节能小车走S设计书

第一篇：节能小车走S设计书

节能小车 设计说明书

二〇一二年十月十日

目录

一 项目研制的背景及目的

二 设计过程 三 制作过程 四 成本预算 五 成果展示 六 心得体会 七 谢辞 八 参考文献 九 附录

摘要：

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。

无碳小车的设计与发明，是国家和社会对能源问题和环境问题的更加重视。无碳车是比较环保的短途代步工具，节能、经济、方便，环保。因此，在人均拥有汽车比例很高的欧美发达国家，无一例外选择了提倡推广低碳车。”许多人认为，确保无碳车道便利通达，既是现实选择，也是大势所趋。现在许多发达国家都把无碳技术运用到各个领域，像交通，家庭用具等，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，用重力势能转换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。

本作品是依据竞赛命题主题“无碳小车”，提出一种“无碳”方法，带动小车的运行，即给定一重力势能，根据能量转换原理，设计了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。该自行小车在前行时能够自动避开赛道上设置的障碍物（每间隔1米，放置一个直径为20mm，高为200mm的弹性障碍圆棒）。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，并阐述了本作品的创新点。

关键词：无碳小车

齿轮粘合驱动轮

转向轮

安全高效

方便灵活

创新理念。

一、引言：

无碳车是比较环保的短途代步工具，节能、经济、方便，环保。因

此，在人均拥有汽车比例很高的欧美发达国家，无一例外选择了提倡推广低碳车。”许多人认为，确保无碳车道便利通达，既是现实选择，也是大势所趋。现在许多发达国家都把无碳技术运用到各个领域，像交通，家庭用具等，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，用重力势能转换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。

二、目的：

本作品设计的目的是围绕命题主题“无碳小车”，即不利用有碳能源，根据能量转换原理，利用重力势能驱动带动具有方向控制功能的小车模型。这种模型比较的轻巧工作原理和设计理论推导及加工工艺：

（1）总体结构：

无碳小车模型主要由一个转向轮和两个驱动轮以及几个大小齿轮组成，其中小车中的转向轮，驱动轮，齿轮，支撑板，横杆，木板等如下图所示。

（2）设计理论指导及说明

2.1 方案的确定

在这次项目之前，我们小组已参加过学校组织的“工程训练综合能力竞赛”，该竞赛的题目就是“无碳小车”。所以，在比赛之前我们就有所准备，对无碳小车的设计、制作和装配调试都有一定的了解。

在选择了“无碳小车”这个项目后，我们小组成员便在积极地讨论以前制作的小车的利与弊，哪些地方需要改进，得到了一些有用的结论。接着在开始此次项目设计时，指导老师给我们对小车制作的细节做了详细的解说，并且拿出了以前的参赛作品给我们做模板。在听了老师的解说和对小车的材料要求、加工精度等考虑，再权衡只有紧凑的一周制作、调试及答辩的时间下，我们小组决定制作相对简单的走直线路线的小车。

2.2 无碳小车设计的理路指导：

2.2.1 小车的运动原理：

如上图所示，重物的牵引带动A轮的转动，A轮的转动带动B轮，再根据B、D之间的齿轮粘合带动C1，C2和E齿轮的转动，E轮带动F轮的转动，从而使G杆左右运动的同时，前后运动，杆的偏转，使得H轮偏转，根据C1，C2轮和H轮的合运动，小车就可以按照要求一边行走一边转弯。

图三 梯形原动轮

1.在起始时原动轮的转动半径较大，起动转矩大，有利起动。

2.起动后，原动轮半径变小，转速提高，转矩变小，和阻力平衡后小车匀速运动。3.当物块距小车很近时，原动轮的半径再次变小，绳子的拉力不足以使原动轮匀速转动，但是由于物块的惯性，仍会减速下降，原动轮的半径变小，总转速比提高，小车缓慢减速，直到停止，物块停止下落，正好接触小车。

2.2.2 小车各个尺寸设计的推导：

根据题目中赛道宽度2m，以及每间隔1m，放置一个直径20mm、高200mm的弹性障碍圆棒，以及赛道的大致行走路线（如图四），我组拟定一些实际尺寸的

大小以及推导

35cm98cm

图五： 无碳小车在重力势能作用下自动行走示意图

考虑到要使小车的运动轨迹尽可能沿直线运动,绕过的障碍物越多,但又得考虑要使小车不碰到障碍物,经过我组在各方面的考虑,小车的宽度定为30cm, 底板M的厚度为5mm，小车的长度200mm，而转向轮的直径为30mm,经网上查得,橡皮轮胎与干地面之间的动摩擦因素为0.71,驱向轮所获得的摩擦阻力大约为1N,假定两驱向轮的直径为120mm,则其转矩M=F*R=60N.m,由于该车子的运动基本上是匀速运动,所以同轴上的转矩相等,所以D齿轮的转矩也为60N.m,设其半径为r ,则B、D边缘所受到的力FD=FB=60/r ,所以D齿轮的转矩为MD=FD*RD=60R/r ,因为小车是匀速行使,所以物体下降也应该是匀速下降,从而A齿轮的转矩:MA=mg*RA=10*10=100N.m, 又根据同一轴上转矩相等,所以B的转矩:MB=MA=100N.m,又MB=FB*RB=60/r*10=600/r。所以有：

100=600/r 解得:

r=6 mm.（即D齿轮的半径）

RB=10mm（即B齿轮的半径）

根据运动轨迹路线，它须偏离直线方向35cm以及两圆柱障碍物的实际距离为98cm，我们采用Matlab软件模拟得E齿轮半径为6mm，F齿轮半径为64mm，厚度为6mm，I板的高度为35mm，宽度为5mm，1,2，G杆的直径为3mm，G杆的长度为160mm，G杆与P齿轮的连接点的半径55mm，B、D齿轮的厚度为6mm，零件L中孔的直径大小为5mm，H、C1、C2 轮的宽度为1cm，我组假定物体下降速度为V ,则下降时间t=500/v ,皮带轮A的角速度:

WA=V / RA=V / 10 rad/s, 又B与A同轴,所以

WB=WA=V / 10 rad/s , 从而

VD=VB=WB*RB= V mm/s ，WC1=WD=VD / r=V / 6 rad/s，VC1=WC1*R=10V mm/s.转弯系统：

根据小车的行走路线近似的模拟为正弦曲线，由于实际的尺寸大小可算得振幅为0.35m，波长为2m，所以可以近似的求出轨迹的方程为：

Y=0.35sinπx ； 求导得到在每个位置的转角的正切大小：

Y’=0.35πcosπx ；

我们可以得到前轮的最大转角为36° 如下图六所示

图六

齿轮的转弯系统的原理图

2.2.4 齿轮加工工艺过程分析 1.基准的选择

对于齿轮加工基准的选择常因齿轮的结构形状不同而有所差异。带轴齿轮主要采用顶点孔定位；对于空心轴。则在中心内孔钻出后，用两端孔口的斜面定位；孔径大时则采用锥堵。顶点定位的精度高，且能作到基准重合和统一。对带孔齿轮在齿面加工是常采用一下两种定位、夹紧方式。

1）以内孔和端面定位，这种定位方式是以工件内孔定位，确定定位位置，再以端面作为轴向定位基准，并对着端面夹紧。这样可使定为基准、设计基 准、装配基准和测量基准重合，定位精度高，适合于批量生产、但对于夹具的制造精度要求较高。

2）

以外圆和端面定位，当工件和加剧心轴的配合间隙较大时，采用千分表校正外圆已确定中心的位置，并以端面作为轴向定位，从另一端面夹紧。这种定位方式因每个工件都要校正，故生产率低；同时对齿坯的内、外圆同轴要求高，而对夹具精度要求不高，故适用于单件、小批生产。综上所述，为了减少定位误差，提高齿轮加工精度，在加工时应满足以下要求：

1.应选择基准重合、统一的定位方式； 2.内孔定位时，配合间隙应近可能减少；

3.定位端面与定位孔或外圆应在一次装夹中加工出来，以保证垂直度要求。

2、齿轮毛坯的加工。

齿面加工前的齿轮毛坯加工，在整个齿轮加工过程中占有很重要的地位。因为齿面加工和检测所用的基准必须在此阶段加工出来，同时齿坯加工所占工时的比例较大，无论从提高生产率，还是从保证齿轮的加工质量，都必须重视齿轮的毛坯的加工。

在齿轮图样的技术部要求中，如果规定以分度圆选齿厚的减薄量来测定齿测间隙时，应注意齿顶圆的精度要求，因为齿厚的检测是以齿顶圆为测量基准的。齿顶圆精度太低，必然使测量出的齿厚无法正确反映出齿侧间隙的大小，所以，在这一加工过程中应注意以下三个问题：

图八 齿轮加工方式

1)当以齿顶圆作为测量基准时，应严格控制齿顶圆的尺寸精度； 2)保证定位端面和定位孔或外圆间的垂直度；

3)提高齿轮内孔制造精度，减少与夹具心轴的配合间隙。

3、齿形及齿端加工

齿形加工是齿轮加工的关键，其方案的选择取决于多方面的因素，如设备条件、齿轮精度等级、表面粗糙度、硬度等。常用的齿形加工方案在上节已有讲解，在此不再叙述。

图九

齿轮倒圆

齿轮的齿羰加工有倒圆、倒尖、倒棱和去毛刺等方式。如图所示。经倒圆、倒尖后的齿轮在换档时容易进入啮合状态，减少撞击现象。倒棱可除去齿端尖角和毛刺。图八是用指状铣刀对齿端进行倒圆的加工示意图。倒圆时，铣刀告诉旋转，并沿圆弧作舞动，加工完一个齿后，工作退离铣刀，经分度再快速向铣刀靠近加工下一个齿的齿端。

齿端加工必须在淬火之前进行，通常都在滚（插）齿之后，剃齿之前安排齿端加工。

4、轮加工过程中的热处理要求

在齿轮加工工艺过程中，热处理工序的位置安排十分重要，它直接影响齿轮的力学性能及切削加工性。一般在齿轮加工中进行两种热处理工序，即毛坏热处理和齿形处理。

（4）齿轮轴的加工工艺及设备刀具:

1、下料----锯床。

2、粗车----车床。

3、热处理----箱式炉。

4、精车----车床。

5、铣键槽----铣床。

6、滚齿-----滚齿机。

7、齿面淬火---高频淬火机床。

8、磨---外圆磨床。

细长轴的齿轮轴加工工艺（以45号钢为例）：

一、毛坯下料

二、调质处理（提高齿轮轴的韧性和轴的刚度）

三、带跟刀架、用皂化液充分冷却的前提下，粗车齿轮轴

四、去应力退火

五、精车齿坯至尺寸（带跟刀架、用皂化液充分冷却）

六、若轴上有键槽时，可先加工键槽等

七、滚齿

八、齿面高频淬火，淬火硬度HRC48-58（具体硬度值需要依据工况、载荷等因素而定）

九、磨齿

十、成品的最终检验

注：细长轴类零件的放置一定要垂吊放置（用铁丝系住，悬挂在挂架上），不得平放！

用于中小型轧钢机传动箱体中的齿轮轴，设计上一般为软齿面，即小齿轮轴硬度为280～320HB，大齿轮轴硬度为250～290HB，模数mn=8～25，技术要求一般为调质处理。这种零件在无感应加热淬火设备的工厂中加工时，其加工工艺路线为:锻毛坯→粗加工→调质→精加工→制齿→磨轴颈。按这样的工艺流程生产出来的模数mn≤10的齿轮轴，使用情况基本良好，但模数mn≥12时，使用寿命短。突出表现为轮齿不耐磨，使用半年以后，齿面已有明显磨痕，当发生较大冲击时，还会出现断齿现象。针对这种情况，我们对原有工艺进行了分析，找出工艺路线中所存在的缺陷，并提出了新的制作工艺方法。

2.2.4、齿轮传动

用于平等轴间的传动，一般传动比单级可到8，最大20，两级可到45，最大60，三级可到200，最大300。传递功率可到10万千瓦,转速可到10万转/分,圆周速度可到300米/秒。单级效率为0.96-0.99。直齿轮传动适用于中、低速传动。斜齿轮传动运转平稳，适用于中、高速传动。人字齿轮传动适用于传递大功率和大转矩的传动。圆柱齿轮传动的啮合形式有三种：外啮合齿轮传动，由两个外齿轮相啮合，两轮的转向相反；内啮合齿轮传动，由一个内齿轮和一个小的外齿轮相啮合，两轮的转向相同；齿轮齿条传动，可将齿轮的转动变为齿条的直线移动，或者相反。

图十

齿轮传动

2.2.5、齿轮参数及制造误差测定

齿轮齿顶圆、齿根圆测量的原理

（1）齿轮齿数为偶数时

当齿轮为偶数时，齿顶圆直径da和齿根圆直径df可用游标卡尺在待测齿轮上直接测定。

（2）齿轮齿数为奇数时

直接测量得不到齿顶圆直径da和齿根圆直径df的真实值，而须用间接的方法。先量出齿轮安装孔直径D，再分别量出孔壁到某一齿顶的距离H1和孔壁到某一齿根的距离H2，如图所示：

图十一 齿顶、齿根圆的测量

则齿顶圆直径da和齿根圆直径df可按下式求出： da=D+2H1

df=D+2H2

齿轮公法线的测量

图十二 齿轮的公法线

测定公法线长度Wk和Wk+1,是为了求出基圆齿距，从而确定出齿轮的压力角α、模数m和变位系数x。

首先根据被测齿轮的齿数Z，从教材或手册中按标准齿轮查出跨测齿数k，量出跨测个齿时的公法线长度Wk。为减少测量误差，应在齿轮一周的三个均分部分上测量三次，取其平均值。

为求出基圆齿距Pb，还应按同样的方法量出跨测（k+1）各齿的公法线长度Wk+1。为避免公法线长度变动量的影响，测量Wk和Wk+1，应在相同的几个齿轮上进行。

确定基圆齿距、模数和压力角

若x>0，则被测齿轮为正变位齿轮；若x<0，则被测齿轮为负变位齿轮。

三、创新点

 支撑为翅膀状的流线型，能够更好的减少空气阻力，使小车行使的更远。



原动轮设计为梯形，开始半径较大，是能够让物体作加速运动，物体作一段匀速运动，物体快要接触底板时，半径变小，使物体作减速运动，减少物体与底板的碰撞，使重力势能更好的转换为小车的动能。



本作品通过底板上横放的齿轮的转动带动杆的转动，从而使小车能够灵活的避开障碍物。



齿轮的多次粘合能够更好的控制物体与车子的速度，使小车能够按照规定的路线顺利的完成任务。

项目经费预算

1.车底木板价格(5mm厚度

20*30cm)

￥: 50元 2.小车左右两边2块固定侧板（6mm厚度 高35mm）￥: 25╳2元 3.小车转向轮（厚度为6mm，直径为30mm）

￥: 30元

4.小车两侧的驱向轮(厚度为6mm，直径为120mm)￥: 50╳ 2元

5.小车原动轮（半径为10mm）

￥: 20 元 6.齿轮（两个外径为12mm，内径6mm，齿数21）

￥: 35 元 7.齿轮轴两根（直径d=3mm长分别为30mm，42mm）￥: 30╳2元

8.润滑油一瓶

￥：20元

9．连接杆一根（直径为3mm）

￥: 25元 10.棉线一根（长1.5m）

￥：3元 11.胶水（两瓶）

￥：20╳2元

12.小螺钉（一包）

￥：10元 13.其余小零件

￥：50元

总计

493元

六

心得体会

这次金工实习，不仅使我们对各个工种的技能得到了提升，更重要的是让我们更加深入地懂得了什么是团队协作精神。比如，分工协作、组合装配、积极讨论等这些都是我们完成这次项目的有力保证。还有就是知道了，想要做好一件事，必须经过很多磨难，会不断地碰到问题，只有不断地解决问题，才能继续前进，奔向目标。好事多磨，经历过风雨之后才能见彩虹，就像这次小车的制作，经过两周的辛苦设计和制作装配后，看到了小车展现在我们面前。

通过无碳小车的制作我们更加了解了机械原理，工程实践的意义，更深刻地体会到书本学习与实际操作的不同与联系，也让我们明白了将理论学习与实践相结合的重要性。在实践的制作中，我们也遇到了很多困难，通过大家的积极努力，最终都一一克服，团队的力量是强大的。这次实习，不仅提高了我们的实践技能，激发了我们的创新意识，为我们以后的工作研究都具有指导性的意义。另一方面，它还加强了我们的团队协作能力、相互沟通了解以及彼此间的友谊。更为重要的是我们组员在废寝忘食的加工制作过程中，学会了很多机械制作的常识，了解熟悉了对一项方案从头到尾的设计、制作、测试改进完善的整个流程，增强了自己在创新设计、实践加工制作方面的能力。同时也提高了自己的综合实践创新以及实际操作动手能力，做到全面综合发展。

谢辞

经过这两周的实习我们学习体会到了很多东西，当然，这都是建立在学校和老师给我们提供的良好环境的基础上。虽然两周实习比较辛苦，但是老师和车间师傅们一直在我们旁边指导和帮助，所以我们觉得最辛苦的人还是老师和师傅们。所以我们要表达对您们的崇高谢意，没有您们，我们不能安全有序高效的完成那么多任务，不会学习到那么多书本上不会有的实践经验。谢谢你们！

同时我们也要感谢我们自己，感谢我们的同学。没有我们的团队，没有同学及时的帮助，我们的实习也不会那么顺利的完成。谢谢！

最后，我们真挚的感谢学校和工程训练中心提供给我们的那么好的实习环境，感谢老师们的指导，感谢车间师傅在我们困惑时给予的指导和帮助，谢谢你们的辛勤工作，谢谢！

第二篇：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

第三篇：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

第四篇：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。

第五篇：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.