S字形无碳小车的分析

摘要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”，根据能量转换原理驱动其行走及转向的能量，是由给定的重力势能转换得到的。通过对以往参赛作品的借鉴以及指导老师的指导，设计出本作品。本作品的特点是：①小车的整体性能出色；②小车各个机构设计合理；③小车设计合理能量浪费少，可以走更远的距离。为了使小车运行更加平稳，设计本作品的重心尽量靠近车身底部。通过对小车行驶路线的模拟，得到小车行驶的大致路线，对后期小车行进路线的分析有了可以参考的数据。

关键字：S形差速原理单轮驱动转向机构

1.整车预览

通过对小车的整体数据和机构的计算设计出本作品，小车的整体图如图1所示。

图 1

2.运动轨迹分析

通过查阅资料得知无碳小车越过不同间距的障碍物可以通过改变以下两种方式实现：①定传动比，转向和驱动的传动采用定的传动比，只通过改变转向的最大转向角从而实现越过不同间距的障碍物。采用该方案不用变传动比机构，结构简单，效率高。但是每个周期内绕桩相对所走的路程较采用变传动比的多很多且转向角度变化较大，故所能绕桩数较少。②变传动比。变传动比可以改变转向和驱动的传动比，即可以在不改变幅值的情况下改变转向周期，缩短完成一个周期内所走的路程，相应的转向角变化也较小，故所能绕桩数较多。但是，变传动比结构较复杂，不容易实现。可以采用无级变速和分档变速机构。由于所学知识和时间有限，我们决定先采用定传动比方案，在以后制作过程中可以再加上变传动比结构，以显著提高绕桩数量。如图2是对小车行走路线的模拟。

图2

3.方案设计

本作品由三部分构成，包括驱动机构、传动机构、转向调节机构。其中驱动机构靠重锤的下落带动，驱动轴带动后轮转动；传动机构采用单级齿轮传动，效率高；转向间歇机构由曲柄滑块机构构成；调节机构通过调节曲柄摇杆来实现。

3.1 驱动机构

为了能使小车平稳运行，本作品的驱动轴采用锥形轴结构，锥形轴可以实现

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 E K k Mgh 损 ++= 21 其中， v E M K 2 1121= , v E M K 21121= , v 1 为重物下降的速度，也是驱动轴的线速度； v 2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 v v n 2 1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 M T 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 221 λ?=+ 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 ?+?=δ b 、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(1 2 2 212 1E E R B N c c c μμπσ-+-?= b B N c c 2??=σ 由于b 比较小，故

王何成+S型无碳小车设计开题报告

王何成+S型无碳小车设计开题报告华东交通大学理工学院题目: S型无碳小车设计分院: 机电分院专业: 机械设计制造及其自动化班级: 12机制2班学号: 20120410220202 姓名: 王何成指导教师: 林金龙填表日期: 2016年 3 月 2 日一、选题的依据及意义: 我国经济的迅速发展使得对能源的需求增加，常规的化石能源供应不再生能源十分紧足的矛盾日益突出，我国的能源机构里，煤炭、石油与天然气等不可再生能源占绝大部分，新能源和可再生能源开发不足，这不仅造成环境污染等一系列问题，也严重制约能源发展，能源安全源和可成为我国必须解决的战略问题。发展新能迫发展新能源和可再生能源十分紧迫，也是世界各发达国家竞相研究的热点课题之一。无碳小车的研制，具有经济、环保、便利等优点，有助于我们找到更为环保绿色的能源，有利的能量转化途径，以及提高能量的利用效率。它将对传统能源的逐渐取代有深远意义。因此我们设计制作无碳小车，希望可以找到新的方法来缓解能源和环境问题。二、国内外研究现状及发展趋势(含文献综述): 中国正处于工业化、城市化加速发展的历史阶段，能源需求有着很大的增长空间。为抑制高耗能行业过快增长，中国政府正研究建立能源消费总量控制制度，未

来将研究开征化石能源消费税，并实现原油、天然气和煤炭资源税从价计征。目前，我国“新兴能源产业发展规划”已编制完成，根据中国政府制定的“十二五”能源规划，到2015年中国能源消费总量将控制在41亿吨标煤左右，非化石能源占一次能源消费比重达到11.4%，到2020年非化石能源占一次能源消费比重达到15%。世界部分主要国家新能源发展状况美国推行“绿色新政”，明确发展目标。根据奥巴马提出的新能源政策构想，美国将在可再生能源、节约汽车、分布式能源提供、天然气水合物、清洁煤、节能建筑、智能网络等领域探索出一个能实现利益最大化的创新战略。日本通过法律约束、税收优惠和政策引导等一系列配套措施，大力推行新能源产业发展，积极开发太阳能、风能、核能等新能源和节约技术。经过三十年的发展，日本在新能源发电、新能源电池和节能环保方面处于世界领先地位。巴西生物能源在其他能源消费结构中占据半壁江山，汽车市场销售80%是可以使用乙醇燃料的新能源汽车，新能源汽车普及率高，有效降低了对石油的依赖，在使用生物乙醇解决污染方面走在世界前列。三、本课题研究内容: 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。给定重力势能为4焦耳(取g=10m/s2),竞赛时统一用质量为3kg重物下降40cm的势能为驱动力，重物落下后，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: (1)小车行走过程中完成所有动作需要的能量一、均由重力势能准转换获得，不可使用任何其他的能量来源。

无碳小车实验报告 (1)

机械原理课程设计报告书设计题目: 竞赛题目无碳小车的设计课程名称：《机械原理课程设计》学生姓名：学生学号：所在学院：海洋信息工程学院学习专业：机械设计制造及其自动化指导教师：宫文峰 2015年12月11日目录 (2) 第一章概述 (3) 课程设计任务与目的 (3)

第一章概述机械原理课程设计是机械类各专业学生第一次课程设计，是重要的实践性教学环节，对于培养学生机械系统运动方案设计和创新设计能力、解决工程实际中机构分析和设计能力等有着十分重要意义。本次课程设计以第五届全国大学生工程能力综合训练竞赛“无碳小车”题目为基础，进行创新设计。设计对题目进行了从新分解，运用课程内所学知识，通过查阅资料结合前人经验，从几个方面进行方案的设计与分析选择，依据机械机构的设计理念，设计出一个完全依靠重力势能提供动力，以平面转向机构实现周期性转向自动避让障碍物的轻质小车方案。课程设计目的与任务课程设计目的 1）综合运用机械原理课程的理论和实践知识，分析和解决与本课程有关的实际问题，促进所学理论知识的巩固、深入和归纳； 2）培养学生的创新设计能力、综合设计能力与团队协作精神； 3）加强学生动手能力的培养和工程实践的训练，提高学生针对实际需求进行创新思维、

综合和工艺制作等实际工作能力； 4）提高学生运算、绘图、表达、运用计算机、搜集和整理资料能力； 5）为将来从事技术工作打基础。课程设计任务结合一个简单或中等复杂程度的机械系统，让学生根据使用要求和功能分析，开拓思路，敢于创新，巧妙地构思其工作原理和选择工艺动作过程；由所选择的工作原理和工艺动作过程综合应用所学过的各类常用机构的结构组成、运动原理、工作特点及应用场合等知识，进行机构的选型、创新与组合，构思出各种可能的运动方案，并通过方案评价、优化筛选，选择最佳方案；就所选择的最佳运动方案，应用计算机辅助分析和设计方法（也可以使用图解法）进行机构尺度综合和运动分析；由运动方案和尺度综合结果绘制机构系统运动简图。无碳小车设计的目的与任务设计一种小车，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。该给定重力势能由质量为1Kg的标准砝码（￠50×65 mm，碳钢制作）来获得，砝码的可下降高度为400±2mm。标准砝码始终由小车承载，不从小车上掉落。图1为小车示意图。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，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。第二章选题介绍选题背景、意义本设计源于6年第五届全国大学生工程能力综合训练竞赛“无碳小车”，该竞赛要求以

无碳小车设计使用说明(一等奖作品)

第二届全国大学生工程训练综合能力竞赛无碳小车设计说明书参赛者：龚雪飞赵鹏飞刘述亮指导老师：朱政强戴莉莉 2011-1-16

摘要第二届全国大学生工程训练综合能力竞赛命题主题为“无碳小车”。在设计小车过程中特别注重设计的方法，力求通过对命题的分析得到清晰开阔的设计思路；作品的设计做到有系统性规范性和创新性；设计过程中综合考虑材料、加工、制造成本等给方面因素。我们借鉴了参数化设计、优化设计、系统设计等现代设计发发明理论方法；采用了MATLAB、PROE等软件辅助设计。我们把小车的设计分为三个阶段：方案设计、技术设计、制作调试。通过每一阶段的深入分析、层层把关，是我们的设计尽可能向最优设计靠拢。方案设计阶段根据小车功能要求我们根据机器的构成（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。分别针对每一个模块进行多方案设计，通过综合对比选择出最优的方案组合。我们的方案为：车架采用三角底板式、原动机构采用了锥形轴、传动机构采用齿轮或没有该机构、转向机构采用曲柄连杆、行走机构采用单轮驱动实现差速、微调机构采用微调螺母螺钉。其中转向机构利用了调心轴承、关节轴承。技术设计阶段我们先对方案建立数学模型进行理论分析，借助MATLAB 分别进行了能耗规律分析、运动学分析、动力学分析、灵敏度分析。进而得出了小车的具体参数，和运动规律。接着应用PROE软件进行了小车的实体建模和部分运动仿真。在实体建模的基础上对每一个零件进行了详细的设计，综合考虑零件材料性能、加工工艺、成本等。

无碳小车结构设计报告

2015(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。 2.设计方案通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,可以通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：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，通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。学校名称：参赛项目： 8子型赛道常规赛装订线

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。3.3 原动机构的设计为了让重物的重力势能转化为小车的动能，即将重物块的直线下降运动（以小车底盘为参考系）转化为小车车轮的旋转运动。首先我们在结构中加入一个滑轮，通过滑轮和尼龙线我们可以将作用在重物块上的重力传递到绕线轴上，为驱动机构，转向机构的运行等提供保证，实现能量的转化。 3.4 传动机构的设计经过原动机构已经实现了将重物块的直线下降运动（以小车底盘为参考系）转化为绕线轴的旋转运动。但仅仅只有原动机构并不能实现小车的行进功能。为此该小车必须设计一个转向机构，以及连接原动机构和驱动机构间的传动机构。传动机构的功能目标：实现传动比3：1将绕线轴的转动传递到后轮轴上。传动功能的实现方式的选择：为了更好的实现传动机构的设计目标，本文作者根据该无碳小车的具体情况并在对比了带传动和齿轮传动的优缺点后选择了齿数比为1:3的两个齿轮。 3.5 转向机构的选择小车在行进过程中为了能完成“S”形前进，则小车必须有一个导向装置，本设计采用了前轮导向。为了能实现前轮导向的功能采用了曲柄连杆机构实现前轮的自动转向。转向机构由曲柄连杆机构构成。曲柄连杆机构配合紧密加工简单运动可靠，本文设计方案曲柄连杆机构由关节轴承、转向摇杆前微调轴、微调连接杆、转向摇杆后微调轴和微调曲柄组成，采用微调曲柄和微调连杆长度的改变，调节前轮转动角度的大小从而满足障碍物间距变化造成的路线改变。转向轴承为RBL 关节轴承，可以满足一定角度的空间任意方向的全尺寸旋转，因为为标准件可直接购买，降低了制作成本。根据之前制作的无碳小车实际调试经验，转向机构的功能对无碳小车的运行效果起着至关重要的作用。特别是微调曲柄和微调连杆长度的长度对小车轨迹运行影响巨大。本文利用螺纹副来调节微调连杆长度，大大的提高了调节精度。同时转向机构也同样需要尽可能的减少摩擦耗能，满足结构简单，零部件易获得等基本条件。 3.6 驱动方式设计为了尽量减少滑动摩擦带来能量的损失,小车要实现“S”形行进，则小车后轮应该在转弯时实现差速，避免滑动摩擦。实现方式：后轮交替驱动。结构设计：利用单向轴承滚针轴承，同时为了增强小车行进的稳定性，利用普通轴承过盈配合连接，实现后轮轴与两后轮稳定连接。 4 运动分析在重物下降的同时，尼龙线经过滑轮将力传递到绕线轴，形成转矩带动绕线轴的转动；通过曲柄连杆机构带动前轮的摆动实现前轮导向；通过齿轮啮合传动，将绕线轴的运动传递到后轮轴；后轮轴通过单向轴承将转动传递到后轮，后轮在地面给的摩擦力的作用下实现驱动；从而实现小车按照预定轨迹运行。

无碳小车传动方案课程设计.

目录一任务书 (1) 二方案设计分析 (2) 2.1车架 (3) 2.2原动机构 (4) 2.3传动机构 (4) 2.4转向机构 (4) 2.5行走机构 (6) 2.6微调机构 (7) 三运动参数及构件尺寸计算 (7) 3.1建立数学模型及参数确定 (7) 3.1.1能耗规律模型 (8) 3.1.2运动学分析模型 (9) 3.1.3动力学分析模型 (13) 3.1.4参数确定 (14) 四设计总结 (15) 五参考资料目录 (15)

二设计方案分析通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五个部分进行模块化设计（车架、原动机构、传动机构、转向机构、行走机构、微调机构）。为了得到令人满意方案，采用扩展性思维设计每一个模块，寻求多种可行的方案和构思。下面为我们设计图框（图一）图一

在选择方案时应综合考虑功能、材料、加工、制造成本等各方面因素，同时尽量避免直接决策，减少决策时的主观因素，使得选择的方案能够综合最优。图二 2.1车架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，车架采用木材加工制作成三角底板式。可以通过回收废木材获得，已加工。

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。能实现这一功能的方案有多种，就效率和简洁性来看绳轮最优。小车对原动机构还有其它的具体要求。1.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。2.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。3.由于不同的场地对轮子的摩擦摩擦可能不一样，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。因此原动机构还需要能根据不同的需要调整其驱动力。4.机构简单，效率高。基于以上分析我们提出了输出驱动力可调的绳轮式原动机构。我们可以通过改变绳子绕在绳轮上不同位置来改变其输出的动力 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。要使小车行驶的更远及按设计的轨道精确地行驶，传动机构必需传递效率高、传动稳定、结构简单重量轻等。 1.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，此种方式效率最高、结构最简单。在不考虑其它条件时这是最优的方式。 2.带轮具有结构简单、传动平稳、价格低廉、缓冲吸震等特点但其效率及传动精度并不高。不适合本小车设计。 3.齿轮具有效率高、结构紧凑、工作可靠、传动比稳定但价格较高。因此在第一种方式不能够满足要求的情况下优先考虑使用齿轮传动。 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，结构简单，零部件已获得等基本条件，同时

无碳小车产品设计简要说明

无碳小车产品设计说明书产品名称：飞轮驱动式无碳小车设计团队：小组成员：李进、肖衡、谢中成指导老师：韩传军、任海涛设计思想：看到此次竞赛主题，我团队认为；能否很好地解决小车的驱动问题和自动转向问题是此次设计成功与否的关键。围绕这个中心，我们展开了一系列的理论分析与验证，经过反复比较，最终确定了我们的设计思路：飞轮驱动与仿自行车式转向。驱动方面，最开始，我们想到了发条，认为将重物下落的重力势能储存在发条中，在逐渐释放，能够很好地利用能量。与此同时，经过研究玩具小车的驱动机构，我们认为，可以想办法将发条与弹簧结合起来使用，通过二者驱动的时间差来达到将重物能量利用最大化的目的。但是，发条在储能和释放能量时都会消耗能量，因而能量利用率不高；并且，如何让弹簧与发条分时驱动也是一个我们始终无法解决的问题；而且，发条在释放能量后还会有阻碍驱动轮转动的问题，要解决这个问题会将小车结构弄得很复杂，因而，我们最终放弃了这种想法。而后，通过联系农村稻麦收割机的启动实例，我们想到了利用飞轮驱动，飞轮驱动结构简单，并且能够很好地解决发条能量释放后阻止驱动轮转动的问题；于此同时，我们也想到了将飞轮与弹簧联合驱动的方案，这种方案能够将能量尽可能地利用，并且只要通过传动比让弹簧驱动给后轮的速度大于飞轮能量释放后后轮的速度，就能让小车平稳前进。但是这个方案仍然存在结构复杂并造成能量消耗打的问题，经过综合考虑权衡，我们最终确定飞轮单独驱动小车的方案。转向方面，我们主要是仿照自行车转向的方案，利用等宽凸轮控制小车自动转向。工作原理：主要构件如下图所示，包括储能飞轮、驱动后轮、传动齿轮、“曲柄”圆轮、连杆、转向“摇杆”和转向前轮。

无碳小车设计说明书一等奖作品1

第二届全国大学生工程训练综合能力竞赛无碳小车设计说明书王金卫参赛者: 指导老师：刘吉兆陈丰峰2011-1-16 1 摘要第二届全国大学生工程训练综合能力竞赛命题主题为“无碳小车”。在设计小车过程中特别注重设计的方法，力求通过对命题的分析得到清晰开阔的设计思路；作品的设计做到有系统性规范性和创新性；设计过程中综合考虑材料、加工、制造成本等给方面因素。我们借鉴了参数化设计、优化设计、系统设计等现代设计发发明理论方法；采用了MATLAB、PROE等软件辅助设计。

我们把小车的设计分为三个阶段：方案设计、技术设计、制作调试。通过每一阶段的深入分析、层层把关，是我们的设计尽可能向最优设计靠拢。方案设计阶段根据小车功能要求我们根据机器的构成（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.使其每个零件或结构件具有平衡性已达到减小摩擦.提高校车整体平衡的目的。分别针对每一个模块进行多方案设计，通过综合对比选择出最优的方案组合。我们的方案为：车架采用三角底板式、原动机构采用了锥形轴、传动机构采用齿轮或没有该机构、转向机构采用四连杆机构、行走机构采用单轮驱动实现差速、微调机构采用微调螺母螺杆。其中转向机构利用了调心轴承、关节轴承.圆锥滚子轴承。技术设计阶段我们先对方案建立数学模型进行理论分析，借助MATLAB分别进行了能耗规律分析、运动学分析、动力学分析、灵敏度分析。进而得出了小车的具体参数，和运动规律。接着应用PROE软件进行了小车的实体建模和部分运动仿真。在实体建模的基础上对每一个零件进行了详细的设计，综合考虑零件材料性能、加工工艺、成本等。小车大多的零件是标准件、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。对于塑料会采用自制的‘电锯'切割。因为小车受力都不大，因此大量采用胶接，简化零件及零件装配。 2 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。关键字：无碳小车参数化设计软件辅助设计微调机构灵敏度分析目录摘要 (2) 一绪论 (5) 1.1本届竞赛命题主题 (5) 1.2小车功能设计要求 (5) 1.3小车整体设计要求 (6) 1.4小车的设计方法 (6) 二方案设计 (7) 2.1车架 (10) 2.2原动机构 (10) 2.3传动机构 (11) 2.4转向机构 (12) 2.5行走机构 (14) 2.6微调机构 (15) 三技术设计 (16) 3.1建立数学模型及参数确定 (17) 3.1.1能耗规律模型 (17) 3.1.2运动学分析模型 (19) 3.1.3动力学分析模型 (24) 3.1.4灵敏度分析模型 (26)

无碳小车设计开题报告

南京工程学院本科毕业设计（论文）开题报告题目：无碳小车设计专业：车辆工程（汽车技术）班级：汽车技术112学号：215110212 学生姓名：贾理想指导教师：贺曙新副教授 2015年3月

说明 1．根据南京工程学院《毕业设计(论文)工作管理规定》，学生必须撰写《毕业设计（论文）开题报告》，由指导教师签署意见、教研室审查，系教学主任批准后实施。 2．开题报告是毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。学生应当在毕业设计（论文）工作前期内完成，开题报告不合格者不得参加答辩。 3．毕业设计开题报告各项内容要实事求是，逐条认真填写。其中的文字表达要明确、严谨，语言通顺，外来语要同时用原文和中文表达。第一次出现缩写词，须注出全称。 4．本报告中，由学生本人撰写的对课题和研究工作的分析及描述，应不少于2000字，没有经过整理归纳，缺乏个人见解仅仅从网上下载材料拼凑而成的开题报告按不合格论。 5．开题报告检查原则上在第2～4周完成，各院系完成毕业设计开题检查后，应写一份开题情况总结报告。

本科毕业设计(论文)开题报告学生姓名贾理想学号215110212 专业车辆工程（汽车技术）指导教师贺曙新职称副教授所在院系汽车与轨道交通学院课题来源自拟课题课题性质工程设计课题名称无碳小车设计毕业设计的内容和意义毕业设计的内容：采用理论与实践结合的方法，以理论指导实践的理念，运用MA TLAB软件对小车行驶路线规划，建立数学模型，并求解轨迹关键点，进而精确设计小车零件的尺寸，运用UG软件建立小车零件三维图并进行虚拟装配，最后运用ADAMS软件建立动力学模型，对小车进行运动学分析，对小车行驶状况进行良好的校核。多次实验，对小车零件尺寸进行修改，以完善小车结构。毕业设计的具体内容： 1．理论计算，确定零件尺寸，建立小车三维图。 2．运用AUTOCAD软件绘制小车零件二维图和一张装配图。 3．对小车进行运动学分析。本课题研究的意义：本毕业设计课题来源于第四届江苏省大学生工程训练综合能力竞赛，工程训练综合能力竞赛以“重在实践，鼓励创新”为指导思想，旨在加强大学生工程实践能力、创新意识和合作精神的培养，激发大学生进行科学研究与探索的兴趣，挖掘大学生的创新潜能与智慧，为优秀人才脱颖而出创造良好的条件。

无碳小车设计说明书(一等奖作品)

第二届全国大学生工程训练综合能力竞赛无碳小车设计说明书参赛者：龚雪飞赵鹏飞刘述亮指导老师：朱政强戴莉莉 2011-1-16

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 。 ↑赛道示意图

无碳小车论文

三江学院本科毕业设计（论文）题目前驱前转向型无碳小车的结构设计高职院院（系）机械制造及其自动化专业学生姓名季歆伟学号 G115152015 指导教师徐伟职称实验师指导教师工作单位三江学院起讫日期 2014.12.8-2015.4.12

目前全球经济飞速发展，带来环境问题愈发明显，传统能源逐渐衰竭，鉴于此无碳小车的研制具有十分重要的意义。汽车虽然是21世纪最重要的交通工具，但他有许多弊端。汽车尾气污染是由汽车排放的废气造成的环境污染。可以说，汽车是一个流动的污染源。在世界各国，汽车污染早已不是新话题。20世纪40年代以来，光化学烟雾事件在美国洛杉矶、日本东京等城市多次发生，造成不少人员伤亡和巨大的经济损失！在能源和环保的压力下，提高旧能源汽车的效率以迫在眉睫。目前的汽柴油内燃机热效率小于30%，如果算上机械效率以及其他的能量传递损失，则总效率仅占燃料放出热能的15%左右。毫无疑问，如果能够提高热机的效率，则可在一定程度上缓解目前的石油危机。针对题目要求拟定了无碳越障小车的总体设计方案，通过计算分析完成了无碳越障小车的结构设计，绘制了装配图和部分主要零件图，通过模拟仿真验证了预定功能。该自行小车在前行时能够以正弦曲线或余弦曲线轨迹自动避开设置的障碍物。此模型最大的特点是将重力势能转化为齿轮的转动，进而根据大小齿轮的粘合带动驱动轮和转向轮，从而按照规定的路线完成任务。本文将对无碳小车模型的设计过程，结构功能特点等进行详细的介绍。关键词：无碳越障小车；环保；能量转换；结构设计

Nowadays, the global economy developing rapidly ,brings increasingly obvious environment problems and the traditional energy is going to failure gradually.Auto though is the 21st century the most important traffic tools, but he has many shortcomings. Car exhaust pollution is by car exhaust emissions cause environmental pollution. Can say, the car is a flow sources of contamination. In the world, automobile pollution has not a new topic. Since the 1940s, photochemical smog event in USA Los Angeles, Tokyo to cities such as it has happened so many times that has caused a lot of casualties and huge economic losses！ On energy and environmental pressures, improve the efficiency of the old energy vehicles with imminent. The current steam diesel units, if less than 30% thermal efficiency is mechanical efficiency and other energy transmission loss, the total efficiency accounted for only about 15 per cent of fuel release heat. No doubt, if can improve the efficiency of the engine, it may be relieves the current oil crisis. So the development of carbon-free car is great significance. Studying out the scheme design based on the requirments if this subject, finishing the physical design of the carbon-free car by computational analysis, drawing the assembly drawing and part of the main parts drawin g, vertify the reservation function by pro/E’s simulation and making the physical prototype, finally reached the required function by the entity prototype presentation. The car when traveling can be automatic avoid the barriers with sine curve track or cosine curve track. The model biggest characteristics is a potential energy into gear rotation, which according to the gear adhesive rotation that drive the driven wheel and steering wheel, than complete the task with the prescribed route .This paper will be detailing introduction.The carbon-free car model of the design process and the structure and function characteristics . Key words ：carbon-free car; environmental protection ; Energy Conversion；Structure Design

无碳小车设计方案

重庆大学工程训练综合能力竞赛 ——无碳小车设计方案

1摘要本作品是依据竞赛命题主题“无碳小车”，提出一种“无碳”方法，带动小车运行，即给定一定重力势能，根据能量转换原理，设计一种可将该重力势能转化为机械能并用来驱动小车行走的装置。该小车通过微调装置，能够实现自动走“8”字及直线绕障。此模型最大的特点是通过两个不完全齿轮驱动前轮摆动，进行可调整的周期性摆动，使前轮的摆动节拍具有可调性。本文将对无碳小车的设计过程，功能结构特点等进行详细介绍。并介绍创新点。 2引言随着社会科技的发展，人们的生活水平的提高，无碳对于人们来说，显得越来越重要，建设无碳社会，使得生活更加的环保，没有任何的污染。节能、环保、方便、经济，是现代社会所提倡的。现在许多发达国家都把无碳技术运用到各个领域，像交通，家具等，这也是我国当今所要求以及努力的方向。针对目前这一现状，我们设计了无碳小车模型，用重力势能转化为机械能提供了一种全新的思路，以便更好的解决以上问题。 3目的本作品设计的目的是围绕命题主题“无碳小车”，即不利用有碳资源，根据能量转化原理，利用重力势能驱动带动具有方向控制功能的小车模型。这种模型比较轻巧，结构相对的简单，能够成功的将重力势能转化为小车的动能，从而完成小车前行过程中的所有动作。 4工作原理和设计理论推导 4.1总体结构无碳小车模型的主要机构有驱动机构、转向机构、行走机构及微调机构。主要部件如下图的小车整体模型

4.2设计理念及说明 4.2.1无碳小车模块机构介绍 ◆驱动机构：本方案采用绳轮作为驱动力转换机构。我们采用了梯形轮使能量转化过程中有更合适的转矩使驱动力适中，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。同时做到了到达终点前重块竖直方向的速度要尽可能小，避免对小车过大的冲击，提高了能量利用率。绳轮机构简单，传动效率高，且在针对不同场地导致的所需动力不同的情况，可通过调节绕绳位置来改变转矩，使动力改变，增强适应性。 ◆转向机构：如图，本方案采用了摇杆加两个完全相同的不完全齿轮，实现可变周期性转向。考虑到摩擦、制造、安装误差的敏感性等因素，我们最终选用了摇杆加不完全齿轮的方案。考虑到适应场地的需求，我们将原来的一个不完全齿轮改为两个，实现了不完全齿角度差的可调性。

S字形无碳小车的分析

S字形无碳小车的分析摘要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”，根据能量转换原理驱动其行走及转向的能量，是由给定的重力势能转换得到的。通过对以往参赛作品的借鉴以及指导老师的指导，设计出本作品。本作品的特点是：①小车的整体性能出色；②小车各个机构设计合理；③小车设计合理能量浪费少，可以走更远的距离。为了使小车运行更加平稳，设计本作品的重心尽量靠近车身底部。通过对小车行驶路线的模拟，得到小车行驶的大致路线，对后期小车行进路线的分析有了可以参考的数据。关键字：S形差速原理单轮驱动转向机构 1.整车预览通过对小车的整体数据和机构的计算设计出本作品，小车的整体图如图1所示。图 1 2.运动轨迹分析通过查阅资料得知无碳小车越过不同间距的障碍物可以通过改变以下两种方式实现：①定传动比，转向和驱动的传动采用定的传动比，只通过改变转向的最大转向角从而实现越过不同间距的障碍物。采用该方案不用变传动比机构，结构简单，效率高。但是每个周期内绕桩相对所走的路程较采用变传动比的多很多且转向角度变化较大，故所能绕桩数较少。②变传动比。变传动比可以改变转向和驱动的传动比，即可以在不改变幅值的情况下改变转向周期，缩短完成一个周期内所走的路程，相应的转向角变化也较小，故所能绕桩数较多。但是，变传动比结构较复杂，不容易实现。可以采用无级变速和分档变速机构。由于所学知识和时间有限，我们决定先采用定传动比方案，在以后制作过程中可以再加上变传动比结构，以显著提高绕桩数量。如图2是对小车行走路线的模拟。图2 3.方案设计本作品由三部分构成，包括驱动机构、传动机构、转向调节机构。其中驱动机构靠重锤的下落带动，驱动轴带动后轮转动；传动机构采用单级齿轮传动，效率高；转向间歇机构由曲柄滑块机构构成；调节机构通过调节曲柄摇杆来实现。 3.1 驱动机构为了能使小车平稳运行，本作品的驱动轴采用锥形轴结构，锥形轴可以实现

无碳小车S型无碳小车毕业设计

JIANGXI AGRICULTURAL UNIVERSITY 本科毕业设计题目：绿色小车学院：姓名：学号：专业：机械设计制造及其自动化年级：指导教师：职称：讲师二0一一年五月

摘要本设计是依据课题要求“绿色小车”，即提出一种“无碳”的方法，带动小车的运行，即给定一重力势能，根据能量转换原理，设计一种可将该重力势能转化为机械能并用来驱动小车行走的装置。该小车再前行时能自动避开赛道上设置的障碍物（每隔1米，放置一个直径为20m m,高为200mm的弹性障碍圆棒）。此模型的最大特点是将重力势能转化为齿轮的转动，进而根据大小齿轮的啮合带动驱动轮和转向轮，从而按照规定的路线完成任务。本文将对绿色小车模型设计过程，结构功能特点进行详细的介绍。关键词：绿色小车；无碳；势能转化

Abstract The design is based on the requirements of the subject of "green car", that proposes a "carbon-free" approach, driven the car running, that is, given a potential energy, according to energy conversion principles, the design of a gravitational potential energy can be transformed into the mechanical energy and used to drive the car to walk the device. The car then before the line can automatically avoid obstacles on the track set (every 1 m, placed a diameter of 20mm, 200mm flexible high barrier for the rod.) Most important feature of this model is transformed into gravitational potential energy of the rotation gear, thereby driving under the size of the meshing gear wheel and steering wheel, and thus complete the task in accordance with the provisions of the route. This paper will model green car design process, structure and function of the characteristics described in detail. Key words: Green car; Non-carbon; Potential energy into