无碳小车结构设计报告样本
《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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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：
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的重心问题了，主要是稳定性的问题！三、设计构想及方案此机械传动的无碳小车由重力势能作为动力，驱动小车以预定的轨迹运动，根据运动的轨迹不同可以设计不同的传动机构以实现不同的功能。
无碳小车设计文档
无碳小车机构设计方案一：设计目标：1：重力势能最大限度的转化为小车的动能;2：小车能够自动的转向绕开障碍物;3：行驶的距离最大化；二：设计思路：1：小车的动力来自于重物下落的重力势能。
用皮带将重物与驱动轮轴连接，通过重物下降使皮带带动后轮轴旋转，从而实现小车的运动。
然而重物下落不可避免的要与小车碰撞从而造成能量损失。
为使重力势能最大限度转化为动能（重物与小车碰撞时速度最小或为零），则需要重物的下降过程是静止——加速——匀速——减速——静止。
而这样的过程要通过改变主动力矩实现。
具体是通过一根大小合适的锥形轴，改变动力线缠绕的半径。
从而改变主动力矩，使其与摩擦阻力矩之间的大小发生转变。
2：要使小车自动转弯，首先需要将后轮的运动传递给转向机构，其次需要设计一套装置利用后轮传递过来的运动实现前轮的偏转与还原。
最后为达到有规律的自动转弯，需进行运动参数计算，得到行驶路线图，通过小车行驶一个周期的距离前轮偏转两次，设定传动比，设定转向部件尺寸与安装位置。
3：行驶距离最大化，是需要各种其他损失最小化。
可以让小车的路线为直线——曲线——直线，即通过一个装置使小车在需要转向时转向并快速回复直线行驶，以避免曲线行驶造成的能量消耗。
也可以在小车结构尺寸设计时在满足其它条件后尽量减小尺寸，从而减小小车的重力和阻力。
三：详细设计方案1）小车结构尺寸如图所示2）机构分析1：动力机构：后轮的主运动通过缠绕在锥形轴上的皮带带动，当重物下降，带动皮带运动，皮带带动轴即后轮运动。
由于皮带缠绕在半径大小不等的锥形轴上，在起始时转动半径较大，启动转矩大，有利于启动。
启动后，转动半径开始减小（随缠绕的锥形轴半径减小），转速提高，转矩变小，和阻力平衡后小车匀速运动。
当重物距小车很近时，转径再次变小，皮带的拉力不足以使主动轴转动，但由于惯性，重物减速下降，直至与小车接触，此时重物速度很小或为零。
2：传动机构：后轮上通过键连接一个齿轮，模数为1，齿数17，然后与另一根轴（过渡轴）上齿数51的齿轮啮合，实现了一级传动比i=3，然后同一根轴上的另一模数为1，齿数17的齿轮被轴带动，它和第三根轴（转向动力轴）上齿数为68的齿轮啮合，实现了二级传动比i=4。
无碳小车设计报告
2014年****工程训练综合能力竞赛无碳小车设计报告参赛者：指导老师：2014/10/151、设计概述“无碳小车”是将重力势能转换为机械能，使小车实现行走及转向功能的装置。
小车由能量转换机构、传动机构、转向机构和车身构成，首先通过能量转换机构获得动力来驱动后轮转动，继而通过传动机构将运动传给转向机构使转向轮，利用横纵向直线运动复合运动使转向轮呈正弦波形周期性摆动，从而避开设置在波形内固有间距的障碍物。
具体设计为小车以1kg重物块下落500mm产生的重力势能作为动力，通过线绳带动齿轮轴等传动机构，单轮驱动；通过正弦机构带动前轮周期性摆动实现转向。
无碳小车结构设计总装图如图所示。
2、设计思路和方案小车的设计分为三个主要阶段：功能分析、、制造加工调试2.1功能分析对小车功能要求进行分析，寻找功能元解，将小车分为车架、原动机构、传动机构、转向机构、行走机构、微调机构六个模块。
对每一个模块进行多方案设计，综合对比选择最优的方案组合。
2.2参数分析与个性化设计利用Solidworks软件进行小车的实体建模、部分运动仿真。
对方案建立数学模型进行理论分析，使用MATLAB软件分别进行能耗规律分析、运动学分析、动力学分析、灵敏度分析，得出小车的具体参数和运动规律。
2.3 机械总功能分解及功能元解表1.势能转向小车形态学矩阵2.4 机构选型基本原则①满足工艺动作和运动要求。
②结构最简单,传动链最短。
③原动机的选择有利于简化结构和改善运动质量。
④机构有尽可能好的动力性能。
⑤机器操纵方便、调整容易、安全耐用。
⑥加工制造方便，经济成本低。
⑦具有较高的生产效率与机械效率。
2.5转向机构分析目前，能够实现无碳小车车轮转向控制的机构主要有曲柄摇杆机构、正弦机构（曲柄移动导杆机构）、RSSR空间四杆机构凸轮推杆机构和圆轮导杆机构。
这5 种机构在结构和功能上有各自的特点。
转向机构是本小车设计的关键部分，直接决定着小车的功能。
转向机构也同样需要尽可能的减少摩擦耗能，结构简单，零部件已获得等基本条件，同时还需要有特殊的运动特性。
无碳小车设计报告范文v40(20221015)-图文
无碳小车设计报告范文v40(20221015)-图文广州大学第二届工程训练综合能力竞赛暨第四届全国大学生工程训练综合能力竞赛竞赛项目：“S”型赛道场地竞赛成员：张伟鑫、古剑峰、冯燕柱学院：机械与电气工程学院指导老师：刘长红时间：2022年10月12日要我们对小车分别进行机械设计、工艺方案设计、经济成本分析、以及工程管理方案设计等。
其中，机械设计包括方案设计及修改、机构运动分析以及机构力分析等。
重物下落，通过滑轮机构把重物产生的拉力减半，并沿着与重物连接的细线传递到绕线轴中，从而传递到同轴的传动机构中，通过一定传动比的传动机构将转动速度加大，并把动力传到同轴的驱动轮驱使小车前行。
另外，传动机构也把动力传递给转向机构支持小车前轮转向，从而实现小车自动规避障碍物。
小车的功能分析图如下。
图3小车功能分析图2/433）要实现把滚轴的回转运动转换为前轮转向轴的水平滑动，且前轮的左右摆幅相同，实现小车前轮的转向问题，要且保证传动的准确配合。
4）将连续转动变为周期性摆动，可选择的机构很多，从机械设计的高效率和结构简单原则上作对比，在考虑好安装精度，传递效率、结构复杂程度以及成本高低后，选择相应的机构。
2.1.4微调机构1）微调机构一般配合转向机构存在，通过调节转向机构的尺寸信息以适应不同间距的比赛条件。
2）一台小车至少含有一个粗调装置和一个微调装置为宜，以做到快速并精确调整。
3）需通过多次试验确定最佳微调位置对应的最佳路线。
4）结构简单，调整方便。
2.2方案比较根据小车上各个机构进行比较，主要从原动机构、传动机构、转向机构和微调机构四个方面展开。
2.2.1原动机构方案一：捆绑着重物的细绳绕过定滑轮后被捆绑在绕线圈上并与绕线圈缠绕。
重物下降，捆绑着重物的细线绕过定滑轮，带动与后轮轴同心的绕线圈转动，进而驱动后轮转动和传动机构工作。
绕线轴呈锥形。
方案二：捆绑着重物的细绳分别绕过定滑轮和动滑轮后被捆绑在绕线圈上并与绕线圈缠绕。
无碳小车报告书模板1
目录1 结构设计………………………………………………………… 1.1 结构组成………………………………………………… 1.2 工作原理…………………………………………………装2 力学分析……………………………………………………… 2.1 运动分析………………………………………………… 2.2 动力学分析……………………………………………… 2.3 强度校核………………………………………………… 3 材料及成本分析……………………………………………… 4 参考文献…………………………………………………………订线报告书 辽宁工程技术大学 科技方法训练 报告书1 结构设计1.1 结构组成该车有两部分组成，分为前车身和后车身，前车身放配载荷，后车身为驱动车身。
其结构如图装订构件 1-9 构成车身的框架，其中 4,5,6 的作用是使车身稳定，构件 10 为支架，为重物 下落提供一定高度， 构件 11 的作用是重物下落时使构件 10 能稳定存在， 不发生倾斜。
1.2 工作原理重力势能转化为动能，重物由支架顶端下落，联接重物的绳子被拉伸，绳子通过滑轮 绕在轴上，绳子拉伸带动轴转动，小车产生动能。
当重物下落到小车框架上是，由于线框架有空隙，重物会落在地上，这时后车身由于重物的原因停止前进，前车身由于惯 性将继续前进，但是小车减小了摩擦阻力，走的更远。
2 力学分析2.1 运动分析驱动r1 r2>>r3, 转矩 M= f ⋅ R ,轮的转矩 M = f ⋅ R ，初始时摩擦力为静摩擦第1页报告书 辽宁工程技术大学 科技方法训练 报告书 力，为了使小车运动，原动力 f 要大于最大静摩擦力，拉力 F 一定 转矩 MM1 = F ⋅r1 ，轮的= f ⋅ R ， f1 越大，原动力 f1 越大， f1 越大，初始角加速度就越大，转动的就越快车启动的就快。
运动时，M 物 g= F +m 物 a 线+ F 阻, 随着速度增加，F 阻先减f 小，a 线增加， a 轮增加，轮的转矩 M 增加，原动力 2 与 F 成正比，F 增加；也就装是说 F 与 a 线的变化一致，随着速度增加， F 阻逐渐增加， a 线减小， F 减小，轮 的转矩M = f ⋅ R ， M 2 = F ⋅r2 ，原动力 f 2 与 F 成正比的比例减小，那么 f 2 减小的r f f 更多，逐渐等于阻尼转矩，小车做匀速直线运动。
第三届无碳小车06S结构设计报告
依稀记得第一次接触无碳小车在我们的实训课上，当时的任课老师一再地强调这个比赛对我们自身以及学院的重要性，还特别地说此次比赛只允许机械院参加，鼓励我们积极参与其中。对于我们2010级学生来说，理论上的知识当然比不上那些学长学姐了，更别提实际操作经验了，然而参加这个比赛必定是要投入大量的人力物力的，有很大的可能到最后换来的不会是奖牌。但是我们骨子里有着初生牛犊不怕虎的精神，就算再累再苦，我想我们也会坚持下去的。全国大学生工程训练综合能力竞赛是面向在校大学生的一项综合性工程能力竞赛，内容上与高校工程训练教学相衔接，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.
结构设计总图
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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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驱动及转向原理图
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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
根据规则，驱动小车行驶过程的所有能量来自于1kg重块从400mm高度垂直下落的重力势能并要求在行驶中避障，因此可以将设计过程分为三个环节：能量转换及储能环节、传动环节和转向环节。如何将重块的势能转换为可以驱动车辆持续行驶的动能是小车设计中至关重要的一个环节，本方案将飞轮作为能量存储的工具，当重物下降速度增大时，飞轮的动能增加，把能量贮蓄起来；当重物下降到最低位置时，飞轮动能减少，把能量释放出来。<一>.运动轨迹:小车从赛道一侧越过一个障碍后，整体穿过赛道中线且障碍物不被撞倒；重复上述动作，直至小车停止。小车在越过多个障碍物时，所形成的轨迹类似于正弦曲线。考虑到两点之间直线距离最短，所以在小车越过障碍后使小车运动轨迹为直线。而在穿越障碍物时走弧线，由于小车前轮在转弯后不会马上回直，所以在此过程中考虑小车前轮恢复。<二>.转向装置:由于在小车运动过程中需要转向，所以我们制定了前轮作为转向轮，后两轮作为驱动轮的方案。即通过前轮转向机构，使其能做周期性来回摆动。为改变小车方向而设计一个与后轮转轴相连的大齿轮，当小车前轮杆连接点与大齿轮圆心之间水平间距为ΔL时，小车可以直线行走。所以可以通过改变小车前轮杆连接点与大齿轮圆心的水平距离L来控制小车转向。
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
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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
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学校名称：
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2020 年 4 月 19 日
文档仅供参考，不当之处，请联系改正。
参赛项目：8 子型赛道常规赛
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2020 年 4 月 19 日
学校名称：
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小车装配图
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2.设计方案
经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
(第四届)山东省大学生工程训练综合能力竞赛
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-52020 年 4 月 19 日
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-62020 年 4 月 19 日
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
小车爆炸图
(第四届)山东省大学生工程训练综合能力竞赛
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本小车槽轮机构由双臂缺口圆盘和槽轮组成，其中两个转臂之间的角度为 117 度，槽轮为四个间距相等的槽组成，另外，在槽轮外圈加一 曲柄，曲柄与线轨连接。当缺口圆盘带动槽轮间歇转动时，槽轮上曲柄随之推动线轨前后移动，而线轨与前轮间由摇杆机构连接，经过线轨的 前后移动带动摇杆机构摆动,从而带动前轮左右摆动实现转向。
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,能够经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：
订
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
2.5 行走机构
由于小车是沿着曲线前进的，后轮必定会产生差速。对于后轮能够采用双轮同步驱动，双轮差速驱动，单轮驱动。双轮同步驱动必定有轮
装
子会与地面打滑，由于滑动摩擦远比滚动摩擦大会损失大量能量，同时小车前进受到过多的约束，无法确定其轨迹，不能够有效避免碰到障
碍。双轮差速驱动能够避免双轮同步驱动出现的问题，能够经过差速器或单向轴承来实现差速。但自己加工精度达不到要求，而且市场上没有
无碳小车结构设计 报告
1 2020 年 4 月 19 日
参赛项目：8 子型赛道常规赛
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(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。
学校名称：
-22020 年 4 月 19 日
参赛项目：8 子型赛道常规赛
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2.4 转向机构
转向机构是本小车设计的关键部分，直接决定着小车的功能。转向机构也同样需要尽可能的减少摩擦耗能，同时还需要有特殊的运动特 性。能够将旋转运动转化为满足要求的来回摆动，带动转向轮转动从而实现拐弯避障的功能。能实现该功能的机构有：凸轮机构+摇杆、曲柄连 杆+摇杆、曲柄摇杆、差速转弯、槽轮机构+推杆+摇杆等等。综合以上组合机构的分析我们选择双臂外啮合槽轮机构+推杆+摇杆作为小车转向机 构的方案。
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2020 年 4 月 19 日
传动机构展开图
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-8-
文档仅供参考，不当之处，请联系改正。
(第四届)山东省大学生工程训练综合能力竞赛
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参赛项目：8 子型赛道常
R
R ，因此轮子越大，小车受到的阻力越小，因此能够走的更远。故小车驱动轮采用直径为 φ128
订
的大轮，以减小地面的阻力。
2.6 微调机构
微调机构属于小车的控制部分， 经过微调机构的调节能够修正小车行走轨迹。 我们确定了转向机构采用槽轮机构+推杆+摇杆方案，摇杆 一端与滑块连接，滑块上装有弹簧和螺栓，经过调节正面和侧面螺栓的旋合长度来调节摇杆的长度和角度，从而实现对小车运行轨迹的控制。
线
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。
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， 经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
适合本小车的差速器。单轮驱动即只利用一个轮子作为驱动轮，一个为导向轮，另一个为从动轮。从动轮与驱动轮间的差速依靠与地面的运动
约束确定的。其效率比利用差速器高，传动精度比利用单向轴承高。
故选用单轮驱动。
由摩擦理论知道摩擦力矩与正压力的关系为
M N
对于相同的材料 为一定值。
f 而滚动摩擦阻力
M N
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