X X X大學
“S”型無碳小車設計說明書
組員：XXX
XXX
XXX
指導老師：XXX
時間：XXXX年XX月
目錄
1、緒論 3
1.1競賽主題 3
1.2競賽命題 3
1.3小車的設計方法 4
2、方案設計 4
2.1設計思路 4
2.2勢能轉(zhuǎn)換機構 5
2.3原動機構 5
2.4傳動機構 6
2.5轉(zhuǎn)向機構 6
2.6 微調(diào)機構 6
摘要：本小組任務為設計一種能實現(xiàn)s型曲線壁障的無碳小車。該小車的主要結構包含驅(qū)動部分（勢能轉(zhuǎn)換裝置）和轉(zhuǎn)向部分。針對小車起動力矩不穩(wěn)定和小車行駛過程中速度控制的需要等，我們在計算的基礎上設計了錐形（或變半徑型）繞線輪以實現(xiàn)驅(qū)動力可調(diào)。針對小車行駛軌跡不準確以及障礙間距可調(diào)要求，我們設計了可調(diào)轉(zhuǎn)向機構以實現(xiàn)軌跡可調(diào)。另外，針對減輕車身重量和降低車身重心等因數(shù)我們也做了詳細設計考慮。
1、緒論
1.1競賽主題
本屆競賽主題為“無碳小車越障競賽”。
要求經(jīng)過一定的前期準備后，在比賽現(xiàn)場完成一臺符合本命題要求的可運行的機械裝置，并進行現(xiàn)場競爭性運行考核。每個參賽作品需要提交相關的設計、工藝、成本分析和工程管理4個文件及長度為3分鐘的關于參賽作品設計及制作過程的匯報視頻。
1.2競賽命題
本屆競賽命題為“以重力勢能驅(qū)動的具有方向控制功能的自行小車”。
設計一種小車，驅(qū)動其行走及轉(zhuǎn)向的能量是根據(jù)能量轉(zhuǎn)換原理，由給定重力勢能轉(zhuǎn)換而得到的。該給定重力勢能由競賽時統(tǒng)一使用質(zhì)量為1Kg的標準砝碼（￠50×65 mm，碳鋼制作）來獲得，要求砝碼的可下降高度為400±2mm。標準砝碼始終由小車承載，不允許從小車上掉落。Error! Reference source not found.為小車示意圖。
圖 1
要求小車在行走過程中完成所有動作所需的能量均由此給定重力勢能轉(zhuǎn)換而得，不可以使用任何其他來源的能量。
要求小車具有轉(zhuǎn)向控制機構，且此轉(zhuǎn)向控制機構具有可調(diào)節(jié)功能，以適應放有不同間距障礙物的競賽場地。
要求小車為三輪結構。具體設計、材料選用及加工制作均由參賽學生自主完成。
1.3小車的設計方法?
首先，小車的設計一定要做到目標明確，作品的設計需要有系統(tǒng)性規(guī)范性和創(chuàng)新性。設計過程中需要綜合考慮材料?、加工?、制造成本等方面因素。其次，為了降低小車的能量損耗，我們設計的小車主要利用齒輪傳動，因為齒輪的能量利用率達到95%，最后，做到控制調(diào)節(jié)路徑的功能，由于齒輪便于安裝等特點，所以也能運用齒輪傳動達到目的。
2、方案設計?
通過對小車的功能分析，小車需要完成自動避開障礙物，驅(qū)動自身行走，重力勢能的轉(zhuǎn)換功能。所以我們將小車的設計分為以下部分，路徑的選擇，自動轉(zhuǎn)向裝置，能量轉(zhuǎn)換裝置和車架部分。
2.1設計思路?
1.根據(jù)能量守恒定律，物體下落的重力勢能直接轉(zhuǎn)化為小車前進的動力，此時能量損失少，所以小車前進的能量來源于重物下落過程中減少的重力勢能。?
2.根據(jù)小車功能設計的要求，即小車在前行時能夠自動繞開賽場上的障礙物，小車運動的路線需有一定的周期性?？紤]到小車在轉(zhuǎn)向時會受到摩擦等阻力的影響，讓小車行走最遠路程是設計要求的最優(yōu)解。?
3.需要進行結構的設計與成本的分析，同時也需考慮加工工藝的繁瑣程度，力求產(chǎn)品的最優(yōu)設計。
2.2勢能轉(zhuǎn)換機構
勢能轉(zhuǎn)換機構的作用是將重塊的重力勢能轉(zhuǎn)化為小車的驅(qū)動力。能實現(xiàn)這一功能的方案有多種，就效率和簡潔性來看繩輪最優(yōu)。小車對驅(qū)動機構還有其它的具體要求。1）需要驅(qū)動力可調(diào)以實現(xiàn)車速控制。2)由于不同場地摩阻系數(shù)有差別以及系統(tǒng)摩擦等引起的誤差導致對驅(qū)動力要求有變。
基于以上分析我們選擇了輸出驅(qū)動力可調(diào)的繩輪式原動機構（錐形繞線輪）。如下圖圖 2所示。
圖 2
2.3原動機構
原動機構的作用是將重塊的重力勢能轉(zhuǎn)化為小車的驅(qū)動力。能實現(xiàn)這一功能的方案有多種，就效率和簡潔性來看繩輪最優(yōu)。小車對原動機構還有其它的具體要求。1.驅(qū)動力適中，不至于小車拐彎時速度過大傾翻，或重塊晃動厲害影響行走。2.到達終點前重塊豎直方向的速度要盡可能小，避免對小車過大的沖擊。同時使重塊的動能盡可能的轉(zhuǎn)化到驅(qū)動小車前進上，如果重塊豎直方向的速度較大，重塊本身還有較多動能未釋放，能量利用率不高。3.由于不同的場地對輪子的摩擦摩擦可能不一樣，在不同的場地小車是需要的動力也不一樣。在調(diào)試時也不知道多大的驅(qū)動力恰到好處。因此原動機構還需要能根據(jù)不同的需要調(diào)整其驅(qū)動力。4.機構簡單，效率高。
2.4傳動機構
傳動機構的功能是把動力和運動傳遞到轉(zhuǎn)向機構和驅(qū)動輪上。要使小車行駛的更遠及按設計的軌道精確地行駛，傳動機構必需傳遞效率高、傳動穩(wěn)定、結構簡單重量輕等。?
1.不用其它額外的傳動裝置，直接由動力軸驅(qū)動輪子和轉(zhuǎn)向機構，此種方式效率最高、結構最簡單。在不考慮其它條件時這是最優(yōu)的方式。
?2.帶輪具有結構簡單、傳動平穩(wěn)、價格低廉、緩沖吸震等特點但其效率及傳動精度并不高。不適合本小車設計。?
3.齒輪具有效率高、結構緊湊、工作可靠、傳動比穩(wěn)定但價格較高。?
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。
2.5轉(zhuǎn)向機構
轉(zhuǎn)向機構采用曲柄連桿+搖桿機構，該機構運動副單位面積所受壓力較小，且面接觸便于潤滑，故磨損減小，制造方便，已獲得較高精度；兩構件之間的接觸是靠本身的幾何封閉來維系的，它不像凸輪機構有時需利用彈簧等力封閉來保持接觸。
2.6 微調(diào)機構
由于場地的不同，小車的行進軌跡可能會發(fā)生偏移，為了使小車適應不同場地的需求，我們給小車設計了一個微調(diào)機構，綜合各方面的因素，使得小車真正實現(xiàn)微調(diào)，我們選用了絲桿機構，通過絲桿（微調(diào)螺母）使得連接轉(zhuǎn)向機構的滑移小圓柱能夠改變轉(zhuǎn)速，從而改變前輪的轉(zhuǎn)向時間。
3、無碳小車二維圖及整體效果圖
4、后續(xù)優(yōu)化設計構想?
優(yōu)化項目：轉(zhuǎn)角參數(shù)、軌跡參數(shù)、軌跡設計、兩輪距離的確定、輪距樁的距離、平衡問題。