无碳小车S型无碳小车毕业设计
《S型无碳小车设计》
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结构设计及参数选择
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结构设计及参数选择
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结构设计及参数选择
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结构设计及参数选择
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结构设计及参数选择
转向拨杆的设计转向拨杆的端面小球直径10mm，杆长60mm，杆直径3mm，杆面有螺纹便于调节球面与凹槽轮的长度，引起转向轴的轻微偏转。这种设计把转向机构与微调机构整合在一起，设计简单、机构轻巧、灵活方便。凹槽轮的设计凹槽轮的宽度由拨杆小球的球面直径和前轮转向的最大角度决定。在实际的运动中无碳小车的转向角度,参见图3-2
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结构设计及参数选择
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结构设计及参数选择
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仿真结果
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无碳小车
3/6/2022015-12-8
目录
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课题内容
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课题内容
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整体设计思路
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整体设计思路
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Байду номын сангаас
凸轮机构曲柄摇杆
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整体设计思路
齿带槽凹槽轮
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结构设计及参数选择
轨道的设计无碳小车按正弦曲线行走，路线近似于“S”型，在行驶轨迹确定的情况下，小车的行驶路径不变，对路径的研究设计，可以大概确定小车行走路程，初步断定车轮的半径，转向轮的最大角度。无碳小车在宽度为2000mm的赛道上行驶，中间的障碍物相隔100mm，为了不让无碳小车越出赛道，避免无碳小车与障碍物碰撞，拟定出一下路线图参见图3-1：
S型无碳小车设计
2 整体设计思路
转向机构
转向机构是本无碳小车设计的关键部分，直接决定着小车能否按“S”的路线行走 。一般能按特定规律运动的机构有：凸轮机构、曲柄摇杆、齿带槽、凹槽轮等。
凸轮机构：凸轮是具有一定曲线轮廓或凹槽的构件，它运动时，通过高副接触可以 使从动件获得连续或不连续的任意预期往复运动。优点：只需设计适当的凸轮轮廓 ，便可使从动件得到任意的预期运动，而且结构简单、紧凑、设计方便；缺点：凸 轮轮廓设计计算麻烦，加工比较困难。 曲柄摇杆：优点：运动副单位面积所受压力小，且面接触方便润滑，故磨损减小， 制造方便，能够获得较高精度；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。缺点：一般情况下只能近似 实现给定的运动规律或运动轨迹，且设计较为复杂；当给定的运动要求较多或较复 杂时，需要的构件数和运动副数往往比较多，这样就使机构结构复杂，工作效率降 低，不仅发生自锁的可能性增加，而且机构运动规律对制造、安装误差的敏感性增 加；机构中做平面复杂运动和作往复运动的构件所长生的惯性力难以平衡，在高速 时将引起较大的振动和动载荷，故连杆机构常用于速度较低的场合。
⑤无碳小车的车轮与地面的摩擦越小，小车行走的越远。
2 整体设计思路
基于上述考虑，得出无碳小车的结构越简单重力势能转换成动能时损失的能量少效 率就高；通过设计齿轮的传动比可以改变小车的初始速度，速度越快，小车能走得 越远；合理的设计出转向机构能够让小车按近似于“S”型路线行走；微调机构能 够调节小车的转向角度，让无碳小车顺利避过障碍物；合理的选材减轻整车质量， 减少摩擦。因此完整的无碳小车应当包括车架、传动构件、转向机构、车轮、重锤 架。下面简要考虑车架、传动构件、转向机构的选用。
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无碳小车s设计方案
无碳小车s设计方案设计方案：无碳小车S一、设计目标无碳小车S是一款以环保、节能为主题的城市代步工具，旨在提供方便快捷的交通解决方案，减少对环境的污染。
设计目标如下：1. 零排放：采用电动驱动方式，完全不产生尾气排放。
2. 高效节能：优化电池储能和动能回收技术，提高能源利用效率，延长续航里程。
3. 运行稳定：采用先进的智能控制系统和安全装置，确保车辆运行的稳定性和安全性。
4. 美观舒适：外观设计简洁大方，内部空间宽敞舒适，提供良好的驾乘体验。
二、设计要点及解决方案1. 动力系统：采用纯电动驱动方式，利用电池存储能量供给电机驱动车辆。
同时，结合动能回收技术，在制动过程中将动能转化为电能，提高能源利用效率和续航里程。
2. 能量储存系统：选择高能量密度、长循环寿命的锂离子电池，提供稳定可靠的能量供应。
3. 智能控制系统：借助先进的智能控制系统，实现对电动机的精准控制和能源管理。
系统能够根据车辆运行状况、车速、路况等数据，动态调整电机转速和功率输出，提高驾驶性能和能源利用效率。
4. 安全装置：配备智能制动系统、防抱死系统、车辆稳定控制系统等装置，提高车辆的稳定性和行驶安全性。
同时，还应配备侧面碰撞保护、主动安全预警系统等装置，提高车辆的被动安全性。
5. 外观设计：外观简约、流线型设计，减少气动阻力，提高行驶稳定性和驾驶舒适性。
选用高强度轻量化材料，提升车辆的安全性和能耗效率。
三、市场应用前景和竞争优势1. 市场应用前景：随着环保意识的提升和城市交通拥堵问题的日益突出，无碳小车S作为一种绿色、环保的交通工具，具有广阔的市场应用前景。
可以在城市内提供便捷的短途出行解决方案，满足人们的日常出行需求。
2. 竞争优势：(1) 零排放设计，符合环保理念；(2) 高效节能的动力和能源管理系统，延长续航里程；(3) 先进的智能控制系统和安全装置，提高车辆的安全性和稳定性；(4) 简洁大方的外观设计和舒适宽敞的内部空间，提供良好的驾乘体验。
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s型设计方案
无碳小车S型设计方案引言在当前环保意识不断增强的背景下，人们对于零排放交通工具的需求不断增长。
无碳小车是一种以太阳能或其他可再生能源作为动力源，无需燃料燃烧而产生废气的交通工具。
本文将介绍一种基于创新设计的无碳小车S型设计方案。
设计目标1.高效能源利用：通过充分利用太阳能等可再生能源，实现能源的高效利用，最大程度减少能源浪费。
2.减少碳排放：无碳小车的设计要符合零排放标准，通过采用无污染能源为动力源，减少对大气环境的负荷。
3.安全可靠：设计并选用高质量的材料和部件，确保车辆的安全性和可靠性。
4.舒适性和便利性：设计人性化的外观和操控方式，提供舒适和便利的使用体验。
电力系统设计无碳小车的电力系统是实现无排放运行的核心部分。
本文设计的S型无碳小车采用太阳能电池板作为主要能源收集装置。
电池板通过转换太阳能为电能，并将电能存储于锂离子电池组中。
锂离子电池组作为小车的供电源，在需要时供应能量给电动汽车的电动机，从而驱动小车运动。
结构设计S型无碳小车采用前后对称的设计结构，以确保小车的稳定性和平衡性。
小车的车身主要由轻质材料制成，如碳纤维复合材料，以提高整车的强度和耐久性。
小车的车身采用流线型设计，减少空气阻力，提高行驶速度。
此外，小车配备了可调节的悬挂系统和电子稳定控制系统，以提供良好的操控性和行驶平稳性。
主要部件设计电动机S型无碳小车的电动机采用无刷直流电机技术，具有高效能、高输出功率和低噪音的特点。
电动机通过变速器将电能转化为机械能，并驱动车轮进行前进或倒退。
电动机的控制系统采用先进的电子控制单元，可以实现精准控制和节能运行。
制动系统S型无碳小车的制动系统采用回收能量的设计。
当驾驶员踩下制动踏板时，制动系统会将部分动能转化为电能，并储存于锂离子电池组中，以供给小车的其他电子设备使用。
操控系统S型无碳小车配备了先进的电子操控系统，提供精确的转向和控制。
驾驶员可以通过方向盘和踏板控制小车的前进、后退和转向。
S型无碳小车设计
3 构造设计及参数选择
完毕多种零件旳装配后得到了无碳小车旳完整装配图
3 构造设计及参数选择
完毕多种零件旳装配后得到了无碳小车旳完整装配图
4 仿真成果
在完毕整体装配图旳环境下，单击左下角旳运动算例，把动画模拟时间轴拉到20秒旳位置。 在无碳小车装配体中，单击虚拟马达，弹出马达类型对话窗，选择旋转马达，然后单击绳轮 面，为绳轮轴添加一种虚拟马达。虚拟马达模拟重锤下落时牵动绳子带动绳索转动旳情况， 设定虚拟马达旳转速为30r/min。 然后按下从头播放动画，观察小车齿轮、车轮、凹槽轮、拨杆运动情况。输出动画成果，对 成果进行分析。 对于建立旳无碳小车，在没有考虑其他摩擦力、阻力、能量损失旳情况下，加人虚拟马达模 拟运动时，绳轮能带动轴旳转动，引起齿轮2旳转动，齿轮2又带动齿轮1、齿轮3旳转动。当 车轮转过1.5圈时，凹槽轮刚好转过0.5圈，阐明齿轮1、齿轮2、齿轮3在齿数设计上符合拟定 旳运动轨迹转向要求。 对于转向机构旳设计，凹槽轮转动时，拨杆球面与凹槽面相切运动，伴随凹槽旳变化，拨杆 也能伴随凹槽途径变化，引起转向轴旳变化，带动前轮转动。阐明设计旳这种转向机构有一 定旳实用性，能够带动小车有规律旳转向。同理能够经过边凹槽轮上旳凹槽途径，设定出特 定规律旳途径，让无碳小车沿不同特定规律路线行走。例如走“8”字型、“0”路线。
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无碳小车
12/8/2023 023-12-8
课题内容
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整体设计思绪
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目录
4
仿真成果
3
构造设计及 参数选择
1 课题内容
本课题围绕主题：基于SolidWorks下无碳小车旳设计及模拟仿真，设计一种无碳小 车，根据能量转换原理,驱动小车运动旳能量是给定重力旳重锤下落旳势能转换来旳 机械能让其行走及转向旳。给定重力势能为4焦耳（取g=10m/s2），用质量为1Kg旳 重块（￠50×65 mm，一般碳钢）铅锤下降来取得，落差400±2mm，重块落下后， 能和小车一起运动并被小车承载，防止铅垂从小车上掉落。图1-1为小车示意图。
S曲线无碳小车-毕业设计
Key Words
modular designing, ation, crank connecting rod mechanism, single differential wheel
II
S 曲线无碳小车设计
目录
摘要 ........................................................................................................................ I Abstract ................................................................................................................. II 1 绪论............................................................................................................... - 1 1.1 小车的设计要求............................................................................... - 1 1.2 小车的设计方法............................................................................... - 2 2 方案设计....................................................................................................... - 4 2.1 车架................................................................................................... - 7 2.2 原动机构........................................................................................... - 7 2.3 传动机构......................................................................................... - 10 2.4 转向机构......................................................................................... - 13 2.5 驱动系统......................................................................................... - 15 2.6 微调机构......................................................................................... - 18 3 技术设计..................................................................................................... - 20 3.1 数学模型的建立及参数确定......................................................... - 20 3.1.1 能耗规律模型..................................................................... - 20 3.1.2 运动学分析模型................................................................. - 23 3.1.3 确定零件尺寸..................................................................... - 27 3.2 零部件设计..................................................................................... - 29 3.2.1 标准件及材料明细表......................................................... - 29 III
无碳小车_S型无碳小车毕业设计
各专业全套优秀毕业设计图纸JIANGXI AGRICULTURALUNIVERSITY本科毕业设计题目：绿色小车学院：姓名：学号：专业：机械设计制造及其自动化年级：指导教师：职称：讲师二0一一年五月摘要本设计是依据课题要求“绿色小车”，即提出一种“无碳”的方法，带动小车的运行，即给定一重力势能，根据能量转换原理，设计一种可将该重力势能转化为机械能并用来驱动小车行走的装置。
该小车再前行时能自动避开赛道上设置的障碍物（每隔1米，放置一个直径为20mm,高为200mm的弹性障碍圆棒）。
此模型的最大特点是将重力势能转化为齿轮的转动，进而根据大小齿轮的啮合带动驱动轮和转向轮，从而按照规定的路线完成任务。
本文将对绿色小车模型设计过程，结构功能特点进行详细的介绍。
关键词：绿色小车；无碳；势能转化AbstractThe design is based on the requirements of the subject of "green car", that proposes a "carbon-free" approach, driven the car running, that is, given a potential energy, according to energy conversion principles, the design of a gravitational potential energy can be transformed into the mechanical energy and used to drive the car to walk the device. The car then before the line can automatically avoid obstacles on the track set (every 1 m, placed a diameter of 20mm, 200mm flexible high barrier for the rod.) Most important feature of this model is transformed into gravitational potential energy of the rotation gear, thereby driving under the size of the meshing gear wheel and steering wheel, and thus complete the task in accordance with the provisions of the route. This paper will model green car design process, structure and function of the characteristics described in detail.Key words:Greencar; Non-carbon; Potential energyinto目录中文摘要 (I)英文摘要 (II)1绪论 (1)1.1引言 (1)1.2车用能源的发展趋势 (1)2 绿色小车总体设计及其运动原理 (2)2.1课题目的及其要求 (2)2.2小车总体设计及其运动原理 (3)2.3设计参数的计算及小车外形尺寸的确定 (4)2.3.1理论行驶距离估算 (4)2.3.2 小车车轮及外形的材料和尺寸的确定 (4)3 小车设计的运动参数计算 (5)3.1主要运动参数计算 (5)3.2原动轴绕线部分设计及计算 (7)3.3运动及运动力参数计算 (8)4 小车主要零件的设计与计算 (9)4.1齿轮1与齿轮2的设计 (9)4.1.1 选择齿轮材料、精度等级、齿轮数选择 (9)4.1.2 按齿根弯曲疲劳强度设计 (10)4.1.3校核齿面接触疲劳强度 (11)4.2齿轮3和齿轮4设计 (11)4.2.1选择齿轮材料、精度等级、齿轮数选择 (11)4.2.2按齿根弯曲疲劳强度设计 (11)4.2.3校核齿面接触疲劳强度 (12)4.3轴设计 (12)4.3.1 原动轴(2轴)设计 (12)4.3.1.1 选择轴的材料 (12)4.3.1.2 求出轴上的功率、转速和转矩 (13)4.3.1.3 轴的初估计算 (13)4.3.1.4轴上零件的周向定位 (14)4.3.1.5确定轴上圆角和倒角尺寸 (14)4.3.1.6根据轴的结构作出轴的计算简图（图8） (14)4.3.1.7 按弯扭合成应力校核轴的强度 (15)4.3.1.8 精确校核轴的疲劳强度 (16)4.3.1.9绘制原动轴的工作图（附录） (18)4.3.2 驱动轴（1轴）设计 (18)4.3.2.1 轴的材料选择 (18)4.3.2.2 求出轴上的功率、转速和转矩 (18)4.3.2.3 轴的初估计算 (18)4.3.2.4 轴上零件的周向定位 (19)4.3.2.5 确定轴上圆角和倒角尺寸 (20)4.3.2.7校核轴的强度 (21)4.3.3转向机构的设计及计算 (22)4.3.3.1 转向机构有关计算 (22)4.3.3.2 曲轴（3轴）设计 (23)4.3.4支承轴（4轴）设计 (29)4.4滚动轴承的校核 (29)4.5键强度校核 (29)4.5.1 原动轴上键的校核 (29)4.5.2驱动轴上键的校核 (30)4.5.3 曲轴上键的校核 (30)5设计小结 (31)参考文献 (32)致谢 (33)1绪论1.1引言1．“环保在身边之‘无碳生活’”一贴在东楚网黄石新闻网发出后，众多网友纷纷跟帖只招，倡导“无碳生活”。
无碳小车设计方案
S型无碳小车设计方案参赛者：李泽亮唐铖洪鑫吴东欣一绪论1.1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1.2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。
2.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。
3.要求小车为三轮结构4. 小车有效的绕障方法为：小车从赛道一侧越过一个障碍后，整体穿过赛道中且障碍物不被撞倒（擦碰障碍，但没碰倒者，视为通过）；重复上述动作，直至小车停止。
二方案设计2.1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，车架采用铝材加工制作成断开式长方体板，可以利用废材进行加工。
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。
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。
（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。
设计与制造基于S型无碳技术的小型无碳车
设计与制造基于S型无碳技术的小型无碳车随着人们对环境保护的日益重视，推动低碳生活和减少温室气体排放已成为全球共同的目标。
为了实现这一目标，设计与制造基于S型无碳技术的小型无碳车是一个创新且有前景的解决方案。
本文将探讨该车的设计理念、材料选择、动力系统以及未来的潜在应用。
设计理念：基于S型无碳技术的小型无碳车的设计理念是融合最新的科技与可持续发展原则，以实现零排放、低能耗和高效率。
车辆外观将采用流线型设计，以最小化空气阻力并提高车辆的整体效率。
车辆内部空间将被优化利用，以提供舒适的乘坐体验。
此外，车辆还将采用可再生能源进行动力驱动，以减少对化石燃料的依赖。
材料选择：为了确保小型无碳车的可持续性和轻量化特性，材料选择是至关重要的。
车身将采用高强度、轻质的复合材料，如碳纤维增强聚合物（CFRP）和铝合金，以减少整车的重量并提高能源利用效率。
内部材料将选择可循环利用的材料，如再生纤维素纤维和可降解的塑料，以减少废弃物的生成。
动力系统：S型无碳技术的小型无碳车将采用多种动力源的组合，以满足不同需求。
电力将是主要动力源，通过高效的锂离子电池提供持续、清洁的动力。
此外，该车还将采用太阳能电池板和动能回收技术，以最大限度减少能源消耗。
未来应用：设计与制造基于S型无碳技术的小型无碳车将有广泛的潜在应用。
首先，它可以在城市内提供短途交通解决方案，满足人们对个人出行的需求。
其次，该车可以在旅游景区、大型园区等封闭区域内使用，减少噪音和尾气排放，提供更加整洁和环保的交通方式。
最后，小型无碳车还可以应用于各种物流运输领域，如货运和快递服务，以减少油耗和尾气排放。
总结：设计与制造基于S型无碳技术的小型无碳车是一项创新而有前景的解决方案，以应对环境保护和可持续发展的需求。
通过设计理念的优化、材料选择的改良、动力系统的创新和未来应用的探索，小型无碳车能够实现零排放、低能耗和高效率的目标。
这一车型的推广将对减少温室气体排放、改善空气质量以及推动低碳生活产生积极的影响。
无碳小车
S型无碳小车设计方案一．前言设计一种小车，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，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。
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。
具体设计、材料选用及加工制作均由参赛学生自主完成。
经现场公开抽签，在700～1300mm范围内产生一个“S”型赛道障碍物间距。
二．小车设计方案理论分析2.1 无碳小车设计原理（1）由命题得知，关键在于利用重力势能获得相当长距离的具有稳定正弦特征的轨迹。
由此，来设计小车以使其满足要求。
重力势能大多通过挂在绳子上的重物拖动小车的轴进而驱使小车前进，这便对绳子提出较高的要求，一般选取弹性较小，耐磨的绳子为佳。
（2）在传动方面，根据往届经验，有齿轮传动，皮带传动等。
但限于齿轮加工精度问题，这里选择皮带传动。
接下来，便是使用两级变速还是一级变速的问题，两级变速能够在有效的空间内实现较大的传动比，同时具有较大的惯性，能够克服赛道上的不平整路面，但由于皮带打滑的局限，可能会产生更大的误差，且一级传动则较为轻便，结构简单，便于加工装配。
（3）小车每绕过两个障碍物完成一个循环，此时，绕在轴上的绳子转过一圈。
因此，小车前进的理论长度即由绕线轴的直径和下落高度决定。
轴的最小直径由轮子和地面的摩擦力产生的启动转矩确定。
小车的轨迹越接近于直线，摩擦力做功越少，便越节省能量。
图显示了不同幅值和不同周期所显示的轨迹对比。
不同幅值的轨迹图不同周期的轨迹图小车所走轨迹的幅值越大，便不容易与障碍物发生碰撞，小车调整起来也越容易，同时，前面已经提到，也就越浪费能量。
S型无碳小车-结构设计方案
（此栏由赛务工作人员填写）
第一幅照片（小车正面）
（注意照片的放置方向与页面方向一致，
照片上不允许出现参赛学校信息，阅后删除。）
第二幅照片（小车侧面）
（注意照片的放置方向与页面方向一致，
照片上不允许出现参赛学校信息，阅后删除。）
第五届全国大学生工程训练综合能力竞赛（广西赛区）
The 5thNational UndergraduateEngineering Training Integration Ability Competition（Guangxi Division）
2、小车出发定位方案
无碳小车的行走路线近似于余弦曲线，通过计算小车的运动可以计算出该余弦曲线的幅值，小车出发位置在偏离原点一个幅值长度的地方。通过对小车的运动计算可得其运动方程，再通过计算可得出小车转向轮的偏向角度，偏向角度可通过微调机构调节。通过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。
2..通过计算并确定两齿轮的的传动比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S路线。
3.使用滑轮组将重物的重力势能通过细绳以转矩的形式传递到输入轴；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；小车通过输入轴带动圆盘并通过空间四杆机构实现小车的转向。具体调试过程中，通过调节杆长以满足小车周期性转向；小车采用单向轴承，从而实现两后轮的差速，便于转弯，并最大程度上实现了小车结构的优化。
产品名称
小车
共5页
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编号
第五届全国大学生工程训练综合能力竞赛（广西赛区）
The 5thNational UndergraduateEngineering Training Integration Ability Competition（Guangxi Division）
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。
毕业论文(设计)无碳小车的整体设计及仿真分析
毕业设计任务书1．设计的主要任务及目标通过本次毕业设计了解和掌握到毕业设计应遵循的步骤和程序。
结合无碳小车的工作要求，不利用有碳能源，根据能量转换原理，利用重力势能驱动具有方向控制功能的小车模型。
完成无碳小车的整理设计。
借助于三维软件及动力学仿真软件，做出所需零件并完成装配，进行仿真模拟以验证设计的合理性。
2．设计的基本要求和内容了解无碳小车的设计要求采用偏心轮机构实现前轮的转向分析车身转角与前轮转角之间的关系，完成偏心轮的设计通过三维造型和动力学仿真软件对小车的运动进行仿真分析3．主要参考文献[1] 孙桓,陈作模.机械原理.7版.北京：高等教育出版社,2010[2] 李增刚.ADAMS入门详解与实例.北京：国防工业出版社,2006[3] 刘庆立.共轭凸轮机构参数化仿真设计技术的研究.包装工程，2012(5)[4] 张星.基于Pro/E的凸轮参数化设计及ADAMS仿真.科技经济市场,2008(2) 4．进度安排无碳小车的整体设计及仿真分析摘要：本设计来源于“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛和中国大学生创业计划竞赛，设计一种将重力势能转换为机械能，并可用来驱动小车行走及转向的装置。
本小车着重体现了无碳的概念，小车的动能完全由重力势能提供，是对环保的最高理想。
设计需要借助三维软件及动力学仿真软件进行可行性分析，验证设计的合理性。
使用Proe软件辅助设计并三维造型，使用Adams软件仿真分析，设计出了合理的转向机构，得到了符合比赛要求的行驶轨迹。
对小车行驶过程做出分析，得到速度曲线。
关键词：无碳小车，整体设计，三维造型，模拟仿真Carbon-free car's overall design and simulation analysisAbstract: This design is derived from the "challenge cup" national university student extracurricular academic science and technology works competition and Chinese college students business plan competition, design a kind of gravitational potential energy into mechanical energy, and can be used to drive the car to walk and to the device.This car will reflect the concept of free carbon, the kinetic energy of the car completely provided by the gravitational potential energy, is the highest ideal of environmental protection.Design need to use 3 d software and dynamic simulation software of feasibility analysis, validate the rationality of the ing Proe software aided design and 3 d modeling, simulation using Adams software, the design of steering mechanism, the movement track of conform to the requirements of the game.Make analysis to the car drive, speed curve.Keywords:Carbon-free car,integrated design,3D modeling,simulation目录1 绪论 (1)1.1 研究目的及意义 (1)1.2 无碳小车竞赛 (1)1.3 小车设计方法 (2)2 理论基础及方案设计 (4)2.1 车架设计 (4)2.2 原动机构设计 (4)2.3 传动机构设计 (5)2.4 转向机构设计 (6)2.5 行走机构设计 (16)3 三维造型及仿真分析 (17)3.1 三维造型 (17)3.1.1 原动机构造型 (18)3.1.2 传动机构造型 (19)3.1.3 转向机构造型 (20)3.1.4 行走机构造型 (21)3.2 仿真分析 (21)3.2.1 基于PROE的运动学仿真 (21)3.2.2 基于ADAMS的动力学仿真 (24)4 结果分析 (32)4.1 小车行驶轨迹分析 (32)4.2 小车行驶速度分析 (33)4.3 成果与展望 (35)参考文献 (36)致谢 (37)1绪论1.1研究目的及意义毕业设计是教学过程的最后阶段采用的一种总结性的实践教学环节。
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JIANGXI AGRICULTURAL UNIVERSITY 本科毕业设计题目：绿色小车学院：姓名：学号：专业：机械设计制造及其自动化年级：指导教师：职称：讲师二0一一年五月摘要本设计是依据课题要求“绿色小车”，即提出一种“无碳”的方法，带动小车的运行，即给定一重力势能，根据能量转换原理，设计一种可将该重力势能转化为机械能并用来驱动小车行走的装置。
该小车再前行时能自动避开赛道上设置的障碍物（每隔1米，放置一个直径为20m m,高为200mm的弹性障碍圆棒）。
此模型的最大特点是将重力势能转化为齿轮的转动，进而根据大小齿轮的啮合带动驱动轮和转向轮，从而按照规定的路线完成任务。
本文将对绿色小车模型设计过程，结构功能特点进行详细的介绍。
关键词：绿色小车；无碳；势能转化AbstractThe design is based on the requirements of the subject of "green car", that proposes a "carbon-free" approach, driven the car running, that is, given a potential energy, according to energy conversion principles, the design of a gravitational potential energy can be transformed into the mechanical energy and used to drive the car to walk the device. The car then before the line can automatically avoid obstacles on the track set (every 1 m, placed a diameter of 20mm, 200mm flexible high barrier for the rod.) Most important feature of this model is transformed into gravitational potential energy of the rotation gear, thereby driving under the size of the meshing gear wheel and steering wheel, and thus complete the task in accordance with the provisions of the route. This paper will model green car design process, structure and function of the characteristics described in detail.Key words: Green car; Non-carbon; Potential energy into目录1绪论1.1引言1．“环保在身边之‘无碳生活’”一贴在东楚网黄石新闻网发出后，众多网友纷纷跟帖只招，倡导“无碳生活”。
多数网友认为，对社会整体而言，完全“无碳”难做到但有意识地减少“碳排放”确是随时随地都可做的事，勿以“减碳”少而不为……2．随着社会科技的发展，人们的生活水平的提高，无碳对于我们来说，显然越来越重要，建设无碳社会，使得生活更加环保，没有任何污染。
3．无碳小车的设计和发明，是国家和社会对能源问题和环境问题的更加重视。
4．“无碳车是比较环保的短途的代步工具，节能、经济方便环保。
因此，在人均拥有汽车比例很高的欧美发达国家，无一例外选择了提倡推广低碳车。
”许多人认为，确保无碳车道便利通达，既是现实选择，也是大势所趋。
现在很多发达国家都把无碳技术运用到各个领域，像交通，家具等。
这也是我们国家当今所要求以及努力的方向。
针对目前这一现状，我设计了无碳小车模型，用重力势能转换为机械能提供了一种新的思路，以便更好的解决以上问题。
1.2车用能源的发展趋势能源是汽车的血液，是车辆的动力源。
自1886年世界上第一辆汽车诞生自今，汽油和柴油作为主要能源在汽车上得到普遍的应用。
这种以石油为燃料的汽车安全、方便、舒适等方面取得了重大的进展，得到了人们的认可。
进入21世纪，汽车保有量剧增，汽油和柴油的消耗大幅度上升，伴随着石油储量的下降和人们节能、环保意识的的增强，各种替代能源如雨后春笋涌现。
汽车代用能源的选择要考虑经济性（Economy）、应用方便性（Ease）、资源可获得性(Energy)和环境友好性(Environment)，即4E评价,并且要因地制宜。
进入21世纪，随着石油危机和节能、环保的呼声高涨，“低碳”也成为能源评定标准之一，各国都根据4E评价和本国技术特点，制定了新的汽车能源方案。
欧洲在代用能源方面，主要以天然气为主，生物柴油在德国、意大利、瑞典、奥地利和比利时等国家广泛使用；美国的目标是，2010年有7%的公交车使用天然气，50%的出租车和班车改为使用专用天然气；日本政府将天然气车、电动车、混合动力车、甲醇车定义为“低害车四兄弟”。
我国是一个幅员辽阔，资源相对丰富的国家，可以采用能源多样化，燃料多元化的发展路径。
在代用能源方面的发展国家政策其关键性和决定性的作用。
为了更好的发展车用替代能源，我国应该尽快组织力量，提前做好配套措施和供应网络建设，进一步加快完善传统燃油汽车的燃油消耗标准体系，促进各类汽车改善能源的经济性；根据产业发展的实际情况和要求，建立健全各种新能源汽车的和新型动力系统及其它节能产品的标准法规体系，促进车用新能源在我国立足发展。
传统车用燃料终究会消耗殆尽，代用能源步入汽车产业是社会发展趋势，世界各国都制定了不同的汽车能源战略。
我国根据替代能源4E评价情况，以及汽车工业可持续发展要求，现阶段可以不急于将某一能源作为发展的方向，坚持走能源多元化，技术多样化的发展道路。
随着社会的发展，人们的生活水平的提高，无碳对于我们来说，显然越来越重要，低碳能源将会是汽车能源中的主流能源。
2绿色小车总体设计及其运动原理图1 运动示意图2.1课题目的及其要求课题目的：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设置的障碍物（每间隔1米，放置一个直径20mm、高200m m的弹性障碍圆棒），如图1所示。
给定重力势能为4焦耳（取g=9.8m/s2），给定一质量为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。
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设计者自主设计完成。
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。
2.2小车总体设计及其运动原理设计重点：以减小小车重力和运动阻力，另由于动力是重块竖直向下运动，即重块重力势能转化为小车动能，应尽量避免重块因与小车碰撞而消耗能量，使重块的重力势能尽可能的转化为小车的动能，使小车运动距离最大化。
根据课题目的和要求，小车总体设计如图2所示图2 小车总体结构示意图如上图所示1—重块2—细绳3—滑块4—转向杆5—前轮支架6—前轮7—齿轮4 8—曲轴9—原动轴10—齿轮3 11—后轮12—齿轮1 13—驱动轴14—齿轮2 15—连杆细绳末端重块下落，通过细绳与原动轴摩擦，带动原动轴转动。
原动轴通过平键带动齿轮2和齿轮3转动。
齿轮2与齿轮1啮合带动驱动轴转动，后轮转动，实现小车向前的运动。
齿轮3与齿轮啮合，使曲轴转动，曲轴再通过连杆使转向杆前后摆动，从而实现前轮的转向运动。
前、后轮的合运动即实现小车一边向前行走一边转向。
2.3 设计参数的计算及小车外形尺寸的确定 2.3.1 理论行驶距离估算能量利用及车轮材料选择，假设设计总重4kg2kg(包括重块1kg 和负载750g),利用4J 的能量，摩擦系数的选择，如下表：表1 常用材料间滚动摩擦系数摩擦材料滚动摩擦系数k/cm摩擦材料滚动摩擦系数k/cm 软钢与软钢 淬火钢与淬火钢 铸铁与铸铁 木材与钢0.005 0.001 0.005 0.03~0.04木材与木材 表面淬火车轮与钢轮圆锥形车轮 圆柱形车轮0.05~0.080.08~0.1 0.05~0.07资料来源：杨黎明，杨志勤主编.机械设计简明手册.北京：国防工业出版社, 2008.1上网查的尼龙水泥滑动摩擦系数通常为0.1~0.3，滚动摩擦系数与滑动摩擦系数一般相差一个数量级，且圆柱形车轮的滚动摩擦系数为0.005~0.007，取f=0.005,理想情况下有W =fMgS =0.005×2×9.8S =4J 求得 S =40.81m表2 小车运动各处的摩擦效率种类效率μ 种类效率μ圆柱加工齿的开式齿轮传动(脂润滑)1μ=2μ=0.94~0.96滚动轴承(润滑最佳时)3μ=0.99(一对) 卷绳轮4μ=0.95槽摩擦传动5μ=0.88~0.90资料来源：杨黎明，杨志勤主编.机械设计简明手册.北京：国防工业出版社, 2008.1机构效率76.090.095.099.096.096.04544321=⨯⨯⨯⨯==μμμμμμW 有效=W ×μ=4×0.76=3.04J则 S=31.02m不考虑其他因素，根据计算可得理论行驶距离为1531.02m 。
2.3.2 小车车轮及外形的材料和尺寸的确定1. 对于车轮大小设计，根据设计要求前轮直径不得小于30mm,前轮直径初步采用d=30mm,后轮直径采用D=150mm 。
车轮材料选择考虑到车轮需承受车重和与地摩擦，需要高的强度和耐磨性,以及本身的重量选用铝合金。
2. 车身大小初选宽B=150mm,长L=250mm 。
3小车设计的运动参数计算3.1 主要运动参数计算重物的牵引带动齿轮2和齿轮3转动，齿轮2通过齿轮传动带动驱动轴转动，齿轮3通过齿轮传动带动曲轴转动，曲轴转动使转向杆前后摆动，从而实现前轮转向。
图3 绿色小车示意图根据任务书中路宽2m,以及每隔1m,放置一个直径为20m m,高200m m的弹性障碍圆棒，考虑到使小车运动轨迹尽可能的沿直线运动，绕过障碍物越多，经过多方面考虑后，小车近似按余弦曲线y=Acos(wx)运动，其中A=0.12，ω=2πT2π=2π22π=π其运动的大致路线如下图所示：图4绿色小车行走示意图小车运动一个周期的长度S：S0=∫√1+y′2dx20=∫√1+0.122π2sin2(πx)dx2=.85mm小车转向过程中最大角度MAX；tanθmax=0.12∗pi ∗sinpi (∗0.5)=0.377有tan MAX θ==0.6283 即MAX θ=20.66°=20°39′使用定积分计算平面曲线的弧长，该定积分计算用《MATLAB 程序设计与应用》中的trapz 函数在MATLAB 软件中计算。