无碳小车走“8”字形越障的设计.
南湖学院
课程设计报告书
题目：无碳小车走“8”字形越障的设计系部：机电系
专业：机械设计制造及自动化
班级：
姓名:
学号:
2012年01月4日
目录
一绪论 (1)
1.1课程设计任务书主题 (1)
1.2小车功能设计要求 (1)
1.3小车整体设计要求 (1)
1.4小车的设计方法 (2)
二方案设计 (2)
2.1车架 (4)
2.2原动机构 (5)
2.3传动机构 (5)
2.4转向机构 (5)
2.5行走机构 (6)
2.6微调机构 (7)
三技术设计 (8)
3.1建立数学模型及参数确定 (8)
3.1.1能耗规律模型 (8)
3.1.2运动学分析模型 (10)
3.1.3动力学分析模型 (13)
3.1.4灵敏度分析模型 (15)
3.1.5参数确定 (16)
3.2零部件设计 (16)
3.3整体设计 (18)
3.3.1整体装配图 (18)
3.3.2小车运动仿真分析 (19)
四小车制作调试及改进 (19)
4.1小车制作流程 (19)
4.2小车调试方法 (19)
4.3小车改进方法 (19)
五评价分析 (19)
5.1小车优缺点 (19)
5.2自动行走比赛时的前行距离估计 (20)
5.3改进方向 (20)
一绪论
1.1课程设计任务书主题
课程设计任务主题为“无碳小车走‘8’字形”。内容体现“创新设计能力、制造工
艺能力、实际操作能力和工程管理能力”四个方面的要求。
1.2小车功能设计要求以重力势能驱动的具有方向控制功能的自行小车。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。小车在半张标准乒乓球台（长1525mm、宽1370mm）上，绕相距500mm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。障碍物为直径20mm、长200mm的2个圆棒，相距500mm距离放置在半张标准乒乓球台的中线上，
以小车完成8字绕行圈数的多少来综合评定成绩。见图。
图：竞赛项目所用乒乓球台及障碍设置图
给定重力势能为4焦耳（取g=10m/s2），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，不允许掉落。
课程设计要求小车前行过程中完成的所有动作所需的能量均由此能量转换获
得，不可使用任他的能量形式。小车要求采用三轮结构（1个转向轮，2个驱动轮），
具体结构造型以及材料选用均由参赛者自主设计完成。要求满足：①小车上面要装
载一件外形尺寸为￠60×20 mm的实心圆柱型钢制质量块作为载荷，其质量应不小于400克；在小车行走过程中，载荷不允许掉落。②转向轮最大外径应不小于￠30mm
1.3小车整体设计要求
1、1个转向轮和2个驱动轮的设计
2、转向轮控制机构的设计计算；
3、轴的设计；
4、轴承的选择；
5、装配图、零件图的绘制；
6、设计计算说明书的编写
1.4小车的设计方法
小车的设计一定要做到目标明确，通过对命题的分析我们得到了比较清晰开阔的设计思路。作品的设计需要有系统性规范性和创新性。设计过程中需要综合考虑材料、加工、制造成本等给方面因素。
小车的设计是提高小车性能的关键。在设计方法上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。
二方案设计
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。
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。
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。如下图一
2.
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）因此不采用 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。
2.5行走机构
行走机构即为三个轮子，轮子又厚薄之分，大小之别，材料之不同需要综合考虑。 有摩擦理论知道摩擦力矩与正压力的关系为
δ?=N M
对于相同的材料δ为一定值。 而滚动摩擦阻力
R N R
M f δ
?=
=
，所以轮子越大小车受到的阻力越小，因此
能够走的更远。但由于加工问题材料问题安装问题等等具体尺寸需要进一步分析确定。
由于小车是沿着曲线前进的，后轮必定会产生差速。对于后轮可以采用双轮同步驱动，双轮差速驱动，单轮驱动。
双轮同步驱动必定有轮子会与地面打滑，由于滑动摩擦远比滚动摩擦大会损失大量能量，同时小车前进受到过多的约束，无法确定其轨迹，不能够有效避免碰到障碍。
双轮差速驱动可以避免双轮同步驱动出现的问题，可以通过差速器或单向轴承来实现差速。差速器涉及到最小能耗原理，能较好的减少摩擦损耗，同时能够实现满足要运动。单向轴承实现差速的原理是但其中一个轮子速度较大时便成为从动轮，速度较慢的轮子成为主动轮，这样交替变换着。但由于单向轴承存在侧隙，在主动轮从动轮切换过程中出现误差导致运动不准确，但影响有多大会不会影响小车的功能还需进一步分析。
单轮驱动即只利用一个轮子作为驱动轮，一个为导向轮，另一个为从动轮。就如一辆自行车外加一个车轮一样。从动轮与驱动轮间的差速依靠与地面的运动约束确定的。其效率比利用差速器高，但前进速度不如差速器稳定，传动精度比利用单向轴承高。
综上所述行走机构的轮子应有恰当的尺寸，可以如果有条件可以通过实验来确定实现差速的机构方案，如果规则允许可以采用单轮驱动。
2.6微调机构
一台完整的机器包括：原动机、传动机、执行机构、控制部分、辅助设备。微调机构就属于小车的控制部分。由于前面确定了转向采用曲柄连杆+摇杆方案，由于曲柄连杆机构对于加工误差和装配误差很敏感，因此就必须加上微调机构，对误差进行修正。这是采用微调机构的原因之一，其二是为了调整小车的轨迹（幅值，周期，方向等），使小车走一条最优的轨迹。
微调机构可以采用下面两种方式微调螺母式、滑块式如图二
图二
由于理论分析与实际情况有差距，只能通过理论分析得出较优的方案而不能得到最优的方案。因此我们设计了一种机构简单的小车，通过小部分的改动便可以改装成其它方案，再通过试验比较得到最优的小车。
三 技术设计
技术设计阶段的目标是完成详细设计确定个零部件的的尺寸。设计的同时综合考虑材料加工成本等各因素。
3.1建立数学模型及参数确定
通过对小车建立数学模型，可以实现小车的参数化设计和优化设计，提高设计的效率和得到较优的设计方案。充分发挥计算机在辅助设计中的作用。
3.1.1能耗规律模型
为了简化分析，先不考虑小车内部的能耗机理。设小车内部的能耗系数为ξ-1，即小车能量的传递效率为ξ。小车轮与地面的摩阻系数为δ，理想情况下认为重块的重力势能都用在小车克服阻力前进上。则有
???????==∑∑==3
1
31*i i i i R N g m N mgh s i i 总ξδ
i N 为第i 个轮子对地面的压力。 i R 为第i 个轮子的半径。 i S 为第i 个轮子行走的距离 总m 为小车总质量
为了更全面的理解小车的各个参数变化对小车前进距离的变化下面分别从1.轮子与地面的滚动摩阻系数、2.轮子的半径、3.小车的重量、4.小车能量转换效率。四方面考虑。
通过查阅资料知道一般材料的滚动摩阻系数为0.1-0.8间。下图为当车轮半径分别为（222mm ，70mm ）摩阻系数分别为0.3，0.4，0.5.....mm 时小车行走的距离与小车内部转换效率的坐标图（图三）
有上图三可知滚动摩阻系数对小车的运动影响非常显著，因此在设计小车时也特别注意考虑轮子的材料，轮子的刚度尽可能大，与地面的摩阻系数尽可能小。
同时可看到小车为轮子提供能量的效率提高一倍小车前进的距离也提高一倍。因此应尽可能减少小车内部的摩擦损耗，简化机构，充分润滑。
图四为当摩阻系数为0.5mm ，车轮半径依次增加10mm 时的小车行走的距离与小车内部转换效率的坐标图
图三
图四
由图可知当小车的半径每增加1cm小车便可多前进1m到2m。因此在设计时应考虑尽
可能增大轮子的半径。
3.1.2运动学分析模型
符号说明：
驱动轮半径
驱动轮A与转向轮横向偏距
驱动轮B与转向轮横向偏距
驱动轴（轴2）与转向轮中心距离
曲柄轴（轴1）与转向轮中心距离
曲柄的旋转半径
摇杆长
轴的绳轮半径2r a 、驱动：
当重物下降dh 时，驱动轴（轴2）转过的角度为2θd ，则有
22r dh d =
θ
则曲柄轴（轴1）转过的角度
i
d d 2
1θθ=
小车移动的距离为（以A 轮为参考）
2θd R ds ?=
b 、转向：
当转向杆与驱动轴间的夹角α为时，曲柄转过的角度为1θ 则α与1θ满足以下关：
()()1
22
12
112
22cos sin sin cos 1θθαα?+?-?++-?=r r c b c l
解上述方程可得1θ与α的函数关系式
()1θαf =
c 、小车行走轨迹
只有A 轮为驱动轮，当转向轮转过角度α时，如图： 则小车转弯的曲率半径为
1
tan a b +=αρ
小车行走ds 过程中，小车整体转过的角度
ρ
βds
d =
当小车转过的角度为β时，有
??
??=?-=β
βcos sin ds dy ds dx
d 、小车其他轮的轨迹
以轮A 为参考，则在小车的运动坐标系中，B 的坐标()()0,21a a B +- C 的坐标()d a C ,- 在地面坐标系中，有
??
??+-=?+-=ββsin )(cos )(2121a a y y a a x x A B A B ??
?-?+=-?-=β
βββsin cos sin cos 11a d y y d a x x A C A C
整理上述表达式有：
???
???
??
???
???
???
????
?
???
?+?-=-?-=?+-=?+-=?=?-==+=+?-?++-===ββββββββρβαρθθααθθθcos sin sin cos sin )(cos )(cos sin tan cos )sin sin ()cos 1(1121211122
1211222212
2d a y y d a x x a a y y a a x x ds dy ds dx ds d a b r r c b c l i d d r
dh d A C A C A B A B
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
2
21
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(12
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
2
4
1bB
M c c μσ=
对于连杆的拉力c F ，有
l
r c 1
1sin 2sin θθ?=
2
1
cos )cos 1(arcsin
2
c c l c θααπ
θ?-?--=
1
2sin 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 '
]
)[(2
321a a m I I A +-+='ρ（平行轴定理）
)
()(212
21a 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 a
R a A =
整理上述表达式得：
3.1.4灵敏度分析模型
小车一旦设计出来在不改变其参数的条件下小车的轨迹就已经确定，但由于加工误差和装配误差的存在，装配好小车后可能会出现其轨迹与预先设计的轨迹有偏离，需要纠正。其次开始设计的轨迹也许并不是最优的，需要通过调试试验来确定最优路径，着同样需要改变小车的某些参数。为了得到改变不同参数对小车运行轨迹的影响，和指导如何调试这里对小车各个参数进行灵敏度分析。通过MATLAB编程得到
幅值周期方向
i -0.0117 -0.09158 528.135
b 176.5727 -35.3795 578.82
R -0.3163 16.39132 528.1437
a1 1.465469 -0.27592 528.5547
曲柄半径r1 23.71445 -18.9437 535.3565
d 0.040819 -117.738 528.1465
转向杆的长-1.63769 3.525236 527.5711
连杆长度-176.955 -196.268 477.3561
3.1.5参数确定
单位：m
转向轮与曲柄轴轴心距 b=0.15;
摇杆长c=0.06;
驱动轮直径D=0.355;
驱动轮A与转向轮横向偏距a1=0.08
驱动轮B与转向轮横向偏距a2=0.08;
驱动轴与转向轮的距离d=0.18;
曲柄长r1=0.01347;
绳轮半径r2=0.006
3.2零部件设计
需加工的零件：
a．驱动轴
6061空心铝合金管。外径6mm 内径3mm
b．车轮
聚甲醛板（POM板材）。厚度：8mm，规格尺寸：600*1200mm 2.2可购买的标准件：
b．RBL关节轴承1个：SQ 5-RS
d．深沟球轴承1个
e．圆柱直齿轮1对
小齿轮：模数=1，齿数=15，外径=17mm，内孔=3mm，厚度：6.5mm
大齿轮：模数=1，齿数=45，外径=47mm，内径=10mm，厚度=10mm
材质：夹布塑料
3.3整体设计
3.3.1整体装配图
3.3.2小车运动仿真分析
为了进一步分析本方案的可行性，我们利用了proe和MATLAB进行了动态仿真。
四小车制作调试及改进
4.1小车制作流程
详见工艺分析方案报告
4.2小车调试方法
小车的调试是个很重要的过程，有了大量的理论依据支撑，还必须用大量的实践去验证。小车的调试涉及到很多的内容，如车速的快慢，绕过障碍物，小车整体的协调性，小车前进的距离等。
（1）小车的速度的调试：通过小车在指定的赛道上行走，测量通过指定点的时间，得到多组数据，从而得出小车行驶的速度，通过试验，发现小车后半程速度较快，整体协调性能不是太好，于是车小了绕绳驱动轴，减小过大的驱动力同时也增大了小车前进的距离。
（2）小车避障的调试：虽然本组小车各个机构相对来说较简单，损耗能量较少，但是避障不是很好，但与此同时，小车由于设计时采用了多组微调机构，通过观察小车在指定赛道上行走时避障的特点，微调螺母，慢慢小车避障性能改善，并做好标记。
4.3小车改进方法
由于本组小车采用胶水黏贴各处，虽然少了许多的加工成本费用，也避免了能量的过多损耗，但小车会有时出现脱胶的现象，导致无法前进，于是想法改进，使小车能量损失减少，同时故障出现的次数减少，稳定性能较好，避障多，前进远。
另外，本组采用微调机构，但通过计算编程发现要求精度非常高，改变0.001mm都可能使小车偏离原轨道，于是想法改进使小车精度降低，加工成本也减低。
五评价分析
5.1小车优缺点
优点：（1）小车机构简单，单级齿轮传动，损耗能量少，
（2）多处采用微调机构，便于纠正轨迹，避开障碍物，
（3）采用大的驱动轮，滚阻系数小，行走距离远，
（4）采用磁阻尼，小车稳定性提高，不致使车速过快，
缺点：小车精度要求高，使得加工零件成本高，以及微调各个机构都很费时，避障稳定行差，时而偏左，时而偏右。
5.2自动行走比赛时的前行距离估计
通过理论与实践结合，小车行走距离（包括绕开障碍物）约20--25米。
5.3改进方向
小车最大的缺点是精度要求非常高，改进小车的精度要求，使能调整简单，小车便能达到很好的行走效果。
8字无碳小车方案设计_获奖-catia-不完全齿轮设计
构件介绍、方案设计及计算过程为了更好地求解参数，必须先对小车的各个构件进行介绍。构件介绍如下：
方案设计 1.机构设计 1. 1原动机构 原动机构的作用是将重物的重力势能转化为小车的驱动力，我们选择了结构简单、易于制作的绳轮式机构。 1.2 传动机构 传动机构的作用是将重物的重力势能传给小车的驱动轮，产生驱动力，使小车以一定的速度行驶。由于齿轮机构具有效率高、传动比确定、工作可靠性高的优点，所以我们选择齿轮传动。 传动原理：重物下落由线带动主动轴转动，通过齿轮5与齿轮6的啮合，主动轴带动从动轴2转动，轴2通过齿轮1与齿轮2的啮合带动轴1转动，从而带动整个小车向前运动。 1.3 转向机构 转向机构能够改变小车运动方向，实现小车按预定轨迹的运动。在本小车设计设计中，我们将T型转块、槽1、连杆、槽2组成连杆机构用于控制前轮的转向。 轴2转动带动不完整齿轮3转动，轴2每转一周，不完整齿轮3便会与齿轮4接触一次并使齿轮4转过半周，即轴3转过半周。轴3带动由T型转块、槽1、连杆、槽2组成的连杆机构控制前轮的转向。轴3每转动半周，前轮方向便会改变一次，不完全齿轮3与齿轮4不接触时，前轮会保持一定角度使车沿着指定半径的圆绕杆行走，小车从一个圆进入另一个圆，走的轨迹为一不规则圆弧，经计算其长度与小车所走相同弧度的圆弧的比值在误差范围以内，故可以按圆弧计算。 1.4 微调机构 微调机构属于小车的控制部分，能够使小车完成绕不同距离障碍物的比赛，我们采用的是滑块式微调机构（见图1）。 固定导轨可以沿着微调槽移动，并用用螺丝紧固与微调槽上，从而使得连杆水平移动，实现车转向的微调。
无碳小车设计说明书一等奖作品
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 -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，力求经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创造理论方法；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。经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，经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。 小车大多是零件是标准件、能够购买，同时除部分要求加 工精度高的部分需要特殊加工外，大多数都能够经过手工加工 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。调试过程会 经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 (3) 一绪论 (7) 1.1本届竞赛命题主题 (7) 1.2小车功能设计要求 (7) 1.3小车整体设计要求 (8)
8字无碳小车设计方案讲课稿
“8”字无碳小车设计方案一绪论 1.竞赛题目 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。该给定重力势能由竞赛时统一使用质量为1Kg的标准砝码（￠50×65 mm，碳钢制作）来获得4J能量，要求砝码的可下降高度为400±2mm。标准砝码始终由小车承载，不允许从小车上掉落。图1为小车示意图。 图一 要求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，不可以使用任何其他来源的能量。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。在300～500mm范围内产生一个“8”字型赛道障碍物间距值。 2.工作原理 重物块从距小车底板400mm的高处下落，带动主动轴转动，使小车运动，再通过齿轮传动和转向结构，实现在转动一定周期时，小车进行方向的改变，从而实现8字的运动轨迹。 3.设计方法 通过对命题的分析，我们小组有了一个比较清晰的思路。我们在网上搜集资料，对每个结构的各种方案进行了比较，再结合我们的实际情况和自己想法，最后确定了以下结构。对于各种参数的确定，我们只要是对齿轮进行了计算，其他参数是在原有的基础上进行了修改。在设计过程中，我们主要采用了Auto CAD、Solidworks软件进行辅助设计。
二设计部分 1车架 车架受力小，精度要求低，考虑到铝板密度小，强度对于小车也足够，而且方便加工，故本次制作选择3mm厚铝板。 由于我们是后轮单轮驱动，前导向轮与驱动轮的横向距离过大会使小车在绕行8字时轨迹不对称，即一个圆大一个圆小。为避免这种情况我们将驱动轮与导向轮的横向距离取消。 2原动机构 原动机构是把重物的重力势能转化为小车动能的装置。 要求 1.驱动力适中，不至于小车转弯时速度过大倾翻。 2.启动时提供足够的加速度使小车开始行走。 3.到达终点时的速度要尽可能小，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，不仅浪费了重物的动能，下落时对车架的冲击还会影响小车的运动。 4.不同场地对驱动力的要求不同，因此原动机构需要能调节驱动力。
“8”型路线无碳小车的设计(全套图纸)
原创通过答辩毕业设计说明书论文QQ 194535455 摘要 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。 本小车是对“无碳”理念的探索与开发，对未来“无碳”的憧憬，小车构思巧妙，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。“无碳小车”系第二届全国大学生工程训练综合能力竞赛命题主题，目前实验阶段已经完成。 小车的设计分为三个阶段：方案设计、技术设计、制作调试。方案设计阶段根据小车功能要求根据机器的构成（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。技术设计阶段采用了PROE等软件进行辅助设计。小车大多是零件是标准件、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。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。 关键词：无碳小车；方案设计；模块化设计；8型路线
Abstract Coal is a valuable wealth of human nature, but because of the huge demand for coal and meager coal resources dwindling. As enhance awareness of energy saving and environmental protection, zero-carbon concept is increasingly being put on the research project. Cleaner, more environmentally friendly, more energy, more efficient idea is taking hold. Issue, later expanded and further developed. "Zero-carbon cars" of the second national students ' comprehensive ability of engineering training race in thesis theme, the current experimental phase has been completed. Car design is divided into three phases: design, technical design, making debugging. Programme design stage based on the car features under the machine's composition (original mechanism, actuator, actuator, control section, Assistant section) original car into the frame, body, transmission, steering agencies, travel agencies, fine-tune the bodies of six modules, modular design. Technical design stage using PROE software for aided design. Car most parts are standard parts, you can purchase, while some require high processing precision parts require special processing, most are available through the manual process. Debugging changes by way of fine tuning parameters of the car testing, experimental validation on the basis of the car in motion at the same time determine the optimal parameters for car. Key words:Carbon-free cares; design; modular design;8-courses
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。
凸轮8字无碳小车设计报告
凸轮8字无碳小车设计报告
目录 一、设计要求 (4) 1.1功能分析阶段............................... .... (4) 1.2参数分析与个性化设计阶段 (4) 1.3制造阶段 (4) 1.4调试阶段 (4) 二、正式设计 (5) 2.1机械总功能分解及功能元解…………………………………………………
(6) 2.2机构选型与方案对比 (6) 2.2.1机构选型的基本原则 (6) 2.3势能转化机构分析 (7) 2.3.1重物锥台轮机构功能元解的优缺点 (7) 2.3.2重物飞轮机构功能元解的优缺点 (7) 2.3.3发条弹簧机构功能元解的优缺点 (8) 2.3.4橡皮筋结构功能元解的优缺点 (8) 2.6直线行走位移机构分析 (8) 2.6.1后双轮差速驱动功能元解的优缺
点 (8) 2.7前轮摆动机构分析 (9) 2.7.1凸轮推杆机构功能元解的优缺点 (9) 2.7.2曲柄摇杆机构功能元解的优缺点 (9) 2.7.3圆轮导杆机构功能元解的优缺点 (10) 2.8中间传动机构分析 (10) 2.8.1齿轮传动机构功能元解的优缺点 (10) 2.8.2皮带轮传动机构功能元解的优缺点 (11) 2.9组合方案择优并确定辅助、控制机构 (11) 2.9.1辅助机构之车架分析……………………………………………………….1 1
2.9.2控制机构之微调机构分析 (1) 1 三、技术设计.......................................................................................1 2 3.1建立8字轨迹理想模型......................................................................1 2 3.2、solidworks toolbox凸轮设计及其相关参数的确定： (12) 3.3建立小车数学模型…………………………………………………………….1 3 3.3.1小车转弯状态分析 (15) 3.4动力学分析模型 (18) 3.5参数确定…………………………………………………
8字无碳小车工程管理设计报告
第三届全国大学生无碳小车越障竞赛
工程管理设计报告
总 3 页 产品名称 零件名称
第 1 页 无碳小车
编号： 生产纲领 生产批量
500 台/年 42 台/月
1、工程管理方案概述
为实现安全、文明生产，保证按期供货，降低总成本，提高经济效益，对无碳小车的生产进行了工程管理设计。 装 年生产 500 台无碳小车，属中批量生产。无碳小车的大部分零件属于中高精度，必须保证每个零件的加工精度。通过相应的工程管理，使同种 零件应具有互换性、可靠性。例如：前轮支撑架等零件的生产工艺主要包括：车削、铣削和钳工修整。 生产过程中需要的一些标准件，如：轴承、螺钉、齿轮等外购。金属模铸造和热处理等工艺外协加工，其它工序及总装自主完成。
2、生产过程组织
①生产过程空间组织设计： 学校名称：扬州大学 针对无碳小车按每月 42 台的生产方式，综合考虑生产组织柔性，按工艺原则布置设施。无碳小车的生产工艺主要包括车、铣、线切割、钳。 ②生产过程时间组织设计： 订 根据无碳小车的主要零件的工艺特点，结合生产空间的布置原则，生产过程的时间组织选择顺序移动的方式。
3、主要设备资源配置
①确定生产节拍：无碳小车月产 42 台，按照一个月工作 22 天，每天一班工作 8 小时，时间利用率设为 90%，计算该零件的生产节拍为： r=Fe/N=(F0×g)/N=22×8×90%×60/42=226min/台 其中，r—节拍，Fe—计划期有效工作时间，N—计划期制品产量，F0—制度工作时间，g—时间有效利用系数。 ②确定流水线生产设备数量：针对无碳小车的主要加工件，由中批量生产工艺过程卡片得知，CD6140 车削加工工时 T1 为 59min，铣削加工工 线 时 T2 为 76min，钻床加工工时 T3 为 32min。生产的设备数为： H 普车 =T1/r=59/226=0.26； H 铣 =T2/r=51/226=0.23； H 钻=T3/r=32/226=0.14 因此，无碳小车零件加工成组流水生产线需要 CD6140 普通车床、普通铣床、台钻各 1 台。
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S型无碳小车-结构设计方案
S型无碳小车-结构设计方案
第五届全国大学生工程训练综合能力竞赛（广西赛区） The 5th National Undergraduate Engineering Training Integration Ability Competition（Guangxi Division） 结构设计方案Structure Design Scheme 编 号 （此栏由赛务 工作人员填写） 第一幅照片（小车正面） （注意照片的放置方向与页面方向一致， 照片上不允许出现参赛学校信息，阅后删除。）
第二幅照片（小车侧面） （注意照片的放置方向与页面方向一致， 照片上不允许出现参赛学校信息，阅后删除。） 装 学校名称：
第五届全国大学生工程训练综合能力竞赛（广西赛区） The 5th National Undergraduate Engineering Training Integration Ability Competition（Guangxi Division） 结构设计方案Structure Design Scheme 参赛项目 S 1、设计思路 1.根据比赛要求，为使无碳小车达到绕桩前进的目的，无碳小车应实现两个功能：重力势能转换为小车的动能和转向轮周期性的转向。小车结构有原动机构、传动机构、转向机构、微调机构与车身及其他辅助零件。原动机构的作用是将重锤的重力势能转化为小车前行的驱动力，能实现这一功能的方案有多种，但就效率和简洁性来看绳轮最优。传动机构要求能量损耗少、传动比精确，故优先选用齿轮机构。转向机构要求控制精度高、摩擦损失小，选用空间曲柄摇杆机构。微调机构是小车柔性的体现，调整它能使小车能够适应不同的障碍物间距，无碳小车的微调主要体现在对曲柄长度和连杆长度的微调。为减轻车身质量同时保证小车刚度要求，小车采用铝板作为底板材料，上面安装轴承座以支撑输入轴、驱动轴、吊挂重物的立杆等，小车转向轮的支撑架也固定在底板上。 2..通过计算并确定两齿轮的的传动比i，并实现小
最佳无碳小车设计一等奖样本
第二届全国大学生工程训练综合能力竞赛 无碳小车设计 参赛者: 张雪飞赵鹏飞刘述亮 指导老师: 朱政强戴莉莉 -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” 小 无碳车”。在设计小车过程中特别注重设计的方法, 力求经过对命题 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创造理论方法；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。经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, 经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。 小车大多是零件是标准件、能够购买, 同时除部分要求加工精度
无碳小车—结构设计方案
根据本届竞赛题目对无碳小车（以下简称：小车）功能设计、徽标设计的要求，我们首先确定如下的设计思路： 1、根据能量守恒定律，物块下落的重力势能直接转 化为小车前进的动能时，能量损失最少，所以小 车前进能量来源直接由重物下落过程中减少的 重力势能提供为宜。 2、根据小车功能设计要求（小车在前行时能够自动 避开赛道上设置的障碍物），小车前进的路线具 有一定的周期性；考虑到小车转向时速度有损 失，小车前进的线路是命题设计要求的最优解。 3、结构的设计与成本分析、加工工艺设计统筹考 虑，力求产品的最优化设计。 4、徽标反映本届竞赛主题：无碳小车
以下是具体的设计方案介绍： 一、徽标设计（图1） 图1 （1）设计说明： 整个徽标是一个椭圆形的圈，包围着一个车轮，车轮下面写着“No Carbon”的字样。其中，车轮代表着我们所做的无碳小车。其后面是由众多抽象的“S”形条纹组成，代表着我们的无碳小车由所要求的“S”形跑到飞驰而出。其下的“No Carbon”字样简单明了地说明了这届大赛的主题，并且外面的椭圆圈，代表着能量的意识，说明了势能与动能相互转换的过程。最后，以整体上看，整个图形像一只眼睛。看着远方，对未来全球实现无碳充满希望。 （2）材料：45钢 （3）制作：激光打标机喷漆 外圈红色R：255 G：0 B：0 内圈红色R：170 G：0 B：0 “No”R：85 G：85 :B：:85 “Carbon”R：170 G：0 B：0
车轮R ：255 G ：85 B ：85 “S ”R ：255 G ：85~170 B ：0~85 二、小车动力、动力—转向、转向系统 1、小车的动力系统（图2） （1）方案： 根据竞赛命题要求（小车前行过程中完成的所有动作所需的能量均重物下落减少重力势能转换获得，不可使用任何其他的能量形式）及能量守恒定律，物块下落的重力势能直接转化为小车前进的动能时，能量损失最少，所以以绳拉力为动力为宜。拉力作用于锥型原动轮（以下简称：原动轮）上，形成力矩，力矩对该原动轮产生转动效应，通过一系列齿轮的传动，将动力输出，使后轮转动，小车前进。 （2）以上方案作用： ①由于设计该小车的前进过程是 静止—加速—匀速—减速 的过程，所以开始时拉力的作用点处在原动轮半径较大处，并且随 着小车的前进，拉力作用点距离原动轮的轴线的距离呈递减的线
“8”型路线无碳小车的设计-任务书
江西农业大学毕业设计(论文)任务书 设计（论文） “8”型路线无碳小车的设计 课题名称 学生姓名院（系）工学院专业机制 指导教师职称讲师学历硕士 毕业设计（论文）要求： 1、在设计过程当中，要求态度端正，积极主动，认真细心； 2、查阅大量的文献资料，按时完成设计任务； 3、绘制零部件、各机构总装配图毕业设计； 4、按要求完成设计说明书完成word文档（说明书7000—8000字，说明书撰写格式详见 工学院网站，毕业设计有关内容），并打印装订成册； 5、通过设计实践，使进一步了解一般机械设计的设计过程，培养学生综合运用机械设计 原理分析问题和解决问题的能力，从中掌握方案设计的方法和步骤。 毕业设计（论文）内容与技术参数： 1.无碳小车由车板，三个行走轮。利用将1Kg重物下降40cm的势能为驱动力，使三 轮小车绕间距为80cm障碍物走8形路线，使小车绕行圈数尽可能多。小车前轮为 独轮，后为双轮，有转向机构。 2.要求分析设计小车总体结构，合理设计控制机构，设计的机构性能良好，结构简 单，制造方便。 3.要求分析计算小车运动分析，并计算理论行走距离（考虑各环节摩擦损耗）， 4.绘制主要零件图，部装图，总装配图等，共大于2张0号图纸。 5.机构运动简图的机构布置合理，减速机构选型适当。 毕业设计（论文）工作计划： 2012.12.01—2013.01.15 分析设计方案，查阅相关资料，实际考察设计的用途和前途。 2013.01.16—2013.02.28 绘制设计方案图，查阅设计的相关资料，确定相关的技术参数编辑整个设计方案的思路。 2013.03.01—2013.05.08 完善设计图纸，整理设计说明书，最后完成定稿。 接受任务日期年月日要求完成日期年月日学生签名年月日指导教师签名年月日系（部）主任签名年月日
8字无碳小车设计方案.pdf
“8”字无碳小车设计方案 一绪论 1.竞赛题目 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。该给定重力势能由竞赛时统一使用质量为1Kg的标准砝码（￠50×65 mm，碳钢制作）来获得4J能量，要求砝码的可下降高度为400±2mm。标准砝码始终由小车承载，不允许从小车上掉落。图1为小车示意图。 图一 要求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，不可以使用任何其他来源的能量。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。在300～500mm范围内产生一个“8”字型赛道障碍物间距值。 2.工作原理 重物块从距小车底板400mm的高处下落，带动主动轴转动，使小车运动，再通过齿轮 传动和转向结构，实现在转动一定周期时，小车进行方向的改变，从而实现8字的运动轨迹。 3.设计方法 通过对命题的分析，我们小组有了一个比较清晰的思路。我们在网上搜集资料，对每个结构的各种方案进行了比较，再结合我们的实际情况和自己想法，最后确定了以下结构。对于各种参数的确定，我们只要是对齿轮进行了计算，其他参数是在原有的基础上进行了修改。 在设计过程中，我们主要采用了Auto CAD、Solidworks软件进行辅助设计。
二设计部分 1车架 车架受力小，精度要求低，考虑到铝板密度小，强度对于小车也足够，而且 方便加工，故本次制作选择3mm厚铝板。 由于我们是后轮单轮驱动，前导向轮与驱动轮的横向距离过大会使小车在绕行8字时轨迹不对称，即一个圆大一个圆小。为避免这种情况我们将驱动轮与导向轮的横向距离取消。 2原动机构 原动机构是把重物的重力势能转化为小车动能的装置。 要求 1.驱动力适中，不至于小车转弯时速度过大倾翻。 2.启动时提供足够的加速度使小车开始行走。 3.到达终点时的速度要尽可能小，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，不仅浪费了重物的动能，下落时对车架的冲击还会影响小车的运动。 4.不同场地对驱动力的要求不同，因此原动机构需要能调节驱动力。
8字无碳小车毕业设计说明书
摘要 此次毕业设计的课题是“8字无碳小车”。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、微调机构等六个模块，进行模块化设计。分别针对每一个模块进行多种方案设计，通过综合对比选择出其中的最优的方案组合。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+槽轮机构、行走机构采用单轮驱动实现差速、微调机构选用微调螺母螺钉。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，利用MATLAB分别进行了能耗规律分析、运动学分析、动力学分析以及灵敏度分析。从而得到了小车的具体参数和运动规律。然后应用PROE软件进行了小车实体建模和小车部分运动仿真。在实体建模的基础之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、成本等各种因素。 小车使用的零件大多是是标准件、可以购买，同时除部分要求加工精度高的部分需要特殊的加工外，大多数零件都可以通过手工加工出来。对塑料可采用切割。且因为小车受到的力都不大，因此大量采用胶接，这样可简化零件及零件装配。调试过程会通过微调等方式改变小车参数进行试验，在试验的基础上验证小车运动规律，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
无碳小车设计方案
大学机械设计制造及其自动化特色专业 实践报告 设计项目：工业产品力学分析实践、工业产品材料分析与设计实践 班级： 实践小组名称： 报告撰写人： 提交日期：2012/6/17 大学机电工程系
目录 1 设计任务 (4) 1.1无碳小车整体动力学分析报告 (4) 1.2无碳小车各构件材料力学性能分析报告 (4) 1.3无碳小车典型零件材料组织分析 (4) 2 设计过程 (4) 2.1 机构设计 (4) 2.2 机构简图分析 (5) 2.2.1主要机构组成 (5) 2.2.2原理 (5) 2.2.3自由度分析 (5) 2.3 机构立体图分析 (6) 2.3.1车架 (8) 2.3.2原动机构 (8) 2.3.3转向机构 (8) 2.3.4行走机构 (9) 2.4 参数分析模型 (9) 2.4.1 动力学分析模型 (9) 2.4.2运动学分析模型 (10) 2.4.3急回运动特性、传动角、死点分析 (11) 2.4.4灵敏度分析模型 (12) 2.4.5参数确定 (13) 2.5零部件设计 (13)
3设计结果与总结 (14) 4参考文献 (14) 附：Matlab编程源代码 (15)
1 设计任务 1.1无碳小车整体动力学分析报告 含无碳小车各机构运动学分析（运动轨迹计算、机构各构件长度尺寸确定等） 无碳小车动力学分析，各运动副摩擦分析、各构件受力分析。 要求Matlab编程计算（附源代码） 1.2无碳小车各构件材料力学性能分析报告 含各构件强度分析、刚度分析 基于结构安全的无碳小车各构件结构优化方案。 要求Matlab编程计算（附源代码） 1.3无碳小车典型零件材料组织分析 取无碳小车中典型金属材料进行材料组织分析，给出3种以上材料试样制作方法、组织 照片等。 2 设计过程 2.1 机构设计 行进动作分解 小车主要由四个机构组成：发条动力机构、齿轮传动机构、曲柄连杆机构、连杆前轮转向机构。
无碳小车设计说明书
无碳小车设计说明书 为响应“低碳生活”的号召，我们应该节能减排，以优化环境。作为学生，我们更应践行。我们通过学习和实践，以及运用机械制造的原理，物理学等等方面的知识，设计了s型的无碳小车。我们对它进行了严密的构思与计算，并结合实际进行了材料与运动的分析。 设计思路 1.根据能量守恒定律，物体下落的重力势能直接转化为小车前进的动力，此时能量损 失少，所以小车前进的能量来源于重物下落过程中减少的重力势能。 2.根据小车功能设计的要求，即小车在前行时能够自动绕开赛场上的障碍物，小车运 动的路线需有一定的周期性。考虑到小车在转向时会受到摩擦等阻力的影响，让小 车行走最远路程是设计要求的最优解。 3.需要进行结构的设计与成本的分析，同时也需考虑加工工艺的繁琐程度，力求产品 的最优设计。 小车的原理分析及构架设计 1.小车的质量要适中，以此来保证车的稳定性。质量若太大，则会增加阻力。 2.应采取齿轮传动和连杆机构，同步带的精度不高，也可避免传动效率的低下。 3.传动的力与力矩要适中，保证加速度的适中。 4.相对运动的精度要保证，以减少摩擦，保证力量的充分利用。 5.S型的路线转弯半径要适中，保证其行程。 6.选择大小适中的轮子，轮子太大，稳步性降低。 7.采用轴承，螺纹连接，用三根圆柱支撑，以此挂系重物，转向时则采用连杆机构。 小车的转向机构 转向轮及转向机构如图所示。转向采用连杆机构传动，转向轮固定在支架上。当齿轮转动时，带动连杆运动，根据惯性，使转动轮运动方向发生改变。
小车的驱动原理 重物的牵引带动栓线轴的转动，以此带动齿轮的转动，通过齿轮的啮合带动驱动轴与齿轮的转动，使驱动轮转动，带动着小车的前进；同时也带动着摇杆的转动，使推杆左右动的同时，前后运动。在推杆与摇杆之间，有套筒相连，保证其作圆周运动。杆偏转，使转动轮偏转，根据驱动轮与转动轮的合运动，小车就可以走S型。 栓线处为梯形原动轮。起始时，原动轮的转动半径较大，起动转矩大，有利起动。 其次，起动后，原动轮的半径变小，转速提高，转矩变小，和阻力平衡后作匀速运动。原动轮的半径变小，使总转速比提高。小车缓慢减速，直到停止，物块停止下落，正好接触小车。 加工工艺的设计 1.小车底板部分挖空，减轻了整体的质量。 2.重物支撑架用三根圆柱杆支撑，有助于其稳定性。 3.后轮的大小适中，直径为182mm。 4.载物放置靠近轴处，稳定重心。 小车加工的尺寸 关于齿轮： 小齿轮A：M=1，Z=15，最大直径=15，尺宽b=6.5; 齿轮B: M=1,Z=45,最大直径=45,b=10; B与A传动比i=1/3； 齿轮C：M=1，Z=60，最大直径=60,b=10; C与A传动比i=1/4； 车轮厚度均为4mm，总高度H=515mm,总宽d=164mm. 小车计算的公式及推理 1.大轮半径为R，重物下降dh，转轴①半径为r1 ，转过角度dθ 1 ;同时转轴②半径 r2,转过角度dθ2，转轴③转过角度dθ3. 齿轮啮合组⑴的传动比为i1,齿轮啮合组⑵的传动比为i2 ; 公式：dh=r1dθ1 dθ2=dθ1/i1 dθ3=dθ 2 ＊i2=dθ1＊i1＊i2
无碳小车走“8”字形越障的设计
南湖学院 课程设计报告书 题目：无碳小车走“8”字形越障的设计系部：机电系 专业：机械设计制造及自动化 班级： 姓名: 学号: 2012年01月4日
目录 一绪论 (1) 1.1课程设计任务书主题 (1) 1.2小车功能设计要求 (1) 1.3小车整体设计要求 (1) 1.4小车的设计方法 (2) 二方案设计 (2) 2.1车架 (4) 2.2原动机构 (5) 2.3传动机构 (5) 2.4转向机构 (5) 2.5行走机构 (6) 2.6微调机构 (7) 三技术设计 (8) 3.1建立数学模型及参数确定 (8) 3.1.1能耗规律模型 (8) 3.1.2运动学分析模型 (10) 3.1.3动力学分析模型 (13) 3.1.4灵敏度分析模型 (15) 3.1.5参数确定 (16) 3.2零部件设计 (16) 3.3整体设计 (18) 3.3.1整体装配图 (18) 3.3.2小车运动仿真分析 (19) 四小车制作调试及改进 (19) 4.1小车制作流程 (19) 4.2小车调试方法 (19) 4.3小车改进方法 (19) 五评价分析 (19) 5.1小车优缺点 (19) 5.2自动行走比赛时的前行距离估计 (20) 5.3改进方向 (20)
一绪论 1.1课程设计任务书主题 课程设计任务主题为“无碳小车走‘8’字形”。内容体现“创新设计能力、制造工 艺能力、实际操作能力和工程管理能力”四个方面的要求。 1.2小车功能设计要求以重力势能驱动的具有方向控制功能的自行小车。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。小车在半张标准乒乓球台（长1525mm、宽1370mm）上，绕相距500mm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。障碍物为直径20mm、长200mm的2个圆棒，相距500mm距离放置在半张标准乒乓球台的中线上， 以小车完成8字绕行圈数的多少来综合评定成绩。见图。 图：竞赛项目所用乒乓球台及障碍设置图 给定重力势能为4焦耳（取g=10m/s2），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，不允许掉落。 课程设计要求小车前行过程中完成的所有动作所需的能量均由此能量转换获 得，不可使用任他的能量形式。小车要求采用三轮结构（1个转向轮，2个驱动轮）， 具体结构造型以及材料选用均由参赛者自主设计完成。要求满足：①小车上面要装 载一件外形尺寸为￠60×20 mm的实心圆柱型钢制质量块作为载荷，其质量应不小于400克；在小车行走过程中，载荷不允许掉落。②转向轮最大外径应不小于￠30mm 1.3小车整体设计要求 1、1个转向轮和2个驱动轮的设计 2、转向轮控制机构的设计计算； 3、轴的设计； 4、轴承的选择；
无碳小车结构设计方案样本
无碳小车结构设计 方案
第五届全国大学生工程训练综合能力竞赛 The 5th National Undergraduate Engineering Training Integration Ability Competition 结构设计方案 Structure Design Scheme 编 号 （此栏由赛务工作人员填 写） 装 订 学校名称：湖南文理学院芙蓉学院 参赛项目：无碳小车
第五届全国大学生工程训练综合能力竞赛 The 5th National Undergraduate Engineering Training Integration Ability Competition 结构设计方案 Structure Design Scheme 参赛项目 无碳小车S 型赛道 4、结构设计创新特色说明 小车设计一定要做到目标明确,经过对命题的重复研究得到一些启发,今年的命题相对于往年, 有较大的改变,规则改为经现场公开抽签，在±200～300mm 范围内产生一个“S ”型赛道第一轮障碍 物 间 距 变 化 值 和 变 化 方 向 。 竞赛小车在前行时能够自动绕过赛道上设置的障碍物，如图2。赛道宽度为2米，障碍物为直径20mm 、高200mm 的圆棒，沿赛道中线从距出发线1米处开始按间距1米摆放，摆放完成后，将偶数位置的障碍物按抽签得到的碍物间距变化值和变化方向进行移动（正值远离，负值移近），形成的即为竞赛时的赛道。这样一来就不能借鉴往年的方案,同时还必须综合考虑材料、加工、制 造、成本等各方面因素考虑。 小车的传动比和转向机构的设计是小车性能的关键。在设计方法上我们借鉴参数化设计，优化设计，系统设计等现代设计创造理论，采用CAD,PROE 等软件辅助设计设计流程如下图： ’ 产品名称 小车 共 7 页 第 2 页 编 号 装 订 学校名称：湖南文理学院芙蓉学院 参赛项目：无碳小车
八字形无碳小车设计
重力势能驱动的“8”字型题目： 自控越障车设计 姓名：赵洋 学号: 201301020060002 专业：机械电子工程 班级：2013级01班 学院：机电工程学院 指导教师：沈学会 完成时间：
毕业设计（论文）诚信声明书 本人声明：本人赵洋（学号：201301020060002 ）所提交的毕业论文《重力势能驱动的“8”字型自控越障车设计》是本人在指导教师沈学会老师指导下独立研究、写作的成果，论文中所引用他人的无论以何种方式发布的文字、研究成果，均在论文中加以说明；有关教师、同学和其他人员对本文的写作、修订提出过并为我在论文中加以采纳的意见、建议，均已在我的致谢辞中加以说明并深致谢意。 学生（签字）：时间：年月日 指导教师已阅（签字）：时间：年月日 毕业设计（论文）版权使用授权书 本毕业设计《重力势能驱动的“8”字型自控越障车设计》是本人；赵洋（学号：201301020060002）在校期间所完成学业的一部分，是在指导教师沈学会老师的指导下独立完成的。本人同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的印刷件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权山东协和学院可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。 学生（签字）：时间：年月日 指导教师已阅（签字）：时间：年月日
摘要 我的毕业设计题目是“重力势能驱动的“8”字型自控越障车设计”。设计过程中小车的设计方法极其关键，首先论文思路要明确；而在设计过程中，选材、建模以及加工过程中要考虑充分。我借鉴了一些现代发明理论例如对系统、参数的优化设计等；并采用了WINDOWS、MATLAB、PROE等辅助设计软件。 根据方案我将小车的机器构成分为六个部分，进行分步设计。针对每一个部件设计切合的方案，通过筛选对比选出其中最好的方案组合。我的方案最终确定为：选用三角底板式车架、锥形轴原动结构、传动结构选用齿轮或无需该机构、采用槽轮结构及曲柄连杆作为转向机构、行走结构采用单轮驱动实现差速、微调结构采用微调螺母螺钉。 在设计阶段我先建立了模型进行分析，利用TMATLAB对能耗、运动、动力及灵敏度等方面进行了分析。进而获取了一部分有关小车运动的数据。然后用PROE 三维软件模拟小车的实体建模以及模拟小车的部分运动。 根据方案我将小车的机器构成分为六个部分，进行分步设计。针对每一个部件设计切合的方案，对塑料可采用切割，因为小车只是个试验模型，所以部分零件采用了木板、塑料等轻便材料，因为零件大多采用胶水衔接。在调试过程中只需要微调便可改变小车参数，在设计阶段我先建立了模型进行分析，利用TMATLAB 对能耗、运动、动力及灵敏度等方面进行了分析。方便试验的过程中验证小车运动规律，确立小车最优的参数。 关键词：8字型轨迹无碳参数辅助微调机构灵敏度