无碳小车设计说明书最新资料

无碳小车设计说明书最新资料（共9篇）

篇1：无碳小车设计说明书最新资料

活力小车

设计方案

小车在整个行进过程中，小车需要的所有动力来自重物的势能，我们应尽可能的将橡皮筋的弹性势能转化成小车的动能，减小物块在竖直方向的动能。此外，因为能量有限，我们应尽可能简化小车的设计，机构设计越复杂，机构越多，小车的效率就会越低，所以越简单的设计越能将弹性势能高效率的应用。

构架部分

车身可使用快速成型机制作（也可由铁丝焊制），重块由四棱锥吊架悬挂，保证其稳定性，车轮间距50cm，避免车体侧翻。车轮均采用手工木质板制作，会有一定摩擦，进而引起一定的能量损失。驱动部分

为减小物块在竖直方向的造成的能量损失，我们应增

大变速比，但齿轮、轮组等装置都会降低机械效率，增大摩擦力，所以最好的方法就是直接将绳子缠在支架上，采用4个的支架组成高为50cm的重物架，这样利用单摆将重力势能转变为小车的动能

车轴直径为3mm，采用钢轴，车轮直径为60mm，使用快速成型机制作。

创新设计实践心得体会

不知不觉创新设计课我们已经学习了八周，回顾这段做活力小车的日子，真的感慨万千，有辛酸，有喜悦，当然更多的是收获啦！学习生活提高了我的独立思考能力和为人处事能力，在制作期间我最大的收获是：第一，通过实践真正觉得自己可以做些什么了，从实践中知道自己的人生意义；第二，通过课程的学习，加强了我的动手实践能力和设计创新精神；第三，在制作的这些日子里，我学会了团结就是力量。

刚开始上实践课的时候，自己认为实践能力的欠缺，起初总是不敢去做事，有时也觉得有些辛苦，不过在老师和同学的的关心和帮助下不断进步和成长，也充分感受到小组这个小团的团结和温暖，于是我决定就算再苦再累我也要坚持下去，所以设计起来反而觉得轻松了许多。通过查资料，解决了很多专业上和技术难题，经过近八周的学习，我已经初步

在学习的半年时间里，虽然有时候制作很苦很累，但是，我从中体会到了实践中的了解不少知识，也不断积累实践技术经验。创新设计课是将学校教学与生产实际相结合，理论与实践相联系的重要途径。其目的是使我们通过实践在专业知识和人才素质两方面得到锻炼和培养，从而为毕业后走向工作岗位尽快成为骨干打下良好基础。通过创新设计课，使我们掌握了许多机械设计的基本原理。为进一步学好专业技术，从事这方面工作打下良好的基础。

“理论来源于时间，理论最终用于实践”，这让我深深地感受到实践的重要性。通过平时书本上所学到的理论知识，带着自己的疑问去学习机械设计的有关方法。在这次实践中都得以解答，并进一步让

我深刻地理解、体会和证明了理论知识，让自己有了深刻地记忆。

读万卷书，行万里路。身为一个大学生，应以学业为重，学习就是首要任务。学习学不好，事情也很难做好。大学生不仅要读好书，还要行万里路，从实践求真知，一步一个脚印去实现自己的人生理想！在这八周创新课程过程中，我不但对所学习的知识加深了了解，更加重要的是更正了我们的自主学习观点和提高了我们的独立工作能力等。我坚信，通过这一段时间的学习，从中获得的实践经验使我终身受益，并会在我毕业后的实际工作中不断地得到印证，我会持续地理解和体会实习中所学到的知识，期望在未来的工作中把学到的理论知识和实践经验不断的应用到实际工作中来，充分展示我的个人价值和人生价值，为实现自我的理想和光明的前程而努力。

篇2：无碳小车设计说明书最新资料

合能力竞赛 无碳小车设计说明书

院系：信息工程学院 班级：机械卓越班 队伍名称：启航队

参赛者：刘腾飞 耿玉块 指导老师：刘胜荣 时间：2012年12月30日葛小乐1

无碳小车设计方案

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。采用了PROE、CAD等软件辅助设计。

方案设计阶段根据小车功能要求我们根据机器的构成（原动机构、传动机构、执行机构、控制部分、辅助部分）把小车分为车架、原动机构、传动机构、转向机构、行走机构、五个模块，进行模块化设计。分别针对每一个模块进行多方案设计，通过综合对比选择出最优的方案组合。我们的方案为：车架采用三角底板式、原动机构采用了锥形轴、传动机构采用齿轮传动、转向机构采用曲柄连杆、行走机构采用单轮驱动。

我们先进行原理分析，接着应用PROE软件进行了小车的实体建模和部分运动仿真。在实体建模的基础上对每一个零件进行了详细的设计，综合考虑零件材料性能、加工工艺、成本等。小车大多是零件是标准件、可以购买，同时除部分要求加工精度高的部分需要特殊加工外，大多数都可以通过手工加工出来。

目录

方案设计..............................................1.1车架..........................................3 1.2原动机构......................................4

1.3传动机构......................................5 1.4转向机构......................................6 1.5行走机构......................................6

2、零部件设计....................错误！未定义书签。

3、整体设计......................................11

4、设计参数-------14

1.1车架

车架不用承受很大的力，精度要求低。考虑到重量加工成本等，车架用木材加工制作成三角底板式。具体设计如下

1.2原动机构

原动机构的作用是将重块的重力势能转化为小车的驱动力。能实现这一功能的方案有多种，就效率和简洁性来看绳轮最优。小车对原动机构还有其它的具体要求。1.驱动力适中，不至于小车拐弯时速度过大倾翻，或重块晃动厉害影响行走。2.到达终点前重块竖直方向的速度要尽可能小，避免对小车过大的冲击。同时使重块的动能尽可能的转化到驱动小车前进上，如果重块竖直方向的速度较大，重块本身还有较多动能未释放，能量利用率不高。3.由于不同 的场地对轮子的摩擦摩擦可能不一样，在不同的场地小车是需要的动力也不一样。在调试时也不知道多大的驱动力恰到好处。因此原动机构还需要能根据不同的需要调整其驱动力。4.机构简单，效率高。

1.3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轮上。要使小车行驶的更远及按设计的轨道精确地行驶，传动机构驱动必需传递效率高、传动稳定、结构简单重量轻等。

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、缓冲吸震等特点但其效率及传动精度并不高。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。因此在第一种方式不能够满足要求的情况下优先考虑使用齿轮传动。

1.4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，零部件已获得等基本条件，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来回摆动，带动转向轮左右转动从而实现拐弯避障的功能。

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。

我们选择曲柄连杆+摇杆作为小车转向机构的方案。

1.5行走机构

行走机构即为三个轮子，轮子又厚薄之分，大小之别，材料之不同需要综合考虑。

有摩擦理论知道摩擦力矩与正压力的关系为

MN

对于相同的材料为一定值。

而滚动摩擦阻力

fMRN所以轮子越大小车受到R，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。后轮为驱动轮，前轮为转向轮，为减轻重量，可以挖空轮子中间的材料。

2、小车的零部件设计 小车底板的俯视图和左视图：

转向轮的连接控制机构：

车后轮的三视图：

齿轮的三视图：

3、小车的整体设计：

4、设计参数

1）基本尺寸参数：

车长：200mm

车宽：180mm

车后轮D：110mm

车前轮d：22mm

齿轮：模数

1、齿数20/60/80（小车的其他参数以

三维图为准）

2）轨迹参数

根据小车行走路线近似的模拟为正弦曲线，由于实际的尺寸可算得振幅为0.35mm，波长为2m，所以可以近似求出轨迹方程为：

Y=0.35sinx； 求导得在每个位置上的转角的正切的大小：

Y’=0.35； 我们可以得到前轮的最大转角为36’。

篇3：无碳小车设计研究

1.1设计简图

8字型无碳小车以重力作为驱动力, 具有自动转向功能。小车的综合性能以越障能力作为评优标准。设计的结构简图如图1所示

1.2小车整体设计

8字型无碳小车结构是由原动机构、传动机构、转向机构和调节机构组成的。其中原动机构的动力是由重物下落时的重力势能转化而来;传动机构可以采用齿轮传动;转向机构是由曲柄摇杆结合不完全齿轮构成;调节机构则通过调节螺丝来完成。

1.3加工制作

车底板因为不需要承受很大的压力, 精度要求不是非常高, 考虑到质量轻, 并且加工方便以及成本低等因素, 决定用铝合金薄板加工制作成三角形式底板。可以利用&=4mm铝合金板的边角废料, 节约且易加工。

1.4转向机构

转向机构是本小车的关键部分, 尤其8字型小车要求十分严格。能实现转向控制的机构通常有:曲柄连杆+摇杆, 曲柄摇杆, 凸轮机构+摇杆和差速转弯等几种方式。通过实际对比分析可得出, 凸轮机构虽然结构简单, 紧凑, 但轮廓轨迹加工和计算难度较大。而曲柄连杆+摇杆, 其工作原理简单明了, 加工和零件设计均易实现。该结构可将旋转运动转化为满足实际要求的往复直线运动, 进而使得摇杆带动转向轮做周期性左右转动来实现拐弯避障功能。为了减少因紧固连接而造成的摩擦损耗, 可以在连杆两段使用万向节。万向节转向灵活, 机构紧凑可购买。既提高了转向精度又降低了成本, 此转向机构具有结构易加工, 成本低, 调节稳定等优点。

1.5动力转换机构

动力转换机构的功能是将重块的重力势能转化为主动轮的驱动力, 从而把重力势能转换为小车前进的动能。其中简单易行的方案是:利用细线和定滑落机构, 细线两段分别绕在卷筒上和栓在重锤上, 而卷筒则固定在驱动轮轴上, 使得重锤的重力可以转换为驱动轮上的扭矩, 从而带动主动轮产生动力。其中卷筒的直径对车速及小车的稳定性起到至关重要的作用, 适合的卷筒直径是保证小车匀速平稳地造成全程的前提。驱动轴带动安装在其两端的两个后轮旋转, 从而驱动小车前进。如果两个后轮同时驱动的话, 则当小车转弯的时候便会因差速问题导致小车的不稳定, 容易引起侧翻。即采用与S型无碳小车相同的方法:单轮驱动。

1.6传动机构的设计

8字型无碳小车驱动机构主要由绕线盘、重物、齿轮、定滑轮和钢丝绳等构成。根据机械原理相关方面知识可知, 齿轮传动比较繁琐, 原因是传动比设计是否恰当影响到小车转向机构的设计。通过实践与理论相结合的方式得出了以下可行方案:

二级齿轮传动方案, 该方案利用重物下落带动阶梯轴上固定的主动齿轮, 再带动安装在后轮轴上的齿轮, 最后再带动第二级从动齿轮, 将从动齿轮得到的能量转化为后轮驱动力。如图2所示。

1.7驱动机构的设计

根据机械原理知识可知, 齿轮的传递效率大约为98%, 可以较好的提高能量利用率。为了让重物下落时的重力势能转化为小车前进的动能能量损失最少, 我们可以选择以齿轮副来完成滚筒轴到后轮轴的动力传动。但是由于刚开始启动时, 需要的力矩大, 而在小车进入行使状态后, 运动逐渐趋于平稳, 此时需要的力矩较小, 所以可以在滚筒轴上安装一个锥形滚筒。

2 S型无碳小车

2.1设计简图

S型无碳小车的设计简图如图3所示。其运行轨迹为S型, 要求小车具有自动转向功能, 运行轨迹如图4所示。

2.2运动轨迹分析

根据比赛规则, S型无碳小车必须越过不同间距的障碍物。通过分析对比可得出以下两种方案达到上述效果:

方案一:采用变传动比传动。其驱动和转向都设计为变传动比。 优点是能够在不改变幅值的条件下改变小车的转向周期, 在相同的周期内所走的路程较多, 绕过障碍物的数目较多。缺点是变传动比结构比较复杂, 加工难度大。改进的方案是采用分档变速和无极变速机构。

方案二:采用定传动比传动。其中驱动机构和传动机构都采用定传动比, 仅仅通过改变转向的最大转角即可达到绕过不同间距障碍物的目的。其优点是机构比较简单, 传动效率高。缺点是能够绕过障碍物的数目较少。

2.3转向机构

S型无碳小车的轨迹为S型, 应设计前轮导向。转向机构是设计该小车的关键部分, 决定着小车的行走轨迹。其同样需要满足结构简单、加工难度低、减少摩擦损耗等条件, 同时还必须具备特殊的运动性能:能够将主动轴的回转运动转化为摇杆的周期性摆动, 从而带动转向车轮相对车身左右转向而实现S型运动轨迹。通过查阅资料可知能实现该功能的机构有:曲柄摇杆、曲柄连杆+摇杆、凸轮机构+摇杆以及差速转向。从机械相关资料可知, 曲柄连杆机构简单且加工成本低, 故应采用曲柄连杆机构作为小车的转向机构。如图5、 6所示。

2.4行走机构的设计

由于无碳小车是沿着S型轨迹曲线前进, 那么后轮必定会产生差速问题。如果无碳小车采用的是双轮驱动机构, 当小车在转弯时就会导致车身的不稳定, 甚至侧翻, 更加难以保证行走轨迹的精确性。为了解决差速问题, 建议采用结构简便且耗能小的方法, 即采用单轮驱动。意思是将从动轮轴上的一个后车轮作为驱动轮, 其与从动轴建立旋转约束, 以便于传递扭矩。而另一个后车轮则通过轴承套在轴上, 不建立与从动轴的旋转约束, 在前进过程中配合主动轮的转向能够自动调节速度, 从而保证无碳小车在前进的过程中车身的稳定性, 提高了运行轨迹的精确性。

2.5微调机构

S型无碳小车的微调机构即对连杆长度和曲柄长度的调整。因为微调机构能够体现小车的柔性。其中连杆长度决定着转向轮左右转角的大小。而曲柄长度决定的是小车行驶的周期即桩距, 曲柄的长度越长, 绕装周期就越短, 适应障碍物的间距就越短。连杆长度与曲柄长度调整是否适当直接影响到比赛时间, 又由于轨迹路线对两者长度较敏感, 故应精确调试。通过查阅资料可得出, 采用类似丝杠的机构, 用带螺纹的曲柄和连杆, 将螺纹锁死。在调整长度时, 应拧松螺母, 调整长度, 此做法也精确地调整其长度。

3结束语

文章针对全国大学生工程训练大赛中的无碳小车进行了分析, 分为8字型和S型进行阐述。其共同特点就是两者都是利用单轮驱动的结构, 以便于解决差速问题。其中8字型小车转向机构可由多种方式组成, 最好的方法是曲柄连杆加摇杆, 而S型小车则采用连杆机构作为转向机构来实现小车自动转向的。驱动机构两者采用齿轮机构为宜。大量实验证明, 结构简单, 加工难度低, 加工成本小, 实用性好, 效率高才是我们所要达到的目的。

参考文献

[1]方能杰, 柳斌, 王亨, 等.8字循迹无碳小车创新设计[J].浙江农林大学, 2013, 8:76-77.

[2]张金玲, 肖坤, 边普阳, 等.8字型无碳小车的结构设计与实现[J].宁波职业技术学院学报, 2015, 6.

[3]张玉航, 黄力, 王凯.8字绕障无碳小车转向系统的设计[J].科技创新导报, 2014, 7:28-29.

[4]李立成, 徐漫琳, 柯昌辅.S型无碳小车结构设计[D].重庆大学, 2015, 3:152-154.

[5]皇大伟, 景新, 孟程琳, 等.基于凸轮控制的S型无碳小车设计[J].机械设计与制造工程, 2015, 7:43-47.

篇4：无碳小车设计说明书

参赛者：

施朝雄

林秋妹

指导老师：罗敏峰2014-12-16

丁天熙

一、主题

设计一种小车（“以重力势能驱动的具有方向控制功能的自行小车”），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而得到的。该给定重力势能由竞赛时统一使用质量为1Kg的标准砝码（￠50×65 mm，碳钢制作）来获得，要求砝码的可下降高度为400±2mm。标准砝码始终由小车承载，不允许从小车上掉落。实现小车可以按照桩距自动转弯，桩距是按每50mm 跳档在700～1300mm 范围内产生一个“S”型赛道障碍物间距值。

二、分析

1、为使得小车能够转弯，并能够绕开等距离的障碍物，需要设计一个能够自动转弯的机构。

2、根据这次的比赛要求我们需要考虑设计一个可调级方案.3、为了使得小车能够顺利转弯，还要解决小车后轮的差速问题

4、为了能够减少装配的误差使小车的摆角能够消除这些误差我们还需设计有课微调机构

三、方案确定

1.转向机构

转向机构是本小车设计的关键部分，关系到小车的整体性能.通过查阅大量资料以往常用的转弯机构有凸轮和曲柄摇杆等机构.曲柄摇杆的机构虽然简单轻便但是可能会打滑所以我们打算用圆柱凸轮的方案圆柱凸轮机构+摇杆，通过高副接触可以使从动件获得连续或不连续的任意预期往复运动，并且稳定性较强。所以我们采用圆柱凸轮机构+摇杆作为我们的转向机构。

2.调级

此次命题的难点就是小车过的桩距要可调节的，并且要从按每50mm 跳档在700～1300mm 范围内产生一个“S”型赛道障碍物间距值。

我们转向机构采用的是圆柱凸轮机构+摇杆，所以要求凸轮转一圈，小车就要通过一个s周期的路程。我们通过改变大齿轮的齿数，实现凸轮轴上和驱动轮上的齿轮传动比的改变从而实现变距，但是要实现这么多的变距，这就要求小车要携带多对齿轮。但为了减少摩擦力对能量的消耗，所以小车的负重又不能太重。这就考虑小车能不能便携式更换大齿轮，所以我们采用以下机构实现以上要求。

小齿轮组固定在驱动轴上，大齿轮可以根据要求便携式拆卸，从而组装出符合要求的传动比！

3.左右轮差速

小车转弯时左右两轮的的速度是不一样的，如果装普通的深沟球轴承，是没办法实现差速拐弯的！要解决这个问题可以有如下两种办法：

1.使用差速器。但是差速器结构复杂，加工困难 2.使用单向轴承。简单方便，而且价格合理！

所以我们采用左右两轮各装一个单向轴承！

3.微调机构

用螺丝可以实现前轮摆角的微小变化 机构如图所示

装配图

机构运动简图

篇5：机械设计无碳小车课程设计说明书

一、设计任务书

„„„„„„„„„„„„„„„„„„1

二、总体结构设计 „„„„„„„„„„„„„„„„„„1

三、总传动比的设计与分配 „„„„„„„„„„„„„„2

四、转向轮轴运动参数的计算 „„„„„„„„„„„„„3

五、对轴进行结构设计与校核 „„„„„„„„„„„„„3

六、轴承的选择与寿命计算 „„„„„„„„„„„„„„3

七、润滑剂的选择 „„„„„„„„„„„„„„„„„„3

八、工艺设计方案 „„„„„„„„„„„„„„„„„„4

九、成本分析方案 „„„„„„„„„„„„„„„„„„5(1)生产成本概述 „„„„„„„„„„„„„„„„„5(2)单件小批量生产类型的成本分析 „„„„„„„„„5

十、工程管理方案 „„„„„„„„„„„„„„„„„„8(1)概述 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„8(2)生产过程组织 „„„„„„„„„„„„„„„„„8

十一、徽标设计 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„11

十二、参考文献 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„12

十三、心得体会 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„13

十四、附件 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„15

一、设计任务书

命题：以重力势能驱动的具有方向控制功能的自行小车 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1米，放置一个直径20mm、高200mm的弹性障碍圆棒）。以小车前行距离的远近、以及避开障碍的多少来综合评定成绩。给定重力势能为5焦耳（取g=10m/s2），竞赛时统一用质量为1Kg的重块（￠50×65 mm，普通碳钢）铅垂下降来获得，落差500±2mm，重块落下后，须被小车承载并同小车一起运动，不允许掉落。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），具体结构造型以及材料选用均由参赛者自主设计完成。要求满足：①小车上面要装载一件外形尺寸为￠60×20 mm的实心圆柱型钢制质量块作为载荷，其质量应不小于400克；在小车行走过程中，载荷不允许掉落。②转向轮最大外径应不小于￠30mm。

二、总体结构设计

根据本届大赛命题要求，我们首先确定如下设计思路： 1．驱动机构

根据能量守恒定律，要尽可能多的利用重物的重力势能，就必须简化结构，因此该系统不设储能装置，直接由重物通过细绳拉动后轴驱动。

2．转向机构

控制转向是该小车的核心问题之一，普通凸轮只能控制转向轮规则摆动，在不需要转向的时候小车仍会转向，因此我们在此处将凸轮机构进行了进一步的优化，通过引入“太空豆”控制转向信号，使得前轮在我们需要的时候转向,并以此实现小车的预编程功能。

3．驱动过程

在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。在重块行程末端，原动轮的半径再次变小，绳子的拉力不足以使原动轮匀速转动，但是由于物块的惯性，仍会减速下降，原动轮的半径变小，总转速比提高，小车缓慢减速，直到停止，物块停止下落，正好接触小车。

三、总传动比的设计与分配

后轮半径：r= 68.5mm;绕线轮半径：r1=3 mm;前轮半径：r2=15.1mm 后轮与绕线轮传动比：i=137:6 前轮与后轮传动比：i’=137:30.2

四、转向轮轴运动参数的计算 前轮最大摆角21.15°

五、对轴进行结构设计与校核 1．示意图

六、轴承的选择与寿命计算 1．轴承型号：角接触球轴承,内径Φ4 2．示意图：

3．计算轴承径向力

小车总重量M（小车自重800g、重物1kg、徽标400g、）;M=2.2kg;轴承数量n=3;轴承径向力Ｆ=7.19Ｎ;

七、润滑剂的选择

选用机油进行润滑（SH0386-1992）

八、工艺设计方案 1.确定生产纲领

根据大赛命题要求，转向轮部分实行单件小批量生产。2.对零件进行工艺分析

由于转向轮和轮轴均为圆柱件，故采用车削加工方式 轮轴：车削加工、钳工、车削加工。转向轮：车削加工、快速成型、钳工。3.选择毛坯

根据大赛对前轮的要求D>30mm，故选择外径Φ30.7的尼龙棒、根据设计要求前轮轴选Φ12的45钢毛坯。4.拟订工艺路线

轮轴：下料---车Φ4的轴---在Φ4的轴上攻丝---车削多余部分 转向轮：下料---钻Φ4孔---加工外径Φ30的转向轮---去除边上的毛刺

5.确定各工序加工余量

前轮的外轮廓要大于Φ30以满足题目要求。6.确定各工序所使用的设备、刀具和量具 车床、快速成型机、游标卡尺、各种车床刀具 7.确定各加工工序的技术要求及检验方法

1.车圆弧面要求比较光滑，目测。2．轮与轮轴使用过盈配合。

九、成本分析方案(1)生产成本概述

在制造企业中，产品的总成本通常包括生产成本、管理成本、财务成本和销售成本等。在本次竞赛中，由于只涉及零件的加工过程，为了简化分析，在进行成本分析方案设计时，只考虑零件的生产成本。

生产成本，又称制造成本，它包括围绕生产过程以及为此所提供的劳务所发生的各项直接费用、分摊的各项间接费用，其组成如下所示：

直接材料费：生产过程中直接消耗于产品生产的各种物资 直接人工费：生产过程中直接从事产品生产的人员工资 制造费用

：发生在生产单位的制造费用

产品的生产类型不同，其工艺差别很大，成本分析方法也不同。下面以单件小批量生产类型对小车转向轮及其轮轴进行说明。(2)单件小批量生产类型的成本分析

单件小批量生产的成本分析应根据该类型生产的工艺及管理特征来进行。单件小批量生产的组织形式一般采用通用机床，并按机群式布置；毛坯可考虑采用型材，在市场上直接购得。其零件的加工过程一般采用工序集中原则，工艺过程相对较短。成本分析从直接材料费、直接人工费和制造费用考虑。

1、直接材料费用F零件

根据零件材料的种类，可通过市场询价确定材料的市场价格，再计算零件毛坯体积，利用式（3-1）计算零件的直接材料费用F零件。

F零件=p*m=p*(V*§)元（3-1）

其中，p为材料单价、m为零件毛坯重量、V为毛坯体积，§为材料比重。

所以，F轮轴=0.0042元/克*89.3克=0.37506元 所以，F轮

=0.025元/克*74克=1.85元

2、直接人工费S 对于单件小批量生产，直接操作机床的人工工资可按计件工资发放，可以根据不同设备操作工人的市场价格，利用式（3-2），得到单件小批量生产的直接人工费。

n S=∑Pi*Si（3-2）

I=1

其中，Pi为第i种设备的操作工人数；Si为第i种设备的操作工人工资。

所以，S轮轴= P车*S车+ P钳*S钳

=20元/小时*0.5小时+20元/小时*0.1小时 =12元

S轮

= P快速成型*S快速成型+ P钳*S钳

=20元/小时*0.5小时+20元/小时*0.2小时 =14元

3、制造费用M

制造费用是设备与厂房折旧费用、间接管理人员工资、能源、水等消耗所产生的费用，以及其它间接费用以分摊形式计入产品中。在单件小批量生产条件下，上述成本项目无法按成本发生法计算，通常简化为机床的小时费率来计算制造费用。因此，可根据零件工艺过程各工序的时间定额和所用机床的小时费率来计算。零件的制造费用M可用式（3-3）计算。

M=T1*Q1+T2*Q2+„+Tn*Qn

（3-3）

其中，T1、T2„Tn为设备1，设备2.，„，设备n的加工时间，Q1，Q2，„Qn为设备1，设备2，„设备n的机床小时费率。所以，M车=T车*Q车=0.5小时*10元/小时=5元

M快速成型=T快速成型*Q快速成型=0.5小时*20元/小时=10元

4、生产成本C 单件小批量生产成本即为以上三者相加，即： C=F+S+M

所以，C= F轮轴+ F轮+S轮轴+S轮+M车+M快速成型

=0.37506元+1.85元+12元+14元+5元+10元

元

=43.2

3十、工程管理方案 1.概述

为实现安全、文明生产，包装按期供货，降低总成本，提高经济效益，需进行工程管理的设计。工程管理设计放啊的主要内容包括：生产过程组织形式、人力资源配置、进度计划与控制、质量管理、现场管理、成本管理等几个方面。成本费用以在前一部分计算，在此不再累述。2.生产过程组织

生产过程空间组织设计：该设计主要是按专业化分工原则把工作组织起来，使产品生产过程能有效运行。专业化分工包括三种形式：工艺专业化，产品对象专业化，成组生产。空间组织设计的重点是设施布置，与专业化分工湘对应，由于我们的作品属于单件小批量生产，因此我们将按工艺原则来布置生产，当需要用到某种机床，即选择相应机床进行加工。

生产过程时间组织设计：该设计方式可采用顺序移动方式、平行移动方式、平行顺序移动方式，移动方式的选取主要由生产空间组织形式来决定。由于我们的作品生产周期短，不连续加工，所以我们将选用平行移动方式。3.人力资源配置

当接到通知后，我们马上查阅资料进行构思，寻找出一个符合命题要求的制做方案。当我们的方案通过学校审核后，我们便开始组建团队，在团队组建过程中我们充分考虑人员特长组合以及课余时间 4.生产进度计划与控制

生产周期：按照产品结构、工艺特点，主要考虑产品零件中的主要件和关键件在工艺上的逻辑关系，我们将生产周期设定为3小时。5.质量管理

质量管理一般以全面质量管理思想为核心，以ISO9000系列标准为依据，强调全员全过程质量管理；确保质量管理中的管理职责、质量体系和过程控制；在此基础上形成质量体系文件。

按照工序控制设置原则：要注意先车削外圆和攻丝，最后再切断轴端，这样不会夹伤工件。要保证前轮的表面粗糙度小于等于R3.2 车削加工轮轴时，另外，要保证轴中的粗糙度小于等于R1.6，使得前轮与轴尽量减小摩擦。6.现场管理

现场管理是对现场中的生产要素和管理目标要素进行设计综合治理，主要包括：“5S”管理、目视管理、看板管理、定置管理。

“5S”管理：以整理、整顿、清扫、清洁和素养为内容的活动。通过规范现场、现物，营造一目了然的工作环境，培养员工良好的工作习惯，是一种独特的管理方法，其最终目的是提升人的品质。

目视管理：利用形象直观而又色彩适宜的各种视觉感知信息来组织现场生产活动，达到提高劳动生产率的一种管理手段，也是一种利用视觉来进行管理的科学方法。所以目视管理是一种以公开化和视觉显示为特征的管理方式。

看板管理：准时生产方式的看板旨在传达信息：“何物，何时，生产多少数量，以何方式生产、搬运”。看板的信息包括：零件号码、品名、制造编号、容器形式、容器容量、发出看板编号、移往地点、零件外观等。及时生产方式的看板在生产线上分为两类：领取看板和生产看板。

定置管理：是其他各项专业管理在生产现场的综合运用和补充企业在生产活动中，研究人、物、场所三者关系的一门科学。它是通过整理，把生产过程中不需要的东西清除掉，不断改善生产现场条件，科学地利用场所，向空间要效益；通过整顿，促进人与物的有效结合，使生产中需要的东西随手可得，向时间要效益，从而实现生产现场管理规范化与科学化。

十一、徽标设计

★时代背景：随着世界经济的飞速发展和人们物质需求的日益增长，环境污染也日益严重，许多国家都出台了相关政策促进节能减排。“无碳环保”成了当今世界不变的主题。

★创意：该徽标造型既是对本次大赛主题的直观反映，亦是我们团队对祖国未来的美好愿景：120度的箭头是象形的“C”，也就是化学元素中的碳。徽标外形既是循环使用标志的变形也有降低碳含量的意义。然而能量是守恒的，如果要减少含碳能源的使用，我们就必须依靠一双勤劳的双手。就像本次大赛的重物的能量需要我们用手举高来获取一样，我们倡导大家伸出双手来支持环保，让伟大祖国真正走上可持续发展的道路！★材料：45钢

★制作说明：先采用雕刻机雕刻成型，再使用钳工加工修饰。

+

十二、参考文献

=

朱

理主编

《机械原理》 张建中、何晓玲主编

《机械设计课程设计》 徐锦康主编

《机械设计》

陈轶鸣主编

《新编机械设计课程设计图册》 王昆、何小柏、汪信远主编《机械设计课程设计》 机械设计手册编委会编写的《机械设计手册》 朱

理主编

《车工工艺学》 王忠宗主编 《成本分析与费用控制技巧》 希尔顿主编 《成本管理》 刘建长、程坚、施卓晨主编 《成本会计》 王文胜主编 《高效成本管理》 周鑫、张磊光主编 《机械加工技术》 贺月光、高成发 主编

《工程测量技术》 刘钟莹 主编的《工程估价》 马楠 主编的《工程估价》 左用泰司 主编的的《工程管理》

十三、心得体会

经过了一个多月的努力，我们的小车终于完成了她的处女航。从最初的零件设计和小车定位计算到绘制零件图，点点滴滴虽然包含心酸和汗水，但是当我们体会到学以致用的乐趣时，这些都不算什么了。通过这一阶段的自主学习，我们明白了动手实践的重要性。理论和实践有时候很有很大差距的，比如小车的转向问题，我们在理论上计算了小车的轨迹，但事实上小车的运行路线远不像我们想象的那样简单，还有很多无法避免的影响因素；包括加工工艺、小车的起始角度、方向，这些因素都是无法达到我们要求的那样精确。

通过对“无碳小车”的自主设计加工，以及对各零部件的加工工艺分析，让我们知道加工工艺的好坏直接影响工件的成型和后续加工的连贯。

制定一个良好的加工工艺是保证零件达到要求性能的前提，也需要我们真正的开动脑筋。例如：我们使用的普通车床，所有的操作都是人为的控制，要想做出比较满意的零件，首先要有一个科学合理的工序安排。我们拿到一个需要加工零件的零件图时，不要急于下料加工，分析工序很重要，我们必须先制定好合理的加工工序，使待加工零件达到相应的设计标准和性能指标。同时还可以提升自己的逻辑思维能力，提高生产效率。

工程管理方案的撰写过程让我们还体会到了查找资料的乐趣，学会了怎样找到自己需要的参考书籍以及参考示例。团队成员的密切配合使得我们的工作效率得到了极大的提高。当然，在整个项目进程中，大家也避免不了分歧，大家都有自己的想法，也提出了自己认为可行的方案。经历了数十次失败后我们最终寻找到一套符合需要的方案。使得项目组成员在综合分析能力、实践动手能力、以及创新思维和创新能力的培养方面取得了长足的进步。

篇6：无碳小车说明书

1.摘要..............................................................1 2.引言..............................................................1 3目的..............................................................1 4工作原理和设计理论推导............................................1 4.1总体结构.....................................................1 4.2设计方案介绍与计算分析.......................................2 4.2.1无碳小车模块机构介绍...................................3 5.设计总结.........................................................8 6.附件

1.摘要

本作品是依据工程训练综合能力竞赛命题主题“无碳小车”，提出一种“无碳”方法，带动小车运行，即给定一定重力势能，根据能量转换原理，设计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。该小车通过微调装置，能够实现自动走“S“字直线绕障。此模型最大的特点是通过两个不完全齿轮驱动前轮摆动，进行可调整的周期性摆动，使前轮的摆动节拍具有可调性。本文将对无碳小车的设计过程，功能结构特点等进行详细介绍，并介绍创新点。

2.引言

随着社会科技的发展，人们的生活水平的提高，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，没有任何的污染。节能、环保、方便、经济，是现代社会所提倡的。现在许多发达国家都把无碳技术运用到各个领域，像交通，家具等，这也是我国当今所要求以及努力的方向。针对目前这一现状，我们设计了无碳小车模型，用重力势能转化为机械能提供了一种全新的思路，以便更好的解决以上问题。

3目的

本作品设计的目的是围绕命题主题“无碳小车”，即不利用有碳资源，根据能量转化原理，利用重力势能驱动带动具有方向控制功能的小车模型。这种模型比较轻巧，结构相对的简单，能够成功的将重力势能转化为小车的动能，从而完成小车前行过程中的所有动作。

4工作原理和设计理论推导

4.1总体结构

图 1 无碳小车总体结构

无碳小车模型的主要机构有驱动机构、转向机构、行走机构及微调机构。主要部件如下图2所示为小车整体模型。

图 2 无碳小车模型

4.2设计方案介绍与计算分析 4.2.1无碳小车模块机构介绍

1.驱动机构

本方案采用绳轮作为驱动力转换机构。我们采用了梯形轮使能量转化过程中有更合适的转矩使驱动力适中，不至于小车拐弯时速度过大倾翻，或重块晃动厉害影响行走。同时做到了到达终点前重块竖直方向的速度要尽可能小，避免对小车过大的冲击，提高了能量利用率。绳轮机构简单，传动效率高，且在针对不同场地导致的所需动力不同的情况，可通过调节绕绳位置来改变转矩，使动力改变，增强适应性。

2.转向机构 如图，本方案采用了摇杆加两个完全相同的不完全齿轮，实现可变周期性转向。考虑到摩擦、制造、安装误差的敏感性等因素，我们最终选用了摇杆加不完全齿轮的方案。考虑到适应场地的需求，我们将原来的一个不完全齿轮改为两个，实现了不完全齿角度差的可调性。

图 3 转向机构

3.行走机构

行走机构即为三个轮子，轮子又厚薄之分，大小之别，材料之不同需要综合考虑。

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：

MN

fMR3

NR 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。

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。差速器涉及到最小能耗原理，能较好的减少摩擦损耗，同时能够实现满足要运动。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。就如一辆自行车外加一个车轮一样。从动轮与驱动轮间的差速依靠与地面的运动约束确定的。其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。

双轮差速和单轮驱动在“S”字直线绕障和“8”字绕障中都是可行的，但是相比之下，双轮差速适合于“S“字直线绕障，而单轮驱动更加适合于8字绕障。因此我们选用双轮差速。

综上所述行走机构的轮子应有恰当的尺寸，采用单轮驱动。如果有条件可以通过实验来确定实现差速的机构方案。

4.微调机构

微调部分所要实现的功能分为两个部分：一是实现前轮最大转角αm的变化，二是实现转动周期的变化。根据所要实现的功能不同，微调机构也位于两个部分。

(1)摇杆微调机构

通过改变摇杆的长度，使被约束杆的摆动幅度增大，进而使前轮的最大转角αm发生改变。为了使αm的改变具有连续性，使小车可以适应更复杂的环境，此处采用微调滑块（配有螺母紧固滑块）式机构。其调节具有连续性，且调节精 度较高。

图 4 摇杆微调机构

(2)不完全齿轮微调机构 上文也指出，本方案采用了两个完全相同的不完全齿轮作为主动轮，两不完全齿轮之间有夹角β，此夹角的变化会造成两不完全齿轮对从动轮的作用时间间隔发生改变，即：从动轮做时停时转的间歇运动，而停、转的时间长度发生改。

通过这一点可以调节行走路线中，长度路径和转弯路径的长度。通过两个微

图 5 不完全齿轮机构

调机构的合理配合，基本可以实际行走任意路径。4.2.2无碳小车设计的理论指导

1.运动原理

如上图所示，重物下降时带动绳轮的转动，绳轮的转动带动轮的转动，通过线传动驱动转盘的转动，再通过连杆将转盘周期性的转动转化为前轮的摆动。由后轮的直线运动与前轮的摆动运动结合一起，从而实现了近似正弦曲线的运动轨迹，完成任务。

2.尺寸分析

通过调节微调装置，即：两不完全齿轮角度配合，及微调滑块的位置，可以完成走“S”字直线绕障路线，如下图：

图 6 “S"字直线绕障路线

由于采用了直线与曲线配合的行走路线，可尽量减少周期路程。（1）

v后轮后轮r后轮Bgreenvgreengreenrgreenwithandvgreenvpurplevpurplepurplerpurplepurplebluevrblueblueblue

vBBrBBgreenvgreengreenrgreenwithandvgreenvblue

vbluebluerblueblueyellowvyellowyellowryellow假设r已知，8个未知数7个方程，即只有一个自由变量：

v后轮Kr后轮rpurplergreenrbluer后轮rpurplevbluergreenrblue

记于是：，则

v后轮Kvblue，虽然不一定匀速，但可以对t积分，S后轮Ksblue

K的物理意义在于，r后轮与rpurple的地位是等同的，其大小只会影响最后的精度，而不会影响比例（虽然看上去调整后轮的半径似乎更能影响轨迹，实质上并非如此，但是的确会影响转的圈数，详见下）（2）设0,，轨迹半径为R，则直线段长：弧长为

tanR:Rtan:30.8260.453:0.5473时，比例为12/3当  6 设蓝色上有两组锯齿，每走半个“S”字，蓝色齿轮转了1圈。

另设走直线时记为P1，走弧线时记为P2，半个字中，直线段总长S1，弧线总

s1S1S2s,ss1S112是关于蓝22长，即有,由(1)的公式，可得，其中色齿轮的弧长。转1圈，可知

s1s22rblues1r2blues22(1)sblue，故rblue

可确定其比例，即位置角，同时也可得出

rblue的值无本质影响（在K不变的后轮K2r后轮K2rbluerblue）情况下）。又（其中，若增加blue的值，同时成比例增加r后轮的值，使K不变，则

K2不变，所以外轮还是转这么多圈，相当于成比例放大了。（半个周期里外轮转多少圈在这里无关紧要，在其它分析里可能有用，反正也可以表出。）

由前轮传导等等可以得出蓝色齿轮周长尺寸路程，sblue，而对应的走半个S字的S后轮由需要走的实际路程确定（后轮，B=Back），而

sblue与S后轮之间满足q前述约束关系，这个K就可以调整了。（3）关于前轮倾斜角与轨迹半径

若设前轮所处点与某一后轮所处点的距离为L，则轨迹半RL2sin2，可以实验测得。经过分析与测定，在实物测定之前，我们暂

前后轮轴距L：

150mm

后轮轴长D：

100mm 后轮半径R：

80mm 最大齿轮半径rred：

45mm 不完全齿轮半径rgray： 40mm 定数据如下：

最小齿轮半径ryellow：

8mm 其次小齿轮半径rorange：10mm 其中各齿轮的模数为2，压力角为20°。根据以上分析计算确定小车主要结构的尺寸，如各个齿轮的分度圆半径前后轮轴距，再根据主要结构框架完成各个零件的设计，具体设计见CAD装配图和零件图。

5.设计总结

经过无碳小车整体方案的设计、零件加工、无碳小车的装配以及后期的调试到完成参加比赛。在整个竞赛参与过程中通过亲手制作和对设计方案的思考让我们团队成员学习到了很多，总结无碳小车设计方案和参赛感想如下：

1.无碳小车采用双轮差速，机构简单，转弯更为容易实现。

2.使用T型绳轮，使能量转化过程中有更合适的转矩使驱动力适中。3.采用多处微调机构，便于纠正轨迹，避开障碍物。

篇7：无碳小车工程项目管理说明书

一．生产过程组织形式的设计

1.生产过程空间组织设计

我们的无碳小车是属于小批量生产，所以按照工艺原则布置生产过程空间。小车的零件的单件小批量生产工艺主要有：车，铣。加工设备为：数控车床，数控铣床。

生产空间的机群布置如图所示：

2.生产过程时间组织形式

由于生产空间按工艺原则布置，生产过程的时间组织选择顺序移动的方式。

二．人力资源配置 车间内部人员组织形式按设备工艺特点分成班组，并根据需要生产的零件安排产品负责人。

单件小批量大多采用通用设备，手工操作的比重较大，操作人员技能水平对产品质量与加工时间影响较大，故人员安排较为灵活，并尽可能培养多面技能手员工。组织结构如图所示：

小车零件生产人员配备为：车工组2人，铣工组1人。

三．生产进度计划与控制案例分析

考虑到小车的零件的生产大部分比较简单，生产顺利的安排分为3个阶段。由于单个生产的时间量占用整个机器可使用的时间比例很小，在单件生产中，可以忽略单件生产的负荷占用率。等待时间主要表现在零件从一个机床换到另一个机床的等待宽放时间。

在单件生产过程中，对进度的控制主要采用工序进度控制。工艺工序详见附表。采用网络计划技术对计划安排和进度控制进行管理。

1）确定生产过程的关键工序，利用非关键工序的时差，通过调整工序的起讫日期对制造资源进行合理分配，编制各个工序的开工和完工时间进度表。

2）应用网络图和时间进度表，定期对生产实际进展情况作出报告和分析，必要时修改网络图和进度表。

四．质量管理

本方案质量管理是基于全面质量管理思想和ISO9000标准对产品质量进行管理，集中于制造过程中的质量控制，按照PDCA循环的方法来规范化管理。

① 制造前质量计划和质量条件检查：按工艺工序卡片要求，产品加工完成时，进行终检；对原料按“原材料质量标准及检验标准”检验。

②加工过程质量控制：按“在制品质量标准及检验规范”的规定对车

一、车

二、铣三道工序质量规范检验。由于键槽加工精度要求较高，将其作为重点工序进行控制。加强自检，现场主管加强巡检。

③成品质量检验：依“成品质量标准及检验规范”的规定，对轴直径和键槽宽度的精度进行终检。

小车零件在制品和成品在各项质量检验后有异常，应提报“异常处理单”，并立即向有关人员反应质量异常情况，使能迅速采取措施，保证质量。

五．现场管理

本方案中主要考虑现场管理中的“5S”管理；因小车零件单件加工采用机群式布置，对其进行定置管理较难，故不作考虑。

“5S”管理

开工前，确保机器处于良好的工作状态，准备好所需的工器具；

篇8：无碳小车的创新性设计

无碳小车的创新性设计

北京师范大学

碳小车的创新性设计

摘要：此小车系统的设计核心是以重力势能驱动的具有方向控制功能的自行小车。经过分析，确定小车设计的关键在于如何实现能量的转换(运动转换机构)、车体的平衡、小车的驱动及小车的周期性转向等问题。为了使小车具有良好的行进效果，通过理论计算与模型建立，我们总结得出：小车重心要低；结构尽量简单；传动件数少；振动小；操作、调整方便灵活。

关键词：无碳小车；结构设计；曲柄摇杆；正弦曲线 正文：

一、设计思路

要使小车自动行走，并且绕过多的障碍，必须从以下三方面考虑： 1，能量的高效率转化：为了使重块的重力势能高效率的转化为小车的动能，我们采用细绳缠绕驱动轴的方法。

2，车体的平衡：小车在行进过程中，由于重块的摆动，如果设计不当，会使小车倾覆。我们利用三角形具有稳定性的原理，提高了车体的平衡。

3，小车的周期性转向：小车的周期性转向按照命题要求小车必须具有方向自控功能，绕过直线布置的每隔1米1个障碍物的要求，小车必须左转、右转再左转地周期性转向。因此，曲柄匀速转动，摇杆左右匀速摆动的曲柄摇杆机构是最好的转向机

北京师范大学

构。

二、具体设计方案 2.1 运动转换机构

小车给定的能量只有重块下落的重力势能, 要使小车行驶的距离远, 必须将重块的直线运动有效地转化为小车轮轴的回转运动。我们选择质地弹性小、强度高且耐磨性好的细牵引绳，一端先固定在滚筒轴(驱动轴)上, 然后再将牵引绳均匀紧密的缠绕在滚筒轴上, 另一端绕过滑轮与重块连接。这样重块下落的运动就可转化为驱动轴的回转，完成重力势能转化为驱动小车行走的动能。对于影响能量转化效率的因素，主要是绳子的缠绕方法以及方向，当然可将牵引绳绕过动滑轮与定滑轮组成的滑轮组以使小车行走更远。不过由于使用滑轮组会使小车的启动力矩减小。不便于小车的启动，最终还是采用了绕过一个定滑轮的方案。

2.2 车体的平衡

底板作为最重要的支承件，是其他支承件连接的基础，其

北京师范大学

结构必须设计巧妙、合理。由于所承载的负荷比较小，选用厚度为d=8mm的硬塑料板，为避免发生薄壁振动，减少能量损耗，薄壁面积应小于90cm2小车的重块在车上重物支撑杆上方开始下落，距离车底板上面约500mm，而小车为了节省能量及避障性好，车底板一般不能选得面积太大，两后轮距（定为210mm）不能太大，限制底板的宽度不能大，刚度好。整个小车就是一个立式的结构，小车运行起来按避障要求左右转向牵引绳带动重块在重力的作用下将大幅摆动，导致小车倾覆不能行走，因此，将重物支撑杆设计成由两快平行板围成，一个中间恰好通过的重块，限制了重块在小车运行中的摆动，达到车体运行中良好的平衡。另外，也可以通过降低小车底板距离地面的高度来降低整车的重心，达到良好的动态平衡，为此将小车底板折弯，满足整车重心降低的需要，使得大齿轮转动不与底板干涉。整个车（包括重块及负载重量块）的重心最好应居于小车三个轮构成的三角形的形心上，保证小车的平稳运行。

2.3 小车的驱动及小车的周期性转向

小车的驱动齿轮传动效率可高达98％，因此可以很好的提

北京师范大学

高能量利用率。依据重块下落的重力势能转化为使小车前进的动能能量损失最少的原则，选择以曲柄摇杆来完成滚筒轴到转向轴的动力传动，驱使小车行驶，使小车行驶的更远。

内联系传动链容易保证传动链与执行件之间的严格传动比，尽量缩短内联系传动链，减少传动件的个数，缩小传动误差，尽量减少能量的转换次数会有效地提高能量利用率。实现小车的周期性转向，小车的内传动链必须准确，否则会“失之毫厘谬以千里”，小车很快脱离预定的轨迹，退出比赛。必须将滚筒轴的动力输出用严格的定传动比输出到后轮轴及前轮的转向装置上，实现后轮的行程与前轮的转向相匹配，这也是选择用曲柄摇杆来完成滚筒轴到转向轴的动力传动的主要原因。

另外还要注意齿轮的设计，加工精度要严格保证，各传动轴及轮轴的材料，应有较高的支承刚度，减少受载后的弯曲变形，在布置上也要考虑轴的两支承跨距尽量要小，轴伸尺寸尽量短，齿轮尽量靠近支承处（如滚筒轴的设计）来提高内传动链的运动精度。

北京师范大学

小车的周期性转向按照命题要求小车必须具有方向自控功能，绕过直线布置的每隔1米1个障碍物的要求，小车必须左转、右转再左转地周期性转向。在速度一定的前提下，必须要保证小车的运动轨迹曲率是连续变化的，小车才能平稳行驶。否则，曲率突然改变，小车容易晃动甚至倾覆。因此，曲柄匀速转动，摇杆左右匀速摆动的曲柄摇杆机构应该是最好的转向机构，小车运行轨迹接近正弦曲线，曲率变化连续从滚筒轴的回转运动到控制前轮转向的摇杆的水平摆动，需要把竖直平面的运动转化为水平面运动，以实现小车的转向。

要实现把竖直平面的运动转化为水平面运动，可以采用锥齿轮传动、凸轮机构、摩擦轮传动、皮带传动等传动机构。在考虑到安装精度、传动效率、结构复杂程度以及成本高低后，最后选用了变形的曲柄摇杆机构来实现转向轮转向的方案，见图

曲柄摇杆机构中的曲柄回转中心，即滚筒轴轴心应与摇杆的摆动平面等高保证机构无急回特性，曲柄作等速转动，摇杆摆动时左右行程的平均速度相等，即使得前轮左右摆幅相同。

北京师范大学

按照指定轨迹行驶把铅垂平面的运动转化为水平面运动是个三维空间的运动转换，通用的曲柄摇杆机构不能完成三维空间的运动转换，最终实现了与滚筒轴连接的曲柄的回转运动转化为摇杆的水平运动，摇杆在水平面内摆动。使得前轮左右摆幅相同，实现了小车前轮的转向问题，且保证了传动的准确。通过控制连杆和曲柄长度，使得连杆推动摇杆水平直线移动距离仅为减少了能量消耗另外，见图

在前轮轴上增加了盘轴承，适当保持两盘轴承的距离，显著增强了前轮轴的支承刚度大大提高了前轮轴的运动精度，使前轮转向更准确利用曲柄摇杆机构控制小车自动转向。原理是单手握龙头 这样小车结构简单、容易加工、能量利用率高，且便于前轮摆动角度的调节。

北京师范大学

三、总结

本次设计的小车利用线牵引实现驱动轮转动；利用齿轮副将运动传递给后轮轴实现后轮驱动；并利用曲柄摇杆机构实现前轮转向，前轮转向的角度与后轮的转速相匹配，结构简单、传动件少、质量小，大大地降低了能量的损耗，小车行驶平稳且更远。小车的总体方案图

主要部件尺寸：

驱动轮直径160mm

转向轮直径60mm 后轮距210mm

前后轮距190mm 齿轮距140mm

篇9：总结(无碳小车)

经过无碳小车的设计与制作，让我学到了很多很多，可谓是受益匪浅。从竞赛开始到小车制作完成，再到小车顺利运行，期间经历了汗水、忙碌与挑战，我们不仅赢得了成功，而且我们收获了失败后走向成功的经验。在小车的比赛中，更让我们这些处在“大山”中的目光与眼界得以开阔，得以丰富。让我们看到自身的不足，让我们明白人外有人，天外有天，更让我们学到我们所学不到的东西。

在这学期开学后的第三个星期，老师就为我们公布了无碳小车的设计制作大赛的要求，同时要求我们进行自由组合，自行设计。我们的三人组合选择了相对简单的S型小车，我们的设计理念为“简单、高效、灵活”。我们一开始借助了pore三维建模软件和机械设计、机械制图对小车进行了最初设计，根据计算和设定了数据，然后再pore进行分析，最后我们将图纸与方案整理了出来。在于指导老师的交流中，我们才明白，我们的很多设计仅限于理论上，在实际的加工中是不能进行的，是加工不了的。在工艺和结构上，要有可行性，对于不能加工的方案就是不合格的方案，无论怎么优秀也只是徒劳。

加工时一个漫长的过程，而就是这个漫长的过程，却是我们不断成长，不断进步，不断走向成熟的收获之路。在制作一开始，我们就要使用车床，钳工，虽然之前我们也有过金工实习的课程，但是，却并没有这次的详细，同时对工件的精度要求也没有这次的高。在车床的使用中，我们不仅对车床有了新的了解，更对车床的使用更加的熟练，对刀、进刀、走刀、退刀以及刀具、工件的装夹等等都让我们得到进一步巩固。在钳工车间里，虽然都是纯手工工艺，很是辛苦，但正因如此，我们是专业知识成长到了另一个高度，同时即锻炼了我们的团队合作能力，也锻炼了我们的动手操作能力。通过车间的加工，以及老师的指导，让我们明白，从一定程度上，加工精度，直接影响到小车的性能好坏，同时也让我明白了动手加工能力对我们专业的重要性。

经过近两个月的加工，我们的小车也顺利完工了，感觉工作已经完成，而实际上，更大的困难才刚刚开始。我们接下来的工作就进入小车的调试阶段。最开始，我们加上重物后，小车却一脸泰然的原地站立，这无疑给了我们巨大的打击，之后我们开始寻找各个方面的原因，最终在齿轮啮合上找到了原因，而我们为了小车的方便考虑，将小车的齿轮中心距改成可调式，轻松的解决了它。虽然调试过程中的问题看似简单，但是却是我们最致命的，如果它不能按照预定方案行走，那我们之前的一切努力都将付诸东流。这也让我明白了，无论做什么事情，我们从头到尾都要保持严谨的心态对待，因为最细微的疏忽有可能成为我们走向成功的致命一击。

通过这一段时间的努力，我们顺利的通过了学校的比赛，26号参加了四川省第三届无碳小车比赛，在报道的第一天，我们就看到了各个对的不同样式，不同机构，不同原理的作品。第二天开始了正式的比赛，我们的比赛分为几个项目，三为建模与三D打印、车床使用、小车的拆装调试与小车走桩三个项目，由于我们每组只有两个人参加比赛，而参赛的项目安排却让时间相冲。我们原计划是一个人做小车的拆装调试，一个人做三D打印和车床，而突如其来的比赛时间安排却让我们措手不及，为了能够顺利完成比赛，我们采用了临时更改计划的方案。由培训过三D打印的同伴临时培训我们没有学过的人，在网上搜索打印软件的界面进行培训。虽然是第一次接触这个东西，我们进入场地后都感觉压力很大，因为在进打印室之前，听到过很多参赛队都说，他们在学校都有练习，而我们却是第一次接触，而且还是临阵磨枪。进入打印室后，我感觉手都有些发抖，但看到了界面后，心里好似有点安慰。顺着头天晚上的临时培训，一步步的进行着，顺利的完成了打印项目。因此我深有感悟，不管有多么难的事情，只要我们用心，认真对待，只要我们肯学，敢于面对困难，就没有解决不了的事，重点在于你敢不敢去同它正面对战。

我的第二个项目是小车的拆装调试，在这个时候，我的队友也完成了它的项目，同我一起进行最后一个项目，在拆装室里，我们看到了很多的小车，有采用锥齿机构的，有凸轮机构的，也有四杆机构的，各式各样，但在我看到的小车中，却没有一个采用差齿结构，而且他们的车子无论哪一辆都有着很多的结构，和我们的车比起来他们的结构可以用复杂来形容。但是，也有很大的一个特点，他们的车可以看出来，都是采用了线切割、铣床等加工出来的，比如说轴吧，我们的轴是采用C6140加工的，导致了轴出现很大的误差，而其他学校的轴采用了铣床加工，可以达到一个很高的精度，在支架安装上，我们采用的是尺块划线，打孔，固定，安装，而采用铣床却可以一次性加工成型，保证了孔的同轴度，为小车运行减小了误差。同时这样加工也让小车外观变得华丽。

还有最值得学习的一点就是，我们采用的传动比的差别。我们学校所选用的传动比均为1:6，而其他学校的传动比却基本维持在3~4之间，有的甚至更小1:1.5，我们巨大的传动比，为我们稳定速度造成了很多的麻烦，首先就是启动时需要极大的转矩，当运行起来时，速度不能有效的控制。而且我们的齿轮模数都很小，为0.75，而其他学校的模数基本在1以上，因为大的模数可以减小齿轮啮合时造成的误差。我想这些都是我们所应该学习和借鉴的东西。

经过这一段时间辛苦劳作，比赛终于结束了，虽然在S型的比赛中我们只得了第二名，但是在这个过程中，却让我们受益匪浅，感受颇多，学到了很多的知识与技能，为我的大学生活增添了别具特色的音符，让我们的专业水平的到很大程度的提高。同时也增强了我们的自信心。最后，特别感谢指导老师以及金工实习的老师们对我们的指导与帮助，没有他们的指导与帮助，就没有我们今天的成就，真心的感谢他们，同时也要感谢学校给我们的这次学习的机会，我想它会让我们在今后的学习生活中，激励着我们不断前行。

无 碳 小 车 参 赛 总 结