重力势能的8字形绕障无碳小车结构设计(附件)【字数：8128】
指导教师 王石莉 摘 要目前，节能减排、绿色低碳的话题对于我们来说已经不再陌生，本次课题题目“基于重力势能的8字形绕障碍无碳小车的结构设计”，本课题主要研究的是利用重力势能作为小车的驱动能源，让小车完成规定的任务。小车要完成正常的行驶功能，我们首先要确定小车的组成部分。本次设计中的小车主要有原动机构、传动机构、转向机构、行驶机构、微调机构这五大模块，本文要通过参数设计计算从不同的方案中选出最适合本次设计的方案。在我们确定设计参数过后还没有结束，因为理论的设计还需要实践证明，然后加以改进保证小车完成绕8字的功能。在本次设计中我们可能用到的软件有UG、CAXA、CAD辅助设计。
目 录
第一章 绪论 1
1.1设计的背景及意义 1
1.2小车的设计要求 1
1.3设计方案 2
1.4小结 2
第二章 运动轨迹 3
第三章 原动机构 5
3.1三种原动装置的对比 5
3.2原动机构的确定与设计 6
3.3小结 6
第四章 传动机构 7
4.1传动机构的对比 7
4.2传动方案的确定 7
4.3齿轮参数的确定 8
4.4小结 11
第五章 转向行驶机构 12
5.1不同行驶机构的介绍 12
5.2多种转向机构的介绍 13
5.3转向机构的确立与参数计算 14
第六章 车架设计 17
6.1车架的选用 17
6.2车架材料的选择 17
6.3小结 17
结束语 18
致 谢 19
参考文献 20
附录 21
第一章 绪论
1.1设计的背景及意义
大众生活水平不断提升，科学技术也在不断地进步，在庞大的数据网络的覆盖之下能源问题、环境问题已凸显在人们的视野。所以能源危机的话题在各个国都是研究发展的热门课题已不容我们忽视，寻找新能源，节约使用不可再生的能源已是大势所趋。无碳 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
小车一个新的名词出现在大众的视野不得不引起人的的好奇，这便引发各个国家对无碳小车进行开发研究。无碳小车是将重物的重力势能转化为小车前进转向的动能的装置。此装置有可能用于现当代的各个领域，在人们生活中它可能会代替我们一部分传统燃料的交通工具，成为新一代的短途代步工具，它有经济性，绿色低碳的优势，所以其研究有深刻的意义。
1.2小车的设计要求
设计一款将重力势能转换为小车前进的驱动力的无碳小车，我们规定其重力势能为4J（g=1/），其重力势能的来源是1kg的铅的下落过程，铅块的落差为，下落的过程中要求铅块不能脱离轨道。
此外，小车的机构为三轮小车，小车需在的平台上做8字绕桩行走，两障碍桩的距离为，障碍桩的尺寸为。绕障平台如图11.
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图11 小车绕障平台示意图
对于设计者来说，设计之初应阅读相关文献资料进行全面仔细的分析，尤其是转向机构的相关信息；在满足技术要求的同时还应该考虑无碳小车的经济性与制造的可行性；在无碳小车的外形轮廓设计上需要考虑空间尺寸的大小范围，对于小车的各个机构的组成部件要求有合适的强度、刚度；小车需要反复的实验使用，所以本章还需考虑小车零部件的磨损消耗能否控制在使用要求范围内；最后，对于无碳小车的设计标准不能与国标相违背，设计计算方法应该具有实效性。
1.3设计方案
设计之初，要有一个清晰的目标，弄清楚小车的主要的几个组成部分，然后再根据每一部分的特性设计出合适的方案，根据我们所掌握的知识。
根据任务书对小车功能的要求，可以把小车设计为原动机构、传动机构、转向机构、行驶机构微调机构五个模块，对这五个模块进行方案的讨论、分析，通过综合考虑、对比选出优秀的方案组合。第一部分是原动机构，其方案有绳轮式、链轮式、弹簧储能式，根据设计的情况综合考虑选择绳轮式方案；第二部分是传动机构，其方案有齿轮传动与皮带轮转动，选择齿轮传动；第三部分是转向机构，其方案有凸轮、圆柱凸轮、曲柄连、曲柄摇杆、差速转向，综合考虑选用圆柱凸轮的方案；第四部分是行驶机构，其方案有后轮双轮同步驱动、后双轮单侧驱动、前双轮转向后单轮驱动三种方案，综合考虑选择前双轮转向后单轮驱动的方案；第五部分为微调机构。设计上主要运用了分块对比、综合考虑、择优选用的思想，并且运用了UG、CAXA、CAD辅助软件设计。
1.4小结
本章节介绍了无碳小车设计的背景与意义，明确了设计方向，并制定了设计路线，提出了设计时所用到的数据与要求。最后，提出来模块的分析的思路，并对每个模块提出了相应的参考方案，在确立方案之后利用UG、CAXA、CAD制图。
第二章 运动轨迹
通过对无碳小车的设计要求的分析，要保证玩碳小车完成规定的任务，首先，要确定无碳小车绕障行驶的轨迹，然后再求出轨迹的相应参数。本章可以初步设计出无碳小车的行驶轨迹，实现小车自动绕障行驶的任务。
无碳小车的绕障行驶的区域为方形的桌面，其长宽分别为1525mm、1370mm，两个竖直的障碍桩的间距为400mm，小车的整体尺寸相对于桌面大小是微小的，所以我们不用担心无碳小车会因为桌面面积不够而小车掉下的因素，在确立小车的路线之后我们要求出路线的总体长度。无碳小车在一次绕八完成时走过的轨迹我们可以分段讨论，主要分为小车转向部分与小车行走的两个部分，小车转向部分可以近似的看作一大段圆弧，小车的行走部分与大圆弧相切的直线。大致示意图如图21。
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图21 小车行走示意图
根据设计要求中所给数据可知，小车的两转向中心O1O2之间的距离为400mm。小车完成一次绕8字任务的轨迹路程为C，C的长度等于弧AD加上弧CB再加上AB、CD的长度，小车在转向时的圆弧半径取160mm，则可以计算出小车绕一次8字所走过的路程。
目 录
第一章 绪论 1
1.1设计的背景及意义 1
1.2小车的设计要求 1
1.3设计方案 2
1.4小结 2
第二章 运动轨迹 3
第三章 原动机构 5
3.1三种原动装置的对比 5
3.2原动机构的确定与设计 6
3.3小结 6
第四章 传动机构 7
4.1传动机构的对比 7
4.2传动方案的确定 7
4.3齿轮参数的确定 8
4.4小结 11
第五章 转向行驶机构 12
5.1不同行驶机构的介绍 12
5.2多种转向机构的介绍 13
5.3转向机构的确立与参数计算 14
第六章 车架设计 17
6.1车架的选用 17
6.2车架材料的选择 17
6.3小结 17
结束语 18
致 谢 19
参考文献 20
附录 21
第一章 绪论
1.1设计的背景及意义
大众生活水平不断提升，科学技术也在不断地进步，在庞大的数据网络的覆盖之下能源问题、环境问题已凸显在人们的视野。所以能源危机的话题在各个国都是研究发展的热门课题已不容我们忽视，寻找新能源，节约使用不可再生的能源已是大势所趋。无碳 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
小车一个新的名词出现在大众的视野不得不引起人的的好奇，这便引发各个国家对无碳小车进行开发研究。无碳小车是将重物的重力势能转化为小车前进转向的动能的装置。此装置有可能用于现当代的各个领域，在人们生活中它可能会代替我们一部分传统燃料的交通工具，成为新一代的短途代步工具，它有经济性，绿色低碳的优势，所以其研究有深刻的意义。
1.2小车的设计要求
设计一款将重力势能转换为小车前进的驱动力的无碳小车，我们规定其重力势能为4J（g=1/），其重力势能的来源是1kg的铅的下落过程，铅块的落差为，下落的过程中要求铅块不能脱离轨道。
此外，小车的机构为三轮小车，小车需在的平台上做8字绕桩行走，两障碍桩的距离为，障碍桩的尺寸为。绕障平台如图11.
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图11 小车绕障平台示意图
对于设计者来说，设计之初应阅读相关文献资料进行全面仔细的分析，尤其是转向机构的相关信息；在满足技术要求的同时还应该考虑无碳小车的经济性与制造的可行性；在无碳小车的外形轮廓设计上需要考虑空间尺寸的大小范围，对于小车的各个机构的组成部件要求有合适的强度、刚度；小车需要反复的实验使用，所以本章还需考虑小车零部件的磨损消耗能否控制在使用要求范围内；最后，对于无碳小车的设计标准不能与国标相违背，设计计算方法应该具有实效性。
1.3设计方案
设计之初，要有一个清晰的目标，弄清楚小车的主要的几个组成部分，然后再根据每一部分的特性设计出合适的方案，根据我们所掌握的知识。
根据任务书对小车功能的要求，可以把小车设计为原动机构、传动机构、转向机构、行驶机构微调机构五个模块，对这五个模块进行方案的讨论、分析，通过综合考虑、对比选出优秀的方案组合。第一部分是原动机构，其方案有绳轮式、链轮式、弹簧储能式，根据设计的情况综合考虑选择绳轮式方案；第二部分是传动机构，其方案有齿轮传动与皮带轮转动，选择齿轮传动；第三部分是转向机构，其方案有凸轮、圆柱凸轮、曲柄连、曲柄摇杆、差速转向，综合考虑选用圆柱凸轮的方案；第四部分是行驶机构，其方案有后轮双轮同步驱动、后双轮单侧驱动、前双轮转向后单轮驱动三种方案，综合考虑选择前双轮转向后单轮驱动的方案；第五部分为微调机构。设计上主要运用了分块对比、综合考虑、择优选用的思想，并且运用了UG、CAXA、CAD辅助软件设计。
1.4小结
本章节介绍了无碳小车设计的背景与意义，明确了设计方向，并制定了设计路线，提出了设计时所用到的数据与要求。最后，提出来模块的分析的思路，并对每个模块提出了相应的参考方案，在确立方案之后利用UG、CAXA、CAD制图。
第二章 运动轨迹
通过对无碳小车的设计要求的分析，要保证玩碳小车完成规定的任务，首先，要确定无碳小车绕障行驶的轨迹，然后再求出轨迹的相应参数。本章可以初步设计出无碳小车的行驶轨迹，实现小车自动绕障行驶的任务。
无碳小车的绕障行驶的区域为方形的桌面，其长宽分别为1525mm、1370mm，两个竖直的障碍桩的间距为400mm，小车的整体尺寸相对于桌面大小是微小的，所以我们不用担心无碳小车会因为桌面面积不够而小车掉下的因素，在确立小车的路线之后我们要求出路线的总体长度。无碳小车在一次绕八完成时走过的轨迹我们可以分段讨论，主要分为小车转向部分与小车行走的两个部分，小车转向部分可以近似的看作一大段圆弧，小车的行走部分与大圆弧相切的直线。大致示意图如图21。
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图21 小车行走示意图
根据设计要求中所给数据可知，小车的两转向中心O1O2之间的距离为400mm。小车完成一次绕8字任务的轨迹路程为C，C的长度等于弧AD加上弧CB再加上AB、CD的长度，小车在转向时的圆弧半径取160mm，则可以计算出小车绕一次8字所走过的路程。
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