无碳小车的结构设计思路及方案.doc

无碳小车设计思路及方案一、设计思路根据本届竞赛题目对无碳小车（以下简称：小车 功能设计、徽标设计的要求，我们首先确定如下的 设计思路：1、 根 据能 量 守恒 定 律，物块 下 落的 重 力势 能 直接 转 化为小车前进的动能时，能 量损失最少，所以小 车前进能量来源直接由重物下落过程中减少的 重力势能提供为宜2、 根 据小 车 功能 设 计要 求（小 车 在 前 行 时 能够 自 动 避开赛道上 设置的障碍物 ），小车前进的路线具 有一定的周期性；考虑到小车转向时速度有损 失，小车前进的线路是命题设计要求的最优解3、 结构 的设计 与成 本 分析 、 加工 工 艺设 计统筹 考 虑，力求产品的最优化设计4、 徽 标反 映 本 届 竞 赛 主 题 ： 无 碳小 车二、设计方案以下是具体的设计方案介绍一、徽标设计（图 1）1）设计说明：整个徽标是一个椭圆形的圈，包围着一个车轮，车轮下面写着“NoCarbon”的字样其中，车轮代表着我们所做的无碳小车其后面是 由众多抽象的“S”形条纹组成，代表着我们的无碳小车由所要求的 “S”形跑到飞驰而出其下的“No Carbon”字样简单明了地说明了 这届大赛的主题，并且外面的椭圆圈，代表着能量的意识，说明了势 能与动能相互转换的过程。

最后，以整体上看，整个图形像一只眼睛 看着远方，对未来全球实现无碳充满希望2）材料：45钢（3）制作：激光打标机 喷漆外圈红色R： 255 G： 0 B： 0 内圈红色 R： 170 G： 0 B： 0No” R： 85 G： 85 :B： :85 “Carbon” R： 170 G： 0 B： 0车轮 R： 255 G： 85 B： 85 “S ” R： 255 G： 85〜170 B： 0〜85二、小车动力、动力—转向、转向系统1、小车的动力系统（图 2）落减少重力势能转换获得，不可使用任何其他的能量形式）及 能量守恒定律，物块下落的重力势能直接转化为小车前进的动能时，能量 损失最少，所以以绳拉力为动力为宜拉力作用于锥型原动轮（以 下简称：原动轮）上，形成力矩，力矩对该原动轮产生转动效应 通过一系列齿轮的传动，将动力输出，使后轮转动，小车前进 2）以上方案作用：①由于设计该小车的前进过程是 静止—加速—匀速—减速 的 过程，所以开始时拉力的作用点处在原动轮半径较大处，并且随 着小车的前进，拉力作用点距离原动轮的轴线的距离呈递减的线 性变化起始时，原动轮的转动半径较大，起动转矩大，有利起 动；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。

②重物是由赛会组委会提供，M=lKg，那么作用于原动轮上的作用 力为F=Mg=9.8N.若该作用力所产生的扭矩不通过一系列齿轮将扭 矩减小而直接作用于后轮上，那么重物开始下落—重物停止的过 程 一直处于加速，这与小车的设计运动过程相违背所以采用一 系列齿轮将该作用力产生的扭矩转化为后轮上较小扭矩，增加小 车前进的距离，控制小车前进的速度2、小车的动力—转向系统（图 3）图3（1）方案：根据竞赛命题要求（小车前行过程中完成的所有动作所需的能量均重物 下落减少重力势能转换获得，不可使用任何其他的能量形式；小车在前行时能 够自动避开赛道设置的障碍物），通过锥形齿轮，将小车动力传递到 小车的转向系统又根据小车转向系统的设计要求，设计两个转向相 反的齿轮，齿轮上插有挡块，两个挡块周期性的碰撞转向系统中的把 手，完成转向2）以上方案作用：① 小车动力一转向系统是连接动力系统与转向系统的桥梁,通过给 系统，实现小车转向动力的来源② 动力一转向系统中反向旋转的两个齿轮，通过齿轮上挡块对转向 系统中 把手 周期性碰撞，将动力系统的作用力传递到转向系统 3、小车的转向系统（图 4）图4（1）方案：根据小车功能设计要求（小车在前行时能够自动避开赛道设置的障碍物）及转向特点，采取小车前进轨迹为：直线一弧线一直线的行 进过程（图 4）。

为了实现此运动轨迹，小车前轮转动必须满足向两 边转动的时间短，不发生转动的时间长为此，设计在前轮轴上安装 一个把手，把手与前轮轴通过键连接，与底盘通过弹簧连接当动力 —转向系统上的挡块碰撞把手时，小车处于转向过程；当碰撞结束后， 把手由于弹簧的作用力，回到未碰撞之前的状态，此时，小车处于直 线前进的过程，直到下一个转向处2）以上方案的作用：考虑到小车转向时，速度有损失，且转向过程中小车重心偏移， 影响小车的稳定性一方面，采用直线—弧线—直线的运动轨迹可以 从一定程度上提高小车的稳定性另一方面，小车的速度不会损失的 太多。