1、无碳小车设计说明书2011-5-20目录一：摘要;：二：引言：三：任务和要求3.1 设计思路 3.2 基本原理四：方案设计及论证4.1 机械方案设计4.1.1 传动系统4.1.2 转向系统4.2 工艺方案设计 74.3 小车整体及外观设计 84.4 最终方案 8五：材料及成本分析5.1 小车整体材料种类 95.2 小车各部位材料选择 95.3 小车经济成本分析 9六：参考文献七：无碳小车徽标摘要是依据竞赛命题主题“无碳小车” ，提出一种“无碳”方法，带动小车的运行，即给定一重力势能，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。该自行小车在前行时能够自动避开赛
2、道上设置的障碍物（每间隔 1 米，放置一个直径为 20mm，高为 200mm 的弹性障碍圆棒） 。此模型最大的特点是将重力势能转化为齿轮的转动，进而根据大小齿轮的粘合带动驱动轮和转向轮，从而按照规定的路线完成任务。本文将对无碳小车模型的设计过程，结构功能特点等进行详细的介绍。关键词：无碳小车 齿轮粘合 驱动轮 转向轮 安全高效 方便灵活 创新理念。二：引言：1.1 “环保在身边之无碳生活 ”一帖在东楚网黄石新闻网发出后，众多网友纷纷跟帖支招，倡导“无碳生活” 。多数网友认为，对社会整体而言，完全“无碳”难以做到，但有意识地减少“碳排放” ，却是随时随地可做的事，勿因善小而不为1.2 随着社会科
3、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。1.3 无碳小车的设计与发明，是国家和社会对能源问题和环境问题的更加重视1.4“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，无一例外选择了提倡推广低碳车。 ”许多人认为，确保无碳车道便利通达，既是现实选择，也是大势所趋。现在许多发达国家都把无碳技术运用到各个领域，像交通，家庭用具等，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，用重力势能转换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
4、。三：任务和要求设计思路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：沈阳理工大学应用技术学院基本原理该方案由物块从 0.5 米高处铅直下落，通过悬线，滑轮，齿轮系来带动小车先匀速前进后靠惯性继续前行。再由齿轮，凸轮，连杆，弹簧，从起步处开始转向走
5、出 s 形路线，来使小车完成转向目的。设计亮点 1，齿轮系:由齿轮系的传动比功能来使重物匀速下落，小车匀速前进。这样有利于小车稳定转向和增长小车前进距离。2，凸轮：转向稳定且消耗能量较小。3，后轮：轮直径较大，利于增大前进距离和小车的稳定。驱动系统（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。拉力作用于固定在后轮轴上的带轮上，形成力矩，力矩对该原动轮产生转动效应，从而带动其同轴上的大齿轮转动，再由大齿轮传给后轴上的
6、小齿轮使小车前进。（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。启动时转矩稍大于阻力使小车启动，启动后转矩与阻力平衡小车匀速前进。当重物下落完毕时小车靠惯性减速行驶。（3）运动过程：用缠线方法来使小车驱动。细线的一端连接物块，另一端均匀紧密缠绕在带轮上。在通过齿轮系传送使小车前进。齿轮的传动比是*。带轮转一圈，后轴转*圈。物块下降*mm 小车前进*mm。四：方案设计及论证机械方案设计1、命题要求：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。 2、设计方案：a) 设计结构：无碳小车系统主要分四个结构：动力装置、传动装
7、置、转向装置、车身装置。无 碳 小 车动 力 装 置车 身 装 置传 动 系 统 转 向 机 构图 1：结构模块图克的重块从距小车平板 565mm 位置上（落差 500mm+重块高 65mm）下落。通过细线以及滑轮连接到小车驱动轴上。经过这样一个系统可以实现把重块的重力势能转化为小车的动能。图 2：驱动装置图b) 传动系统：通过齿轮齿数的不同，来改变传动比，以确保固定的周期。c) 转向机构：通过双曲杆摇柄机杆连接槽轮及前轮，使转向轮按照严格的正弦曲线形走，实现最终的预想轨迹。图 3：转向机构图车身体：多处掏空，减轻重量。载重利用槽机构，既减轻了重量，又保证重物不滑落。转向系统（1）方案：根据小
8、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：S 形曲线。根据凸轮外弧曲线是小车前轮偏转相应的角度（2）运动过程：当凸轮转动挤压连杆，在弹簧的作用下，连杆来回伸缩，通过前轮轮叉使前轮转动，从而使小车转向传动系统（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） ，通过齿轮和传动轴将小车动力传递到小车的转向系统。（2）以上方案作用：传动系统是连接动力系统与转向系统的桥梁，通过固定在带轮上的大齿轮转动带动凸轮轴上的齿轮转动，从而使凸轮转
9、动。实现小车转向动力的来源。2.2 工艺方案设计1、命题要求：以 5 焦耳重力势能为唯一能量的、具有连续避障功能的三轮小车。加工工艺：用普通车床、铣床、线切割加工普通工件。由于选材为铝质地较为柔软，所以在车铣加工中转速不宜过快。要求工件表面光滑，尺寸精确。装配时各零件主要用螺钉，键来组装。拉绳用*。滑动位置用轴承，卡簧来组装。基本过程：先用毛坯下料，再根据加工零件不同，选用不同工种进行精加工。最后通过组装调试修改来完成。2 主要零件工艺分析：主要零件尺寸及其加工过程：底板：用铝板毛坯下料数控铣床加工出模型钻床打孔攻丝 车轮： 用铝板毛坯下料数控铣床加工轴 : 用铝柱毛坯下料数控车床加工打磨轴支
10、架： 用铝块毛坯下料普铣加工出型钻床打孔攻丝 齿轮： 用铝板毛坯下料线切割加工打磨 立板： 用铝板毛坯下料普铣掏空钻床打孔攻丝 凸轮：用铝板毛坯下料数控铣床加工打磨连杆：用铝柱毛坯下料普车加工打磨其余零件用标准件即可。注， 不作精确要求，合适即可。 1、齿轮机构：齿轮是机械结构中最常见的传动系统零件，本小车中齿轮机构用在了两个部分：第一部分，驱动轮启动部分；第二部分，凸轮机构的转动部分。通常加工方法为插齿机或滚齿机，由于加工设备的限制，本小车中所有的齿轮都是用线切割机床完成的。2、凸轮：凸轮机构是本小车中要完成转向系统的主要零部件。由于该零件要求精度高，外形结构比较复杂，因此采用数控铣方法进行
11、加工。首先通过 UG 制图软件造出凸轮的三维立体模型，再通过加工编程软件 masterCAM 进行编程加工。1、带轮机构：本无碳小车中带轮机主要用于驱动轮部分的传动，材料采用尼龙，这样零件本身重量轻，容易加工，加工方法采用普通车床。3、轴类零件：根据轴类零件的特点，本小车所有轴类零件均采用了普通车床进行加工。4、板类、杆类零件：板类零件的主要零件为车体主板，本小车车体主板采用数控铣进行，小车剩余其它板类、杆类零件均采用普通铣床方法进行加工。2.1 小车整体及外观设计(初步设计)小车底板设计：小车底板宽度 180mm，总长度 300mm，前半部分采用等腰梯形，上底 100mm，下底 180mm，
12、高 100mm，后半部分为矩形设计长为 200mm，宽度为 180mm。底板厚度 3mm。重物支撑架设计：采用长度为 600mm，宽度 50mm，厚度为 3mm 中部为空的塑料板，另外重物支撑架两边用两根长度为 300mm 的塑料棒支撑。转向装置设计：转向连杆统一采用直径 1mm 的硬质铝棒，中轴采用钢棒。转向轮位于小车中轴线上，转向轮轴线与前底板相距30mm。转向轮外径为 50mm，最大宽度 15.625mm。后轮驱动设计：后轮外径 60mm，宽度为 10mm，两轮中轴线离后底板30mm，采用嵌入式放置，小齿轮位于两后轮连线中心处。外 观 设 计：外观标幅以学校标志为主。注重不同颜色涂漆的结
13、合使用。载 物 放 置：放与小车中前部，使其同时起到平衡小车的作用。2.2 最终方案本次方案设计中，分初次比赛用车和后期比赛用车（如果许可，可以直接用后期设计方案） ，前后用车主要不同处在于前轮转向及轨道设计，与费用不产生太大影响，但是方案二为我组主要设计方案。能量系统设计，以经发条实现二次转换为主，但也有备用方案。备用方案仅做意见保留。五：材料及成本分析5.1 小车应用材料种类：塑料 硬质铝 磁铁 钢柱 细线5.2 小车整体材料种类本次方案中主要材料种类如下：小车底板及重物支撑架：塑料为主.后轮设计：塑料为主（成品设计） 。前轮（前期）：硬质铝。齿轮：塑料（成品设计） 。重物下落固定物：磁铁
14、。连杆等：硬质铝。前后轮中轴：钢。装饰：塑料为主。发条：买标准品。5.3 小车经济成本分析：1）小车主要零件成本分析1、驱动轮：驱动轮采用普通铝合金，市场价格约为 25 元/公斤，材料费与工时费合用约 210 元（其中加工工时费约为 160 元） 。2、主板及支架：主板采用普通铝合金，市场价格约为 25 元/公斤，材料费与工时费合用约 400 元（其中加工工时费约为 300 元） 。3、带轮：带轮材料为尼龙，市场价格约为 20 元/公斤，材料费与工时费合用约 100 元（其中加工工时费约为 60 元） 。 4、轴类零件：采用普通铝合金制作，市场价格约为 25 元/公斤，材料费与工时费合用约 6
15、0 元（其中加工工时费约为 40 元） 。5、标准件：轴承、螺钉、细绳等，材料费约为 110 元。2）总经济成本分析1、主要零部件中普通铝合金需要大约 8 公斤，材料费用为 200 元；尼龙类材料需要大约 2 公斤，材料费用为 40 元；2、主要零部件加工工时费约为 560 元；3、其他材料（包括轴承、手工制作铝板型材等）费用 110 元；经过以上分析本无碳小车的经济成本大约为 670 元。六：参考文献:1周良德,朱泗芳.现代工程图学.湖南科学技术出版社,2002。2 程靳, 黄毅.理论力学.哈尔滨工业大学理论力学教研室.2009。3 赵近芳,黄克立.大学物理学.北京邮电大学出版社。2008。4 齿轮机构及其设计,主编:邱映辉等,机械设计,清华大学出版社,2004。5 王跃进,机械原理作,北京大学出版社,2009。6 陈铁鸣主编 . 机械设计 . 第四版 . 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，20067 王连明宋宝玉等主编 . 机械设计课程设计 . 第二版 . 哈尔滨：哈尔滨工业大学，20058 北京科技大学，东北大学编. 工程力学. 第 4 版. 北京：高等教育出版社，2008.七：无碳小车徽标
