8字无碳小车设计方案
8字无碳小车设计方案
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而得到的.该给定重力势能由竞赛时统一使用质量为1Kg 的标准砝码(￠50×65 mm，碳钢制作) 来获得4J 能量,要求砝码的可下降高度为400±2mm.标准砝码始终由小车承载，不允许从小车上掉落。
图1 为小车示意图。
图一要求小车在行走过程中完成所有动作所需的能量均由此给定重力势能转换而得，不可以使用任何其他来源的能量。
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。
在300~500mm 范围内产生一个“8”字型赛道障碍物间距值。
重物块从距小车底板400mm 的高处下落，带动主动轴转动，使小车运动，再通过齿轮传动和转向结构，实现在转动一定周期时，小车进行方向的改变，从而实现8 字的运动轨迹。
通过对命题的分析,我们小组有了一个比较清晰的思路。
我们在网上搜集资料，对每个结构的各种方案进行了比较，再结合我们的实际情况和自己想法，最后确定了以下结构。
对于各种参数的确定，我们只要是对齿轮进行了计算，其他参数是在原有的基础上进行了修改。
在设计过程中，我们主要采用了Auto CAD、Solidworks 软件进行辅助设计。
车架受力小，精度要求低，考虑到铝板密度小，强度对于小车也足够，而且方便加工，故本次制作选择3mm 厚铝板。
由于我们是后轮单轮驱动，前导向轮与驱动轮的横向距离过大会使小车在绕行8 字时轨迹不对称, 即一个圆大一个圆小。
为避免这种情况我们将驱动轮与导向轮的横向距离取消。
原动机构是把重物的重力势能转化为小车动能的装置.要求1。
驱动力适中，不至于小车转弯时速度过大倾翻.2.启动时提供足够的加速度使小车开始行走.3.到达终点时的速度要尽可能小，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，不仅浪费了重物的动能，下落时对车架的冲击还会影响小车的运动。
“8”字循迹无碳小车结构创新设计
“8”字循迹无碳小车结构创新设计1 设计思路根据“8”字形路线小车的运动特点，小车转向轮应在一定角左右周期性摆动，根据这一原理我们采用凸轮的形式来实现这一周期性定角摆动，且选择与之相应后轮传动比来满足要求；车架我们采用方形版结构，考虑到节约加工成本，底板重量等因素，我们和加工中心进行联系，使用铝合金材料，采用较为方便的激光切割进行加工；齿轮齿轮传动平稳，传动比精确，工作可靠、效率高、寿命长，使用的功率、速度和尺寸范围大的优点，因此传动方式我们采用齿轮和动滑轮相结合；考虑到小车在运动过程中后轮会产生一定的差速，对于差速的处理，本设计采用单轮驱动。
由于驱动轮越大，滚阻系数越小，行走距离远，因此选择较大的轮驱动车体。
2 特色创新结构设计说明我们对无碳小车进行结构设计，要保证小车能稳定的进行8字行走，我们要保证各机构设计精确可靠，由于采用凸轮结构实现转向功能，则对凸轮形状的设计必须考虑周全。
另外微调机构在保证平稳前行过程中也起到极为关键的作用。
考虑到加工难度及成本，设计了单轮驱动。
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。
原动轮的半径变小，使总转速比提高。
下面主要对小车凸轮设计以及微调机构设计进行说明。
2.1 凸轮设计首先我们根据小车行走的8字轨迹形状进行凸轮的理论形状设计，如图1所示，考虑到实际加工出来的凸轮有一定的厚度，必将导致用理论形状加工出来的凸轮形状所走出来的轨迹与实际轨迹存在误差，我们通过分析，将加工出来的凸轮形状作为初步大致凸轮，然后采用调试掌握相关规律，将因凸轮厚度引起的误差采用手动磨削的方式减小到最小，反复实验，最后得到滿意的凸轮形状。
2.2 微调机构设计由于前面确定了转向采用凸轮机构换向方案，为了提高准确度，适应性，因此就必须加上微调机构，对误差进行修正。
微调机构可以采用下面两种方式（1）凸轮轴向可移动一微小位移，从而调整凸轮与推杆接触点的位置，来调节八字大小，如图2为本文所设计凸轮微调装置。
“8”字形无碳小车设计
8字形无碳小车设计项目介绍本项目是基于机械设计的课程要求而进行的设计，需要设计出一款8字形无碳小车。
该小车不仅要满足在直线上的移动，还需要具备在转弯时具备稳定性和灵活性的特性，以便在不同场合下进行应用。
设计思路总体设计在进行设计之前，我们首先确定了该小车需要满足的基本要求：8字形的结构和无碳的材质。
在此基础上，我们确定了该小车采用两个轮子，每个轮子由两个电机驱动，采用倒立式机械结构。
图1：8字形无碳小车示意图电机选型在选择电机时，我们考虑到需要一定的扭矩和转速。
我们最终选择了两款表现比较出色的电机，分别为Mabuchi RS-775WC-9517直流电机和小日本FC-280SC-20150直流电机。
这两种电机在理论测试过程中都表现出了良好的性能。
机械结构在进行机械结构方面的设计时，我们首先采用了3D建模软件绘制出了图纸。
为了增加小车的稳定性，轮子的轴距被加长，同时在两个轮子之间加了一根横杆和一个弯曲部件，以便于小车在8字形轨迹的转换时更加平稳。
图2：机械设计图控制系统在控制系统方面，我们采用了基于Arduino的控制器，并通过PID控制算法实现轮子转速的控制。
由于该小车需要进行方向控制，所以我们还加入了一个陀螺仪模块，用于感知小车的方向。
实际制作材料准备在进行实际制作之前，我们需要准备一些材料。
主要包括：电机、电池、轮胎、木板、3D打印件等。
制作过程制作过程分为三个步骤：机械部件制作、电路制作、程序编写。
1.机械部件制作我们首先按照之前的机械设计图进行部件制作，包括：底盘、支架、轮子等。
2.电路制作电路制作主要包括将电池、控制器、电机、陀螺仪等部件进行连接。
连接的过程需要注意电路接线的正确性。
3.程序编写我们编写的程序需要完成小车的运行控制、方向控制、转速控制等功能。
在编写的过程中，我们采用了PID控制算法和蓝牙控制模块，以方便我们在实验过程中及时进行数据的传输和控制。
实验结果我们通过在8字形轨迹上进行测试，将小车的运行时间、速度、稳定性等各项指标进行了测量。
基于数据分析的“8”字无碳小车的设计与改进
基于数据分析的“8”字无碳小车的设计与改进摘要无碳小车越障竞赛要求设计一种小车，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。
该给定重力势能由竞赛时使用质量为1Kg±5g的重锤获得，重锤由各学校自行准备，尺寸自定（比赛前由组委会统一称重，不符合规定的重锤由组委会提供，并在小车拆装和调试环节成绩中扣0.5分），要求砝码的可下降高度为400±2mm。
重锤由小车承载，不允许从小车上掉落。
关键字凸轮机构；轴承；能量转换前言无碳小车越障竞赛要求设计一种小车，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。
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。
小车需绕中线上的两个障碍物按“8”字形轨迹运行，障碍物为直径20mm、长200mm的3个圆棒，圆棒中心分别放置在“L”形的3个端点上，以小车完成8字绕行圈数的多少来评定成绩，见图11 设计思路1.1 能量转换机构该机构由重物、滑轮架、滑轮、碳素杆、绕线轮、前轴组成，当重物下落时通过绳子带动安装在前轴上的绕线轮旋转，驱动前轴转动，从而将重力势能转化为动能。
1.2 转向机构该机构由凸轮、摆杆、前叉组成，前轴带动凸轮旋转，导致摆杆有规律地摆动，通过前叉使前轮变换方向，引导小车走出8字形轨迹。
1.3 传动机构该机构由前齿轮、中齿轮、大齿轮、后齿轮、后轴组成，前轴带动齿轮、齿轮带动后轴转动，从而将动能传给后轮，使后轮转动。
为了充分利用能量，使小车行驶距离更远，小车为二级齿轮传动。
1.4 执行机构该机构由前轮和后轮组成。
1.5 机架小车的机架由两块侧板、前横梁、底板组成。
2 小车出发定位方案2.1 找合理放车位置小车前轮用粉笔涂抹后摆正，并在摆杆与凸轮接触位置上做好标记，同时记下前轮和两后轮位置，随后发车，根据小车前轮的运动轨迹和桩距，找到合理放车位置。
“双8”字无碳小车的设计与分析
期引言“双8”字无碳小车作为第六届全国大学生工程训练综合能力竞赛的项目之一，仅靠1kg碳钢锤的重力势能驱动小车避障行进，对于小车的创新设计提出了较高的要求。
1设计思路依照竞赛命题，小车设计成三轮结构，后轮驱动、前轮转向，转动凸轮连带前轮连杆实现周期转弯。
小车行走动力依靠重物牵引细线直接获得，采用多齿轮啮合实现后轮作为驱动轮。
牵引细线经过顶部变比定滑轮缠绕在增速轴上，细线的拉力转换成扭矩，通过一级增速驱动后轮轴转动,两后轮采用超越离合器实现差速，驱动小车前行；前轴依靠锥齿轮转动，实现转向与行走周期的无级传动；锥齿轮轴与前主轴垂直，外部安装有凸轮，通过推动前轮连杆，带动前轮做周期性转动，实现小车双8字曲线行走避开障碍物；通过调节连杆伸出的长度来改变前轮的摆动角度，进而调节前轮转向角度以适应距离的桩距；通过百分尺精确调节转向杆长度与前轮角度保证小车行走轨迹的对称中心线为障碍物连成的直线。
在保证结构刚性的前提下，尽可能减轻车重，减少运动部件摩擦，尽量采用简洁稳定的传动链确保小车的稳定性，提高小车的行走距离。
设计过程中尽可能采用标准件如滑轨滑块，轴承，高精度测量工具如百分尺、游标卡尺来提高小车运行可靠性及微调精密度。
2小车出发定位方案利用发车架作为小车每次绕桩发车的基准，从而确定出发位置：发车架上角尺部件用于前进方向直线定位，使其与障碍物所在直线平行；通过直尺测量发车架基准点到发车线以及与侧轮与障碍物所在直线的距离，确定位置后发车架固定不动；通过改变发车架上百分尺的刻度来确定不同桩距下小车的发车角度。
通过T形挡铁贴住转向导杆，确定整车传动机构的发车起始位置。
3数据计算3.1传动设计数据各级传动比：变比滑轮i1=1.5；大齿轮到小齿轮i2=3.75；砝码下降长度（mm）/小车行走长度（mm）：400/60000小车最大理论行走长度：S=(400×2)/（6×3.14）×i2×（160×3.14）=60000mm=60m小车距出发线最大理论距离：小车距出发线最大理论距离=S/1.57=34m3.2转矩设计数据各级转矩及摩擦力矩分析：设小车最终驱动力矩M，重锤质量m=1kg，G≈10N，取铝合金齿轮传动效率η=0.96，变比滑轮传动比i1=1.5，齿轮传动比i2=3.75；绕线轴驱动力矩：M1=G×Φ/2×i1=10×6/2/1000/1.5=0.02N·m.经一级齿轮传动后传动轴驱动力矩：M2=G×Φ/2/i2/i1×η1=10×6/2/1000/1.5/3.75×0.96=0.005N·m滚动摩擦系数为f=0.01后轮半径R=80mm重心距后轮x=70mm，轮距l=170mm，则：F=Gf(l-x)/l=15×0.01×(170-70)/170=0.088N.4结构设计创新每一个轴上都装有滚动轴承，可以减少摩擦，保证运动的流畅性和准确性。
八字形无碳小车课程设计
八字形无碳小车课程设计一、教学目标本课程旨在让学生了解八字形无碳小车的基本概念、设计原理和制作方法，通过实践活动提高学生的科学探究能力、动手能力和团队协作能力。
具体目标如下：1.知识目标：（1）了解八字形无碳小车的结构特点和运动原理。
（2）掌握无碳小车制作的材料选择、设计和组装方法。
（3）了解无碳小车在环保领域的应用和意义。
2.技能目标：（1）能够运用科学知识分析和解决无碳小车制作过程中遇到的问题。
（2）具备动手实践能力，独立完成无碳小车的制作。
（3）培养团队协作精神，学会与他人共同探讨和解决问题。
3.情感态度价值观目标：（1）培养学生对科学的兴趣和好奇心，提高科学素养。
（2）培养学生关爱环境、珍惜资源的意识。
（3）培养学生勇于创新、克服困难的精神。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括八字形无碳小车的概念、设计原理、制作方法和实践操作。
具体安排如下：1.第一课时：八字形无碳小车概述（1）介绍八字形无碳小车的定义和特点。
（2）讲解无碳小车的工作原理和应用领域。
2.第二课时：无碳小车设计原理（1）讲解无碳小车的设计原则和方法。
（2）分析无碳小车的结构组成和功能。
3.第三课时：无碳小车制作方法（1）介绍无碳小车的制作材料和工具。
（2）演示无碳小车的制作过程。
4.第四课时：实践操作（1）学生分组制作无碳小车。
（2）进行无碳小车比赛，检验学习成果。
三、教学方法本课程采用讲授法、实践操作法和小组讨论法相结合的教学方法，以激发学生的学习兴趣和主动性。
1.讲授法：讲解无碳小车的相关概念、原理和制作方法。
2.实践操作法：学生动手制作无碳小车，提高实践能力。
3.小组讨论法：分组讨论制作过程中的问题和解决方案，培养团队协作能力。
四、教学资源1.教材：选用符合课程内容的八字形无碳小车教材。
2.参考书：提供相关领域的参考书籍，丰富学生知识体系。
3.多媒体资料：制作PPT、视频等资料，直观展示无碳小车的制作过程和原理。
4.实验设备：准备无碳小车制作所需的工具和材料，如剪刀、胶带、电机等。
8字形轨迹无碳小车的创新性设计
8字形轨迹无碳小车的创新性设计摘要：针对第三届全国大学生工程训练综合竞赛“无碳小车”主题，设计一种以重力势能驱动具有方向控制功能8字形轨迹自行小车，提出了一种创新设计，设计出一种结构简单，制作容易的无碳小车，该小车特点是：小车为边三轮结构，采用共轭凸轮滚子直动推杆转向机构，采用了动滑轮组、锥形滚筒及约束导轨，提高了能量利用率及行驶稳定性，使得行驶轨迹更精确，行驶路程更远。
本设计为日常生活、工业生产、儿童玩具车中需要“8”字形轨迹控制的小车机构设计提供了借鉴，有较好应用价值。
关键词：无碳小车、8字形轨迹、方向控制、共轭凸轮、机构设计1 引言当今世界，科学技术飞速发展，人们生活水平不断提高，然而环境污染也日益严重，可持续发展已成时代潮流，“低碳生活”观念已成共识。
坚持科学发展观，走可持续发展道路是社会发展必然趋势，现在许多发达国家都把无碳技术运用到工农业及日常生活各领域，我国也在加大无碳生产技术的研究。
鉴于此，设计无碳小车模型具有重要意义。
小车设计要求：全部能量由重力势能提供，能绕一定间距两障碍物走8字形轨迹，能自动转向。
2 运动轨迹分析及设计小车在行驶时能绕一定间距两障碍物沿8字形循环绕行，要求转向机构能周期转向，在速度一定下，必须保证小车运动轨迹曲率是连续的，否则曲率突然改变，小车容易晃动甚至倾覆。
因此，可将小车轨迹设计成由两个相切的圆组成的8字形，使小车在每走完半个8字时转向机构换向一次，即实现8字绕行。
3 驱动及转向原理重物下降过程中，重力势能通过绳轮式原动机构传递给后轮轴，轴带动后轮转动，带轮传动机构将能量传递给共轭凸轮滚子直动推杆转向机构，控制小车前轮自动转向，在行走机构驱动下使小车前行，根据小车行驶8字形轨迹大小来设计带轮传动机构传动比及转向机构凸轮形状，同时在微调机构调节下对前轮摆角进行微调，使前轮在每走完半个8字时转向一次，即实现小车走8字形轨迹。
图4：驱动转向原理图（2. 驱动轴4.滚筒 6.带轮8.定滑轮12.凸轮18.前轮20.边轮23.后轮24.小带轮）4 机构设计根据功能要求把小车分为原动机构、传动机构、转向机构、行走机构四个模块，进行模块化设计。
八字形无碳小车设计
重力势能驱动的“8”字型题目：自控越障车设计姓名：赵洋学号: 201301020060002专业：机械电子工程班级：2013级01班学院：机电工程学院指导教师：沈学会完成时间：毕业设计（论文）诚信声明书本人声明：本人赵洋（学号：201301020060002 ）所提交的毕业论文《重力势能驱动的“8”字型自控越障车设计》是本人在指导教师沈学会老师指导下独立研究、写作的成果，论文中所引用他人的无论以何种方式发布的文字、研究成果，均在论文中加以说明；有关教师、同学和其他人员对本文的写作、修订提出过并为我在论文中加以采纳的意见、建议，均已在我的致谢辞中加以说明并深致谢意。
学生（签字）：时间：年月日指导教师已阅（签字）：时间：年月日毕业设计（论文）版权使用授权书本毕业设计《重力势能驱动的“8”字型自控越障车设计》是本人；赵洋（学号：201301020060002）在校期间所完成学业的一部分，是在指导教师沈学会老师的指导下独立完成的。
本人同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的印刷件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权山东协和学院可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。
学生（签字）：时间：年月日指导教师已阅（签字）：时间：年月日摘要我的毕业设计题目是“重力势能驱动的“8”字型自控越障车设计”。
设计过程中小车的设计方法极其关键，首先论文思路要明确；而在设计过程中，选材、建模以及加工过程中要考虑充分。
我借鉴了一些现代发明理论例如对系统、参数的优化设计等；并采用了WINDOWS、MATLAB、PROE等辅助设计软件。
根据方案我将小车的机器构成分为六个部分，进行分步设计。
针对每一个部件设计切合的方案，通过筛选对比选出其中最好的方案组合。
我的方案最终确定为：选用三角底板式车架、锥形轴原动结构、传动结构选用齿轮或无需该机构、采用槽轮结构及曲柄连杆作为转向机构、行走结构采用单轮驱动实现差速、微调结构采用微调螺母螺钉。
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！
8字形无碳小车的设计
8字形无碳小车的设计摘要：针对2015年第四届全国大学生工程训练综合能力竞赛主题为“无碳小车”，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而得到的。
设计一种小车，该小车特点是：为了小车的综合运行能力，将小车的重心尽量的降低，使小车运行更加平稳。
在小车转向部分增加指针，方便观察转角，准确地对小车进行调整。
采用不完全齿轮实现间歇。
利用滑块顶丝使曲柄长度连续可调，从而改变转角。
本设计在实际生活中也会用到，有很好的应用前景。
关键词：8字形;不完全齿轮;单级齿轮驱动;摆动导杆1.总体分析采用尼龙线连接重物和原动轴，重物的下降会拉动尼龙线然后带动原动轴旋转，从而实现小车的驱动。
当重物落到车板上的时候会对车板产生撞击，造成能量损失。
①通过理论分析让重物的能量尽可能的转化小车的行进的动能。
为了达到这一目的我们需要实现重物下落时的运动规律：由静止开始加速下落，然后开始匀速下落，最后进入减速阶段，以接近速度为零的速度落到车板上。
本作品采用锥形轴原动轴，锥形轴可以很好的做到以上运动规律，达到减小能量损失的目的。
②根据本大赛的要求，小车需要自动控制其转弯，为了实现小车的自动转弯，首先后轮的运动应该传给转向机构，然后设计以一种机构实现前轮的间歇行工作。
③为了保证小车行驶的距离最远，必须将不必要的损失降到最小。
可以设计出一种机构让小车在需要转弯的地方是走弧线，在不需要转弯的地方走直线。
还可以在保证小车正常行驶的情况下将小车打孔，减轻小车的质量。
本作品利用重物的重力势能做能量，通过单级齿轮驱动后轮进行前进;利用不完全齿轮实现间歇;利用摆动导杆实现转向，从而实现无碳小车的8字形运动。
2.运动轨迹分析AB、CD阶段间歇（细实线），AD、BC阶段转向（粗实线）。
小车从D点起车，起车时小车间歇机构处于间歇状态，小车前轮以一定的摆角行驶，并保持这一状态由D点运动到C点（细实线），到C点后开始转向，到B点转向结束（粗实线），从B点到A点（细实线）小车间歇机构再次进入间歇状态，小车前轮以一定摆角运动到A点结束，A点到D点（粗实线）小车前轮转向，到D点后和开始起车一样，即到此完成一个8字周期。
8字无碳小车结构设计报告
②转向机构设计参数：齿轮模数m=1，Z=20，凸轮半径R=36mm，滚子半径r=2.5mm，前轮中心到前轴距离d=60mm。
4、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，同时锻炼了我们的动手能力。在无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，这是我们参加全国大学生工程训练综合能力竞赛最大的收获！
E.为了便于调试小车轨迹，凸轮采用“插条式”结构；
F.为了保证小车运动的平稳性，故在驱动轴上安装飞轮；
G.为了稳定小车的重心，故采用三杆结构。
3、设计结果
无碳小车的整体结构详见结构设计总图
结构设计参数如下：
①驱动机构的设计参数：传动比i=7，绕线长度L=2000mm，绕线轴启动直径d3=6mm，驱动直径d4=6mm，，后轮直径d5=134mm，前轮直径d6=40mm。
结构设计总图
比例
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第二届全国大学生工程训练综合能力竞赛-设计图
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2、设计方案
A.小车以钢板做的底板为主体，下面安装轴承座以支承轴、上面安装吊挂重物的立杆；
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.输入轴通过两级齿轮传动驱动前轴，由前轴凸轮驱动齿轮齿条机构控制小车的转向；
第二届全国大学生工程训练综合能力竞赛
无碳小车8型设计方案
无碳小车8型设计方案无碳小车基本上有以下几个部分构成：驱动、转向机构、车身和载物架部分。
以下是小编整理的无碳小车8型设计方案，欢迎阅读。
一、小车设计：1.工作原理给定1kg的重块在400mm的高度落下来，由重力势能转化成小车前进的动能，同时利用转向装置实现小车按8字形曲线(近似看作)绕桩前进，桩距400mm。
当重物下落时，其所带的绳子带动绕线轴转动，带动与绕线轴同轴的主动齿轮Z1与Z3转动，Z1又带动前面的与前轮同轴的从动齿轮Z2转动，驱动小车前进。
主动齿轮Z3带动后面的齿轮曲柄转动，而曲柄带动摇杆推动后轮左右摆动！2.动力装置传动的选择及其原理：重物下落采取连线方式，在杆顶部装一个定滑轮，因为这样可以改变力的方向，当重块下落时连线使所绕的绕线轴转动，从而带动主动齿轮转动，进而实现小车前进和转弯.3.转向装置（1）转向装置的选择：选择采用空间曲柄摇杆机构来实现转向，其原理是利用曲柄摇杆机构曲柄转一圈，摇杆带动连杆做前后运动，使车轮偏转一定角度，从而实现车轮的转向，完成指定路线的运动。
（2）车**能的选择:因考虑小车走8字形需要更高的稳定*，本方案采用前轮驱动、后轮转向！前轮驱动比后轮驱动更加稳定，驱动力更加平衡。
本小车采用后轮转向，这样可以避免两后轮同轴，实现两轮差速，所以在转8字形大弯的时候可以避免后轮打滑导致能量损失和轨迹变形。
综合考虑之后我们确定前轮驱动后轮转向。
（3）工作原理:绕线轴与转向装置之间用齿轮联动，在从动齿轮上钻孔，安装曲柄。
从动齿轮转一圈，曲柄转动，摇杆带动连杆杆做前后运动，小车现实转向前进，通过计算，完全可以实现“8”字形绕桩前进。
4.基本尺寸由以上得出:齿轮标准得表格R前轮50mm，R后轮=20mm，r线=10mm；车长230mm车宽150mm二、设计工艺:（1）小车的底板采用的是镂空硬质铝板，可以增强小车的强度，同时减轻小车的总质量。
（2）在每一个轴上都加油滚动轴承，可以减小摩擦，同时可以保*运动的精确*。
8字无碳小车设计方案
1. 引言在当前日益严重的环境污染问题和能源短缺的背景下，设计一种无碳排放的小型运输工具是非常重要的。
本文将详细介绍一种名为8字无碳小车的设计方案。
该小车结构简洁、性能稳定，并且完全不产生二氧化碳等有害物质的排放。
2. 设计目标2.1 性能目标•最大速度：20km/h•续航里程：80km•最大载重能力：100kg2.2 安全目标•驾驶员与乘客安全性保障•刹车系统可靠性•碰撞安全性2.3 环保目标•零碳排放•降低噪音污染3. 设计方案3.1 车身结构8字无碳小车采用轻质铝合金材料来构建车身，以确保强度和稳定性。
车身结构为开放式双龙骨设计，具有良好的承载能力和抗变形能力。
车身底部设计了防护板以保护车辆底部设备。
3.2 电动系统该小车采用电动系统驱动，电机采用无刷电机技术，可以提供高效的动力输出。
电动系统集成了锂电池组作为能源存储装置，以确保足够的续航里程。
通过智能管控系统对电池组进行管理和维护，以延长电池寿命。
3.3 刹车系统为了确保安全性能，8字无碳小车设计了可靠的刹车系统。
采用液压刹车系统，以提供高效的制动力和稳定的制动效果。
同时，还配置了刹车能量回收系统，将制动能量转化为电能储存回电池组中，提高能源利用效率。
3.4 转向系统转向系统采用电动助力转向系统，以提供灵活的转向操作。
通过集成转向传感器和电动助力系统，驾驶员可以更方便地操控车辆，并提高安全性。
3.5 控制系统为了确保车辆的稳定性和安全性，8字无碳小车配备了先进的控制系统。
控制系统包括车辆动力控制、转向控制、制动控制等。
通过传感器和反馈控制，系统能够实时调整车辆的状态，提供优化的操控性能。
4. 性能测试及优化4.1 速度与续航测试对已制造出的8字无碳小车进行速度和续航测试。
通过在不同车速下的路试和充电电量测试，获得车辆的最大速度和续航里程数据。
根据测试结果进行加速和续航优化，以满足设计目标。
4.2 载重与稳定性测试进行负载试验，通过逐渐增加载重，测试车辆的稳定性和最大载重能力。
8字形无碳小车结构设计说明
8字形无碳小车结构设计说明1.设计概述：为达到沿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车架、原动机构、传动机构、转向机构、微调机构五个模块，进行模块化设计。
驱动模块要求能量损失小，运行稳定；转向模块要求精确度高，转向平稳。
2.设计思路和方案：（1）设计思路:①为使小车结构稳定，运行平稳，小车底板采用钢板材料的三角结构，前轮转向，后轮驱动，并且两后轮中一轮为主动轮，一轮为从动轮。
为减少小车运动过程中的能量损失，提高传动精度，首选齿轮传动。
在驱动模块中重物牵引线通过定滑轮缠绕在绕线轴上，绕线轴与齿轮固结，通过齿轮带动后轮转动，驱动小车前进。
②为使小车精度高，转向平稳，在转向模块中采用含有向心关节轴承的空间曲柄连杆机构，绕线轴转动并带动皮带转动，将驱动力传给曲柄，再通过连杆带动前轮的摇杆转动，从而使前轮实现周期性转向，达到绕桩的目的。
③为进一步使小车的运行精度，保持小车的运行轨迹，在小车上加入微调机构。
（2）设计思路:小车的原动机构采用锥形轮，小车的传动机构采用皮带传动和齿轮传动，通过调整齿轮合适的传动比，降低小车的运动速度，保持小车运动过程中的稳定性。
小车的转向机构采用空间曲柄连杆机构，小车的微调机构无级变速，V字形微调，连杆长度微调。
通过计算确定好个各机构的尺寸后，进行组装调试，稳定小车的重心。
工作计划时间工作方向分工工作细则6月24日收集车架机构资料明确车架结构陈雷收集车架资料，画出车架草图吴秀东分析车架受力挑选车架，画草图隋秉宪依据现有车架和所查资料确定车架完成每日工作总结6月25日分析转向传动机构陈雷搜查空间四杆机构的原理吴秀东查找有关平面四杆机构的转向原理确定小组方案为小车选择合适的转向方案隋秉宪查找四杆机构的原理，完成每日工作总结6月26日考试6月27日研究齿轮传动原理为小车确定初步齿轮传动结构陈雷查阅书籍了解齿轮传动知识吴秀东计算齿轮传动比以便初步设计隋秉宪上网搜集前辈小车的齿轮传动方案6月28日分析轴承配合原理选择合适的固定轴承方案陈雷查阅相关书籍了解合适的固定方式吴秀东以前辈设计方案为参考确定我们小车固定方案隋秉宪辅助队友完成资料查阅和方案确定，完成每日工作总结6月29日分析驱动轮和从动轮了解差速原理了解双轮同步原理陈雷查阅书籍资料研究差速传动与同步传动原理选择最优方案吴秀东上网收集相关资料隋秉宪研究学长小车差速传动配合方法完成每日工作总结6月30日研究平行轴无级变速周期调节机构原理陈雷查阅书籍资料，弄清楚传动原理吴秀东上网查阅相关文字视频资料隋秉宪看以往小车此传动方法的可靠性完成工作总结7月1日——7月3日考试7月4日讨论前期工作成果查找成员需改进的方面明确下阶段工作方向陈雷带领组员开工作总结会讨论前期成果，明确下阶段目标吴秀东小组讨论隋秉宪小组讨论，写工作总结7月5日设计小车转向机构陈雷画小车转向机三维图吴秀东根据理论知识画小车转向草图隋秉宪画小车转向二维图7月6号设计小车的传动机陈雷画小车传动机构三维图构，并作图吴秀东查阅资料，学习齿轮传动的原理隋秉宪确定所选用的齿轮传动机构，并绘制简图7月7日设计小车的微调机构，并作图陈雷画小车微调机构三维图。
8字无碳小车方案设计_获奖-catia-不完全齿轮设计
构件介绍、方案设计及计算过程为了更好地求解参数，必须先对小车的各个构件进行介绍。
构件介绍如下：方案设计1.机构设计1. 1原动机构原动机构的作用是将重物的重力势能转化为小车的驱动力，我们选择了结构简单、易于制作的绳轮式机构。
1.2 传动机构传动机构的作用是将重物的重力势能传给小车的驱动轮，产生驱动力，使小车以一定的速度行驶。
由于齿轮机构具有效率高、传动比确定、工作可靠性高的优点，所以我们选择齿轮传动。
传动原理：重物下落由线带动主动轴转动，通过齿轮5与齿轮6的啮合，主动轴带动从动轴2转动，轴2通过齿轮1与齿轮2的啮合带动轴1转动，从而带动整个小车向前运动。
1.3 转向机构转向机构能够改变小车运动方向，实现小车按预定轨迹的运动。
在本小车设计设计中，我们将T型转块、槽1、连杆、槽2组成连杆机构用于控制前轮的转向。
轴2转动带动不完整齿轮3转动，轴2每转一周，不完整齿轮3便会与齿轮4接触一次并使齿轮4转过半周，即轴3转过半周。
轴3带动由T型转块、槽1、连杆、槽2组成的连杆机构控制前轮的转向。
轴3每转动半周，前轮方向便会改变一次，不完全齿轮3与齿轮4不接触时，前轮会保持一定角度使车沿着指定半径的圆绕杆行走，小车从一个圆进入另一个圆，走的轨迹为一不规则圆弧，经计算其长度与小车所走相同弧度的圆弧的比值在误差范围以内，故可以按圆弧计算。
1.4 微调机构微调机构属于小车的控制部分，能够使小车完成绕不同距离障碍物的比赛，我们采用的是滑块式微调机构（见图1）。
固定导轨可以沿着微调槽移动，并用用螺丝紧固与微调槽上，从而使得连杆水平移动，实现车转向的微调。
图 12. 参数设计2.1 符号说明1D 小车驱动轮直径 1Z 齿轮1的齿数0h 主动轴距地面的高度 2Z 齿轮2的齿数 1h 轴1距地面的高度 3Z 不完整齿轮3的齿数 2h 轴2距地面的高度 4Z 齿轮4的齿数 3h 轴3距地面的高度 5Z 齿轮5的齿数 02x 主动轴与轴2的水平距离 6Z 齿数6的齿数 12x 轴1与轴2的水平距离 1n 齿轮1的转数 23x 轴2与轴3的水平距离 2n 齿轮2的转数1d 齿轮1的分度圆直径 e 轴3与前轮中心的距离 2d 齿轮2的分度圆直径 5d 齿轮5的分度圆直径3d 不完整齿轮3的分度圆直径 6d 齿轮6的分度圆直径 4d 齿轮4的分度圆直径1α 轴1与轴2连线与水平线夹角 2α 轴3与轴2连线与水平线夹角微调槽2.2 小车机构参数选取小车驱动轮直径1D 根据障碍物之间的距离选取（障碍物间的距离为400mm 时，1D =80mm ），各齿轮分度圆直径：1d =4d =6d =12.6mm ，2d =3d =57.4mm ，5d =24.5mm ，1Z =4Z =6Z =16，2Z =80，3Z =8，5Z =48。
字形无碳小车设计
无碳小车" 8 "字型设计方案成员: 刘潇陆首成胡珈铭指导教师：孔繁征张若达2012年12月9日本届竞赛命题主题本届竞赛命题主题为“无碳小车”。
命题与高校工程训练教学内容相衔接，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。
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。
驱动小车行走及转向的动力载荷只能由给定重力势能（4焦耳）转换得到。
动力载荷按要求(Φ50×65mm,质量≤1kg,材料：普通碳钢)准备，重块落差400±2mm，并随小车一起运动时铅垂下落，不允许从小车上掉落。
竞赛小车在半张乒乓球台（长1525mm，宽1370mm）上，绕相距一定距离的两个障碍物沿8字形轨迹绕行。
绕行时不得撞倒障碍物，不得掉下球台。
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φ60×20 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φ30mm。
小车整体设计要求小车设计过程中需要完成：结构设计方案、工艺设计方案、成本分析和工程管理方案设计。
命题中的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。
命题中的制造工艺能力项以要求综合运用加工制造工艺知识的能力为主。
结构设计方案1小车底板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3mm的铝板加工制作下图所示的几何形状，上面的孔的位置是小车其它零件的装配位置。
凸轮8字无碳小车设计报告(精编文档).doc
【最新整理，下载后即可编辑】目录一、设计要求 (4)1.1功能分析阶段............................... . (4)1.2参数分析与个性化设计阶段 (4)1.3制造阶段 (4)1.4调试阶段 (4)二、正式设计 (5)2.1机械总功能分解及功能元解 (6)2.2机构选型与方案对比 (6)2.2.1机构选型的基本原则 (6)2.3势能转化机构分析 (7)2.3.1重物锥台轮机构功能元解的优缺点 (7)2.3.2重物飞轮机构功能元解的优缺点 (7)2.3.3发条弹簧机构功能元解的优缺点 (8)2.3.4橡皮筋结构功能元解的优缺点 (8)2.6直线行走位移机构分析 (8)2.6.1后双轮差速驱动功能元解的优缺点 (8)2.7前轮摆动机构分析 (9)2.7.1凸轮推杆机构功能元解的优缺点 (9)2.7.2曲柄摇杆机构功能元解的优缺点 (9)2.7.3圆轮导杆机构功能元解的优缺点 (10)2.8中间传动机构分析 (10)2.8.1齿轮传动机构功能元解的优缺点 (10)2.8.2皮带轮传动机构功能元解的优缺点.............................................1 1 2.9组合方案择优并确定辅助、控制机构. (11)2.9.1辅助机构之车架分析 (11)2.9.2控制机构之微调机构分析 (11)三、技术设计……………………………………………………………………………1 23.1建立8字轨迹理想模型 (12)3.2、s o l i d w o r k s t o o l b o x凸轮设计及其相关参数的确定：.......................................1 2 3.3建立小车数学模型. (13)3.3.1小车转弯状态分析 (15)3.4动力学分析模型 (18)3.5参数确定......................................................................................2 1 四、小车装配图.......................................................................................2 2 五、小车运动仿真轨迹及m文件.. (23)一、设计要求本届竞赛命题为“以重力势能驱动的具有方向控制功能的自行小车”。
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“8”字无碳小车设计方案一绪论
1.竞赛题目
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而得到的。
该给定重力势能由竞赛时统一使用质量为1Kg的标准砝码（￠50×65 mm，碳钢制作）来获得4J能量，要求砝码的可下降高度为400±2mm。
标准砝码始终由小车承载，不允许从小车上掉落。
图1为小车示意图。
图一
要求小车在行走过程中完成所有动作所需的能量均由此给定重力势能转换而得，不可以使用任何其他来源的能量。
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。
在300～500mm范围内产生一个“8”字型赛道障碍物间距值。
2.工作原理
重物块从距小车底板400mm的高处下落，带动主动轴转动，使小车运动，再通过齿轮传动和转向结构，实现在转动一定周期时，小车进行方向的改变，从而实现8字的运动轨迹。
3.设计方法
通过对命题的分析，我们小组有了一个比较清晰的思路。
我们在网上搜集资料，对每个结构的各种方案进行了比较，再结合我们的实际情况和自己想法，最后确定了以下结构。
对于各种参数的确定，我们只要是对齿轮进行了计算，其他参数是在原有的基础上进行了修改。
在设计过程中，我们主要采用了Auto CAD、Solidworks软件进行辅助设计。
二设计部分
1车架
车架受力小，精度要求低，考虑到铝板密度小，强度对于小车也足够，而且方便加工，故本次制作选择3mm厚铝板。
由于我们是后轮单轮驱动，前导向轮与驱动轮的横向距离过大会使小车在绕行8字时轨迹不对称，即一个圆大一个圆小。
为避免这种情况我们将驱动轮与导向轮的横向距离取消。
2原动机构
原动机构是把重物的重力势能转化为小车动能的装置。
要求
1.驱动力适中，不至于小车转弯时速度过大倾翻。
2.启动时提供足够的加速度使小车开始行走。
3.到达终点时的速度要尽可能小，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，不仅浪费了重物的动能，下落时对车架的冲击还会影响小车的运动。
4.不同场地对驱动力的要求不同，因此原动机构需要能调节驱动力。
1.启动时摩擦力大，因此设计绕线轴的半径较大。
2.启动后绕线轴半径不变，扭力和阻力平衡，小车匀速前进。
3.结束时半径再次变小，拉力不足，小车减速运动，重物也减速下降。
原动机构整体设计如下
3传动机构
传动机构是把原动机构的动力传到驱动轮和转向机构。
需要满足传递效率高、结构简单不易损坏、重量轻、内部摩擦损耗小等要求。
齿轮紧凑高效、结构简单、精度高、传动稳定。
因此本次制作选择齿轮传动。
4转向机构
转向机构直接决定小车功能的实现，是本次设计的主要部分。
需要满足结构简单、可微调、摩擦小等基本条件，同时还要实现转向运动，将传动机构的动力转化为来回的摆动，使转向轮带动小车实现8字运动。
考虑到制造的方便、精确，接触面易于润滑的优点，本次设计中我们采用简单的偏心圆盘和曲柄摇杆作为转向机构，摇杆两端装上关节轴承还可以进一步减小摩擦并增大活动范围。
8字无碳小车的转向频率不高、传递的力不大、惯性小，因此我们决定采用双联的缺齿齿轮与转向机构相连实现对曲柄的间歇驱动。
5行走机构
行走机构为一个前轮做驱动轮，两个后轮做从动轮。
两个后轮同步转向时必定有轮子与地面打滑，滑动摩擦比滚动摩擦更消耗能量，而且会影响运动轨迹。
因此本次制作用单向轴承实现双轮差速。
滚动摩擦阻力R N R M f δ⋅==，δ只与材料有关，N 为正压力。
考虑到减小摩擦和加工问题选用亚克力板作为轮子的材料。
同时可以看出轮子越大收到的阻力越小，因此也能够走的更远。
但因为安装问题和具体的驱动力问题后轮直径暂定为250mm 。
6微调机构
连杆一端连接导向轮，一端连接圆盘，设圆盘上偏心孔距圆心的距离为
C，连杆与转向轮中心的水平距离L。
则前轮通过曲线的偏向角为通过调节C来调节曲线的偏向角。
三主要尺寸设计及计算。