机械设计大赛 无碳小车 设计说明书
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。
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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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
无碳小车设计说明书
无碳小车设计说明书目录一、本作品的创新与特色简介；二、设计方案拟定；三、动力与传动方案的设计、计算与分析；四、动作执行机构的设计、计算与分析；五、其它设计计算与说明，设计总结；一：本作品的创新与特色简介；①所有的动力来自载荷重物，所纯机械结构，无碳排放；②在转向方面，采用内凸轮连杆机构，使得转向的角度、时间更加精确，并辅助以有图的可调机构，是转向调节更加明确。
③在重物下落阶段，增加了一动滑轮，使得做功行程加长，并合理的利用了扭矩。
④绕桩曲线部分的轨迹无需精确的计算出，由上图的机构可在完成后对中间连杆进行调试，已达到目标要求。
二：设计方案拟定；小车的方案设计关键在于传动部分与转向部分。
①传动部分；传动部分的问题在于是用什么进行传动，齿轮、带轮、直接驱动等。
最后结合传动的效率、制作的难易程度，最终确定了采用二级齿轮进行传动，如有图所示。
此方案的优点在于，以中间轴为主动轴，以小于1的传动比带动后轮，再以大于1的传动比带动凸轮轴，这样就很好的解决了行驶路程与转向周期间的关系，并且将传动比控制在合理数值内。
另外，以一个动滑轮来增加做功行程，减小瞬时扭矩，使小车前进平缓。
缺点在于，采用了二级齿轮组，使得摩擦耗能增加，机械效率降低。
②转向部分；转向部分在于采用什么机构，最大的争议在于是采用内凸轮还是外凸轮。
最终确定是采用内凸轮连杆机构。
原因在于采用外凸轮的话需要在连杆的回程部分提供一个力——增加一个弹簧；如果这样的话，可能会因为的弹簧的弹性系数，及位置的放置问题上增加设计的难度。
而采用内凸轮的话就不存在这些问题，不过增加了整体的重量，但这可以通过将凸轮在合理的条件下将其镂空来解决。
为了使后期调整时有更大的可能性，因此在连杆部分采用了右图的结果，如此便可以使小车的转向更加的准确。
③材料方面；除了前后轮采用有机玻璃之外，其余的材料都采用铝材。
底板：厚3mm的铝板，300*160*3.后轮：直径160的有机玻璃，厚5mm。
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一绪论1.1本届竞赛命题主题本届竞赛命题主题为“无碳小车”。
要求经过一定的前期准备后，在集中比赛现场完成一套符合本命题要求的可运行装置，并进行现场竞争性运行考核。
每个参赛作品要提交相关的设计、工艺、成本分析和工程管理4项成绩考核作业。
1.2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），比赛时统一用质量为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1.3小车整体设计要求无碳小车体现了大学生的创新能力，制作加工能力，解决问题的能力。
并在设计过程中需要考虑到材料、加工、制造成本等各方面因素，并且小车具有下列要求：1.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。
机械设计大赛无碳小车设计说明书
目录前言第1章、绪论 (4)1.1 参赛主题 (4)1.2 功能分析 (4)1.3 设计方法 (4)第2章、轨迹和行走机构选型与计算 (6)2.1 轨迹和行走机构选型 (6)2.2 轨迹参数计算 (7)第3章、控制机构选型与计算 (10)3.1 控制机构选型 (10)3.2 放大机构的设计 (12)3.3 凸轮的设计 (13)第4章、传动机构选型与计算 (16)4.1 传动机构选型 (16)4.2 齿轮系的设计 (16)4.2 尺寸参数校核 (17)第5章、动力机构选型与计算 (19)5.1 绕绳轮安装位置分析 (19)5.2 力分析 (20)5.3 前轮转向阻力矩的计算 (23)5.4 弹簧劲度系数的计算 (23)5.5 尺寸参数的获取 (23)5.6 质量属性参数的确定 (26)5.7 参数的计算 (27)5.8 绕绳轮最大半径的确定 (29)第6章、微调机构简介 (30)第7章、误差分析与效率计算 (31)7.1 误差分析 (31)设计误差 (31)参数误差 (31)加工与装配误差 (31)7.2 传动效率的计算 (32)动力机构效率的计算 (32)传动机构效率的计算 (33)控制机构效率的计算 (34)第8章、仿真分析 (35)第9章、综合评价与改进方案 (37)9.1 综合评价 (37)9.2 改进方案 (39)第10章、参考文献 (40)第11章、附录 (40)11.1 机构运动简图与装配图 (40)11.2 小车三维装配图与爆炸图 (42)第1章、绪论1.1 参赛主题第三届全国大学生工程训练大赛的竞赛主题为“无碳小车越障竞赛”。
这次竞赛包含两个竞赛项目。
第一个项目与往届竞赛相同，为小车走“S”形线路绕杆。
竞赛项目二为小车走“8”字形线路绕杆。
通过商量，我们选择的竞赛项目为项目二。
1.2功能分析根据本次竞赛规定，竞赛项目二是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。
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。
无碳小车说明书
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
4、设计性能评估
四个方面对设计进行了为什么这样和具体怎样的分析说明，配合装配图展示了小车的设计方案，最终得到小车在理论情况下可以走6次8字的结果。
一、设计要求
1.1
本届竞赛主题为“无碳小车越障竞赛”。
要求经过一定的前期准备后，在比赛现场完成一套符合本命题要求的可运行装置，并进行现场竞争性运行考核。每个参赛作品要提交相关的设计、工艺、成本分析和工程管理4项报告。工程管理能力项要求综合考虑材料、加工、制造成本等各方面因素，提出合理的工程规划。设计能力项要求对参赛作品的设计具有创新性和规范性。制造工艺能力项要求综合运用加工制造工艺知识的能力为主。成本分析项要求能够估算各种方案的成本，并寻找性价比最优的方案。
2.5
行走机构即为三个轮子，轮子又厚薄之分，大小之别，材料之不同需要综合考虑。
对于相同的材料 为一定值。由式①可知轮子越大小车受到的阻力越小，因此能够走的更远。但由于加工问题材料问题安装问题等等具体尺寸需要进一步分析确定。
下面我们讨论驱动轮的设计方案，如果后轴两端的车轮都设计为驱动轮，也就是说把两端的后轮都与后轴固装为一体，这样的话小车只能直行，而不能转弯。因为转弯时，内侧车轮走过的距离短，外侧车轮走过的距离长。为了适应转弯行驶的需要，只能将小车的一个前轮与驱动轴固装为一体，使其成为驱动轮；而另一个前轮则是通过轴承浮套在驱动轴上，它可以再后轴上自由的转动，这个车轮只起到承重的支撑作用，称之为承重轮。
二、功能执行设计方案
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五个部分进行模块化设计（车架、原动机构、传动机构、转向机构、行走机构）。设 为重物的质量， 为重物下落的距离， 为小车受到的摩擦力， 为小车驱动轮的半径， 为小车前进的距离， 为小车受到的驱动力矩， 为小车受到的支持力， 为车轮形变造成的支持力相对转轴的偏移。则平衡状态时对轮心取矩得：
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：。
无碳小车设计说明书
无碳小车设计说明书参赛者：苏文哲史恒瑞任浩然指导老师：范志骏摘要第四届全国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”。
设计要求参赛队伍设计一种具有调节功能、利用重力势能驱动可以实现自动避障的小车。
队伍在设计小车的过程中着重于数学工具的使用:通过对小车模型行走的特性的分析，简化实际问题并建立优化模型，力求使用数学实验的方法解决实际问题。
在数学分析的过程中，不断提高计算精度，并将求解结果作为依据指导机械参数的调试、确定。
在设计过程中，借鉴数值分析等现代计算数学理论，使设计具有准确性、科学性；采用UG (Unigraphics NX)进行三维设计方便快捷地建立和改进产品的外观；综合考虑了工程管理、加工工艺、工艺成本等各方面的因素。
最终目的在于作品可以经济地被生产制造出来，并准确地按预期轨迹行走。
小车设计分为以下几个阶段：一、主要问题的分析，初步计算规划阶段；二、问题细化，研究各种机构运行特点阶段；三、建立数学模型求解参数阶段；四、参照国家标准设计小车实物阶段；五、制作、装配、调试阶段。
每经历一个阶段，都对设计起到了推动作用，设计思想逐渐成型，使设计逐渐向最优结果收束。
在第一阶段中，我们一方面分析研究了比赛规则，场地地形规格，目的行车路径；另一方面简化小车行走的数学模型，建立瞬时速度下小车转向轮与小车轴心角度对行车路径曲率半径、车长和行车曲率半径对行车路径等微分方程，对小车预期行走路线进行了规划；在第二阶段中我们对各种转向机构进行了数学分析，对常见的机构运行特点进行了运算、仿真，综合考虑之后，我们决策了小车的各个机构。
设计采用模块化设计，从小车的功能上分为如下四大模块：原动机构模块、传动机构模块、转向机构模块、行走机构模块。
总体而言，原动机构采用了阶梯轴，传动机构采用两级放大齿轮，转向机构采用正弦机构带动转向齿轮，行走机构采用差速器。
在第三阶段中我们应用matlab软件进行了数学模型的求解，对机构的机械参数进行了从优甄选。
无碳小车 设计说明
作品设计【2 】解释书摘要我们把小车的设计分为三个阶段：计划设计.技巧设计.制造调试.经由过程每一阶段的深刻剖析.层层把关,是我们的设计尽可能向最优设计挨近.计划设计阶段根据小车功效请求我们根据机械的组成（原念头构.传念头构.履行机构.掌握部分.帮助部分）把小车分为车架 .原念头构 .传念头构 .转向机构 .行走机构五个模块,进行模块化设计.分离针对每一个模块进行多计划设计,经由过程分解比较选择出最优的计划组合.我们的计划为：车架采用三角底板式.原念头构采用了带轮轴.传念头构采用带轮.转向机构采用凸轮机构.行走机构采用双轮驱动.技巧设计阶段我们先对计划树立数学模子进行理论剖析,借助MATLAB 分离进行了能活动学剖析和动力学剖析,进而得出了小车的具体参数,和活动纪律y以及肯定凸轮的轮廓曲线;接着应用Solidworks软件进行了小车的实体建模和部分活动仿真.在实体建模的基本上对每一个零件进行了具体的设计,分解斟酌零件材料机能.加工工艺.成本等.小车大多零件是标准件,可以购置,同时除部分请求加工精度高的部分须要特别加工外,大多半都可以经由过程手工加工出来.调试进程会经由过程微调等方法转变小车的参数进行实验,在实验的基本上验证小车的活动纪律同时肯定小车最优的参数.症结字：无碳小车参数化设计软件帮助设计目次摘要2一绪论41.1命题主题41.2小车功效设计请求41.3小车整体设计请求51.4小车的设计办法6二计划设计72.1车架82.2原念头构82.3传念头构82.4转向机构92.5行走机构10三技巧设计103.1树立数学模子113.2参数肯定143.3零部件设计153.4小车活动仿真剖析18四小车制造调试及改良204.1小车制造流程204.2小车调试办法204.3小车改良办法20五评价剖析215.1小车优缺陷215.2小车改良偏向21六参考文献22一绪论1.1命题主题根据第四届全国大学生工程练习分解才能比赛主题为“无碳小车越障比赛”.命题与高校工程练习教授教养内容相连接,表现分解性工程才能.命题内容表现“创新设计才能.制造工艺才能.现实操作才能和工程治理才能”四个方面的请求.1.2小车功效设计请求给定一重力势能,根据能量转换道理,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配.该自行小车在前行时可以或许主动避开赛道上设置的障碍物（距离规模在700-1300mm,放置一个直径20mm.长200mm的弹性障碍圆棒）.以小车前行距离的远近.以及避开障碍的若干来分解评定成绩.给定重力势能为4焦耳（取g=10m/s2）,比赛时同一用质量为1Kg的重块（ 50×65 mm,通俗碳钢制造）铅垂降低来获得,落差400±2mm,重块落下后,须被小车承载并同小车一路活动,不许可失落落.请求小车前行进程中完成的所有动作所需的能量均由此能量转换获得,不可应用任何其他的能量情势.小车请求采用三轮构造（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立设计完成.1.3小车整体设计请求小车设计进程中须要完成：构造计划设计.工艺计划设计.经济成本剖析和工程治理计划设计.命题中的工程治理才能项请求分解斟酌材料.加工.制造成本等各方面身分,提出合理的工程计划.设计才能项请求对参赛作品的设计具有创新性和规范性.命题中的制造工艺才能项以请求分解应用加工制造工艺常识的才能为主.1.4小车的设计办法小车的设计必定要做到目的明白,经由过程对命题的剖析我们得到了比较清楚坦荡的设计思绪.作品的设计须要有体系性规范性和创新性.设计进程中须要分解斟酌材料 .加工 .制造成本等给方面身分.2.2原念头构原念头构的感化是将重物的重力势能转化为小车的驱动动能.能实现这一功效的计划有多种,就效力和简练性来看绳轮最优.小车对原念头构还有其它的具体请求.1.驱动力适中,不至于小车拐弯时速渡过大倾翻,或重物晃悠厉害影响行走.2.到达终点前重物竖直偏向的速度要尽可能小,避免对小车过大的冲击.同时使重物的势能尽可能的转化到驱动小车进步的动能,假如重物竖直偏向的速度较大,重物本身还有较多势能未释放,能量应用率不高.3.机构简略,效力高,便于加工制造.2.3传念头构传念头构的功效是把动力和活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,传念头构必需传递效力高.传动稳固.构造简略重量轻等.1.带轮具有构造简略.传动安稳.价钱低廉.缓冲吸震等特色但其效力不是很高.2.齿轮具有用力高.构造紧凑.工作靠得住.传动比稳固但价钱较高,不易加工制造.是以在第一种方法不可以或许知足请求的情形下可优先斟酌应用齿轮传动.2.4转向机构转向机构是本小车设计的症结部分,直接决议着小车的功效.转向机构也同样须要尽可能的削减摩擦耗能,构造简略,零部件已获得等根本前提,同时还须要有特别的活动特征.可以或许将扭转活动转化为知足请求的往返摆动,带动转向轮阁下迁移转变从而实现拐弯避障的功效.能实现该功效的机构有：凸轮摇杆.曲柄连杆等等.凸轮摇杆：长处：只需设计恰当的凸轮轮廓,便可使从动件得到随意率性的预期活动,并且构造简略.紧凑.设计便利;缺陷：凸轮轮廓加工比较艰苦.曲柄连杆：长处：活动副单位面积所受压力较小,且面接触便于润滑,故磨损减小;两构件之间的接触是靠本身的几何关闭来保持接触.缺陷：一般情形下只能近似实现给定的活动纪律或活动轨迹,且设计较为庞杂;当给定的活动请求较多或较庞杂时,须要的构件数和活动副数往往比较多,如许就使机构构造庞杂,工作效力降低,产生自锁的可能性增长.分解上面剖析我们选择凸轮摇杆作为小车转向机构的计划.2.5行走机构行走机构即为三个轮子,轮子又厚薄之分,大小之别,材料之不同须要分解斟酌.由摩擦理论知道摩擦力矩与正压力的关系为：δ⋅=N M对于雷同的材料δ为必定值.而滚动摩擦阻力 ： R N R Mf δ⋅==所以轮子越大小车受到的阻力越小,是以可以或许走的更远.因为小车是沿着曲线进步的,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.双轮同步驱动必定有轮子会与地面打滑,使小车活动产生误差,但因为小车速度较小时,可以大大减小差速带来的影响.双轮差速驱动可以避免双轮同步驱动消失的问题,可以经由过程差速器或单向轴承来实现差速.但差速器的构造较为庞杂,且因为单向轴承消失侧隙,在主动轮从动轮切换进程中消失误差导致活动不精确.综上所述行走机构的轮子应有恰当可调的尺寸,经由加工和成本的分解斟酌我们选用双轮同步驱动.三技巧设计技巧设计阶段的目的是完成具体设计肯定个零部件的的尺寸.设计的同时分解斟酌材料加工成本等各身分.3.1树立数学模子经由过程对小车树立数学模子,可以实现小车的参数化设计和优化设计,进步设计的效力和得到较优的设计计划,充分施展盘算机在帮助设计中的感化.是以,我们采用了Matlab软件帮助设计.小车后轮直径盘算：function [D2] =fD2(LC,n)%D2 小车后轮直径%LC 小车行驶一个周期的旅程%n 小车行驶一个周期,后轮转的圈数.%(肯定n之后,也就肯定了后轮轴与凸轮轴的转速比为n:1)D2=LC/pi/n;End推杆伸长量盘算：function [Delta] = fDelta(theta,yT)%yT 导向杆长%Delta 凸轮的推杆伸长量（假定伸长为正,缩短为负）%theta 小车前轮转角（假定左转为正）Delta=yT*sin(theta);end小车路径上某点的曲率半径盘算：function [r] = fr(x0,r0,l)%fr 求小车路径上某点的曲率半径%r0 零点处曲线的纵坐标,r0-y/2>10,y为两后轮间距%l 两个障碍物间距,700~1300% fx01,fx02 分离为fx0的一阶导,二阶导fx01=r0*pi*sin(pi*x0/l)/l;fx02=r0*(pi^2)*cos(pi*x0/l)/(l^2);r=(1+(fx01^2))^(3/2)/fx02;end小车前轮转角盘算:function [theta] = ftheta(r,x )%theta 小车前轮转角（假定左转为正）%r 小车路径上某点的曲率半径%x 前轮轴与后轮轴间距theta=atan(x/r);end小车行驶一个周期的旅程盘算：function [ LC ] = fLC(r0,l)%应用第一类曲线积分,当被积函数为1时,即求曲线长度%r0 零点处曲线的纵坐标,r0-y/2>10,y为两后轮间距%l 两个障碍物间距,700~1300%LC小车行驶一个周期的旅程x0=sym('x0');%r0=sym('r0'); l=sym('l'); %使成果带有r0和l这两符号f=sqrt(1+r0^2*pi^2*(sin(pi/l*x0))^2/(l^2));LC=int(f,0,2*l);LC=double(LC); %将成果转化为数值.成果带有符号时不能应用end凸轮轮廓曲线画图:l=800; %两个障碍物间距,700~1300r0=150; %零点处曲线的纵坐标,r0-y/2>10,y为两后轮间距x=200; %前轮轴与后轮轴间距yT=30; %yT 导向杆长rj=10; %凸轮基圆半径x1=72; %凸轮轴(轴1)与前轮轴程度间距x2=72; %轴1与轴2间距x3=48; %轴2与轴3间距x0=0;r=fr(x0,r0,l);theta=ftheta(r,x);maxDelta=fDelta(theta,yT); %maxDelta 推杆最大伸长（或缩短）的量maxDeltaxT=x1-rj-maxDelta; %xT凸轮的推杆长度xT i=1;for alpha=0:0.0001:2*pix0=alpha*l/pi;r=fr(x0,r0,l);theta=ftheta(r,x);Delta=fDelta(theta,yT);TL=rj+maxDelta+Delta;n(i)=alpha;m(i)=TL;i=i+1;%hold on;%polar(alpha,TL); %描点法画出凸轮轮廓%plot(x0,Delta); %查看Delta(推杆伸长缩短量)随x0变化而变化的情形%plot(x0,theta); %查看theta（前轮转角）随x0变化而变化的情形%hold off;endpolar(n,m);%axis equal; %描点时,使横纵坐标单位间距相等3.2参数肯定单位：mm 前轮轴与后轮轴间距x=200导向杆长x=30凸轮基圆半径R=10凸轮轴(轴1)与前轮轴程度间距x=80轴1与轴2间距x=72轴2与轴3间距x=483.3零部件设计1.需加工的零件：a．驱动轴.传动轴b．车轮c.轴承座d.底板e.凸轮2.可购置的标准件：内圈Φ10的深沟球轴承.7个不同弹性模量弹簧.M8方形内六角螺栓3.部分加工零件二维图3.4小车活动仿真剖析为了进一步剖析本计划的可行性,我们应用了Solidworks进行了动态仿真.四小车制造调试及改良4.1小车制造流程4.2小车调试办法小车的调试是个很重要的进程,有了大量的理论根据支持,还必须用大量的实践去验证.小车的调试涉及到许多的内容,如车速的快慢,绕过障碍物,小车整体的调和性等.（1）小车的速度的调试：经由过程小车在指定的赛道上行走,测量经由过程指定点的时光,得到多组数据,从而得出小车行驶的速度,经由过程实验,发明小车后半程速度较快,整体调和机能不是太好,于是车小了绕绳驱动轴,减小过大的驱动力同时也增大了小车进步的距离.（2）小车避障的调试：固然本组小车各个机构相对来说较简略,但损耗能量稍多,同时避障也不是很好,可以经由过程转变摇杆与凸轮的接触实现微量调节.4.3小车改良办法1.构造优化：为了进步能量的应用效力,在不影响应用前提的情形下,可以削减不必要的部分.2.机构优化：为了进步能量的转换效力,在稍微增长成本的情形下,可以斟酌应用齿轮传动.五评价剖析5.1小车优缺陷长处：（1）小车机构简略,加工制造便利;（2）采用塑料材质,质量较轻,有利于行驶较远的距离.缺陷：小车精度请求高,使得加工零件成本高,因为差速的消失影响小车的绕弯以及能量的有用应用率.5.2改良偏向小车重要的缺陷是精度请求异常高和消失差速问题,信任改良小车的精度和差速问题,,小车便能达到很好的行走后果.。
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。
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。
无碳小车设计说明书(一等奖作品)
在选择方案时应综合考虑功能、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。
图三
2。考虑到重量加工成本等，车架采用木材加工制作成三角底板式。可以通过回收废木材获得，已加工。
2.2
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可能不一样，在不同的场地小车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。
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。调试过程会通过微调等方式改变小车的参数进行试验，在试验的基础上验证小车的运动规律同时确定小车最优的参数。
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750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。
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目录前言第1章、绪论 (4)1.1 参赛主题 (4)1.2 功能分析 (4)1.3 设计方法 (4)第2章、轨迹和行走机构选型与计算 (6)2.1 轨迹和行走机构选型 (6)2.2 轨迹参数计算 (7)第3章、控制机构选型与计算 (10)3.1 控制机构选型 (10)3.2 放大机构的设计 (12)3.3 凸轮的设计 (13)第4章、传动机构选型与计算 (16)4.1 传动机构选型 (16)4.2 齿轮系的设计 (16)4.2 尺寸参数校核 (17)第5章、动力机构选型与计算 (19)5.1 绕绳轮安装位置分析 (19)5.2 力分析 (20)5.3 前轮转向阻力矩的计算 (23)5.4 弹簧劲度系数的计算 (23)5.5 尺寸参数的获取 (23)5.6 质量属性参数的确定 (26)5.7 参数的计算 (27)5.8 绕绳轮最大半径的确定 (29)第6章、微调机构简介 (30)第7章、误差分析及效率计算 (31)7.1 误差分析 (31)7.1.1 设计误差 (31)7.1.2 参数误差 (31)7.1.3 加工与装配误差 (31)7.2 传动效率的计算 (32)7.2.1 动力机构效率的计算 (32)7.2.2 传动机构效率的计算 (33)7.2.3 控制机构效率的计算 (34)第8章、仿真分析 (35)第9章、综合评价及改进方案 (37)9.1 综合评价 (37)9.2 改进方案 (39)第10章、参考文献 (40)第11章、附录 (40)11.1 机构运动简图及装配图 (40)11.2 小车三维装配图及爆炸图 (42)第1章、绪论1.1 参赛主题第三届全国大学生工程训练大赛的竞赛主题为“无碳小车越障竞赛”。
这次竞赛包含两个竞赛项目。
第一个项目与往届竞赛相同，为小车走“S”形线路绕杆。
竞赛项目二为小车走“8”字形线路绕杆。
通过商量，我们选择的竞赛项目为项目二。
1.2功能分析根据本次竞赛规定，竞赛项目二是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，相距一定距离放置在半张标准乒乓球台的中线上。
小车是在重物下落所带来的重力势能的作用下实现运动和转向。
因此，小车需具备能量转换装置、转向控制装置、驱动机构等。
1.3 设计方法在小车的设计过程中，应该充分综合考虑到材料、加工制造、生产成本等个方面因素，以保证小车的设计更加符合实际，削减理论与实际之间的差距。
小车实现绕“8”字功能，应有相应的轨迹，因此，在进行小车的机构设计时可采用从小车的理论轨迹入手，逆向进行机构设计的方法。
在进行机构设计时，应采用发散思维，注意机构的选型与组合，应充分考虑到各机构间的相互关系以及整体效应，注意及时对机构进行调整。
小车的设计方法是保证小车技术含量的关键，在设计方法上，我们在关键部分采用参数化组合设计，以保证设计精度和方案的可行性。
再设计流程上，我们循序渐进步步为营，同时兼顾全局。
下面是我们的设计流程图。
图1-1第2章、 轨迹和行走机构选型及其计算2.1 轨迹和行走机构的选型为了获得最优的理论轨迹，我们采用列举法，进行逐一筛选。
经过商议，列举了以下几种轨迹：1、双纽线2、互补正弦曲线3、相切圆4、形“8”字折线5、其他形似“8”的曲线等双纽线：其直角坐标以及极坐标方程为：(x 2 + y 2)2 = 2a 2(x 2 − y 2)，ρ^2=a^2*cos2θ，由此可知极坐标下曲线上任何一点的曲率半径为θ2cos 32aR =。
通过分析，双纽线是所有曲线中经过相同距离的俩个桩的路程是最短的， 同时双纽线曲率又大变小再变大在变小，再回到出发点，运动过程没有曲率突变，所有路程都光滑过渡。
但是，由于双纽线本身的复杂性，导致控制机构的设计的难度相当大，通过绘图计算，发现四杆机构不能同时满足转向及时间上的控制，而用凸轮机构则导致凸轮的轮廓曲线太过复杂。
互补正弦曲线，相切圆，折线正弦曲线可以用四杆机构实现，但是由于在端点处存在去两次曲率突变。
相切圆、“8”字折线可以很简答的实现，但是也存在曲率突变的问题，这些问题都会严重影响小车的稳定性，因此不采用这些轨迹作为理论曲线。
轨迹敲定：为了保证小车能够稳定实现八字运动，我们最终确定小车的理论轨迹为俩段圆弧通过俩段公切线连接。
这样既保证了小车运动过程的平稳性，又同时使得轨迹规律性强，易于控制。
针对这个想法，我们设定了俩种轨迹分别如图（2-1）、（2-2）所示。
图2-1图2-2考虑到小车的行走机构，我们拟定了三种小车行走机构的方案，如下：方案一、后轮单轮驱动，其他俩轮从动方案二、后轮定时驱动，前轮从动方案三、后轮同时驱动，前轮从动针对方案一，左轮与主动轴通过键连接，后轮通过轴承与主动轴相连，即可实现转弯时的差速，简单有效。
针对方案二，采用齿轮系分别驱动左右后轮，其中用互补的的不完全齿轮定时驱动左轮右轮。
针对方案三，通过在后轮主动轴上安装差速器来实现差速。
通过分析，方案一不能实现轨迹图（2-1），方案二不能实现轨迹图（2-2），方案三则能实现俩种轨迹。
由于方案二和方案三需要增加许多齿轮，大大的增加了成本和机构复杂度。
况且，方案二的定时控制难度较大，而根据经验方案三可靠度不高，因此，考虑到经济效益以及可靠度，放弃了这两种方案。
最终选定的轨迹如图（2-2）所示，实现的方式为方案一。
2.2 轨迹参数计算理论轨迹的计算及参数确定：假设：小车尺寸参数：小车宽为2c，轮距为b，前轮最大转角为α轨迹参数：中心距为2p,圆弧半径为R，直线斜率为k,设定不可行区域为直径为200mm的圆。
小车运动场地尺寸：长1525mm，宽1370mm。
根据以上参数，建立直角坐标系，理论轨迹下，可列出以下方程：2p+2R+2c≤1500 ……..………………………………..(2-1)2 (R+2c)≤1350…………………………………………..(2-2)R≥100+c ………………………………………….……..(2-3)又小车转弯时左轮曲率半径满足关系：ρ= c b +αtan …………(2-4) 转弯时，小车曲率半径满足R =ρ根据以上式子，线性规划取合理的值，所得结果如下： ρ=250mm, 2p=600mm,R=250, α=38.662c=150mm, b=200mm.根据以上参数，可作出小车左右轮的轨迹图（2-1）如图所示：图2-1由于左轮驱动，右轮从动，故需计算左轮有关参数，如图粉色曲线所示。
测量计算得：主动轮一个周期走过的路程为S=3219.23mm，=331.66*2=663.32mm,其中直线路程为：S1弧线路程为：S 21278.00*2=2556第3章、控制机构选型及计算3.1 控制机构选型根据小车运动的轨迹，可知小车前轮转向为间歇运动，因此可用不完全齿轮机构，槽轮机构，凸轮机构等做小车前轮转向的控制机构。
在假定小车速率恒定运动的情况下，设小车驱动轮的速率恒定为v，周期为T。
忽略过渡阶段，设小车走直线的时间为t1，走弧线的时间为t2。
根据小车一个周期内的轨迹可绘制出小车运动循环图表3-1 小车运动循环分析0~ t1t1~ t1+ t2t1+ t2~2 t1+ t22t1+t2~2(t1+ t2)小车启动，走直线，前轮转角为0度。
由直线过渡到曲线，并走直线，前轮右转α度。
轨迹由弧线过渡到直线，前轮回转α度。
轨迹由直线再转回到弧线，前轮左转α度。
历时t2后回到起始点。
根据上表分析，由于t1≠t2,故排不采用槽轮机构。
不完全齿轮以及凸轮机构均可实现.令：T=60s，后轮半径R1=70mm,前轮R2=20mm,左轮周长C=12Rπ则：左轮一周期内所转过的圈数为：r1= C S半个周期内，走直线所需圈数：r2= C S1走曲线所需圈数：r3= C S2代入数据即可求得: r1=7.3194rr2=0.7541rr3=2.9262r根据以上计算，可知，如果用不完全齿轮，在保证一定精度的情况下，导致齿轮过大，且须附加锁止机构，因此成本科及复杂度较高。
而小车实现理论轨迹所需控制简单，只需在必要的时候驱动前轮转向即可，而不需考虑转向这个过程。
如果用凸轮摇块机构，只需凸轮有四段圆弧即可，所以，凸轮轮廓曲线简单，加工难度大大降低，加工精度也可相应提高。
因此，可初步设计出凸轮摇块机构如图所示：凸轮推程与推杆到摇块的距离满足关系：δ=dαtan⨯由于α=38.66 ，考虑到安装，d≥10mm,则：δ=8.00mm。
图3-13．2 放大机构的设计由2.1可知， =8.00mm，推程过大，导致凸轮过渡区域过大，严重影响控制精度。
为此，设计一个放大机构来保证控制精度。
故须增加放大机构。
图3-2为了后续设计的方便，我们对整个控制机构做了逐步分析计算以确定其大体尺寸参数。
如图所示;图3-3设四杆长度依次为：a,b,c,d ，各杆的方向向量为：a → ，b →，c →，d →。
根据几何关系有：a →+b →=c →+d →……………………………………………………….(3-1)31412111cos cos cos cos θθθθ⨯-⨯=⨯+⨯c d b a …………………………..(3-2) 33432313cos cos cos cos θθθθ⨯-⨯=⨯+⨯c d b a …………………………..(3-3)1311θθ==α…………………………………………………………...(3-4)b 222)(dc a =++……………………………………………………….(3-5)311tan θδ⨯=DE ………………………………………………………..(3-6)332tan θδ⨯=DE ………………………………………………………..(3-7)根据小车尺寸，考虑到安装问题，选定合适参数，令a=20mm,20=DE mm,又α=38.66 ，可求得控制机构各尺寸参数如下： b=30mm,c=84mm,1δ=3.76mm,2δ=4.08mm 。
3.3 凸轮的设计：凸轮推程为1δ=3.76mm ，回程2δ=4.08mm ，凸轮基圆半径为0ρ，偏距e=0。
T=60s,小车走直线所对应凸轮的转角为1θ=18021⨯S S =36.88 ，走弧线所对应的凸轮的转角为2θ=1801θ- =143.12 。
则推杆的运动规律如下表所示：表3-2 凸轮运动循环分析序号 凸轮运动转角 推杆运动规律 10~36.88如图位置2所示，前轮转角位0，推杆处于推程为2δ的位置。
236.88 ~180推杆由2δ上升到1δ+2δ，之后保持远休3 180 ~216.88 回程，通过圆弧过渡，回到2δ位置，并保持休止4 216.88 ~360 推杆继续回程，推程变为0后保持休止状态根据推杆的运动规律，为了提高精确度，减少过渡时间，并且保证过渡平滑减少冲击，同时考虑到整体尺寸，设定凸轮基圆半径92.330=ρmm,滚子半径为7mm,则大圆弧半径为mm 381=ρ，小圆弧半径为mm 20.302=ρ，可设计图轮轮廓曲线如下图（3-4）所示：图3-4根据以上设计，可绘制控制机构总体部署如图（3-5）所示：图3-5第4章、 传动机构及计算4.1 传动机构的选型重物下落产生的动力需要经过一定的传动机构调速后传动到凸轮以驱动前轮转向机构使前轮转向。