无碳小车S型无碳小车毕业设计
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
Abstract
The 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
0.05~0.08
0.08~0.1 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=????==μμμμμμ
W 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′2dx
2
0=∫√1+0.122π2sin2(πx)dx
2
=.85mm
小车转向过程中最大角度
MAX
；
tanθm
ax
=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。小车每行驶一周绕过两个弹性圆棒，则小车从开始运动到停止理论上能绕过弹性圆棒的个数n ：
n =
2S S 0=2×31020.85
=31.1 ，
取n=15，实际绕过障碍圆棒的个数为1531-1= 小车运动过程中齿轮传动的总的传动比为i ：
i =
S 0πD =.85π×15010
=4.22
考虑到总的传动比i=4.22，比较大，采用两级传3412i i i =动。若采用一级
a) b)
图5 一级传动与两级传动平面布局示意图比较
传动如上图所示，图中两方案的总传动比相同，齿数、模数相同，小齿轮齿数相同。由图可见，采用一级传动所占平面面积，远比两级传动的面积大。另外，当单级传动比过大时，大齿轮的直径就会很大，致使齿轮的转动惯量随之增加，这对于要求转动惯量较小的齿轮传动系统（小车中齿轮传动是小功率随动系统）。因小车中的随动系统，要求起动快和结构紧凑，若转动惯量过大，对实现上述要求不利。顾采用两级齿轮传动。
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，取小车起动005.0=f 转矩T ：
T =
fMgD2
=
0.005×2×9.8×0
2
=7.35N ·mm
令原动轴每转一圈，小车绕过一个障碍圆棒，而小车每运动一个周期绕过两个障碍圆棒，由原动轴与驱动轴的齿轮传动比和1i 原动轴与曲轴的齿轮传动比2i 有：
i 12=
i 2=4.22
2
=2,i 34=2.11 3.2 原动轴绕线部分设计及计算
1. 在起动时原动轴的转动半径较大，起动转矩大，有力起动。
2. 起动后，原动轴半径变小，转速提高，转矩变小，和阻力平衡后小车匀速运动。
3. 当重块离小车很近时，原动轴半径再次减小，绳的拉力不足以使线轴匀速运动，在惯性的作用下，重块减速下降，原动轴半径变小，总转速比提高，小车缓慢减速，直到停止，重块停止下落正好接触小车。
图6 梯形绕线轴示意图
质量m 的重块提供的转矩线T :
2
m gd
T =
线 T i gd T T ≥=
=12
1
12112m i /μμ线 带入数值得 d ≥m 有计算得到数据不靠谱，于是乎估算为10mm
又根据设计要求重块下落高度为400mm ,则有：
πd2dn
=400，代入数据得d 2=8.33mm
为了便于设计和计算取9m m d 2=，即需在线轴上绕线圈数n=14 通常起动转矩大于或等于额定转矩的1.25倍，有：
11m g 25.1d T T =≥起,
即 m m 25.111≥d ，取m m 121=d
重块快接触小车时，缓慢减速，取mm 83=d
选用直径为1mm 细线，则需要绕线的轴长度为17.69mm ，假定小车做一个周期的加速运动，三个周期的缓慢减速运动其他部分近似看成匀速运动。绕线部分轴总长取20mm,其中各运动绕线轴尺寸为m m 6L 12m m L m m ,2321===，L 3.3运动及运动力参数计算
2轴（原动轴）：
t
190
mg max 2=
==t mgL P ν（小车整个过程运动的时间为t ） t
1080
1860/60n max 2=?==t t n m m 12012101m g 1max 2?=???==N mm N d T
1轴（驱动轴）：
t
39
.1549.095.099.096.01905431max 2max 1=
????==t P P μμμμ t
t i 6
.3558295.31080n n 12max 2max
1=
?== m m 59.29m m 295.3/9.095.099.096.01201254312max 1?=?????==N N i T T μμμμ
3轴（曲轴）：
t
t P P 39
.1549.095.099.096.01905432max 2max 3=
????==μμμμ t
t 540
21080n n 34max
2max 3=
?== mm 76.48mm 2/9.095.099.096.01203454322max 3?=?????==N N i T T μμμμ
4轴（支承轴）
t
t P P 85
.15299.039.1543max 3max 4=
?==μ 04=nax n
m m 27.48m m 99.076.483max 3max 4?=??==N N T T μ
将上述计算结果加以汇总，如下表
表3 各轴设计参数汇总
轴名 功率P/w 转矩T/(N ·mm) 转速n/(r/min)
传动比i 效率
1轴 154.39/t 29.59 3558.6/t 3.295 0.813
2轴 190/t 120 1080/t
2
0.813
3轴 154.39/t 48.76 540/t
0.99
4轴 152.85/t 48.27 0
4 小车主要零件的设计与计算
4.1 齿轮1与齿轮2的设计
4.1.1 选择齿轮材料、精度等级、齿轮数选择
考虑到传动功率比较小，要求结构紧凑，质量轻，由《机械设计简明手册》表6-36，选齿轮1和齿轮2材料用非金属材料聚酚氧，齿面硬度430 HBS, MPa B 98~3.82=σ，
MPa s 9.55~9.54=σ，齿轮精度为8级精度。
a. 对闭式齿轮面齿轮传动，一般工业用齿轮传动，Z=20~40。对于高速或对噪声有严格要求的齿轮传动，建议Z≥25；
b. 闭式硬齿面齿轮，开式齿轮和铸铁齿轮，因齿根弯曲强度往往是薄弱环节，应取较小齿数以保证齿轮具有较大的模数，以提高轮齿抗弯能力。一般取 Z=17~25；
c. 为了避免根切现象，对于标准直齿圆柱齿轮，应取Z≥17。 为了使小车的结构简单，并能完成传动要求，选用标准直齿圆柱传动。 选用齿轮1的齿数 171=Z ，齿轮2的齿数, Z 2=i12Z1
=2.035×17=35
取,取Z 2=35传动比
i 12=
Z 2
2
=2.06 4.1.2 按齿根弯曲疲劳强度设计
开式齿轮传动，齿根弯曲强度是其薄弱环节，故按弯曲强度设计，验算接触强度.由《机械设计》式6.8有：
3
2
1
12m FP sa Fa d Y Y Y Z KT σ?ε
?≥ 确定式中各项的数值： 由《机械设计》式6.2有：
βανK K K K K A =
重块下降过程可以近似认为是均匀平稳，小车运动过程也近似为均匀平稳 查《机械设计》表6.2得 11=A K 。直齿圆柱齿轮传动，可取4.1~05.1=νK ，2.1~1=αK ，运动过程中速度比较低取05.11=νK ，齿面硬度高，2.11=αK 取两齿面为硬面，可取
35.1~1.1=βK ，齿轮在两支承中间不成对称布置，取35.11=βK 。
数据代入上式得：
701.11=K ，mm N T T ?==96.34max 11
齿轮估算许用应力：
[]MPa MPa FP 41.499.549.09.0min =?==σσ
查《机械设计》表6.8 6.0~3.0d =?，取3.0d12=?， 查《机械设计》表6.4 由171=Z 得：97.2a1=F Y ，52.11=sa Y 由《机械设计》（修订版）式6-7得：
端面重合度βεαcos 112.388.121?????
?+-=）（Z Z 对于直齿轮β=0 代入数据得：12αε=1.63 < 2 ,取85.0~65.0=εY 齿数比较少，取
1εY =0.68
所有数据代入得：
0.42mm 41.4968
.052.197.217
3.059.297.12m 3
2
=??????≥ 为了不妨碍后轮运动，中心距mm 50)(2
2112
12≥+=
Z Z m a ，即37.1m 12≥ 由《机械设计》表6.7，选取第一系列标准模数 2m 12=mm 。 齿轮主要尺寸 ；d 1=m12Z1
=34
mm Z m 112d 2122==；d 2=m12Z2
=70
mm 73)(2
2112
12=+=
Z Z m a ； mm d b d 2.10112==?，取112=B mm,161=B mm
4.1.3 校核齿面接触疲劳强度
小车运动速度比较低，齿轮传动的转矩也很小,接触肯定能够满足要求。 4.2 齿轮3和齿轮4设计暂定与一二级齿轮相同 4.2.1 选择齿轮材料、精度等级、齿轮数选择
选齿轮3和齿轮4材料用非金属材料聚酚氧，齿面硬度430 HBS,
MPa B 98~3.82=σ，MPa s 9.55~9.54=σ，齿轮精度为8级精度。
选用齿轮3的齿数 233=Z ，齿轮4的齿数,Z4=47 4.2.2 按齿根弯曲疲劳强度设计
开式齿轮传动，齿根弯曲强度是其薄弱环节，故按弯曲强度设计，验算接触强度由《机械设计》式6.8有：
3
2
1
12m FP sa Fa d Y Y Y Z KT σ?ε
?≥ 确定式中各项的数值： 由《机械设计》式6.2有：
βανK K K K K A =
重块下降过程可以近似认为是均匀平稳，小车运动过程也近似为均匀平稳 查《机械设计》表6.2得 13=A K 。直齿圆柱齿轮传动，可取4.1~05.1=νK ，2.1~1=αK ，运动过程中速度比较低取05.13=νK ，齿面硬度高，2.13=αK 取两齿面为硬面，可取
35.1~1.13=βK ，齿轮在两支承中间不成对称布置，取35.13=βK 。
数据代入上式得：701.13=K
mm N T T ?==120max 22
齿轮估算许用应力 []MPa MPa FP 41.499.549.09.0min =?==σσ 查《机械设计》表6.8 6.0~3.0d =?，取3.0d34=?，
查《机械设计》表6.4 由233=Z 得：69.2a3=F Y ，575.13=sa Y 由《机械设计》（修订版）式6-7得：
端面重合度βεαcos 112.388.143???
??
?+-=）（Z Z
对于直齿轮β=0 代入数据得：3αε=1.67 < 2 ,取85.0~65.0=εY 齿数比较少，取3
εY =0.70
所有数据代入得：
0.54mm 41.4970.0575.169.223
3.01207.12m 3
2
=??????≥ 又因为齿轮2的直径为112mm,为了保证齿轮2能正常转动有：
mm 562
d
)(2243342=≥+=
Z Z m a ，即623.1m 34≥ 由《机械设计》表6.7，选取第一系列标准模数 2m 34=mm 。 齿轮主要尺寸
mm Z m 46d 3343==； mm Z m 92d 4344==；
mm 69)(2
4334
2=+=
Z Z m a ； mm d b d 4.133342==?，取144=B mm,193=B mm
4.2.3 校核齿面接触疲劳强度
小车运动速度比较低，齿轮传动的转矩也很小,接触肯定能够满足要求。 4.3 轴设计
在两级斜齿园柱齿轮减速器中，三根轴跨距相差不易过大，故一般先进行中间轴得设计，以确定跨距。 4.3.1 原动轴(2轴)设计 4.3.1.1 选择轴的材料
选材料为45钢正火，查《机械设计》表11.1得b2σ=590Mpa ; 12-τ=140Mpa ;
12-σ =255Mpa ； 查表11.4得b ][a 1+ =170Mpa ; b ][a 0=75Mpa; b ][a 1-=45Mpa
4.3.1.2 求出轴上的功率、转速和转矩
由表3可知2P =190/t W; 2n =1080/t r/min; 2T =120N·mm
4.3.1.3 轴的初估计算
查《机械设计》表11.3 取107C 2=，初估算轴的最小直径2m in d
mm 995.5/108010t /190107d 3-3
3222min
=?==t
n P C
原动轴的最小直径显然是安装螺母处轴的直径，采用六角螺母，查《机械零件手册》表4-99选用m m 6d 21==d ，紧固螺母选用C 级1型的六角螺母，查《机械零件手册》表4-99得的C mm 6=d
级1型的六角螺母对应螺母厚度 6.1mm m =,查表
4-116得对mm 6=d 应C 级平垫圈的厚度 1.6mm h =，由轴承端盖设计，取其总宽度为4mm 。则mm h m d l l 5.1346.11.663.043.0=+++?=+++==--ⅩⅣⅩⅢⅡⅠ 圆整取m m 14==--ⅩⅣⅩⅢⅡⅠl l
理想情况下，直齿轮传动只受径向力根据《机械设计》表8.1选深沟球轴承（主要承受径向力，也可同时承受少量的双向的轴向负荷）。 查《机械零件手册》表7-112选轴承型号1000087， 3.5mm 14mm 7mm B D d ??=??，即 7m m d 22
=，为了保
证轴承端盖能够压紧轴承内圈取： 3m m ==--ⅩⅢⅫⅢⅡl l
轴承通过轴肩轴向定位，轴肩高度必须低于轴承内圈端面高度，以便拆卸轴承，取轴肩高度0.5mm h =，即 8m m d 23=
非定位轴肩一般取1～齿轮2和齿轮3出轴头直径均取24d =29d =10mm 。齿轮2的左端与齿轮3的右端采用套筒开口挡圈定位，由《机械零件手册》表4-130，选用公称直径为6mm 的开口挡圈，即 6m m d 20=。已知齿轮2轮毂的跨度为11mm ，齿轮3轮毂的跨度为19mm 。为了使开口挡圈可靠地压紧齿轮，此轴端应略短于轮毂宽度，故取mm 10=-ⅤⅣl ，mm 18=-ⅪⅩl ,挡圈卡槽宽度统一设计为2mm 。齿轮2的右端与齿轮3的左端采用轴肩定位，轴肩高度d h 07.0>，故取mm 1=h 。即,m m 122825==d d 为了给曲轴运动留下足够的位置取m m 40==--ⅫⅪⅣⅢl l
由绕线轴部分设计得：中
mm
6,mm 12,mm 2mm
8,mm 92726=====---ⅨⅧⅧⅦⅦⅥl l l d d
绕线轴位于原动轴的正间，有：
mm 1510)1840314(2
200102mm 2310)1040314(2200102=-+++-=--==-+++-=--=----ⅩⅣⅩⅩ
ⅨⅤⅠⅥⅤl B l l B l 至此，已初步确定了轴的各段和长度。
图7 原动轴示意图
4.3.1.4 轴上零件的周向定位
齿轮2和齿轮3与轴的周向定位均采用平键连接。按24d =29d =10mm ，由《机械设计简明手册》表8-1查得平键截面为mm mm h b 33?=?，键槽用键槽铣刀加工，选用系列中长为8mm 和14mm 的A 型平键。同时为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性，
故选择齿轮轮毂与轴的配额为6k 7
H 。
4.3.1.5 确定轴上圆角和倒角尺寸
参考《机械设计》表11.2直径为6～10mm 取轴端圆角 455.0?，轴内圆弧倒角为R0.5,直径大于10mm 取轴端圆角 458.0?，轴内圆弧倒角为R0.8。 4.3.1.6 根据轴的结构作出轴的计算简图（图8）
=+++24232221L L L L 46.5mm+28mm+44mm+50.5mm=169mm 根据轴的计算简图作出轴受的弯矩图和扭矩图（图8）。
从轴的结构图以及弯矩和扭矩图中可以看出截面C 是轴的危险截面。现将计算出的截面Ⅵ处的T 及的M 值列于下表。
表4 原动轴上的载荷
载荷 竖直面
齿轮2
齿轮上的力F
N d T 14.2112120
22F 2max 222=?==
齿轮3
22.546
120
22F 3max 223=?==
d T N 轴承上
的力
左轴承力
N L L L L L L L F L F L L mg F 48.224
232221242322222423242321=+++++--+?=
）
（）（
右轴承力
N F F F F 16.043.1014.214.110)(m g 23222124=---=++-=
弯矩M m m N 49.456max ?=M 转矩T
m m 120max ?=N T
图8 驱动轴上受力、弯矩、转矩图
4.3.1.7 按弯扭合成应力校核轴的强度
进行校核时，通常校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面Ⅵ）的强度，另开挡圈卡槽处，直径最小而且所受弯矩和扭矩也比较大，这里也需要校核。根据上表数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取6.0=α，轴的计算应力公式有：
3d 1.0=ca W
W
T M ca 2
2)(ασ+=
对于截面Ⅵ 数据带入上式得：
无碳小车实验报告
?朕井令孑科技衣浄 GUILIN UNIVER3ITT OF ELECTRONIC TECHNOLOGY 机械原理课程设计报告书 设计题目：竞赛题目无碳小车的设计 课程名称：《机械原理课程设计》 学生姓名： 学生学号： 所在学院：海洋信息工程学院 学习专业：机械设计制造及其自动化 指导教师：宫文峰 2015年12月11日
目录 (2) 第一章概述 (3) 1.1 课程设计任务与目的 (3) 1.1.2 课程设计任务 (3) 1.2 无碳小车设计的目的与任务 (3) 第二章选题介绍 (4) 2.1 选题背景、意义 (4) 第三章总体设计 (4) 3.1 方案设计 (4) 3.1.3 传动机构 (5) 3.1.4 转向机构 (6) 3.1.5 行走机构 (7) 3.1.6 微调机构 (8) 第四章运动分析 (9) 4.1 用解析法进行机构的运动综合与分析 (9) 4.2 齿轮参数的分析 (12) 第五章设计小结 (12) 参考文献： (13)
第一章概述 机械原理课程设计是机械类各专业学生第一次课程设计，是重要的实践性教学环节，对于培养学生机械系统运动方案设计和创新设计能力、解决工程实际中机构分析和设计能力等 有着十分重要意义。 本次课程设计以第五届全国大学生工程能力综合训练竞赛“无碳小车”题目为基础，进 行创新设计。设计对题目进行了从新分解，运用课程内所学知识，通过查阅资料结合前人经 验，从几个方面进行方案的设计与分析选择，依据机械机构的设计理念，设计出一个完全依 靠重力势能提供动力，以平面转向机构实现周期性转向自动避让障碍物的轻质小车方案。 1.1课程设计目的与任务 1.1.1课程设计目的 1）综合运用机械原理课程的理论和实践知识，分析和解决与本课程有关的实际问题，促进所学理论知识的巩固、深入和归纳； 2）培养学生的创新设计能力、综合设计能力与团队协作精神； 3）加强学生动手能力的培养和工程实践的训练，提高学生针对实际需求进行创新思维、综合和工艺制作等实际工作能力； 4）提高学生运算、绘图、表达、运用计算机、搜集和整理资料能力； 5）为将来从事技术工作打基础。 1.1.2课程设计任务 结合一个简单或中等复杂程度的机械系统，让学生根据使用要求和功能分析，开拓思路，敢于创新，巧妙地构思其工作原理和选择工艺动作过程；由所选择的工作原理和工艺动作过 程综合应用所学过的各类常用机构的结构组成、运动原理、工作特点及应用场合等知识，进 行机构的选型、创新与组合，构思出各种可能的运动方案，并通过方案评价、优化筛选，选择最佳方案；就所选择的最佳运动方案，应用计算机辅助分析和设计方法（也可以使用图解法）进行机构尺度综合和运动分析；由运动方案和尺度综合结果绘制机构系统运动简图。 1.2无碳小车设计的目的与任务 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
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
无碳小车论文
三江学院 本科毕业设计（论文） 题目前驱前转向型无碳小车的结构设计 高职院院（系）机械制造及其自动化专业学生姓名季歆伟学号 G5 指导教师徐伟职称实验师 指导教师工作单位三江学院 起讫日期 摘要 目前全球经济飞速发展，带来环境问题愈发明显，传统能源逐渐衰竭，鉴于此无碳小车的研制具有十分重要的意义。汽车虽然是21世纪最重要的交通工具，但他有许多弊端。汽车尾气污染是由汽车排放的废气造成的环境污染。可以说，汽车是一个流动的污染源。在世界各国，汽车污染早已不是新话题。20世纪40年代以来，光化学烟雾事件在美国洛杉矶、日本东京等城市多次发生，造成不少人员伤亡和巨大的经济损失！ 在能源和环保的压力下，提高旧能源汽车的效率以迫在眉睫。目前的汽柴油内燃机热效率小于30%，如果算上机械效率以及其他的能量传递损失，则总效率仅占燃料放出热能的15%左右。毫无疑问，如果能够提高热机的效率，则可在一定程度上缓解目前的石油危机。 针对题目要求拟定了无碳越障小车的总体设计方案，通过计算分析完成了无碳越障小车的结构设计，绘制了装配图和部分主要零件图，通过模拟仿真验证了预定功能。 该自行小车在前行时能够以正弦曲线或余弦曲线轨迹自动避开设置的障碍
物。此模型最大的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粘合带动驱动轮和转向轮，从而按照规定的路线完成任务。本文将对无碳小车模型的设计过程，结构功能特点等进行详细的介绍。 关键词：无碳越障小车；环保；能量转换；结构设计 Abstract Nowadays, the global economy developing rapidly ,brings increasingly obvious environment problems and the traditional energy is going to failure gradually.Auto though is the 21st century the most important traffic tools, but he has many shortcomings. Car exhaust pollution is by car exhaust emissions cause environmental pollution. Can say, the car is a flow sources of contamination. In the world, automobile pollution has not a new topic. Since the 1940s, photochemical smog event in USA Los Angeles, Tokyo to cities such as it has happened so many times that has caused a lot of casualties and huge economic losses！ On energy and environmental pressures, improve the efficiency of the old energy vehicles with imminent. The current steam diesel units, if less than 30% thermal efficiency is mechanical efficiency and other energy transmission loss, the total efficiency accounted for only about 15 per cent of fuel release heat. No doubt, if can improve the efficiency of the engine, it may be relieves the current oil crisis. So the development of carbon-free car is great significance. Studying out the scheme design based on the requirments if this subject, finishing the physical design of the carbon-free car by computational analysis, drawing the assembly drawing and part of the mai n parts drawing, vertify the reservation function by pro/E’s simulation and making the physical prototype, finally reached the required function by the entity prototype presentation. The car when traveling can be automatic avoid the barriers with sine curve track or cosine curve track. The model biggest characteristics is a potential energy into gear rotation, which according to the gear adhesive rotation that drive the driven wheel and steering wheel, than complete the task with the prescribed route .This paper will be detailing introduction.The carbon-free car model of the design process and the structure and function characteristics . Key words ：carbon-free car; environmental protection ; Energy Conversion；Structure Design 目录 绪论......................................... 错误!未定义书签。
无碳小车设计方案
大学机械设计制造及其自动化特色专业 实践报告 设计项目：工业产品力学分析实践、工业产品材料分析与设计实践 班级： 实践小组名称： 报告撰写人： 提交日期：2012/6/17 大学机电工程系
目录 1 设计任务 (4) 1.1无碳小车整体动力学分析报告 (4) 1.2无碳小车各构件材料力学性能分析报告 (4) 1.3无碳小车典型零件材料组织分析 (4) 2 设计过程 (4) 2.1 机构设计 (4) 2.2 机构简图分析 (5) 2.2.1主要机构组成 (5) 2.2.2原理 (5) 2.2.3自由度分析 (5) 2.3 机构立体图分析 (6) 2.3.1车架 (8) 2.3.2原动机构 (8) 2.3.3转向机构 (8) 2.3.4行走机构 (9) 2.4 参数分析模型 (9) 2.4.1 动力学分析模型 (9) 2.4.2运动学分析模型 (10) 2.4.3急回运动特性、传动角、死点分析 (11) 2.4.4灵敏度分析模型 (12) 2.4.5参数确定 (13) 2.5零部件设计 (13)
3设计结果与总结 (14) 4参考文献 (14) 附：Matlab编程源代码 (15)
1 设计任务 1.1无碳小车整体动力学分析报告 含无碳小车各机构运动学分析（运动轨迹计算、机构各构件长度尺寸确定等） 无碳小车动力学分析，各运动副摩擦分析、各构件受力分析。 要求Matlab编程计算（附源代码） 1.2无碳小车各构件材料力学性能分析报告 含各构件强度分析、刚度分析 基于结构安全的无碳小车各构件结构优化方案。 要求Matlab编程计算（附源代码） 1.3无碳小车典型零件材料组织分析 取无碳小车中典型金属材料进行材料组织分析，给出3种以上材料试样制作方法、组织 照片等。 2 设计过程 2.1 机构设计 行进动作分解 小车主要由四个机构组成：发条动力机构、齿轮传动机构、曲柄连杆机构、连杆前轮转向机构。
8字无碳小车工程管理设计报告
第三届全国大学生无碳小车越障竞赛
工程管理设计报告
总 3 页 产品名称 零件名称
第 1 页 无碳小车
编号： 生产纲领 生产批量
500 台/年 42 台/月
1、工程管理方案概述
为实现安全、文明生产，保证按期供货，降低总成本，提高经济效益，对无碳小车的生产进行了工程管理设计。 装 年生产 500 台无碳小车，属中批量生产。无碳小车的大部分零件属于中高精度，必须保证每个零件的加工精度。通过相应的工程管理，使同种 零件应具有互换性、可靠性。例如：前轮支撑架等零件的生产工艺主要包括：车削、铣削和钳工修整。 生产过程中需要的一些标准件，如：轴承、螺钉、齿轮等外购。金属模铸造和热处理等工艺外协加工，其它工序及总装自主完成。
2、生产过程组织
①生产过程空间组织设计： 学校名称：扬州大学 针对无碳小车按每月 42 台的生产方式，综合考虑生产组织柔性，按工艺原则布置设施。无碳小车的生产工艺主要包括车、铣、线切割、钳。 ②生产过程时间组织设计： 订 根据无碳小车的主要零件的工艺特点，结合生产空间的布置原则，生产过程的时间组织选择顺序移动的方式。
3、主要设备资源配置
①确定生产节拍：无碳小车月产 42 台，按照一个月工作 22 天，每天一班工作 8 小时，时间利用率设为 90%，计算该零件的生产节拍为： r=Fe/N=(F0×g)/N=22×8×90%×60/42=226min/台 其中，r—节拍，Fe—计划期有效工作时间，N—计划期制品产量，F0—制度工作时间，g—时间有效利用系数。 ②确定流水线生产设备数量：针对无碳小车的主要加工件，由中批量生产工艺过程卡片得知，CD6140 车削加工工时 T1 为 59min，铣削加工工 线 时 T2 为 76min，钻床加工工时 T3 为 32min。生产的设备数为： H 普车 =T1/r=59/226=0.26； H 铣 =T2/r=51/226=0.23； H 钻=T3/r=32/226=0.14 因此，无碳小车零件加工成组流水生产线需要 CD6140 普通车床、普通铣床、台钻各 1 台。
-1-
无碳小车设计说明书
第三届福建省大学生工程训练 综合能力竞赛 无碳小车设计说明书 参赛者：邓磊林源兴趣詹发星 指导老师：张宁 学校：福建工程学院 地点：福建福州 时间：2015年1月1-2日
摘要 第三届福建省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”，并为接下来的第四届国赛做好准备。我们在设计小车过程中特别注重设计的方法，力求通过对命题的分析得到清晰开阔的设计思路；作品的设计做到有系统性规范性和创新性；设计过程中综合考虑材料、加工、制造成本等给方面因素。我们借鉴了参数化设计、优化设计、系统设计等现代设计发发明理论方法；采用了MATLAB、PROE、CATIA等软件辅助设计。 我们把小车的设计分为三个阶段：方案设计、技术设计、制作调试。通过每一阶段的深入分析、层层把关，是我们的设计尽可能向最优设计靠拢。 方案设计阶段根据小车功能要求我们根据机器的构成（原动机构、传动机构、执行机构、控制部分、辅助部分）把小车分为车架、原动机构、传动机构、转向机构、行走机构、微调机构六个模块，进行模块化设计。分别针对每一个模块进行多方案设计，通过综合对比选择出最优的方案组合。我们的方案为：车架采用三角底板式、原动机构采用了锥形轴、传动机构采用齿轮、转向机构采用曲柄连杆、行走机构采用双轮驱动、微调机构采用微调螺母螺钉。其中转向机构利用了调心轴承、关节轴承。 技术设计阶段我们先对方案建立数学模型进行理论分析，借助MATLAB分别进行了能耗规律分析、运动学分析、动力学分析、灵敏度分析。进而得出了小车的具体参数，和运动规律。接着应用PROE软件进行了小车的实体建模和部分运动仿真。在实体建模的基础上对每一个零件进行了详细的设计，综合考虑零件材料性能、加工工艺、成本等。 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。
“8”型路线无碳小车的设计(全套图纸)
原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ 194535455 摘要 煤炭是大自然给予人类的一笔宝贵财富，可是由于人们对煤炭的巨大需求，煤炭资源日趋减少近于枯竭。随着人们节能环保意识的提升，无碳理念也越来越被人们提上研究的课题。更洁净，更环保，更节能，更高效的理念也深入人心。 本小车是对“无碳”理念的探索与开发，对未来“无碳”的憧憬，小车构思巧妙，在完成设计的要求下充分考虑了外观和成本等问题，方便以后的扩展和进一步的开发。“无碳小车”系第二届全国大学生工程训练综合能力竞赛命题主题，目前实验阶段已经完成。 小车的设计分为三个阶段：方案设计、技术设计、制作调试。方案设计阶段根据小车功能要求根据机器的构成（原动机构、传动机构、执行机构、控制部分、辅助部分）把小车分为车架、原动机构、传动机构、转向机构、行走机构、微调机构六个模块，进行模块化设计。技术设计阶段采用了PROE等软件进行辅助设计。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。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。 关键词：无碳小车；方案设计；模块化设计；8型路线
Abstract Coal is a valuable wealth of human nature, but because of the huge demand for coal and meager coal resources dwindling. As enhance awareness of energy saving and environmental protection, zero-carbon concept is increasingly being put on the research project. Cleaner, more environmentally friendly, more energy, more efficient idea is taking hold. Issue, later expanded and further developed. "Zero-carbon cars" of the second national students ' comprehensive ability of engineering training race in thesis theme, the current experimental phase has been completed. Car design is divided into three phases: design, technical design, making debugging. Programme design stage based on the car features under the machine's composition (original mechanism, actuator, actuator, control section, Assistant section) original car into the frame, body, transmission, steering agencies, travel agencies, fine-tune the bodies of six modules, modular design. Technical design stage using PROE software for aided design. Car most parts are standard parts, you can purchase, while some require high processing precision parts require special processing, most are available through the manual process. Debugging changes by way of fine tuning parameters of the car testing, experimental validation on the basis of the car in motion at the same time determine the optimal parameters for car. Key words:Carbon-free cares; design; modular design;8-courses
王何成+S型无碳小车设计开题报告
王何成+S型无碳小车设计开题报告华东交通大学理工学院 题目: S型无碳小车设计 分院: 机电分院 专业: 机械设计制造及其自动化 班级: 12机制2班 学号: 20120410220202 姓名: 王何成 指导教师: 林金龙 填表日期: 2016年 3 月 2 日 一、选题的依据及意义: 我国经济的迅速发展使得对能源的需求增加，常规的化石能源供应不再生能源十分紧足的矛盾日益突出，我国的能源机构里，煤炭、石油与天然气等不可再生能源占绝大部分，新能源和可再生能源开发不足，这不仅造成环境污染等一系列问题，也严重制约能源发展，能源安全源和可成为我国必须解决的战略问题。发展新能迫发展新能源和可再生能源十分紧迫，也是世界各发达国家竞相研究的热点课题之一。无碳小车的研制，具有经济、环保、便利等优点，有助于我们找到更为环保绿色的能源，有利的能量转化途径，以及提高能量的利用效率。它将对传统能源的逐渐取代有深远意义。因此我们设计制作无碳小车，希望可以找到新的方法来缓解能源和环境问题。 二、国内外研究现状及发展趋势(含文献综述): 中国正处于工业化、城市化加速发展的历史阶段，能源需求有着很大的增长空间。为抑制高耗能行业过快增长，中国政府正研究建立能源消费总量控制制度，未
来将研究开征化石能源消费税，并实现原油、天然气和煤炭资源税从价计征。目前，我国“新兴能源产业发展规划”已编制完成，根据中国政府制定的“十二五”能源规划，到2015年中国能源消费总量将控制在41亿吨标煤左右，非化石能源占一次能源消费比重达到11.4%，到2020年非化石能源占一次能源消费比重达到15%。 世界部分主要国家新能源发展状况 美国推行“绿色新政”，明确发展目标。根据奥巴马提出的新能源政策构想，美国将在可再生能源、节约汽车、分布式能源提供、天然气水合物、清洁煤、节能建筑、智能网络等领域探索出一个能实现利益最大化的创新战略。 日本通过法律约束、税收优惠和政策引导等一系列配套措施，大力推行新能源产业发展，积极开发太阳能、风能、核能等新能源和节约技术。经过三十年的发展，日本在新能源发电、新能源电池和节能环保方面处于世界领先地位。 巴西生物能源在其他能源消费结构中占据半壁江山，汽车市场销售80%是可以使用乙醇燃料的新能源汽车，新能源汽车普及率高，有效降低了对石油的依赖，在使用生物乙醇解决污染方面走在世界前列。 三、本课题研究内容: 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3kg重物下降40cm的势能为驱动力，重物落下后，须被小车承载并同小车一起运动，不允许从小车上掉落。要求: (1)小车行走过程中完成所有动作需要的能量一、均由重力势能准转换获得，不可使用任何其他的能量来源。
无碳小车实验报告 (1)
机械原理课程设计报告书 设计题目: 竞赛题目无碳小车的设计 课程名称：《机械原理课程设计》 学生姓名： 学生学号： 所在学院：海洋信息工程学院 学习专业：机械设计制造及其自动化 指导教师：宫文峰 2015年12月11日目录 (2) 第一章概述 (3) 课程设计任务与目的 (3)
第一章概述 机械原理课程设计是机械类各专业学生第一次课程设计，是重要的实践性教学环节，对于培养学生机械系统运动方案设计和创新设计能力、解决工程实际中机构分析和设计能力等有着十分重要意义。 本次课程设计以第五届全国大学生工程能力综合训练竞赛“无碳小车”题目为基础，进行创新设计。设计对题目进行了从新分解，运用课程内所学知识，通过查阅资料结合前人经验，从几个方面进行方案的设计与分析选择，依据机械机构的设计理念，设计出一个完全依靠重力势能提供动力，以平面转向机构实现周期性转向自动避让障碍物的轻质小车方案。 课程设计目的与任务 课程设计目的 1）综合运用机械原理课程的理论和实践知识，分析和解决与本课程有关的实际问题，促进所学理论知识的巩固、深入和归纳； 2）培养学生的创新设计能力、综合设计能力与团队协作精神； 3）加强学生动手能力的培养和工程实践的训练，提高学生针对实际需求进行创新思维、
综合和工艺制作等实际工作能力； 4）提高学生运算、绘图、表达、运用计算机、搜集和整理资料能力； 5）为将来从事技术工作打基础。 课程设计任务 结合一个简单或中等复杂程度的机械系统，让学生根据使用要求和功能分析，开拓思路，敢于创新，巧妙地构思其工作原理和选择工艺动作过程；由所选择的工作原理和工艺动作过程综合应用所学过的各类常用机构的结构组成、运动原理、工作特点及应用场合等知识，进行机构的选型、创新与组合，构思出各种可能的运动方案，并通过方案评价、优化筛选，选择最佳方案；就所选择的最佳运动方案，应用计算机辅助分析和设计方法（也可以使用图解法）进行机构尺度综合和运动分析；由运动方案和尺度综合结果绘制机构系统运动简图。无碳小车设计的目的与任务 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。该给定重力势能由质量为1Kg的标准砝码（￠50×65 mm，碳钢制作）来获得，砝码的可下降高度为400±2mm。标准砝码始终由小车承载，不从小车上掉落。图1为小车示意图。 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，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。 第二章选题介绍 选题背景、意义 本设计源于6年第五届全国大学生工程能力综合训练竞赛“无碳小车”，该竞赛要求以
最佳无碳小车设计一等奖样本
第二届全国大学生工程训练综合能力竞赛 无碳小车设计 参赛者: 张雪飞赵鹏飞刘述亮 指导老师: 朱政强戴莉莉 -1-16 摘要 第二届全国大学生工程训练综合能力竞赛命题主题为” 小 无碳车”。在设计小车过程中特别注重设计的方法, 力求经过对命题 的分析得到清晰开阔的设计思路; 作品的设计做到有系统性规范性和
创新性; 设计过程中综合考虑材料、加工、制造成本等给方面因素。我们借鉴了参数化设计、优化设计、系统设计等现代设计发创造理论方法；采用了MATLAB PROE等软件辅助设计。 我们把小车的设计分为三个阶段: 方案设计、技术设计、制作 调试。经过每一阶段的深入分析、层层把关, 是我们的设计尽可能向 最优设计靠拢。 方案设计阶段根据小车功能要求我们根据机器的构成（原动机 构、传动机构、执行机构、控制部分、辅助部分）把小车分为 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, 进行模块化设计。分别针对每一个模块进行多方案设 计, 经过综合对比选择出最优的方案组合。我们的方案为: 车架采用 三角底板式、原动机构采用了锥形轴、传动机构采用齿轮或没有该 机构、转向机构采用曲柄连杆、行走机构采用单轮驱动实现差速、 微调机构采用微调螺母螺钉。其中转向机构利用了调心轴承、关节轴 承。 技术设计阶段我们先对方案建立数学模型进行理论分析, 借助 MATLAB分别进行了能耗规律分析、运动学分析、动力学 分析、灵敏度分析。进而得出了小车的具体参数, 和运动规律。接着 应用PROE软件进行了小车的实体建模和部分运动仿真。在实体建模 的基础上对每一个零件进行了详细的设计, 综合考虑零件材料性能、 加工工艺、成本等。 小车大多是零件是标准件、能够购买, 同时除部分要求加工精度
无碳小车毕业设计说明书
无碳小车毕业设计说明书 成都工业学院毕业设计(论文) () 专业数控技术 班次 姓名 指导教师 成都工业学院 二0一四年五月 成都工业学院毕业设计(论文) 摘要 结合第三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”。进行了无碳小车的虚拟设计，要求一个质量为1Kg，落差为400mm普通碳钢重块铅垂落下时势能根据能量转化原理将它转化为小车前进的动能，让小车动起来。 本设计把小车的设计分为两个阶段:方案设计、技术设计、虚拟设计。通过每一阶段的深入分析、层层把关，是我们的设计尽可能向最优设计靠拢。 方案设计阶段根据小车功能要求我们根据机器的构成(原动机构、传动机构、执行机构、控制部分、辅助部分)把小车分为车架、原动机构、传动机构、转向机构、行走机构五个模块，进行模块化设计。分别针对每一个模块进行多方案设计，通过综合对比选择出最优的方案组合。我的方案为:车架采用三角形加矩形、原动机构采用了绳轮、传动机构采用直齿轮，转向机构采用曲柄连杆加摇杆、行走机构采用双轮差速驱动。
技术设计阶段我们先对方案计算了，进而得出了小车的具体参数，和运动规律。接着应用UG软件进行了小车的实体建模和部分运动仿真。在实体建模的基础上对每一个零件进行了详细的结构设计，综合考虑零件材料性能、加工工艺、成本，在设计小车过程中特别注重设计的方法，力求通过对命题的分析得到清晰开阔的设计思路;设计做到有系统性规范性和创新性;设计过程中综合考虑材料、加工、制造成本等给方面因素。 关键字:无碳小车参数化设计软件辅助设计 成都工业学院毕业设计(论文) Abstract Combined with the third session of the national college students' engineering training comprehensive ability competition thesis theme of "carbon-free car". To the virtual design of carbon car demand a quality of 1 kg, drop of 400 mm plain carbon steel fell heavy piece of lead times can according to the principle of energy conversion convert it into the car forward momentum, let the car move. The design of the car design is divided into two stages: project design, technical design, virtual design. Through each stage of the thorough analysis, cengcengbaguan, as far as possible to the optimal design is our design. Scheme design stage in accordance with the requirements of car features we according to the composition of the machine (prime mover structure, driving mechanism, actuator and control part, auxiliary part)
斯特林小车设计书(2)
斯特林小车 设计说明书 学院： 年级专业：二年级机械工程及自动化 设计者： 任课老师： 辅导教师： 起止时间：
目录 1. 作品简介 (1) 2. 研究背景及意义 (1) 3. 设计方案的筛选 (2) 4. 重要零部件及相应功能分析 (2) 4.1引擎 (2) 4.2驱动机构 (3) 5. 设计说明 (4) 6.斯特林实物展示 (5) 7小车的特点和创新 (6) 8参考文献 (7)
1作品简介： 我们通过对斯特林引擎的研究和认识，加上已有的机械知识，在老师的帮助和改进下完成了自己设计的第一辆小车。我们的小车采用的是α型引擎，驱动机构我们选择了皮带传动。我们的设计理念是在不影响小车性能的情况下，尽量减轻小车的质量，选用较轻的零件以使小车走的更远。同时尽量选用便宜，易买到的零件，节约生产成本。 2研究背景及意义： 斯特林发动机属外燃机，它避免了传统内燃机的震爆做功问题，从而实现了高效率、低噪音、低污染和低运行成本。可以燃烧各种可燃气体，如：天然气、沼气、石油气、氢气、煤气等，也可燃烧柴油、液化石油气等液体燃料，还可以燃烧木材，以及利用太阳能等。只要热腔达到700℃，设备即可做功运行，环境温度越低，发电效率越高。外燃机最大的优点是出力和效率不受海拔高度影响，非常适合于高海拔地区使用。 随着全球能源与环保的形势日趋严峻，斯特林发动机由于具有多种能源的广泛适应性和优良的环境特性已越来越受到重视，所以，在水下动力、太阳能动力、空间站动力、热泵空调动力、车用混合推进动力等方面得到了广泛的研究与重视，并且已得到了一些成功的应用。 在这个背景下，加快对斯特林引擎的了解和研究是至关重要。而一样事物从发明到正式投入生产运用是需要一个不断探索和尝试过程的。我们通过对斯特林小车的设计及三维图的制作正是这个不断探索和尝试的过程。 3设计方案的删选： 3.1引擎部分方案删选对比： 斯特林发动机原理： 斯特林发动机是通过气体受热膨胀,遇冷压缩而产生动力的。这是一种外燃发动机,使燃料连续地燃烧，蒸发的膨胀氢气蒸发的膨胀氢气（或氦）作为动力气体使活塞运动，膨胀气体在冷气室冷却，反复地进行这样的循环过程反复地进行这样的循环过程，便可为外机提供动力。 β型引擎：β型引擎最大特征是引擎体型小。但为了保证同轴上的2个活塞获得合适的相位角的同时能够来回往复运动，从而产生了驱动机构复杂化等问题。 γ型引擎：γ型引擎小型化比较困难。而且结构上由于不能提高压缩比，所以想得到大输出功率也非常困难。 α型引擎：α型引擎由两个动力活塞构成，具有高压缩比（最大容积/最小容积）和高输出功率的特征。而且该引擎在1980年实施的月光计划中已经被开发出输出功率为3KW级的引擎。可见这种引擎的有着很大的潜力和市场开发价值。 由此可见，不管是从制作的简便性还是输出功率的可观性，甚至市场前景。α型引擎都有着它的特点和优势。泾小组协商以及咨询老师后，最终我们决定采用α型引擎作为本次项目小车的引擎。
无碳小车结构设计报告
第三届山东大学大学生工程训练综合能力竞赛结构设计报告总页第 1 页产品名称：无碳小车编号 1、设计概述 设计原则： A.整车的重心要低，操作、调整方便灵活； B.结构尽量简单，传动件数少； C.质量小，足够的刚度，振动小； 2、设计方案 按照命题要求小车必须具有方向自控功能, 绕过直线布置的每隔1 米1 个障碍物的要求。小车必 须左转、右转再左转地周期性转向, 在速度一定的前提下, 必须要保证小车的运动轨迹曲率是连续变 化的, 小车才能平稳行驶。因此, 曲柄匀速转动, 摇杆左右匀速摆动的曲柄摇杆机构可以作为转向机 构, 小车运行轨迹接近正弦曲线, 曲率变化连续。从滚筒轴的回转运动到控制前轮转向的摇杆的水平 摆动, 需要把竖直平面的运动转化为水平面运动, 以实现小车的转向。要实现把竖直平面的运动转化 为水平面运动, 可以选用变形的曲柄摇杆机构来实现转向轮转向的方案，见下图4。曲柄摇杆机构中 的曲柄回转中心(即滚筒轴轴心) 应与摇杆的摆动平面等高,保证机构无急回特性, 曲柄作等速转动, 摇杆摆动时左右行程的平均速度相等, 即使得前轮左右摆幅相同, 按照指定轨迹行驶。把铅垂平面的 运动转化为水平面运动是个三维空间的运动转换, 通用的曲柄摇杆机构不能完成三维空间的运动转 换, 因此必须采用双球型关节的连杆, 使得水平与垂直方向的自由度都不受约束。为了提高运行过程 的精度和降低加工难度，可设计成四个圆柱关节, 安装成水平和竖直形式(如下图4 所示), 代替双球 型关节, 最终实现了与滚筒轴连接的曲柄的回转运动转化为摇杆的水平运动, 摇杆在水平面内摆动, 使得前轮左右摆幅相同, 实现了小车前轮的转向问题, 且保证了传动的准确。 根据图2 行走示意图, 采用余弦函数: Y＝-0．35cosπx, 周期T＝2 m 的曲线拟合小车行驶路径图1：小车的三维视图
无碳小车结构设计方案样本
无碳小车结构设计 方案
第五届全国大学生工程训练综合能力竞赛 The 5th National Undergraduate Engineering Training Integration Ability Competition 结构设计方案 Structure Design Scheme 编 号 （此栏由赛务工作人员填 写） 装 订 学校名称：湖南文理学院芙蓉学院 参赛项目：无碳小车
第五届全国大学生工程训练综合能力竞赛 The 5th National Undergraduate Engineering Training Integration Ability Competition 结构设计方案 Structure Design Scheme 参赛项目 无碳小车S 型赛道 4、结构设计创新特色说明 小车设计一定要做到目标明确,经过对命题的重复研究得到一些启发,今年的命题相对于往年, 有较大的改变,规则改为经现场公开抽签，在±200～300mm 范围内产生一个“S ”型赛道第一轮障碍 物 间 距 变 化 值 和 变 化 方 向 。 竞赛小车在前行时能够自动绕过赛道上设置的障碍物，如图2。赛道宽度为2米，障碍物为直径20mm 、高200mm 的圆棒，沿赛道中线从距出发线1米处开始按间距1米摆放，摆放完成后，将偶数位置的障碍物按抽签得到的碍物间距变化值和变化方向进行移动（正值远离，负值移近），形成的即为竞赛时的赛道。这样一来就不能借鉴往年的方案,同时还必须综合考虑材料、加工、制 造、成本等各方面因素考虑。 小车的传动比和转向机构的设计是小车性能的关键。在设计方法上我们借鉴参数化设计，优化设计，系统设计等现代设计创造理论，采用CAD,PROE 等软件辅助设计设计流程如下图： ’ 产品名称 小车 共 7 页 第 2 页 编 号 装 订 学校名称：湖南文理学院芙蓉学院 参赛项目：无碳小车
“8”型路线无碳小车的设计-任务书
江西农业大学毕业设计(论文)任务书 设计（论文） “8”型路线无碳小车的设计 课题名称 学生姓名院（系）工学院专业机制 指导教师职称讲师学历硕士 毕业设计（论文）要求： 1、在设计过程当中，要求态度端正，积极主动，认真细心； 2、查阅大量的文献资料，按时完成设计任务； 3、绘制零部件、各机构总装配图毕业设计； 4、按要求完成设计说明书完成word文档（说明书7000—8000字，说明书撰写格式详见 工学院网站，毕业设计有关内容），并打印装订成册； 5、通过设计实践，使进一步了解一般机械设计的设计过程，培养学生综合运用机械设计 原理分析问题和解决问题的能力，从中掌握方案设计的方法和步骤。 毕业设计（论文）内容与技术参数： 1.无碳小车由车板，三个行走轮。利用将1Kg重物下降40cm的势能为驱动力，使三 轮小车绕间距为80cm障碍物走8形路线，使小车绕行圈数尽可能多。小车前轮为 独轮，后为双轮，有转向机构。 2.要求分析设计小车总体结构，合理设计控制机构，设计的机构性能良好，结构简 单，制造方便。 3.要求分析计算小车运动分析，并计算理论行走距离（考虑各环节摩擦损耗）， 4.绘制主要零件图，部装图，总装配图等，共大于2张0号图纸。 5.机构运动简图的机构布置合理，减速机构选型适当。 毕业设计（论文）工作计划： 2012.12.01—2013.01.15 分析设计方案，查阅相关资料，实际考察设计的用途和前途。 2013.01.16—2013.02.28 绘制设计方案图，查阅设计的相关资料，确定相关的技术参数编辑整个设计方案的思路。 2013.03.01—2013.05.08 完善设计图纸，整理设计说明书，最后完成定稿。 接受任务日期年月日要求完成日期年月日学生签名年月日指导教师签名年月日系（部）主任签名年月日
无碳小车结构设计报告
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