将详细介绍这六个模块。
2.1车架 车底板因不需承受很大的力，精度要求不是很高，考虑到加工方便、质量轻、成本低等因素，底板选用厚度为6mm 的铝板,尺寸定为143.5mm × 115mm 。
小车运行起来按避障要求左右转向,引绳带动重块在重力的作用下将大幅摆动,可以通过降低小车底板距离地面的高度来降低整车的重心,为此将小车底板折弯,满足整车重心降低的需要。
2.2原动机构 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。
小车对此机构主要有以下要求： 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。
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。
由于不同的场地对轮子的摩擦可能不一样，在不同的场地小车是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。
因此还需要能根据不同的需要调整其驱动力。
在此结构中应让重块保持一定高度的支架以及重块带动车体的连接部件，考虑到立柱在满足一定强度的基础上需尽可能的轻，我们选用φ6铝棒材料。
为了避免小车在行驶过程中，重块晃动过大，极易造成翻车现象， 通过多次的改进最终采用的是四根立柱，既轻便又稳固，达到预期效果。
至于滑轮，由于车体及车轮均采用铝板而不是材质较轻的雅格利板、碳板，车体较重，小车不易起动。
定滑轮即稳定又容易改变力的方向，故选用了定滑轮。
2.3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。
它的优劣直接决定了小车的性能，能量是否充分利用，转向是否精确皆取决于此。
我们决定采用齿轮传动，它具有结构紧凑、可靠性好、效率高、传动稳定等特点。
由于小车只绕8字走三圈，需提高小车的速度，减少能量的损失。
因此传动机构选择了传动比5:1的一级齿轮传动。
在齿轮材质的选择上，综合考虑到齿轮材质轻、价格便宜、规格齐全并能满足小车所需齿轮强度要求，故采用铝制齿轮。
学校
名
称：
参赛项
目：
8子
型赛
道常
规
赛 装
订 线
2.4转向机构 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，同时还需要有特殊的运动特性。
能够将旋转运动转化为满足要求的来回摆动，带动转向轮转动从而实现拐弯避障的功能。
能实现该功能的机构有：凸轮机构+摇杆、曲柄连杆+摇杆、曲柄摇杆、差速转弯、槽轮机构+推杆+摇杆等等。
综合以上组合机构的分析我们选择双臂外啮合槽轮机构+推杆+摇杆作为小车转向机构的方案。
本小车槽轮机构由双臂缺口圆盘和槽轮组成，其中两个转臂之间的角度为117度，槽轮为四个间距相等的槽组成，此外，在槽轮外圈加一曲柄，曲柄与线轨连接。
当缺口圆盘带动槽轮间歇转动时，槽轮上曲柄随之推动线轨前后移动，而线轨与前轮间由摇杆机构连接，通过线轨的前后移动带动摇杆机构摆动,从而带动前轮左右摆动实现转向。
2.5行走机构 由于小车是沿着曲线前进的，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，单轮驱动。
双轮同步驱动必定有轮子会与地面打滑，由于滑动摩擦远比滚动摩擦大会损失大量能量，同时小车前进受到过多的约束，无法确定其轨迹，不能够有效避免碰到障碍。
双轮差速驱动可以避免双轮同步驱动出现的问题，可以通过差速器或单向轴承来实现差速。
但自己加工精度达不到要求，而且市场上没有适合本小车的差速器。
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。
从动轮与驱动轮间的差速依靠与地面的运动约束确定的。
其效率比利用差速器高，传动精度比利用单向轴承高。
故选用单轮驱动。
由摩擦理论知道摩擦力矩与正压力的关系为 δ⋅=N M 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。
故小车驱动轮采用直径为φ128的大轮，以减小地面的阻力。
2.6微调机构 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。
我们确定了转向机构采用槽轮机构+推杆+摇杆方案，摇杆一端与滑块连接，滑块上装有弹簧和螺栓，通过调节正面和侧面螺栓的旋合长度来调节摇杆的长度和角度，从而实现对小车运行轨迹的控制。
但由于各部件加工误差和装配误差，在实际调试过程中，还需反复调整，总结出自己的发车规律。
学校
名
称：
参
赛
项
目
：
8子
型
赛道
常
规赛
装
订
线
小车装配图 比例 第1 页
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学校
名称：
参
赛
项目
：8
子
型
赛
道常规赛
装
订
线
装
订
线
小车爆炸图比例第2 页
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传动机构展开图 比例 第3 页
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学校名
称：
烟台大学
参
赛项
目
：8子
型
赛道
常规
赛
装 订
线。