第一篇：無(wú)碳小車設(shè)計(jì)說(shuō)明書最新資料

活力小車

設(shè)計(jì)方案

小車在整個(gè)行進(jìn)過(guò)程中，小車需要的所有動(dòng)力來(lái)自重物的勢(shì)能，我們應(yīng)盡可能的將橡皮筋的彈性勢(shì)能轉(zhuǎn)化成小車的動(dòng)能，減小物塊在豎直方向的動(dòng)能。此外，因?yàn)槟芰坑邢?，我們?yīng)盡可能簡(jiǎn)化小車的設(shè)計(jì)，機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)越復(fù)雜，機(jī)構(gòu)越多，小車的效率就會(huì)越低，所以越簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)越能將彈性勢(shì)能高效率的應(yīng)用。

構(gòu)架部分

車身可使用快速成型機(jī)制作（也可由鐵絲焊制），重塊由四棱錐吊架懸掛，保證其穩(wěn)定性，車輪間距50cm，避免車體側(cè)翻。車輪均采用手工木質(zhì)板制作，會(huì)有一定摩擦，進(jìn)而引起一定的能量損失。驅(qū)動(dòng)部分

為減小物塊在豎直方向的造成的能量損失，我們應(yīng)增

大變速比，但齒輪、輪組等裝置都會(huì)降低機(jī)械效率，增大摩擦力，所以最好的方法就是直接將繩子纏在支架上，采用4個(gè)的支架組成高為50cm的重物架，這樣利用單擺將重力勢(shì)能轉(zhuǎn)變?yōu)樾≤嚨膭?dòng)能

車軸直徑為3mm，采用鋼軸，車輪直徑為60mm，使用快速成型機(jī)制作。

創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)踐心得體會(huì)

不知不覺(jué)創(chuàng)新設(shè)計(jì)課我們已經(jīng)學(xué)習(xí)了八周，回顧這段做活力小車的日子，真的感慨萬(wàn)千，有辛酸，有喜悅，當(dāng)然更多的是收獲啦！學(xué)習(xí)生活提高了我的獨(dú)立思考能力和為人處事能力，在制作期間我最大的收獲是：第一，通過(guò)實(shí)踐真正覺(jué)得自己可以做些什么了，從實(shí)踐中知道自己的人生意義；第二，通過(guò)課程的學(xué)習(xí)，加強(qiáng)了我的動(dòng)手實(shí)踐能力和設(shè)計(jì)創(chuàng)新精神；第三，在制作的這些日子里，我學(xué)會(huì)了團(tuán)結(jié)就是力量。

剛開始上實(shí)踐課的時(shí)候，自己認(rèn)為實(shí)踐能力的欠缺，起初總是不敢去做事，有時(shí)也覺(jué)得有些辛苦，不過(guò)在老師和同學(xué)的的關(guān)心和幫助下不斷進(jìn)步和成長(zhǎng)，也充分感受到小組這個(gè)小團(tuán)的團(tuán)結(jié)和溫暖，于是我決定就算再苦再累我也要堅(jiān)持下去，所以設(shè)計(jì)起來(lái)反而覺(jué)得輕松了許多。通過(guò)查資料，解決了很多專業(yè)上和技術(shù)難題，經(jīng)過(guò)近八周的學(xué)習(xí)，我已經(jīng)初步

在學(xué)習(xí)的半年時(shí)間里，雖然有時(shí)候制作很苦很累，但是，我從中體會(huì)到了實(shí)踐中的了解不少知識(shí)，也不斷積累實(shí)踐技術(shù)經(jīng)驗(yàn)。創(chuàng)新設(shè)計(jì)課是將學(xué)校教學(xué)與生產(chǎn)實(shí)際相結(jié)合，理論與實(shí)踐相聯(lián)系的重要途徑。其目的是使我們通過(guò)實(shí)踐在專業(yè)知識(shí)和人才素質(zhì)兩方面得到鍛煉和培養(yǎng)，從而為畢業(yè)后走向工作崗位盡快成為骨干打下良好基礎(chǔ)。通過(guò)創(chuàng)新設(shè)計(jì)課，使我們掌握了許多機(jī)械設(shè)計(jì)的基本原理。為進(jìn)一步學(xué)好專業(yè)技術(shù)，從事這方面工作打下良好的基礎(chǔ)。

“理論來(lái)源于時(shí)間，理論最終用于實(shí)踐”，這讓我深深地感受到實(shí)踐的重要性。通過(guò)平時(shí)書本上所學(xué)到的理論知識(shí)，帶著自己的疑問(wèn)去學(xué)習(xí)機(jī)械設(shè)計(jì)的有關(guān)方法。在這次實(shí)踐中都得以解答，并進(jìn)一步讓

我深刻地理解、體會(huì)和證明了理論知識(shí)，讓自己有了深刻地記憶。

讀萬(wàn)卷書，行萬(wàn)里路。身為一個(gè)大學(xué)生，應(yīng)以學(xué)業(yè)為重，學(xué)習(xí)就是首要任務(wù)。學(xué)習(xí)學(xué)不好，事情也很難做好。大學(xué)生不僅要讀好書，還要行萬(wàn)里路，從實(shí)踐求真知，一步一個(gè)腳印去實(shí)現(xiàn)自己的人生理想！在這八周創(chuàng)新課程過(guò)程中，我不但對(duì)所學(xué)習(xí)的知識(shí)加深了了解，更加重要的是更正了我們的自主學(xué)習(xí)觀點(diǎn)和提高了我們的獨(dú)立工作能力等。我堅(jiān)信，通過(guò)這一段時(shí)間的學(xué)習(xí)，從中獲得的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)使我終身受益，并會(huì)在我畢業(yè)后的實(shí)際工作中不斷地得到印證，我會(huì)持續(xù)地理解和體會(huì)實(shí)習(xí)中所學(xué)到的知識(shí)，期望在未來(lái)的工作中把學(xué)到的理論知識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)不斷的應(yīng)用到實(shí)際工作中來(lái)，充分展示我的個(gè)人價(jià)值和人生價(jià)值，為實(shí)現(xiàn)自我的理想和光明的前程而努力。

第二篇：無(wú)碳小車設(shè)計(jì)說(shuō)明書

無(wú)碳小車設(shè)計(jì)說(shuō)明書

參賽者：

施朝雄

林秋妹

指導(dǎo)老師：羅敏峰2014-12-16

丁天熙

一、主題

設(shè)計(jì)一種小車（“以重力勢(shì)能驅(qū)動(dòng)的具有方向控制功能的自行小車”），驅(qū)動(dòng)其行走及轉(zhuǎn)向的能量是根據(jù)能量轉(zhuǎn)換原理，由給定重力勢(shì)能轉(zhuǎn)換而得到的。該給定重力勢(shì)能由競(jìng)賽時(shí)統(tǒng)一使用質(zhì)量為1Kg的標(biāo)準(zhǔn)砝碼（￠50×65 mm，碳鋼制作）來(lái)獲得，要求砝碼的可下降高度為400±2mm。標(biāo)準(zhǔn)砝碼始終由小車承載，不允許從小車上掉落。實(shí)現(xiàn)小車可以按照樁距自動(dòng)轉(zhuǎn)彎，樁距是按每50mm 跳檔在700～1300mm 范圍內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)“S”型賽道障礙物間距值。

二、分析

1、為使得小車能夠轉(zhuǎn)彎，并能夠繞開等距離的障礙物，需要設(shè)計(jì)一個(gè)能夠自動(dòng)轉(zhuǎn)彎的機(jī)構(gòu)。

2、根據(jù)這次的比賽要求我們需要考慮設(shè)計(jì)一個(gè)可調(diào)級(jí)方案.3、為了使得小車能夠順利轉(zhuǎn)彎，還要解決小車后輪的差速問(wèn)題

4、為了能夠減少裝配的誤差使小車的擺角能夠消除這些誤差我們還需設(shè)計(jì)有課微調(diào)機(jī)構(gòu)

三、方案確定

1.轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)

轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)是本小車設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分，關(guān)系到小車的整體性能.通過(guò)查閱大量資料以往常用的轉(zhuǎn)彎?rùn)C(jī)構(gòu)有凸輪和曲柄搖桿等機(jī)構(gòu).曲柄搖桿的機(jī)構(gòu)雖然簡(jiǎn)單輕便但是可能會(huì)打滑所以我們打算用圓柱凸輪的方案圓柱凸輪機(jī)構(gòu)+搖桿，通過(guò)高副接觸可以使從動(dòng)件獲得連續(xù)或不連續(xù)的任意預(yù)期往復(fù)運(yùn)動(dòng)，并且穩(wěn)定性較強(qiáng)。所以我們采用圓柱凸輪機(jī)構(gòu)+搖桿作為我們的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。

2.調(diào)級(jí)

此次命題的難點(diǎn)就是小車過(guò)的樁距要可調(diào)節(jié)的，并且要從按每50mm 跳檔在700～1300mm 范圍內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)“S”型賽道障礙物間距值。

我們轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)采用的是圓柱凸輪機(jī)構(gòu)+搖桿，所以要求凸輪轉(zhuǎn)一圈，小車就要通過(guò)一個(gè)s周期的路程。我們通過(guò)改變大齒輪的齒數(shù)，實(shí)現(xiàn)凸輪軸上和驅(qū)動(dòng)輪上的齒輪傳動(dòng)比的改變從而實(shí)現(xiàn)變距，但是要實(shí)現(xiàn)這么多的變距，這就要求小車要攜帶多對(duì)齒輪。但為了減少摩擦力對(duì)能量的消耗，所以小車的負(fù)重又不能太重。這就考慮小車能不能便攜式更換大齒輪，所以我們采用以下機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)以上要求。

小齒輪組固定在驅(qū)動(dòng)軸上，大齒輪可以根據(jù)要求便攜式拆卸，從而組裝出符合要求的傳動(dòng)比！

3.左右輪差速

小車轉(zhuǎn)彎時(shí)左右兩輪的的速度是不一樣的，如果裝普通的深溝球軸承，是沒(méi)辦法實(shí)現(xiàn)差速拐彎的！要解決這個(gè)問(wèn)題可以有如下兩種辦法：

1.使用差速器。但是差速器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工困難 2.使用單向軸承。簡(jiǎn)單方便，而且價(jià)格合理！

所以我們采用左右兩輪各裝一個(gè)單向軸承！

3.微調(diào)機(jī)構(gòu)

用螺絲可以實(shí)現(xiàn)前輪擺角的微小變化 機(jī)構(gòu)如圖所示

裝配圖

機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖

大齒輪小齒輪轉(zhuǎn)向桿1后輪驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向桿2圓柱凸輪S型三等獎(jiǎng)

第三篇：無(wú)碳小車設(shè)計(jì)說(shuō)明書

第三屆全國(guó)大學(xué)生工程訓(xùn)練綜

合能力競(jìng)賽 無(wú)碳小車設(shè)計(jì)說(shuō)明書

院系：信息工程學(xué)院 班級(jí)：機(jī)械卓越班 隊(duì)伍名稱：?jiǎn)⒑疥?duì)

參賽者：劉騰飛 耿玉塊 指導(dǎo)老師：劉勝榮 時(shí)間：2012年12月30日葛小樂(lè)1

無(wú)碳小車設(shè)計(jì)方案

設(shè)計(jì)思路：作品的設(shè)計(jì)做到有系統(tǒng)性規(guī)范性和創(chuàng)新性；設(shè)計(jì)過(guò)程中綜合考慮材料、加工、制造成本等給方面因素。采用了PROE、CAD等軟件輔助設(shè)計(jì)。

方案設(shè)計(jì)階段根據(jù)小車功能要求我們根據(jù)機(jī)器的構(gòu)成（原動(dòng)機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、控制部分、輔助部分）把小車分為車架、原動(dòng)機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)、五個(gè)模塊，進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)。分別針對(duì)每一個(gè)模塊進(jìn)行多方案設(shè)計(jì)，通過(guò)綜合對(duì)比選擇出最優(yōu)的方案組合。我們的方案為：車架采用三角底板式、原動(dòng)機(jī)構(gòu)采用了錐形軸、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)采用齒輪傳動(dòng)、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)采用曲柄連桿、行走機(jī)構(gòu)采用單輪驅(qū)動(dòng)。

我們先進(jìn)行原理分析，接著應(yīng)用PROE軟件進(jìn)行了小車的實(shí)體建模和部分運(yùn)動(dòng)仿真。在實(shí)體建模的基礎(chǔ)上對(duì)每一個(gè)零件進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)，綜合考慮零件材料性能、加工工藝、成本等。小車大多是零件是標(biāo)準(zhǔn)件、可以購(gòu)買，同時(shí)除部分要求加工精度高的部分需要特殊加工外，大多數(shù)都可以通過(guò)手工加工出來(lái)。

目錄

方案設(shè)計(jì)..............................................1.1車架..........................................3 1.2原動(dòng)機(jī)構(gòu)......................................4

1.3傳動(dòng)機(jī)構(gòu)......................................5 1.4轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)......................................6 1.5行走機(jī)構(gòu)......................................6

2、零部件設(shè)計(jì)....................錯(cuò)誤！未定義書簽。

3、整體設(shè)計(jì)......................................11

4、設(shè)計(jì)參數(shù)-------14

1.1車架

車架不用承受很大的力，精度要求低?？紤]到重量加工成本等，車架用木材加工制作成三角底板式。具體設(shè)計(jì)如下

1.2原動(dòng)機(jī)構(gòu)

原動(dòng)機(jī)構(gòu)的作用是將重塊的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為小車的驅(qū)動(dòng)力。能實(shí)現(xiàn)這一功能的方案有多種，就效率和簡(jiǎn)潔性來(lái)看繩輪最優(yōu)。小車對(duì)原動(dòng)機(jī)構(gòu)還有其它的具體要求。1.驅(qū)動(dòng)力適中，不至于小車拐彎時(shí)速度過(guò)大傾翻，或重塊晃動(dòng)厲害影響行走。2.到達(dá)終點(diǎn)前重塊豎直方向的速度要盡可能小，避免對(duì)小車過(guò)大的沖擊。同時(shí)使重塊的動(dòng)能盡可能的轉(zhuǎn)化到驅(qū)動(dòng)小車前進(jìn)上，如果重塊豎直方向的速度較大，重塊本身還有較多動(dòng)能未釋放，能量利用率不高。3.由于不同 的場(chǎng)地對(duì)輪子的摩擦摩擦可能不一樣，在不同的場(chǎng)地小車是需要的動(dòng)力也不一樣。在調(diào)試時(shí)也不知道多大的驅(qū)動(dòng)力恰到好處。因此原動(dòng)機(jī)構(gòu)還需要能根據(jù)不同的需要調(diào)整其驅(qū)動(dòng)力。4.機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，效率高。

1.3傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的功能是把動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)傳遞到轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)和輪上。要使小車行駛的更遠(yuǎn)及按設(shè)計(jì)的軌道精確地行駛，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)必需傳遞效率高、傳動(dòng)穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單重量輕等。

1.不用其它額外的傳動(dòng)裝置，直接由動(dòng)力軸驅(qū)動(dòng)輪子和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，此種方式效率最高、結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單。在不考慮其它條件時(shí)這是最優(yōu)的方式。

2.帶輪具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳動(dòng)平穩(wěn)、價(jià)格低廉、緩沖吸震等特點(diǎn)但其效率及傳動(dòng)精度并不高。不適合本小車設(shè)計(jì)。

3.齒輪具有效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠、傳動(dòng)比穩(wěn)定但價(jià)格較高。因此在第一種方式不能夠滿足要求的情況下優(yōu)先考慮使用齒輪傳動(dòng)。

1.4轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)

轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)是本小車設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分，直接決定著小車的功能。轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)也同樣需要盡可能的減少摩擦耗能，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，零部件已獲得等基本條件，同時(shí)還需要有特殊的運(yùn)動(dòng)特性。能夠?qū)⑿D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為滿足要求的來(lái)回?cái)[動(dòng)，帶動(dòng)轉(zhuǎn)向輪左右轉(zhuǎn)動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)拐彎避障的功能。

曲柄連桿+搖桿

優(yōu)點(diǎn)：運(yùn)動(dòng)副單位面積所受壓力較小，且面接觸便于潤(rùn)滑，故磨損減小，制造方便，已獲得較高精度；兩構(gòu)件之間的接觸是靠本身的幾何封閉來(lái)維系的，它不像凸輪機(jī)構(gòu)有時(shí)需利用彈簧等力封閉來(lái)保持接觸。

我們選擇曲柄連桿+搖桿作為小車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的方案。

1.5行走機(jī)構(gòu)

行走機(jī)構(gòu)即為三個(gè)輪子，輪子又厚薄之分，大小之別，材料之不同需要綜合考慮。

有摩擦理論知道摩擦力矩與正壓力的關(guān)系為

M?N??

對(duì)于相同的材料?為一定值。

而滾動(dòng)摩擦阻力

f?MR?N??所以輪子越大小車受到R，的阻力越小，因此能夠走的更遠(yuǎn)。但由于加工問(wèn)題材料問(wèn)題安裝問(wèn)題等等具體尺寸需要進(jìn)一步分析確定。后輪為驅(qū)動(dòng)輪，前輪為轉(zhuǎn)向輪，為減輕重量，可以挖空輪子中間的材料。

2、小車的零部件設(shè)計(jì) 小車底板的俯視圖和左視圖：

轉(zhuǎn)向輪的連接控制機(jī)構(gòu)：

車后輪的三視圖：

齒輪的三視圖：

3、小車的整體設(shè)計(jì)：

4、設(shè)計(jì)參數(shù)

1）基本尺寸參數(shù)：

車長(zhǎng)：200mm

車寬：180mm

車后輪D：110mm

車前輪d：22mm

齒輪：模數(shù)

1、齒數(shù)20/60/80（小車的其他參數(shù)以

三維圖為準(zhǔn)）

2）軌跡參數(shù)

根據(jù)小車行走路線近似的模擬為正弦曲線，由于實(shí)際的尺寸可算得振幅為0.35mm，波長(zhǎng)為2m，所以可以近似求出軌跡方程為：

Y=0.35sinx； 求導(dǎo)得在每個(gè)位置上的轉(zhuǎn)角的正切的大小：

Y’=0.35； 我們可以得到前輪的最大轉(zhuǎn)角為36’。

而小車軌跡的弧長(zhǎng)L=1.636m，當(dāng)振幅為0.35m時(shí)，從峰頂?shù)焦鹊讜r(shí)的弦長(zhǎng)Lab=L*0.35*2=1.1453m，而驅(qū)動(dòng)輪直徑d=182m，周長(zhǎng)C=PI*d，由轉(zhuǎn)向的需要可以得轉(zhuǎn)動(dòng)比為i=1/4

第四篇：無(wú)碳小車設(shè)計(jì)說(shuō)明書.

第三屆全國(guó)大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力

競(jìng)賽

無(wú)碳小車設(shè)計(jì)說(shuō)明書

參賽者：陳文 李志文 黃素昕

指導(dǎo)老師 ：廖志良

2013.4.1

摘要

第三屆全國(guó)大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競(jìng)賽命題主題為“無(wú)碳小車”。在設(shè)計(jì)小車過(guò)程中特別注重設(shè)計(jì)的方法，力求通過(guò)對(duì)命題的分析得到清晰開闊的設(shè)計(jì)思路；作品的設(shè)計(jì)做到有系統(tǒng)性規(guī)范性和創(chuàng)新性；設(shè)計(jì)過(guò)程中綜合考慮材料、加工、制造成本等給方面因素。我們借鑒了參數(shù)化設(shè)計(jì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)等現(xiàn)代設(shè)計(jì)發(fā)發(fā)明理論方法；采用了PROE等軟件輔助設(shè)計(jì)。

我們把小車的設(shè)計(jì)分為三個(gè)階段：方案設(shè)計(jì)、技術(shù)設(shè)計(jì)、制作調(diào)試。通過(guò)每一階段的深入分析、層層把關(guān)，是我們的設(shè)計(jì)盡可能向最優(yōu)設(shè)計(jì)靠攏。

方案設(shè)計(jì)階段根據(jù)小車功能要求我們根據(jù)機(jī)器的構(gòu)成（原動(dòng)機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、控制部分、調(diào)節(jié)部分）把小車分為車架、原動(dòng)機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)六個(gè)模塊，進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)。分別針對(duì)每一個(gè)模塊進(jìn)行多方案設(shè)計(jì)，通過(guò)綜合對(duì)比選擇出最優(yōu)的方案組合。我們的方案為：車架采用三角底板式、原動(dòng)機(jī)構(gòu)采用了錐形軸、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)采用齒輪或沒(méi)有該機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)采用曲柄連桿、行走機(jī)構(gòu)采用單輪驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)差速、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)采用微調(diào)螺母螺釘。其中轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)利用了調(diào)心軸承、關(guān)節(jié)軸承。

技術(shù)設(shè)計(jì)階段我們先對(duì)方案建立數(shù)學(xué)模型進(jìn)行理論分析，借助MATLAB分別進(jìn)行了能耗規(guī)律分析、運(yùn)動(dòng)學(xué)分析、動(dòng)力學(xué)分析、靈敏度分析。進(jìn)而得出了小車的具體參數(shù)，和運(yùn)動(dòng)規(guī)律。接著應(yīng)用PROE軟件進(jìn)行了小車的實(shí)體建模和部分運(yùn)動(dòng)仿真。在實(shí)體建模的基礎(chǔ)上對(duì)每一個(gè)零件進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)，綜合考慮零件材料性能、加工工藝、成本等。

小車大多是零件是標(biāo)準(zhǔn)件、可以購(gòu)買，同時(shí)除部分要求加工精度高的部分需要特殊加工外，大多數(shù)都可以通過(guò)手工加工出來(lái)。對(duì)于塑料會(huì)采用自制的‘電鋸’切割。因?yàn)樾≤囀芰Χ疾淮?，因此大量采用膠接，簡(jiǎn)化零件及零件裝配。調(diào)試過(guò)程會(huì)通過(guò)微調(diào)等方式改變小車的參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)，在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上驗(yàn)證小車的運(yùn)動(dòng)規(guī)律同時(shí)確定小車最優(yōu)的參數(shù)。

目錄

一、設(shè)計(jì)要求 1.1參賽要求

二、方案設(shè)計(jì) 2.1車架 2.2原動(dòng)原理 2.3傳動(dòng)原理 2.4轉(zhuǎn)向原理 2.5行走原理 2.6調(diào)節(jié)原理

三、技術(shù)設(shè)計(jì)

3.1動(dòng)力參數(shù)設(shè)計(jì) 3.2軌道參數(shù)設(shè)計(jì) 3.3傳動(dòng)參數(shù)設(shè)計(jì) 3.4行走參數(shù)設(shè)計(jì) 3.5調(diào)節(jié)參數(shù)設(shè)計(jì) 3.6小車各部件參數(shù)

四、小車的調(diào)試

五、評(píng)價(jià)分析

一、設(shè)計(jì)要求

1.本屆競(jìng)賽主題：

本屆競(jìng)賽主題為“無(wú)碳小車越障競(jìng)賽”。

要求經(jīng)過(guò)一定的前期準(zhǔn)備后，在比賽現(xiàn)場(chǎng)完成一套符合本命題要求的可運(yùn)行裝置，并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)性運(yùn)行考核。每個(gè)參賽作品要提交相關(guān)的設(shè)計(jì)、工藝、成本分析和工程管理4項(xiàng)報(bào)告。

2.競(jìng)賽命題：以重力勢(shì)能驅(qū)動(dòng)的具有方向控制功能的自行小車

設(shè)計(jì)一種小車，驅(qū)動(dòng)其行走及轉(zhuǎn)向的能量是根據(jù)能量轉(zhuǎn)換原理，由給定重力勢(shì)能轉(zhuǎn)換來(lái)的。給定重力勢(shì)能為4焦耳（取g=10m/s2），競(jìng)賽時(shí)統(tǒng)一用質(zhì)量為1Kg的重塊（￠50×65 mm，普通碳鋼）鉛垂下降來(lái)獲得，落差400±2mm，重塊落下后，須被小車承載并同小車一起運(yùn)動(dòng)，不允許從小車上掉落。圖1為小車示意圖。

圖1： 無(wú)碳小車示意圖

要求小車行走過(guò)程中完成所有動(dòng)作所需的能量均由此重力勢(shì)能轉(zhuǎn)換獲得，不可使用任何其他的能量來(lái)源。

要求小車具有轉(zhuǎn)向控制機(jī)構(gòu)，且此轉(zhuǎn)向控制機(jī)構(gòu)具有可調(diào)節(jié)功能，以適應(yīng)放有不同間距障礙物的競(jìng)賽場(chǎng)地。

要求小車為三輪結(jié)構(gòu)，具體設(shè)計(jì)、材料選用及加工制作均由參賽學(xué)生自主完成。3.競(jìng)賽項(xiàng)目I：

競(jìng)賽小車在前行時(shí)能夠自動(dòng)交錯(cuò)繞過(guò)賽道上設(shè)置的障礙物。障礙物為直徑20mm、高200mm的多個(gè)圓棒，沿直線等距離擺放。以小車前行的距離和成功繞障數(shù)量來(lái)綜合評(píng)定成績(jī)。見(jiàn)圖2。

圖2： 無(wú)碳小車在重力勢(shì)能作用下自動(dòng)行走示意圖

二、方案設(shè)計(jì) 2.1車架

車架不用承受很大的力，精度要求低?？紤]到重量加工成本等，車架采用有機(jī)塑料加工制作成三角底板式。

2.2原動(dòng)機(jī)構(gòu)

原動(dòng)機(jī)構(gòu)的作用是將重塊的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為小車的驅(qū)動(dòng)力。能實(shí)現(xiàn)這一功能的方案有多種，就效率和簡(jiǎn)潔性來(lái)看繩輪最優(yōu)。小車對(duì)原動(dòng)機(jī)構(gòu)還有其它的具體要求。1.驅(qū)動(dòng)力適中，不至于小車拐彎時(shí)速度過(guò)大傾翻，或重塊晃動(dòng)厲害影響行走。2.到達(dá)終點(diǎn)前重塊豎直方向的速度要盡可能小，避免對(duì)小車過(guò)大的沖擊。同時(shí)使重塊的動(dòng)能盡可能的轉(zhuǎn)化到驅(qū)動(dòng)小車前進(jìn)上，如果重塊豎直方向的速度較大，重塊本身還有較多動(dòng)能未釋放，能量利用率不高。3.由于不同的場(chǎng)地對(duì)輪子的摩擦摩擦可能不一樣，在不同的場(chǎng)地小車是需要的動(dòng)力也不一樣。在調(diào)試時(shí)也不知道多大的驅(qū)動(dòng)力恰到好處。因此原動(dòng)機(jī)構(gòu)還需要能根據(jù)不同的需要調(diào)整其驅(qū)動(dòng)力。4.機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，效率高。

2.3傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的功能是把動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)傳遞到轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)輪上。要使小車行駛的更遠(yuǎn)及按設(shè)計(jì)的軌道精確地行駛，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)必需傳遞效率高、傳動(dòng)穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單重量輕等。

1.不用其它額外的傳動(dòng)裝置，直接由動(dòng)力軸驅(qū)動(dòng)輪子和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，此種方式效率最高、結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單。在不考慮其它條件時(shí)這是最優(yōu)的方式。

2.帶輪具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳動(dòng)平穩(wěn)、價(jià)格低廉、緩沖吸震等特點(diǎn)但其效率及傳動(dòng)精度并不高。不適合本小車設(shè)計(jì)。

3.齒輪具有效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠、傳動(dòng)比穩(wěn)定但價(jià)格較高。因此在第一種方式不能夠滿足要求的情況下優(yōu)先考慮使用齒輪傳動(dòng)。

2.4轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)

轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)是本小車設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分，直接決定著小車的功能。轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)也同樣需要盡可能的減少摩擦耗能，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，零部件已獲得等基本條件，同時(shí)還需要有特殊的運(yùn)動(dòng)特性。能夠?qū)⑿D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為滿足要求的來(lái)回?cái)[動(dòng)，帶動(dòng)轉(zhuǎn)向輪左右轉(zhuǎn)動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)拐彎避障的功能。能實(shí)現(xiàn)該功能的機(jī)構(gòu)有：凸輪機(jī)構(gòu)+搖桿、曲柄連桿+搖桿、曲柄搖桿、差速轉(zhuǎn)彎等等。

而綜合考慮后，我們決定用凸輪機(jī)構(gòu)+搖桿

優(yōu)點(diǎn)：在理論情況下能比較精確實(shí)現(xiàn)給定的運(yùn)動(dòng)軌跡且結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，而且能實(shí)現(xiàn)連續(xù)不同障礙物間距的調(diào)節(jié)，且面接觸便于潤(rùn)滑，故磨損減小，制造方便。

缺點(diǎn)： 需要的構(gòu)件數(shù)和運(yùn)動(dòng)副數(shù)往往比較多，這樣就使機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工作效率降低，而且機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)規(guī)律對(duì)制造、安裝誤差的敏感性增加；機(jī)構(gòu)中做平面復(fù)雜運(yùn)動(dòng)和作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件所長(zhǎng)生的慣性力難以平衡，在高速時(shí)將引起較大的振動(dòng)和動(dòng)載荷，故連桿機(jī)構(gòu)常用于速度較低的場(chǎng)合。

2.5行走機(jī)構(gòu)

行走機(jī)構(gòu)即為三個(gè)輪子，輪子又厚薄之分，大小之別，材料之不同需要綜合考慮。

有摩擦理論知道摩擦力矩與正壓力的關(guān)系為

M?N??

對(duì)于相同的材料?為一定值。

而滾動(dòng)摩擦阻力

f?MR?N??R，所以輪子越大小車受到的阻力越小，因此能夠走的更遠(yuǎn)。但由于加工問(wèn)題材料問(wèn)題安裝問(wèn)題等等具體尺寸需要進(jìn)一步分析確定。

由于小車是沿著曲線前進(jìn)的，后輪必定會(huì)產(chǎn)生差速。對(duì)于后輪可以采用雙輪同步驅(qū)動(dòng)，雙輪差速驅(qū)動(dòng)，單輪驅(qū)動(dòng)。

雙輪同步驅(qū)動(dòng)必定有輪子會(huì)與地面打滑，由于滑動(dòng)摩擦遠(yuǎn)比滾動(dòng)摩擦大會(huì)損失大量能量，同時(shí)小車前進(jìn)受到過(guò)多的約束，無(wú)法確定其軌跡，不能夠有效避免碰到障礙。

雙輪差速驅(qū)動(dòng)可以避免雙輪同步驅(qū)動(dòng)出現(xiàn)的問(wèn)題，可以通過(guò)差速器或單向軸承來(lái)實(shí)現(xiàn)差速。差速器涉及到最小能耗原理，能較好的減少摩擦損耗，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)滿足要運(yùn)動(dòng)。單向軸承實(shí)現(xiàn)差速的原理是但其中一個(gè)輪子速度較大時(shí)

便成為從動(dòng)輪，速度較慢的輪子成為主動(dòng)輪，這樣交替變換著。但由于單向軸承存在側(cè)隙，在主動(dòng)輪從動(dòng)輪切換過(guò)程中出現(xiàn)誤差導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)不準(zhǔn)確，但影響有多大會(huì)不會(huì)影響小車的功能還需進(jìn)一步分析。

單輪驅(qū)動(dòng)即只利用一個(gè)輪子作為驅(qū)動(dòng)輪，一個(gè)為導(dǎo)向輪，另一個(gè)為從動(dòng)輪。就如一輛自行車外加一個(gè)車輪一樣。從動(dòng)輪與驅(qū)動(dòng)輪間的差速依靠與地面的運(yùn)動(dòng)約束確定的。其效率比利用差速器高，但前進(jìn)速度不如差速器穩(wěn)定，傳動(dòng)精度比利用單向軸承高。

綜上所述比結(jié)合實(shí)際情況采用單輪驅(qū)動(dòng)。

2.6調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)

調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)是小車的重要部分，命題要求改變桿與桿之間的距離。而要達(dá)到這個(gè)要求，我們是通過(guò)改變小車的拐角，在小車行走相同的路程的情況下，改變小車轉(zhuǎn)向輪的偏轉(zhuǎn)弧度范圍，從而改變小車行走的水平距離。也就是通過(guò)增加小車行走路線的振幅來(lái)減少路線的波長(zhǎng)。因此就可以實(shí)現(xiàn)繞過(guò)不同距離桿的目的。

要達(dá)到改變小車導(dǎo)向輪的拐角，我們采用的是以連桿的一端為圓心，以連桿為半徑在曲柄上多開幾個(gè)圓孔。改變連桿與曲柄連接的位置，也就是改變曲柄圓心到連桿連接端的距離來(lái)改變小車導(dǎo)向輪轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。從而實(shí)現(xiàn)繞過(guò)不同距離桿的目的。再通過(guò)改變連桿距底板中心的距離實(shí)現(xiàn)連續(xù)微調(diào)。

三、技術(shù)設(shè)計(jì) 3.1動(dòng)力參數(shù)技術(shù)

我們采用的是物快通過(guò)定滑輪帶動(dòng)梯形原動(dòng)輪，而原動(dòng)輪帶動(dòng)同軸上的大齒輪，大齒輪再傳遞到與車輪相連的小齒輪，從而使小車向前行走。軸的原動(dòng)輪的設(shè)計(jì) 3.1.1 結(jié)構(gòu)圖

.圖3.1 梯形原動(dòng)輪

3.1.2 分析

1）.在起始時(shí)原動(dòng)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑較大，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，有利起動(dòng)。

2）.起動(dòng)后，原動(dòng)輪半徑變小，轉(zhuǎn)速提高，轉(zhuǎn)矩變小，和阻力平衡后小車勻速運(yùn)動(dòng)。

3）.當(dāng)物塊距小車很近時(shí)，原動(dòng)輪的半徑再次變小，繩子的拉力不足以使原動(dòng)輪勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，但是由于物塊的慣性，仍會(huì)減速下降，原動(dòng)輪的半徑變小，總轉(zhuǎn)速比提高，小車緩慢減速，直到停止，物塊停止下落，正好接觸小車。

3.1.3 梯形圓柱原動(dòng)輪的作用

1，剛開始牽動(dòng)繩為小車提供動(dòng)力的部分是梯形圓柱的粗端，這樣能為小車提供較為快捷的動(dòng)力。

2，下落物體不可避免的會(huì)和小車發(fā)生碰撞，這樣當(dāng)物體快要和小車碰撞的時(shí)候牽動(dòng)繩已繞到了梯形圓柱的細(xì)端，這樣能減少物體的下落速度，減少物體和小車碰撞的能量損失。

3.梯形原動(dòng)輪的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)小車的起動(dòng)和物塊的從低速到減速下落。減小因碰撞而損失的能量。

4.利用公式M=F*R,當(dāng)力一定是R越大矩就越大，轉(zhuǎn)動(dòng)的就越快車啟動(dòng)的就快；當(dāng)M已達(dá)到一定的大少保持不變R變小，F(xiàn)就會(huì)增大，從而使物快減速。

3.1.4參數(shù)設(shè)計(jì)

原動(dòng)輪主軸半徑R=7mm 物快下降高度H=400mm 原動(dòng)輪的側(cè)截面周長(zhǎng)C=2πR=2×7×3.14=43.96mm 圈數(shù)N=H÷C=400÷43.96≈9圈

9圈且定齒輪總傳動(dòng)比為1也就是大概可以繞過(guò)18個(gè)桿。

3.2軌道參數(shù)設(shè)計(jì)

32cm98cm

無(wú)碳小車在重力勢(shì)能作用下自動(dòng)行走示意圖

假設(shè)抽選的桿距為1000mm，根據(jù)小車的行走路線近似的模擬為正弦曲線，所以齒輪選擇三角函數(shù)運(yùn)動(dòng)規(guī)律。有實(shí)際的尺寸大小可得振幅為0.32m，波長(zhǎng)為2m，軌跡方程近似為：

Y=0.35sinπx ；

軌道長(zhǎng)度S=4∫（0→π/2）[1+（Y′）2]?dx 最后算得S≈2433mm 過(guò)兩個(gè)桿后小車又回到同一個(gè)位置，及完成一個(gè)周期的行走過(guò)程。而一個(gè)周期的行走位移為2000mm，路線長(zhǎng)度S約為2433mm。

3.3傳動(dòng)參數(shù)設(shè)計(jì)

3.3.1齒輪

傳動(dòng)部分采用的是齒數(shù)比45：15的齒輪。

小齒輪：模數(shù)=1，齒數(shù)=15，外徑=17mm，內(nèi)孔=3mm，厚度：6.5mm 大齒輪：模數(shù)=1，齒數(shù)=45，外徑=47mm，內(nèi)徑=10mm，厚度：10mm

3.3.2傳動(dòng)行程

傳動(dòng)比（傳動(dòng)系數(shù)）：齒輪比乘以后輪直徑，即為傳動(dòng)比。以C代表大齒輪，F(xiàn)代表小齒輪，G代表齒數(shù)比，D代表傳動(dòng)比，M代表轉(zhuǎn)動(dòng)行程，B代表后輪直徑，它們之間關(guān)系用公式表示，即：

D=C÷F×B=GB

由此可見(jiàn)，齒輪比確定之后，傳動(dòng)比是與后輪直徑成正比的。

傳動(dòng)行程：

M=D×π=C÷F×B×π

3.3.3齒輪力的計(jì)算

題目給定重力勢(shì)能4J，重塊1kg；設(shè)總的重量為M，則 M=m（重塊）+m（載荷）+m（車)=1kg+400g+50g=1.45kg 經(jīng)網(wǎng)上查得,橡皮輪胎與干地面之間的動(dòng)摩擦因素為0.71,設(shè)驅(qū)向輪所獲得的摩擦阻力為F，則

F=Mμ=1.45kg*0.71=1.0295N≈1N

3.4行走參數(shù)設(shè)計(jì)

3.4.1后輪直徑

由于軌道的長(zhǎng)度S是確定的，而齒輪也是固定的，根據(jù)傳動(dòng)行程我們可以算出小車后輪的直徑B

S=M=D×π=C÷F×B×π=45÷15×B×3.14=2433mm ∴后輪直徑B≈258mm 3.4.2其他參數(shù)

小車導(dǎo)向輪直徑d定為58mm，寬為8mm，后輪直徑D為258mm，寬6mm。

3.5調(diào)節(jié)參數(shù)設(shè)計(jì)

調(diào)節(jié)參數(shù)設(shè)計(jì)是本次比賽的重點(diǎn)部分，也是設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)，尤其是參數(shù)化這一塊，要定好調(diào)節(jié)裝置中各零件的尺寸大小，還需要大量的反復(fù)的研討與實(shí)驗(yàn)，而在設(shè)計(jì)的初級(jí)階段，我們只能夠去進(jìn)行各零件的估算，沒(méi)有太多的科學(xué)性。連桿L=116mm 圓柄的直徑D=50mm.而小車導(dǎo)向輪擺正位置是連桿接口過(guò)圓柄圓心垂直于地面位置。曲柄為逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，當(dāng)曲柄旋轉(zhuǎn)到圓心，接口與連桿端點(diǎn)三點(diǎn)成一線時(shí)，則小車導(dǎo)向輪擺動(dòng)的幅度最大。當(dāng)接口在圓心的左邊時(shí)小車向右拐，當(dāng)接口在圓心的右邊時(shí)，小車向左拐。而圓柄逆時(shí)針轉(zhuǎn)的一周，小車的導(dǎo)向輪就又回到了初始狀態(tài)，小車就行走一個(gè)周期，也就是小車?yán)@過(guò)兩個(gè)桿。

3.6小車各部件參數(shù)

車身長(zhǎng)L=300mm，車身寬140mm，厚8mm。

后輪直徑D=258mm,寬6mm，導(dǎo)向輪直徑58mm，寬6mm。梯形原動(dòng)輪直徑14mm，長(zhǎng)30mm。

小齒輪：模數(shù)=1，齒數(shù)=15，外徑=17mm，內(nèi)孔=3mm，厚度：6.5mm 過(guò)度齒輪：

大齒輪：模數(shù)=1，齒數(shù)=45，外徑=47mm，內(nèi)徑=10mm，厚度：10mm

圓柄直徑50mm，厚度8mm，連桿長(zhǎng)150mm，直徑5mm。定滑輪直徑28mm，厚12mm，支桿長(zhǎng)500mm，直徑5mm。

四、小車的調(diào)試

小車的調(diào)試是個(gè)很重要的過(guò)程，有了大量的理論依據(jù)支撐，還必須用大量的實(shí)踐去驗(yàn)證。小車的調(diào)試涉及到很多的內(nèi)容，如車速的快慢，繞過(guò)障礙物，小車整體的協(xié)調(diào)性，小車前進(jìn)的距離等。

（1）小車的速度的調(diào)試：通過(guò)小車在指定的賽道上行走，測(cè)量通過(guò)指定點(diǎn)的時(shí)間，得到多組數(shù)據(jù)，從而得出小車行駛的速度，通過(guò)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)小車后半程速度較快，整體協(xié)調(diào)性能不是太好，于是車小了繞繩驅(qū)動(dòng)軸，減小過(guò)大的驅(qū)動(dòng)力同時(shí)也增大了小車前進(jìn)的距離。

（2）小車避障的調(diào)試：雖然本組小車各個(gè)機(jī)構(gòu)相對(duì)來(lái)說(shuō)較簡(jiǎn)單，損耗能量較少，但是避障不是很好，但與此同時(shí)，小車由于設(shè)計(jì)時(shí)采用了多組微調(diào)機(jī)構(gòu)，通過(guò)觀察小車在指定賽道上行走時(shí)避障的特點(diǎn)，微調(diào)螺母，慢慢小車避障性能改善，并做好標(biāo)記。

五 評(píng)價(jià)分析

5.1小車優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：（1）小車機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，單級(jí)齒輪傳動(dòng)，損耗能量少，（2）多處采用可調(diào)機(jī)構(gòu)，便于糾正軌跡，避開障礙物，（3）采用大的驅(qū)動(dòng)輪，滾阻系數(shù)小，行走距離遠(yuǎn)，（4）采用梯形原動(dòng)輪，小車穩(wěn)定性提高，不致使車速過(guò)快，缺點(diǎn)： 小車精度要求高，使得加工零件成本高，以及微調(diào)各個(gè)機(jī)構(gòu)都很費(fèi)時(shí)，避障穩(wěn)定行差，時(shí)而偏左，時(shí)而偏右。

5.2自動(dòng)行走比賽時(shí)的前行距離估計(jì)

通過(guò)理論與實(shí)踐結(jié)合，小車行走距離（包括繞開障礙物）約20米。

5.3改進(jìn)方向

小車最大的缺點(diǎn)是精度要求非常高，改進(jìn)小車的精度要求，使能調(diào)整簡(jiǎn)單，小車便能達(dá)到很好的行走效果。

第五篇：無(wú)碳小車設(shè)計(jì)說(shuō)明書

沈陽(yáng)航空航天大學(xué)

無(wú)碳小車設(shè)計(jì)說(shuō)明書

參賽者：

2010040601213 楊艷超 2010040601208 肖慶敏

2012-9-1

摘要

第二屆全國(guó)大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競(jìng)賽命題主題為“無(wú)碳小車”。在設(shè)計(jì)小車過(guò)程中特別注重設(shè)計(jì)的方法，力求通過(guò)對(duì)命題的分析得到清晰開闊的設(shè)計(jì)思路；作品的設(shè)計(jì)做到有系統(tǒng)性規(guī)范性和創(chuàng)新性；設(shè)計(jì)過(guò)程中綜合考慮材料、加工、制造成本等給方面因素。我們借鑒了參數(shù)化設(shè)計(jì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)等現(xiàn)代設(shè)計(jì)發(fā)發(fā)明理論方法；采用了MATLAB、PROE等軟件輔助設(shè)計(jì)。

我們把小車的設(shè)計(jì)分為三個(gè)階段：方案設(shè)計(jì)、技術(shù)設(shè)計(jì)、制作調(diào)試。通過(guò)每一階段的深入分析、層層把關(guān)，是我們的設(shè)計(jì)盡可能向最優(yōu)設(shè)計(jì)靠攏。

方案設(shè)計(jì)階段根據(jù)小車功能要求我們根據(jù)機(jī)器的構(gòu)成（原動(dòng)機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、控制部分、輔助部分）把小車分為車架、原動(dòng)機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)、微調(diào)機(jī)構(gòu)六個(gè)模塊，進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)。分別針對(duì)每一個(gè)模塊進(jìn)行多方案設(shè)計(jì)，通過(guò)綜合對(duì)比選擇出最優(yōu)的方案組合

技術(shù)設(shè)計(jì)階段我們先對(duì)方案建立數(shù)學(xué)模型進(jìn)行理論分析，借助MATLAB分別進(jìn)行了能耗規(guī)律分析、運(yùn)動(dòng)學(xué)分析、動(dòng)力學(xué)分析、靈敏度分析。進(jìn)而得出了小車的具體參數(shù)，和運(yùn)動(dòng)規(guī)律。接著應(yīng)用PROE軟件進(jìn)行了小車的實(shí)體建模和部分運(yùn)動(dòng)仿真。

小車大多是零件都可以通過(guò)手工加工出來(lái)。對(duì)于塑料會(huì)采用自制的‘電鋸’切割。因?yàn)樾≤囀芰Χ疾淮?，因此大量采用膠接，簡(jiǎn)化零件及零件裝配。調(diào)試過(guò)程會(huì)通過(guò)微調(diào)等方式改變小車的參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)，在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上驗(yàn)證小車的運(yùn)動(dòng)規(guī)律同時(shí)確定小車最優(yōu)的參數(shù)。

關(guān)鍵字：無(wú)碳小車 參數(shù)化設(shè)計(jì) 軟件輔助設(shè)計(jì) 微調(diào)機(jī)構(gòu)

靈敏度分析

一、競(jìng)賽基本內(nèi)容

1.本屆競(jìng)賽命題主題

本屆競(jìng)賽命題主題為“無(wú)碳小車”。命題與高校工程訓(xùn)練教學(xué)內(nèi)容相銜接，體現(xiàn)綜合性工程能力。命題內(nèi)容體現(xiàn)“創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力、制造工藝能力、實(shí)際操作能力和工程管理能力”四個(gè)方面的要求。

2.小車功能設(shè)計(jì)要求

給定一重力勢(shì)能，根據(jù)能量轉(zhuǎn)換原理，設(shè)計(jì)一種可將該重力勢(shì)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能并可用來(lái)驅(qū)動(dòng)小車行走的裝置。該自行小車在前行時(shí)能夠自動(dòng)走成“8”字路線，綜合距離最遠(yuǎn)者獲勝，重塊落下后，須被小車承載并同小車一起運(yùn)動(dòng)，不允許掉落。

要求小車前行過(guò)程中完成的所有動(dòng)作所需的能量均由此能量轉(zhuǎn)換獲得，不可使用任何其他的能量形式。

小車要求采用三輪結(jié)構(gòu)（1個(gè)轉(zhuǎn)向輪，2個(gè)驅(qū)動(dòng)輪），具體結(jié)構(gòu)造型以及材料選用均由參賽者自主設(shè)計(jì)完成。要求滿足：①小車上面要裝載一件外形尺寸為?60×20 mm的實(shí)心圓柱型鋼制質(zhì)量塊作為載荷，其質(zhì)量應(yīng)不小于750克；在小車行走過(guò)程中，載荷不允許掉落。②轉(zhuǎn)向輪最大外徑應(yīng)不小于?30mm。

3.小車的設(shè)計(jì)方法

小車的設(shè)計(jì)一定要做到目標(biāo)明確，通過(guò)對(duì)命題的分析我們得到了比較清晰開闊的設(shè)計(jì)思路。作品的設(shè)計(jì)需要有系統(tǒng)性規(guī)范性和創(chuàng)新性。設(shè)計(jì)過(guò)程中需要綜合考慮材料、加工、制造成本等給方面因素。

小車的設(shè)計(jì)是提高小車性能的關(guān)鍵。在設(shè)計(jì)方法上我們借鑒了參數(shù)化設(shè)計(jì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)等現(xiàn)代設(shè)計(jì)發(fā)發(fā)明理論方法。采用了MATLAB、PROE等軟件輔助設(shè)計(jì)。下面是我們?cè)O(shè)計(jì)小車的流程（如圖一）

圖一

二 方案設(shè)計(jì)

1、基本構(gòu)思

通過(guò)對(duì)小車的功能分析小車需要完成重力勢(shì)能的轉(zhuǎn)換、驅(qū)動(dòng)自身行走、形成固定路線。為了方便設(shè)計(jì)這里根據(jù)小車所要完成的功能將小車劃分為五個(gè)部分進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)（車架、原動(dòng)機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)、微調(diào)機(jī)構(gòu)）。為了得到令人滿意方案，采用擴(kuò)展性思維設(shè)計(jì)每一個(gè)模塊，尋求多種可行的方案和構(gòu)思。在選擇方案時(shí)應(yīng)綜合考慮功能、材料、加工、制造成本等各方面因素，同時(shí)盡量避免直接決策，減少?zèng)Q策時(shí)的主觀因素，使得選擇的方案能夠綜合最優(yōu)。

基本設(shè)計(jì)圖：

圖二

2原動(dòng)機(jī)構(gòu)

原動(dòng)機(jī)構(gòu)的作用是將重塊的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為小車的驅(qū)動(dòng)力。能實(shí)現(xiàn)這一功能的方案有多種，就效率和簡(jiǎn)潔性來(lái)看繩輪最優(yōu)。小車對(duì)原動(dòng)機(jī)構(gòu)還有其它的具體要求。1.驅(qū)動(dòng)力適中，不至于小車拐彎時(shí)速度過(guò)大傾翻，或重塊晃動(dòng)厲害影響行走。2.到達(dá)終點(diǎn)前重塊豎直方向的速度要盡可能小，避免對(duì)小車過(guò)大的沖擊。同時(shí)使重塊的動(dòng)能盡可能的轉(zhuǎn)化到驅(qū)動(dòng)小車前進(jìn)上，如果重塊豎直方向的速度較大，重塊本身還有較多動(dòng)能未釋放，能量利用率不高。3.由于不同的場(chǎng)地對(duì)輪子的摩擦摩擦可能不一樣，在不同的場(chǎng)地小車是需要的動(dòng)力也不一樣。在調(diào)試時(shí)也不知道多大的驅(qū)動(dòng)力恰到好處。因此原動(dòng)機(jī)構(gòu)還需要能根據(jù)不同的需要調(diào)整其驅(qū)動(dòng)力。4.機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，效率高。

基于以上分析我們提出了輸出驅(qū)動(dòng)力可調(diào)的繩輪式原動(dòng)機(jī)構(gòu)。如下圖三

如上圖我們可以通過(guò)改變繩子繞在繩輪上不同位置來(lái)改變其輸出的動(dòng)力。

圖三

3傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的功能是把動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)傳遞到轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)輪上。要使小車行駛的更遠(yuǎn)及按設(shè)計(jì)的軌道精確地行駛，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)必需傳遞效率高、傳動(dòng)穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單重量輕等。

1.不用其它額外的傳動(dòng)裝置，直接由動(dòng)力軸驅(qū)動(dòng)輪子和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，此種方式效率最高、結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單。在不考慮其它條件時(shí)這是最優(yōu)的方式。

2.帶輪具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳動(dòng)平穩(wěn)、價(jià)格低廉、緩沖吸震等特點(diǎn)但其效率及傳動(dòng)精度并不高。不適合本小車設(shè)計(jì)。

3.齒輪具有效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠、傳動(dòng)比穩(wěn)定但價(jià)格較高。因此在第一種方式不能夠滿足要求的情況下優(yōu)先考慮使用齒輪傳動(dòng)。

4轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)

轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)是本小車設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分，直接決定著小車的功能。轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)也同樣需要盡可能的減少摩擦耗能，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，零部件已獲得等基本條件，同時(shí)還需要有特殊的運(yùn)動(dòng)特性。能夠?qū)⑿D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為滿足要求的來(lái)回?cái)[動(dòng)，帶動(dòng)轉(zhuǎn)向輪左右轉(zhuǎn)動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)走固定“8”字路線的功能。能實(shí)現(xiàn)該功能的機(jī)構(gòu)有：凸輪機(jī)構(gòu)+搖桿、曲柄連桿+搖桿、曲柄搖桿、差速轉(zhuǎn)彎等等。

通過(guò)棘形輪的間歇性運(yùn)動(dòng)，使得小車在描紅部分時(shí)，棘輪的帶齒部分未與齒輪嚙合，前輪的轉(zhuǎn)動(dòng)角度不變，當(dāng)小車到達(dá)黑線軌跡部分時(shí)，棘輪的帶齒部分與齒輪嚙合，小車前輪轉(zhuǎn)向發(fā)生變化，進(jìn)入下一個(gè)圓中運(yùn)動(dòng)，一次類推，小車不斷地重復(fù)“8”字，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。

基本成型構(gòu)想：

三

技術(shù)設(shè)計(jì)

技術(shù)設(shè)計(jì)階段的目標(biāo)是完成詳細(xì)設(shè)計(jì)確定個(gè)零部件的的尺寸。設(shè)計(jì)的同時(shí)綜合考慮材料加工成本等各因素。

1、重要技術(shù)

如何兩軌跡中心間的距離可以在300mm~500mm之間發(fā)生變化？

要想達(dá)到這一目的，需要同時(shí)調(diào)節(jié)兩部分，以由大軌跡變到小軌跡為例來(lái)說(shuō)明

（1）通過(guò)減小摩擦輪與摩擦盤中心之間的距離，來(lái)降低后輪與摩擦盤之間傳動(dòng)比，使得小車走過(guò)一個(gè)圓軌跡時(shí)的圈數(shù)變少。

（2）增大小車前輪（即轉(zhuǎn)向輪）的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，來(lái)達(dá)到減小軌跡半徑的目的。為達(dá)到這一目的，可以在圓盤上設(shè)置一可沿一條半徑連續(xù)變化的滑塊，通過(guò)增大滑塊與圓盤中心的距離，來(lái)達(dá)到這一目的。如下：

設(shè)計(jì)圖紙：

2、小車調(diào)試方法

小車的調(diào)試是個(gè)很重要的過(guò)程，有了大量的理論依據(jù)支撐，還必須用大量的實(shí)踐去驗(yàn)證。小車的調(diào)試涉及到很多的內(nèi)容，如車速的快慢，繞過(guò)障礙物，小車整體的協(xié)調(diào)性，小車行走的距離等。

（1）小車的速度的調(diào)試：通過(guò)小車在指定的賽道上行走，測(cè)量通過(guò)指定點(diǎn)的時(shí)間，得到多組數(shù)據(jù)，從而得出小車行駛的速度，通過(guò)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)小車后半程速度較快，整體協(xié)調(diào)性能不是太好，于是車小了繞繩驅(qū)動(dòng)軸，減小過(guò)大的驅(qū)動(dòng)力同時(shí)也增大了小車前進(jìn)的距離。

（2）小車避障的調(diào)試：雖然本組小車各個(gè)機(jī)構(gòu)相對(duì)來(lái)說(shuō)較簡(jiǎn)單，損耗能量較少，但是避障不是很好，但與此同時(shí)，小車由于設(shè)計(jì)時(shí)采用了多組微調(diào)機(jī)構(gòu)，通過(guò)觀察小車在指定賽道上行走時(shí)避障的特點(diǎn)，微調(diào)螺母，慢慢小車避障性能改善，并做好標(biāo)記。

3、小車改進(jìn)方法

由于本組小車采用膠水黏貼各處，雖然少了許多的加工成本費(fèi)用，也避免了能量的過(guò)多損耗，但小車會(huì)有時(shí)出現(xiàn)脫膠的現(xiàn)象，導(dǎo)致無(wú)法前進(jìn)，于是想法改進(jìn)，使小車能量損失減少，同時(shí)故障出現(xiàn)的次數(shù)減少，穩(wěn)定性能較好，總路線最遠(yuǎn)，降低成本。

四 評(píng)價(jià)分析

1、小車優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：（1）小車機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，單級(jí)齒輪傳動(dòng)，損耗能量少，（2）多處采用微調(diào)機(jī)構(gòu)，便于糾正軌跡，避開障礙物，（3）采用大的驅(qū)動(dòng)輪，滾阻系數(shù)小，行走距離遠(yuǎn)，（4）采用磁阻尼，小車穩(wěn)定性提高，不致使車速過(guò)快，缺點(diǎn)： 小車精度要求高，使得加工零件成本高，以及微調(diào)各個(gè)機(jī)構(gòu)都很費(fèi)時(shí)，避障穩(wěn)定行差，時(shí)而偏左，時(shí)而偏右。

2、改進(jìn)方向

小車最大的缺點(diǎn)是精度要求非常高，改進(jìn)小車的精度要求，使能調(diào)整簡(jiǎn)單，小車便能達(dá)到很好的行走效果。同時(shí)可以降低成本，節(jié)約資源。