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无碳小车——结构设计方案


第四届全国大学生工程训练综合能力竞赛
The 4
th

National Undergraduate Engineering Training Integration Ability Competition

结构设计方案
Structure Design Scheme
参赛项目:S 形赛道

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参赛项目 S 形赛道

1、设计思路
1.根据比赛要求,为达到无碳小车绕桩前进的目的,无碳小车应实现两个功能:重力势能的转 装 换和周期性的转向,据此可以将小车分为驱动机构和转向机构两部分。其中驱动机构要求能量损耗 少、传动比精确,故优先选用齿轮机构。转向机构要求控制精度高、摩擦损失小,选用带导轨的空 间曲柄摇杆机构。 2.为减轻车身质量同时保证小车刚度要求,小车采用铝板作为底板材料,上面安装轴承座以支 撑输入轴、驱动轴、吊挂重物的立杆等,小车转向机构中的滑块也需固定在底板上。 3.使用滑轮机构将重物的能量通过细绳以转矩的形式传递到输入轴;输入轴通过一级齿轮传动 将能量传到驱动轴,带动驱动轮并驱使小车向前运动;小车通过输入轴带动圆盘并通过空间四杆机 订 构实现小车的转向,在具体调试中,通过对杆长进行调节以满足规定要求;小车采用单轮驱动,从 而实现两后轮的差速,便于转弯,并最大程度上实现了小车结构的最优化。 4.通过计算并确定两齿轮的的传动比 i,并实现小车驱动轮每行走 i 个周长长度,转向机构运 动实现一个周期,小车也行走一个完整的 S 路线。为了使小车适应 700-1300 不同的间距我们采用了 三组齿轮机构,使得小车最大限度绕过最多的桩。

2、小车出发定位方案
学校名称:湘潭大学 线 我们可以将小车行走路线简化为余弦曲线处理,通过小车的传动比以及驱动轮的大小我们可以 计算出该余弦曲线的幅值,我们将小车出发位置定在幅值处。 我们以摆桩方向为 x 轴,在水平面内垂直于 x 轴为 y 方向,通过计算桩间距,传动比,驱动轮 周长可以得出确定曲线方程,通过数学知识我们可以得出小车在幅值出发时的前轮偏向角度,偏向 角度可以通过四杆机构的杆长进行调节。 由此我们便可以得出小车出发时垂直摆桩方向的距离以及此时小车前轮的偏向角度,从而确定 小车的理论出发位置。

产品名称

小车

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编 号

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3、总结和体会
在无碳小车的设计、加工、装配、调试等环节中,我们学到了许多知识。我们在设 计、论证、实验验证的过程中反复探索、不断前进。在这个过程中增强了我们对专业知 识的理解, 同时锻炼了我们的动手能力。 在无碳小车不断完善的过程中遇到了很多问题, 通过发现问题、分析问题、解决问题,使我们学会了如何从工程设计的角度看待问题, 并学会解决问题。
参赛项目:S 形赛道

我们在无碳小车的制作中也学会了如何团队合作,以及团队合作的重要性,许多灵 感往往是在团队的讨论分析中获得的。





学校名称:湘潭大学

线

产品名称

小车

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装 参赛项目:S 形赛道 订 线 学校名称: 湘潭大学

小车装配图
第四届全国大学生工程训练综合能力竞赛

比例 1:1

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装 参赛项目:S 形赛道 订 线 学校名称: 湘潭大学

小车装配爆炸图
第四届全国大学生工程训练综合能力竞赛



例 1:1

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传动设计数据
各级传动比: 一级传动比,分别为 i=63/17,i=60/20,i=57/23 装 砝码下降长度(mm)/小车行走长度(mm): 400mm/20000mm

参赛项目:S 形赛道

小车最大理论行走长度: 最大理论行走长度为 34000mm



小车距出发线最大理论距离: 出发是的最大幅值为 150mm

转矩设计数据
线

各级转矩及摩擦力矩分析: 行走机构即为三个轮子,轮子又厚薄之分,大小之别,材料之不同需要综 合考虑。 有摩擦理论知道摩擦力矩与正压力的关系为

M ? N ??
学校名称: 湘潭大学 对于相同的材料 ? 为一定值。 而滚动摩擦阻力 f ?
M R

?

N ?? R

,所以轮子越大小车受到的阻力越小,因此

能够走的更远。 但由于加工问题材料问题安装问题等等具体尺寸需要进一步 分析确定。 由于小车是沿着曲线前进的,后轮必定会产生差速。对于后轮可以采用, 单轮驱动。单轮驱动即只利用一个轮子作为驱动轮,一个为导向轮,另一个 为从动轮。就如一辆自行车外加一个车轮一样,从动轮与驱动轮间的差速依 靠与地面的运动约束确定的。其效率比较高。

传动机构展开图
第四届全国大学生工程训练综合能力竞赛
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例 1:1

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