1、无碳小车无碳小车设计说明 构架部分 转向部分 驱动部分 细节零件部分 制造材料(一 ) 构架部分1. 车身采用三轮结构（一个转向轮，两个驱动轮） ，为减轻车身重量，减小摩擦的损耗，整个车身基本由支架构成，重物下落处由细绳织成网，同时还能起到减轻因碰撞而损失能量的作用。2. 重物落差 0.5 米，物重 1kg.支架与转动轴连接部分用轴承连接，轴承固定在与支架一起成型的耳上。3. 车身为梯形结构4. 载重物置于梯形原动轮正下方，即车的中心部分，由支架固定，这样一方面为了保持车身的平衡，另一方面为了节省空间，使车身体积尽可能的小。(二 ) 驱动部分1. 驱动原理绳的拉力为动力，将物块下落的势能尽可能
2、多的转换为小车的动能，进而克服阻力做功，推动小车。设计梯形原动轮 r,带轮传动比为 i=4,后轮驱动轮半径为 r4=30mm,重 下落加速度为 a1,车前进加速度为 a2,则对重物受力有： Tmg=9.8NT-mg=ma1 忽略其它微小因素，力矩平衡有（设车前进的驱动力为 F）Tr=iFr4设路面对车的摩擦力为 f,车身重为 M（粗略估计 M=3Kg）,摩擦系数取 0.02 则f= Mg F-f=Ma 2 故使重物先做变加速运动，然后做变减速运动，小车先加速后匀速最后减速，且最后减速过程为减小重物下落到最低点时与车身发身碰撞损失能量，所以使当物块距小车很近时，原动轮的半径再次变小，绳子的拉力不
3、足以使原动轮匀速转动，重物减速下落，车减速继续前进。可设车减速的加速度为 a,为使小车下落后不脱离车身，则如上图受力分析知=-0.17m/s ,故由以上推理可设计 rmax = 30mm rmin= 5mm r 中 =10mm2. 梯形原动轮 1) 在起始时原动轮的转动半径较大，起动转矩大，有利起动。2) 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。3) 当物块距小车很近时，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3. 带轮传动80mm左
4、视图1) 主动轮半径 R1=40mm 厚度 d1=10mm从动轮半径 R2=10mm 厚度 d2=10mm2) 为尽可能减小因带传动时摩擦做功消耗能力，故带轮传动设计为同步带传动，同时为尽可能减轻车身重量，带轮由工程塑料加工制成。4. 驱动轮和转向轮设计驱动轮 直径 1=60mm 厚度 d=10mm转向轮 直径 2=30mm 厚度 d3=10mm加工原材料均为工程塑料5. 在后轮转轴上安放多个不同半径的带轮，微调转矩，适应不同的环境下阻力的不同。同时制作多套后轮，微调转矩。改变后轮时，也要相应的改变转向传动轮的大小，同时保持车身水平，适当调整前轮转轴的长度。 （现场可实现）(三) 转向部分原理
5、：以固定在驱动轴上的凸轮控制前轮的左右有周期的摆动，达到控制转向的目的。1，前轮固定轴承设计此设计可活动固定与凸轮相连的顶针，方便对实际路线的优化。2，顶针设计采用与弹簧配合的直动顶针，避免摆动顶针压力大及摆动耗能等缺点。顶针与凸轮连接的一端，采用滚子滑动，减少摩擦损耗。3，凸轮设计形状：椭圆状凸轮，曲线缓和，适合低速机械运动。路线与凸轮的配合A路线设计根据实际情况，设定小车绕过障碍物时，距其 0.1m，则设路线方程为 y=sinax+0.1。并将点（1,0.1）代入方程，得到路线方程为 y=sin0.1x+0.1。滚子0.1m1m对一个周期内的路线积分得 S1= 。B凸轮轮廓设计根据实际路线
6、，凸轮基圆半径设计为 50mm，最大落差为 150mm。对凸轮轮廓积分得轮廓总长 s2。C要求 s1 与 s2 成整数比关系。D进行实地试验，对凸轮与路线的配合进行优化(四) 细节零件部分 轴 因各零件质量都相对较轻，轴本身所需承受的压力和扭力也不太大，且考虑到车身重量问题，故驱动轴和原动轴均可用工程塑料加工而成。原动轴 长 L1=170mm 直径 d1=10mm驱动轴 长 L2=240mm 直径 d2=10mm 轴承 深沟球滚动轴承 GB/T 276-1994 2B/3A d B/6 Dd=1omm D=30mm B=9mm50mm 50mmB 滑轮内径 d=10mm 外径 D=50mm 细
7、绳(五) 制造材料整个小车制作的选材除部分标准零件，如轴承，系绳，滑轮等外，其它结构都由工程塑料加工制造而成。采用工程塑料，有如下优点：A. 工程塑料具有低密度性，可以尽可能减轻车身重量。B. 金属比较于塑料最大的优点之一就是它们具有很高的硬度（平均值比较要比塑料的高 8 倍） 。然而，在考虑到车身重量相对较小，所需承受力不大的情况下，并不需要这么高的硬度。 ，此时工程塑料更适合。C. 设计的灵活性D. 不使用润滑自润滑性小车制作所需材料为轴承 5 个，半径 30mm 轮两个、半径 15mm 轮一个、滑轮一个、轴(10 l=130mm)一根、凸轮、梯形原动轮、同步轮、轴(10 l=240mm)
8、一根、原动轮、车身支架一副、支撑杆一副以及弹簧，细线等部件。成本分析鉴于工程塑料的各种优良性能，我们小组选用其为小车支架材料。具体选用其中的通用塑料 pc 为材。市场价格为 32 元/kg。我们预估材料损耗率为 50%左右，则总需原料 2kg，共 64 元。轴承市场价格从 1 元到 10 元不等，深沟球滚动轴承 GB/T 276-1994 价位在 4 元到 8 元左右，这里单价估计为 5 元。所以小车的总计材料成本价格为：工程塑料原料 64+轴承 5 元5+弹簧 3 元+细线 2 元+传动带 1元=96 元加工工艺驱动轴和原动轴工步工步内容及要求 主轴转速（r/min）切削速度(m/min)轴
9、向进给量mm/r径向进给量mm/r走刀次数1 粗车端面 150 64.4 0.5 12 半精车端面 150 67.4 0.25 13 粗车外圆到10.5mm 350 90.5 0.5 0.5 34 精车外圆到10mm 400 125 0.25 0.25 2凸轮轴序号工序名称 工序内容 定位基准 设备2 铣端面钻中心孔 毛坯外圆 中心孔 机床3 粗车外圆 顶尖孔 多刀半 自动车床4 精车外圆 精车各外圆并切槽、倒角 锥堵顶尖孔 数控车床5 铣键槽 凸 轮 ， 齿轮键槽 端面，外圆 立式铣床6 钳工 端面孔去锐边倒角，去毛刺 7 检验 按图样要求全部检验带轮凸轮：根据转向部分中的凸轮轮廓设计，根据实际重量确定，通过铸工制成。梯形原动轮：根据实际重量确定，通过铸造和钳工制成。转向轮和驱动轮：材料选用塑料，通过铸造和钳工制成。滚子推杆：通过铸工做成。注：凸轮、梯形原动轮、转向轮和驱动轮材料均为工程塑料。徽标设计设计创意：徽标整体为一棵象征绿色、无碳、环保的松树，树枝寓意为小车飞速的运动曲线，充满动感，中间的树干代表障碍物，小车绕过障碍物不断上升，大树不断生长，象征着无碳环保的理念不断发展壮大。
