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内容简介：

世界最新机械设计理念来源:中国科技期刊摘要:根据目前国内外设计学者进行机械产品设计时的主要思维特点，将产品方案的设计方法概括为系统化、结构模块化、基于产品特征知识和智能。这几种方法的特点及其相互间的有机联系，提出产品方案设计计算机实现的努力方向。关键词：机械产品方案设计方法发展趋势设计文件是将语义设计网作为设计工具，在其开发的活性语义设计网ASK中，采用结点和线条组成的网络描述设计，结点表示元件化的单元(如设计任务、功能、构件或加工设备等)，线条用以调整和定义结点间不同的语义关系，由此为设计过程中的所有活动和结果预先建立模型，使早期设计要求的定义到每一个结构的具体描述均可由关系间的定义表达，实现了计算机辅助设计过程由抽象到具体的飞跃。系统化设计方法系统化设计方法的主要特点是：将设计看成由若干个设计要素组成的一个系统，每个设计要素具有独立性，各个要素间存在着有机的联系，并具有层次性，所有的设计要素结合后，即可实现设计系统所需完成的任务。系统化设计思想于70年代由德国学者Pahl和Beitz教授提出，他们以系统理论为基础，制订了设计的一般模式，倡导设计工作应具备条理性。德国工程师协会在这一设计思想的基础上，制订出标准VDI2221技术系统和产品的开发设计方法。1. 将用户需求作为产品功能特征构思、结构设计和零件设计、工艺规划、作业控制等的基础，从产品开发的宏观过程出发，利用质量功能布置方法，系统地将用户需求信息合理而有效地转换为产品开发各阶段的技术目标和作业控制规程的方法。2. 将产品看作有机体层次上的生命系统，并借助于生命系统理论，把产品的设计过程划分成功能需求层次、实现功能要求的概念层次和产品的具体设计层次。同时采用了生命系统图符抽象地表达产品的功能要求，形成产品功能系统结构。3. 将机械设计中系统科学的应用归纳为两个基本问题：一是把要设计的产品作为一个系统处理，最佳地确定其组成部分（单元）及其相互关系；二是将产品设计过程看成一个系统，根据设计目标，正确、合理地确定设计中各个方面的工作和各个不同的设计阶段。由于每个设计者研究问题的角度以及考虑问题的侧重点不同，进行方案设计时采用的具体研究方法亦存在差异。下面介绍一些具有代表性的系统化设计方法。4. 设计元素法用五个设计元素（功能、效应、效应载体、形状元素和表面参数）描述“产品解”，认为一个产品的五个设计元素值确定之后，产品的所有特征和特征值即已确定。我国亦有设计学者采用了类似方法描述产品的原理解。5. 图形建模法研制的“设计分析和引导系统”KALEIT，用层次清楚的图形描述出产品的功能结构及其相关的抽象信息，实现了系统结构、功能关系的图形化建模，以及功能层之间的联接。将设计划分成辅助方法和信息交换两个方面，利用Nijssen信息分析方法可以采用图形符号、具有内容丰富的语义模型结构、可以描述集成条件、可以划分约束类型、可以实现关系间的任意结合等特点，将设计方法解与信息技术进行集成，实现了设计过程中不同抽象层间信息关系的图形化建模。6. “构思”“设计”法将产品的方案设计分成“构思”和“设计”两个阶段。“构思”阶段的任务是寻求、选择和组合满足设计任务要求的原理解。“设计”阶段的工作则是具体实现构思阶段的原理解。将方案的“构思”具体描述为：根据合适的功能结构，寻求满足设计任务要求的原理解。即功能结构中的分功能由“结构元素”实现，并将“结构元素”间的物理联接定义为“功能载体”，“功能载体”和“结构元素”间的相互作用又形成了功能示意图(机械运动简图)。方案的“设计”是根据功能示意图，先定性地描述所有的“功能载体”和“结构元素”，再定量地描述所有“结构元素”和联接件(“功能载体”)的形状及位置，得到结构示意图。Roper，H.利用图论理论，借助于由他定义的“总设计单元(GE)”、“结构元素(KE)”、“功能结构元素(FKE)”、“联接结构元素(VKE)”、“结构零件(KT)”、“结构元素零件(KET)”等概念，以及描述结构元素尺寸、位置和传动参数间相互关系的若干种简图，把设计专家凭直觉设计的方法做了形式化的描述，形成了有效地应用现有知识的方法，并将其应用于“构思”和“设计”阶段。7. 键合图法将组成系统元件的功能分成产生能量、消耗能量、转变能量形式、传递能量等各种类型，并借用键合图表达元件的功能解，希望将基于功能的模型与键合图结合，实现功能结构的自动生成和功能结构与键合图之间的自动转换，寻求由键合图产生多个设计方案的方法。提倡在产品功能分析的基础上，将产品分解成具有某种功能的一个或几个模块化的基本结构，通过选择和组合这些模块化基本结构组建成不同的产品。这些基本结构可以是零件、部件，甚至是一个系统。本结构应该具有标准化的接口(联接和配合部)，并且是系列化、通用化、集成化、层次化、灵便化、经济化，具有互换性、相容性和相关性。我国结合软件构件技术和CAD技术，将变形设计与组合设计相结合，根据分级模块化原理，将加工中心机床由大到小分为产品级、部件级、组件级和元件级，并利用专家知识和CAD技术将它们组合成不同品种、不同规格的功能模块，再由这些功能模块组合成不同的加工中心总体方案。以设计为目录作为选择变异机械结构的工具，提出将设计的解元素进行完整的、结构化的编排，形成解集设计目录。并在解集设计目录中列出评论每一个解的附加信息，非常有利于设计工程师选择解元素。网络技术的蓬勃发展，异地协同设计与制造，以及从用户对产品的功能需求设计加工装配成品这一并行工程的实现成为可能。但是，达到这些目标的重要前提条件之一，就是实现产品方案设计效果的三维可视化。为此，不仅三维图形软件、智能化设计软件愈来愈多地应用于产品的方案设计中，虚拟现实技术以及多媒体、超媒体工具也在产品的方案设计中初露锋芒。目前，德国等发达国家正着力于研究超媒体技术、产品数据交换标准STEP，以及标准虚拟现实造型语言上基于虚拟环境的标准交换格式)在产品设计中的应用。机械产品的方案设计正朝着计算机辅助实现、智能化设计和满足异地协同设计制造需求的方向迈进，由于产品方案设计计算机实现方法的研究起步较晚，目前还没有成熟的、能够达到上述目标的方案设计工具软件。作者认为，综合运用文中四种类型设计方法是达到这一目标有效途径。虽然这些方法的综合运用涉及的领域较多，不仅与机械设计的领域知识有关，而且还涉及到系统工程理论、人工智能理论、计算机软硬件工程、网络技术等各方面的领域知识，但仍然是产品方案设计必须努力的方向。国外在这方面的研究已初见成效，我国设计学者也已意识到CAD技术与国际交流合作的重要性，及其应当采取的措施。基于产品特征知识设计方法的主要特点是：用计算机能够识别的语言描述产品的特征及其设计领域专家的知识和经验，建立相应的知识库及推理机，再利用已存储的领域知识和建立的推理机制实现计算机辅助产品的方案设计。机械系统的方案设计主要是依据产品所具有的特征，以及设计领域专家的知识和经验进行推量和决策，完成机构的型、数综合。欲实现这一阶段的计算机辅助设计，必须研究知识的自动获取、表达、集成、协调、管理和使用。为此，国内外设计学者针对机械系统方案设计知识的自动化处理做了大量的研究工作，采用的方法可归纳为下述几种。The worlds Latest Mechanical Design Conceptssource：China Science and Technology JournalAbstract:According to scholars at home and abroad to carry out mechanicaldesign product design features of the main ideas, product design method of theprogramsummarizedassystematic,modularstructure,basedonproductcharacteristics of knowledge and wisdom. The characteristics of these methods andtheir organic connection between them and put forward to achieve the computerproduct design direction.Key words: Mechanical Product Design MethodDevelopment Trends Design documents will be Semantic Web as a design tool inthe design of its Semantic Web activity of the development of ASK, using nodes andlines to describe the design a network, nodes that components of the cell (such asdesign tasks, functions, components or processing equipment, etc. ), used to adjust thelines and definitions between nodes of different semantic relations, thus the designprocess all the activities and results of pre-built models so that the definition of theearly design requirements to the specific description of each structure can be definedby the relationship between the expression, achieved a computer-aided design process,the leap from the abstract to the concrete.Asystematic design methodThe main features of a systematic design method are: the design as designed by anumber of elements of a system, the independence of each design elements, eachelement of an organic link between the existence of, and is layered, with all the designelements , you can design systems to achieve the required task.Systematic design idea in the 70s by the German scholar Professor Pahl andBeitz, the system based on the theory they developed a general pattern of the design,advocacy design work should have organized. German Engineers Association, on thebasis of this design concept to develop a standard VDI2221 technology systems andproduct development design methods.1.The user needs functional characteristics as a product concept, structuredesign and part design, process planning, job control, etc. based on the macro fromthe product development process of starting the use of quality function deploymentmethod and system to user demand information reasonably and efficiently convertedto the various stages of product development, technical goals and operational controlprocedures method.2.The level of the product life of the organism as a system, and means ofliving systems theory, the product design process can be divided into successfulhierarchy of needs to achieve the functional requirements of the conceptual level andproduct level of the specific design. At the same time life-support systems used toexpress the abstract icons of the product functional requirements, system structureformation of product features.3.The mechanical design of the application of systems science into two basicquestions: First, to be designed as a system dealing with the products, the best way todetermine its component parts (modules) and their mutual relations1; is the productdesign process as a system, according to design objectives, a correct and reasonablydetermine the various aspects of the design work and various design stage.Because each designers point of research questions and to consider the questionof emphasis, to design a specific research methods used is also different. Here aresome representative of the systematic design methods.4.Design Element MethodWith the five design elements (functions, effects, effects vector, shape, elements,and surface parameters) describe the product solutions that a product to determinethe value of the five design elements, the product of all the features and characteristicsof the value of i.e. determined. Scholars in China have adopted similar methodsdesigned to describe the products original understanding.5.Graphic modeling methodAnd developed a design analysis and guidance systems KALEIT, with thelevel of clear graphic description of a products functional structure and its associatedabstract information, to the system structure and function relationship of graphicalmodeling, and functional connection between the layers 2.Assistance will be designed to be divided into two aspects of methodology andexchange of information using the Nijssen Information Analysis Method can be usedgraphic symbols, with a rich semantic model structure, can be described as integrationconditions, can be divided into types of constraints can be achieved in relationsbetween any combination of characteristics , the design method to solve integrationand information technology to realize the design process of information betweendifferent abstraction layers between the graphical modeling.6.Concept - Design methodProducts design is divided into concept and design in two stages. Conceptphase of the task is to find, choose and mix to meet the requirements of the originalunderstanding of design tasks. Design stage of work is a concrete realization of theoriginal understanding of the conceptual stage.Of the programs idea of specific described as: In accordance with theappropriate functional structure, seeking to meet the design requirements of theoriginal understanding of the task. The functional structure of the sub-function isperformed by the structural elements to achieve, and structural elements of thephysical connection between the definition of a feature vector, feature vector andstructural elements further the interaction between the formation of the functionaldiagram ( mechanical diagram). The program design is based on functional diagram,the first qualitative description of all of the feature vector and structural elements,and then quantitatively describe all the structural elements and the connection parts( feature vectors), the shape and location to be structure diagram3. Roper, H. usinggraph theory, by means of which he defines as the total design unit (GE), structuralelements (KE), functional structural elements (FKE), connect structural elements(VKE), Structural Parts (KT), structure element part (KET) concepts, as well asdescribe the structure element size, location, and transmission parameters of theinteractions between a number of kinds of schematics, the intuitive designprofessionals have done a formal design method a description of the formation of aneffective application of existing knowledge, methods, and applied to ideas anddesign stage.7.Bond Graph MethodFunction of the composition of system components will be divided into produceenergy, consumed energy, changing energy forms, such as various types of energytransfer, and to use bond graphs to express the function component solution, hoping tofunction-based model and bond graph combine to achieve functional structure theautomatic generation and functional structure with the bond graph automaticconversion between the search for bond graph generated by a number of designmethods.To promote the product on the basis of functional analysis, the product has somefeatures broken down into one or several modular basic structure, by selection andcombination of the basic structure of these modular form into different products.These basic structures can be parts, components, or even a system.The structure should have a standardized interface (connection and co-operationdepartment),andisserialized,universal,integrated,hierarchical,agile,economic-oriented, with interchangeability, compatibility and relevance. Chinascombination of software component technology and CAD technology, variant designcombined with the modular design, according to modular principle of classification,will be divided into descending Machining Center Machine Tool product level,component level, component level and component level, and use expert knowledgeand CAD technology to combine them into different species, different specificationsof functional blocks, and then by the combination of these functions into differentmodules of the overall program processing center.To design a directory as an alternative variation of the mechanical structure ofthe tool, the solution proposed by the design elements of a complete, structured layout,the formation of the solution set design catalogs. And in the solution set designed tocomment on each one listed in the directory solution additional information, is verybeneficial to design engineers select solution elements.The vigorous development of network technology, collaborative design andmanufacturing, as well as the product from the users functional requirements design processing assembly finished product of this realization of concurrentengineering possible. However, an important prerequisite to achieve these goals oneof the conditions is to realize the effect of product design three-dimensionalvisualization. To this end, three-dimensional graphics software, more and moreintelligent design software programs used in the product design, virtual realitytechnology and multimedia, hypermedia tools for product design is also its first debut.At present, Germany and other developed countries are focused on researchhypermedia technology, product data exchange standard STEP, as well as standardvirtual reality modeling language based on a standard exchange format for virtualenvironments) in the product design applications.Mechanical product design is moving in computer-aided realization of intelligentdesign and to meet the needs of distributed collaborative design and manufacture ofdirection, due to the computer product design Study on the implementation startedlate, not yet mature, to achieve the above objectives program design tools4. Authorbelieves that the integrated use of paper, four types of design method is an effectiveway to achieve this goal. Although the integrated use of these methods are moreinvolved in the field, not only with the mechanical design of the field-relatedknowledge, but also to the systems engineering theory, artificial intelligence theory,computer hardware and software engineering, network technology areas such asdomain knowledge, it is still product design must be working for. Abroad in researchin this area has achieved initial success, our scholars have been aware of CAD designtechnology and the importance of international exchange and cooperation, and itsmeasures to be taken.Feature-based design methodology of knowledge The main features are: using acomputer can identify the language to describe the characteristics of the product andits design experts in the field of knowledge and experience to establish the appropriateknowledge base and inference engine, re-use of stored domain knowledge and theestablishment of the inference mechanism to bring computer-aided product design.The mechanical system design is mainly based on the characteristics of a product,and design experts in the field of knowledge and experience to push volume anddecision-making, the completion of body type, the number of synthesis. To achievethis stage of computer-aided design, must study the automatic acquisition ofknowledge, expression, integration, coordination, management and use. To this end,the design and scholars at home and abroad program for the mechanical systemdesign knowledge of the automated processing done a lot of research work, theapproach can be summarized into the following several.JIANGXI AGRICULTURAL UNIVERSITY本 科 毕 业 设 计 目录摘要3Abstact41. 绪论5引言：51.1小车功能设计要求51.2小车整体设计要求51.3基本原理61.4设计亮点62.方案设计62.1车架62.2原动机构62.3.传动机构：72.4. 转向机构：72.5.行走机构：83.计算84.结论105.参考文献10摘要这次设计主题为“无碳小车”。在设计小车过程中特别注重设计的方法，力求通过对命题的分析得到清晰开阔的设计思路；作品的设计做到有系统性规范性和创新性；设计过程中综合考虑材料 、加工 、制造成本等给方面因素。设计中给定一重力势能，根据能量转换原理，设计了一种可将该重力势能转化为机械能并用来驱动小车行走的装置。该小车在自行前行时能够自动避开赛道上每60CM一个的障碍物，此设计的最大特点是将重力势能转化为齿轮的传动，进而根据齿轮的啮合带动驱动轮和转向轮按照既定的路线完成任务。本方案根据小车功能要求把小车分为车架，原动机构，传动机构，转向机构和执行机构。车架为三角底板式，传动主要采用齿轮传动，转向使用凸轮，行走机构采用单轮驱动实现差速。本文将对无碳小车的设计过程，结构功能特点等进行详细的介绍。关键词：无碳小车 齿轮啮合 转向机构 单轮驱动Abstact Thedesignthemeofcarbon-freecar.Specialemphasisonthedesignofthecarinthedesign,andstrivetobeclearandopendesignideasthroughtheanalysisoftheproposition;asystematicnormativeandinnovativedesignoftheworktodo;materials,processing,manufacturingcostsaretakenintoaccountinthedesignprocesstothefactors.Designgivengravitationalpotentialenergy,accordingtotheprincipleofenergyconversion,designedthegravitationalpotentialenergyintomechanicalenergyandusedtodrivethedeviceoftrolleytravel.Ownrow,thecarcanautomaticallyavoid60CManobstacleonthetrack,themostimportantfeatureofthisdesignisthegravitationalpotentialenergyintogeartransmission,whichaccordingtothemeshingofthegearstodrivethedrivewheelsandsteeringwheelinaccordancewiththeestablishedroutecompletethetask.Theprogramrequiredunderthecarfeaturesthecarintotheframe,mechanism,transmission,steeringandimplementingagencies.Frametrianglebottomtype,themaindrivegeartransmission,steeringcam,singlewheeldriverunninggeardifferential.Thisarticlewillcarbon-cardesignprocess,structuralfeaturesdetailedintroductionKeywords:carbon-freecargearengagementsteeringtheestablishmentswheeldrive 1. 绪论引言：“环保在身边之无碳生活”一帖在东楚网黄石新闻网发出之后，众多的网游纷纷跟帖支招，各显申通，通过生活中的小细节让人们有意识的减少碳排放。多数网友认为，对社会整体而言，完全“无碳”难以做到，但是有意识的减少碳排放却是随地可做的事，勿因善小而不为，勿因恶小而为之。随着社会科技的发展，人们的生活水平的提高以及人们环保意识的增强，无碳对于人们来说显得越来越重要，建设无碳社会，使得生活更加的环保，没有任何污染。这个需要我们一起去努力的实现，而无碳小车的设计和发明，使得这个问题被摆在了桌面上供大家研究。无碳车是比较环保的短途代步工具，节能、经济、方便、环保。因此，在人均拥有汽车比例很高的欧美发达国家，无一例外的自觉提倡推广低碳车。许多的人认为，确保无碳车的便利通达，既是现实的选择也是大势所趋。在当今发达国家，无碳技术被运用到各个领域，例如交通，家庭用具等等，这也是我国当今所要求以及努力的方向。针对目前的这么一个状况，我设计了无碳小车的模型，利用重力势能转换为机械能，提供了一条新思路，一边更好的解决以上问题1.1小车功能设计要求给定一重力势能，根据能量转换原理，设计一种可将该重力势能转换为机械能并可用来驱动小车行走的装置。该自行小车在前行时能够自动避开赛道上设置的障碍物（每间隔60cm，放置一个障碍物）。给定重力势能为4焦耳（取g=10m/s2），使用质量为1Kg的重块铅垂下降来获得，落差400mm，重块落下后，须被小车承载并同小车一起运动，不允许掉落。且能量有限，小车的机构应当尽量的减少，机构设计越复杂，越复杂，机构越多，小车的效率就会越低，越简单的设计越能将重力势能高效率的应用。要求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。小车要求采用三轮结构（1个转向轮，2个驱动轮）。 小车前进的路线具有一定的周期性；考虑到小车转向时候速度有所损失，小车前进的路线是设计要求的最优解1.2小车整体设计要求小车设计过程中需要完成：机械设计、工艺方案设计、经济成本分析和工程管理方案设计。命题中的工程管理能力项要求综合考虑材料、加工、制造成本等各方面因素，提出合理的工程规划。设计能力项要求对作品的设计具有创新性和规范性。命题中的制造工艺能力项以要求综合运用加工制造工艺知识的能力为主1.3基本原理该方案由物块从0.4米高空处垂直下落，通过棉线，滑轮，齿轮系来带动小车先加速再匀速最后减速行驶，再由齿轮，凸轮，连杆从起步开始转向走出正弦曲线，完成小车转向目的。1.4设计亮点1，阶梯原动轮：由阶梯形原动轮的半径变化使小车实现先加速后匀速再减速的速度变化，这样有利于小车稳定转向增长小车的前进距离，同时避免了物块下落时对小车造成的冲击，损耗能量，提高了能量的利用率。2，凸轮：凸轮转向使得转向稳定且对能量的消耗较小。3，后轮：后轮直径较大，有利于减少摩擦力进而增大了前进的距离，同时较大的后轮使得小车的稳定性得到提高。2.方案设计通过对小车的功能分析，小车需要完成重力势能的转换、驱动自身行走、自动避开障碍物。在这个设计中，最重要的便是传动和转向机构的设计，在这两个设计中，我们要认真比对各个方案的优缺点以及对方案可行性分析。在各项设计中要注意尽量减少中间传动机构的级数，并且使用能量传递效率高的传动方案。同时地面对小车车轮的摩擦力为小车的主要耗能形式，所以要尽量减少车轮与地面的摩阻系数，选用最合适的车轮材料。在设计驱动轮时要保证小车加速匀速减速的行驶状态，使得小车的行驶环境最优。2.1车架对于车架有两种方案(1)骨架式、(2)三角板式。由于需要定位且固定的零件比较多，且车架不用承受很大的力，精度要求比较高，这里采用三角板式车架，这样有利于零件良好的固定在车架上，使得小车的精度提升，并且减小车身震动2.2原动机构对于原动机构，主要有(1)链轮式(2)皮带轮式(3)弹簧式(4)绳轮式这四种方案。对于原动机构的具体要求有：1.驱动力适中，不至于小车拐弯的时候由于速度过大而侵犯，或者物块摇晃厉害影响行走。2.到达终点前物块的速度要尽可能的小，避免对小车造成冲击，同时使物块的动能尽可能的转化到小车的驱动前进上，如果物块竖直方向上的速度比较大，物块本身还有较多动能未释放能量，那些能量将浪费。3.机构简单，效率高。就效率和简洁性上来看，这里选择绳轮最优。要实现小车的最优行驶环境，应该从绳轮的直径下手。利用力矩平衡的原理，充分使用物块的重力势能。绳轮的设计采用阶梯型，在最开始绳轮的半径略微大点，使得转矩大于外力矩，实现小车的加速。中间部位利用力矩平衡，使小车匀速行驶。在物块快要到达底端时，使绳轮的直径变小，使得产生的力矩小于外力矩总和，以达到减速的目的。同时可以通过控制棉线绕的圈数来控制小车的加速时间以及加速度以及减速时间。可以通过实验得出最优缠绕方案2.3.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及按设计的轨道精确地行驶，对传动机构的要求是：传递效率高、传动稳定、结构简单重量轻等。所以有以下方案供参考：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，此种方式效率最高、结构最简单。在不考虑其它条件时这是最优的方式。2.带轮具有结构简单、传动平稳、价格低廉、缓冲吸震等特点但是其效率及传动精度并不高，所以不适合本小车设计。3.齿轮具有效率高、结构紧凑、工作可靠、传动比稳定但价格较高。因此在这里优先考虑使用齿轮传动。2.4. 转向机构：转向机构是本小车设计的关键部分，直接决定着小车的功能。转向机构也同样需要尽可能的减少摩擦耗能，结构简单等基本条件，同时还需要有特殊的运动特性。能够将旋转运动转化为满足要求的预定轨道运动，带动转向轮左右转动从而实现拐弯避障的功能。供选择来实现该功能的机构有：曲柄连杆+摇杆、曲柄摇杆、凸轮机构+摇杆等等。(1)凸轮：凸轮是具有一定曲线轮廓或凹槽的构件，它运动时，是通过高副接触可以使从动件获得任意预期往复运动。优点：只需设计适当的凸轮轮廓，便可使从动件得到任意的预期运动，而且结构简单、紧凑、设计方便；缺点：凸轮轮廓加工比较困难，价格贵。(2)曲柄连杆+摇杆: 优点：运动副单位面积所受压力较小，且面接触便于润滑，故磨损减小，制造方便，已获得较高精度；两构件之间的接触是靠本身的几何封闭来维系的，它不像凸轮机构有时需利用弹簧等力封闭来保持接触。缺点：一般情况下只能近似实现给定的运动规律或运动轨迹，且设计较为复杂；如果给定的运动要求较多或较复杂时，需要的构件数和运动副数目往往会比较多，这样就使得结构复杂，工作效率降低，不仅发生自锁的可能性大大增加，而且机构运动规律对制造、安装误差的敏感性增加；机构中做平面复杂运动和作往复运动的构件所产生的惯性力难以平衡，在高速时将引起较大的振动，故连杆机构常用于速度较低的场合。(3)曲柄摇杆:结构较为简单，但是其效率低。其急回特性导致难以设计出较好的机构。综上所述，选择凸轮具有结构设计简单，导向精确的优点。所以这里选择凸轮作为导向机构。2.5.行走机构：行走机构即为三个轮子，轮子有厚薄、大小、材料各不相同，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 对于相同的材料为一定值。而滚动摩擦阻力，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。对于后轮可以采用双轮同步驱动，双轮差速驱动，单轮驱动。双轮同步驱动必定有轮子会与地面打滑，由于滑动摩擦远比滚动摩擦大会损失大量能量，同时小车前进受到过多的约束，无法确定其轨迹，不能够有效避免碰到障碍。而双轮差速驱动可以避免双轮同步驱动出现的问题，可以通过差速器或单向轴承来实现差速。差速器能较好的减少摩擦损耗，同时能够实现所需要的运动，但是环节较多，效率相对较低。单向轴承实现差速的原理是但其中一个轮子速度较大时便成为从动轮，速度较慢的轮子成为主动轮，这样交替变换着。但由于单向轴承存在侧隙，在主动轮从动轮切换过程中出现误差导致运动不准确，但影响有多大会不会影响小车的功能还需进一步分析。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，就如三轮车一样。从动轮与驱动轮间的差速是依靠与地面的运动约束确定的。这种驱动的效率比利用差速器高，但前进速度不如差速器稳定，传动精度比利用单向轴承高。综上所述行走机构的轮子应有恰当的尺寸，驱动采用单轮驱动。3.计算理想情况下认为重块的重力势能都用在小车克服阻力前进上，为了简化分析，先不考虑小车内部的能耗机理。设小车能量的传递效率为，则有：，其中为第i个轮子对地面的压力，为第i个轮子的半径，为第i个轮子行走的距离，M为小车的总质量。通过查阅资料可以知道摩阻系数对小车的运动影响非常显著，因此在设计时要特别注