无碳小车结构设计报告
无碳小车结构设计报告_4
无碳小车结构设计报告一、设计概述根据题目要求，为达到“8”字绕行的目的，无碳小车应实现两个功能：重力势能的转换和周期性的转向。
据此可以将小车分为驱动机构和转向机构两部分。
驱动机构要求能量损耗小、传动比准确，优先选用齿轮机构。
转向机构因为轨迹重复性要求高，采用齿轮和拉杆结合控制前轮转向来满足小车走周期性“8”字要求。
二、设计方案1.小车以钢板做的底板为主体，上面安装三根吊挂重物的立杆。
2.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。
3.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。
4.输入轴转动一圈，带动转动的大齿轮转动四分之一，使与之啮合的小齿轮转动二分之一，用连杆机构链接，使前轮走了一个圆时实现转向，从而小车走了“8”字形运动。
三、相关计算驱动机构转向齿轮（控制方向）转向机构（控制周期）1主动轮2驱动轮3主动轮4从动轮传动比2.5:1传动比1:2 主要零件尺寸：前轮半径后轮半径驱动1半径驱动2半径转向3半径转向4半径转向1半径转向2半径5mm 50mm 35mm 14mm 35mm 14mm 30mm 30mm厚度为10mm 厚度为6mm 设为转角30度，两个障碍物的距离为300毫米：设为小车的轨迹半径为x，则150*150-75*75=16875,对其开方约得130毫米。
由此可知，小车的轨迹为3.14*2*130*2=1632.8毫米，车轮要转5圈，所以轴的周长为2毫米才能保证小车在理论上转了8圈。
四、整体装配图五、作品创意1.优化各零件布局，降低小车重心2.三根立杆防止小车运行中重块摞动3. 不用其它额外的传动装置，直接由动力轴驱动轮子和转向机构，此种方式效率高、结构简单。
在不考虑其它条件时这是最优的方式。
4.曲柄连杆面积所受压力较小，且面接触便于润滑，故磨损减小，制造方便，已获得较高精度；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5.小车机构简单，单级齿轮传动，损耗能量少六、心得与体会在设计无碳小车的环节中，我们在此过程当中反复探索、不断前进。
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。
无碳小车设计说明
其它的一些细节设计
车身的设计 车轮的设计 轴承的设计 车身部件的一些材料的取用 以上的各种细节设计都要以减小小车重力和阻 力为目的 ，同时要考虑其价钱的多少和设 同时要考虑其价钱的多少和设 计出来的艺术效果。 计出来的艺术效果。
驱动部分的大致结构图
物体在下落过程中所受到的阻力图
阻 力
速 度
驱动
原理：绳拉力为动力。 原理：绳拉力为动力。将物块下落的势能尽 可能多的转换为小车的动能， 可能多的转换为小车的动能，进而克服阻力 做功。 做功。物块在下落的过程中不可避免的要与 小车发生碰撞，碰撞过程必然要有能量损失， 小车发生碰撞，碰撞过程必然要有能量损失， 所以要解决的问题： 下降过程中 下降过程中， 所以要解决的问题：1下降过程中，尽可能的 降低下落的速度； 在将要下降到小车时 在将要下降到小车时， 降低下落的速度；2在将要下降到小车时，改 变转速比，使物块减速下落， 变转速比，使物块减速下落，进一步减少碰 撞损耗。 撞损耗。
小车的运动轨迹
其他方面的一些想法
1，在后轮转轴上安放多个不同半径的带轮， ，在后轮转轴上安放多个不同半径的带轮， 微调转矩，适应不同的环境下阻力的不同。 微调转矩，适应不同的环境下阻力的不同。 2，传输功率 转矩 角速度 ，通过一系列 转矩X角速度 通过一系列 ，传输功率=转矩 的齿轮，带轮，转轴产生转速比， 的齿轮，带轮，转轴产生转速比，使作用 在后轮的转矩和阻尼转矩平衡， 在后轮的转矩和阻尼转矩平衡，物块低速 匀速下落。 匀速下落。 3，制作多套后轮，微调转矩。改变后轮时， ，制作多套后轮，微调转矩。改变后轮时， 也要相应的改变转向传动轮的大小， 也要相应的改变转向传动轮的大小，同时 保持车身水平，适当调整前轮转轴的长度。 保持车身水平，适当调整前轮转轴的长度。
《无碳小车设计说明》-公开课件
·在整个过程中，重力势能完 全转换为小车运动过程的损
耗。使小车行进的更远.
4．细节设计
· 车身 · 车轮 · 轴承 以减小小车重力和动过程
· 传输功率=转矩X角速度 ，通过一系列的齿 轮，带轮，转轴产生转速比，使作用在后 轮的转矩和阻尼转矩平衡，物块低速匀速 下落。
· 在后轮转轴上安放多个不同半径的带轮， 微调转矩，适应不同的环境下阻力的不同。
· 制作多套后轮，微调转矩。改变后轮时， 也要相应的改变转向传动轮的大小，同时 保持车身水平，适当调整前轮转轴的长度。 （现场可实现）
无碳小车设计说明
· 构架 · 转向部分 · 驱动部分 · 细节说明
1.构架部分
· 小车采用三轮结构（1个转向，2个驱动） · 重物落差0.5米物重1kg.
2.转向
· 转向机构与驱动轴相连
· 小车的转向轮周期性的摆动
· 计算传动机构，使小车行使200厘米时，转 向轮摆动一个周期。
· 确定连杆在转盘有位置，尽量减小转向轮 的摆动角度，从而使小车先驱的实际距离 变大。确定初始位置与摆轮角度的关系。
3．驱动
· 原理：绳拉力为动力。将物块下落的势能 尽可能多的转换为小车的动能，进而克服 阻力做功。物块在下落的过程中不可避免 的要与小车发生碰撞，碰撞过程必然要有 能量损失，所以要解决的问题：1下降过程 中，尽可能的降低下落的速度；2在将要下 降到小车时，改变转速比，使物块减速下 落，进一步减少碰撞损耗。
·
二、小车的起始和结束过程
· 梯形原动轮的设计实现小车的起 动和物块的从低速到减速下落。 减小因碰撞而损失的能量。
梯形原动轮
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。
无碳小车设计报告
无碳小车设计报告一、设计理念 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，无碳的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。
无碳小车是对“无碳”理念的探索与开发，对未来“无碳”的憧憬。
本小车依照现代工程师的标准，注重设计的巧妙、制作的精良、调试的可靠性等。
与其他类似的模型小车相比，本小车更注重能量的利用、车体结构的稳定性、匀速性等；采用的柔性摆杆机构更涉及了诸多数学理论的验证；，且使小车控制转弯更省力、使小车的躲避障碍物的周期更容易实现与控制，亦降低了整车重量。
再者小车整体构造简洁，组合零件不多，摩擦损耗小，效率高，较容易制造安装。
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。
并能满足大部分初高中及大学学生对机械知识实践的实验与了解。
对激发青少年对机械构造的热情有深远的影响。
适合广大青少年学习研究。
二、无碳小车设计要求设计说明：以重力势能驱动的具有方向控制功能的自行小车设计一种小车，驱动其行走几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。
力势能为4焦耳（g=10m/s^2），给定统一质量为1kg的重块，落差为400mm ，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。
小车宏观尺寸限制在：长*宽=200*100mm本项目对应知识点：三维制图、二维制图、能量转换机构、杆机构（平面、空间）、运动学、力学、常用机构、材料零部件选型，机构的设计与制造。
具体要求：1、小车需自主设计并制作全部零件（标准件：如重块有特定要求，统一购买或规定）。
2、小车要求采用四轮结构（2个转向轮，2个驱动轮），转向轮最大外径应不小于φ30mm ，整车具体结构、造型以及材料选用均由参赛者自主设计完成。
3、起动时，小车的中心线必须与赛道中心线重合，允许最大偏离距离为左右各20mm 。
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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
较为合理。求导得到在每个位置的转角的正切大小: Y′＝0．35πsinπx,通过数据查阅，可以得到前轮的最大转角为36°。小车的1个周期的路径长度约为2 433 mm,也就是滚筒轴回转一周,摆杆要往复一次,后轮行驶2 433 mm,即π·i·d＝2 433mm。当i＝5时, d＝155 mm,满足采用一级变速,传动比较小,后轮直径也比较适中,重心较低的要求。确定后轮直径为155mm,前轮直径36mm。采用小模数齿轮,增加齿数,增大齿轮啮合重合度,可提高传动精度,弥补齿轮制造精度差。因此选择齿轮模数为1,大齿轮Z1＝100,小齿轮图2：小车的行驶路线
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
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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。摇杆机构来实现前轮的左右均匀摆动,见图5。必须满足φ12＝180°的条件。按最小传动角设计行程速比系数k＝1(φ12＝180°)的曲柄摇杆机构。根据已知的φ12、ψ12及选定的最小传动角γmin及β角,然后查表及结合下列公式计算各构件相对长度。
通过计算，初取曲柄长度a=18mm，连杆长度b=119.5mm，摇杆长度c=58mm，机架长度d=132mm。考虑到可调性,设置微调结构,在摇杆处设置调长螺杆。
3、设计结果
结构设计总图
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第三届山东大学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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第三届山东大学大学生工程训练综合能力竞赛-设计图
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齿轮传动效率可高达98%,因此可以很好的提高能量利用率。考虑到启动时,需要的力矩大,而在小车行驶的过程中,运动平稳有惯性,需要的力矩小,因此在滚筒轴上设计一个锥形滚筒。必须将滚筒轴的动力输出用严格的定传动比输出到后轮轴及前轮的转向装置上,实现后轮的行程与前轮的转向相匹配,这也是选择用齿轮副来完成滚筒轴到后轮轴的动力传动的主要原因。另外在布置上也要考虑轴的两支承跨距尽量要小,轴伸尺寸尽量短,齿轮尽量靠近支承处(如滚筒轴的设计),来提高内传动链的运动精度。