无碳小车八字形凸轮

第二届黑龙江省大学生工程训练综合能力竞赛命题及规则 [修正] 1.本届竞赛主题：

本届竞赛主题为“无碳小车越障竞赛”。

要求经过一定的前期准备后，在比赛现场完成一套符合本命题要求的可运行装置，并进行现场竞争性运行考核。每个参赛作品要提交相关的设计、工艺、成本分析和工程管理4项报告。

2.竞赛命题：以重力势能驱动的具有方向控制功能的自行小车

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4焦耳（取g=10m/s2），竞赛时统一用质量为1Kg的重块（￠50×65 mm，普通碳钢）铅垂下降来获得，落差400±2mm，重块落下后，须被小车承载并同小车一起运动，不允许从小车上掉落。图1为小车示意图。

使用任何其他的能量来源。

要求小车行走过程中完成所有动作所需的能量均由此重力势能转换获得，不可 要求小车具有转向控制机构，且此转向控制机构具有可调节功能，以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。 3.竞赛项目I：

竞赛小车在前行时能够自动交错绕过赛道上设置的障碍物。障碍物为直径20mm、高200m

目录

一、设计要求????????????????????????????.4 1.1功能分析阶段............................... ...................4 1.2参数分析与个性化设计阶段????????????????????..4 1.3制造阶段????????????????????????????..4 1.4调试阶段????????????????????????????..4 二、正式设计????????????????????????????.5 2.1机械总功能分解及功能元解????????????????????..6 2.2机构选型与方案对比???????????????????????..6

2.2.1机构选型的基本原则????????????????????...6 2.3势能转化机构分析????????????????????????..7

2.3.1重物锥台轮机构功能元解的优缺点??????????????..7 2.3.2重物飞轮机构功能元解的优缺点????????????????7 2.3.3发条弹簧机构功能元解的优缺点????????????????8 2.

机械原理课程设计报告书

设计题目: 竞赛题目无碳小车的设计 课程名称： 《机械原理课程设计》 学生姓名： 学生学号：

所在学院： 海洋信息工程学院 学习专业： 机械设计制造及其自动化 指导教师：宫文峰

2015年 12月11日

目录 ....................................................................................................................................................... 2 第一章 概述 ................................................................................................................................... 3

1.1课程设计任务与目的 .........................................................................................

2014年****工程训练综合能力竞赛

参赛者： 指导老师：

无碳小车设计报告

2014/10/15

1、 设计概述

“无碳小车”是将重力势能转换为机械能，使小车实现行走及转向功能的装置。

小车由能量转换机构、传动机构、转向机构和车身构成，首先通过能量转换机构获得动力来驱动后轮转动，继而通过传动机构将运动传给转向机构使转向轮，利用横纵向直线运动复合运动使转向轮呈正弦波形周期性摆动，从而避开设置在波形内固有间距的障碍物。

具体设计为小车以1kg重物块下落500mm产生的重力势能作为动力，通过线绳带动齿轮轴等传动机构，单轮驱动；通过正弦机构带动前轮周期性摆动实现转向。无碳小车结构设计总装图如图所示。

2、设计思路和方案

小车的设计分为三个主要阶段：功能分析、、制造加工调试 2.1功能分析

对小车功能要求进行分析，寻找功能元解，将小车分为车架 、原动机构 、传动机构 、转向机构 、行走机构 、微调机构六个模块。对每一个模块进行多方案设计，综合对比选择最优的方案组合。 2.2参数分析与个性化设计

利用Solidworks软件进行小车的实体建模、部分运动仿真。

对方案建立数学模型进行理论分析，使用MATLAB软件分别进行能耗规律

工业工程1211班 王志勇

无碳小车的运动原理：

如图所示，重物的牵引带动A轮的转动，A轮的转动带动B轮，再根据B、D之间的齿轮粘合带动C1，C2和E齿轮的转动，E轮带动F轮的转动，从而使G杆左右运动的同时，前后运动，杆的偏转，使得H轮偏转，根据C1，C2轮和H轮的合运动，小车就可以按照要求一边行走一边转弯。

梯形原动轮

1.在起始时原动轮的转动半径较大，起动转矩大，有利起动。

2.起动后，原动轮半径变小，转速提高，转矩变小，和阻力平衡后小车匀速运动。 3.当物块距小车很近时，原动轮的半径再次变小，绳子的拉力不足以使原动轮匀速转动，但是由于物块的惯性，仍会减速下降，

原动轮的半径变小，总转速比提高，小车缓慢减速，直到停止，物块停止下落，正好接触小车。

2.2.2 小车各个尺寸设计的推导：

根据题目中赛道宽度2m，以及每间隔1m，放置一个直径20mm、高200mm的弹性障碍圆棒，以及赛道的大致行走路线（如图），我组拟定一些实际尺寸的大

工业工程1211班 王志勇

小以及推导

35cm98cm

图五： 无碳小车在重力势能作用下自动行走示意图

考虑到要使小车的运动轨迹尽可能沿直线运动,绕过的障碍物越多,但又得考虑要使小车不碰到障碍物,经过我组在各

第二届湖南省大学生工程训练综合能力竞赛

无碳小车设计方案

参赛者：陈英山（11级机自） 刘少辉（11级机自

吴达友（11级机自）

1.车架

由于车架只是起支撑作用而且不用受很大的力，

精度要求不高，所以在考虑成本和车架重量后采用木

材制作。

2.主动力

主动力是由重块的重力势能转化而来。能实现这一功能的方案如图所示，

采用绳轮方法。重物在下落的过程中可以通过导绳

轮提供主动力。导绳轮机构简单，.产生的主动力适

中，不至于小车拐弯时速度过大倾翻，或重块晃动

厉害影响行走。

而且绕绳轮

采用可以调绕线

半径大小圆锥状

的绳轮。可以通

过改变绕在绳轮上的半径大小来改变驱动

力的大小，从而适应较多不同的场地。

3.传动机构

传动机构的功能是把动力和运动传递

到转向机构和驱动轮上。要使小车行驶的

更远，传动机构必需传递效率高、传动稳

定、结构简单重量轻等。所以如图所示：

（1）.不用其它额外的传动装置，直接由动力轴驱动轮子和转向机构.

（2）.采用齿轮作为传动装置，因为齿轮具有效率高、结构紧凑、传动比稳定

.

4.转向装置

为了使小车能绕开障碍物，

我们采用了如图所示的转向装

置。该装置结构简单，同时利用

偏心杆将转向齿轮的旋转运动

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。

前轮还采用微调

攀枝花学院

Panzhihua University

本科毕业设计

无碳越障小车设计

题 目： 无碳越障小车设计 学生姓名： 谭晓波 学 号： 201010601154 院 （系）： 机械工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化

班 级： 2010级机械设计制造及其自动化4班

指导教师： 杨涛 职 称： 实验师

二零一四年五月

攀枝花学院本科毕业设计（论文） 摘要

摘 要

目前全球经济飞速发展，带来环境问题愈发明显，传统能源逐渐衰竭，鉴于此无碳小车的研制具有十分重要的意义。针对题目要求拟定了无碳越障小车的总体设计方案，通过计算分析完成了无碳越障小车的结构设计，绘制了装配图和部分主要零件图，通过pro/E模拟仿真验证了预定功能，并制作出了实体样机，通过实体样机的演示达到了规定功能。

关键词：无碳越障小车；环保；机械设计

I

攀枝花学院本科毕业设计（论文）

攀枝花学院

Panzhihua University

本科毕业设计

无碳越障小车设计

题 目： 无碳越障小车设计 学生姓名： 谭晓波 学 号： 201010601154 院 （系）： 机械工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化

班 级： 2010级机械设计制造及其自动化4班

指导教师： 杨涛 职 称： 实验师

二零一四年五月

攀枝花学院本科毕业设计（论文） 摘要

摘 要

目前全球经济飞速发展，带来环境问题愈发明显，传统能源逐渐衰竭，鉴于此无碳小车的研制具有十分重要的意义。针对题目要求拟定了无碳越障小车的总体设计方案，通过计算分析完成了无碳越障小车的结构设计，绘制了装配图和部分主要零件图，通过pro/E模拟仿真验证了预定功能，并制作出了实体样机，通过实体样机的演示达到了规定功能。

关键词：无碳越障小车；环保；机械设计

I

攀枝花学院本科毕业设计（论文）

目录

一 绪论

1.1本届竞赛命题主题

1.2小车功能设计要求

1.3小车整体设计要求

1.4 小车的设计方法

二 方案设计

2.1 路径的选择

2.2自动转向装置

2.2.1 前轮转向装置

2.2.2 差速转向装置

2.2.3 小结

2.3 能量转换装置

2.4 车架

2.5 微调部分

三 参数的设计

3.1 路径参数的确定

3.2 自动转向装置参数的确定

3.2.1 前轮转向装置参数的确定

3.2.2 差速转向装置参数的确定

3.2.3 小结

3.3 能量转换装置参数的确定

3.4 车架参数的确定

3.5 微调部分参数的确定

四 小车的工程图

4.1 小车部分零件工程图

4.2小车各装置工程图

4.3小车总装配图

五 评价分析

5.1小车优缺点

5.2 小车的改进方向

六 附录

一 绪论

1.1本届竞赛命题主题

本届竞赛命题主题为“无碳小车”。要求经过一定的前期准备后，在集中比赛现场完成一套符合本命题要求的可运行装置，并进行现场竞争性运行考核。每个参赛作品要提交相关的设计、工艺、成本分析和工程管理4项成绩考核作业。

1.2小车功能设计要求

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4焦耳（取g=10m/s2），比赛时统一用质量为1Kg的重块（￠50×

攀枝花学院

Panzhihua University

本科毕业设计

无碳越障小车设计

题 目： 无碳越障小车设计 学生姓名： 谭晓波 学 号： 201010601154 院 （系）： 机械工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化

班 级： 2010级机械设计制造及其自动化4班

指导教师： 杨涛 职 称： 实验师

二零一四年五月

攀枝花学院本科毕业设计（论文） 摘要

摘 要

目前全球经济飞速发展，带来环境问题愈发明显，传统能源逐渐衰竭，鉴于此无碳小车的研制具有十分重要的意义。针对题目要求拟定了无碳越障小车的总体设计方案，通过计算分析完成了无碳越障小车的结构设计，绘制了装配图和部分主要零件图，通过pro/E模拟仿真验证了预定功能，并制作出了实体样机，通过实体样机的演示达到了规定功能。

关键词：无碳越障小车；环保；机械设计

I

攀枝花学院本科毕业设计（论文）