无碳小车走S形最简单的结构[优秀范文5篇]

第一篇：无碳小车走S形最简单的结构

无碳小车走S形最简单的结构！！

相关参数如下： 后轮直径：120mm 一对齿轮：m0.8，传动比i=6（模数取0.8就够了，实际上传动过程中的受力不大，模数取大了浪费，还提一句不需要键结构，麻烦！！直接上502就行了，主要注意控制好精度）

前轮：转弯时的最大角度为32°（据此设计连杆的长度）

绕线轮：要放大齿轮轴上，这样速度适宜，测试的时候能轻松通过绕线轮的直径调控小车速度，要有适度的锥度，最好有线槽

第二篇：S无碳小车结构方案

“S”无碳小车结构方案

一、设计思路

1.根据能量守恒定律，物块下落的时能直接转化为小车的动能，推动小车前进，此时势能的损失最小，故小车前进的动能应有物块的势能直接转化。

2.设计要求小车有自动避障的功能，小车的前进路线呈中周期性变化，但是当小车转向时速度有损失，故其前进路线需要通过精确计算得到.3.需要对小车的结构进行分析，综合考虑小车的加工工艺，成本，使得到的产品设计合理。

4.在设计的时候需要尽量减轻整车的质量，对小车进行受力分析，保证其行驶过程中运动平稳。

5.小车功能设计要求 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。给定重力势能为4焦耳（取g=10m/s2），比赛时统一用质量为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。如右图所示：

6.小车设计要求

（1）要求小车行走过程中完成所有动作所需的能量均由此重力势能转换获得，不可使用任何其他的能量来源。

（2）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。（3）要求小车为三轮结构

（4）小车有效的绕障方法为：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（擦碰障碍，但没碰倒者，视为通过）；重复上述动作，直至小车停止。

二、小车出发定位方案

通过对小车的功能分析，小车需要完成自动避开障碍物，驱动自身行走，重力势能的转换功能。所以我们将小车的设计分为以下部分，路径的选择，自动转向装置，能量转换装置和车架部分。小车在运动中，其运动轨迹简化为余弦曲线图像，通过小车的传动比以及转向装置曲柄的长度计算出余弦曲线的幅值，将小车放置于幅值处。将障碍物的方向定为Y轴，X轴在水平面垂直于Y轴，画出小车前进路线轨迹，将障碍物在轨迹图中，找到能通过的位置，量取此时Y轴与小车出发的幅值处即为小车出发点。

三、总结和体会

在无碳小车设计，制作，调试过程中，使我在实践中了解体验机械设计生产过程，提高了我实际的动手能力，增强了我的专业素养，是我对于加工工艺，零件设计，机械装配有更加深厚的了解。同时也积累了机械设计，制造的经验，为将来走入社会，为国家社会做贡献打下基础。

第三篇：S型无碳小车设计说明书

第三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

目录

一 绪论 1.1本届竞赛命题主题 1.2小车功能设计要求 1.3小车整体设计要求 二 方案设计

2.1 路径的选择

2.2 差速问题解决

2.3 重物与后轮的连接问题 2.4 转向装置 三 参数的设计

3.1 路径参数的确定

3.2 其他参数 四 小车的工程图 4.1小车各装配图 4.2小车CAD工程图 五 功能分析

六 选材与加工分析

一 绪论

1.1本届竞赛命题主题

本届竞赛命题主题为“无碳小车”。要求经过一定的前期准备后，在集中比赛现场完成一套符合本命题要求的可运行装置，并进行现场竞争性运行考核。每个参赛作品要提交相关的设计、工艺、成本分析和工程管理4项成绩考核作业。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。

1.2小车功能设计要求

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。给定重力势能为4焦耳（取g=10m/s2），比赛时统一用质量为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。图1为小车示意图。

图1： 无碳小车示意图

竞赛小车在前行时能够自动交错绕过赛道上设置的障碍物。障碍物为直径20mm、高200mm的多个圆棒，沿直线等距离摆放。以小车前行的距离和成功绕障数量来综合评定成绩。见图2。

图2： 无碳小车在重力势能作用下自动行走示意图

1.3小车整体设计要求

无碳小车体现了大学生的创新能力，制作加工能力，解决问题的能力。并在设计过程中需要考虑到材料、加工、制造成本等各方面因素，并且小车具有下列要求：

1.要求小车行走过程中完成所有动作所需的能量均由此重力势能转换获得，不可使用任何其他的能量来源。

2.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。

3.要求小车为三轮结构

4.小车有效的绕障方法为：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（擦碰障碍，但没碰倒者，视为通过）；重复上述动作，直至小车停止。

二 方案设计

小车走S形方案

通过对小车的功能分析，小车需要完成自动避开障碍物，驱动自身行走，重力势能的转换功能。所以我们将小车的设计分为以下部分，路径的选择，自动转向装置，能量转换装置和车架部分。

2.1路径的选择

因为竞赛小车在前行时能够自动交错绕过赛道上设置的障碍物。障碍物为直径20mm、高200mm的多个圆棒，沿直线等距离摆放。为了在通过障碍物时，行进的距离更短，设计了如图3的路径。即以摆线的方法通过障碍物，然后以相切的直线到达下一障碍物，我们的路径是圆弧和直线的结合。

图3：无碳小车路径（此轨迹为后轮的轨迹）后面的计算均以后轮为准

2.2 差速问题

考虑到后轮转向时，两轮有速度差，并且一般的差速器比较复杂，损耗较高，故我们采

取单轮差速驱动，只要能保证后轮的一轮驱动，并且同时控制转向，那么另一个后轮也会自动跟着行驶，因此解决了差速问题

2.3 重物与后轮的连接问题

重物与通过轴与后轮相连，开始驱动时，滚动摩擦力一定较大，故所需的力矩也需要适当的增加，当车子能平稳运行时，力矩又应该适当减少，未解决这个问题，我们采取了锥形导绳轮装置，通过锥形导绳轮与绳子相连。既起到了平稳运行的效果，又能有储能飞轮的功能

2.4 转向装置：几何封闭型凸轮+滑块机构

考虑到凸轮能够获得前轮所需的任意转角，从而完全确定小车的轨迹因而我 们采用封闭形凸轮加滑块机构转向

三 计算及参数的确定 3.1路径参数的确定

在上面的讨论中，我们的路径是摆线和直线的组合，为了能让小车更顺利的转弯，转弯角度不能太小，为了能让小车行进的更远，必须使小车转向的半径不能太大。所以，确定了曲线的半径为R300mm，小车前后轮距离d=180mm

因为当为圆弧时，前轮与车身的转角为一个定值，通过简化成单车模型计算，我们得出其实在小车运动的一个周期内前轮与车身的转角总共只有四个值一个为+34.5度 0度-34.5度 0度。在一个周期内

当为切线1时：转角0度，行程0.8m，凸轮转角124度 当为圆弧A时：转角34.5度，行程0.3611m，凸轮转角56度 当为切线2时：转角0度，行程0.8m，凸轮转角124度

当为圆弧B时：转角—34.5度，行程0.3611m，凸轮转角56度

基于上述数据我们得到如图的凸轮

经过修正后的凸轮

3.2其他参数

考虑到后轮传递到凸轮需要齿轮来连接，所以我们在后轮轴与凸轮间加一对齿轮，设定大轮半径R=1.8m，得到大轮周长为1.1304m，一个运动周期的长度为2.4268 因此得出齿轮的传动比约等于2，另外为保证误差较小，我们设定两轮宽为0.16m 其余数据在小车的CAD装配图中可看出

四 设计图纸 4.1小车总装配图

（小车总体效果图，重物支撑柱设在三轮所构成的三角形的重心处，有利于保持小车平稳）

（车架部分降低有利于缓解因为大轮过高引起的车子重心升高）

（小车后部锥形导绳轮及齿轮传动部分，第二个齿轮与凸轮盘同轴）

上图

（几何封闭形凸轮，传递到转向盘）

下图（固定板与车架相连，起到固定凸轮连杆，使之只能在一方向上运动）

（滑槽机构，控制前轮转向）

4.2小车CAD工程图

五 功能分析

5.1小车优缺点 优点与创新点：（1）小车机构简单，单级齿轮传动，再加一个几何封闭凸轮。

（2）凸轮连杆处采用微调机构，可调节连杆的长度便于纠正轨迹。

（3）采用大的驱动轮，滚阻系数小，行走距离远。

（4）凸轮轮廓设计简单，轮廓只是几个简单的不同半径的圆叠加，只要适当修正即可

（5）锥形导绳轮装置，通过锥形导绳轮与绳子相连。既起到了平稳运行的效果，又能有储能飞轮的功能

缺点： 小车精度要求高

六 选材与加工分析

选材：轴 车轮 车架 齿轮 凸轮 连杆 采用铝板毛坯制造 连杆采用铝柱毛坯

其余零件采用标准件即可

加工：1 齿轮机构 齿轮机构是小车中要完成传递的主要零部件，本小车中齿轮机构用在了两个部分，由于加工设备的有限本小车中所有的齿轮都是用线切割完成的

2.凸轮机构是本小车中要完成转向系统的主要零部件 由于该零件要求精度高外形比较复杂 因此采用数控洗方法实现，首先通过UG制图软件凿出凸轮的三维立体结构 再通过加工软件masterCAM进行编程加工

第四篇：s型无碳小车的研究

s型无碳小车的研究

摘 要：“无碳小车”是根据能量转换原理，将给定的重力势能转换为机械能驱动小车行走并能够在前行时自动避开赛道上设置的障碍物的装置。该小车由能量转换机构、传动机构、转向机构和车身构成，通过能量转换机构获得动力来驱动后轮转动，再通过传动机构将运动传给转向机构使转向轮周期性转向从而自动避开障碍物。

关键词：无碳小车；参数化设计；三维软件设计；ProE软件设计

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.07.184

0 引言

?S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。无碳小车的设计思路

1.1 能量转化方面

所给定的能量是以物块下降将重力势能转化为机械能的方式来得到，我们采用的是直接转化，通过重物下落来带动齿轮轴上的绕线轮的转动通过齿轮传动驱动后轴转动，以此来达到重力势能转为机械能驱动小车行走、转向。考虑到小车路线的准确性，要求重物下落应较缓慢，而且小车是由静止出发，且开始的启动力矩较大，绕线轮采用塔型，来调节扭矩，以确保小车平稳启动，并且缓慢匀速运动。

1.2 驱动方面

由上面的能量转化部分得到了小车后轴的驱动源，再通过齿轮传递动力来改变传动比，调节驱动轮行程距离和转向角度和时间，使两者协调，达到完成要求的路径。根据各种数据以及要求，为了使重物落下相同距离时，小车在水平面上的前进的路程能够尽量的长，同时考虑传动效率的其他因素，我们确定两齿轮的传动比为四，小齿轮装在后轮轴上，大齿轮装在齿轮轴上。

1.3 转向方面

由上面得到的齿轮轴的转动，连接前轮的转向轴上的横销，两者之间的连接用连个关节轴承，在整个车的行进过程中将实现后轮转2 圈前轮支架轴的来回扭转实现一个周期的运动从而使小车能够符合运动轨迹要求。无碳小车模型设计

2.1 小车总体设计步骤

2.2 小车爆炸图

2.3 小车装配图结语

无碳小车的功能运用proe进行了仿真分析，结果可以达到要求，尽管现在小车的功能拓展还有待研究，但是提供给我们一个今后节能减排的方向，经过实际测试，1kg重物从40cm出下落，小车可以走接近20m，符合预期的结果。但是在这个过程中依然存在问题，proe软件的使用不太方便，仿真分析的结果不够精确，总体来说，这个项目可以在保证娱乐性的同时，让读者们学到很多知识。小车依然有进步的空间，我们有理由相信小车可以有很大的进步。

参考文献：

[1]李靖华.模块化的多学科方法论思考[J].科研管理，2007.[2]机械设计手册编委会.机械设计手册[M].北京：机械工业出版社，2004.[3]王伯平.互换性与测量技术基础[N].3版：机械工业出版社，2008.[4]胡越铭，高德文，张瑞，张 欣，高 轩.北方工业大学学报[J].2014.

第五篇：无碳小车说明书

无碳小车说明书

（本小组选择的竞赛项目是竞赛项目二）

一、小车整体说明

小车整体结构上面，我们根据小车功能要求和机器的构成（原动机构、传动机构、执行机构、控制部分），把小车分为驱动部分、转向部分两个模块进行分析和设计。

在此基础上，小车采用三轮机构，后轮驱动，前轮转向，重物下落的过程中通过齿轮传动机构，将重物的重力势能转化为小车运动的动能，在后轮驱动下，再通过转向机构中的凸轮传动，将后轮的行走转化为前轮的转向，以便达到预期的要求。

考虑到竞赛项目二要求的桩距是（400±100）mm，小车车身在允许范围内应尽可能小，并且行走的轨迹也要尽可能的短，这样才能够避免小车车身碰到障碍物或者小车驶出乒乓球桌。

二、驱动部分

原理分析：根据小车功能要求，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。该自行小车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，绕行时不可以撞倒障碍物，不可以掉下球台。以小车绕行的圈数、以及碰倒或避开障碍的多少来综合评定成绩。在设计要求中，驱动部分是将物块重力势能转化为小车的动能，并在有限的动能下，使小车能够移动尽可能多的距离，让成绩达到尽可能好。

机构分析：为达到既定要求，首先，在驱动机构上，我们通过一个绳轮驱动机构将重物的重力势能转化为小车后轮的驱动动能，具体就是将绳子绕过高40cm的定滑轮，一端连在重物上，另一端固定的绕在驱动轴上，通过重物下落带动驱动轴转动，进而实现后轮的驱动。然后，为了使小车运动的距离达到尽可能长，我们使用了一个齿轮传动机构，通过齿轮的运转和传递，使得在绳长确定即能量一定的情况下，小车后轮转动的圈数越多，进而尽可能的增加绕行的圈数，但在这个过正中，不能因为摩擦力的情况而发生自锁现象，在这些情况下，我们抉择出最佳的传动比和传力绳。驱动结构简图如下

三、传动转向部分

要实现尽可能多的使小车重复完成绕八字运动，传动及转向结构是关键，此处我们来分析一下转向机构。

基本原理：

1、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。要使小车绕的圈数更多及按设计的轨道精确地行驶，传动机构必需达到传递效率高、传动稳定、结构简单重量轻等要求。在这些要求上我们想过以下几种方法来解决：

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、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，带动转向轮左右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、差速转弯等等。

凸轮：凸轮是具有一定曲线轮廓或凹槽的构件，它运动时，通过高副接触可以使从动件获得连续或不连续的任意预期往复运动。优点：只需设计适当的凸轮轮廓，便可使从动件得到任意的预期运动，而且结构简单、紧凑、设计方便；缺点：凸轮轮廓加工比较困难。在本小车设计中由于：凸轮轮廓加工比较困难、尺寸不能够可逆的改变、精度也很难保证、重量较大、效率低能量损失大（滑动摩擦）

曲柄连杆摇杆 优点：运动副单位面积所受压力较小，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。缺点：一般情况下只能近似实现给定的运动规律或运动轨迹，且设计较为复杂；当给定的运动要求较多或较复杂时，需要的构件数和运动副数往往比较多，这样就使机构结构复杂，工作效率降低，不仅发生自锁的可能性增加，而且机构运动规律对制造、安装误差的敏感性增加；机构中做平面复杂运动和作往复运动的构件所长生的惯性力难以平衡，在高速时将引起较大的振动和动载荷，故连杆机构常用于速度较低的场合。在本小车设计中由于小车转向频率和传递的力不大故机构可以做的比较轻，可以忽略惯性力，机构并不复杂，利用 MATLAB 进行参数化设计并不困难，加上个链接可以利用轴承大大减小摩擦损耗提高效率。对于安装误差的敏感性问题我们可以增加微调机构来解决。曲柄摇杆 结构较为简单，但和凸轮一样有一个滑动的摩擦副，其效率低。其急回特性导致难以设计出较好的机构。差速转弯 差速拐是利用两个偏心轮作为驱动轮，由于两轮子的角速度一样而转动半径不一样，从而使两个轮子的速度不一样，产生了差速。小车通过差速实现拐弯避障。差速转弯，是理论上小车能走的最远的设计方案。和凸轮同样，对轮子的加工精度要求很高，加工出来后也无法根据需要来调整轮子的尺寸。（由于加工和装配的误差是不可避免的）综合上面分析我们选择曲柄连杆摇杆作为小车转向机构的方案。

机构分析：首先，要实现绕八字运动，可以采用圆柱凸轮+摇杆。设计适当的沟槽，圆柱凸轮做定轴转动时，通过高副接触可以使从动件获得连续不断的任意往复运动，通过分析走八字时转向轮的运动规律可以获得摇杆的运动规律，以此规律为依据可以分析出圆柱凸轮沟槽的轨迹。其次，要使八字尽可能多，这就要求我们必须减少能量损失，提高能量利用率。考虑到齿轮具有效率高，工作可靠，传动比稳定的特点，我们采用齿轮传动，通过一对啮合的直齿轮机构将驱动住的转动传递给圆柱凸轮。另外为尽量减小摩擦带来的能量损失，可通过使用润滑油润滑的方式来减小摩擦。小车传动及转向结构简图如下

四、理论分析

（1）小车轨迹形状及长度

我们是根据伯努利双扭线来设计小车的8字轨迹，它的直角方程是（x²+y²）²=a²（x²-y²），轨迹的周长C=5.244a，双纽线

考虑到小车运动的实际情况，上图中m,n两点代表两木桩，在autoCAD中画出mn=300mm,400mm,500mm的图像，求出周长。然后用EXCEL的函数功能求出不同桩距的相关数据

autoCAD绘制的双纽线

Excel表格。

（2）圆柱凸轮沟槽的确定

1/21/2通过伯努利双扭线，解出y=（-x2+（8a2x2+a4）/2-a2/2），yy，=-x+4ax/(8x2+a2)1/2，求出y，这样可以求出轮子的转角为α，因为转动杆的长度和前轮与转动副的距离一定，分别可设b，a，c，利用三角函数求得杆的转角为β=arcsin（csinα/b）(β取钝角)，这样沟槽的函数h=a*sin（α+β），利用h的变化设计沟槽，使轮子按照预定的轨迹转动。

（3）小车后轮直径齿轮传动比

设小车运动轨迹长度为S，驱动轴齿轮对与凸轮同轴齿轮的传动比为i，后轮直径为D。根据设计要求，小车完成一次八字，圆柱凸轮旋转一周，后轮旋转i 周，即

i×πD=S

D=S/πi