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；設計過程中綜合考慮材料 、加工 、製造成本等給方面因素。我們借鑑了引數化設計 、優化設計 、系統設計等現代設計發發明理論方法；採用了matlab、proe等軟體輔助設計。
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
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**。
小車大多是零件都可以通過手工加工出來。對於塑料會採用自製的『電鋸』切割。因為小車受力都不大，因此大量採用膠接，簡化零件及零件裝配。
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
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走成「8」字路線，綜合距離最遠者獲勝，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。
小車的設計是提高小車效能的關鍵。在設計方法上我們借鑑了引數化設計 、優化設計 、系統設計等現代設計發發明理論方法。採用了matlab、proe等軟體輔助設計。
下面是我們設計小車的流程（如圖一）
圖一通過對小車的功能分析小車需要完成重力勢能的轉換、驅動自身行走、形成固定路線。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）。為了得到令人滿意方案，採用擴充套件性思維設計每乙個模組，尋求多種可行的方案和構思。
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。
基本設計圖：
圖二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。
基於以上分析我們提出了輸出驅動力可調的繩輪式原動機構。如下圖三
如上圖我們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。
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走固定「8」字路線的功能。
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。
通過棘形輪的間歇性運動，使得小車在描紅部分時，棘輪的帶齒部分未與齒輪嚙合，前輪的轉動角度不變，當小車到達黑線軌跡部分時，棘輪的帶齒部分與齒輪嚙合，小車前輪轉向發生變化，進入下乙個圓中運動，一次類推，小車不斷地重複「8」字，進行運動。
基本成型構想：
技術設計階段的目標是完成詳細設計確定個零部件的的尺寸。設計的同時綜合考慮材料加工成本等各因素。
1、重要技術
如何兩軌跡中心間的距離可以在300mm~500mm之間發生變化？
要想達到這一目的，需要同時調節兩部分，以由大軌跡變到小軌跡為例來說明
（1）通過減小摩擦輪與摩擦盤中心之間的距離，來降低後輪與摩擦盤之間傳動比，使得小車走過乙個圓軌跡時的圈數變少。
（2）增大小車前輪（即轉向輪）的轉動角度，來達到減小軌跡半徑的目的。為達到這一目的，可以在圓盤上設定一可沿一條半徑連續變化的滑塊，通過增大滑塊與圓盤中心的距離，來達到這一目的。如下：
設計圖紙：
小車的除錯是個很重要的過程，有了大量的理論依據支撐，還必須用大量的實踐去驗證。小車的除錯涉及到很多的內容，如車速的快慢，繞過障礙物，小車整體的協調性，小車行走的距離等。
（1）小車的速度的除錯：通過小車在指定的賽道上行走，測量通過指定點的時間，得到多組資料，從而得出小車行駛的速度，通過試驗，發現小車後半程速度較快，整體協調效能不是太好，於是車小了繞繩驅動軸，減小過大的驅動力同時也增大了小車前進的距離。
（2）小車避障的除錯：雖然本組小車各個機構相對來說較簡單，損耗能量較少，但是避障不是很好，但與此同時，小車由於設計時採用了多組微調機構，通過觀察小車在指定賽道上行走時避障的特點，微調螺母，慢慢小車避障效能改善，並做好標記。
由於本組小車採用膠水黏貼各處，雖然少了許多的加工成本費用，也避免了能量的過多損耗，但小車會有時出現脫膠的現象，導致無法前進，於是想法改進，使小車能量損失減少，同時故障出現的次數減少，穩定性能較好，總路線最遠，降低成本。
優點：（1）小車機構簡單，單級齒輪傳動，損耗能量少，
（2）多處採用微調機構，便於糾正軌跡，避開障礙物，
（3）採用大的驅動輪，滾阻係數小，行走距離遠，
（4）採用磁阻尼，小車穩定性提高，不致使車速過快，
缺點： 小車精度要求高，使得加工零件成本高，以及微調各個機構都很費時，避障穩定行差，時而偏左，時而偏右。
小車最大的缺點是精度要求非常高，改進小車的精度要求，使能調整簡單，小車便能達到很好的行走效果。同時可以降低成本，節約資源。
無碳小車設計說明書
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...
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...