无碳小车的结构设计思路及方案

无碳小车设计思路及方案

一、设计思路

依据本届竞赛题目对无碳小车（以卜简称：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、依据能量守恒定律，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削减的

重力势能供应为宜。

2、依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

有肯定的周期性；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、徽标反映木届竞赛主题：无碳小车

二、设计方案

以下是详细的设计方案介绍:

一、徽标设计(图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

由众多抽象的形条纹组成，代表着我们的无碳小车由所要求的

形跑到疾驰而出。其下的“NoCarbon”字样简洁明白地说明白

这届大赛的主题，并且外面的椭圆圈，代表着能量的意识，说明白势

能与动能相互转换的过程。最终，以整体上看，整个图形像一只眼睛。

看着远方，对将来全球实现无碳布满盼望。

(2)材料:45钢

(3)制作：激光打标机喷漆

外圈红色R：255G：0B：0内圈红色R：170G：0B：0

“No”R：85G：85:B：:85"Carbon”R：170G：OB：0

车轮R：255G：85B：85“S”R：255G：85-170B：。〜85

二、小车动力、动力一转向、转向系统

1、小车的动力系统（图2）

（1）方案：

依据竞赛命题要求（小车前行过程中完成的全部动作所需的能量均重物

下落削减重力势能转换获得，不行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，将动力愉出，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一加速一匀速一减速的

过程，所以开头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供应，M=lKg,那么作用于原动轮上的作用

力为F二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，那么重物开头下落一重物停止的过

程始终处于加速，这与小车的设计运动过程相违反。所以采纳一

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，掌握小车前进的速度。

2、小车的动力一转向系统（图3）

图3

（1）方案：

依据竞赛命题要求（小车前行过程中完成的全部动作所需的能量均重物

下落削减重力势能转换获得，不行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。又依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:

依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，实行小车前进轨迹为：直线一弧线一直线的行

进过程(图4)o为了实现此运动轨迹，小车前轮转动必需满意向两

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

一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