10機制1班第3小組
組長周樹成
組員：伍佳偉肖諾駿謝安徐國沾許忠亮嚴衛鴻曾德豪莊先泳鐘朝潤卓國強張新濤
我們把小車的設計分為三個階段：方案設計、技術設計、製作除錯。通過每一階段的深入分析、層層把關，是我們的設計盡可能向最優設計靠攏。
方案設計階段根據小車功能要求我們根據機器的構成（原動機構、傳動機構、執行機構、控制部分、輔助部分）把小車分為車架 、原動機構 、傳動機構 、轉向機構 、行走機構 、微調機構六個模組，進行模組化設計。分別針對每乙個模組進行多方案設計，通過綜合對比選擇出最優的方案組合。我們的方案為：
車架採用三角底板式、原動機構採用了錐形軸、傳動機構採用齒輪或沒有該機構、轉向機構採用曲柄連桿、行走機構採用單輪驅動實現差速、微調機構採用微調螺母螺釘。其中轉向機構利用了調心軸承、關節軸承。
技術設計階段我們先對方案建立數學模型進行理論分析，借助matlab分別進行了能耗規律分析、運動學分析、動力學分析、靈敏度分析。進而得出了小車的具體引數，和運動規律。接著應用proe軟體進行了小車的實體建模和部分運動**。
在實體建模的基礎上對每乙個零件進行了詳細的設計，綜合考慮零件材料效能、加工工藝、成本等。
小車大多是零件是標準件、可以購買，同時除部分要求加工精度高的部分需要特殊加工外，大多數都可以通過手工加工出來。除錯過程會通過微調等方式改變小車的引數進行試驗，在試驗的基礎上驗證小車的運動規律同時確定小車最優的引數。
關鍵字：無碳小車引數化設計軟體輔助設計微調機構靈敏度分析
目錄摘要 1
一緒論 3
1.1命題主題 3
1.2小車功能設計要求 3
1.3小車整體設計要求 4
1.4小車的設計方法 4
二方案設計 5
2.1車架 7
2.2原動機構 7
2.3傳動機構 7
2.4轉向機構 8
2.5行走機構 9
2.6微調機構 10
三技術設計 11
3.1建立數學模型及引數確定 11
3.1.1能耗規律模型 12
3.1.2運動學分析模型 14
3.1.3動力學分析模型 18
3.1.4靈敏度分析模型 20
3.1.5引數確定 21
3.2零部件設計 21
3.3.1小車運動**分析 23
四小車製作除錯及改進 23
4.1小車製作流程 23
4.2小車除錯方法 23
4.3小車改進方法 24
五評價分析 24
5.1小車優缺點 24
5.2自動行走比賽時的前行距離估計 24
5.3改進方向 24
六參考文獻 25
本屆競賽命題主題為「無碳小車」。命題與高校工程訓練教學內容相銜接，體現綜合性工程能力。命題內容體現「創新設計能力、製造工藝能力、實際操作能力和工程管理能力」四個方面的要求。
給定一重力勢能，根據能量轉換原理，設計一種可將該重力勢能轉換為機械能並可用來驅動小車行走的裝置。該自行小車在前行時能夠自動避開賽道上設定的障礙物（每間隔1公尺，放置乙個直徑20mm、高200mm的彈性障礙圓棒）。以小車前行距離的遠近、以及避開障礙的多少來綜合評定成績。
給定重力勢能為5焦耳（取g=10m/s2），競賽時統一用質量為1kg的重塊（50×65 mm，普通碳鋼）鉛垂下降來獲得，落差500±2mm，重塊落下後，須被小車承載並同小車一起運動，不允許掉落。
要求小車前行過程中完成的所有動作所需的能量均由此能量轉換獲得，不可使用任何其他的能量形式。
小車要求採用三輪結構（1個轉向輪，2個驅動輪），具體結構造型以及材料選用均由參賽者自主設計完成。要求滿足：①小車上面要裝載一件外形尺寸為60×20 mm的實心圓柱型鋼製質量塊作為載荷，其質量應不小於750克；在小車行走過程中，載荷不允許掉落。
②轉向輪最大外徑應不小於30mm。
小車設計過程中需要完成：機械設計、工藝方案設計、經濟成本分析和工程管理方案設計。命題中的工程管理能力項要求綜合考慮材料、加工、製造成本等各方面因素，提出合理的工程規劃。
設計能力項要求對參賽作品的設計具有創新性和規範性。命題中的製造工藝能力項以要求綜合運用加工製造工藝知識的能力為主。
小車的設計一定要做到目標明確，通過對命題的分析我們得到了比較清晰開闊的設計思路。作品的設計需要有系統性規範性和創新性。設計過程中需要綜合考慮材料 、加工 、製造成本等給方面因素。
圖一 為了方便設計這裡根據小車所要完成的功能將小車劃分為五個部分進行模組化設計（車架 、原動機構 、傳動機構 、轉向機構 、行走機構 、微調機構）。
圖二在選擇方案時應綜合考慮功能、材料、加工、製造成本等各方面因素，同時盡量避免直接決策，減少決策時的主觀因素，使得選擇的方案能夠綜合最優。
圖三車架不用承受很大的力，精度要求低。考慮到重量加工成本等，車架採用木材加工製作成三角底板式。
原動機構的作用是將重塊的重力勢能轉化為小車的驅動力。能實現這一功能的方案有多種，就效率和簡潔性來看繩輪最優。小車對原動機構還有其它的具體要求。
1.驅動力適中，不至於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，避免對小車過大的衝擊。同時使重塊的動能盡可能的轉化到驅動小車前進上，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。3.
由於不同的場地對輪子的摩擦摩擦可能不一樣，在不同的場地小車是需要的動力也不一樣。在除錯時也不知道多大的驅動力恰到好處。因此原動機構還需要能根據不同的需要調整其驅動力。
4.機構簡單，效率高。
傳動機構的功能是把動力和運動傳遞到轉向機構和驅動輪上。要使小車行駛的更遠及按設計的軌道精確地行駛，傳動機構必需傳遞效率高、傳動穩定、結構簡單重量輕等。
1.不用其它額外的傳動裝置，直接由動力軸驅動輪子和轉向機構，此種方式效率最高、結構最簡單。在不考慮其它條件時這是最優的方式。
2.帶輪具有結構簡單、傳動平穩、**低廉、緩衝吸震等特點但其效率及傳動精度並不高。不適合本小車設計。
3.齒輪具有效率高、結構緊湊、工作可靠、傳動比穩定但**較高。因此在第一種方式不能夠滿足要求的情況下優先考慮使用齒輪傳動。
轉向機構是本小車設計的關鍵部分，直接決定著小車的功能。轉向機構也同樣需要盡可能的減少摩擦耗能，結構簡單，零部件已獲得等基本條件，同時還需要有特殊的運動特性。能夠將旋轉運動轉化為滿足要求的來回擺動，帶動轉向輪左右轉動從而實現拐彎避障的功能。
能實現該功能的機構有：凸輪機構+搖桿、曲柄連桿+搖桿、曲柄搖桿、差速轉彎等等。
凸輪：凸輪是具有一定曲線輪廓或凹槽的構件，它運動時，通過高副接觸可以使從動件獲得連續或不連續的任意預期往復運動。
優點：只需設計適當的凸輪輪廓，便可使從動件得到任意的預期運動，而且結構簡單、緊湊、設計方便；缺點：凸輪輪廓加工比較困難。
在本小車設計中由於：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）因此不採用
曲柄連桿+搖桿
優點：運動副單位面積所受壓力較小，且面接觸便於潤滑，故磨損減小，製造方便，已獲得較高精度；兩構件之間的接觸是靠本身的幾何封閉來維繫的，它不像凸輪機構有時需利用彈簧等力封閉來保持接觸。
缺點：一般情況下只能近似實現給定的運動規律或運動軌跡，且設計較為複雜；當給定的運動要求較多或較複雜時，需要的構件數和運動副數往往比較多，這樣就使機構結構複雜，工作效率降低，不僅發生自鎖的可能性增加，而且機構運動規律對製造、安裝誤差的敏感性增加；機構中做平面複雜運動和作往復運動的構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，故連桿機構常用於速度較低的場合。
曲柄搖桿
結構較為簡單，但和凸輪一樣有乙個滑動的摩擦副，其效率低。其急回特性導致難以設計出較好的機構。
差速轉彎
差速拐是利用兩個偏心輪作為驅動輪，由於兩輪子的角速度一樣而轉動半徑不一樣，從而使兩個輪子的速度不一樣，產生了差速。小車通過差速實現拐彎避障。
無碳小車設計說明書
瀋陽航空航天大學 參賽者 2010040601213 楊豔超2010040601208 肖慶敏2012 9 1 第二屆全國大學生工程訓練綜合能力競賽命題主題為 無碳小車 在設計小車過程中特別注重設計的方法，力求通過對命題的分析得到清晰開闊的設計思路 作品的設計做到有系統性規範性和創新性 設計過程中綜...
無碳小車設計說明書
目錄一 本作品的創新與特色簡介 二 設計方案擬定 三 動力與傳動方案的設計 計算與分析 四 動作執行機構的設計 計算與分析 五 其它設計計算與說明，設計總結 一 本作品的創新與特色簡介 所有的動力來自載荷重物，所純機械結構，無碳排放 在轉向方面，採用內凸輪連桿機構，使得轉向的角度 時間更加精確，並輔...
無碳小車產品設計說明書
產品名稱 飛輪驅動式無碳小車 設計團隊 小組成員 李進 肖衡 謝中成指導老師 韓傳軍 任海濤 設計思想 看到此次競賽主題，我團隊認為 能否很好地解決小車的驅動問題和自動轉向問題是此次設計成功與否的關鍵。圍繞這個中心，我們展開了一系列的理論分析與驗證，經過反覆比較，最終確定了我們的設計思路 飛輪驅動與...