无碳小车—结构设计方案.pdf

无碳小车设计思路无碳小车设计思路 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 设设 计 思 路计 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 无碳小车设计方案无碳小车设计方案 以下是具体的设计方案介绍： 一、徽标设计（图一、徽标设计（图 1 1 1 1） 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 “no carbon”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：0 “no”r：85g：85 :b：:85“carbon”r：170g：0 b：0 车轮 r：255g：85 b：85“s” r： 255 g： 85170b：085 二、小车动力、动力二、小车动力、动力转向、转向系统转向、转向系统 1 1 1 1、小车的动力系统（图、小车的动力系统（图 2 2 2 2） （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）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： 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 图 2 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。 重物是由赛会组委会提供，m=1kg，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 2、小车的、小车的动力动力转向系统（图转向系统（图 3 3 3 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： 小车动力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。 动力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 3、小车的转向系统（图、小车的转向系统（图 4 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：直线弧线直线的行 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