無碳小車—結(jié)構(gòu)設(shè)計方案

1、無碳小車設(shè)計思路根據(jù)本屆競賽題目對無碳小車（以下簡稱：小車）功能設(shè)計、徽標設(shè)計的要求，我們首先確定如下的設(shè)計思路：1、 根據(jù)能量守恒定律，物塊下落的重力勢能直接轉(zhuǎn)化為小車前進的動能時，能量損失最少，所以小車前進能量來源直接由重物下落過程中減少的重力勢能提供為宜。2、 根據(jù)小車功能設(shè)計要求（小車在前行時能夠自動避開賽道上設(shè)置的障礙物），小車前進的路線具有一定的周期性；考慮到小車轉(zhuǎn)向時速度有損失，小車前進的線路是命題設(shè)計要求的最優(yōu)解。3、 結(jié)構(gòu)的設(shè)計與成本分析、加工工藝設(shè)計統(tǒng)籌考慮，力求產(chǎn)品的最優(yōu)化設(shè)計。4、 徽標反映本屆競賽主題：無碳小車 無碳小車設(shè)計方案以下是具體的設(shè)計方案介紹：一、徽標設(shè)計（

2、圖1）圖1（1）設(shè)計說明：整個徽標是一個橢圓形的圈，包圍著一個車輪，車輪下面寫著“No Carbon”的字樣。其中，車輪代表著我們所做的無碳小車。其后面是由眾多抽象的“S”形條紋組成，代表著我們的無碳小車由所要求的“S”形跑到飛馳而出。其下的“No Carbon”字樣簡單明了地說明了這屆大賽的主題，并且外面的橢圓圈，代表著能量的意識，說明了勢能與動能相互轉(zhuǎn)換的過程。最后，以整體上看，整個圖形像一只眼睛。看著遠方，對未來全球?qū)崿F(xiàn)無碳充滿希望。（2）材料：45鋼（3）制作：激光打標機 噴漆 外圈紅色R：255 G：0 B：0內(nèi)圈紅色 R：170 G：0 B：0“No”R：85 G：85 :B：:8

3、5“Carbon” R：170 G：0 B：0 車輪R：255 G：85 B：85“S”R：255 G：85170 B：085二、小車動力、動力轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)1、小車的動力系統(tǒng)（圖2）圖2（1）方案：根據(jù)競賽命題要求（小車前行過程中完成的所有動作所需的能量均重物下落減少重力勢能轉(zhuǎn)換獲得，不可使用任何其他的能量形式）及能量守恒定律，物塊下落的重力勢能直接轉(zhuǎn)化為小車前進的動能時，能量損失最少，所以以繩拉力為動力為宜。拉力作用于錐型原動輪（以下簡稱：原動輪）上，形成力矩，力矩對該原動輪產(chǎn)生轉(zhuǎn)動效應(yīng)，通過一系列齒輪的傳動，將動力輸出，使后輪轉(zhuǎn)動，小車前進。（2）以上方案作用：由于設(shè)計該小車的前進過程是

4、靜止加速勻速減速的過程，所以開始時拉力的作用點處在原動輪半徑較大處，并且隨著小車的前進，拉力作用點距離原動輪的軸線的距離呈遞減的線性變化。起始時，原動輪的轉(zhuǎn)動半徑較大，起動轉(zhuǎn)矩大，有利起動；起動后，原動輪半徑變小，轉(zhuǎn)速提高，轉(zhuǎn)矩變小，和阻力平衡后小車勻速運動。重物是由賽會組委會提供，M=1Kg，那么作用于原動輪上的作用力為F=Mg=9.8N.若該作用力所產(chǎn)生的扭矩不通過一系列齒輪將扭矩減小而直接作用于后輪上，那么重物開始下落重物停止的過程 一直處于加速，這與小車的設(shè)計運動過程相違背。所以采用一系列齒輪將該作用力產(chǎn)生的扭矩轉(zhuǎn)化為后輪上較小扭矩，增加小車前進的距離，控制小車前進的速度。2、小車的動

5、力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（圖3）圖3 （1）方案：根據(jù)競賽命題要求（小車前行過程中完成的所有動作所需的能量均重物下落減少重力勢能轉(zhuǎn)換獲得，不可使用任何其他的能量形式；小車在前行時能夠自動避開賽道設(shè)置的障礙物），通過錐形齒輪，將小車動力傳遞到小車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。又根據(jù)小車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計要求，設(shè)計兩個轉(zhuǎn)向相反的齒輪，齒輪上插有擋塊，兩個擋塊周期性的碰撞轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的把手，完成轉(zhuǎn)向。（2）以上方案作用：小車動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是連接動力系統(tǒng)與轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的橋梁，通過給系統(tǒng)，實現(xiàn)小車轉(zhuǎn)向動力的來源。動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中反向旋轉(zhuǎn)的兩個齒輪，通過齒輪上擋塊對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中 把手 周期性碰撞，將動力系統(tǒng)的作用力傳遞到轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。3、小車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（圖4）圖4（1）方案：根據(jù)小車功能設(shè)計要求（小車在前行時能夠自動避開賽道設(shè)置的障礙物）及轉(zhuǎn)向特點，采取小車前進軌跡為：直線弧線直線的行進過程（圖4）。為了實現(xiàn)此運動軌跡，小車前輪轉(zhuǎn)動必須滿足向兩邊轉(zhuǎn)動的時間短，不發(fā)生轉(zhuǎn)動的時間長。為此，設(shè)計在前輪軸上安裝一個把手，把手與前輪軸通過鍵連接，與底盤通過彈簧連接。當(dāng)動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)上的擋塊碰撞把手時，小車處于轉(zhuǎn)向過程；當(dāng)碰撞結(jié)束后，把手由于彈簧的作用力，回到未碰撞之前的狀態(tài)，此時，小車處于直線前進的過程，直到下一個轉(zhuǎn)向處。（2）以上方案的作