無碳小車命題

閔淑輝第三屆全國大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競賽命題分析一.命題二.設(shè)計(jì)要求三.制作要求四.比賽要求計(jì)算分析結(jié)構(gòu)分析示例競賽主題：無碳小車越障競賽

競賽命題：以重力勢能驅(qū)動的具有方向控制功能的自行小車考核內(nèi)容：設(shè)計(jì)、工藝、成本分析、工程管理。作品內(nèi)容：1.“無碳小車”實(shí)物作品；2.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案、工程管理方案、加工工藝方案、成本分析方案等4份報(bào)告（紙質(zhì)版+電子版）參加競賽。報(bào)告按競賽秘書處發(fā)布的統(tǒng)一格式編寫。一、命題1.驅(qū)動力：重力勢能4焦耳，1kg（Q235，Φ50mm*65mm），落差高400mm；不準(zhǔn)使用任何其它的能量形式2.車結(jié)構(gòu)：三輪；3.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

小車其它具體結(jié)構(gòu)和材料選用不作要求。二、設(shè)計(jì)要求自我發(fā)揮部分1.小車的前輪設(shè)計(jì)：單向偏轉(zhuǎn)或?qū)崿F(xiàn)偏轉(zhuǎn)及其轉(zhuǎn)向角度的確定。2.小車的運(yùn)行軌道設(shè)計(jì)：根據(jù)轉(zhuǎn)向方案，設(shè)計(jì)出小車路程最少且位移量最大、符合命題要求的預(yù)算軌道，并確定小車的初始釋放位置；3.小車的能量轉(zhuǎn)換方式。4.小車的前后輪設(shè)計(jì)。5.小車的穩(wěn)定性設(shè)計(jì)。

6.小車的外觀設(shè)計(jì)。7.成本分析。1.驅(qū)動力：重力勢能4焦耳，1kg（Q235，Φ50mm*65mm），落差高400mm；不準(zhǔn)使用任何其它的能量形式2.車結(jié)構(gòu)：三輪；3.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

小車其它具體結(jié)構(gòu)和材料選用不作要求。二、設(shè)計(jì)要求1.校內(nèi)制作：自主制作全部零件。2.比賽現(xiàn)場制作：（進(jìn)入第二競賽環(huán)節(jié)后）抽簽確定徽標(biāo)

快速成型加工制作根據(jù)新的障礙物間距對自己的小車進(jìn)行調(diào)整裝配或修配。

三、制作要求競賽項(xiàng)目Ⅰ

在指定賽道，比賽繞過障礙多少和行走距離。競賽小車在前行時能夠自動交錯繞過賽道上設(shè)置的障礙物。障礙物為直徑20mm、高200mm的多個圓棒，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。四、比賽要求競賽項(xiàng)目Ⅱ

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障礙沿8字形軌跡繞行，繞行時不可以撞倒障礙物，不可以掉下球臺。障礙物為直徑20mm、長200mm的2個圓棒，相距一定距離放置在半張標(biāo)準(zhǔn)乒乓球臺的中線上，以小車完成8字繞行圈數(shù)的多少來綜合評定成績。見圖3。圖3：競賽項(xiàng)目二所用乒乓球臺及障礙設(shè)置圖參賽者參賽時，需要提交關(guān)于作品①設(shè)計(jì)說明書、②工程管理方案、③加工工藝方案、④成本分析方案報(bào)告。四、比賽要求I-A組第二競賽環(huán)節(jié)

四、比賽要求集中參賽：（與預(yù)賽的時間、地點(diǎn)關(guān)系？）四、比賽要求總成績：四、比賽要求五、計(jì)算分析力分析——小車質(zhì)量P0，重力P0g=地面支反力N0小車驅(qū)動力矩M=等效力偶F0×D/2

（小車驅(qū)動力）F0=2M/D

M由G獲取例如：M=G×Φ/2=F0×D/2（暫不計(jì)效率）

此時

F0=G×Φ/DG=1kgGΦ五、計(jì)算分析力約束——（克服運(yùn)行阻力的最小值和不打滑的最大值）克服運(yùn)行阻力：車體運(yùn)行阻力包括慣性阻力和靜阻力慣性阻力（N）=P0

×a(小車啟動加速度)靜阻力一般包括基本阻力、彎道阻力、坡道阻力、氣流阻力等

基本阻力(N)=P0

gw式中：g重力加速度；w

運(yùn)行阻力系數(shù)，實(shí)驗(yàn)得出經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，約0.01。

F0

＞

P0

(a+

gw

)（注意，命題中沒有運(yùn)行時間要求）地面對小車摩擦阻力Ff

，

Ff=P0g×f（摩擦系數(shù)）不打滑條件F0＜Ff=P0g×fG=1kg五、計(jì)算分析做功分析——設(shè)：S為小車行走距離，mm，η為小車總效率，

F0×S=G×400mm×η

則：S=G×400mm×η/F0

前面防滑計(jì)算得出：F0＜Ff=P0g×f可見：為了增大小車行走距離，為了避免能量損失不打滑，在保證能夠驅(qū)動小車行走的前提下，

F0越小越好。

F0=G×Φ/D

G=1kgGΦ五、麥計(jì)算盛分析效率揮分析——小車停總效梨率η，包溫括機(jī)械繡傳動潮效率虛；能量咐轉(zhuǎn)換江效率貢等部分蔽機(jī)械色傳動蹲效率府見右本表能量嶄轉(zhuǎn)換蹈過程餃中的書效率膛損失石練習(xí)化查找睬資料六、鼠結(jié)構(gòu)傾分析主要友考慮抱：能尤量轉(zhuǎn)饑化機(jī)期構(gòu)（火原動坐機(jī)構(gòu)切）、云傳動究機(jī)構(gòu)飾、轉(zhuǎn)枯向機(jī)念構(gòu)、蒙車體駝結(jié)構(gòu)聯(lián)；不恥主張風(fēng)遙控授。重力生勢能考轉(zhuǎn)換悲為動泳能動能澆和勢炮能總塔稱為咐機(jī)械勸能，精包括箭：（1）動鍵能：晴物體蓮由于苦運(yùn)動亭而具廳有的米能，善叫做膊動能潮，動騎能的膨標(biāo)志楚是運(yùn)章動。（2）重召力勢辭能：狂物體提由于城被舉聾高而弓具有府的能渾量叫愈做重移力勢著能，童重力策勢能鄙的標(biāo)那志是煮舉高換。（3）彈懸性勢趴能：節(jié)物體邊由于欣發(fā)生白了彈衰性形疑變而騰具有旅的能宿量叫叔做彈蕉性勢籠能，甚彈性童勢能念的標(biāo)健志是漁彈性燭形變斷。轉(zhuǎn)化威方法慣很多里，如厘：直叢接轉(zhuǎn)狹化——重力齊勢能翁帶鵝動輪崖軸轉(zhuǎn)兆動；間接悅轉(zhuǎn)化——重力筒勢能持其宗它能都量透帶澇動輪爸軸轉(zhuǎn)雨動蓄能——重力臉勢能沒各種成蓄能疲裝置繪帶動榴輪軸鳥轉(zhuǎn)動熟；但是芝注意飽：為適減少商能量講損失副，轉(zhuǎn)彎化步違驟越樣少越沙好能量既轉(zhuǎn)化旋機(jī)構(gòu)六、扁結(jié)構(gòu)須分析主要迎考慮危：能量穩(wěn)轉(zhuǎn)化滔機(jī)構(gòu)晶（原手動機(jī)誤構(gòu)）享、傳渣動機(jī)品構(gòu)、古轉(zhuǎn)向框機(jī)構(gòu)具、車倉體結(jié)創(chuàng)構(gòu)；包括桶：齒輪寧傳動浪機(jī)構(gòu)身、蝸縮慧輪蝸塊桿傳我動機(jī)蠟構(gòu)、案帶傳港動機(jī)喉構(gòu)、丙鏈傳丸動機(jī)棵構(gòu)、由繩傳削動機(jī)御構(gòu)、陶凸輪策機(jī)構(gòu)眾、連魄桿機(jī)炭構(gòu)、封氣動熄裝置高、液斑動裝土置、燃電動蚊裝置琴等以等但是買注意右：為稅減少森效率久損失參，傳桐動步惱驟越伙少越億好傳動度機(jī)構(gòu)六、駐結(jié)構(gòu)糖分析主要囑考慮貴：能竄量轉(zhuǎn)抬化機(jī)客構(gòu)（區(qū)原動浩機(jī)構(gòu)蕉）、有傳動醒機(jī)構(gòu)掃、轉(zhuǎn)吼向機(jī)真構(gòu)、憐車體瓶結(jié)構(gòu)舒；非常飼多，局而且千繁雜慈。注意左：命鋼題中威是單害輪導(dǎo)揮向，傲不要陡拘泥拘于資磨料文西獻(xiàn)的困各種唉框框思，要?dú)炛v究晌突破丙思維蘭定勢積、小田巧靈紫活。驗(yàn)?zāi)軌蚴馔瓿蓷潌屋S填擺動央即可啄。轉(zhuǎn)向丙機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)向汗機(jī)構(gòu)行駛散路程狐與轉(zhuǎn)誘向周邁期間疑的關(guān)孤系；傳動扒比控榜制在莫合理外的數(shù)性值范寨圍內(nèi)六、屠結(jié)構(gòu)殿分析主要崖考慮哄：能毅量轉(zhuǎn)幣化機(jī)瘡構(gòu)、咳傳動崇機(jī)構(gòu)防、轉(zhuǎn)竭向機(jī)個構(gòu)、山車體棄結(jié)構(gòu)蛋；八仙跳過海燥各顯微神通注意便：1.體積屯不要艷過大咳，重盼量要殃輕；2.重心賢要低彈；3.輪距奇適中泳，注稀意保音持穩(wěn)泰定性手；車體東結(jié)構(gòu)v1v322H45差速集器2Lv1v3Pω13r二、鄉(xiāng)豐設(shè)計(jì)城思路漆和方較案1.基本胸結(jié)構(gòu)A.小車暑以鋁甘板做名的底華板為采主體奪，上蒙面安泰裝軸絕承座搖以支耗承輸榆入軸記、驅(qū)亭動軸握、吊回掛重晌物的禽立桿毯等，束小車污的轉(zhuǎn)啊向輪險(xiǎn)架也社要通秧過軸普承固兵定在孕底板愈上。B.使用久滑輪規(guī)機(jī)構(gòu)飾將重棗塊的畜能量童通過叫細(xì)繩星以轉(zhuǎn)望矩的摘形式乏傳遞產(chǎn)到輸樸入軸毯。C.輸入稀軸通躺過一襲級齒重輪傳弦動將移能量腿傳到炸驅(qū)動固軸，面帶動蔬驅(qū)動攝輪并待驅(qū)使深小車戚向前詞運(yùn)動朵。D.輸入挺軸通頭過一棋級齒驢輪傳憶動與酷帶傳歉動驅(qū)恭動轉(zhuǎn)魔向軸矛控制厚小車券的轉(zhuǎn)寶向。E.小車佛的轉(zhuǎn)督向通浴過一應(yīng)個空走間的株四連扔桿機(jī)忽構(gòu)實(shí)年現(xiàn)，擊在具爐體調(diào)炮試時固，對尿桿長殘進(jìn)行底調(diào)節(jié)觀以滿沉足規(guī)雙定要譽(yù)求。F.小車皺的驅(qū)消動輪征采用成差速兩設(shè)計(jì)鑰，減啊少能軍量損穗耗且伴便于冒轉(zhuǎn)彎2.相關(guān)氏計(jì)算A.用y=謹(jǐn)0.檢3s廊in邁πx近似翼擬合慚小車諷運(yùn)動壩軌跡茄，魄可積王分得送當(dāng)小蜘車位彈移為2m時小憂車所授走路登程為2.萌42糖m，又廉由驅(qū)乞動系送統(tǒng)和來轉(zhuǎn)向晚系統(tǒng)隙中齒農(nóng)輪的舉傳動驕比5：1計(jì)算狀得小那車驅(qū)問動輪禿直徑D=貓2.簽42植/5書=1教54灘mm。B.驅(qū)動剛輪摩滲擦系菜數(shù)為0.公01膽4，小候車質(zhì)悶量為1.甘5k權(quán)g，總迷能量測為5J，則魚小車肢理論藝路程碑為s=剖5/伏(0牽.0安14殊*1蛙.5把*9散.8陷)=目24唉.3冒m，則曬小車奔理論互位移俗為S=移2s忍/2詳.4變2=倉20塊m。C.空間燒四連肚桿機(jī)槽構(gòu)，號推程L1、轉(zhuǎn)矛向臂傷長L2，轉(zhuǎn)若向輪乎轉(zhuǎn)角砌ａ1=龜ar販ct撫an乳(L浩1/臉L2謀)。由奶于空溉間四詢連桿潮機(jī)構(gòu)洲推程作轉(zhuǎn)向相輪轉(zhuǎn)身角略走大于強(qiáng)回程弦轉(zhuǎn)向坐輪轉(zhuǎn)授角，蠶即轉(zhuǎn)功向輪介向左組向右組的轉(zhuǎn)宇角并迅不相蘿等，鋪因此往需預(yù)糧置轉(zhuǎn)僚角b=（ａ1-ａ2）／2。L1洞,L杠2