“8”字形轨迹无碳小车结构设计浅析
“8”字形轨迹无碳小车结构设计浅析
摘要：本文主要研究无碳小车的结构设计，通过对小车的轨迹特征分析，提出了一种新的“8”字形轨迹结构设计方案。
该方
案采用双轮驱动和独立转向模式，可以实现高效的移动和精确的控制。
文章对设计原理、材料选择以及部件的制造和安装等方面进行了详细阐述，并通过实验验证了该结构的可行性和应用性。
该研究对于推动无碳交通和智能机器人技术的发展具有一定的意义和价值。
关键词：无碳小车，结构设计，8字形轨迹，双轮驱动，独立
转向，可行性研究
正文：无碳交通已成为全球环境保护和可持续发展的重要议题，无碳小车作为其中的一种重要形式，其结构设计是其性能和效率的核心所在。
目前市面上的无碳小车结构种类很多，但是大部分都存在一些不足，比如转向不精准、移动效率低下等问题。
本研究旨在提出一种新的“8”字形轨迹结构设计方案，解决现
有结构存在的问题。
该方案采用双轮驱动和独立转向模式，在不同的工作状态下，通过单独控制左右轮的运动实现小车的移动和方向控制。
在此基础上，通过对小车的轨迹特征分析，提出了一种基于“8”字
形轨迹的结构设计方案。
具体来说，该方案将小车的前半部分和后半部分各自固定一个翼形结构，两个翼形通过中心轴线相交，以此实现小车在“8”字形轨迹上运动。
为了达到理想的性能和效率，文章对设计原理、材料选择以及
部件的制造和安装等方面进行了详细阐述。
例如，在结构设计方面，要保证翼形结构对称、刚度足够，以及合理分布重心等；在材料选择方面，要选用轻量化、高强度的材料；在制造和安装方面，要精确制作和安装每个部件，减少摩擦和滑动等不必要的力。
文章还详细介绍了实验验证的过程和结果，证明了该结构设计方案的可行性和应用性。
综上所述，本研究提出了一种新的“8”字形轨迹无碳小车结构
设计方案，该方案采用双轮驱动和独立转向模式，通过实验验证证明了其性能和效率较高，可以为无碳交通和智能机器人技术的发展提供一定的借鉴和参考。
随着社会和经济的发展，无碳交通成为必不可少的选择。
而在无碳交通中，无碳小车的使用越来越广泛，例如汽车生产厂家正在研发无碳自驾车，餐饮业也在使用无碳餐车，以及医疗器械行业使用的无碳送货车等。
因此，如何设计出适用于不同场景的无碳小车，是当前需要解决的重要问题。
本文提出的“8”字形轨迹无碳小车结构设计方案，是一种创新
性的设计方案，它的最大优势在于可以优化小车的移动效率和方向控制精度。
该设计方案相比其他结构设计方案，具有以下主要优点：
首先，采用了双轮驱动和独立转向模式，通过控制左右轮的速度和方向，可以实现小车在复杂道路条件下精确移动和方向控制，这是其他结构设计方案难以实现的。
其次，应用了“8”字
形轨迹的设计方案，能够在狭小环境中减少小车的掉头半径，提高了小车的灵活性和机动性。
最后，该方案设计简单，易于
制造和维护，在大规模应用中具有优势。
需要指出的是，本研究也存在一些局限性。
例如，当小车运行速度过快时，易受到污染或异物干扰而脱轨，因此需要进行详细的实验测试和改进。
此外，该设计方案也需要适应不同环境和需求的调整，以适应实际应用场景的要求。
在未来的研究和应用中，值得进一步探讨的是如何通过更加先进的智能控制算法和传感器技术，进一步优化无碳小车的性能和效率。
此外，如何将新的结构设计方案与无碳能源技术相结合，推动无碳环保技术在交通领域的发展，也是当前需要解决的重要问题。
总之，本研究提出了一种创新的结构设计方案，可以优化无碳小车的移动效率和方向控制精度。
该研究对促进无碳交通和智能机器人的技术创新，以及环境保护和可持续发展都具有重要意义和价值。
另外，随着人工智能技术和物联网技术的不断发展和应用，无碳小车的未来将更加智能化和自动化。
例如，无碳自驾车将成为未来交通领域的一种主要趋势，可以实现智能行驶、自主导航、自动充电等功能，为用户提供更加便捷、安全和高效的出行体验。
此外，无碳小车在智慧物流和智慧城市建设中，也将发挥更加重要的作用，例如实现自动化送餐、快递、医药配送等服务。
然而，无碳小车在应用中还面临一系列挑战和问题。
例如，无碳能源技术的成本和可靠性问题，可以通过技术创新和市场的推广来解决。
同时，环境保护和安全问题也需要得到重视和解
决，例如无碳小车的制造和回收需要控制碳排放和废物污染。
此外，无碳小车的数据安全和隐私保护也是当前需要关注的问题。
因此，推广和应用无碳小车需要多方面的支持和协作。
政府、企业和社会各界需要共同合作，加强政策引导和投入，支持无碳技术的研发、应用和推广。
同时，智能制造、新能源、物联网等行业的领军企业需要加强合作和创新，推动无碳小车技术的不断进步和升级。
社会大众也需要加强环保意识，更加积极地参与到可持续发展和环境保护中。
综上所述，无碳小车作为无碳交通的重要组成部分，具有广阔的应用前景和重要的社会经济价值。
在未来的发展中，需要加强技术创新和应用推广，同时注意解决环境保护和安全问题，依靠政府、企业和社会各方的共同合作，推动无碳交通的发展和可持续发展的实现。
无碳小车作为低碳交通的一种形式，受到了越来越多的关注。
无碳小车不仅可以减少碳排放，降低大气污染，还可以促进城市交通的可持续发展。
无碳小车技术涵盖的范围比较广泛，包括各种类型的低碳能源技术、智能驾驶和全自动化技术等，这些技术的发展和应用将极大地推动无碳交通的发展和普及。
无碳小车在未来的发展中，还需要解决一系列的挑战和问题，例如成本、可靠性和环保等问题。
为了推广和应用无碳小车，政府、企业和社会各方需要共同合作，加强技术创新、投入和政策引导，推动无碳交通在未来的可持续发展中发挥重要作用。
无碳小车的应用前景广阔，但需要全社会共同努力，才能实现交通的绿色可持续发展。
“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。
“8”型路线无碳小车的设计
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目录摘要............................................................................................................ 错误！未定义书签。
“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。
“双8字”无碳小车关键结构设计与分析
机械设计与制造
2020 年 3 月
酝葬糟澡蚤灶藻则赠 阅藻泽蚤早灶 驭 酝葬灶怎枣葬糟贼怎则藻
241
“双 8 字”无碳小车关键结构设计与分析
韩书葵，节茂岩，林传熙，张胜杰
（北华航天工业学院机电工程学院，河北 廊坊 065000）
摘 要：“双 8 字”无碳小车是以重力势能为动力，按照预定轨迹进行运动，可以实现连续避障的三轮小车。首先对于小车 机构及轨迹进行分析，针对“双 8 字”无碳小车的运动轨迹设计了“双 8 字”小车中曲柄摇杆机构和不完全齿轮机构，并根 据小车的运动速度和运动特点设计了差速机构，同时为补偿加工及装配误差设计出了小车微调机构，给出微调机构的调 节方法，最后基于设计方案对“双 8 字”无碳小车轨迹进行了仿真，验证小车在行走过程中的重要部件与小车运动轨迹之 间的关系，为小车的设计与分析提供了可靠依据。 关键词：无碳小车；双 8 字；运动轨迹；仿真 中图分类号：TH16；TH122 文献标识码：A 文章编号：员园园员-3997（圆园20）03-0241-05
1 引言
无碳小车以重力势能为动力、按照“双 8 字”轨迹实现连续 避障的三轮小车。根据第六届全国大学生工程训练综合能力竞赛 要求，在半张标准乒乓球台（长 1525mm、宽 1370mm）的中线上， 有三个沿同一直线放置高 200mm，直径 20mm 的原棒形障碍桩， 两端桩至中心桩的距离为（350依50）mm。要求小车以“双 8”字轨 迹交替绕过中线上的三个障碍桩，保证每个障碍桩在双 8 字形 的一个封闭圈内。在现有文献中很多学者对于单 8 字轨迹以及 S 形轨迹进行了研究，提出了凸轮机构[1]、槽轮机构[2]、不完全齿 轮机构[3]以及空间四杆机构等[4-5]设计方法，并且验证了这些方法 的可行性。
“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。
“双8”字轨迹无碳小车的结构设计与分析
2020年第4期网址： 电邮：*******************“双8”字轨迹无碳小车的结构设计与分析王三川（福州大学机械工程及自动化学院，福州350108）摘要：第七届福建省大学生工程训练综合能力竞赛中，“双8”字赛道要求设计制造一种以砝码重力势能为动力源的“双8”字形运动无碳小车。
该无碳小车利用重力势能转换为动能驱动行走和转向，并最终实现预定轨道的运动。
文中利用凸轮顶杆机构，提出了一种结构简单、易于生产制造的方案，希望为以后相关的比赛提供指导和参考意见。
关键词：无碳小车；“双8”字轨迹；凸轮设计；CATIA三维建模；AutoCAD绘图中图分类号:TP 391.7文献标志码:A 文章编号：1002-2333（2020）04-0068-03Structural Design and Analysis of Double 8-shape Carbon-free TrolleyWANG Sanchuan(School of Mechanical Engineering and Automation,Fuzhou University,Fuzhou 350108,China)Abstract:The double 8-shape track of the 7th Fujian University Engineering Training Comprehensive Ability Competition requires the design and manufacture of a double 8-shape carbon-free trolley with weight gravity potential energy as the power source.The carbon-free trolley converts the potential energy of gravity into kinetic energy to drive walking and steering,and finally realizes the movement of a predetermined track.This paper uses the cam ejector mechanism,and a simple structure and easy -to -manufacture scheme are proposed to provide guidance and reference for future relatedcompetitions.Keywords:carbon-free trolley;double 8-shape trajectory;cam design;CATIA 3D modeling;AutoCAD drawing0引言第七届福建省大学生工程训练综合能力竞赛规则简介：设计一种小车，使其只借助砝码的重力势能而能够前进并转向，最终实现沿“双8”字轨迹行驶。
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”字循迹无碳小车创新设计
1任务分析根据浙江省首届大学生工程训练综合能力竞赛要求：小车为三轮结构，驱动小车行走及转向的能量是根据能量转换原理，全部由给定重力势能转换而来的。
给定重力势能为4焦耳，竞赛时统一用质量为1Kg 的重块（￠50×65mm，普通碳钢）铅垂下降来获得，落差400±2mm（如图1），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。
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。
对应要求制作目标小车，使得其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，绕行时不撞倒障碍物，并且不掉下球台。
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，并且要求本小车可以随着障碍物相对位置改变而改变运动轨迹并且能实现小车在相应最优化路线上使小车走尽可能多的8字。
2设计思路小车通过齿轮传动实现重物重力势能与小车动能的转换以及减速功能。
重物通过合理的方式为连接到小车的驱动机构以及转向机构，提供恒定或者周期性变换的能量；转向机构应满足轨迹可调，即转向角度、时间等影响因素的可调。
最后，通过对三轮小车进行运动分析，获得最优机构设计。
设计方案见图2。
2.1关键机构的设计本小车的关键机构包括涵盖重力势能的转化及合理分配的驱动机构和涉及前轮转向角度以及前后轮行程分配的转向机构，两者都是关系到小车运动轨迹是否正确的决定因素。
2.1.1传动机构设计驱动机构主要由重物、钢丝绳、齿轮、定滑轮和绕线盘等组成。
其中齿轮设计比较复杂，不同的传动比直接影响转向机构的设计。
本小车设计过程中是基于理论推理确定传动比的大概范围，然后经过实验来确定最终传动比，设计过程中主要产生了以下两个代表性方案：方案一：二级齿轮传动。
通过定滑轮，利用重物下落带动阶梯轴（两级）上固定的主动齿轮再带动安装在后轮轴上的齿轮再带动第二级从动齿轮作为转向机构的基本动力来源，如图3。
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