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1、无碳小车设计说明书班 级： 过控 09-2 班 姓 名：候朋远 团队成员：候朋远 曾金石2012.10目录一 竞赛命题及参赛项目 (3)二 设计思想 (4)三 传动机构方案拟定 (5)四 工作过程 (11)一 竞赛命题及参赛项目竞赛命题I :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（0 50X 65 mm普通碳钢）铅垂下降来获得，落差400 士 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。
2、具体要求：（1）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；（2） |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；（3）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。参赛项目：竞赛命题II第一阶段：小车在半张标准乒乓球台（长 1525mm宽1370mm上，绕 放置在中线上相距不小于 300mm距离（具体距离自定）的2个障碍物沿8 字形轨迹绕行，出发点自定，绕行时不可以撞倒障碍物，不可以掉下球台。 障碍物为直径20mm长200mm的 2个圆棒，以小车完成8字绕行圈数的多少来综合评定成
3、绩第二阶段：经比赛现场公开抽签，在300-500mm范围内产生一个新的障碍物间距。本组各队根据调整后的障碍间距，对自己的小车进行调整装配 或修配。组委会在现场提供普通车床、钳工台及调试场地。在规定的时间 内，各队应完成调整修配内容。本组各队携带调整修配后小车，在调整障 碍间距后的竞赛场地上，进行比赛。二 设计思想1、传递主动力的机构越多，传递效率越低；2、单周期路径越短，能量损失越少；3、物块下落的最终速度越慢，小车获得的能量越多；4、车身越轻，阻力越小，有效功越多；5、整车重心越低，车子越稳定；三 传动机构方案的拟定原理分析：三轮车绕杆和实际车体转向过程原理相同，车体转向时方 向控制轮（此处
4、为前轮）与车体轴线产生夹角 a,此时后轮轴线与前轮轴线 相交于远处一点，当夹角 a不变时，实际汽车后轮为差动连接，所以车体 绕该点做转动。转向过程中夹角 a逐渐增大，达到一定程度时开始逐渐减 小，直至与前轮轴线与车体轴线重合，车子完成转向过程做直线运动。主动力传动过程中只通过一个定滑轮，让传动效率最大化；根据能量守恒，最初的总能量为物块的重力势能，随着物块下落，通过细绳拉动车子前进，物块部分能量转换为车子的动能及车体摩擦损失, 其余部分使物块获得前进和下落的速度。11E 车=E 车 +MV：+ MV22确定较大传动比，使小车初始运动时的动力略大于其静摩擦阻力，这 样使小车获得最小初速度和较小的
5、加速度，重物落下时速度较慢，转化为 车子前进的有用功越多。实际汽车转向的实现，由于两轮速度相同直径相同但路程不同，要依 赖于后轮之间的差动连接，本设计中的小车后轮没有差动连接，存在一个 轮滚动和滑动同时出现的情况，考虑到物块开始运动时重心较高，小车转 向过程中需要较大的力矩平衡物块受到的向心力，此时处在行进曲线外侧 的轮支撑力Fi远大于内侧轮支撑力F2，则内侧轮滚动和滑动同时存在，外 轮做纯滚动，所以以外轮路径为计算基准。（上图）图中凸轮顶杆通过车身两处支撑使其保持水平且不能产生水平方向的 摆动，用弹簧拉紧使其一段时刻与凸轮轮廓曲线接触，另一端设置一拐头, 放置在前轮轴伸出部分的槽内，前轮与车
6、身轴线夹角的正切值与凸轮轮廓 到凸轮转动中心的距离成正比，这样就可以通过改变凸轮轮廓曲线实现对 车前轮与车身轴线夹角的控制。机构简图依照三轮车的转向原理：设定小车后轮中心点的行进路线 （如下图）在 两杆之间的较长的距离内车子路径为直线，绕杆可设置为曲线，这样直线 与曲线段相切，转向过程过渡平稳。根据上述转向原理，小车实际的尺寸以及设定的后轮曲线，可以求出 前轮的运行曲线，之后求出后轮中心处切线斜率与前轮曲线切线斜率之差， 即可得到前轮与车身轴线的夹角的变化规律，确定凸轮轮廓曲线，由于小 车进入曲线和走出曲线时©角是突变量，为了到过渡的平稳性，在轮廓曲 线加工时适当的将开槽提前，并进行
7、过渡处理，使得转向更平稳，后轮中 心轨迹更精确。为简便轮廓曲线的加工，将后轮中心轨迹曲线设定为圆弧， 这样凸轮轮廓对应段距离旋转中心距离不变，则曲线段也为圆弧。结构实现：计算设定路线的总路程和后轮周长，它们的比值即为后轮 与凸轮的带传动传动比，这样车子行进一个周期（完整8字形）时凸轮刚好转过一圈，计算绕杆曲线段在一个周期路段中所占的比例，即可确定圆 盘凸出和下凹的部分对应的圆周角，设定的圆弧段的半径可以确定凸轮凸 出和下凹部分的深度，图中虚线部分为车子直行时凸轮对应位置，车子从“ 8”字形两圆弧相交点0释放（对应位置为虚线与凸轮轮廓左侧相交位置）， 通过过渡段0C（对应位置为凸轮凸出和下凹连接
8、段）之后，车子开始绕 A 杆运动，轨迹为圆弧CD（对应位置为凸轮下凹部分），绕行至过渡段DO（下 凹部分结束），小车前轮开始向另一侧偏转，小车经过过渡段0E进入另一侧圆弧EF（凸轮对应位置为凸出部分），完成绕杆（凸出段结束）经过过 渡段F0回到起点，一次绕行结束，之后重复上述动作。四工作过程由于小车计算路径以后轮为基准，因此开始运动的位置要与凸轮的相 应位置对应，对应之后将物块提升至要求高度，将细线通过车架顶部的滑 轮然后逆时针缠绕在固定于后轮轴的绕线轴上，释放物块，物块由于重力 作用通过细线拉动后轮使其转动，从而带动车体前进，通过带轮传动将运 动传递到凸轮，带动凸轮转动，通过凸轮顶杆实现对前轮与车身轴线夹角 的控制，即实现绕杆过程。当两杆之间的距离变动时，设定好车子行进轨 迹，改变带传动传动比，使小车行进一个周期时圆盘同样刚好转动一周， 换一块满足新轨迹要求的凸轮即可。效果图：主要传动机体视