8字无碳小车方案设计_获奖-catia-不完全齿轮设计
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。
“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。
无碳小车8型设计方案
无碳小车8型设计方案
设计方案：
1. 设计理念：
- 采用无碳能源驱动，以减少对环境的污染。
- 紧凑型设计，方便通行于繁忙的城市道路。
- 注重安全性和舒适性，提供稳定的行驶和乘坐体验。
2. 外观设计：
- 车身外观简洁大方，利用轻质材料以提高车辆的能效。
- 采用流线型设计，减少空气阻力，提高行驶稳定性。
- 前脸设计简洁大方，装饰细节减少以提高能效。
3. 动力系统：
- 采用纯电动驱动，使用可充电电池作为能源。
- 采用高效电机，提供强劲动力并减少能源消耗。
- 车辆配备能源回收系统，通过制动时的能量回收降低能源浪费。
4. 内部空间设计：
- 设计舒适的座椅和腿部空间，以提供良好的乘坐体验。
- 提供足够的储物空间，满足日常旅行的需求。
- 具备智能控制系统，方便驾驶员操作车辆和乘客享受智能化服务。
5. 安全性设计：
- 配备多功能驾驶辅助系统，包括自动刹车、车道保持辅助等，提高驾驶的安全性。
- 采用坚固的车身结构和安全气囊系统，提供乘客更高的安全保护。
- 配备智能安全监测系统，实时监测车辆周围环境，避免潜在危险。
6. 其他特点：
- 具备智能导航系统，提供最短、最佳的路线规划，减少行驶时间和能源消耗。
- 安装太阳能充电板，利用太阳能为车辆充电以增加能源来源。
- 提供无线充电功能，方便用户随时充电。
以上是一个无碳小车8型的设计方案，综合考虑了环保性能、外观设计、动力系统、内部空间、安全性、智能化等多个方面的要求。
“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。
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。
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。
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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 1
2. 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。
2.2 其他参数的计算
小车要走一个完整“8”字，轴3转一圈，齿轮4转动一周，那么齿轮3需要转两周，由于齿轮3与齿轮2同轴，故轴2转了两周，而齿轮2带动齿轮1转动。
由以上知：轴2转过两周，小车恰好走完一个完整“8”字。
当小车穿过相距400mm 的障碍物时，小车所走的圆半径为200mm ，小车走玩一个完整“8”字的路程为800πmm ，驱动轮的直径为80mm,故转一圈时轴1转过的转数为：18008010n ππ==，125n n =，故
121
5
Z Z = 。
前轮心与后轮心的距离为100mm ，当小车走的圆直径为300mm ，前轮转角是θ1，圆直径为40厘米时转角为θ2，圆直径为50厘米时转角为θ3。
Ln （n =1、2、3）表示不同直径下连杆距离前轮轴心的距离。
由条件得：12sin()3θ= 21sin()2θ= 32sin()5
θ= 则
11cot L x x θ==
∙
，22cot L x θ==
∙
，3
3cot L x x θ=
=
∙
当x =10mm 时，1L =11.2mm ，2L =17.3mm ，3L =22.9mm 。
由条件知sin （1α）=1/7,sin(2α)=6/7，
12134211
()cos()()cos()10022
d d d d
e αα+∙∙++∙∙=-，解得：e =47.36mm 。
2.3 改变标杆的距离的绕行方法
对于不同距离的杆，小车的绕行半径不同，改变Ln 便会得到不同的绕行半径，由于传动比固定，所以当只调整Ln 不调整后轮半径时，后轮走过固定距离便会开始转向，使车不能在不同半径下绕杆走八字，所以改变绕杆半径时，Ln 与后轮半径都需要改变。
要使车走过一定的弧度在转弯须使后轮直径与绕轴半径比值不变，这样才能保证小车能绕不同的半径时都能绕过杆。
为了保持车的平衡，前轮需随后轮一起变动。
2.4 性能指标：能走过的八字个数约为19个。