無碳小車論文

1、三 江 學 院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）題 目 前驅(qū)前轉(zhuǎn)向型無碳小車的結(jié)構(gòu)設(shè)計 高職院 院（系） 機械制造及其自動化 專業(yè)學生姓名 季歆偉 學號 G115152015 指導(dǎo)教師 徐偉 職稱 實驗師 指導(dǎo)教師工作單位 三江學院 起訖日期 2014.12.8-2015.4.12 摘 要目前全球經(jīng)濟飛速發(fā)展，帶來環(huán)境問題愈發(fā)明顯，傳統(tǒng)能源逐漸衰竭，鑒于此無碳小車的研制具有十分重要的意義。汽車雖然是21世紀最重要的交通工具，但他有許多弊端。汽車尾氣污染是由汽車排放的廢氣造成的環(huán)境污染。可以說，汽車是一個流動的污染源。在世界各國，汽車污染早已不是新話題。20世紀40年代以來，光化學煙霧事件在美國洛杉磯、日本東

2、京等城市多次發(fā)生，造成不少人員傷亡和巨大的經(jīng)濟損失！在能源和環(huán)保的壓力下，提高舊能源汽車的效率以迫在眉睫。目前的汽柴油內(nèi)燃機熱效率小于30%，如果算上機械效率以及其他的能量傳遞損失，則總效率僅占燃料放出熱能的15%左右。毫無疑問，如果能夠提高熱機的效率，則可在一定程度上緩解目前的石油危機。針對題目要求擬定了無碳越障小車的總體設(shè)計方案，通過計算分析完成了無碳越障小車的結(jié)構(gòu)設(shè)計，繪制了裝配圖和部分主要零件圖，通過模擬仿真驗證了預(yù)定功能。該自行小車在前行時能夠以正弦曲線或余弦曲線軌跡自動避開設(shè)置的障礙物。此模型最大的特點是將重力勢能轉(zhuǎn)化為齒輪的轉(zhuǎn)動，進而根據(jù)大小齒輪的粘合帶動驅(qū)動輪和轉(zhuǎn)向輪，從而按照

3、規(guī)定的路線完成任務(wù)。本文將對無碳小車模型的設(shè)計過程，結(jié)構(gòu)功能特點等進行詳細的介紹。關(guān)鍵詞： 無碳越障小車；環(huán)保；能量轉(zhuǎn)換；結(jié)構(gòu)設(shè)計AbstractNowadays, the global economy developing rapidly ,brings increasingly obvious environment problems and the traditional energy is going to failure gradually. Auto though is the 21st century the most important traffic tools, but h

4、e has many shortcomings. Car exhaust pollution is by car exhaust emissions cause environmental pollution. Can say, the car is a flow sources of contamination. In the world, automobile pollution has not a new topic. Since the 1940s, photochemical smog event in USA Los Angeles, Tokyo to cities such as

5、 it has happened so many times that has caused a lot of casualties and huge economic losses！On energy and environmental pressures, improve the efficiency of the old energy vehicles with imminent. The current steam diesel units, if less than 30% thermal efficiency is mechanical efficiency and other e

6、nergy transmission loss, the total efficiency accounted for only about 15 per cent of fuel release heat. No doubt, if can improve the efficiency of the engine, it may be relieves the current oil crisis. So the development of carbon-free car is great significance. Studying out the scheme design based

7、 on the requirments if this subject, finishing the physical design of the carbon-free car by computational analysis, drawing the assembly drawing and part of the main parts drawing, vertify the reservation function by pro/Es simulation and making the physical prototype, finally reached the required

8、function by the entity prototype presentation. The car when traveling can be automatic avoid the barriers with sine curve track or cosine curve track. The model biggest characteristics is a potential energy into gear rotation, which according to the gear adhesive rotation that drive the driven wheel

9、 and steering wheel, than complete the task with the prescribed route .This paper will be detailing introduction.The carbon-free car model of the design process and the structure and function characteristics .Key words ：carbon-free car; environmental protection ; Energy Conversion；Structure Design目

10、錄緒論1第一章 綠色汽車概述31.1汽車污染的危害31.2 世界各國電動汽車產(chǎn)業(yè)31.3 中國與世界先進水平的差距4第二章 無碳小車的任務(wù)62.1 無碳小車設(shè)計概述62.2 無碳小車設(shè)計任務(wù)6第三章 無碳小車的設(shè)計73.1 無碳小車各部分機構(gòu)類型73.2 無碳小車的基本參數(shù)73.3 無碳小車的總體設(shè)計73.3.1 無碳小車的輪距、軸距、車體長寬的計算73.3.2 無碳小車行使軌跡的計算93.4 無碳小車主要機構(gòu)設(shè)計103.4.1 滑輪機構(gòu)113.4.2 傳動機構(gòu)123.4.3 控制機構(gòu)133.4.4 轉(zhuǎn)向機構(gòu)14第四章154.1小車的裝配15結(jié)束語16致 謝17參考文獻18附 錄 . 19緒論

11、卡爾·弗里特立奇·本茨（Karl Friedrich Benz，1844年11月25日1929年4月4日），德國著名的戴姆勒奔馳汽車公司的創(chuàng)始人之一，現(xiàn)代汽車工業(yè)的先驅(qū)者之一，人稱“汽車之父”、“汽車鼻祖”。 汽車在改變我們的生活，它在帶給我們極大便利的同時，的確也帶來了一些煩惱。但是，生活就是這樣，對任何生活方式的評價都是相對的，沒有絕對的好與壞。這是一種觀念，一種態(tài)度，更是一種文化哦。1890-1920 馬車過渡到汽車，金屬車身出現(xiàn)1885年，德國工程師卡爾·本茨制成了世界上第一輛三輪車，并于1886年1月29日申請并獲得了發(fā)明專利，所以，1886年1月29日

12、被認為汽車的誕生日。幾乎同時，,德國工程師戈特利布·戴姆勒也成功研制成一輛公認的以內(nèi)燃機為動力的四輪汽車。1894年奔馳velo是最早的量產(chǎn)汽車。材料方面,1900年,金屬車身獲得專利,但主體結(jié)構(gòu)仍是木材和連接（以前是這個“他”）它們的鋼材。二十世紀初,JOHN PIERPONT MORGAN創(chuàng)建了美國鋼鐵公司,為迅速成長的汽車工業(yè)提供充足原料,1914年Edward G budd 發(fā)明了全金屬車身。同年道奇公司生產(chǎn)了第一輛全金屬汽車。1918年意大利藍旗亞公司也開始生產(chǎn)全金屬汽車。非承載式車身向承載式車身轉(zhuǎn)變,汽車不再是底盤和車身的簡單疊加,而是成為整體。技術(shù)方面,1890年pan

13、hard levassor公司(法國)制造的第一批汽車為后來汽車設(shè)定了很多標準并沿用至今。如前置發(fā)動機后輪驅(qū)動布局和最早的變速器。1904年panhard levassor又對汽車布局做出了注解,包括發(fā)動機艙罩的身高和乘客座位的降低等,勾勒出了現(xiàn)代汽車雛形。汽車雖然是21世紀最重要的交通工具，但他有許多弊端。進入21世紀，汽車污染日益成為全球性問題。隨著汽車數(shù)量越來越多、使用范圍越來越廣，它對世界環(huán)境的負面效應(yīng)也越來越大，尤其是危害城市環(huán)境，引發(fā)呼吸系統(tǒng)疾病，造成地表空氣臭氧含量過高，加重城市熱島效應(yīng)，使城市環(huán)境轉(zhuǎn)向惡化。有關(guān)專家統(tǒng)計，到21世紀初，汽車排放的尾氣占了大氣污染的3060%。隨著

14、機動車的增加，尾氣污染有愈演愈烈之勢，由局部性轉(zhuǎn)變成連續(xù)性和累積性，而各國城市市民則成為汽車尾氣污染的直接受害者。新能源汽車是杜絕汽車污染的最好方案。新能源汽車是指除汽油、柴油發(fā)動機之外所有其它能源汽車。包括燃料電池汽車、混合動力汽車、氫能源動力汽車和太陽能汽車等。其廢氣排放量比較低。據(jù)不完全統(tǒng)計，全世界現(xiàn)有超過400萬輛液化石油氣汽車，100多萬輛天然氣汽車。中國市場上在售的新能源汽車都是混合動力汽車。近三年來，特別是在2010年，德國、美國、日本、英國等國，不約而同地動用行政手段，由政府或有政府背景的民間組織制定并出臺各自的新能源汽車產(chǎn)業(yè)促進政策。政策出臺之密集，前所未有；重視程度之高，亦

15、前所未有。雖然各國政府都非常重視新能源汽車特別是電動汽車的發(fā)展，但都處于“摸著石頭過河”的階段。對于同樣想要爭奪發(fā)展主導(dǎo)權(quán)的中國政府和中國汽車工業(yè)而言，外國政府的做法值得我們學習和借鑒。本研究的目的，是找出中外政府在促進新能源汽車發(fā)展方面政策的異同，通過對比加深對新能源汽車產(chǎn)業(yè)化規(guī)律的認識，更好地引導(dǎo)我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。在能源和環(huán)保的壓力下，新能源汽車無疑將成為未來汽車的發(fā)展方向?！笆濉逼陂g，我國新能源汽車將正式邁入產(chǎn)業(yè)化發(fā)展階段：2011-2015年開始進入產(chǎn)業(yè)化階段，在全社會推廣新能源城市客車、混合動力轎車、小型電動車。“十三五”期間即2016-2020年，我國將進一步普及新能源

16、汽車、多能源混合動力車，插電式電動轎車，氫燃料電池轎車將逐步進入普通家庭。在傳統(tǒng)汽車方面，中國與國外先進水平的差距有目共睹，最主要的是在發(fā)動機效率和變速箱水平上。目前的汽柴油內(nèi)燃機熱效率小于30%，如果算上機械效率以及其他的能量傳遞損失，則總效率僅占燃料放出熱能的15%左右。毫無疑問，如果能夠提高熱機的效率，則可在一定程度上緩解汽車污染。至于新能源汽車，中國與國外先進水平的差距在于傳動系統(tǒng)的能源利用效率上。本課題著重在如何提高能源的傳動效率上，該課題綜合運用“機械制造技術(shù)”、“數(shù)控技術(shù)”、“制造裝備及自動化”等專業(yè)課程所學的知識。第一章 綠色汽車概述1.1汽車污染的危害有關(guān)研究表明，機動車排放

17、的污染物會給大中城市帶來超過60%的空氣污染，散布到空氣中的尾氣煙霧有上百種不同的化合物，1輛轎車1年排放的污染物比其自身的重量還大3倍。機動車排出的氮氧化物、細微顆粒物及硫化物等是造成酸雨、霧霾等自然氣象甚至災(zāi)害的重要原因。排出的碳氫化合物與氮氧化物在強烈日光的作用下發(fā)生化學反應(yīng)會形成毒性很大的光化學煙霧，造成極為嚴重的大氣污染。機動車排放的污染物主要集中在離地面1米左右的層面，正處在人的呼吸帶附近，對人體健康構(gòu)成較大威脅。 碳氫化合物中包含有200多種有機物成份，大部分有毒，其中一些甚至是致癌物質(zhì)。氮氧化合物會與空氣中的氨以及其他化合物反應(yīng)，可生成硝酸顆粒物，影響人體呼吸系統(tǒng)，損

18、害肺組織，引發(fā)肺氣腫和支氣管炎等呼吸系統(tǒng)疾病，還可能加重心臟病患者的病情。 一氧化碳俗稱煤氣，與人體血液中血紅素的親和力是氧氣的210倍，而血紅素擔負著向人體器官和組織輸送氧氣的重任。血紅素和一氧化碳結(jié)合生成一氧化碳血紅素使人體供氧量不足，對心臟病和呼吸系統(tǒng)疾病患者危害很大，嚴重的可導(dǎo)致人體缺氧死亡。 柴油車排放的顆粒物以碳黑為主，含有苯并芘等致癌物質(zhì)，人體吸入后會損傷肺泡和粘膜，引起肺組織纖維化，導(dǎo)致肺心病，并可引起慢性鼻咽炎、慢性支氣管炎等一系列疾病。1.2 世界各國電動汽車產(chǎn)業(yè)世界各國著名的汽車廠商都在加緊研制各類電動汽車，并且取得了一定程度的進展和突破。 

19、一直以來，出于對能源危機和環(huán)境保護的關(guān)注及占領(lǐng)未來世界市場的考慮，日本十分重視電動汽車的研制與開發(fā)。目前，世界上能夠批量產(chǎn)銷混合動力汽車的企業(yè)，只有日本的豐田和本田兩家汽車公司。1997年12月，豐田汽車公司首先在日本市場上推出了世界上第一款批量生產(chǎn)的混合動力轎車PRIUS。該轎車于2000年7月開始出口北美，同年9月開始出口歐洲，現(xiàn)在已經(jīng)在全世界20多個國家上市銷售。目前推出的產(chǎn)品已經(jīng)是多次改進后的第二代產(chǎn)品，其生產(chǎn)工藝更為成熟。根據(jù)豐田汽車公司的測試，PRIUS轎車在城市工況下比同等排量的花冠轎車節(jié)油44.4%；在市郊節(jié)油29.7%，綜合節(jié)油40.5%。有關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，豐田汽車公司已占有

20、全球混合動力汽車市場90%的份額。2004年9月15日，一汽集團與日本豐田汽車公司在北京舉行了混合動力汽車合作項目簽字儀式，宣布雙方在2005年內(nèi)，共同生產(chǎn)豐田PRIUS混合動力轎車。PRIUS混合動力轎車將在同年進入中國市場。 美國能源部與三大汽車公司于1993年簽訂了混合動力電動汽車開發(fā)合同，其中通用汽車公司投入1.48億美元，福特汽車公司投入1.38億美元，克萊斯勒汽車公司投入8480萬美元，進行為期5年的研制開發(fā)工作，并于1998年北美國際汽車展上展出了樣車。在此基礎(chǔ)上，現(xiàn)已推出三款混合動力概念車GM。中國新能源汽車產(chǎn)業(yè)始于21世紀初。2001年，新能源汽車研究項目被列入國家

21、“十五”期間的“863”重大科技課題，并規(guī)劃了以汽油車為起點，向氫動力車目標挺進的戰(zhàn)略?！笆晃濉币詠?，我國提出“節(jié)能和新能源汽車”戰(zhàn)略，政府高度關(guān)注新能源汽車的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。2008年，新能源汽車在國內(nèi)已呈全面出擊之勢。2008年成為我國“新能源汽車元年”。2008年1-12月新能源汽車的銷量增長主要是乘用車的增長，1-12月新能源乘用車銷售899臺，同比增長117%，而商用車的新能源車共銷售1536臺，1-12月同比下滑17%。2009年，在密集的扶持政策出臺背景下，我國新能源汽車駛?cè)肟焖侔l(fā)展軌道。雖然新能源汽車在中國汽車市場的比重依然微乎其微，但它在中國商用車市場上的增長潛力已開始釋放。

22、2009年1-11月，新能源乘用車銷量同比下降61.96%，至310輛。2009年1-11月，新能源商用車主要是液化石油氣客車、液化天然氣客車、混合動力客車等銷量同比增長178.98%，至4034輛。相比在乘用車市場的冷遇，“新能源汽車”在中國商用車市場已開始迅猛增長。2010年，我國正加大對新能源汽車的扶持力度，2010年6月1日起，國家在上海、長春、深圳、杭州、合肥等5個城市啟動私人購買新能源汽車補貼試點工作。2010年7月，國家將十城千輛節(jié)能與新能源汽車示范推廣試點城市由20個增至25個。新能源汽車正進入全面政策扶持階段。1.3 中國與世界先進水平的差距在傳統(tǒng)汽車方面，中國與國外先進水平

23、的差距有目共睹，最主要的是在發(fā)動機效率和變速箱水平上。目前的汽柴油內(nèi)燃機熱效率小于30%，如果算上機械效率以及其他的能量傳遞損失，則總效率僅占燃料放出熱能的15%左右。毫無疑問，如果能夠提高熱機的效率，則可在一定程度上緩解汽車污染。與中國相比，歐盟能源利用效率遠遠高于中國，1993-2004年中國能源消費強度的均值為2.41萬噸當量煤億元，同期歐盟的能源消費強度均值為0.31萬噸當量煤億元，二者相比中國是歐盟的7.77倍。就能源消費彈性而言，1996-2004年歐盟的均值為0.36，而中國的為0.57，中國為歐盟的1.58倍，這就是說，中國的GDP每增長1個百分點所引起的能源消費增長是歐盟的1

24、.58倍。中歐能源消費彈性相差不像能源消費強度那么大，一個主要原因可能來自中歐經(jīng)濟增長率差異懸殊。歐盟的能源消費強度不僅在量上遠遠小于中國，而且在變化趨勢上也優(yōu)于中國，呈現(xiàn)出穩(wěn)定持續(xù)下降的趨勢，而中國在2001年以后卻呈現(xiàn)出急劇上升的趨勢。就能源消費彈性而言，中歐之間的差異不像能源消費強度那樣大，而且從變化趨勢上看，二者似乎成反向變化趨勢，即中國能源消費彈性增加時歐盟能源消費彈性下降，中國能源消費彈性下降時歐盟的反而上升。這種相反的變化 1年之前表現(xiàn)較為明顯，而在2001年以后，歐盟的能源消費彈性卻呈現(xiàn)出劇烈的上下波動的趨勢，而中國的則持續(xù)上升。至于新能源汽車，中國與國外先進水平的差距在于傳動

25、系統(tǒng)的能源利用效率上。現(xiàn)在，混合動力汽車的電子控制系統(tǒng)有兩個鞋盒大，平均重30千克。而英飛凌的系統(tǒng)采用HybridPACK功率模塊技術(shù)，大小僅為電子控制系統(tǒng)的一半，相當于一個標準鞋盒，重約15千克。英飛凌系統(tǒng)采用全球領(lǐng)先的IGBT芯片技術(shù)，實現(xiàn)了最大的能源效率，比現(xiàn)有系統(tǒng)提高了20%。與目前的解決方案相比，英飛凌系統(tǒng)使電能損耗降低五分之一，使冷卻更為簡單。節(jié)省的能源可用于車輛的驅(qū)動。目前，牽引機車和其它多種電氣傳動裝置已經(jīng)采用IGBT技術(shù)，實現(xiàn)能源效率最大化。其主要技術(shù)均為國外產(chǎn)品，而同類型的中國產(chǎn)品在傳動系統(tǒng)的能源利用效率較低。第二章 無碳小車的任務(wù)2.1 無碳小車設(shè)計概述通過分析，小車應(yīng)具

26、備的基本功能有：重力勢能的轉(zhuǎn)換、驅(qū)動自身前進、自動避開障礙物，并且要在一定的能量下盡可能提高前進距離和繞桿數(shù)量。 根據(jù)小車的功能性需求，進行模塊化設(shè)計。小車的設(shè)計劃分為六個部分：車架、原動機構(gòu)、傳動機構(gòu)、轉(zhuǎn)向機構(gòu)、驅(qū)動系統(tǒng)、微調(diào)機構(gòu)。無碳小車的結(jié)構(gòu)2.2 無碳小車設(shè)計任務(wù)本課題著重在如何提高能源的傳動效率上，通過分析無碳小車設(shè)計任務(wù)書，根分析與主題相關(guān)的語句的意義歸納出無碳小車的設(shè)計任務(wù)，將歸納出的設(shè)計任務(wù)以主次順序排列。無碳小車的設(shè)計任務(wù)：1、 無碳小車的主要任務(wù)：使用規(guī)定的重力驅(qū)動無碳小車運動。2、 無碳小車的次要任務(wù)：在能夠行使的情況下，要使無碳小車能夠自動避開賽道上設(shè)置的障礙

27、物。3、 無碳小車的附加任務(wù)：在能夠滿足前兩個要求的情況下，使無碳小車的路程盡量長一些。第三章 無碳小車的設(shè)計3.1 無碳小車各部分機構(gòu)類型根據(jù)無碳小車的設(shè)計要求和無碳小車各個部分的意義來確定各個組成部分的機械機構(gòu)類型。由于車體部分和驅(qū)動部分無機械機構(gòu)類型，所以將其排除在外。無碳小車達到設(shè)計要求就要盡量減少能量的損耗，所以我在確定機構(gòu)類型的時候?qū)p少機構(gòu)的能量損耗為最主要的條件。主要部分采用的機構(gòu)組成部分名稱采用機構(gòu)動力部分滑輪機構(gòu)傳動機構(gòu)線輪傳動和皮帶輪傳動控制機構(gòu)連桿滑塊機構(gòu)轉(zhuǎn)向機構(gòu)滑塊機構(gòu)3.2 無碳小車的基本參數(shù)根據(jù)類比法確定無碳小車的一些基本數(shù)據(jù)以方便用于后面的計算。無碳小車的基本數(shù)

28、據(jù)項目數(shù)據(jù)（單位）無碳小車總質(zhì)量M=1kg重物質(zhì)量m=1000g后輪D=120mm重物距地面高度H=700mm、行使軌跡的振幅h=500mm障礙物之間的距離L=1000mm3.3 無碳小車的總體設(shè)計3.3.1 無碳小車的輪距、軸距、車體長寬的計算根據(jù)無碳小車設(shè)計任務(wù)書的要求：在小車行走過程中，重物和載荷不允許掉落，所以要計算無碳小車的輪距、軸距、車體長寬以免在行使的過程中翻倒。考慮到在小車行使的過程中有加速、有轉(zhuǎn)彎等特殊的運動軌跡以及無碳小車為三輪結(jié)構(gòu)，所以計算無碳小車的輪距、軸距、車體長寬時不但要滿足靜態(tài)條件也要滿足動態(tài)條件。（1）無碳小車的輪距計算a在無碳小車的行使過程中，無碳小車由于要避

29、開障礙物，所以將不可避免的使無碳小車的行徑路線變成曲線。在無碳小車最初的階段，由于重物在無碳小車的頂部會在轉(zhuǎn)彎時產(chǎn)生傾覆力矩，所以無碳小車的輪距必須有足夠的長度來抗拒傾覆力矩以保證無碳小車的穩(wěn)定。因為無碳小車所行使的軌跡是sin曲線計算步驟比較復(fù)雜，所以在本次計算中用圓周運動的計算公式來代替。計算公式如下： HHH行駛軌跡示意圖小車的向心加速度a為（v2÷R）由力矩平衡方程推得：m×g×L÷2=m×（v2÷R）×H已知： v=0.1m/s R=0.5m H=0.5m將數(shù)據(jù)代入公式可算出結(jié)果：L=0.1m由于無碳小車在行駛的過

30、程中會有各種不確定的因素，所以最終將無碳小車的輪距確定為140mm。（2）無碳小車的軸距計算在無碳小車的運動過程中，無碳小車的運動是由慢到快的，所以無碳小車將不可避免的產(chǎn)生加速度。由于重物的影響，所以在無碳小車的頂部會在加速時會產(chǎn)生傾覆力矩，因此無碳小車的軸距必須有足夠的長度來抗拒傾覆力矩來確保無碳小車的穩(wěn)定。計算公式如下：無碳小車的力矩分析小車啟動時的加速度a預(yù)估為1m/s2。由力矩平衡方程推得：m×l=m×a已知:l=0.5m將數(shù)據(jù)代入公式可算出結(jié)果：L=0.05m。由于無碳小車在行駛的過程中會有各種不確定的因素，所以最終將無碳小車的軸距確定為200mm。（3）穩(wěn)定性分

31、析由于無碳小車采用三輪結(jié)構(gòu)，所以在無碳小車行使的過程中重物不能離開輪子與地面接觸點構(gòu)成的三角區(qū)域。另根據(jù)力學平衡原理，三角形的重心是最佳的平衡點，即三個輪子的中心。但是在無碳小車的制作過程中不可能做到如此精確，所以在設(shè)計時將重物放置于后輪的中心線上。3.3.2 無碳小車行使軌跡的計算由于我將無碳小車行使軌跡的振幅設(shè)為500mm，所以無碳小車行使軌跡的函數(shù)為y=0.5sinx?？紤]到無碳小車的行使軌跡的特殊性，所以在設(shè)計無碳小車的各個組成部分時必須用到正弦函數(shù)y=0.5sinx曲線長度、切線角度等等數(shù)據(jù)。（1）正弦函數(shù)y=0.5sinx曲線長度L由于無碳小車的行使過程中需要轉(zhuǎn)向且轉(zhuǎn)向是根據(jù)行程來

32、決定的，所以我要將正弦函數(shù)y=0.5sinx曲線長度L計算出來以方便在設(shè)計無碳小車的各個部分的時候取用該數(shù)據(jù)。計算公式如下：正弦函數(shù)y=0.5sinx的軌跡L=此積分無法求初等原函數(shù)，因此用了積分的近似計算得：2.92739。（2）正弦函數(shù)y=0.5sinx切線角度由于無碳小車的行使軌跡是正弦函數(shù)y=0.5sinx，所以小車的前輪的行使軌跡也是要與正弦函數(shù)y=0.5sinx一致。為了使小車的前輪的行使軌跡也是要與正弦函數(shù)y=0.5sinx一致，要使小車的前輪在（1,0）點處的切線與x軸夾角與正弦函數(shù)y=0.5sinx在（1,0）點處的切線與x軸的夾角一致即可。計算公式如下：還有他在（1,0）點

33、處的切線與x軸的夾角。 由于因此與x軸正向的夾角為： 3.4 無碳小車主要機構(gòu)設(shè)計在分析無碳小車組成的部分中可以將無碳小車分為六個部分，分別為動力部分、傳動部分、控制部分、轉(zhuǎn)向部分、驅(qū)動部分和車體部分。無碳小車組成部分以及其功能概述各部分名稱功能的概述動力部分該部分主要作用是使重物產(chǎn)生的重力傳導(dǎo)到傳動部分上。傳動機構(gòu)該部分主要作用是將動力部分傳導(dǎo)過來的動力以一定的傳動比傳導(dǎo)到控制部分和驅(qū)動部分?？刂茩C構(gòu)該部分主要作用是使傳動部分傳導(dǎo)過來的動力轉(zhuǎn)換成往復(fù)運動的機械機構(gòu)，并將往復(fù)運動傳導(dǎo)至轉(zhuǎn)向部分。轉(zhuǎn)向機構(gòu)該部分主要作用是運用控制部分往復(fù)運動的機械機構(gòu)讓小車轉(zhuǎn)向。驅(qū)動部分該部分主要作用是使傳動部分

34、傳導(dǎo)過來的動力驅(qū)動小車前進。車體部分該部分主要作用是固定以上的各個部分并保證小車的強度。根據(jù)能量的轉(zhuǎn)換原理，利用重力勢能的模型，因能量有限，所以在確定機構(gòu)類型的時候?qū)p少機構(gòu)的能量損耗為最主要的條件。主要部分采用的機構(gòu)如下：主要部分采用的機構(gòu)組成部分名稱采用機構(gòu)動力部分滑輪機構(gòu)傳動機構(gòu)線輪傳動和皮帶輪傳動控制機構(gòu)連桿滑塊機構(gòu)轉(zhuǎn)向機構(gòu)滑塊機構(gòu)3.4.1 滑輪機構(gòu)當無碳小車在行駛時，小車的行駛距離會和重物的高度、繩子所纏繞所用直徑、車輪的直徑相關(guān)。無碳小車行進的長度為后輪軸轉(zhuǎn)過的圈數(shù)與后輪周長的乘積，就是S=nD。小車后輪轉(zhuǎn)動的圈數(shù)n= L/(d)(其中L為繩子的長度，d為繩子連接軸的直徑)，所以

35、無碳小車的行駛距離S= LD/(d)。由此可得：無碳小車所行駛距離將與重物的高度L=500mm、車輪的直徑D=120mm，從上面公式中可以看出要想使無碳小車行駛的距離更遠就必須將繩子所纏繞的直徑d設(shè)計的最小。在這里簡單的介紹一下如何將繩子所纏繞的直徑d設(shè)計的最小的：根據(jù)能量守恒E=MH+MV+Mf （1）E=5=0+mv2/2+f總s從上式看來要使無碳小車行駛的更遠，需要把阻力f總降到最低。但由于無碳小車行駛時阻力f總與小車的質(zhì)量和速度均有關(guān)系， 在計算時無碳小車行駛時阻力f總的不確定性，使的原本簡單的公式變得復(fù)雜，所以引入了另一個公式來計算繩子所纏繞的直徑d。在上面的計算中，用的是能量守恒公

36、式，但是由于無碳小車行駛時阻力f總的不確定性使得原本簡單的計算變得復(fù)雜。所以在這里引入了無碳小車的一個條件，無碳小車要能行駛，即重物能驅(qū)動無碳小車前進。根據(jù)力矩平衡公式：M(G)=M(f總) （2）經(jīng)過計算可以算出繩子所纏繞的直徑d=15mm。考慮到無碳小車的設(shè)計制作中有一些誤差和在無碳小車的行駛中會有一些不確定的因素，將繩子所纏繞的直徑設(shè)為d=20mm。從而確定中間軸旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)為7.96圈，因此后車輪轉(zhuǎn)過圈數(shù)為63.69圈。經(jīng)計算后得知我們的小車行駛的距離約為24米，因為我們的小車行進路線為正弦函數(shù)y=0.5sinx的曲線，因此前進的最大距離約為16.40米。3.4.2 傳動機構(gòu)由于在無碳小

37、車的總體設(shè)計中，由于無碳小車的行使過程中需要轉(zhuǎn)向，所以我們的小車行進的路線為正弦函數(shù)。由于在無碳小車的總體設(shè)計中，將無碳小車行使軌跡的振幅設(shè)為500mm，所以無碳小車行使軌跡的函數(shù)為y=0.5sinx。傳動部分主要采用的是齒輪傳動，齒輪傳動是利用兩齒輪的輪齒相互嚙合傳遞動力和運動的機械傳動。齒輪傳動的特點是：齒輪傳動平穩(wěn)，傳動比精確，工作可靠、效率高、壽命長，使用的功率、速度和尺寸范圍大。例如傳遞功率可以從很小至幾十萬千瓦；速度最高可達300m/s；齒輪直徑可以從幾毫米至二十多米。但是制造齒輪需要有專門的設(shè)備，嚙合傳動會產(chǎn)生噪聲。齒輪比與主動輪的齒數(shù)成正比，與被動齒輪的齒數(shù)成反比。以G代表齒輪

38、比，C代表主動齒輪的齒數(shù)，F(xiàn)代表被動齒輪的齒數(shù)，它們之間的關(guān)系用公式表示，即：G=C÷FG=C÷F=44÷11=4也就是說齒輪每轉(zhuǎn)動一周，被動齒輪轉(zhuǎn)過4圈。由無碳小車的行使距離、無碳小車的驅(qū)動輪直徑等因素來確定傳動比的比值。傳動比的計算過程如下所示：傳動比計算公式：i=d帶：d齒=1：L÷(D)將已知項目代入公式計算，結(jié)果i=1：8所以傳動比為1：8，即齒輪比（主動輪對被動輪的齒數(shù)之比為齒輪比）。針對齒輪五種失效形式，應(yīng)分別確立相應(yīng)的設(shè)計準則。但是對于齒面磨損、塑性變形等，由于尚未建立起廣為工程實際使用而且行之有效的計算方法及設(shè)計數(shù)據(jù)，所以目前設(shè)計齒輪傳

39、動時，通常只按保證齒根彎曲疲勞強度及保證齒面接觸疲勞強度兩準則進行計算。對于高速大功率的齒輪傳動，還要按保證齒面抗膠合能力的準則進行計算（參閱GB64131986）。至于抵抗其它失效能力，目前雖然一般不進行計算，但應(yīng)采取的措施，以增強輪齒抵抗這些失效的能力。根據(jù)齒輪的設(shè)計要求制定出如下參數(shù)：齒輪參數(shù)參數(shù)名稱主動輪從動輪模數(shù)（m）0.50.5齒數(shù)(z)16020壓力角()20°20°齒頂高系數(shù)(ha*)11齒頂系數(shù)(c*)0.250.25精度等級7-6-67-6-6厚度（h）5mm5mm3.4.3 控制機構(gòu)由于在無碳小車的總體設(shè)計中，由于無碳小車的行使過程中需要轉(zhuǎn)向，而我們采

40、用連桿滑塊機構(gòu)轉(zhuǎn)向，所以我們的小車行進的路線為正弦函數(shù)（如下圖）。由于在無碳小車的總體設(shè)計中，將無碳小車行使軌跡的振幅設(shè)為500mm，所以無碳小車行使軌跡的函數(shù)為y=0.5sinx?？紤]到無碳小車的行使軌跡的特殊性，所以設(shè)計無碳小車的控制部分必須滿足方程式。無碳小車行駛軌跡 因丁字形桿BC作平移，故桿BC以及鉛直槽DE上所有各點的速度完全相同。顯然，只要求出鉛直槽DE上在這瞬時與曲柄端A相重合的那一點即可。 選曲柄端A為動點，丁字形桿BC為動系。于是，動系作平移，可應(yīng)用速度合成定理。動點A的絕對運動是以點O為中心的圓周運動，因曲柄OA作勻速轉(zhuǎn)動，故點A的絕對速度va只有法向分量，大小為r，方向由點A指向點O；相對運動為沿槽DE的直線運動，相