無碳小車-培訓(xùn)

無碳小車-培訓(xùn)第1章第2章“無碳小車”工作原理及其組成簡介

第3章“無碳小車”相關(guān)機構(gòu)及其設(shè)計

第4章“無碳小車”相關(guān)零部件設(shè)計和選用

第5章“無碳小車”的安裝和調(diào)試

第6章“無碳小車”相關(guān)報告編寫

第7章歷屆參賽作品簡介和演示

第8章“無碳小車”比賽的時間節(jié)點和主要要求目錄§1.1競賽實施方案

§1.2競賽命題及規(guī)則

第1章第三屆全國大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競賽簡介§1.1競賽實施方案第1章第三屆全國大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競賽簡介一、競賽宗旨二、參賽對象與要求三、競賽目的與意義四、竟賽組織形式五、競賽時間與日程六、競賽場地與設(shè)施七、競賽獎項設(shè)置八、競賽秘書處聯(lián)系全國大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競賽是公益性的大學(xué)生科技創(chuàng)新競技活動，是教育部、財政部資助的大學(xué)生競賽項目，是有較大影響力的國家級大學(xué)生科技創(chuàng)新競賽，目的是加強學(xué)生創(chuàng)新能力和實踐能力培養(yǎng)，提高本科教育水平和人才培養(yǎng)質(zhì)量。為開辦此項競賽，經(jīng)教育部高教司批準(zhǔn)，專門成立了全國大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競賽組織委員會和專家委員會。競賽組委會秘書處設(shè)在大連理工大學(xué)。

第三屆全國大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競賽由教育部高教司主辦，大連理工大學(xué)承辦。一、競賽宗旨

“競賽為人才培養(yǎng)服務(wù)，競賽為教育質(zhì)量助力，競賽為創(chuàng)新教育引路”第1章第三屆全國大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競賽簡介三、競賽目的與意義

競賽的目的在于激發(fā)大學(xué)生進(jìn)行科學(xué)研究與探索的興趣，加強大學(xué)生工程實踐能力、創(chuàng)新意識和合作精神的培養(yǎng)。

競賽內(nèi)容與高校工程訓(xùn)練教學(xué)相銜接，綜合體現(xiàn)大學(xué)生機械創(chuàng)新設(shè)計能力、制造工藝能力、實際動手能力、工程管理能力和團隊合作能力。二、參賽對象與要求

全國高校在校全日制本科學(xué)生，無專業(yè)限制。要求以組隊的形式通過所在學(xué)校報名參賽；參賽隊的領(lǐng)隊和指導(dǎo)教師總數(shù)不超過2人，參賽學(xué)生不超過3人。參賽作品的設(shè)計及制作統(tǒng)一按照競賽秘書處發(fā)布的命題及其規(guī)則進(jìn)行。第1章第三屆全國大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競賽簡介四、竟賽組織形式

本競賽實行校、?。ɑ蚨嗍÷?lián)合形成的區(qū)域）、全國三級競賽制度。

本屆國賽設(shè)有2個競賽項目，各省級或區(qū)域賽區(qū)，根據(jù)省級或區(qū)域競賽的成績，按照擇優(yōu)原則，對應(yīng)每個競賽項目可推薦不超過2支參賽隊。每校參加同一個競賽項目的參賽隊只能有1支。

第1章第三屆全國大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競賽簡介五、競賽時間與日程

省級競賽或區(qū)域競賽要求在2013年3月20日之前完成。全國決賽初定在2013年6月份舉行。具體日程：2013年6月7日（周五）：全天報到；裁判工作會議；兩委會工作會議；領(lǐng)隊會議2013年6月8日（周六）：開幕式；第一階段競賽（場上車賽）；報告評審2013年6月9日（周日）：第二階段競賽（加工制作、裝調(diào)，場上賽車）；閉幕式。第1章第三屆全國大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競賽簡介六、競賽場地與設(shè)施

主場地一：大連理工大學(xué)劉長春體育館中心館主場地二：大連理工大學(xué)工程訓(xùn)練中心主場地一為車賽場地，2300平米，地面為國際室內(nèi)球類競賽用標(biāo)準(zhǔn)復(fù)合木地板：主場地二為加工制作裝調(diào)競賽場地，配有普車、普銑、數(shù)車、數(shù)銑和快速成型等比賽用機床，配有鉗工工作臺和鉆床等設(shè)施設(shè)備。加工競賽需要的通用工卡量具由參賽隊自帶。第1章第三屆全國大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競賽簡介七、競賽獎項設(shè)置

全國競賽設(shè)一、二、三等獎及優(yōu)秀獎、優(yōu)秀組織獎、優(yōu)秀指導(dǎo)教師等獎項。一、二等獎比例分別為25％和35％，由競賽組委會向獲獎的參賽隊和參賽選手、指導(dǎo)教師頒發(fā)獲獎證書。省級競賽的獎項設(shè)置由省級競賽組委會參照全國競賽獎項設(shè)置方式自行決定。

第1章第三屆全國大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競賽簡介第1章第三屆全國大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競賽簡介§1.2競賽命題及規(guī)則第1章第三屆全國大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競賽簡介一、本屆競賽主題二、本屆競賽命題三、本屆競賽項目四、獎項分配一、本屆競賽主題“無碳小車越障競賽”要求經(jīng)過一定的前期準(zhǔn)備后，在比賽現(xiàn)場完成一套符合本命題要求的可運行裝置，并進(jìn)行現(xiàn)場競爭性運行考核。每個參賽作品要提交相關(guān)的設(shè)計、工藝、成本分析和工程管理4項報告。

第1章第三屆全國大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競賽簡介

“以重力勢能驅(qū)動的具有方向控制功能的自行小車”

設(shè)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)換而來。給定重力勢能為4焦耳(取g=10m/s2)，競賽時統(tǒng)一用質(zhì)量為1Kg的重塊（普通碳鋼￠50×65mm）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動，不允許從小車上掉落。下圖為小車示意圖。另外，要求小車為三輪結(jié)構(gòu)，小車轉(zhuǎn)向控制機構(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。二、本屆競賽命題第1章第三屆全國大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競賽簡介之所以叫“無碳小車”，是因為不能依靠任何與碳相關(guān)的能源來驅(qū)動小車前進(jìn)，例如電能、燃料等。唯一可以利用的就是一個質(zhì)量為1Kg、落差為400mm的普通碳鋼重塊鉛垂落下時所具有的重力勢能。根據(jù)能量轉(zhuǎn)換原理將它轉(zhuǎn)換為小車前進(jìn)的動能，讓小車動起來。二、本屆競賽命題第1章第三屆全國大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競賽簡介競賽項目I：繞障自行小車（S字型）

三、本屆競賽項目第1章第三屆全國大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競賽簡介第1章第三屆全國大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競賽簡介競賽項目Ⅱ：繞障自行小車（8字型）

四、獎項分配

1.“競賽項目I”獎項分配：

按“競賽項目I”參賽隊數(shù)的30%獲得一等獎，隨后的40%獲得二等獎，其余獲得三等獎或優(yōu)秀獎，中途放棄比賽者無獎。一等獎在I-A組中產(chǎn)生，按總成績ZIA由多到少排名，相同者并列；按所需一等獎名額，按成績由高到低頒發(fā)一等獎，I-A組剩余隊伍頒發(fā)二等獎。其余二等獎名額在I-B組中產(chǎn)生，按總成績ZIB由多到少排名，相同者并列；按所余二等獎名額，按成績由高到低頒發(fā)二等獎，I-B組剩余隊伍視具體情況頒發(fā)三等獎、優(yōu)秀獎或無獎。第1章第三屆全國大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競賽簡介2.“競賽項目Ⅱ”獎項分配：

按“競賽項目II”參賽隊數(shù)的30%獲得一等獎，隨后的50%獲得二等獎，其余獲得三等獎或優(yōu)秀獎，中途放棄比賽者無獎。一等獎在II-A組中產(chǎn)生，按總成績ZIIA由多到少排名，相同者并列；按所需一等獎名額，按成績由高到低頒發(fā)一等獎，II-A組剩余隊伍頒發(fā)二等獎。其余二等獎名額在II-B組中產(chǎn)生，按總成績ZIIB由多到少排名，相同者并列；按所余二等獎名額，按成績由高到低頒發(fā)二等獎，II-B組剩余隊伍視具體情況頒發(fā)三等獎、優(yōu)秀獎或無獎。

第1章第三屆全國大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競賽簡介§2.1“無碳小車”功能分析

§2.2“無碳小車”方案設(shè)計

§2.3“無碳小車”工作原理

§2.4“無碳小車”結(jié)構(gòu)組成

§2.5“無碳小車”設(shè)計理念

§2.6“無碳小車”設(shè)計方法

§2.7“無碳小車”設(shè)計參數(shù)的確定第2章“無碳小車”工作原理及其組成簡介§2.1“無碳小車”

功能分析第2章“無碳小車”工作原理及其組成簡介在機械產(chǎn)品的設(shè)計中，我們首先要做的是對功能需求進(jìn)行仔細(xì)、認(rèn)真、透徹地分析，并盡可能的將產(chǎn)品的功能模塊化，然后對每個模塊用相應(yīng)的機構(gòu)來實現(xiàn)其功能，最后再通過一些零部件將這些獨立的機構(gòu)連接成一個整體，這樣就完成了一個機械產(chǎn)品的設(shè)計。第2章“無碳小車”工作原理及其組成簡介無碳自行小車驅(qū)動自身行走自動避障要設(shè)計一個驅(qū)動機構(gòu)將重塊的重力勢能高效率地轉(zhuǎn)換為小車前行的動能自動轉(zhuǎn)向機構(gòu)要讓小車周期性地轉(zhuǎn)向，精確地實現(xiàn)預(yù)定軌跡，以盡可能多的避開障礙物重力勢能的轉(zhuǎn)換§2.2“無碳小車”

方案設(shè)計第2章“無碳小車”工作原理及其組成簡介通過對小車的功能分析小車需要完成重力勢能的轉(zhuǎn)換、驅(qū)動自身行走、自動避開障礙物三個功能。為了方便設(shè)計可根據(jù)小車所要完成的功能將小車劃分為五個部分進(jìn)行模塊化設(shè)計（車架、原動機構(gòu)、傳動機構(gòu)、轉(zhuǎn)向機構(gòu)、行走機構(gòu)、微調(diào)機構(gòu)）。為了得到令人滿意方案，采用擴展性思維設(shè)計每一個模塊，尋求多種可行的方案和構(gòu)思。下面為我們設(shè)計圖框?！?.3“無碳小車”工作原理第2章“無碳小車”工作原理及其組成簡介第2章“無碳小車”工作原理及其組成簡介第2章“無碳小車”工作原理及其組成簡介第2章“無碳小車”工作原理及其組成簡介§2.4“無碳小車”結(jié)構(gòu)組成

第2章“無碳小車”工作原理及其組成簡介

“無碳小車”通常主要由車體、能量轉(zhuǎn)換、傳動和轉(zhuǎn)向等部分組成。其中傳動和轉(zhuǎn)向部分主要通過相關(guān)機構(gòu)來實現(xiàn)，其機構(gòu)的選擇設(shè)計和相關(guān)零部件的設(shè)計是整體小車設(shè)計性能好壞的關(guān)鍵。

注意：因為能量有限，我們應(yīng)盡可能簡化小車的設(shè)計，機構(gòu)設(shè)計越復(fù)雜、越多，小車的效率就會越低，所以越簡單的設(shè)計越能將勢能高效的利用。§2.4“無碳小車”結(jié)構(gòu)組成

第2章“無碳小車”工作原理及其組成簡介一、“無碳小車”的車體

二、“無碳小車”的能量轉(zhuǎn)換部分四、“無碳小車”的傳動部分五、“無碳小車”的轉(zhuǎn)向部分三、“無碳小車”的驅(qū)動部分六、“無碳小車”的微調(diào)部分一、“無碳小車”的車體

第2章“無碳小車”工作原理及其組成簡介

注意：

1.體積不要過大，重量要輕；

2.重心要低；

3.輪距適中，注意保持穩(wěn)定性；

4.可不必使用差速器。

“無碳小車”車架結(jié)構(gòu)主要有三角底板式和骨架式，其可使用快速成型或焊制，可使用木材、鋁板等。車輪可采用木質(zhì)板、塑料、有機玻璃等制作。一、“無碳小車”的車體

第2章“無碳小車”工作原理及其組成簡介影響車體的平衡主要因素：（1）底板作為最重要的支承件，是其他支承件連接的基礎(chǔ)，由于所承載的負(fù)荷比較小，選用厚度較薄、密度較小的板料，為避免薄壁振動，減少能量損耗，薄壁面積較小。（2）小車的重塊在車上重物支撐桿上方開始下落，距離車底板上面約400mm多。而小車為了節(jié)省能量及避障性好，車底板一般又不能選得面積太大，兩后輪距不能太大，限制底板的寬度不能大。一、“無碳小車”的車體

第2章“無碳小車”工作原理及其組成簡介（3）整個小車就是一個立式的結(jié)構(gòu)，小車運行起來按避障要求左右轉(zhuǎn)向，牽引繩帶動重塊在重力的作用下將大幅擺動，導(dǎo)致小車傾覆不能行走。因此，要限制重塊在小車運行中的擺動，達(dá)到車體運行中良好的平衡。（4）可通過降低小車底板距離地面的高度來降低整車的重心，達(dá)到良好的動態(tài)平衡。（5）整個車包括重塊的重心最好應(yīng)居于小車三個輪構(gòu)成的三角形的形心上，保證小車的平穩(wěn)運行。二、“無碳小車”的能量轉(zhuǎn)換部分第2章“無碳小車”工作原理及其組成簡介如何將重塊的勢能轉(zhuǎn)換為可以驅(qū)動車輛持續(xù)行駛的動能是小車設(shè)計中至關(guān)重要的一個環(huán)節(jié)。其轉(zhuǎn)化方法很多如（繩輪式、彈簧儲能式、鏈輪式，就效率和簡潔性來看繩輪最優(yōu)）：

直接轉(zhuǎn)化——重力勢能帶動輪軸轉(zhuǎn)動；

間接轉(zhuǎn)化——重力勢能其它能量帶動輪軸轉(zhuǎn)動

蓄能——重力勢能各種蓄能裝置帶動輪軸轉(zhuǎn)動

但是注意：為減少能量損失，轉(zhuǎn)化步驟越少越好輸出驅(qū)動力可調(diào)的繩輪式機構(gòu)

可以通過改變繩子繞在繩輪上不同位置來改變其輸出的動力驅(qū)動軸帶輪三角支架定滑輪重物塊細(xì)繩無碳小車對原動機構(gòu)的要求：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(dá)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。3.重塊的動能盡可能的轉(zhuǎn)化到驅(qū)動小車前進(jìn)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。4.由于不同的場地對輪子的摩擦可能不一樣，在不同的場地小車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。因此需能根據(jù)不同的要求調(diào)整其驅(qū)動力。5.機構(gòu)簡單，效率高。

三、“無碳小車”的驅(qū)動部分第2章“無碳小車”工作原理及其組成簡介考慮到啟動時，需要的力矩大，而在小車行駛的過程中，運動平穩(wěn)有慣性，需要的力矩小。因此，設(shè)計滾筒結(jié)構(gòu)時要加以考慮。驅(qū)動輪的驅(qū)動分為：單輪驅(qū)動和雙輪驅(qū)動。三、“無碳小車”的驅(qū)動部分第2章“無碳小車”工作原理及其組成簡介在車輛轉(zhuǎn)彎時，內(nèi)外兩側(cè)車輪繞同一中心旋轉(zhuǎn)，故在同一時間內(nèi)，外側(cè)車輪行駛過的曲線距離顯然大于內(nèi)側(cè)車輪，若兩側(cè)車輪固定于同一剛性轉(zhuǎn)軸上，以同一角速度轉(zhuǎn)動，則外側(cè)車輪必然發(fā)生邊滾動邊滑移，而內(nèi)側(cè)車輪卻會邊滾動邊滑轉(zhuǎn)。對于三輪結(jié)構(gòu)，單輪轉(zhuǎn)向，雙輪驅(qū)動的小車在轉(zhuǎn)彎行駛時的這種附加在純滾動上的滑動，必然使小車的軌跡難于預(yù)測和確定，無法保證運動精度，無法實現(xiàn)命題要求的高可靠、高準(zhǔn)確轉(zhuǎn)向繞樁。差速轉(zhuǎn)向原理：車輛在拐彎時車輪的軌線是圓弧，如果車輛向左轉(zhuǎn)彎，圓弧的中心點在左側(cè)，在相同的時間里，右側(cè)輪子走的弧線比左側(cè)輪子長，為了平衡這個差異，就要左邊輪子慢一點，右邊輪子快一點，用不同的轉(zhuǎn)速來彌補距離的差異，這就是轉(zhuǎn)向中的差速。三、“無碳小車”的驅(qū)動部分第2章“無碳小車”工作原理及其組成簡介考慮到結(jié)構(gòu)簡單，且容易實現(xiàn)，選擇單輪驅(qū)動較多；若采用雙輪驅(qū)動，小車在結(jié)構(gòu)上必須能夠保證允許各個驅(qū)動車輪以不同的角速度轉(zhuǎn)動，即，實現(xiàn)雙輪轉(zhuǎn)向中的差速。為保證驅(qū)動輪能在不中斷動力傳遞的情況下，允許兩車輪以不同的角速度轉(zhuǎn)動，需要將連接兩輪的車軸斷開，驅(qū)動軸的這種結(jié)構(gòu)被稱為半軸結(jié)構(gòu)。三、“無碳小車”的驅(qū)動部分第2章“無碳小車”工作原理及其組成簡介差速轉(zhuǎn)彎，是理論上小車能走的最遠(yuǎn)的設(shè)計方案。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）三、“無碳小車”的驅(qū)動部分第2章“無碳小車”工作原理及其組成簡介行走機構(gòu)即為三個輪子，輪子有厚薄之分，大小之別，材料之不同，需要綜合考慮。滾動摩擦阻力：

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、材料、安裝問題等等，具體尺寸需要進(jìn)一步分析確定。

四、“無碳小車”的傳動部分第2章“無碳小車”工作原理及其組成簡介傳動機構(gòu)的功能是把動力和運動傳遞到轉(zhuǎn)向機構(gòu)和驅(qū)動輪上，傳動機構(gòu)有帶傳動機構(gòu)、齒輪傳動機構(gòu)、蝸輪蝸桿傳動機構(gòu)、鏈傳動機構(gòu)等等。

但是注意：為減少效率損失，傳動步驟越少越好四、“無碳小車”的傳動部分第2章“無碳小車”工作原理及其組成簡介傳動鏈效率問題，即重塊下落的重力勢能轉(zhuǎn)化為使小車前進(jìn)的動能能量損失最少。例如：齒輪傳動效率可高達(dá)98％，因此可以很好的提高能量利用率。選擇以齒輪副來完成滾筒軸到后輪軸的動力傳動，驅(qū)使小車行駛，使小車行駛的更遠(yuǎn)。內(nèi)聯(lián)系傳動鏈容易保證傳動鏈與執(zhí)行件之間的嚴(yán)格傳動比，盡量縮短內(nèi)聯(lián)系傳動鏈，減少傳動件的個數(shù)，縮小傳動誤差，盡量減少能量的轉(zhuǎn)換次數(shù)會有效地提高能量利用率。實現(xiàn)小車的周期性轉(zhuǎn)向，小車的內(nèi)傳動鏈必須準(zhǔn)確，否則會“失之毫厘謬以千里”，小車很快脫離預(yù)定的軌跡，退出比賽。必須將滾筒軸的動力輸出用嚴(yán)格的定傳動比輸出到后輪軸及前輪的轉(zhuǎn)向裝置上，實現(xiàn)后輪的行程與前輪的轉(zhuǎn)向相匹配，例如可用齒輪副來完成滾筒軸到后輪軸的動力傳動。齒輪的設(shè)計、加工精度要嚴(yán)格保證，各傳動軸及輪軸的材料，應(yīng)有較高的支承剛度，減少受載后的彎曲變形，在布置上也要考慮軸的兩支承跨距盡量要小，軸伸尺寸盡量短，齒輪盡量靠近支承處，來提高內(nèi)傳動鏈的運動精度。四、“無碳小車”的傳動部分第2章“無碳小車”工作原理及其組成簡介五、“無碳小車”的轉(zhuǎn)向部分第2章“無碳小車”工作原理及其組成簡介自動轉(zhuǎn)向機構(gòu)要實現(xiàn)小車順利地繞過障礙物。小車有三個輪子，后面兩個輪子（或一個）為驅(qū)動輪，前面一個為轉(zhuǎn)向輪。后輪在重物的驅(qū)動下繞水平軸不停地轉(zhuǎn)動可以保證小車向前行駛，前輪必須要在繞水平軸轉(zhuǎn)動（即實現(xiàn)向前運動）的同時周期性地擺動（即豎直軸左右轉(zhuǎn)動，以實現(xiàn)轉(zhuǎn)向的目的），才能使小車走出預(yù)定軌跡、繞過障礙物。一個機械產(chǎn)品一般只有一個動力源，所以，轉(zhuǎn)向輪擺動的能量只能來源于后輪轉(zhuǎn)動的動能。轉(zhuǎn)向要求具體分析第2章“無碳小車”工作原理及其組成簡介按照命題要求小車必須具有方向自控功能，繞過直線布置的每隔1米1個障礙物的要求。小車必須左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)再左轉(zhuǎn)地周期性轉(zhuǎn)向，在速度一定的前提下，必須要保證小車的運動軌跡曲率是連續(xù)變化的，小車才能平穩(wěn)行駛，否則，曲率突然改變，小車容易晃動甚至傾覆。要實現(xiàn)滾筒軸連接的回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為前輪轉(zhuǎn)向軸的水平運動，前輪左右擺幅相同，實現(xiàn)小車前輪的轉(zhuǎn)向問題，要保證傳動的準(zhǔn)確。第2章“無碳小車”工作原理及其組成簡介從滾筒軸的回轉(zhuǎn)運動到控制前輪轉(zhuǎn)向的水平擺動，首先要實現(xiàn)把豎直平面的運動轉(zhuǎn)化為水平面運動，可以采用錐齒輪傳動、凸輪機構(gòu)、摩擦輪傳動、皮帶傳動等傳動機構(gòu)，在考慮到安裝精度、傳動效率、結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度以及成本高低后，選擇相應(yīng)的機構(gòu)。將連續(xù)轉(zhuǎn)動變?yōu)橹芷谛詳[動，可選擇機構(gòu)很多，從機械設(shè)計的高效率和結(jié)構(gòu)簡單原則，一般選連桿機構(gòu)和凸輪機構(gòu)。五、“無碳小車”的轉(zhuǎn)向部分第2章“無碳小車”工作原理及其組成簡介能實現(xiàn)該轉(zhuǎn)向功能的機構(gòu)有：凸輪機構(gòu)+搖桿曲柄搖桿差速轉(zhuǎn)彎凸輪機構(gòu)：凸輪是具有一定曲線輪廓或凹槽的構(gòu)件，它運動時，通過高副接觸可以使從動件獲得連續(xù)或不連續(xù)的任意預(yù)期往復(fù)運動。優(yōu)點：只需設(shè)計適當(dāng)?shù)耐馆嗇喞?，便可使從動件得到任意的預(yù)期運動，而且結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、設(shè)計方便；缺點：凸輪輪廓加工比較困難。在本小車設(shè)計中由于：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（滑動摩擦）五、“無碳小車”的轉(zhuǎn)向部分第2章“無碳小車”工作原理及其組成簡介凸輪機構(gòu)+搖桿曲柄搖桿優(yōu)點(1)磨損小，制造方便，易獲得較高精度；(2)兩構(gòu)件之間的接觸是靠本身的幾何封閉來維系的，它不像凸輪機構(gòu)有時需利用彈簧等力封閉來保持接觸。缺點(1)一般情況只能近似實現(xiàn)給定的運動規(guī)律或運動軌跡；(2)當(dāng)給定的運動要求較多或較復(fù)雜時，需要的構(gòu)件數(shù)和運動副數(shù)往往比較多，這樣就使機構(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，而且機構(gòu)運動規(guī)律對制造、安裝誤差的敏感性增加；(3)機構(gòu)中做平面復(fù)雜運動和作往復(fù)運動的構(gòu)件所長生的慣性力難以平衡，在高速時將引起較大的振動和動載荷，故連桿機構(gòu)常用于速度較低的場合。小車轉(zhuǎn)向頻率和傳遞的力不大，機構(gòu)可以做的比較輕，可以忽略慣性力，機構(gòu)并不復(fù)雜，利用MATLAB或其它軟件進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計并不困難，加上個鏈接可以利用軸承大大減小摩擦損耗提高效率。五、“無碳小車”的轉(zhuǎn)向部分第2章“無碳小車”工作原理及其組成簡介非常多，而且繁雜。如連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)等。

注意：命題中是單輪導(dǎo)向，不要拘泥于資料文獻(xiàn)的各種框框，要講究突破思維定勢、小巧靈活。能夠完成單軸擺動或整轉(zhuǎn)即可。轉(zhuǎn)向機構(gòu)：正弦曲線槽輪機構(gòu)。五、“無碳小車”的轉(zhuǎn)向部分第2章“無碳小車”工作原理及其組成簡介可在前輪軸上增加1盤軸承，適當(dāng)保持兩盤軸承的距離，顯著增強了前輪軸的支承剛度，大大提高了前輪軸的運動精度，使前輪轉(zhuǎn)向更準(zhǔn)確。小車結(jié)構(gòu)簡單、容易加工、能量利用率高，且便于前輪擺動角度的調(diào)節(jié)。例如，曲柄勻速轉(zhuǎn)動，搖桿左右勻速擺動的曲柄搖桿機構(gòu)應(yīng)該是可行的轉(zhuǎn)向機構(gòu)，小車運行軌跡接近正弦曲線，曲率變化連續(xù)。五、“無碳小車”的轉(zhuǎn)向部分第2章“無碳小車”工作原理及其組成簡介微調(diào)可采用螺母式、滑塊式等，如圖圖五六、“無碳小車”的微調(diào)部分無碳小車計算分析第2章“無碳小車”工作原理及其組成簡介§2.5“無碳小車”

設(shè)計理念第2章“無碳小車”工作原理及其組成簡介尺寸要小零件要少運行要穩(wěn)適合調(diào)試§2.5“無碳小車”

設(shè)計方法第2章“無碳小車”工作原理及其組成簡介在設(shè)計方法上可以借鑒參數(shù)化設(shè)計、優(yōu)化設(shè)計、系統(tǒng)設(shè)計等現(xiàn)代設(shè)計方法。采用MATLAB、PROE等軟件進(jìn)行輔助設(shè)計?？砂慈缦铝鞒淘O(shè)計小車：§2.5“無碳小車”

設(shè)計方法第2章“無碳小車”工作原理及其組成簡介運動學(xué)模型建立準(zhǔn)確恰當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)模型是實現(xiàn)小車運動研究的關(guān)鍵，是進(jìn)行系統(tǒng)仿真分析設(shè)計的基礎(chǔ)。建立無碳小車的運動學(xué)模型用來確定無碳小車整體結(jié)構(gòu)和各零件及機構(gòu)之間的運動學(xué)關(guān)系。

無碳小車共有三個輪，一個輪轉(zhuǎn)向，兩個輪驅(qū)動(其中一個輪主動，另一個輪從動);小車動力的傳動結(jié)構(gòu)采用的是大齒輪帶動小齒輪的升速驅(qū)動，目的是盡可能提高小車前進(jìn)的距離?！?.6“無碳小車”

設(shè)計方法第2章“無碳小車”工作原理及其組成簡介整車設(shè)計（三維設(shè)計模型）

（1）采用三維軟件零件建模：如SolidWorks、UG、Pro/E。（2）在三維平臺上將建模所獲得的零件添加約束關(guān)系進(jìn)行裝配獲得無碳小車的裝配模型。（3）在三維平臺上將無碳小車的裝配模型實施虛擬仿真。轉(zhuǎn)向輪設(shè)計

驅(qū)動輪設(shè)計轉(zhuǎn)向輪與驅(qū)動輪的鏈接§2.7“無碳小車”

設(shè)計參數(shù)的確定第2章“無碳小車”工作原理及其組成簡介§2.7“無碳小車”

設(shè)計參數(shù)的確定第2章“無碳小車”工作原理及其組成簡介§2.7“無碳小車”

設(shè)計參數(shù)的確定第2章“無碳小車”工作原理及其組成簡介§2.7“無碳小車”

設(shè)計參數(shù)的確定第2章“無碳小車”工作原理及其組成簡介§2.7“無碳小車”

設(shè)計參數(shù)的確定第2章“無碳小車”工作原理及其組成簡介§2.7“無碳小車”

設(shè)計參數(shù)的確定第2章“無碳小車”工作原理及其組成簡介§2.7“無碳小車”

設(shè)計參數(shù)的確定第2章“無碳小車”工作原理及其組成簡介機械產(chǎn)品方案設(shè)計是一個感性的過程，而機構(gòu)和結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定以及加工制造便是一個非常理性的過程，必須通過嚴(yán)格的科學(xué)計算保證設(shè)計方案的可行性和產(chǎn)品的功能要求。驅(qū)動輪轉(zhuǎn)過的圈數(shù)和轉(zhuǎn)向輪擺動的周期存在密切的關(guān)系，它決定著小車是否能夠走預(yù)定軌跡，順利繞過障礙物。其中還涉及到轉(zhuǎn)向輪擺動的角度，擺動的角度越大，小車的行駛軌跡就越彎曲，反之，越平直。設(shè)計方案具體參數(shù)的確定及結(jié)構(gòu)優(yōu)化由于小車的軌跡很難用已有的函數(shù)關(guān)系來確定，但是從圖中我們可以看出小車的軌跡大概是一個正弦曲線，這樣便為我們計算小車走過的實際軌跡長度提供了計算依據(jù)。根據(jù)小車行走示意圖,采用正弦函數(shù):Y＝0.35sinπx,周期T＝2m的曲線擬合小車行駛路徑較為合理。求導(dǎo)得到在每個位置的轉(zhuǎn)角的正切大小:Y’＝0.35πcosπx,實驗?zāi)M,可以得到前輪的最大轉(zhuǎn)角為36°?！?.7“無碳小車”

設(shè)計參數(shù)的確定第2章“無碳小車”工作原理及其組成簡介設(shè)計方案具體參數(shù)的確定及結(jié)構(gòu)優(yōu)化§2.7“無碳小車”

設(shè)計參數(shù)的確定第2章“無碳小車”工作原理及其組成簡介設(shè)計方案具體參數(shù)的確定及結(jié)構(gòu)優(yōu)化此函數(shù)的路徑總長度不好求,因此可以將小車的1個周期路徑用細(xì)繩進(jìn)行擬合,假設(shè)得到1個周期的路徑長度2400mm,也就是滾筒軸回轉(zhuǎn)一周,搖桿要往復(fù)擺動一次,后輪行駛2400mm,即π·i·d＝2400mm。當(dāng)然，因為軌跡是近似估計的，肯定會存在誤差，但是這個誤差并不大，而且我們會通過在實驗中，調(diào)整驅(qū)動輪的直徑來減小誤差。所以，這種方法是可行的。確定滾筒軸到后輪軸的傳動比i與后輪直徑d的關(guān)系如下表所示。采用小模數(shù)齒輪,增加齒數(shù),增大齒輪嚙合重合度,可提高傳動精度,彌補齒輪制造精度差。因此選擇齒輪模數(shù)為1,大齒輪Z1＝100,小齒輪Z2＝20,中心距為50mm?！?.7“無碳小車”

設(shè)計參數(shù)的確定第2章“無碳小車”工作原理及其組成簡介設(shè)計方案具體參數(shù)的確定及結(jié)構(gòu)優(yōu)化曲柄搖桿機構(gòu)參數(shù)的確定用曲柄搖桿機構(gòu)來實現(xiàn)前輪的左右均勻擺動,見圖。必須滿足12＝180°的條件。按最小傳動角設(shè)計行程速比系數(shù)k＝1(12

＝180°)的曲柄搖桿機構(gòu)。根據(jù)已知的12

、12及選定的最小傳動角min及角,然后查表及結(jié)合下列公式計算各構(gòu)件相對長度?！?.7“無碳小車”

設(shè)計參數(shù)的確定第2章“無碳小車”工作原理及其組成簡介§2.7“無碳小車”

設(shè)計參數(shù)的確定第2章“無碳小車”工作原理及其組成簡介曲柄搖桿機構(gòu)參數(shù)的確定其中:a-曲柄長度;b-連桿長度;c-搖桿長度;d-機架考慮到可調(diào)性,設(shè)置微調(diào)結(jié)構(gòu),在搖桿處設(shè)置調(diào)長螺桿,在連桿處使用了長度調(diào)節(jié)螺栓,使得搖桿、連桿長度的調(diào)節(jié)變得方便、精確,保證了軌跡的準(zhǔn)確。小車的整體高度超過了400mm，所以應(yīng)盡可能地降低小車的車身，從而降低小車的重心，保證小車在行駛過程中的穩(wěn)定性。并且可以在重塊下落的部位放上海綿、橡膠等物質(zhì)，以減小重塊下落時的沖擊。對于所有存在轉(zhuǎn)動的部位，均裝上滾動軸承，變滑動為滾動，減小摩擦，提高能量利用率。在保證小車的強度和穩(wěn)定的前提下，為減輕小車的總體質(zhì)量，考慮對驅(qū)動輪、后輪軸等部分采用輪輻或中空設(shè)計；對一些非承重結(jié)構(gòu)采用木質(zhì)或塑料等材料制作。§2.7“無碳小車”

設(shè)計參數(shù)的確定第2章“無碳小車”工作原理及其組成簡介在機械加工的時候，所有的零部件都必須轉(zhuǎn)化成二維圖紙，其中包括零件圖和裝配圖。其中零件圖中要詳細(xì)的反映零件的尺寸、公差、粗糙度等技術(shù)要求§2.7“無碳小車”

設(shè)計參數(shù)的確定第2章“無碳小車”工作原理及其組成簡介§3.1連桿機