第一篇：s型無碳小車的研究

s型無碳小車的研究

摘 要：“無碳小車”是根據(jù)能量轉(zhuǎn)換原理，將給定的重力勢能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能驅(qū)動(dòng)小車行走并能夠在前行時(shí)自動(dòng)避開賽道上設(shè)置的障礙物的裝置。該小車由能量轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)和車身構(gòu)成，通過能量轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)獲得動(dòng)力來驅(qū)動(dòng)后輪轉(zhuǎn)動(dòng)，再通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)將運(yùn)動(dòng)傳給轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)使轉(zhuǎn)向輪周期性轉(zhuǎn)向從而自動(dòng)避開障礙物。

關(guān)鍵詞：無碳小車；參數(shù)化設(shè)計(jì)；三維軟件設(shè)計(jì)；ProE軟件設(shè)計(jì)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.07.184

0 引言

?S著社會(huì)科技的發(fā)展，人們的生活水平的提高，無碳對于人們來說，顯得越來越重要，建設(shè)無碳社會(huì)，使得生活更加的環(huán)保，沒有任何的污染。節(jié)能、環(huán)保、方便、經(jīng)濟(jì)，是現(xiàn)代社會(huì)所提倡的。現(xiàn)在許多發(fā)達(dá)國家都把無碳技術(shù)運(yùn)用到各個(gè)領(lǐng)域，像交通，家具等，這也是我國當(dāng)今所要求以及努力的方向。針對目前這一現(xiàn)狀，我們設(shè)計(jì)了無碳小車模型，用重力勢能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能提供了一種全新的思路，以便更好的解決以上問題。無碳小車的設(shè)計(jì)思路

1.1 能量轉(zhuǎn)化方面

所給定的能量是以物塊下降將重力勢能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的方式來得到，我們采用的是直接轉(zhuǎn)化，通過重物下落來帶動(dòng)齒輪軸上的繞線輪的轉(zhuǎn)動(dòng)通過齒輪傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)后軸轉(zhuǎn)動(dòng)，以此來達(dá)到重力勢能轉(zhuǎn)為機(jī)械能驅(qū)動(dòng)小車行走、轉(zhuǎn)向。考慮到小車路線的準(zhǔn)確性，要求重物下落應(yīng)較緩慢，而且小車是由靜止出發(fā)，且開始的啟動(dòng)力矩較大，繞線輪采用塔型，來調(diào)節(jié)扭矩，以確保小車平穩(wěn)啟動(dòng)，并且緩慢勻速運(yùn)動(dòng)。

1.2 驅(qū)動(dòng)方面

由上面的能量轉(zhuǎn)化部分得到了小車后軸的驅(qū)動(dòng)源，再通過齒輪傳遞動(dòng)力來改變傳動(dòng)比，調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)輪行程距離和轉(zhuǎn)向角度和時(shí)間，使兩者協(xié)調(diào)，達(dá)到完成要求的路徑。根據(jù)各種數(shù)據(jù)以及要求，為了使重物落下相同距離時(shí)，小車在水平面上的前進(jìn)的路程能夠盡量的長，同時(shí)考慮傳動(dòng)效率的其他因素，我們確定兩齒輪的傳動(dòng)比為四，小齒輪裝在后輪軸上，大齒輪裝在齒輪軸上。

1.3 轉(zhuǎn)向方面

由上面得到的齒輪軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，連接前輪的轉(zhuǎn)向軸上的橫銷，兩者之間的連接用連個(gè)關(guān)節(jié)軸承，在整個(gè)車的行進(jìn)過程中將實(shí)現(xiàn)后輪轉(zhuǎn)2 圈前輪支架軸的來回扭轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)一個(gè)周期的運(yùn)動(dòng)從而使小車能夠符合運(yùn)動(dòng)軌跡要求。無碳小車模型設(shè)計(jì)

2.1 小車總體設(shè)計(jì)步驟

2.2 小車爆炸圖

2.3 小車裝配圖結(jié)語

無碳小車的功能運(yùn)用proe進(jìn)行了仿真分析，結(jié)果可以達(dá)到要求，盡管現(xiàn)在小車的功能拓展還有待研究，但是提供給我們一個(gè)今后節(jié)能減排的方向，經(jīng)過實(shí)際測試，1kg重物從40cm出下落，小車可以走接近20m，符合預(yù)期的結(jié)果。但是在這個(gè)過程中依然存在問題，proe軟件的使用不太方便，仿真分析的結(jié)果不夠精確，總體來說，這個(gè)項(xiàng)目可以在保證娛樂性的同時(shí)，讓讀者們學(xué)到很多知識。小車依然有進(jìn)步的空間，我們有理由相信小車可以有很大的進(jìn)步。

參考文獻(xiàn)：

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第二篇：S型無碳小車設(shè)計(jì)說明書

第三屆全國大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力

競賽

無碳小車設(shè)計(jì)說明書

目錄

一 緒論 1.1本屆競賽命題主題 1.2小車功能設(shè)計(jì)要求 1.3小車整體設(shè)計(jì)要求 二 方案設(shè)計(jì)

2.1 路徑的選擇

2.2 差速問題解決

2.3 重物與后輪的連接問題 2.4 轉(zhuǎn)向裝置 三 參數(shù)的設(shè)計(jì)

3.1 路徑參數(shù)的確定

3.2 其他參數(shù) 四 小車的工程圖 4.1小車各裝配圖 4.2小車CAD工程圖 五 功能分析

六 選材與加工分析

一 緒論

1.1本屆競賽命題主題

本屆競賽命題主題為“無碳小車”。要求經(jīng)過一定的前期準(zhǔn)備后，在集中比賽現(xiàn)場完成一套符合本命題要求的可運(yùn)行裝置，并進(jìn)行現(xiàn)場競爭性運(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)成績考核作業(yè)。在設(shè)計(jì)小車過程中特別注重設(shè)計(jì)的方法，力求通過對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)。

1.2小車功能設(shè)計(jì)要求

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，由給定重力勢能轉(zhuǎn)換來的。給定重力勢能為4焦耳（取g=10m/s2），比賽時(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： 無碳小車示意圖

競賽小車在前行時(shí)能夠自動(dòng)交錯(cuò)繞過賽道上設(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)量來綜合評定成績。見圖2。

圖2： 無碳小車在重力勢能作用下自動(dòng)行走示意圖

1.3小車整體設(shè)計(jì)要求

無碳小車體現(xiàn)了大學(xué)生的創(chuàng)新能力，制作加工能力，解決問題的能力。并在設(shè)計(jì)過程中需要考慮到材料、加工、制造成本等各方面因素，并且小車具有下列要求：

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

2.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賽場地。

3.要求小車為三輪結(jié)構(gòu)

4.小車有效的繞障方法為：小車從賽道一側(cè)越過一個(gè)障礙后，整體穿過賽道中線且障礙物不被撞倒（擦碰障礙，但沒碰倒者，視為通過）；重復(fù)上述動(dòng)作，直至小車停止。

二 方案設(shè)計(jì)

小車走S形方案

通過對小車的功能分析，小車需要完成自動(dòng)避開障礙物，驅(qū)動(dòng)自身行走，重力勢能的轉(zhuǎn)換功能。所以我們將小車的設(shè)計(jì)分為以下部分，路徑的選擇，自動(dòng)轉(zhuǎn)向裝置，能量轉(zhuǎn)換裝置和車架部分。

2.1路徑的選擇

因?yàn)楦傎愋≤囋谇靶袝r(shí)能夠自動(dòng)交錯(cuò)繞過賽道上設(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。為了在通過障礙物時(shí)，行進(jìn)的距離更短，設(shè)計(jì)了如圖3的路徑。即以擺線的方法通過障礙物，然后以相切的直線到達(dá)下一障礙物，我們的路徑是圓弧和直線的結(jié)合。

圖3：無碳小車路徑（此軌跡為后輪的軌跡）后面的計(jì)算均以后輪為準(zhǔn)

2.2 差速問題

考慮到后輪轉(zhuǎn)向時(shí)，兩輪有速度差，并且一般的差速器比較復(fù)雜，損耗較高，故我們采

取單輪差速驅(qū)動(dòng)，只要能保證后輪的一輪驅(qū)動(dòng)，并且同時(shí)控制轉(zhuǎn)向，那么另一個(gè)后輪也會(huì)自動(dòng)跟著行駛，因此解決了差速問題

2.3 重物與后輪的連接問題

重物與通過軸與后輪相連，開始驅(qū)動(dòng)時(shí)，滾動(dòng)摩擦力一定較大，故所需的力矩也需要適當(dāng)?shù)脑黾樱?dāng)車子能平穩(wěn)運(yùn)行時(shí)，力矩又應(yīng)該適當(dāng)減少，未解決這個(gè)問題，我們采取了錐形導(dǎo)繩輪裝置，通過錐形導(dǎo)繩輪與繩子相連。既起到了平穩(wěn)運(yùn)行的效果，又能有儲能飛輪的功能

2.4 轉(zhuǎn)向裝置：幾何封閉型凸輪+滑塊機(jī)構(gòu)

考慮到凸輪能夠獲得前輪所需的任意轉(zhuǎn)角，從而完全確定小車的軌跡因而我 們采用封閉形凸輪加滑塊機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)向

三 計(jì)算及參數(shù)的確定 3.1路徑參數(shù)的確定

在上面的討論中，我們的路徑是擺線和直線的組合，為了能讓小車更順利的轉(zhuǎn)彎，轉(zhuǎn)彎角度不能太小，為了能讓小車行進(jìn)的更遠(yuǎn)，必須使小車轉(zhuǎn)向的半徑不能太大。所以，確定了曲線的半徑為R?300mm，小車前后輪距離d=180mm

因?yàn)楫?dāng)為圓弧時(shí)，前輪與車身的轉(zhuǎn)角為一個(gè)定值，通過簡化成單車模型計(jì)算，我們得出其實(shí)在小車運(yùn)動(dòng)的一個(gè)周期內(nèi)前輪與車身的轉(zhuǎn)角總共只有四個(gè)值一個(gè)為+34.5度 0度-34.5度 0度。在一個(gè)周期內(nèi)

當(dāng)為切線1時(shí)：轉(zhuǎn)角0度，行程0.8m，凸輪轉(zhuǎn)角124度 當(dāng)為圓弧A時(shí)：轉(zhuǎn)角34.5度，行程0.3611m，凸輪轉(zhuǎn)角56度 當(dāng)為切線2時(shí)：轉(zhuǎn)角0度，行程0.8m，凸輪轉(zhuǎn)角124度

當(dāng)為圓弧B時(shí)：轉(zhuǎn)角—34.5度，行程0.3611m，凸輪轉(zhuǎn)角56度

基于上述數(shù)據(jù)我們得到如圖的凸輪

經(jīng)過修正后的凸輪

3.2其他參數(shù)

考慮到后輪傳遞到凸輪需要齒輪來連接，所以我們在后輪軸與凸輪間加一對齒輪，設(shè)定大輪半徑R=1.8m，得到大輪周長為1.1304m，一個(gè)運(yùn)動(dòng)周期的長度為2.4268 因此得出齒輪的傳動(dòng)比約等于2，另外為保證誤差較小，我們設(shè)定兩輪寬為0.16m 其余數(shù)據(jù)在小車的CAD裝配圖中可看出

四 設(shè)計(jì)圖紙 4.1小車總裝配圖

（小車總體效果圖，重物支撐柱設(shè)在三輪所構(gòu)成的三角形的重心處，有利于保持小車平穩(wěn)）

（車架部分降低有利于緩解因?yàn)榇筝嗊^高引起的車子重心升高）

（小車后部錐形導(dǎo)繩輪及齒輪傳動(dòng)部分，第二個(gè)齒輪與凸輪盤同軸）

上圖

（幾何封閉形凸輪，傳遞到轉(zhuǎn)向盤）

下圖（固定板與車架相連，起到固定凸輪連桿，使之只能在一方向上運(yùn)動(dòng)）

（滑槽機(jī)構(gòu)，控制前輪轉(zhuǎn)向）

4.2小車CAD工程圖

五 功能分析

5.1小車優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)與創(chuàng)新點(diǎn)：（1）小車機(jī)構(gòu)簡單，單級齒輪傳動(dòng)，再加一個(gè)幾何封閉凸輪。

（2）凸輪連桿處采用微調(diào)機(jī)構(gòu)，可調(diào)節(jié)連桿的長度便于糾正軌跡。

（3）采用大的驅(qū)動(dòng)輪，滾阻系數(shù)小，行走距離遠(yuǎn)。

（4）凸輪輪廓設(shè)計(jì)簡單，輪廓只是幾個(gè)簡單的不同半徑的圓疊加，只要適當(dāng)修正即可

（5）錐形導(dǎo)繩輪裝置，通過錐形導(dǎo)繩輪與繩子相連。既起到了平穩(wěn)運(yùn)行的效果，又能有儲能飛輪的功能

缺點(diǎn)： 小車精度要求高

六 選材與加工分析

選材：軸 車輪 車架 齒輪 凸輪 連桿 采用鋁板毛坯制造 連桿采用鋁柱毛坯

其余零件采用標(biāo)準(zhǔn)件即可

加工：1 齒輪機(jī)構(gòu) 齒輪機(jī)構(gòu)是小車中要完成傳遞的主要零部件，本小車中齒輪機(jī)構(gòu)用在了兩個(gè)部分，由于加工設(shè)備的有限本小車中所有的齒輪都是用線切割完成的

2.凸輪機(jī)構(gòu)是本小車中要完成轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的主要零部件 由于該零件要求精度高外形比較復(fù)雜 因此采用數(shù)控洗方法實(shí)現(xiàn)，首先通過UG制圖軟件鑿出凸輪的三維立體結(jié)構(gòu) 再通過加工軟件masterCAM進(jìn)行編程加工

第三篇：無碳小車說明書

無碳小車說明書

（本小組選擇的競賽項(xiàng)目是競賽項(xiàng)目二）

一、小車整體說明

小車整體結(jié)構(gòu)上面，我們根據(jù)小車功能要求和機(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），把小車分為驅(qū)動(dòng)部分、轉(zhuǎn)向部分兩個(gè)模塊進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)。

在此基礎(chǔ)上，小車采用三輪機(jī)構(gòu)，后輪驅(qū)動(dòng)，前輪轉(zhuǎn)向，重物下落的過程中通過齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，將重物的重力勢能轉(zhuǎn)化為小車運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能，在后輪驅(qū)動(dòng)下，再通過轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)中的凸輪傳動(dòng)，將后輪的行走轉(zhuǎn)化為前輪的轉(zhuǎn)向，以便達(dá)到預(yù)期的要求。

考慮到競賽項(xiàng)目二要求的樁距是（400±100）mm，小車車身在允許范圍內(nèi)應(yīng)盡可能小，并且行走的軌跡也要盡可能的短，這樣才能夠避免小車車身碰到障礙物或者小車駛出乒乓球桌。

二、驅(qū)動(dòng)部分

原理分析：根據(jù)小車功能要求，給定一重力勢能，根據(jù)能量轉(zhuǎn)換原理，設(shè)計(jì)一種可將該重力勢能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能并可用來驅(qū)動(dòng)小車行走的裝置。該自行小車在半張標(biāo)準(zhǔn)乒乓球臺（長1525mm、寬1370mm）上，繞相距一定距離的兩個(gè)障礙沿8字形軌跡繞行，繞行時(shí)不可以撞倒障礙物，不可以掉下球臺。以小車?yán)@行的圈數(shù)、以及碰倒或避開障礙的多少來綜合評定成績。在設(shè)計(jì)要求中，驅(qū)動(dòng)部分是將物塊重力勢能轉(zhuǎn)化為小車的動(dòng)能，并在有限的動(dòng)能下，使小車能夠移動(dòng)盡可能多的距離，讓成績達(dá)到盡可能好。

機(jī)構(gòu)分析：為達(dá)到既定要求，首先，在驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)上，我們通過一個(gè)繩輪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)將重物的重力勢能轉(zhuǎn)化為小車后輪的驅(qū)動(dòng)動(dòng)能，具體就是將繩子繞過高40cm的定滑輪，一端連在重物上，另一端固定的繞在驅(qū)動(dòng)軸上，通過重物下落帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)后輪的驅(qū)動(dòng)。然后，為了使小車運(yùn)動(dòng)的距離達(dá)到盡可能長，我們使用了一個(gè)齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，通過齒輪的運(yùn)轉(zhuǎn)和傳遞，使得在繩長確定即能量一定的情況下，小車后輪轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)越多，進(jìn)而盡可能的增加繞行的圈數(shù)，但在這個(gè)過正中，不能因?yàn)槟Σ亮Φ那闆r而發(fā)生自鎖現(xiàn)象，在這些情況下，我們抉擇出最佳的傳動(dòng)比和傳力繩。驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)簡圖如下

三、傳動(dòng)轉(zhuǎn)向部分

要實(shí)現(xiàn)盡可能多的使小車重復(fù)完成繞八字運(yùn)動(dòng)，傳動(dòng)及轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)是關(guān)鍵，此處我們來分析一下轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。

基本原理：

1、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?yán)@的圈數(shù)更多及按設(shè)計(jì)的軌道精確地行駛，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)必需達(dá)到傳遞效率高、傳動(dòng)穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡單重量輕等要求。在這些要求上我們想過以下幾種方法來解決：

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、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。

凸輪：凸輪是具有一定曲線輪廓或凹槽的構(gòu)件，它運(yùn)動(dòng)時(shí)，通過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)。優(yōu)點(diǎn)：只需設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)耐馆嗇喞憧墒箯膭?dòng)件得到任意的預(yù)期運(yùn)動(dòng)，而且結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、設(shè)計(jì)方便；缺點(diǎn)：凸輪輪廓加工比較困難。在本小車設(shè)計(jì)中由于：凸輪輪廓加工比較困難、尺寸不能夠可逆的改變、精度也很難保證、重量較大、效率低能量損失大（滑動(dòng)摩擦）

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保持接觸。缺點(diǎn)：一般情況下只能近似實(shí)現(xiàn)給定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律或運(yùn)動(dòng)軌跡，且設(shè)計(jì)較為復(fù)雜；當(dāng)給定的運(yùn)動(dòng)要求較多或較復(fù)雜時(shí)，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，不僅發(fā)生自鎖的可能性增加，而且機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)規(guī)律對制造、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合。在本小車設(shè)計(jì)中由于小車轉(zhuǎn)向頻率和傳遞的力不大故機(jī)構(gòu)可以做的比較輕，可以忽略慣性力，機(jī)構(gòu)并不復(fù)雜，利用 MATLAB 進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)并不困難，加上個(gè)鏈接可以利用軸承大大減小摩擦損耗提高效率。對于安裝誤差的敏感性問題我們可以增加微調(diào)機(jī)構(gòu)來解決。曲柄搖桿 結(jié)構(gòu)較為簡單，但和凸輪一樣有一個(gè)滑動(dòng)的摩擦副，其效率低。其急回特性導(dǎo)致難以設(shè)計(jì)出較好的機(jī)構(gòu)。差速轉(zhuǎn)彎 差速拐是利用兩個(gè)偏心輪作為驅(qū)動(dòng)輪，由于兩輪子的角速度一樣而轉(zhuǎn)動(dòng)半徑不一樣，從而使兩個(gè)輪子的速度不一樣，產(chǎn)生了差速。小車通過差速實(shí)現(xiàn)拐彎避障。差速轉(zhuǎn)彎，是理論上小車能走的最遠(yuǎn)的設(shè)計(jì)方案。和凸輪同樣，對輪子的加工精度要求很高，加工出來后也無法根據(jù)需要來調(diào)整輪子的尺寸。（由于加工和裝配的誤差是不可避免的）綜合上面分析我們選擇曲柄連桿搖桿作為小車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的方案。

機(jī)構(gòu)分析：首先，要實(shí)現(xiàn)繞八字運(yùn)動(dòng)，可以采用圓柱凸輪+搖桿。設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)臏喜郏瑘A柱凸輪做定軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過高副接觸可以使從動(dòng)件獲得連續(xù)不斷的任意往復(fù)運(yùn)動(dòng)，通過分析走八字時(shí)轉(zhuǎn)向輪的運(yùn)動(dòng)規(guī)律可以獲得搖桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，以此規(guī)律為依據(jù)可以分析出圓柱凸輪溝槽的軌跡。其次，要使八字盡可能多，這就要求我們必須減少能量損失，提高能量利用率。考慮到齒輪具有效率高，工作可靠，傳動(dòng)比穩(wěn)定的特點(diǎn)，我們采用齒輪傳動(dòng)，通過一對嚙合的直齒輪機(jī)構(gòu)將驅(qū)動(dòng)住的轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞給圓柱凸輪。另外為盡量減小摩擦帶來的能量損失，可通過使用潤滑油潤滑的方式來減小摩擦。小車傳動(dòng)及轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)簡圖如下

四、理論分析

（1）小車軌跡形狀及長度

我們是根據(jù)伯努利雙扭線來設(shè)計(jì)小車的8字軌跡，它的直角方程是（x2+y2）2=a2（x2-y2），軌跡的周長C=5.244a，雙紐線

考慮到小車運(yùn)動(dòng)的實(shí)際情況，上圖中m,n兩點(diǎn)代表兩木樁，在autoCAD中畫出mn=300mm,400mm,500mm的圖像，求出周長。然后用EXCEL的函數(shù)功能求出不同樁距的相關(guān)數(shù)據(jù)

autoCAD繪制的雙紐線

Excel表格。

（2）圓柱凸輪溝槽的確定

1/21/2通過伯努利雙扭線，解出y=?（-x2+（8a2x2+a4）/2-a2/2），yy，=-x+4ax/(8x2+a2)1/2，求出y，這樣可以求出輪子的轉(zhuǎn)角為α，因?yàn)檗D(zhuǎn)動(dòng)桿的長度和前輪與轉(zhuǎn)動(dòng)副的距離一定，分別可設(shè)b，a，c，利用三角函數(shù)求得桿的轉(zhuǎn)角為β=arcsin（csinα/b）(β取鈍角)，這樣溝槽的函數(shù)h=a*sin（α+β），利用h的變化設(shè)計(jì)溝槽，使輪子按照預(yù)定的軌跡轉(zhuǎn)動(dòng)。

（3）小車后輪直徑齒輪傳動(dòng)比

設(shè)小車運(yùn)動(dòng)軌跡長度為S，驅(qū)動(dòng)軸齒輪對與凸輪同軸齒輪的傳動(dòng)比為i，后輪直徑為D。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，小車完成一次八字，圓柱凸輪旋轉(zhuǎn)一周，后輪旋轉(zhuǎn)i 周，即

i×πD=S

D=S/πi

第四篇：總結(jié)(無碳小車)

四川省第三屆無碳小車參賽總結(jié)

經(jīng)過無碳小車的設(shè)計(jì)與制作，讓我學(xué)到了很多很多，可謂是受益匪淺。從競賽開始到小車制作完成，再到小車順利運(yùn)行，期間經(jīng)歷了汗水、忙碌與挑戰(zhàn)，我們不僅贏得了成功，而且我們收獲了失敗后走向成功的經(jīng)驗(yàn)。在小車的比賽中，更讓我們這些處在“大山”中的目光與眼界得以開闊，得以豐富。讓我們看到自身的不足，讓我們明白人外有人，天外有天，更讓我們學(xué)到我們所學(xué)不到的東西。

在這學(xué)期開學(xué)后的第三個(gè)星期，老師就為我們公布了無碳小車的設(shè)計(jì)制作大賽的要求，同時(shí)要求我們進(jìn)行自由組合，自行設(shè)計(jì)。我們的三人組合選擇了相對簡單的S型小車，我們的設(shè)計(jì)理念為“簡單、高效、靈活”。我們一開始借助了pore三維建模軟件和機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械制圖對小車進(jìn)行了最初設(shè)計(jì)，根據(jù)計(jì)算和設(shè)定了數(shù)據(jù)，然后再pore進(jìn)行分析，最后我們將圖紙與方案整理了出來。在于指導(dǎo)老師的交流中，我們才明白，我們的很多設(shè)計(jì)僅限于理論上，在實(shí)際的加工中是不能進(jìn)行的，是加工不了的。在工藝和結(jié)構(gòu)上，要有可行性，對于不能加工的方案就是不合格的方案，無論怎么優(yōu)秀也只是徒勞。

加工時(shí)一個(gè)漫長的過程，而就是這個(gè)漫長的過程，卻是我們不斷成長，不斷進(jìn)步，不斷走向成熟的收獲之路。在制作一開始，我們就要使用車床，鉗工，雖然之前我們也有過金工實(shí)習(xí)的課程，但是，卻并沒有這次的詳細(xì)，同時(shí)對工件的精度要求也沒有這次的高。在車床的使用中，我們不僅對車床有了新的了解，更對車床的使用更加的熟練，對刀、進(jìn)刀、走刀、退刀以及刀具、工件的裝夾等等都讓我們得到進(jìn)一步鞏固。在鉗工車間里，雖然都是純手工工藝，很是辛苦，但正因如此，我們是專業(yè)知識成長到了另一個(gè)高度，同時(shí)即鍛煉了我們的團(tuán)隊(duì)合作能力，也鍛煉了我們的動(dòng)手操作能力。通過車間的加工，以及老師的指導(dǎo)，讓我們明白，從一定程度上，加工精度，直接影響到小車的性能好壞，同時(shí)也讓我明白了動(dòng)手加工能力對我們專業(yè)的重要性。

經(jīng)過近兩個(gè)月的加工，我們的小車也順利完工了，感覺工作已經(jīng)完成，而實(shí)際上，更大的困難才剛剛開始。我們接下來的工作就進(jìn)入小車的調(diào)試階段。最開始，我們加上重物后，小車卻一臉泰然的原地站立，這無疑給了我們巨大的打擊，之后我們開始尋找各個(gè)方面的原因，最終在齒輪嚙合上找到了原因，而我們?yōu)榱诵≤嚨姆奖憧紤]，將小車的齒輪中心距改成可調(diào)式，輕松的解決了它。雖然調(diào)試過程中的問題看似簡單，但是卻是我們最致命的，如果它不能按照預(yù)定方案行走，那我們之前的一切努力都將付諸東流。這也讓我明白了，無論做什么事情，我們從頭到尾都要保持嚴(yán)謹(jǐn)?shù)男膽B(tài)對待，因?yàn)樽罴?xì)微的疏忽有可能成為我們走向成功的致命一擊。

通過這一段時(shí)間的努力，我們順利的通過了學(xué)校的比賽，26號參加了四川省第三屆無碳小車比賽，在報(bào)道的第一天，我們就看到了各個(gè)對的不同樣式，不同機(jī)構(gòu)，不同原理的作品。第二天開始了正式的比賽，我們的比賽分為幾個(gè)項(xiàng)目，三為建模與三D打印、車床使用、小車的拆裝調(diào)試與小車走樁三個(gè)項(xiàng)目，由于我們每組只有兩個(gè)人參加比賽，而參賽的項(xiàng)目安排卻讓時(shí)間相沖。我們原計(jì)劃是一個(gè)人做小車的拆裝調(diào)試，一個(gè)人做三D打印和車床，而突如其來的比賽時(shí)間安排卻讓我們措手不及，為了能夠順利完成比賽，我們采用了臨時(shí)更改計(jì)劃的方案。由培訓(xùn)過三D打印的同伴臨時(shí)培訓(xùn)我們沒有學(xué)過的人，在網(wǎng)上搜索打印軟件的界面進(jìn)行培訓(xùn)。雖然是第一次接觸這個(gè)東西，我們進(jìn)入場地后都感覺壓力很大，因?yàn)樵谶M(jìn)打印室之前，聽到過很多參賽隊(duì)都說，他們在學(xué)校都有練習(xí)，而我們卻是第一次接觸，而且還是臨陣磨槍。進(jìn)入打印室后，我感覺手都有些發(fā)抖，但看到了界面后，心里好似有點(diǎn)安慰。順著頭天晚上的臨時(shí)培訓(xùn)，一步步的進(jìn)行著，順利的完成了打印項(xiàng)目。因此我深有感悟，不管有多么難的事情，只要我們用心，認(rèn)真對待，只要我們肯學(xué)，敢于面對困難，就沒有解決不了的事，重點(diǎn)在于你敢不敢去同它正面對戰(zhàn)。

我的第二個(gè)項(xiàng)目是小車的拆裝調(diào)試，在這個(gè)時(shí)候，我的隊(duì)友也完成了它的項(xiàng)目，同我一起進(jìn)行最后一個(gè)項(xiàng)目，在拆裝室里，我們看到了很多的小車，有采用錐齒機(jī)構(gòu)的，有凸輪機(jī)構(gòu)的，也有四桿機(jī)構(gòu)的，各式各樣，但在我看到的小車中，卻沒有一個(gè)采用差齒結(jié)構(gòu)，而且他們的車子無論哪一輛都有著很多的結(jié)構(gòu)，和我們的車比起來他們的結(jié)構(gòu)可以用復(fù)雜來形容。但是，也有很大的一個(gè)特點(diǎn)，他們的車可以看出來，都是采用了線切割、銑床等加工出來的，比如說軸吧，我們的軸是采用C6140加工的，導(dǎo)致了軸出現(xiàn)很大的誤差，而其他學(xué)校的軸采用了銑床加工，可以達(dá)到一個(gè)很高的精度，在支架安裝上，我們采用的是尺塊劃線，打孔，固定，安裝，而采用銑床卻可以一次性加工成型，保證了孔的同軸度，為小車運(yùn)行減小了誤差。同時(shí)這樣加工也讓小車外觀變得華麗。

還有最值得學(xué)習(xí)的一點(diǎn)就是，我們采用的傳動(dòng)比的差別。我們學(xué)校所選用的傳動(dòng)比均為1:6，而其他學(xué)校的傳動(dòng)比卻基本維持在3~4之間，有的甚至更小1:1.5，我們巨大的傳動(dòng)比，為我們穩(wěn)定速度造成了很多的麻煩，首先就是啟動(dòng)時(shí)需要極大的轉(zhuǎn)矩，當(dāng)運(yùn)行起來時(shí)，速度不能有效的控制。而且我們的齒輪模數(shù)都很小，為0.75，而其他學(xué)校的模數(shù)基本在1以上，因?yàn)榇蟮哪?shù)可以減小齒輪嚙合時(shí)造成的誤差。我想這些都是我們所應(yīng)該學(xué)習(xí)和借鑒的東西。

經(jīng)過這一段時(shí)間辛苦勞作，比賽終于結(jié)束了，雖然在S型的比賽中我們只得了第二名，但是在這個(gè)過程中，卻讓我們受益匪淺，感受頗多，學(xué)到了很多的知識與技能，為我的大學(xué)生活增添了別具特色的音符，讓我們的專業(yè)水平的到很大程度的提高。同時(shí)也增強(qiáng)了我們的自信心。最后，特別感謝指導(dǎo)老師以及金工實(shí)習(xí)的老師們對我們的指導(dǎo)與幫助，沒有他們的指導(dǎo)與幫助，就沒有我們今天的成就，真心的感謝他們，同時(shí)也要感謝學(xué)校給我們的這次學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)，我想它會(huì)讓我們在今后的學(xué)習(xí)生活中，激勵(lì)著我們不斷前行。

無 碳 小 車 參 賽 總 結(jié)

姓名：曹 定 剛 學(xué)號：201211302038 班級：2012級機(jī)制2班車號：S211

第五篇：無碳小車說明書

目錄

1.摘要..............................................................1 2.引言..............................................................1 3目的..............................................................1 4工作原理和設(shè)計(jì)理論推導(dǎo)............................................1 4.1總體結(jié)構(gòu).....................................................1 4.2設(shè)計(jì)方案介紹與計(jì)算分析.......................................2 4.2.1無碳小車模塊機(jī)構(gòu)介紹...................................3 5.設(shè)計(jì)總結(jié).........................................................8 6.附件

1.摘要

本作品是依據(jù)工程訓(xùn)練綜合能力競賽命題主題“無碳小車”，提出一種“無碳”方法，帶動(dòng)小車運(yùn)行，即給定一定重力勢能，根據(jù)能量轉(zhuǎn)換原理，設(shè)計(jì)一種可將該重力勢能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能并用來驅(qū)動(dòng)小車行走的裝置。該小車通過微調(diào)裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)走“S“字直線繞障。此模型最大的特點(diǎn)是通過兩個(gè)不完全齒輪驅(qū)動(dòng)前輪擺動(dòng)，進(jìn)行可調(diào)整的周期性擺動(dòng)，使前輪的擺動(dòng)節(jié)拍具有可調(diào)性。本文將對無碳小車的設(shè)計(jì)過程，功能結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等進(jìn)行詳細(xì)介紹，并介紹創(chuàng)新點(diǎn)。

2.引言

隨著社會(huì)科技的發(fā)展，人們的生活水平的提高，無碳對于人們來說，顯得越來越重要，建設(shè)無碳社會(huì)，使得生活更加的環(huán)保，沒有任何的污染。節(jié)能、環(huán)保、方便、經(jīng)濟(jì)，是現(xiàn)代社會(huì)所提倡的。現(xiàn)在許多發(fā)達(dá)國家都把無碳技術(shù)運(yùn)用到各個(gè)領(lǐng)域，像交通，家具等，這也是我國當(dāng)今所要求以及努力的方向。針對目前這一現(xiàn)狀，我們設(shè)計(jì)了無碳小車模型，用重力勢能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能提供了一種全新的思路，以便更好的解決以上問題。

3目的

本作品設(shè)計(jì)的目的是圍繞命題主題“無碳小車”，即不利用有碳資源，根據(jù)能量轉(zhuǎn)化原理，利用重力勢能驅(qū)動(dòng)帶動(dòng)具有方向控制功能的小車模型。這種模型比較輕巧，結(jié)構(gòu)相對的簡單，能夠成功的將重力勢能轉(zhuǎn)化為小車的動(dòng)能，從而完成小車前行過程中的所有動(dòng)作。

4工作原理和設(shè)計(jì)理論推導(dǎo)

4.1總體結(jié)構(gòu)

圖 1 無碳小車總體結(jié)構(gòu)

無碳小車模型的主要機(jī)構(gòu)有驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)及微調(diào)機(jī)構(gòu)。主要部件如下圖2所示為小車整體模型。

圖 2 無碳小車模型

4.2設(shè)計(jì)方案介紹與計(jì)算分析 4.2.1無碳小車模塊機(jī)構(gòu)介紹

1.驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)

本方案采用繩輪作為驅(qū)動(dòng)力轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)。我們采用了梯形輪使能量轉(zhuǎn)化過程中有更合適的轉(zhuǎn)矩使驅(qū)動(dòng)力適中，不至于小車拐彎時(shí)速度過大傾翻，或重塊晃動(dòng)厲害影響行走。同時(shí)做到了到達(dá)終點(diǎn)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，提高了能量利用率。繩輪機(jī)構(gòu)簡單，傳動(dòng)效率高，且在針對不同場地導(dǎo)致的所需動(dòng)力不同的情況，可通過調(diào)節(jié)繞繩位置來改變轉(zhuǎn)矩，使動(dòng)力改變，增強(qiáng)適應(yīng)性。

2.轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu) 如圖，本方案采用了搖桿加兩個(gè)完全相同的不完全齒輪，實(shí)現(xiàn)可變周期性轉(zhuǎn)向。考慮到摩擦、制造、安裝誤差的敏感性等因素，我們最終選用了搖桿加不完全齒輪的方案。考慮到適應(yīng)場地的需求，我們將原來的一個(gè)不完全齒輪改為兩個(gè)，實(shí)現(xiàn)了不完全齒角度差的可調(diào)性。

圖 3 轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)

3.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

對于相同的材料 為一定值。

而滾動(dòng)摩擦阻力：

M?N??

f?MR?3

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)。但由于加工問題材料問題安裝問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)受到過多的約束，無法確定其軌跡，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)的問題，可以通過差速器或單向軸承來實(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。

雙輪差速和單輪驅(qū)動(dòng)在“S”字直線繞障和“8”字繞障中都是可行的，但是相比之下，雙輪差速適合于“S“字直線繞障，而單輪驅(qū)動(dòng)更加適合于8字繞障。因此我們選用雙輪差速。

綜上所述行走機(jī)構(gòu)的輪子應(yīng)有恰當(dāng)?shù)某叽纾捎脝屋嗱?qū)動(dòng)。如果有條件可以通過實(shí)驗(yàn)來確定實(shí)現(xiàn)差速的機(jī)構(gòu)方案。

4.微調(diào)機(jī)構(gòu)

微調(diào)部分所要實(shí)現(xiàn)的功能分為兩個(gè)部分：一是實(shí)現(xiàn)前輪最大轉(zhuǎn)角αm的變化，二是實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)周期的變化。根據(jù)所要實(shí)現(xiàn)的功能不同，微調(diào)機(jī)構(gòu)也位于兩個(gè)部分。

(1)搖桿微調(diào)機(jī)構(gòu)

通過改變搖桿的長度，使被約束桿的擺動(dòng)幅度增大，進(jìn)而使前輪的最大轉(zhuǎn)角αm發(fā)生改變。為了使αm的改變具有連續(xù)性，使小車可以適應(yīng)更復(fù)雜的環(huán)境，此處采用微調(diào)滑塊（配有螺母緊固滑塊）式機(jī)構(gòu)。其調(diào)節(jié)具有連續(xù)性，且調(diào)節(jié)精 度較高。

圖 4 搖桿微調(diào)機(jī)構(gòu)

(2)不完全齒輪微調(diào)機(jī)構(gòu) 上文也指出，本方案采用了兩個(gè)完全相同的不完全齒輪作為主動(dòng)輪，兩不完全齒輪之間有夾角β，此夾角的變化會(huì)造成兩不完全齒輪對從動(dòng)輪的作用時(shí)間間隔發(fā)生改變，即：從動(dòng)輪做時(shí)停時(shí)轉(zhuǎn)的間歇運(yùn)動(dòng)，而停、轉(zhuǎn)的時(shí)間長度發(fā)生改。

通過這一點(diǎn)可以調(diào)節(jié)行走路線中，長度路徑和轉(zhuǎn)彎路徑的長度。通過兩個(gè)微

圖 5 不完全齒輪機(jī)構(gòu)

調(diào)機(jī)構(gòu)的合理配合，基本可以實(shí)際行走任意路徑。4.2.2無碳小車設(shè)計(jì)的理論指導(dǎo)

1.運(yùn)動(dòng)原理

如上圖所示，重物下降時(shí)帶動(dòng)繩輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，繩輪的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，通過線傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動(dòng)，再通過連桿將轉(zhuǎn)盤周期性的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為前輪的擺動(dòng)。由后輪的直線運(yùn)動(dòng)與前輪的擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)結(jié)合一起，從而實(shí)現(xiàn)了近似正弦曲線的運(yùn)動(dòng)軌跡，完成任務(wù)。

2.尺寸分析

通過調(diào)節(jié)微調(diào)裝置，即：兩不完全齒輪角度配合，及微調(diào)滑塊的位置，可以完成走“S”字直線繞障路線，如下圖：

圖 6 “S"字直線繞障路線

由于采用了直線與曲線配合的行走路線，可盡量減少周期路程。（1）

?v后輪??后輪r后輪??B??green???vgreen??greenrgreenwith?and?vgreen?vpurple?vpurple??purplerpurple???purple??blue?v??rblueblue?blue

?vB??BrB??B??green?v??green??greenrgreenwith?and?vgreen?vblue

?vblue??bluerblue???blue??yellow?vyellow??yellowryellow?假設(shè)r已知，8個(gè)未知數(shù)7個(gè)方程，即只有一個(gè)自由變量：

v后輪K?r后輪rpurple?rgreenrbluer后輪rpurple???vbluergreenrblue

記于是：，則

v后輪?K?vblue，雖然不一定勻速，但可以對t積分，S后輪?K?sblue

K的物理意義在于，r后輪與rpurple的地位是等同的，其大小只會(huì)影響最后的精度，而不會(huì)影響比例（雖然看上去調(diào)整后輪的半徑似乎更能影響軌跡，實(shí)質(zhì)上并非如此，但是的確會(huì)影響轉(zhuǎn)的圈數(shù)，詳見下）（2）設(shè)???0,??，軌跡半徑為R，則直線段長：弧長為

tan?R:?????R?tan?:??????3??0.826?0.453:0.547??3時(shí)，比例為1??2?/3當(dāng) ? 6 設(shè)藍(lán)色上有兩組鋸齒，每走半個(gè)“S”字，藍(lán)色齒輪轉(zhuǎn)了1圈。

另設(shè)走直線時(shí)記為P1，走弧線時(shí)記為P2，半個(gè)?字中，直線段總長S1，弧線總

s1?S1???S2s,ss1??S1??12是關(guān)于藍(lán)22長，即有,由(1)的公式，可得，其中色齒輪的弧長。轉(zhuǎn)1圈，可知

s1?s2?2?rblue?s1?r?2???blue??s2?2?(1??)?sblue，故??rblue

可確定其比例，即位置角，同時(shí)也可得出

rblue的值無本質(zhì)影響（在K不變的?后輪K2?r后輪?K2?rbluer?blue）情況下）。又（其中，若增加blue的值，同時(shí)成比例增加r后輪的值，使K不變，則

K2不變，所以外輪還是轉(zhuǎn)這么多圈，相當(dāng)于成比例放大了。（半個(gè)周期里外輪轉(zhuǎn)多少圈在這里無關(guān)緊要，在其它分析里可能有用，反正也可以表出。）

由前輪傳導(dǎo)等等可以得出藍(lán)色齒輪周長尺寸路程，sblue，而對應(yīng)的走半個(gè)S字的S后輪由需要走的實(shí)際路程確定（后輪，B=Back），而

sblue與S后輪之間滿足q前述約束關(guān)系，這個(gè)K就可以調(diào)整了。（3）關(guān)于前輪傾斜角與軌跡半徑

若設(shè)前輪所處點(diǎn)與某一后輪所處點(diǎn)的距離為L，則軌跡半R?L2sin?2，可以實(shí)驗(yàn)測得。經(jīng)過分析與測定，在實(shí)物測定之前，我們暫

前后輪軸距L：

150mm

后輪軸長D：

100mm 后輪半徑R：

80mm 最大齒輪半徑rred：

45mm 不完全齒輪半徑rgray： 40mm 定數(shù)據(jù)如下：

最小齒輪半徑ryellow：

8mm 其次小齒輪半徑rorange：10mm 其中各齒輪的模數(shù)為2，壓力角為20°。根據(jù)以上分析計(jì)算確定小車主要結(jié)構(gòu)的尺寸，如各個(gè)齒輪的分度圓半徑前后輪軸距，再根據(jù)主要結(jié)構(gòu)框架完成各個(gè)零件的設(shè)計(jì)，具體設(shè)計(jì)見CAD裝配圖和零件圖。

5.設(shè)計(jì)總結(jié)

經(jīng)過無碳小車整體方案的設(shè)計(jì)、零件加工、無碳小車的裝配以及后期的調(diào)試到完成參加比賽。在整個(gè)競賽參與過程中通過親手制作和對設(shè)計(jì)方案的思考讓我們團(tuán)隊(duì)成員學(xué)習(xí)到了很多，總結(jié)無碳小車設(shè)計(jì)方案和參賽感想如下：

1.無碳小車采用雙輪差速，機(jī)構(gòu)簡單，轉(zhuǎn)彎更為容易實(shí)現(xiàn)。

2.使用T型繩輪，使能量轉(zhuǎn)化過程中有更合適的轉(zhuǎn)矩使驅(qū)動(dòng)力適中。3.采用多處微調(diào)機(jī)構(gòu)，便于糾正軌跡，避開障礙物。

4.使用不完全齒輪實(shí)現(xiàn)路徑改變，相同的重力勢能使小車的行程更遠(yuǎn)。5.采用大的驅(qū)動(dòng)輪，滾阻系數(shù)小，行走距離遠(yuǎn)。6.方案設(shè)計(jì)過程還存在許多不足之處，例如小車制造加工精度要求相對較高，使加工零件成本高，且實(shí)際的現(xiàn)場加工條件很難達(dá)到實(shí)際需要的加工要求；微調(diào)各機(jī)構(gòu)都很費(fèi)時(shí)，且調(diào)節(jié)到適當(dāng)配合需要一定技巧性等。