第一篇：无碳小车的原理与计算

　　无碳小车的原理与计算

　　原理介绍

　　一．连动原理：

　　我们使用了凸轮转向机构来实现转向轮的转向功能。具体方法如下：

　　在齿轮的外侧表面上制作凸圆形的内槽道，滚子置于槽道内。滚子与连杆以转动副相连，连杆与转向把以转动副连接，这样，当齿轮转动时，凸圆槽道在转动过程中就会推动连杆做进给运动，实现转向把转动可控制转向轮的方向。

　　我们将凸轮设计成内凹槽轨道凸轮机构，而外形设计成齿轮，这样的设计有以下优点：

　　1.凸轮起到了齿轮和凸轮的双重作用，一轮两用有利于我们的加工，节约成本和加工时间减少重量。

　　2.使用内凹槽轨道与滚子连接可以使装置的稳定性增强，不会产生脱扣滑扣得困扰。

　　二．驱动原理：

　　绳拉力为动力。将物块下落的势能尽可能多的转换为小车的动能，进而克服阻力做功。物块在下落的过程中不可避免的要与小车发生碰撞，碰撞过程必然要有能量损失。要解决的问题：

　　1下降过程中，尽可能的降低下落的速度；

　　2在小车运动中，会受到转弯时的向心力做离心运动，从而不稳定，会导致轨道变形。解决方案：

　　1.把绕线轮设计成锥形，在开始运动时绕线轮的半径较大，使得开始有足够的驱动力使小车驱动。在驱动之后，绕线轮的半径较小，使小车能在运动中持续稳定。

　　2.在重物周围加三根垂直细杆，固定重物的下落轨迹，保持小车的稳定。

　　无碳小车计算

　　一．受力计算：

　　小车质量P0，小车驱动力矩M，物块质量m, D轮子直径，Φ拉力轴直径 M=F0×D/ 2 M由G获取

　　M=G×Φ / 2=F0×D/ 2

　　此时 F0=G× Φ /D

　　二．摩擦计算：

　　S为小车行走距离，mm，η为小车总效率，F0为小车牵引力，F0 × S=G× 400mm× η

　　S=G× 400mm× η / F0

　　前面防滑计算得出：F0 ＜ F=M（小车）g × f 为了增大小车行走距离，为了避免能量损失不打滑，在保证能够驱动小车行走的前提下，F0 越小越好。

　　具体数据的计算：

　　在确定驱动轮半径长度时，通过8字曲线的长度来确定，在定量凸轮制成后由实验准确数据测得8字曲线长度，换算得来。

　　具体数据还与所给的特定路线有关，需要进行大量的计算，在实际应用中进行不断的改进。

　　第二篇：无碳小车

　　第四届全国大学生工程训练综合能力竞赛

　　命题说明及赛项安排

　　（讨论稿）

　　1.竞赛主题

　　本届竞赛主题为“无碳小车越障竞赛”。

　　要求经过一定的前期准备后，在比赛现场完成一台符合本命题要求的可运行的机械装置，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个文件及长度为3分钟的关于参赛作品设计及制作过程的汇报视频。

　　2.竞赛命题

　　本届竞赛命题为“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来。该给定重力势能，在竞赛时统一使用质量为1Kg的标准砝码（￠50×65 mm，碳钢制作）铅垂下降来获得。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1 无碳小车示意图

　　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。具体设计、材料选用及加工制作均由参赛学生自主完成。3.竞赛安排

　　参赛队由3名在校本科大学生和1名指导教师及1名领队组成，参加校、省及全国竞赛。

　　3.1 本校制作

　　参赛队按本竞赛命题的要求，在各自所在的学校内，自主设计，独立制作出一台参赛小车。允许为参赛小车命名，并在参赛小车上制作标识。

　　3.2 集中参赛

　　1)携带在本校制作完成的小车作品参赛。

　　2)报到时提交参赛作品的结构设计方案、工程管理方案、加工工艺方案及成本分析方案共4个文件（分别提交纸质版文件一式2份、电子版文件1份），文件按竞赛秘书处发布的统一格式编写。

　　3)提交1份3分钟的视频，(格式要求： MPEG文件，DVD-PAL 4:3，24位，720 x576，25 fps，音频数据速率 448 kbps杜比数码音频 48KHz)，视频的内容是关于本队参赛作品赛前设计及制作过程的汇报及说明。4)提交PPT文件 1份，内容是阐述小车的设计、制作方案说明及体会。

　　3.3 方案文件要求

　　1）结构设计方案文件

　　完整性要求：小车装配图1幅、要求标注所有小车零件（A3纸1页）

　　装配爆炸图1幅（所用三维软件自行选用，A3纸1页）传动机构展开图1幅（A3纸1页）设计说明书1-2页（A4）

　　正确性要求：传动原理与机构设计计算正确，选材和工艺合理； 创新性要求：有独立见解及创新点；

　　规范性要求：图纸表达完整，标注规范；文字描述准确、清晰。2）工艺设计方案文件

　　按照中批量（500台/年）的生产纲领，自选作品车上一个较复杂的零件，设计并提交工艺设计方案报告（A4，2－3页）。要求采用统一的方 案文件格式（网上下载）。3）成本分析方案文件

　　分别按照单台小批量和中批量（500台/年）生产纲领对作品小车产品做成本分析。内容应包含材料成本、加工制造成本两方面（A4，2－3页）。要求采用统一的方案文件格式（网上下载）。4）工程管理方案文件

　　按照中批量（500台/年）对作品小车产品做生产工程管理方案设计（A4，2－3页）。要求目标明确，文件完整，计划合理，表达清楚。采用统一的方案文件格式（网上下载）。4.竞赛项目

　　经现场公开抽签，在700～1300mm范围内产生一个新的“S”型赛道障碍物间距值，在300～500mm范围内产生一个新的“8”字型赛道障碍物间距值。

　　4.1 参赛小车拆装调试

　　各队选派2名队员，对本队参赛小车上的所有零件进行拆卸，然后，根据公开抽签产生的新的障碍物间距重新调整装配小车。裁判人员根据爆炸图检查。拆装工具自带，现场将提供钳工台。如需使用机床加工，可提出申请，经裁判批准，可到车间进行普车、普铣、钻孔等常规加工作业，所需刀具和量具自备。对违反规定的行为按减分法处理。

　　本项竞赛内容应在规定时间内完成，逾时不能进入后续比赛。

　　4.2 3D打印设计及制作

　　各队的第三名队员，根据抽签产生的题目，独立进行3D打印设计及制作。本项内容应在规定时间内完成，违规减分，逾时不能进入后续比赛。

　　4.3 “S”型赛道场地常规赛

　　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。障碍物为直径20mm、高200mm的圆棒，沿赛道中线等距离摆放。以小车前行的距离和成功绕障数量来评定成绩。

　　图2 无碳小车在重力势能作用下自动行走示意图

　　参加“S”型赛道竞赛的参赛队，携带重新调整装配后的小车，加载由竞赛组委会统一提供的标准砝码，在指定的赛道上进行比赛。赛道宽度为2米，出发端线距第一个障碍及障碍与障碍之间的间距均相同，具体数值由4.1环节抽签产生。小车出发位置自定，但不得超过出发端线和赛道边界线。每队小车运行2次，取2次成绩中的最好成绩。

　　小车有效的绕障方法为：小车从赛道一侧越过一个障碍后，整体越过赛道中线且障碍物不被撞倒或推出障碍物定位圆；连续运行，直至小车停止。小车有效的运行距离为：停止时小车最远端与出发线之间的垂直距离。

　　4.4 “8”字型赛道场地常规赛

　　小车在半张标准乒乓球台（长1525mm、宽1370mm）上，绕两个障碍物按“8”字型轨迹运行。障碍物为直径20mm、长200mm的2个圆棒，相距一定距离放置在半张标准乒乓球台的中线上，该距离由4.1环节抽签产生，以小车完成8字绕行圈数的多少来评定成绩，见图3。

　　图3 “8”字型赛道竞赛所用乒乓球台及障碍设置图

　　参加“8”字型赛道竞赛的参赛队，使用重新调整装配后的小车及组委会统一提供的标准砝码参赛。出发点自定，每队小车运行2次，取2次成绩中最 好成绩。

　　一个成功的8字绕障为：两个封闭图形轨迹和轨迹的两次变向交替出现，变向指的是：轨迹的曲率中心从轨迹的一侧变化到另一侧。

　　比赛中，小车需连续运行，直至停止。小车没有绕过障碍、碰倒障碍、将障碍物推出定位圆区域、砝码脱离小车、小车停止或小车掉下球台均视为本次比赛结束。

　　4.5 场地挑战赛

　　本项比赛为最小障碍物间距挑战赛，分为“S”型赛道和“8”字型赛道两项进行。“S” 型赛道，要求完成连续10个障碍物成功绕行，“8”字型赛道，要求完成连续10个完整“8”字绕行。

　　每个参赛队可以报名参加一项挑战赛，挑战赛需提前报名，并提交挑战的最小障碍物间距和按报名最小障碍物间距成功运行的视频记录资料。根据报名成绩排序，按选出“S”赛项和“8”赛项分别选出10个队进入挑战赛。

　　挑战赛可以使用与常规赛不同的小车，但所用小车应符合命题要求。完成10个障碍或10个完整“8”字绕行的参赛队，按障碍物最小间距的数值，计算成绩，数值相同时，按完成时间的长短，计算成绩。间距越小，时间越短，成绩越高。

　　4.6 现场问辩

　　根据参赛队数量，经各队自愿申请或通过抽签产生参加答辩环节的参赛队。答辩问题涉及本队参赛作品的设计、制造工艺、成本及管理等相关知识。参与答辩的参赛队按答辩得分由高到低排序，得分高于答辩平均分的队将获得总分加分，得分低于答辩平均分的队将获得总分减分。

　　5.奖项分配

　　常规赛“S”型赛道组和“8”字型赛道组各设一、二、三等奖，一等奖30%，二等奖30%，其余为三等奖、优秀奖和无奖。

　　挑战赛“S”型赛道组和“8”字型赛道组各设第一、第二、第三名奖，其余挑战成功的队获颁挑战赛成功奖。

　　全国大学生工程训练综合能力竞赛秘书处

　　2014.4.12

　　第三篇：无碳小车设计方案

　　无碳小车设计方案

　　小车设计

　　1：工作原理

　　如图（1）所示为小车的示意图：

　　图（1）

　　先由重物长带（1）上，由于重力的作用，带向下运动，带动轮轴转动，这时候，车轮转动，同时，轮轴通过短带（2）带动轮盘（3）的转动，轮盘（3）带动导向轮（4）的右边的转向杆（5）前后摆动，实现车的转向。

　　2：动力装置

　　图（2）

　　一）：传动的选择及其原理：

　　可以利用带传动，因为带传动比较容易实现，同时也容易保证较好的传动比。如图（2）传动：

　　二）：传动比与路程的设计计算：

　　由于带传动的过程中，圆周走过的路程的相同的所以下面的车轮轴也走过了 S轴圆周=S落差=500mm

　　因为R车轮/R轴=S车/S落差，那么可以设计自己不同的轴来保证行走最远的距离。取 R车轮/R轴=S车/S落差=8

　　取 R轴=15mm

　　则 R车轮=120mm。

　　则车可以行走距离为 S车/=500*8=4000mm 3：转向装置

　　图（2）

　　一）：转向装置的选择：

　　选择采用空间四杠机构来实现转向，其原理是利用曲柄摇杆机构曲柄转一圈，摇杆转动一定角度，原理如图（2）：

　　在连杆与小车导向杆之间利用球铰连接，因为要实现不同方向的转动。

　　二）：工作原理：

　　用车轮轴带动轮盘（1），用轮盘（1）作为四杠机构的曲柄，杠（2）是其连杆，杠（3）是摇杆，轮盘（1）转动一圈，杠（3）摆动一定的角度，通过行使的路程，计算好每个转弯的的位置，以实现转弯。

　　三）：计算：

　　设计轮盘（1）每转动一圈，小车穿过一个障碍物，所以小车走1m车轴转动圈数为： 1000/（3.14*120）=2.65

　　轮轴带轮盘（1）传动比为 R轮盘（1）/R车轴=2.65:1

　　所以带轮盘（1）直径为 R轮盘（1）=2.65*15=39.8mm

　　设计工艺

　　（1）小车的地板采用的是硬制透明的塑料，它可以减轻小车的重量，减少与地面摩擦而产生的能量损失。

　　（2）皮带可以采用拉的相对比较紧些，这样就比较容易拉动周的转动。

　　（3）所有转动副连接处，都采用球轴承，可以减小摩擦，同时可以保证运动的准确性。

　　（4）后轮作为驱动轮，需要与地面之间有相对比较大的摩擦力，这样可以更好的带动小车的运动。

　　（5）在连杆与小车导向杆之间利用球铰连接，因为要实现不同方向的转动。

　　（6）前轮的支撑杆子要垂直。并且要可以灵活绕着轴线转动。这样才能很好的实现转弯。

　　（7）支撑长皮带轮的杠子要与后轮的轴线垂直。

　　成本分析

　　（1）皮带：计

　　元（2）底盘：计 元

　　（3）车轮：后轮 元，导向轮(前轮)元 ,共计 元（4）空间曲柄摇杆机构：共计

　　元（5）带轮：计 元

　　（6）其它：装皮带上的小盒，计 元（7)成本总计：共计 元

　　管理方案设计

　　1：人力资源配置

　　小组共四人组成：学生三名，导师一名。导师统筹整个无碳小车的设计，组员们在导师的指引下一起探讨和设计、制作方案。

　　2：进度计划与控制设计方案

　　方案初定于11月10日，11月15日之前提交设计方案。得到批准后立即开始加工设计，预计11月末完成比赛作品与无碳小车的调试工作。

　　3：质量管理设计

　　完全按照小车需要的精度与要求进行小车零部件加工，特殊部位进行特殊加工。使小车能尽可能达到走的更远的目标。

　　第四篇：无碳小车设计

　　无 碳 小 车 设 计 方 案

　　一． 设计结构组成

　　重物，齿轮，连杆，摇杆，飞轮，曲柄圆轮，车轮，车体。二． 设计图

　　图1 驱动部分

　　图2 转向部分

　　图3 转向部分

　　三． 设计图说明 1.驱动部分

　　如图1所示，驱动轮通过小车斜面与重物相连，重物下落，与斜

　　面作用，驱动车轮转动，将重物下落的部分重力势能转化为小车的动能。2.转向部分

　　如图2、3所示，曲柄圆轮通过齿轮与主轴相连，通过连杆的作用，将圆轮的纵向转动转化为转向摇杆的摇动，进而带动前轮呈“S”型路线前进。

　　第五篇：关于无碳小车加工情况汇总

　　关于无碳小车加工情况汇总

　　工程训练中心：

　　机械工程学院参加大学生综合训练竞赛共五组成员，现图纸已基本完成，需请训练中心予以加工（所需加工清单附后），部分所需材料小组自备，还需材料清单如下：

　　铝合金：小齿轮：直径60mm 厚度30mm圆柱 或长宽高=60x60x30的板材

　　大齿轮：直径210x210x15圆柱 或长宽高=210x210x15的板材

　　铝板：100x100x3板材40x40x3板材

　　60*250*10板材150*100*12板材

　　230*700*3板材

　　120*300*2板材 铝棒：直径4mm 长度100mm 铝棒

　　直径10mm 长度150mm 铝

　　直径20mm 长度180mm 铝棒 直径35mm 长度100mm 铝棒

　　有机玻璃：车板：长宽高=440x230x5的板材 尼龙：后轮：直径200mm 厚度30mm的圆柱

　　前轮：直径50mm 厚度80mm的圆柱

　　线轮：直径20

　　厚度20mm的圆柱 Q235：轴：直径20mm 长度500mm的圆柱

　　直径6mm 长度600mm的圆柱

　　直径10mm 长度350mm的圆柱

　　板：长宽高=85x10x10的板材

　　重物：直径为60mm 高度为80mm的圆柱

　　直径为50mm 高度为65mm圆柱（重1KG）铁丝：直径为6mm 长度为350mm的铁丝

　　直径为4mm 长度为300mm的铁丝

　　附：1.各小组成员及导师名单联系方式；

　　2.需加工物品总清单。

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