赛模无碳小车的设计(附件)
赛模无碳小车的设计理念来源于全国大学生第二届工程综合训练能力竞赛。课题要求在给定一重力势能（1Kg重锤下降500mm）的情况下，根据能量转换原理，设计一种可将该重力势能转换为机械能并可用来驱动小车行走、转向的机械装置。本课题研究的无碳小车主要由能量转换系统、驱动系统、换向系统、定位系统、微调系统等几大系统组成。当无碳小车处于正常工作状态下时，各系统之间相互作用，从而使无碳小车以预定路线运动。本课题主要从无碳小车整体结构、组成系统以及工作原理等三个方面进行了详细地阐述。关键词 无碳小车，能量转换系统，驱动系统，换向系统，定位系统，微调系统目 录
1 引言（或绪论）1
1.1 课题来源 1
1.2 无碳小车的设计理念 1
1.3 常见机构 1
2 工作原理 3
2.1 能量转换系统3
2.2 换向系统3
2.3 驱动系统4
2.4 定位系统4
3 无碳小车整体结构 4
4 无碳小车各组成统6
4.1 顶部系统 6
4.2 底部系统11
4.3 前部系统16
结论 22
致谢23
参考文献24
1 引言
1.1 课题来源
本课题来源于全国大学生第二届工程训练综合能力竞赛。基于理论，注重创新，突出能力，强化实践不仅仅是竞赛的理念，同时也是本次毕业设计的期望。
课题要求：给定一重力势能（1Kg重锤下降500mm），根据能量转换原理，设计一种可将该重力势能转换为机械能并可用来驱动小车行走、转向的机械装置，并绘制小车整体及各零部件的二维、三维图。
1.2 无碳小车的设计理念
1.2.1 能量来源
根据能量转换原理，通过能量释放系统，使铁块在重力场作用下从小车顶部落下。在铁块下降的过程中，将铁块在无碳小车顶部所积蓄的重力势能通过能量转换系统转换为驱动小车前进所需要的动能，为小车前进提供所需要的动力。
1.2.2 轨迹机构
本课题首先要解决的是无碳小车的转向问题，
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。
1.2 无碳小车的设计理念
1.2.1 能量来源
根据能量转换原理，通过能量释放系统，使铁块在重力场作用下从小车顶部落下。在铁块下降的过程中，将铁块在无碳小车顶部所积蓄的重力势能通过能量转换系统转换为驱动小车前进所需要的动能，为小车前进提供所需要的动力。
1.2.2 轨迹机构
本课题首先要解决的是无碳小车的转向问题，通过查阅一定资料后决定使用曲柄摇杆机构来实现小车的转向，使小车在行驶过程中能不断地变换方向，从而获得所需的S形轨迹路线。
主要的工作原理为：将曲柄摇杆机构中的摇杆与换向轮（前轮）通过前轮支架固定为一整体，当曲柄摇杆机构在其余构件共同作用下做曲柄360°旋转、摇杆左右摆动的运动时，将带动前轮做有规则地左右摆动式的运动，使小车前轮不断地变换方向，从而实现小车的既定运动。
1.2.3 整体结构
本课题设计的无碳小车机构采用的是三轮着地式，通过小车左后轮单轮驱动的方式进行驱动。无碳小车通过能量转换系统获得其在前进过程中所需要的能量。
当无碳小车向前运动时，小车左后轮（驱动轮）进行驱动，带动驱动轮轴（变速轴）转动，从而带动小车右后轮（从动轮）运动。同时，通过小车的换向机构（曲柄摇杆机构）使无碳小车在前进过程中有规则地变换方向，从而达到小车以S形曲线前进的要求。这种设计形式的无碳小车稳定性好，运行可靠。
1.3 常见机构
1.3.1 齿轮齿条+滑块机构
该类小车的驱动机构：利用一级齿轮传动的方式进行驱动。该类小车驱动轮机构采用的是差动轮系驱动，即通过在该类小车后轴承座上安装差速器的方法来实现小车的驱动。该类驱动方式不仅有利于减小小车在转弯过程中由于驱动轮打滑所带来的能量损失，从而减轻该类小车前进过程中所产生的能量损耗。此外，该类驱动方式还有利于减小小车在行走过程中产生的行走误差，从而提高其行走的精度。
该类小车的转向机构：通过齿轮齿条与滑块机构相组合的方式来实现该类小车的转向。将该机构中的滑块连接到一大齿轮上，并通过改变机构中滑块位置的方式来改变机构中偏心轮的位置。同时，机构中的滑块在其滑道上做相对于滑道的上下移动式的运动，而滑道则以前后移动的方式运动。此外，滑道通过前后移动的方式来推动机构中齿条的移动，并利用机构中齿条的移动来带动机构中半个齿轮的转动，从而使该类小车的前轮做左右式的摆动运动，以此实现小车的转向。该类小车的传动示意图如图1所示。
图1 齿轮齿条机构
1.3.2 齿轮副+正弦机构
该类小车的驱动机构：利用齿轮副机构对该类小车进行驱动。通过齿轮副的传动来实现滚筒轴到后轮轴之间的动力传动，从而为该类小车提供前进所需要的动力，驱动该类小车前进。该类小车的齿轮副驱动机构原理简图如图2所示。
图2 齿轮副机构
该类小车的转向机构：该类小车主要通过正弦机构来实现导向杆的往复运动，同时通过摇杆机构将机构中的导向杆与轮柄固连为一整体，以此来实现该类小车导向轮机构的正弦式周期转向运动。该类小车所采用的转向机构简图如图3所示。
图3 正弦机构
1.3.3 滑轮+曲柄滑块机构
该类小车的驱动机构：通过动滑轮与定滑轮组合传动的形式进行驱动。用尼龙线将重物绕过两个定滑轮和一个动滑轮，再将线绕到绕线轮上。当重物下降时，通过动、定滑轮带动绕线轮转动，从而使与绕线轮做过盈配合的后轮轴转动，以此来带动驱动轮转动，最终实现驱动小车前进的运动。
该类小车的转向机构：通过曲柄滑块机构带动转向轮转动的方式进行转向。当驱动机构驱动小车前进时，小车两后轮轴套上的线带动曲柄旋转，使曲柄滑块机构运动，同时，通过前轮支架将曲柄滑块机构与前轮（转向轮）固连为一整体，从而使转向轮与之保持相同的运动，最终实现该类小车的转向。
2 工作原理
2.1 能量转换系统
能量转换系统主要是通过铁块在重力场作用下，做下落运动的过程中，将铁块自身的自重通过一系列的转化，在其他零部件的共同作用下，转换成小车在前进过程中所需要的动能的一种装置。
能量转换系统对于整个无碳小车来说，具有至关重要的作用。由于小车整体采用的是低碳、环保，不外供能量的这样一种装置。因而，要使小车获得能够驱动其前进所需要的能量，则需通过小车能量转换系统来实现。
2.2 换向系统
小车换向系统主要由曲柄摇杆机构、前轮（换向轮）、调试杆、变速轴套、变速轴以及左后轮（驱动轮）和右后轮（从动轮）等组成。
小车的换向通过将细线2（本次设计中选用的是钓鱼线）绕过小车后部系统变速轴套以及前部系统的曲柄来实现。在小车换向过程中，后部系统中的左变速轴套和右变速轴套上的细线2绕过曲柄，通过一放一收的形式，使细线2始终处于张紧状态，带动曲柄转动，从而带动与曲柄通过曲柄轴以及其余零部件相固连的前轮（转向轮）的左右摆动，实现小车的换向。
2.3 驱动系统
小车的驱动系统与小车能量
1 引言（或绪论）1
1.1 课题来源 1
1.2 无碳小车的设计理念 1
1.3 常见机构 1
2 工作原理 3
2.1 能量转换系统3
2.2 换向系统3
2.3 驱动系统4
2.4 定位系统4
3 无碳小车整体结构 4
4 无碳小车各组成统6
4.1 顶部系统 6
4.2 底部系统11
4.3 前部系统16
结论 22
致谢23
参考文献24
1 引言
1.1 课题来源
本课题来源于全国大学生第二届工程训练综合能力竞赛。基于理论，注重创新，突出能力，强化实践不仅仅是竞赛的理念，同时也是本次毕业设计的期望。
课题要求：给定一重力势能（1Kg重锤下降500mm），根据能量转换原理，设计一种可将该重力势能转换为机械能并可用来驱动小车行走、转向的机械装置，并绘制小车整体及各零部件的二维、三维图。
1.2 无碳小车的设计理念
1.2.1 能量来源
根据能量转换原理，通过能量释放系统，使铁块在重力场作用下从小车顶部落下。在铁块下降的过程中，将铁块在无碳小车顶部所积蓄的重力势能通过能量转换系统转换为驱动小车前进所需要的动能，为小车前进提供所需要的动力。
1.2.2 轨迹机构
本课题首先要解决的是无碳小车的转向问题，
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
。
1.2 无碳小车的设计理念
1.2.1 能量来源
根据能量转换原理，通过能量释放系统，使铁块在重力场作用下从小车顶部落下。在铁块下降的过程中，将铁块在无碳小车顶部所积蓄的重力势能通过能量转换系统转换为驱动小车前进所需要的动能，为小车前进提供所需要的动力。
1.2.2 轨迹机构
本课题首先要解决的是无碳小车的转向问题，通过查阅一定资料后决定使用曲柄摇杆机构来实现小车的转向，使小车在行驶过程中能不断地变换方向，从而获得所需的S形轨迹路线。
主要的工作原理为：将曲柄摇杆机构中的摇杆与换向轮（前轮）通过前轮支架固定为一整体，当曲柄摇杆机构在其余构件共同作用下做曲柄360°旋转、摇杆左右摆动的运动时，将带动前轮做有规则地左右摆动式的运动，使小车前轮不断地变换方向，从而实现小车的既定运动。
1.2.3 整体结构
本课题设计的无碳小车机构采用的是三轮着地式，通过小车左后轮单轮驱动的方式进行驱动。无碳小车通过能量转换系统获得其在前进过程中所需要的能量。
当无碳小车向前运动时，小车左后轮（驱动轮）进行驱动，带动驱动轮轴（变速轴）转动，从而带动小车右后轮（从动轮）运动。同时，通过小车的换向机构（曲柄摇杆机构）使无碳小车在前进过程中有规则地变换方向，从而达到小车以S形曲线前进的要求。这种设计形式的无碳小车稳定性好，运行可靠。
1.3 常见机构
1.3.1 齿轮齿条+滑块机构
该类小车的驱动机构：利用一级齿轮传动的方式进行驱动。该类小车驱动轮机构采用的是差动轮系驱动，即通过在该类小车后轴承座上安装差速器的方法来实现小车的驱动。该类驱动方式不仅有利于减小小车在转弯过程中由于驱动轮打滑所带来的能量损失，从而减轻该类小车前进过程中所产生的能量损耗。此外，该类驱动方式还有利于减小小车在行走过程中产生的行走误差，从而提高其行走的精度。
该类小车的转向机构：通过齿轮齿条与滑块机构相组合的方式来实现该类小车的转向。将该机构中的滑块连接到一大齿轮上，并通过改变机构中滑块位置的方式来改变机构中偏心轮的位置。同时，机构中的滑块在其滑道上做相对于滑道的上下移动式的运动，而滑道则以前后移动的方式运动。此外，滑道通过前后移动的方式来推动机构中齿条的移动，并利用机构中齿条的移动来带动机构中半个齿轮的转动，从而使该类小车的前轮做左右式的摆动运动，以此实现小车的转向。该类小车的传动示意图如图1所示。
图1 齿轮齿条机构
1.3.2 齿轮副+正弦机构
该类小车的驱动机构：利用齿轮副机构对该类小车进行驱动。通过齿轮副的传动来实现滚筒轴到后轮轴之间的动力传动，从而为该类小车提供前进所需要的动力，驱动该类小车前进。该类小车的齿轮副驱动机构原理简图如图2所示。
图2 齿轮副机构
该类小车的转向机构：该类小车主要通过正弦机构来实现导向杆的往复运动，同时通过摇杆机构将机构中的导向杆与轮柄固连为一整体，以此来实现该类小车导向轮机构的正弦式周期转向运动。该类小车所采用的转向机构简图如图3所示。
图3 正弦机构
1.3.3 滑轮+曲柄滑块机构
该类小车的驱动机构：通过动滑轮与定滑轮组合传动的形式进行驱动。用尼龙线将重物绕过两个定滑轮和一个动滑轮，再将线绕到绕线轮上。当重物下降时，通过动、定滑轮带动绕线轮转动，从而使与绕线轮做过盈配合的后轮轴转动，以此来带动驱动轮转动，最终实现驱动小车前进的运动。
该类小车的转向机构：通过曲柄滑块机构带动转向轮转动的方式进行转向。当驱动机构驱动小车前进时，小车两后轮轴套上的线带动曲柄旋转，使曲柄滑块机构运动，同时，通过前轮支架将曲柄滑块机构与前轮（转向轮）固连为一整体，从而使转向轮与之保持相同的运动，最终实现该类小车的转向。
2 工作原理
2.1 能量转换系统
能量转换系统主要是通过铁块在重力场作用下，做下落运动的过程中，将铁块自身的自重通过一系列的转化，在其他零部件的共同作用下，转换成小车在前进过程中所需要的动能的一种装置。
能量转换系统对于整个无碳小车来说，具有至关重要的作用。由于小车整体采用的是低碳、环保，不外供能量的这样一种装置。因而，要使小车获得能够驱动其前进所需要的能量，则需通过小车能量转换系统来实现。
2.2 换向系统
小车换向系统主要由曲柄摇杆机构、前轮（换向轮）、调试杆、变速轴套、变速轴以及左后轮（驱动轮）和右后轮（从动轮）等组成。
小车的换向通过将细线2（本次设计中选用的是钓鱼线）绕过小车后部系统变速轴套以及前部系统的曲柄来实现。在小车换向过程中，后部系统中的左变速轴套和右变速轴套上的细线2绕过曲柄，通过一放一收的形式，使细线2始终处于张紧状态，带动曲柄转动，从而带动与曲柄通过曲柄轴以及其余零部件相固连的前轮（转向轮）的左右摆动，实现小车的换向。
2.3 驱动系统
小车的驱动系统与小车能量
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