重力势能小车设计(附件)
论文首先介绍了重力势能小车的课题来源，然后根据课题对小车的设计要求，给出了小车的运动原理和具体的设计过程。本文用微分的方法计算了小车的轨迹，用软件对轨迹进行了模拟，分析了影响轨迹精度的原因，设计了精密调整轨迹的机构，还总结了在实验过程中调试小车轨迹的方法。然后根据仿真结果，计算了相关零件的尺寸，设计出了小车的导向系统、行走机构、车身以及其他调整机构，并给出了装配方法。关键词 自控小车，轨迹模拟，S形转向目 录
1 引言1
1.1 重力势车选题意义 1
1.2 重力势车选题来源1
1.3 本课题的主要内容2
2 重力势能的设计方法 2
2.1 重力势的工作原理2
2.2 轨迹计算仿真3
2.3 重小车的调试方法8
3 重力小车主体结构 8
4 重力势能小车车身部分9
4.1 前轮支撑板 10
4.2 细柱子 10
4.3 车架 11
4.4 细柱子的固定件 11
4.5 横梁的装配件13
4.6 车轱辘支撑件及其固定件16
5 转向系统 18
5.1 前轮转轴（轴承） 18
5.2 前轮关节（套筒） 19
5.3 线盘组件 19
5.4 转向横梁、丁字架固定件 20
6 行走机构 22
6.1 前轮及其固定件 22
6.2 后轮机构 24
结论 29
致谢 30
参考文献 31
1 引言
1.1 重力势能小车选题意义
重力势能小车是第二届全国大学生工程综合能力训练竞赛的主题，它是由教育部、财政部资助的，为了促进各高校提高工程实践和工程训练教学改革和教学水平，培养大学生的创新设计意识、综合工程应用能力与团队协作精神，促进学生基础知识与综合能力的培养、理论与实践的有机结合，养成良好的学风，为优秀人才脱颖而出创造条件。并且，重力势能小车的研制，具有经济、环保、便利等优点，有助于我们找到更为环 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
车选题意义
重力势能小车是第二届全国大学生工程综合能力训练竞赛的主题，它是由教育部、财政部资助的，为了促进各高校提高工程实践和工程训练教学改革和教学水平，培养大学生的创新设计意识、综合工程应用能力与团队协作精神，促进学生基础知识与综合能力的培养、理论与实践的有机结合，养成良好的学风，为优秀人才脱颖而出创造条件。并且，重力势能小车的研制，具有经济、环保、便利等优点，有助于我们找到更为环保绿色的能源，有利的能量转化途径，以及提高能量的利用效率。
1.2 重力势能小车选题来源
第二届全国大学生工程综合能力训练竞赛对重力势能小车给出的命题是：以重力势能驱动的具有方向控制功能的自行小车，具体要求为：给定一重力势能，根据能量转换的原理，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的装置。该自行小车在前行时能够自动避开赛道上设置的障碍物（每间隔1米，放置一个直径20mm、高200mm的弹性障碍圆棒）。即给定的重力势能为5焦耳（取g=10m/s2），竞赛时统一要求用质量为1Kg的重块（￠50×65?mm，普通碳钢）铅垂下降来获得动能，落差500±2mm，重块落下后，还必须被小车承载并同小车一起运动，不允许落下。要求小车前行过程中完成的所有动作所需的能量均由此能量转换获得，不可使用任何其他的能量形式。小车要求采用三轮结构（1个转向轮，2个驱动轮），且小车上面要装载一件外形尺寸为￠60×20?mm的实心圆柱型钢制质量块作为载荷，其质量应不小于750克；在小车行走过程中，载荷不允许掉落；转向轮最大外径应不小于￠30mm。
第三届全国大学生工程综合能力训练竞赛的主题在重力势能小车的基础上又有所发展，为“重力势能小车越障竞赛”，具体要求为：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4J（取g=10m/s2），竞赛时统一用质量为1公斤的重块（￠50×65 mm，普通碳素钢）铅垂下降来获得，落差400，误差不超过±2mm，重块落下后，须被小车承载并同小车一起运动，不允许从小车上落下。规则要求小车行走过程中完成所有动作的能量都要由此重力势能转换获得，不可以使用任何其他的能量来源；并且要求小车具有转向系统，而且此转向系统要具有可调节功能，从而适应放有不同间距障碍物的竞赛场地；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。小车将在宽度为2米的赛道上绕过间距为1米障碍，且要保证小车从赛道一侧越过一个障碍后，整体穿过赛道中线且障碍物不被撞倒。
然而，第四届全国大学生工程综合能力训练竞赛又在前两届的基础上增加了难度，把赛道场地分为“S”型和“8”字型。参加“S”型赛道竞赛的参赛队，要让小车在前行时能够自动绕过赛道上设置的障碍物，障碍物为直径20mm、高200mm的圆棒，沿赛道中线等距离摆放。赛道宽度为2米，出发端线距第一个障碍及障碍与障碍之间的间距均相同。小车有效的绕障方法为：小车从赛道一侧越过一个障碍后，整体越过赛道中线且障碍物不被撞倒或推出障碍物定位圆；连续运行，直至小车停止。“8”字型赛道场地为半张标准乒乓球台（长1525mm、宽1370mm），参赛者要让小车绕两个障碍物按“8”字型轨迹运行，障碍物为直径20mm、长200mm的2个圆棒，相距一定距离放置在半张标准乒乓球台的中线上。一个成功的“8”字绕障轨迹为：两个封闭图形轨迹和轨迹的两次变向交替出现，变向指的是：轨迹的曲率中心从轨迹的一侧变化到另一侧。
1.3 本课题所研究的主要内容
本课题将根据第二届全国大学生工程训练综合能力竞赛主题，即给定一重力势能（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；该自行小车在前行时能够自动绕过赛道上沿直线放置的一系列障碍物（障碍物为直径20mm、高200mm的弹性障碍圆棒，相邻障碍物距离为1m）；以小车前行距离的远近、以及绕过障碍的多少来综合评定成绩。本课题将设计出小车整套图纸，对设计轨迹进行模拟，并进行误差分析。
2 重力势能小车的设计方法
2.1 小车的工作原理
图2-1为本文设计的小车运动原理示意图。后轴带动驱动轮、绕线轮一起转动，绕在绕线轮上的细绳带动线盘转动，线盘上的柱子带动前轮转轴摆动，前轮转轴带动前轮摆动从而使小车发生转向。
在行走时两个绕线轮一个放绳，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
1 引言1
1.1 重力势车选题意义 1
1.2 重力势车选题来源1
1.3 本课题的主要内容2
2 重力势能的设计方法 2
2.1 重力势的工作原理2
2.2 轨迹计算仿真3
2.3 重小车的调试方法8
3 重力小车主体结构 8
4 重力势能小车车身部分9
4.1 前轮支撑板 10
4.2 细柱子 10
4.3 车架 11
4.4 细柱子的固定件 11
4.5 横梁的装配件13
4.6 车轱辘支撑件及其固定件16
5 转向系统 18
5.1 前轮转轴（轴承） 18
5.2 前轮关节（套筒） 19
5.3 线盘组件 19
5.4 转向横梁、丁字架固定件 20
6 行走机构 22
6.1 前轮及其固定件 22
6.2 后轮机构 24
结论 29
致谢 30
参考文献 31
1 引言
1.1 重力势能小车选题意义
重力势能小车是第二届全国大学生工程综合能力训练竞赛的主题，它是由教育部、财政部资助的，为了促进各高校提高工程实践和工程训练教学改革和教学水平，培养大学生的创新设计意识、综合工程应用能力与团队协作精神，促进学生基础知识与综合能力的培养、理论与实践的有机结合，养成良好的学风，为优秀人才脱颖而出创造条件。并且，重力势能小车的研制，具有经济、环保、便利等优点，有助于我们找到更为环 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
车选题意义
重力势能小车是第二届全国大学生工程综合能力训练竞赛的主题，它是由教育部、财政部资助的，为了促进各高校提高工程实践和工程训练教学改革和教学水平，培养大学生的创新设计意识、综合工程应用能力与团队协作精神，促进学生基础知识与综合能力的培养、理论与实践的有机结合，养成良好的学风，为优秀人才脱颖而出创造条件。并且，重力势能小车的研制，具有经济、环保、便利等优点，有助于我们找到更为环保绿色的能源，有利的能量转化途径，以及提高能量的利用效率。
1.2 重力势能小车选题来源
第二届全国大学生工程综合能力训练竞赛对重力势能小车给出的命题是：以重力势能驱动的具有方向控制功能的自行小车，具体要求为：给定一重力势能，根据能量转换的原理，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的装置。该自行小车在前行时能够自动避开赛道上设置的障碍物（每间隔1米，放置一个直径20mm、高200mm的弹性障碍圆棒）。即给定的重力势能为5焦耳（取g=10m/s2），竞赛时统一要求用质量为1Kg的重块（￠50×65?mm，普通碳钢）铅垂下降来获得动能，落差500±2mm，重块落下后，还必须被小车承载并同小车一起运动，不允许落下。要求小车前行过程中完成的所有动作所需的能量均由此能量转换获得，不可使用任何其他的能量形式。小车要求采用三轮结构（1个转向轮，2个驱动轮），且小车上面要装载一件外形尺寸为￠60×20?mm的实心圆柱型钢制质量块作为载荷，其质量应不小于750克；在小车行走过程中，载荷不允许掉落；转向轮最大外径应不小于￠30mm。
第三届全国大学生工程综合能力训练竞赛的主题在重力势能小车的基础上又有所发展，为“重力势能小车越障竞赛”，具体要求为：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4J（取g=10m/s2），竞赛时统一用质量为1公斤的重块（￠50×65 mm，普通碳素钢）铅垂下降来获得，落差400，误差不超过±2mm，重块落下后，须被小车承载并同小车一起运动，不允许从小车上落下。规则要求小车行走过程中完成所有动作的能量都要由此重力势能转换获得，不可以使用任何其他的能量来源；并且要求小车具有转向系统，而且此转向系统要具有可调节功能，从而适应放有不同间距障碍物的竞赛场地；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。小车将在宽度为2米的赛道上绕过间距为1米障碍，且要保证小车从赛道一侧越过一个障碍后，整体穿过赛道中线且障碍物不被撞倒。
然而，第四届全国大学生工程综合能力训练竞赛又在前两届的基础上增加了难度，把赛道场地分为“S”型和“8”字型。参加“S”型赛道竞赛的参赛队，要让小车在前行时能够自动绕过赛道上设置的障碍物，障碍物为直径20mm、高200mm的圆棒，沿赛道中线等距离摆放。赛道宽度为2米，出发端线距第一个障碍及障碍与障碍之间的间距均相同。小车有效的绕障方法为：小车从赛道一侧越过一个障碍后，整体越过赛道中线且障碍物不被撞倒或推出障碍物定位圆；连续运行，直至小车停止。“8”字型赛道场地为半张标准乒乓球台（长1525mm、宽1370mm），参赛者要让小车绕两个障碍物按“8”字型轨迹运行，障碍物为直径20mm、长200mm的2个圆棒，相距一定距离放置在半张标准乒乓球台的中线上。一个成功的“8”字绕障轨迹为：两个封闭图形轨迹和轨迹的两次变向交替出现，变向指的是：轨迹的曲率中心从轨迹的一侧变化到另一侧。
1.3 本课题所研究的主要内容
本课题将根据第二届全国大学生工程训练综合能力竞赛主题，即给定一重力势能（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；该自行小车在前行时能够自动绕过赛道上沿直线放置的一系列障碍物（障碍物为直径20mm、高200mm的弹性障碍圆棒，相邻障碍物距离为1m）；以小车前行距离的远近、以及绕过障碍的多少来综合评定成绩。本课题将设计出小车整套图纸，对设计轨迹进行模拟，并进行误差分析。
2 重力势能小车的设计方法
2.1 小车的工作原理
图2-1为本文设计的小车运动原理示意图。后轴带动驱动轮、绕线轮一起转动，绕在绕线轮上的细绳带动线盘转动，线盘上的柱子带动前轮转轴摆动，前轮转轴带动前轮摆动从而使小车发生转向。
在行走时两个绕线轮一个放绳，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
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/jxgc/zdh/3629.html
