齿轮与曲柄摇杆的无碳小车设计及仿真(附件)【字数：9558】
摘 要随着能源短缺与环境污染问题的日益严重，节能减排近年来越来越被社会各界所重视。因此低碳甚至无碳技术被逐渐被应用到工业和日常生活中来，而无碳小车是大学生工程训练竞赛的主题，旨在培养学生节能减排意识和机械设计加能力，对于培养青年人才有重大意义。本设计就是基于此，设计一辆将重力势能转换为机械能，并用于驱动小车行走和转向的装置。首先，介绍了无碳小车课题研究的背景和意义、研究现状以及本课题主要研究内容；其次，对无碳小车进行系统分析，包括轨迹、受力系统分析和翻转；然后，对小车的各机构和零件进行设计；再而，将所设计的无碳小车用proe软件进行建模；最后，进行运动仿真，检查机构运动的可行性。经过上述过程，设计出了能够将重物的重力势能转换为机械能，并用于驱动小车按照固定轨迹（S形）行走的无碳小车。因此本课题的设计证明，无碳小车方案的可行性，以及本设计中的驱动、传动、转向方案为后来者设计类似机构提供参考，具有借鉴意义。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 研究背景和意义 1
1.2 研究现状 1
1.3 研究内容 2
第二章 无碳小车机构分析 3
2.1 无碳小车主要参数 3
2.2 轨迹分析 3
2.3运动轨迹的确定 4
2.4 受力系统分析 5
2.5 翻转分析 6
第三章 小车零件设计 8
3.1 驱动机构 8
3.2 传动机构 9
3.2.1 驱动机构方案的选择 9
3.2.2 传动比的确定 9
3.2.3 齿轮设计 10
3.2.4 后轮及绕线筒 12
3.3 转向机构 12
3.3.1 设计方案 12
3.3.2 齿轮组设计 13
3.4 车架体 14
3.4.1 重物支撑架 14
3.4.2 底板 14
3.4.3 支撑柱 14
第四章 三维建模及运动仿真 16
4.1 三维建模设计 16
4.1.1 零件建模 16
4.1.2 整车装配 18
4 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
.2 运动仿真 21
4.2.1 Proe运动仿真介绍 21
4.2.2 无碳小车运动仿真 21
结束语 24
致 谢 25
参考文献 26
第一章 绪论
1.1 研究背景和意义
如今，环境污染和能源短缺十分严重。人类逐渐意识到人与自然长期发展方式，节能减排的观念慢慢的被人们认可，并且，以节能减排为主题的活动在全球范围展开，其目的是促进人们形成节能减排的思想。在这种国际大背景之下，各个国家也努力的采取措施，全面推动节能减排活动的宣传和行动，在一定的程度上是取得了不错的结果的实际的经验。
另外，由于我国人口东部人口密集，平均一个家庭就有一辆车，环境污染和能源短缺是我国面临的几个主要问题。此外，国际原油价格浮动大，汽车尾气排放持续增多，全球气候变暖等问题日趋严重。这些情况都让汽车厂商重新规划自己未来的发展方向，而太阳能、氢燃料电池、电混合动力汽车顺势而来。但是这些都成本花费高，性能差，因此，新能源的开发研究和使用显得尤为重要。
近年来，我国经济虽然取得很大的发展，但也面临着环境污染、能源匮乏、资源紧缺等问题。因此，我国采取了很多想换的解救措施和方案，并制定政策，并于2009年哥本哈根气候大会上，我国设置到2020年单位GDP的CO2排放量比2005年减少百分之四十的目标。据调查，在2013年40.49十亿吨全球碳排放量，中国排名第一，占22.3%，人均碳排放量已超过世界平均水平。所以，发展新能源迫在眉睫。
如今，可持续发展道路势在必行，也将变成当今时代的最新潮流。如今，这种纯机械的结构理所应当有巨大的市场，该课题研究对科学技术和创新就变得更加具有时代意义。
1.2 研究现状
S型绕障无碳小车是全国大学生工程训练综合能力竞赛的题目，我国的大学生工程训练综合能力竞赛是教育局发文的，给全国大学生提供一个展现创新能力竞赛活动，根据各高校综合性工程型教学的平台，主要目的是深入教学改革，另一方面，提高了大学生在工程训练方面的创新意识和创新能力以及团队精神，促进创新人才的培养，为日后在科学技术创新实践中奠定基础。一开始，只要求小车能绕障，并没有做出任何的轨迹要求。后来，工程训练竞赛对小车轨迹做出要求，分别为S形和8字型。每届竞赛都展示出优秀的设计和实物，各种机构层出不穷，各有所长。根据竞赛项目相关的设计、工艺、成本分析和工程管理四大部分来评比，其中，现场演示的成绩相当重要。分析较多的是对轨迹的分析、能耗的分析、机构的设计等。转向部分是因为小车性能所决定，所以转向部分十分重要。其中，转向机构有这几种情况，有凹槽凸轮推杆、不完全齿轮和曲柄滑块组合、曲柄摇杆、万向节连杆、空间曲柄摇杆和不完全齿轮的组合、曲柄连杆等机构。传动系统选用带轮、齿轮、皮带和链传动等，驱动上主要因为是三轮结构，所以主要以单轮驱动的设计居多。
1.3 研究内容
设计要求：
要求设计一种能够将重力势能转化为动能驱动小车自动行走换向的装置，重力势能由质量为1 kg 的标准砝码(50 mm × 65 mm，碳钢制作) 下降( 400 ± 2) mm 的高度来获取。同时要求小车具有转向控制机构，该车在运动过程中，需遵循一定的规律，行走“S”型并绕过固定的障碍物。
设计方向：
1.车身结构设计（使重心低，各结构排布紧凑）；
2.传动装置的选择与设计（带传动和齿轮传动的选择，一级传动和二级传动的选择等）；
3.转向装置的设计（凸轮，槽轮，曲柄摇杆机构的组合还是可自由转动的前轮，差速比固定改变的后轮的组合等）；
4.车轮材料（尼龙，有机玻璃，钢等）和车身材料（铝合金，有机玻璃等）的选择；
5.小车轨迹的分析研究（利用力学，数学，材料学的知识分析出小车理论情况下的运动轨迹，各机构的效率比，传动比等从而判断是否能达到预想的目的） 在小车设计时的核心观点就是在保持稳定性的前提下减轻机构质量，减少机构数目，通过对传统结构的创新将滑动摩擦转换为滚动摩擦。
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图11 无碳小车示意图
第二章 无碳小车机构分析
2.1 无碳小车主要参数
（1）小车走S形轨迹，障碍物距离为400mm；
（2）小车与1kg重物的总质量约为2.4kg；
目 录
第一章 绪论 1
1.1 研究背景和意义 1
1.2 研究现状 1
1.3 研究内容 2
第二章 无碳小车机构分析 3
2.1 无碳小车主要参数 3
2.2 轨迹分析 3
2.3运动轨迹的确定 4
2.4 受力系统分析 5
2.5 翻转分析 6
第三章 小车零件设计 8
3.1 驱动机构 8
3.2 传动机构 9
3.2.1 驱动机构方案的选择 9
3.2.2 传动比的确定 9
3.2.3 齿轮设计 10
3.2.4 后轮及绕线筒 12
3.3 转向机构 12
3.3.1 设计方案 12
3.3.2 齿轮组设计 13
3.4 车架体 14
3.4.1 重物支撑架 14
3.4.2 底板 14
3.4.3 支撑柱 14
第四章 三维建模及运动仿真 16
4.1 三维建模设计 16
4.1.1 零件建模 16
4.1.2 整车装配 18
4 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
.2 运动仿真 21
4.2.1 Proe运动仿真介绍 21
4.2.2 无碳小车运动仿真 21
结束语 24
致 谢 25
参考文献 26
第一章 绪论
1.1 研究背景和意义
如今，环境污染和能源短缺十分严重。人类逐渐意识到人与自然长期发展方式，节能减排的观念慢慢的被人们认可，并且，以节能减排为主题的活动在全球范围展开，其目的是促进人们形成节能减排的思想。在这种国际大背景之下，各个国家也努力的采取措施，全面推动节能减排活动的宣传和行动，在一定的程度上是取得了不错的结果的实际的经验。
另外，由于我国人口东部人口密集，平均一个家庭就有一辆车，环境污染和能源短缺是我国面临的几个主要问题。此外，国际原油价格浮动大，汽车尾气排放持续增多，全球气候变暖等问题日趋严重。这些情况都让汽车厂商重新规划自己未来的发展方向，而太阳能、氢燃料电池、电混合动力汽车顺势而来。但是这些都成本花费高，性能差，因此，新能源的开发研究和使用显得尤为重要。
近年来，我国经济虽然取得很大的发展，但也面临着环境污染、能源匮乏、资源紧缺等问题。因此，我国采取了很多想换的解救措施和方案，并制定政策，并于2009年哥本哈根气候大会上，我国设置到2020年单位GDP的CO2排放量比2005年减少百分之四十的目标。据调查，在2013年40.49十亿吨全球碳排放量，中国排名第一，占22.3%，人均碳排放量已超过世界平均水平。所以，发展新能源迫在眉睫。
如今，可持续发展道路势在必行，也将变成当今时代的最新潮流。如今，这种纯机械的结构理所应当有巨大的市场，该课题研究对科学技术和创新就变得更加具有时代意义。
1.2 研究现状
S型绕障无碳小车是全国大学生工程训练综合能力竞赛的题目，我国的大学生工程训练综合能力竞赛是教育局发文的，给全国大学生提供一个展现创新能力竞赛活动，根据各高校综合性工程型教学的平台，主要目的是深入教学改革，另一方面，提高了大学生在工程训练方面的创新意识和创新能力以及团队精神，促进创新人才的培养，为日后在科学技术创新实践中奠定基础。一开始，只要求小车能绕障，并没有做出任何的轨迹要求。后来，工程训练竞赛对小车轨迹做出要求，分别为S形和8字型。每届竞赛都展示出优秀的设计和实物，各种机构层出不穷，各有所长。根据竞赛项目相关的设计、工艺、成本分析和工程管理四大部分来评比，其中，现场演示的成绩相当重要。分析较多的是对轨迹的分析、能耗的分析、机构的设计等。转向部分是因为小车性能所决定，所以转向部分十分重要。其中，转向机构有这几种情况，有凹槽凸轮推杆、不完全齿轮和曲柄滑块组合、曲柄摇杆、万向节连杆、空间曲柄摇杆和不完全齿轮的组合、曲柄连杆等机构。传动系统选用带轮、齿轮、皮带和链传动等，驱动上主要因为是三轮结构，所以主要以单轮驱动的设计居多。
1.3 研究内容
设计要求：
要求设计一种能够将重力势能转化为动能驱动小车自动行走换向的装置，重力势能由质量为1 kg 的标准砝码(50 mm × 65 mm，碳钢制作) 下降( 400 ± 2) mm 的高度来获取。同时要求小车具有转向控制机构，该车在运动过程中，需遵循一定的规律，行走“S”型并绕过固定的障碍物。
设计方向：
1.车身结构设计（使重心低，各结构排布紧凑）；
2.传动装置的选择与设计（带传动和齿轮传动的选择，一级传动和二级传动的选择等）；
3.转向装置的设计（凸轮，槽轮，曲柄摇杆机构的组合还是可自由转动的前轮，差速比固定改变的后轮的组合等）；
4.车轮材料（尼龙，有机玻璃，钢等）和车身材料（铝合金，有机玻璃等）的选择；
5.小车轨迹的分析研究（利用力学，数学，材料学的知识分析出小车理论情况下的运动轨迹，各机构的效率比，传动比等从而判断是否能达到预想的目的） 在小车设计时的核心观点就是在保持稳定性的前提下减轻机构质量，减少机构数目，通过对传统结构的创新将滑动摩擦转换为滚动摩擦。
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图11 无碳小车示意图
第二章 无碳小车机构分析
2.1 无碳小车主要参数
（1）小车走S形轨迹，障碍物距离为400mm；
（2）小车与1kg重物的总质量约为2.4kg；
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