机械设计无碳小车课程设计说明书
无碳小车设计说明书
《理论力学》实践课设计说明书题 目： 无 碳 小 车年 月系 部 机械与汽车工程系 班 级 1213班组长沈琛 联系电话姓名学号承担工作沈琛 12316周翔何振涛钟彪 12316351董传能一、设计概述1. 作品取名：清新之翼2. 徽标设计：巨大的圆环象征着完美无缺，羽翼象征着执着的追求，飞翔的箭则象征着永不停留一往直前的决心，绿色则寓意无限的活力与生命力，还有与环保同行。
3. 作品创意：所有的动力动力来自荷载重物，纯机械结构，无碳排放；在重物下落阶段，增加了一动滑轮，使得做功行程加长，并合理利用了扭矩。
并且设计该小车的前进过程是静止—加速—匀速—减速的过程。
启动时转矩稍大于阻力使小车启动，启动后转矩与阻力平衡小车匀速前进。
当重物下落完毕时小车靠惯性减速行驶。
二、设计思路和方案1. 设计思路根据能量守恒定律，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、设计方案（1）、基本结构1.车架车架不用承受很大的力，精度要求低。
考虑到重量加工成本等，车架采用木材加工制成的三角底板式。
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。
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。
基于以上分析我们提出了输出驱动力可调的绳轮式原动机构。
无碳小车设计说明书
无碳小车设计说明书小组成员：指导教师:学校：一. 设计思路：1.根据设计要求，为达到无碳小车走8字形轨迹重叠的目的，无碳小车应具备重力势能的转换和周期性的转向的功能，即小车分为传动机构和导向机构两部分。
其中传动机构要求能量损耗少、传动比精确，故优先选用齿轮和皮带轮传动。
导向机构要求方向控制度高、摩擦损失小，选用凸轮直线滑块机构。
2.为减轻车身质量同时保证小车刚度要求，小车采用尼龙作为底板材料，上面安装轴承座以支撑输入轴、驱动轴、吊挂重物的立杆等，小车导向机构中的滑块也需固定在底板上。
4.通过计算并确定两齿轮的传动比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8字路线。
为了使小车适应不同间距桩，我们采用凸轮机构，控制小车走重叠的8字，使得小车的工作效率更高。
二. 工作原理：当重物下落时，细绳绕过立杆定滑轮带动驱动后轮上面的绕线轮，驱动中间齿轮转动驱动后轮前进，同时通过齿轮啮合传动带动凸轮旋转，带动转向前轮周期性左右转向，从而实现小车在前进过程中自动转向。
这样小车便能在重力势能驱动下沿着“8”形路线前进，并能自动绕过障碍物。
三、设计说明我们可以将小车行走路线简化为余弦曲线和两段圆弧来处理，通过小车的传动比以及驱动轮的大小我们可以计算出该余弦曲线的幅值，可计算出小车的出发点，我们将小车出发位置定在向左转弯的圆弧中点。
我们以绕8字的两个桩位置方向为X轴，在水平面内垂直于X轴为Y 轴方向，通过计算桩间距，障碍物距离，传动比，驱动轮周长可以得出确定曲线方程，通过数学知识我们可以得出小车在出发点的前轮偏向角度（即凸轮角度），偏向角度可以适当调节。
由此我们便可以得出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。
四、设计总结对于大赛给定的命题，重力势能转换为机械能的能量转换原理是设计的重点之一，小车动力传动结构和摩擦传动装置的设计是最重要的部分。
机械设计无碳小车课程设计说明书
目录一、设计任务书 (1)二、总体结构设计 (1)三、总传动比的设计与分配 (2)四、转向轮轴运动参数的计算 (2)五、对轴进行结构设计与校核 (2)七、润滑剂的选择 (2)八、工艺设计方案 (2)九、成本分析方案 (2)十、工程管理方案 (4)十一、徽标设计 (5)十二、参考文献 (6)十三、心得体会 (6)一、设计任务书命题：以重力势能驱动的具有方向控制功能的自行小车功能设计要求: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）。
以小车前行距离的远近、以及避开障碍的多少来综合评定成绩。
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400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。
二、总体结构设计根据本届大赛命题要求，我们首先确定如下设计思路：1．驱动机构根据能量守恒定律，要尽可能多的利用重物的重力势能，就必须简化结构，因此该系统不设储能装置，直接由重物通过细绳拉动后轴驱动。
2．转向机构控制转向是该小车的核心问题之一，普通凸轮只能控制转向轮规则摆动，在不需要转向的时候小车仍会转向，因此我们在此处将凸轮机构进行了进一步的优化，通过引入“太空豆”控制转向信号，使得前轮在我们需要的时候转向,并以此实现小车的预编程功能。
无碳小车的设计
图 2 自行小车在重力势能作用下自动行走 示意图
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 400 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。 二.技术要求 1、1 个转向轮和 2 个驱动轮的设计 2、转向轮控制机构的设计计算； 3、轴的设计； 4、轴承的选择； 5、装配图、零件图的绘制； 6、设计计算说明书的编写； 三.工作要求 1. 学生应当在指导老师指导下完成设计,必须独立完成设计任务,严禁抄袭,一经 发现成绩以不及格计,并给予批评教育各严肃处理. 2. 课程设计期间要严格遵守学习纪律,在此期间缺勤 1/3 以上,成绩以不及格计. 3. 课程设计报告书一律打印在 A4 纸上,同时配上封面装订成册.
3.1 动力的获得.....................................................................................................................................- 3 3.2 传动方案的分析与拟定................................................................................................................- 3 3.3 转向系统........................................................................................................................................- 3 4 齿轮的设计计算.......................................................................................................................................- 4 4.1 选精度等级、材料及齿数............................................................................................................- 4 4.2 按齿面接触强度设计....................................................................................................................- 4 -
《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
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无碳小车设计说明书一、基本构思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、形成固定路线。
在小车行走时尽量较小摩擦，实现能量较大化的转换。
而且需要灵活绕过障碍物。
在选择方案时综合考虑功能、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。
二、驱动机构1.通过重物自由下落，将重力势能转化为动能，由重物下落带动绕线轮转动，从而实现能量的转换。
2.为了增加下车的稳定性，在设计重物支撑杆时采用了三根杆，这样在小车转弯的时候控制重物左右摆动的角度。
3.在设计绕线轮时综合考虑到，要让小车跑的稳定，能轻松启动，而且跑得更远，设计成一个半径较小的二阶的绕线轮。
4.为了增加美光和方便，将固定线直接套在轴上，这样减小工作量，而且更美观更便捷。
三、传动机构1.重物的下落通过绕线轮（黄色）带动主动轴转动，然后通过二级齿轮（红色）将动力传递到后轮从动轴，从而驱动后轮转动。
2.二级齿轮实现对能量的储存。
四、转向机构（绿）1.转向机构采用偏心轴+曲柄、连杆机构（蓝色）。
U型槽的圆周运动通过连杆转化为曲柄的前后摆动，从而实现小车前轮的摆动。
（具有简单、高效、摩擦力小、能量损耗小的特点）2.还有可以无极可调。
这实现了创新，也非常符合比赛规则。
五、车身及其后轮等其他机构1.将其中的一个后轮变为从动轮，保证了小车的正常运行，而且增加差速，让下车启动更加轻松容易，跑的的也更加稳定。
2.降低了底板的高度，增加了小车的稳定性3.支撑杆支座的设计，采用尼龙，使车身更轻，更加美光。
4.后轮选用亚克力板，在车轮三割去三个圆形快，减轻车身重量，强度达到要求，美观实用。
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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。
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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小车得设计命题设计一种小车,驱动其行走及转向得能量就是根据能量转换原理，由给定重力势能转换来得。
给定重力势能为４焦耳(取g=10m/s2)，设计时统一用质量为1Kg得重块(￠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得能量均由此重力势能转换获得,不可使用任何其她得能量来源。
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得竞赛场地。
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小车得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、经济成本分析与工程管理方案设计。
命题中得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,提出合理得工程计划。
设计能力项要求对参赛作品得设计具有创新性与规范性。
命题中得制造工艺能力项要求综合运用加工制造工艺得知识。
1、3小车得设计方法在小车得设计方法上，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,所以定小车得宽度为1５0mｍ,长度为150ｍm,使其能拥有更佳得灵活性。
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得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得功能就是把动力与运动传递到转弯机构与驱动轮上。
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。
无碳小车课程设计项目说明
1. 设计命题：以重力势能驱动的具有方向控制功能的自行小车给定一定重力势能，根据能量转换原理，设计一种可将该重力势能转换为机械能并以此驱动小车行走的装置。
要求小车行走过程中完成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来源。
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，不允许掉落。
小车要求具有转向控制机构，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。
图1：无碳小车示意图（1）直行小车竞赛小车在前行时能够自动避开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，距离可在900mm－1100mm之间调节。
图2：无碳小车在重力势能作用下自动行走示意图（2）台上环绕小车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。
障碍物为直径20mm、长200mm的2个圆棒，相距300mm－500mm放置在半张标准乒乓球台的中。
如下图图3：竞赛项目二所用乒乓球台及障碍设置图2. 报告要求要求提交结构设计报告，以以下标准评分：（1）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）（2）正确性要求：传动原理与机构设计正确，选材和工艺合理；（3）创新性要求：有独立见解及创新设计思想；（4）规范性要求：图纸表达完整，标注正确；文字描述准确、清晰。
1。
无碳小车产品设计说明书
机械创新设计大赛及工程训练综合能力竞赛培训课程无碳小车设计说明书设计小组：陈博洋、孟祥楠、赵雪融指导老师：罗阳无碳小车产品设计说明书产品名称：重力驱动式无碳小车设计团队：小组成员:陈博洋孟祥楠赵雪融指导老师：罗阳一.设计思想：驱动方面，我们想到了利用飞轮驱动，飞轮转动惯量大，结构简单，通常作为能量储存器使用。
与此同时，飞轮的储能与释能波动较小，这样可以使小车速度平稳。
转向方面，我们利用之前学过的曲柄摇杆机构控制小车自动转向。
二.工作原理：主要构件如下图所示，包括驱动后轮、传动齿轮、深沟球轴承、连杆、转向“摇杆”和转向前轮。
当重物下落时，细绳绕过立杆定滑轮带动驱动后轮上面的绕线轮，驱动中间小齿轮转动驱动后轮前进，同时通过齿轮啮合传动带动曲柄齿轮旋转，通过连杆传动推拉转向“摇杆”带动转向前轮周期性左右转向，从而实现小车在前进过程中自动转向。
这样小车便能在重力势能驱动下沿着“S”形路线前进，并能自动绕过障碍物。
1)驱动机构原理：主要包括绕线轮、驱动后轮和传动齿轮在重物下落时，通过绕在绕线轮上的细线带动齿轮旋转，齿轮旋转驱动后轮转动，小车便向前行进。
当重物完全下落后，小车靠飞轮储存的能量继续前进，直到能量通过车轮摩擦耗散完停止。
小车在前进过程中，通过固定在轴上的齿轮旋转从而带动前方的“曲柄”齿轮旋转，通过连杆和转向机构连接。
齿轮传动的一个主要作用是通过小轮带大轮实现固定传动比增速和减速，从而使驱动机构和转向机构协调配合。
2)转向机构原理：主要包括“曲柄”齿轮、连杆、转向“摇杆”和转向前轮原理是利用“曲柄摇杆机构”的原理，其中“曲柄”齿轮、转向“摇杆”分别是该曲柄摇杆机构的曲柄和摇杆。
图6三.设计组图：（1）、UG三维立体组图：（2）、CAD整体图：。
无碳小车设计机械设计课程设计说明书
无碳小车设计机械设计课程设计说明书1. 引言本课程设计旨在通过机械设计的方式，设计一款无碳小车，以减少对环境的污染和消耗。
本文档将详细介绍无碳小车的设计背景、设计目标、设计原则和设计方法。
2. 设计背景随着全球环境问题的日益严重，减少碳排放已成为全球范围内的热门话题。
传统的汽车使用化石燃料，会产生大量的二氧化碳排放，对空气质量和气候变化产生不良影响。
为了减少对环境的负面影响，无碳小车设计应运而生。
3. 设计目标本课程设计的主要目标是设计一款无碳小车，具体目标包括： - 实现零碳排放，不使用化石燃料或其它能源； - 具备足够的运行时间和里程，以满足日常出行需求； - 车辆结构紧凑，便于停放和携带； - 提供舒适的乘坐体验和便捷的操作方式；- 造价低廉，易于生产和维护。
4. 设计原则在设计无碳小车时，应遵循以下原则： - 绿色环保：选择环保材料和可再生能源来实现零碳排放； - 轻量化设计：减少车辆重量，降低能耗； - 紧凑型设计：优化车辆结构，使其紧凑易携带； - 智能化设计：引入智能控制系统，提高车辆的性能和安全性； - 成本优化：设计时要兼顾制造和维护成本，降低用户购买和使用成本。
5. 设计方法无碳小车的设计可以通过以下步骤来完成：5.1 确定车辆类型和用途根据市场需求和用户需求，确定无碳小车的类型和用途，例如城市代步车、短途出行车、商务巴士等。
5.2 材料选择选择符合绿色环保要求的材料，例如轻质高强度的复合材料，可再生材料等。
5.3 车辆结构设计根据车辆类型和用途，设计合理的车身结构、底盘结构和悬挂系统，以确保车辆性能和舒适性的要求。
5.4 驱动系统设计设计无碳小车的驱动系统，可以使用电动机、太阳能电池等能源，提高车辆的效能和续航能力。
5.5 控制系统设计引入智能控制系统，通过传感器和算法优化车辆的性能和安全性，例如自动驾驶、智能节能等功能。
5.6 辅助设备设计除了核心的车辆设计，还可以设计一些辅助设备，例如充电桩、车辆定位系统等，提供便捷的使用体验。
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目录一、设计任务书 (1)二、总体结构设计 (1)三、总传动比的设计与分配 (2)四、转向轮轴运动参数的计算 (3)五、对轴进行结构设计与校核 (3)六、轴承的选择与寿命计算 (3)七、润滑剂的选择 (3)八、工艺设计方案 (4)九、成本分析方案 (5)(1)生产成本概述 (5)(2)单件小批量生产类型的成本分析 (5)十、工程管理方案 (8)(1)概述 (8)(2)生产过程组织 (8)十一、徽标设计 (11)十二、参考文献 (12)十三、心得体会 (13)十四、附件 (15)一、设计任务书命题：以重力势能驱动的具有方向控制功能的自行小车功能设计要求: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）。
以小车前行距离的远近、以及避开障碍的多少来综合评定成绩。
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400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。
二、总体结构设计根据本届大赛命题要求，我们首先确定如下设计思路：1．驱动机构根据能量守恒定律，要尽可能多的利用重物的重力势能，就必须简化结构，因此该系统不设储能装置，直接由重物通过细绳拉动后轴驱动。
2．转向机构控制转向是该小车的核心问题之一，普通凸轮只能控制转向轮规则摆动，在不需要转向的时候小车仍会转向，因此我们在此处将凸轮机构进行了进一步的优化，通过引入“太空豆”控制转向信号，使得前轮在我们需要的时候转向,并以此实现小车的预编程功能。
3．驱动过程在起始时原动轮的转动半径较大，起动转矩大，有利起动。
起动后，原动轮半径变小，转速提高，转矩变小，和阻力平衡后小车匀速运动。
在重块行程末端，原动轮的半径再次变小，绳子的拉力不足以使原动轮匀速转动，但是由于物块的惯性，仍会减速下降，原动轮的半径变小，总转速比提高，小车缓慢减速，直到停止，物块停止下落，正好接触小车。
三、总传动比的设计与分配后轮半径：r= 68.5mm; 绕线轮半径：r1=3 mm; 前轮半径：r2=15.1mm后轮与绕线轮传动比：i=137:6前轮与后轮传动比：i’=137:30.2四、转向轮轴运动参数的计算前轮最大摆角21.15°五、对轴进行结构设计与校核1．示意图六、轴承的选择与寿命计算1．轴承型号：角接触球轴承,内径Φ42．示意图：3．计算轴承径向力小车总重量M（小车自重800g、重物1kg、徽标400g、）; M=2.2kg;轴承数量n=3;轴承径向力Ｆ=7.19Ｎ;七、润滑剂的选择选用机油进行润滑（SH0386-1992）八、工艺设计方案1.确定生产纲领根据大赛命题要求，转向轮部分实行单件小批量生产。
2.对零件进行工艺分析由于转向轮和轮轴均为圆柱件，故采用车削加工方式轮轴：车削加工、钳工、车削加工。
转向轮：车削加工、快速成型、钳工。
3.选择毛坯根据大赛对前轮的要求D>30mm，故选择外径Φ30.7的尼龙棒、根据设计要求前轮轴选Φ12的45钢毛坯。
4.拟订工艺路线轮轴：下料---车Φ4的轴---在Φ4的轴上攻丝---车削多余部分转向轮：下料---钻Φ4孔---加工外径Φ30的转向轮---去除边上的毛刺5.确定各工序加工余量前轮的外轮廓要大于Φ30以满足题目要求。
6.确定各工序所使用的设备、刀具和量具车床、快速成型机、游标卡尺、各种车床刀具7.确定各加工工序的技术要求及检验方法1. 车圆弧面要求比较光滑，目测。
2．轮与轮轴使用过盈配合。
九、成本分析方案(1)生产成本概述在制造企业中，产品的总成本通常包括生产成本、管理成本、财务成本和销售成本等。
在本次竞赛中，由于只涉及零件的加工过程，为了简化分析，在进行成本分析方案设计时，只考虑零件的生产成本。
生产成本，又称制造成本，它包括围绕生产过程以及为此所提供的劳务所发生的各项直接费用、分摊的各项间接费用，其组成如下所示：直接材料费：生产过程中直接消耗于产品生产的各种物资直接人工费：生产过程中直接从事产品生产的人员工资制造费用：发生在生产单位的制造费用产品的生产类型不同，其工艺差别很大，成本分析方法也不同。
下面以单件小批量生产类型对小车转向轮及其轮轴进行说明。
(2)单件小批量生产类型的成本分析单件小批量生产的成本分析应根据该类型生产的工艺及管理特征来进行。
单件小批量生产的组织形式一般采用通用机床，并按机群式布置；毛坯可考虑采用型材，在市场上直接购得。
其零件的加工过程一般采用工序集中原则，工艺过程相对较短。
成本分析从直接材料费、直接人工费和制造费用考虑。
1、直接材料费用F零件根据零件材料的种类，可通过市场询价确定材料的市场价格，再计算零件毛坯体积，利用式（3-1）计算零件的直接材料费用F零件。
F零件=p*m=p*(V*§) 元（3-1）其中，p为材料单价、m为零件毛坯重量、V为毛坯体积，§为材料比重。
所以，F轮轴=0.0042元/克*89.3克=0.37506元所以，F轮=0.025元/克*74克=1.85元2、直接人工费S对于单件小批量生产，直接操作机床的人工工资可按计件工资发放，可以根据不同设备操作工人的市场价格，利用式（3-2），得到单件小批量生产的直接人工费。
nS=∑P i*S i（3-2）I=1其中，Pi为第i种设备的操作工人数；Si为第i种设备的操作工人工资。
所以，S轮轴= P车*S车+ P钳*S钳=20元/小时*0.5小时+20元/小时*0.1小时=12元S轮= P快速成型*S快速成型+ P钳*S钳=20元/小时*0.5小时+20元/小时*0.2小时=14元3、制造费用M制造费用是设备与厂房折旧费用、间接管理人员工资、能源、水等消耗所产生的费用，以及其它间接费用以分摊形式计入产品中。
在单件小批量生产条件下，上述成本项目无法按成本发生法计算，通常简化为机床的小时费率来计算制造费用。
因此，可根据零件工艺过程各工序的时间定额和所用机床的小时费率来计算。
零件的制造费用M可用式（3-3）计算。
M=T1*Q1+T2*Q2+…+T n*Q n （3-3）其中，T1、T2…T n为设备1，设备2.，…，设备n的加工时间，Q1，Q2，…Q n为设备1，设备2，…设备n的机床小时费率。
所以，M车=T车*Q车=0.5小时*10元/小时=5元M快速成型=T快速成型*Q快速成型=0.5小时*20元/小时=10元4、生产成本C单件小批量生产成本即为以上三者相加，即：C=F+S+M所以，C= F轮轴+ F轮+S轮轴+S轮+M车+M快速成型=0.37506元+1.85元+12元+14元+5元+10元=43.23元十、工程管理方案1.概述为实现安全、文明生产，包装按期供货，降低总成本，提高经济效益，需进行工程管理的设计。
工程管理设计放啊的主要内容包括：生产过程组织形式、人力资源配置、进度计划与控制、质量管理、现场管理、成本管理等几个方面。
成本费用以在前一部分计算，在此不再累述。
2.生产过程组织生产过程空间组织设计：该设计主要是按专业化分工原则把工作组织起来，使产品生产过程能有效运行。
专业化分工包括三种形式：工艺专业化，产品对象专业化，成组生产。
空间组织设计的重点是设施布置，与专业化分工湘对应，由于我们的作品属于单件小批量生产，因此我们将按工艺原则来布置生产，当需要用到某种机床，即选择相应机床进行加工。
生产过程时间组织设计：该设计方式可采用顺序移动方式、平行移动方式、平行顺序移动方式，移动方式的选取主要由生产空间组织形式来决定。
由于我们的作品生产周期短，不连续加工，所以我们将选用平行移动方式。
3.人力资源配置当接到通知后，我们马上查阅资料进行构思，寻找出一个符合命题要求的制做方案。
当我们的方案通过学校审核后，我们便开始组建团队，在团队组建过程中我们充分考虑人员特长组合以及课余时间4.生产进度计划与控制生产周期：按照产品结构、工艺特点，主要考虑产品零件中的主要件和关键件在工艺上的逻辑关系，我们将生产周期设定为3小时。
5.质量管理质量管理一般以全面质量管理思想为核心，以ISO9000系列标准为依据，强调全员全过程质量管理；确保质量管理中的管理职责、质量体系和过程控制；在此基础上形成质量体系文件。
按照工序控制设置原则：要注意先车削外圆和攻丝，最后再切断轴端，这样不会夹伤工件。
要保证前轮的表面粗糙度小于等于R3.2 车削加工轮轴时，另外，要保证轴中的粗糙度小于等于R1.6，使得前轮与轴尽量减小摩擦。
6.现场管理现场管理是对现场中的生产要素和管理目标要素进行设计综合治理，主要包括：“5S”管理、目视管理、看板管理、定置管理。
“5S”管理：以整理、整顿、清扫、清洁和素养为内容的活动。
通过规范现场、现物，营造一目了然的工作环境，培养员工良好的工作习惯，是一种独特的管理方法，其最终目的是提升人的品质。
目视管理：利用形象直观而又色彩适宜的各种视觉感知信息来组织现场生产活动，达到提高劳动生产率的一种管理手段，也是一种利用视觉来进行管理的科学方法。
所以目视管理是一种以公开化和视觉显示为特征的管理方式。
看板管理：准时生产方式的看板旨在传达信息：“何物，何时，生产多少数量，以何方式生产、搬运”。
看板的信息包括：零件号码、品名、制造编号、容器形式、容器容量、发出看板编号、移往地点、零件外观等。
及时生产方式的看板在生产线上分为两类：领取看板和生产看板。
定置管理：是其他各项专业管理在生产现场的综合运用和补充企业在生产活动中，研究人、物、场所三者关系的一门科学。
它是通过整理，把生产过程中不需要的东西清除掉，不断改善生产现场条件，科学地利用场所，向空间要效益；通过整顿，促进人与物的有效结合，使生产中需要的东西随手可得，向时间要效益，从而实现生产现场管理规范化与科学化。
十一、徽标设计★时代背景：随着世界经济的飞速发展和人们物质需求的日益增长，环境污染也日益严重，许多国家都出台了相关政策促进节能减排。
“无碳环保”成了当今世界不变的主题。
★创意：该徽标造型既是对本次大赛主题的直观反映，亦是我们团队对祖国未来的美好愿景：120度的箭头是象形的“C”，也就是化学元素中的碳。