赛模无碳小车的设计
本课题选自全国大学生工程训练综合能力竞赛命题之一。通过将质量为500g的圆柱状重块从指定高度垂直下降所带来的重力势能转换为小车主动轮的旋转运动，在规定的赛道内完成比赛要求。在绕杆行走S曲线时，综合采用不同的转向机构来分析运动的受力与能量的消耗。本课题的重点在于转向机构误差的大小。通过实验与仿真模拟来寻找最适合我们设计需求的转向机构——曲柄摇杆+导杆机构。重物从高空下降通过钓鱼线带动轮盘旋转，然后轮盘带动导杆周期摆动。前轮通过运用旋紧螺栓与旋紧螺母的配合固定在导杆上，导杆的摆动带动前轮摆动，实现S型路线的行走。通过大量实验分析与证明，导杆使用刚性材料会造成大的误差，无法实现全部绕杆。我们通过改变材料的刚性，外加柔性基准杆来实现误差的缩小。在调试过程中，我们采用水滴法来进行验证轨迹，观察水的轨迹完美呈现小车的运动轨迹。在中期建立模型，我们使用soild works来实现三维的建设与二维的零件分解。熟练使用soild works对于今后的生产生活中拥有重大的意义。在最终测试阶段，我们发现初始位置的不准也会影响最终结果的准确性，为此我们采用激光笔来定位，相信通过光线的直线传播，我们会获得较小的误差。关键词 无碳小车，soild works，转向机构，水滴法
目 录
1 绪论 1
1.1课题背景 1
1.2研究对象的应用 1
1.3研究内容 2
2 车体设计 2
2.1小车的工作原理 3
2.2转向机构分析 4
2.3转向机构 5
2.4.动力部分 7
2.5传动机构 9
2.6车体主架 11
3 车体运动分析 14
4 轨迹精密调整 19
5 结构尺寸计算与修正 20
6 小车测试方法 21
7 小车开始时误差减小方法 21
结 论 22
致 谢 23
文 献 检 索 24
1 绪论
1.1课题背景
全国大学生工程训练综合能力竞赛是教育部高等教育司发文举办的全国性大学生科技创新实践竞赛活动，为深化实验教学改革，提升大学生工程创新意识、实践能 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
力和团队合作精神，促进创新人才培养而开展的一项公益性科技创新实践活动，其竞赛方针是基于理论、注重创新，突出能力，强化实践。
本小车需要满足现代工程设计要求，简单具有创意，系统明确，制造方便是不变的主体。和其他类似的车子相比，本次设计的小车需要注意小车的稳定性，小车的质量，小车的精度。在其中对于小车主体设计要满足绕杆不碰，幅度不大，质量的大小很重要。小车整体需要构造简洁，所以组合零件不多，小车的摩擦减少，传动效率好，整体安装简单。
1.2研究对象的应用
通过对往年的比赛小车进行研究，结合以往的方法，对过去的方案进行改进，使小车的精度与外形有进一步的大的提升最终通过soild works建模出来。
无碳小车的设计可以激发广大学生对于机械相关的兴趣方便学生了解机械制造的精妙，对于机械史的了解也会大大增加。本课题着重在如何提高能源的传动效率和如何使用小车能够自动转向实现变道，通过分析无碳小车设计任务书，根据无碳小车设计任务要求从中找到本次课题的关键点。分析与实现重力转换相关的语句归纳出无碳小车的设计任务，将归纳出的设计任务以主次顺序排列。在无碳小车的总体设计中要时刻以无碳小车的设计任务为准则。根据无碳小车设计任务书，对于本次任务小车进行细致分解，分解成各个机构。了解无碳小车各个机构的作用，由其作用对整体架构进行设计更新改进。
1.3研究内容
1.小车的前轮（即转向轮）设计。前轮的直径与转向误差的处理。?
2.小车的运行轨道的设计。根据转向方案，设计出小车路程位移量最大、符合要求的预算行进轨道。?
3.小车的能量转换方式的设计。综合考虑到转换与行驶的相对关系并尽可能的加大?能量的利用效率。?
4.小车的主动轮设计。主动轮设计尽量减少轮子与地面的摩擦。?
5.小车的外观设计。在不影响小车的正常运行下，尽量减少小车自身的重量注重美观。
6.通过查找相关资料结合过往的比赛设计确定无碳小车的大体外形。
7.通过soildworks作图，完成无碳小车的外观设计。
8.对比以往的资料，选取新的前轮转向机构，可采用曲柄连杆+摇杆或者螺旋转向，并对两种方法进行对比选取最终转向机构。
2 车体设计
通过初期设计，确定无碳赛摸小车主体由六大部分组成：转向机构、动力部分、传动机构、控制机构、驱动部分、车体部分。动力部分：将重物垂直下落的所带来的力传递到轴上。传动机构：通过中间环节，将动力传递转动机构与转向机构动。?控制机构：通过对动力的分解传送与前轮的方向控制进行控制。转向机构：对于S型曲线的实施进行调控与方向纠正。驱动部分：该部分主要作用是使传动部分传导过来的动力使小车前进。车体部分：质量轻便，固定所有机构的位置，保证其强度。
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图2.1无碳小车
1.细绳、2.车架体、3.转向机构、4.前轮机构、5.转动机构、6.动力机构、7.重物
2.1小车的工作原理
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图2.2小车原理示意图
如图2为本文设计的小车运动原理示意图。后轴带动驱动轮、转向驱动绳轮一起转动，绕在转向驱动绳轮上的细绳带动曲柄绳轮转动，曲柄绳轮上的导杆拨销带动导杆摆动，导杆带动前轮架、前轮摆动从而使小车转向。在行走时两个转向驱动绳轮一个放绳，一个收绳从而使细绳始终处于张紧状态。细绳采用直径0.165mm的钓鱼线，试验证明细绳驱动能耗远小于带传动。能量的释放方式是通过绳轮机构，用一细绳一端系在重锤上，细绳通过定滑轮后驱动增速机构，增速机构再通过另一细绳带动驱动轴转动。图中省略了能量释放系统。曲柄绳轮（包括导杆拨销）、导杆、车架构成曲柄摆动导杆机构。小车行走时前轮同步摆动使小车走“S”形的轨迹。
2.2转向机构分析
转向机构是本小车设计的关键部分，直接决定着小车的功能，也是小车设计方案的不同点。转向机构也同样需要尽可能的减少摩擦耗能，结构简单，同时还需要有特殊的运动特性。能够将旋转运动转化为满足要求的来回摆动，带动转向轮左右转动从而实现拐弯避障的功能。通过了解能实现该功能的机构有：凸轮机构+摇杆、曲柄连杆+摇杆、曲柄摇杆、差速转弯等等。?举例以往资料中最常用的两种。凸轮：凸轮是具有一定曲线轮廓或凹槽的构件，它运动时，通过高副接触可以使从动件获得连续或不连续的任意预期往复运动。?优点：只需设计适当的凸轮轮廓，便可使从动件得到任意的预期运动，而且结构简单、紧凑、设计方便；缺点：凸轮轮廓加工比较困难。曲柄连杆+摇杆?：优点：运动副单位面积所受压力较小，且面接触便于润滑，故磨损减小，制造方便，已获得较高精度；两构件之间的接触是靠本身的几何封闭来维系的，它不像凸轮机构有时需利用弹簧等力封闭来保持接触。?缺点：一般情况下只能近似实现给定的运动规律或运动轨迹，且设计较为复杂；当给定的运动要求较多或较复杂时，需要的构件数和运动副数往往比较多，这样就使机构结构复杂，工作效率降低，不仅发生自锁的可能性增加，而且机构运动规律对制造、安装误差的敏感性增加。机构中做平面复杂运动和作往复运动的构件所长生的惯性力难以平衡，在高速时将引起较大的振动和动载荷，故连杆机构常用于速度较低的场合。
目 录
1 绪论 1
1.1课题背景 1
1.2研究对象的应用 1
1.3研究内容 2
2 车体设计 2
2.1小车的工作原理 3
2.2转向机构分析 4
2.3转向机构 5
2.4.动力部分 7
2.5传动机构 9
2.6车体主架 11
3 车体运动分析 14
4 轨迹精密调整 19
5 结构尺寸计算与修正 20
6 小车测试方法 21
7 小车开始时误差减小方法 21
结 论 22
致 谢 23
文 献 检 索 24
1 绪论
1.1课题背景
全国大学生工程训练综合能力竞赛是教育部高等教育司发文举办的全国性大学生科技创新实践竞赛活动，为深化实验教学改革，提升大学生工程创新意识、实践能 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
力和团队合作精神，促进创新人才培养而开展的一项公益性科技创新实践活动，其竞赛方针是基于理论、注重创新，突出能力，强化实践。
本小车需要满足现代工程设计要求，简单具有创意，系统明确，制造方便是不变的主体。和其他类似的车子相比，本次设计的小车需要注意小车的稳定性，小车的质量，小车的精度。在其中对于小车主体设计要满足绕杆不碰，幅度不大，质量的大小很重要。小车整体需要构造简洁，所以组合零件不多，小车的摩擦减少，传动效率好，整体安装简单。
1.2研究对象的应用
通过对往年的比赛小车进行研究，结合以往的方法，对过去的方案进行改进，使小车的精度与外形有进一步的大的提升最终通过soild works建模出来。
无碳小车的设计可以激发广大学生对于机械相关的兴趣方便学生了解机械制造的精妙，对于机械史的了解也会大大增加。本课题着重在如何提高能源的传动效率和如何使用小车能够自动转向实现变道，通过分析无碳小车设计任务书，根据无碳小车设计任务要求从中找到本次课题的关键点。分析与实现重力转换相关的语句归纳出无碳小车的设计任务，将归纳出的设计任务以主次顺序排列。在无碳小车的总体设计中要时刻以无碳小车的设计任务为准则。根据无碳小车设计任务书，对于本次任务小车进行细致分解，分解成各个机构。了解无碳小车各个机构的作用，由其作用对整体架构进行设计更新改进。
1.3研究内容
1.小车的前轮（即转向轮）设计。前轮的直径与转向误差的处理。?
2.小车的运行轨道的设计。根据转向方案，设计出小车路程位移量最大、符合要求的预算行进轨道。?
3.小车的能量转换方式的设计。综合考虑到转换与行驶的相对关系并尽可能的加大?能量的利用效率。?
4.小车的主动轮设计。主动轮设计尽量减少轮子与地面的摩擦。?
5.小车的外观设计。在不影响小车的正常运行下，尽量减少小车自身的重量注重美观。
6.通过查找相关资料结合过往的比赛设计确定无碳小车的大体外形。
7.通过soildworks作图，完成无碳小车的外观设计。
8.对比以往的资料，选取新的前轮转向机构，可采用曲柄连杆+摇杆或者螺旋转向，并对两种方法进行对比选取最终转向机构。
2 车体设计
通过初期设计，确定无碳赛摸小车主体由六大部分组成：转向机构、动力部分、传动机构、控制机构、驱动部分、车体部分。动力部分：将重物垂直下落的所带来的力传递到轴上。传动机构：通过中间环节，将动力传递转动机构与转向机构动。?控制机构：通过对动力的分解传送与前轮的方向控制进行控制。转向机构：对于S型曲线的实施进行调控与方向纠正。驱动部分：该部分主要作用是使传动部分传导过来的动力使小车前进。车体部分：质量轻便，固定所有机构的位置，保证其强度。
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图2.1无碳小车
1.细绳、2.车架体、3.转向机构、4.前轮机构、5.转动机构、6.动力机构、7.重物
2.1小车的工作原理
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图2.2小车原理示意图
如图2为本文设计的小车运动原理示意图。后轴带动驱动轮、转向驱动绳轮一起转动，绕在转向驱动绳轮上的细绳带动曲柄绳轮转动，曲柄绳轮上的导杆拨销带动导杆摆动，导杆带动前轮架、前轮摆动从而使小车转向。在行走时两个转向驱动绳轮一个放绳，一个收绳从而使细绳始终处于张紧状态。细绳采用直径0.165mm的钓鱼线，试验证明细绳驱动能耗远小于带传动。能量的释放方式是通过绳轮机构，用一细绳一端系在重锤上，细绳通过定滑轮后驱动增速机构，增速机构再通过另一细绳带动驱动轴转动。图中省略了能量释放系统。曲柄绳轮（包括导杆拨销）、导杆、车架构成曲柄摆动导杆机构。小车行走时前轮同步摆动使小车走“S”形的轨迹。
2.2转向机构分析
转向机构是本小车设计的关键部分，直接决定着小车的功能，也是小车设计方案的不同点。转向机构也同样需要尽可能的减少摩擦耗能，结构简单，同时还需要有特殊的运动特性。能够将旋转运动转化为满足要求的来回摆动，带动转向轮左右转动从而实现拐弯避障的功能。通过了解能实现该功能的机构有：凸轮机构+摇杆、曲柄连杆+摇杆、曲柄摇杆、差速转弯等等。?举例以往资料中最常用的两种。凸轮：凸轮是具有一定曲线轮廓或凹槽的构件，它运动时，通过高副接触可以使从动件获得连续或不连续的任意预期往复运动。?优点：只需设计适当的凸轮轮廓，便可使从动件得到任意的预期运动，而且结构简单、紧凑、设计方便；缺点：凸轮轮廓加工比较困难。曲柄连杆+摇杆?：优点：运动副单位面积所受压力较小，且面接触便于润滑，故磨损减小，制造方便，已获得较高精度；两构件之间的接触是靠本身的几何封闭来维系的，它不像凸轮机构有时需利用弹簧等力封闭来保持接触。?缺点：一般情况下只能近似实现给定的运动规律或运动轨迹，且设计较为复杂；当给定的运动要求较多或较复杂时，需要的构件数和运动副数往往比较多，这样就使机构结构复杂，工作效率降低，不仅发生自锁的可能性增加，而且机构运动规律对制造、安装误差的敏感性增加。机构中做平面复杂运动和作往复运动的构件所长生的惯性力难以平衡，在高速时将引起较大的振动和动载荷，故连杆机构常用于速度较低的场合。
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