首届浙江省大学生工程训练综合能力竞赛(无碳小车设计说明书)_无碳小车的设计任务书

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首届浙江省大学生工程训练综合能力竞赛

无碳小车设计说明书

参赛者：潘沿龙 韩昌 吴总荣

指导老师：张广海 冯仁专

2012-12-10

目录

摘要.............................................................3 一 绪论.............................................................4 1.1本届竞赛命题主题..............................................4 1.2小车功能设计要求..............................................4 1.3小车整体设计要求..............................................4 二 方案设计.........................................................5 2.1车架..........................................................5 2.2原动机构......................................................5 2.3传动机构......................................................6 2.4转向机构......................................................6 2.5行走机构......................................................7 2.6微调机构......................................................7 三 技术设计........................................................8 3.1零部件设计....................................................8 3.2三维装配图....................................................9 四 评价分析........................................................11 4.1小车优缺点...................................................11 4.2自动行走比赛时的前行距离估计.................................11 4.3改进方向.....................................................11 五 参考文献........................................................11 六 附录............................................................11

摘要

一 绪论

1.1本届竞赛命题主题

本届竞赛主题为“无碳小车越障竞赛”。

要求经过一定的前期准备后，在比赛现场完成一套符合本命题要求的可运行装置，并进行现场竞争性运行考核。每个参赛作品要提交相关的设计、工艺、成本分析和工程管理4项报告。

1.2小车功能设计要求

设计一种小车，驱动其行走及转向的能量是根据能量转换原理，由给定重力势能转换来的。给定重力势能为4焦耳（取g=10m/s2），竞赛时统一用质量为1Kg的重块（￠50×65 mm，普通碳钢）铅垂下降来获得，落差400±2mm，重块落下后，须被小车承载并同小车一起运动，不允许从小车上掉落。图1为小车示意图。

图1： 无碳小车示意图

要求小车行走过程中完成所有动作所需的能量均由此重力势能转换获得，不可使用任何其他的能量来源。

要求小车具有转向控制机构，且此转向控制机构具有可调节功能，以适应放有不同间距障碍物的竞赛场地。

1.3小车整体设计要求

要求小车为三轮结构，具体设计、材料选用及加工制作均由参赛学生自主完成。

小车设计过程中需要完成：机械设计、工艺方案设计、经济成本分析

和工程管理方案设计。命题中的工程管理能力项要求综合考虑材料、加工、制造成本等各方面因素，提出合理的工程规划。设计能力项要求对参赛作品的设计具有创新性和规范性。命题中的制造工艺能力项以要求综合运用加工制造工艺知识的能力为主。二 方案设计

2.1车架

车架不用承受很大的力，精度要求低。考虑到重量加工成本等，车架采用铝材加工制作成断开式长方体板，可以利用废材进行加工。

2.2原动机构

原动机构的作用是将重块的重力势能转化为小车的驱动力。能实现这一功能的方案有多种，就效率和简洁性来看绳轮最优。小车对原动机构还有其它的具体要求。

（1）驱动力适中，不至于小车拐弯时速度过大倾翻，或重块晃动厉害影响行走。

（2）到达终点前重块竖直方向的速度要尽可能小，避免对小车过大的冲击。（3）由于不同的场地对轮子的摩擦摩擦可能不一样，在不同的场地小车是需要的动力也不一样。在调试时也不知道多大的驱动力恰到好处。因此原动机构还需要能根据不同的需要调整其驱动力。

（4）机构简单，效率高。

基于以上分析我们提出了输出驱动力可调的绳轮式原动机构。

如上图可以通过改变绳子绕在不同直径的绳轮上来改变其输出的动力。

2.3传动机构

传动机构的功能是把速度和转矩传递到转向机构和驱动轮上。要使小车行驶的更远及按设计的轨迹精确地行驶，传动机构必需传递效率高、传动稳定、结构简单重量轻等。

1.考虑到小车行走轨迹的精确性，差速器比单轮驱动更准确。

2.带轮具有结构简单、传动平稳、价格低廉、缓冲吸震等特点但其效率及传动精度并不高。不适合本小车设计。

3.齿轮具有效率高、结构紧凑、工作可靠、传动比稳定但价格较高。因此在 2.5行走机构

行走机构即为三个轮子，轮子又厚薄之分，大小之别，材料之不同需要综合考虑。

有摩擦理论知道摩擦力矩与正压力的关系为



对于相同的材为一定值。

而滚动摩擦阻力f=M/R=(N)，所以轮子越大小车受到的阻力越小，因此能够走的更远。但由于加工问题材料问题安装问题等等具体尺寸需要进一步分析确定。

由于小车是沿着曲线前进的，后轮必定会产生差速。

双轮同步驱动必定有轮子会与地面打滑，由于滑动摩擦远比滚动摩擦大会损失大量能量，同时小车前进受到过多的约束，无法确定其轨迹，不能够有效避免碰到障碍。

而差速器涉及到最小能耗原理，能较好的减少摩擦损耗，同时能够实现满足要运动。

综上所述行走机构的轮子应有恰当的尺寸，如果有条件可以通过实验来确定实现差速的机构方案。2.6微调机构

一台完整的机器包括：原动机、传动机、执行机构、控制部分、辅助设备。微调机构就属于小车的控制部分。小车装配好之后，不允许经常拆装，所以为了调整小车的轨迹（幅值，周期，方向等），使小车走一条最优的轨迹，可通过简单地微调机构予以保证。

微调机构可以采用如下微调螺钉的方式，如图

三 技术设计

3.1零部件设计(1)驱动轴

45#钢 阶梯轴总长76mm,单面轴肩长3mm

(2)车轮 a.小车轮

铝材 厚度：7mm 两面阶梯孔：大孔11mm，深3mm，小孔9mm

b.大车轮

有机玻璃 尺寸1005，轮毂孔9mm

（3）深沟球轴承

标准件15个 规格5113（4）圆柱直齿轮两对

小齿轮（铝材）：模数=1，齿数=17，内孔=6mm，厚度：7 mm，个数2 中齿轮（尼龙）：模数=1，齿数=34，内径=6mm，厚度=4mm，个数：1 大齿轮（尼龙）：模数=1，齿数=51，内径=6mm，厚度=4mm，个数：1

3.2三维装配图

四 评价分析 4.1小车优缺点

优点：（1）小车机构简单，单级齿轮传动，损耗能量少，（2）多处采用微调机构，便于纠正轨迹，避开障碍物，（3）采用大的驱动轮，滚阻系数小，行走距离远，（4）采用磁阻尼，小车稳定性提高，不致使车速过快，缺点： 小车精度要求高，使得加工零件成本高，以及微调各个机构都很费 时，避障稳定行差，时而偏左，时而偏右。4.2自动行走比赛时的前行距离估计

通过理论与实践结合，小车行走距离（包括绕开障碍物）约7—9个八字，即直线距离约13—17米。4.3改进方向

小车最大的缺点是精度要求非常高，改进小车的精度要求，使能调整简单，小车便能达到很好的行走效果。五 参考文献

（1）机械设计 主编 陈秀宁 顾大强 浙江大学出版社

（2）