无碳小车之运动分析剖析讲解
无碳小车的机构与运动分析
1 无碳小车的设计要求设计一种小车，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。
竞赛时统一用质量为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，不允许从小车上掉落。
要求小车行走过程中完成所有动作所需的能量均来自重物重力势能转换，不可使用任何其他的能量来源。
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。
2 无碳小车机构运动设计和性能分析图1 无碳小车机构简图小车由重物下降通过尼龙线带动绕线轮为小车提供动力，由零件1，2,3,4,5无碳小车的机构与运动分析吴朝春 西南交通大学机械工程学院 四川成都 611756组成的曲柄连杆机构控制前轮的摆动实现小车的导向，利用齿轮传动将动力传递到后轮轴实现小车的驱动。
同时为了更好的实现小车的性能要求：位移路程比V、位移S、、跑偏量L、绕桩数N，对小车五大机构进行最大程度优化。
3 无碳小车机构分析3.1 无碳小车的结构组成无碳小车主要有五大机构构成： 1）支撑机构：小车的骨架，是各机构布置的基础；2）原动机构：提供小车运动的装置，实现重物块重力势能转变为小车的动能； 3）传动机构：将原动机构一部分能量传递到转向机构；4）转向机构：完成小车的导向，保证小车实现预定轨迹运行； 5）驱动机构：实现小车的前进 。
3.2 支撑机构的设计车辆底板承受较大的载荷，而且要求在强度足够的情况下，重量尽可能地小。
考虑到重量、加工成本等，底板采用3mm 厚的铝合金加工压制制作，底板前端叠加一块加固板增加转向部分的强度；后轮主轴支架，大齿轮轴支架采用5mm 厚铝合金板制作，而且采用一体成型的方法，减小零件数量。
铝的材料密度小，强度较大，而铝合金的性能更优于普通铝制材料，适合用来制作支架。
其次，为了制作和携带方便，将重物支撑架单独制作，将每一根支架杆两端攻螺纹，最后用螺栓固定到底板上。
无碳小车设计方案
转向系统
方案：
分析运动轨迹：S型转向。
A杆连接飞轮，在zoy平面随着飞轮运动而前后运动。
件D与B通过螺钉C连接，B右端
连接转向轮。
当A杆向前运动时，顶住D杆使杆B杆和转向轮逆时针转动。
当A杆随飞轮向后运动时，拉住D杆使B杆和转向轮顺时针转动。
由于BD杆长度限定，在转向过程中会出现两个偏角，分别是A杆顶端沿X轴方向的偏转，这个问题通过在B杆到连接D杆的位置预留一段长度。
第二个偏角是BD杆顺时针逆时针转动时，BD杆与A杆不再是垂直关系，这个问题通过A顶端空内径比D杆外径稍大来解决。
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）。
S形转向运动无碳小车改进研究
S形转向运动无碳小车改进研究随着环境保护意识的日益增强，无碳交通工具的需求也越来越大。
在这一背景下，S形转向运动无碳小车成为了人们关注的焦点。
它不仅可以满足人们对环保交通工具的需求，还具有稳定性和高效性的优势。
目前S形转向运动无碳小车仍然存在着一些问题和不足之处，需要进行改进研究。
本文将围绕S形转向运动无碳小车进行改进研究，探讨其技术原理、存在的问题以及改进方向。
一、S形转向运动无碳小车的技术原理S形转向运动无碳小车是一种新型的环保交通工具，其技术原理主要包括车身结构设计、动力系统和转向系统。
车身结构设计是S形转向运动无碳小车的基础，它需要具备轻量、坚固、稳定的特点。
动力系统则是小车的动力来源，可以采用电力或其他清洁能源。
转向系统是小车行驶过程中至关重要的部分，它需要具备灵活、稳定的特点，以确保小车行驶的顺利和安全。
尽管S形转向运动无碳小车具有诸多优势，但在实际运行中仍然存在一些问题。
现有的S形转向运动无碳小车在转向灵活性和稳定性方面还有待提高。
小车的动力系统需要进一步优化，以提高能源利用率和行驶里程。
小车的安全性也需要加强，特别是在复杂道路和恶劣天气条件下，小车需要具备更强的适应能力。
针对上述问题，我们可以从以下几个方面进行改进研究：1. 转向系统的优化。
可以采用新型的电子控制系统，提高小车的转向灵活性和稳定性，增强小车在复杂道路条件下的控制能力。
2. 动力系统的优化。
可以研发新型的高效电池或者利用太阳能等清洁能源作为动力来源，以提高小车的能源利用率和行驶里程。
3. 安全性的提升。
可以引入先进的智能驾驶辅助系统，提高小车在恶劣天气和复杂道路条件下的安全性和稳定性。
4. 车身结构的优化。
可以采用新型的轻量材料和结构设计，提高小车的稳定性和安全性。
S形转向运动无碳小车的改进研究是一项具有重要意义的工作。
通过不断地改进和优化，我们可以进一步提高小车的性能和安全性，满足人们对环保交通工具的需求，推动无碳交通工具的发展。
无碳小车动力学分析
无碳小车动力学分析第一篇：无碳小车动力学分析2、相关计算：原动机构的作用是将重物下降的重力势能转化为小车的动能。
在重物下降过程中，驱动轴转动，为小车提供动力，设重物质量为M,下降高度为h，则其重力势能为Mgh,转化为自身的动能EK1、小车的动能EK2、小车行走过程中的摩擦及损耗W损，Mgh=12Mv12，E1k1+EK2+W损其中，EK1=12Mv12，EK1=v为重物下降的速度，也是驱动轴的线速度；n周，v2为同一时刻小车的行进速度，也是后轮的线速度；设驱动轴转动一周，后轮转动所以，vv12=d驱动轴nd后轮设重物下降过程中加速度为a, 绳子的拉力为T, 有：T=M(g-a)由此产生的力矩为：M1=T⋅R驱动轴⋅λ（其中λ为考虑摩擦影响而设置的系数）分析可得：1.当拉力一定时，驱动轴半径越大，产生的力矩越大，驱动轴半径越小，产生的力矩越小；2.当力矩M达到一定的大小保持不变，驱动轴半径越小，拉力T越大，从而使物块减速。
3、机构设计根据前面的分析与计算，将驱动轴设计为阶梯轴：3.1.3动力学分析模型 a、驱动如图：重物以加速度向下加速运动，绳子拉力为T，有T=m(g-a) 产生的扭矩M2=T⋅r2⋅λ1，（其中λ1是考虑到摩擦产生的影响而设置的系数。
）驱动轮受到的力矩MA，曲柄轮受到的扭矩M1，NA为驱动轮A 受到的压力，FA为驱动轮A提供的动力，有MA+M1=M2⋅λ2i（其中λ2是考虑到摩擦产生的影响而设置的系数）MA=NA⋅δ+FA⋅Rb、转向假设小车在转向过程中转向轮受到的阻力矩恒为MC，其大小可Nc1⋅BRc1-μ11-μ2π(+)E1E222σc=由赫兹公式求得，Nc=σc⋅B⋅2b 由于b比较小，故 Mc=μσcbB142对于连杆的拉力Fc，有sinθc2=θc=1r1⋅sinθ1 lπ2-α-arcsinc⋅(1-cosα)l⋅cosθc2Mc=Fc⋅cosθc2⋅c⋅sinθc1M1=Fc⋅c⋅sin(θ+θc2)c、小车行走受力分析设小车惯量为I，质心在则此时对于旋转中心O'的惯量为I'22'I=I+m[(ρA-a1)+a3]（平行轴定理）Nc⋅δNB⋅δ22I'⋅α=FA⋅ρA-⋅(ρA-a1)+d-(ρA-a1-a2)rcR小车的加速度为：aA=δ⋅ρAaAa=Rr2整理上述表达式得：第二篇：无碳小车第四届全国大学生工程训练综合能力竞赛命题说明及赛项安排（讨论稿）1.竞赛主题本届竞赛主题为“无碳小车越障竞赛”。
S形转向运动无碳小车改进研究
S形转向运动无碳小车改进研究随着环保意识的增强，无碳交通工具逐渐成为人们日常生活中的一种选择。
无碳小车就是其中的一个典型代表，它具有零排放、低能耗、环保等优势，成为了人们出行的新宠。
在小车的使用过程中，人们发现了一个共性问题，那就是小车的转向机制和稳定性。
为了提升小车的驾驶体验和安全性，我们进行了S形转向运动无碳小车的改进研究。
1.问题分析S形转向运动无碳小车在行驶过程中，经常面临转向不灵活、稳定性差的问题。
尤其是在行驶过程中需要频繁变换方向或是在弯道转向时，这些问题尤为显著，给驾驶员带来了较大的困扰。
这也会影响小车的安全性能，增加了驾驶过程中的不确定性和风险。
对S形转向运动无碳小车进行改进是十分必要的。
2.改进方向针对S形转向运动无碳小车存在的转向不灵活、稳定性差等问题，我们设计了以下三个改进方向：（1）优化转向系统：通过对转向系统的结构和工艺进行优化，提升转向的灵活性和稳定性。
可以采用更加灵活的转向机构和更加稳定的转向控制系统，从而提升小车的转向性能。
（2）改进悬挂系统：悬挂系统的性能直接关系到小车的稳定性和舒适性。
我们可以对悬挂系统进行改进，通过使用更加先进的悬挂结构和材料，提升小车在行驶过程中的稳定性和舒适性。
（3）提升动力系统：动力系统的性能也是影响小车转向和稳定性的重要因素。
我们可以对动力系统进行改进，提升小车的动力输出和响应速度，从而提升小车的转向灵活性和稳定性。
3.实施方案4.实验验证为了验证我们的改进方案，我们进行了一系列的实验。
我们通过模拟仿真的方式对不同改进方案进行了比较分析，评估了它们在转向灵活性、稳定性、舒适性和能效性等方面的表现。
然后，我们进行了实际道路试验，对小车在各种路面条件下的转向性能、稳定性能、舒适性能和能效性能进行了测试和评估。
通过实验验证，我们确认了我们的改进方案可以有效提升S形转向运动无碳小车的转向性能和稳定性能。
5.结论和展望通过对S形转向运动无碳小车的改进研究，我们成功提出了优化转向系统、改进悬挂系统和提升动力系统的改进方案，并通过实验验证证实了它们的有效性。
无碳小车动力学分析
2、相关计算：原动机构的作用是将重物下降的重力势能转化为小车的动能。
在重物下降过程中，驱动轴转动，为小车提供动力，设重物质量为M ,下降高度为h ，则其重力势能为Mgh ,转化为自身的动能E K 1、小车的动能E K 2、小车行走过程中的摩擦及损耗W损，W E EK k Mgh 损++=21其中，v E M K 21121=,v E M K 21121=,v 1为重物下降的速度，也是驱动轴的线速度；v2为同一时刻小车的行进速度，也是后轮的线速度；设驱动轴转动一周，后轮转动n 周，所以，d d vvn 21后轮驱动轴=设重物下降过程中加速度为a , 绳子的拉力为T , 有：)(a g M T -=由此产生的力矩为：λ⋅⋅=R MT 驱动轴1（其中λ为考虑摩擦影响而设置的系数）分析可得：1.当拉力一定时，驱动轴半径越大，产生的力矩越大，驱动轴半径越小，产生的力矩越小；2.当力矩M 达到一定的大小保持不变，驱动轴半径越小，拉力T 越大，从而使物块减速。
3、机构设计根据前面的分析与计算，将驱动轴设计为阶梯轴：3.1.3动力学分析模型 a 、驱动如图：重物以加速度向下加速运动，绳子拉力为T ，有)(a g m T -=产生的扭矩122λ⋅⋅=r T M ，（其中1λ是考虑到摩擦产生的影响而设置的系数。
）驱动轮受到的力矩A M ，曲柄轮受到的扭矩1M ，A N 为驱动轮A 受到的压力，A F 为驱动轮A 提供的动力，有221λ⋅=+M i M M A （其中2λ是考虑到摩擦产生的影响而设置的系数）R F N M A A A ⋅+⋅=δb 、转向假设小车在转向过程中转向轮受到的阻力矩恒为C M ，其大小可由赫兹公式求得，)11(1222121E E R B N cc c μμπσ-+-⋅=b B Nc c 2⋅⋅=σ由于b 比较小，故241bBM c c μσ=对于连杆的拉力c F ，有lr c 11sin 2sin θθ⋅=21cos )cos 1(arcsin2c c l c θααπθ⋅-⋅--=12sin cos c c c c c F M θθ⋅⋅⋅=)sin(21c c c F M θθ+⋅⋅=c 、小车行走受力分析设小车惯量为I ，质心在则此时对于旋转中心O '的惯量为I '])[(2321a a m I I A +-+='ρ（平行轴定理）)()(21221a a R N d a r N F I A B A c c A A --⋅-+-⋅⋅-⋅=⋅'ρδρδρα小车的加速度为：A A a ρδ⋅=2r aR a A =整理上述表达式得：。
无碳小车
传动方式
优点
缺点
齿轮传动
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。
要求较高的制造和安装精度，成本较高；不适宜远距离两轴之间传动
链传动
和齿轮传动比较,它可以在两轴中心相距较远的情况下传递运动和动力;能在低速、重载和高温条件下及灰土飞扬的不良环境中工作;和带传动比较,它能保证准确的平均传动比,传递功率较大,且作用在轴和轴承上的力较小;传递效率较高,一般可达0.95～0.97
我们最初选用的是双凸轮机构，凸轮机构的从动件分别连接在前轮轴上的左右侧，两个凸轮安装在后轮轴上，起始角度相差180°，以此达到前轮转向的目的。但是凸轮形状不易确定，需在实际运动中进行校正，工作量太大；高副接触，摩擦力大，使小车转向不稳定，不容易控制；同时高副接触也使凸轮容易磨损，稳定性不高。另外还考虑了使用圆柱凸轮的方案，但因其车身宽度、传动比的限制，使其转向摆角不大，且成型后不易再改进等原因未被采纳。最终，我们选择了曲柄连杆摇杆机构，摇杆以前叉中心为摆动中心，连杆一端与曲柄连接，另一端在固定于车架上的关节球轴承，并推动摇杆摆动，带动前轮转向。
3.3重物支撑架的设计
重物支撑架的作用是固定滑轮，悬挂重物的支架。重物支撑架的设计包括两个部分：重物支撑杆和重物支撑架。
重物支撑杆支架采用2根M5的碳钢丝杆成对称分布，可以防止重物在下降的过程中晃动。支撑杆的长度为450mm。
重物支撑架采用硬铝制成，要求三个孔的相对位置要完全和地板上的三个孔的位置匹配，不然重物支撑杆就会倾斜，影响小车的正常运行。重物支撑板的三个空的直径为6mm，通过螺母在重物支撑杆上固定。支撑架上有两个5mm的孔，用于滑轮的轴的径象定位。重物支撑板的结构如图2.4。
工程训练大赛无碳小车说明及其计算
谢谢大家！
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安全在于心细，事故出在麻痹。20.10. 2420.1 0.2419:04:1519 :04:15 October 24, 2020
•பைடு நூலகம்
踏实肯干，努力奋斗。2020年10月24 日下午7 时4分2 0.10.24 20.10.2 4
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追求至善凭技术开拓市场，凭管理增 创效益 ，凭服 务树立 形象。2 020年1 0月24 日星期 六下午7 时4分1 5秒19:04:1520 .10.24
凸轮机构、连杆机构、气动装置、液动装置、电动装置
等等
但是注意：为减少效率损失，传动步骤越少越好
六、结构分析
主要考虑：能量转化机构、传动机构、转向机构、车体结构；
非常多，而且繁杂。 注意：命题中是单轮导向，不要拘泥于资料文献的各种框框，要讲究突破思维定势、 小巧灵活。能够完成单轴摆动即可。
六、结构分析
主要考虑：能量转化机构、传动机构、转向机构、车体结构；
八仙过海各显神通 注意： 1.体积不要过大，.重量要轻； 2.重心要低； 3.轮距适中，注意保持稳定性； 4.根据“神牛”结构，可不必使用差速器；
ω P
r v1 v1
vv33
2L
5
4
2
1
3
H2 差速器
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树立质量法制观念、提高全员质量意 识。20. 10.2420 .10.24Saturday , October 24, 2020
Φ
G
G=1kg
五、计算分析
力约束—— （克服运行阻力的最小值和不打滑的最大值）
克服运行阻力： 车体运行阻力包括惯性阻力和静阻力 惯性阻力（N）=P0 ×a (小车启动加速度) 静阻力一般包括基本阻力、弯道阻力、坡道阻力、气流阻力等
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tan θ’=c1c2 ÷oc2=b2b1 ÷oc2
其他分析：
装配体1.avi
C点随时间的位移图
原方案
预备方案
由图可以看出，连杆2的长度必须大于摇杆1的长度的才能保 证各机构的正常工作。鉴于小车本身长度的限制，我们准备
了一个预备方案如下：
• 原方案yundong.avi
预备方案修改 后.avi
改方案原因
a1 b1
a2 b2
a3
b3
c1
1.左转弯θ’
θ’
2.直线行驶 c2
c3 3.右转弯θ’’
摇 杆1
a3a3
aa22 b3a1
连杆 2
b2
b1
a1
连杆 3
o
θ’’ θ’
c1
c3
c2
tan θ’’=c3c2 ÷oc2=b3b2 ÷oc2 要使θ’’=θ’，即b3b2=b2b1 又b3b2+b2b1=2倍摇杆长度 所以b3b2=b2b1=摇杆的长度 tan θ’’= tan θ’=摇杆的长度÷oc2
无碳小车之运动分析
小车运动模拟视频
初方案视频
试验车b.avi
预备案
修改后.avi
传动部分机构俯视图
传动部分正视图
匀速机构
匀速
机构运动简图
自由度：F=(6-3)*4-(5-3)*5-(4-3)*1=1
运动分析
• 1.向左转弯 θ= θ’ • 2.直线行驶 θ=0 • 3.向右转弯 最大角度θ =θ’’ • 4.直线行驶 θ=0