無碳小車說明書完

1、無碳小車設計說明書 2011-5-20目錄一：摘要;：二：引言：三：任務和要求3.1設計思路 3.2基本原理四：方案設計及論證4.1機械方案設計4.1.1傳動系統(tǒng)4.1.2轉(zhuǎn)向系統(tǒng)4.2工藝方案設計 74.3小車整體及外觀設計 84.4最終方案 8五：材料及成本分析5.1小車整體材料種類 95.2小車各部位材料選擇 95.3小車經(jīng)濟成本分析 9六：參考文獻七：無碳小車徽標摘要是依據(jù)競賽命題主題“無碳小車”，提出一種“無碳”方法，帶動小車的運行，即給定一重力勢能，根據(jù)能量轉(zhuǎn)換原理，設計了一種可將該重力勢能轉(zhuǎn)化為機械能并用來驅(qū)動小車行走的裝置。該自行小車在前行時能夠自動避開賽道上設置的障礙物（每間

2、隔1米，放置一個直徑為20mm，高為200mm的彈性障礙圓棒）。此模型最大的特點是將重力勢能轉(zhuǎn)化為齒輪的轉(zhuǎn)動，進而根據(jù)大小齒輪的粘合帶動驅(qū)動輪和轉(zhuǎn)向輪，從而按照規(guī)定的路線完成任務。本文將對無碳小車模型的設計過程，結(jié)構(gòu)功能特點等進行詳細的介紹。關(guān)鍵詞：無碳小車 齒輪粘合 驅(qū)動輪 轉(zhuǎn)向輪 安全高效 方便靈活 創(chuàng)新理念。二：引言： 1.1 “環(huán)保在身邊之無碳生活”一帖在東楚網(wǎng)黃石新聞網(wǎng)發(fā)出后，眾多網(wǎng)友紛紛跟帖支招，倡導“無碳生活”。多數(shù)網(wǎng)友認為，對社會整體而言，完全“無碳”難以做到，但有意識地減少“碳排放”，卻是隨時隨地可做的事，勿因善小而不為1.2 隨著社會科技的發(fā)展，人們的生活水平的提高，無碳對

3、于人們來說，顯得越來越重要，建設無碳社會，使得生活更加的環(huán)保，沒有任何的污染。1.3無碳小車的設計與發(fā)明，是國家和社會對能源問題和環(huán)境問題的更加重視1.4“無碳車是比較環(huán)保的短途代步工具，節(jié)能、經(jīng)濟、方便，環(huán)保。因此，在人均擁有汽車比例很高的歐美發(fā)達國家，無一例外選擇了提倡推廣低碳車?！痹S多人認為，確保無碳車道便利通達，既是現(xiàn)實選擇，也是大勢所趨?，F(xiàn)在許多發(fā)達國家都把無碳技術(shù)運用到各個領域，像交通，家庭用具等，這也是我國當今所要求以及努力的方向。針對目前這一現(xiàn)狀，我們設計了無碳小車模型，用重力勢能轉(zhuǎn)換為機械能提供了一種全新的思路，以便更好的解決以上問題。三：任務和要求 設計思路1，根據(jù)能量守恒

4、定律，物塊下落的重力勢能直接轉(zhuǎn)化為小車前進的動能時，能量損失最少，所以小車前進能量來源直接由重物下落過程中減少的重力勢能提供為宜。2、根據(jù)小車功能設計要求（小車在前行時能夠自動避開賽道上設置的障礙物），小車前進的路線具有一定的周期性；考慮到小車轉(zhuǎn)向時速度有損失，小車前進的線路是命題設計要求的最優(yōu)解。3、結(jié)構(gòu)的設計與成本分析、加工工藝設計統(tǒng)籌考慮，力求產(chǎn)品的最優(yōu)化設計。4、徽標：沈陽理工大學應用技術(shù)學院基本原理該方案由物塊從0.5米高處鉛直下落，通過懸線，滑輪，齒輪系來帶動小車先勻速前進后靠慣性繼續(xù)前行。再由齒輪，凸輪，連桿，彈簧，從起步處開始轉(zhuǎn)向走出s形路線，來使小車完成轉(zhuǎn)向目的。設計亮點 1

5、，齒輪系:由齒輪系的傳動比功能來使重物勻速下落，小車勻速前進。這樣有利于小車穩(wěn)定轉(zhuǎn)向和增長小車前進距離。2，凸輪：轉(zhuǎn)向穩(wěn)定且消耗能量較小。3，后輪：輪直徑較大，利于增大前進距離和小車的穩(wěn)定。驅(qū)動系統(tǒng)（1）方案：根據(jù)競賽命題要求（小車前行過程中完成的所有動作所需的能量均重物下落減少重力勢能轉(zhuǎn)換獲得，不可使用任何其他的能量形式）及能量守恒定律，物塊下落的重力勢能直接轉(zhuǎn)化為小車前進的動能時，能量損失最少，所以以繩拉力為動力為宜。拉力作用于固定在后輪軸上的帶輪上，形成力矩，力矩對該原動輪產(chǎn)生轉(zhuǎn)動效應，從而帶動其同軸上的大齒輪轉(zhuǎn)動，再由大齒輪傳給后軸上的小齒輪使小車前進。（2）以上方案作用：由于設計該小

6、車的前進過程是 靜止加速勻速減速 的過程。啟動時轉(zhuǎn)矩稍大于阻力使小車啟動，啟動后轉(zhuǎn)矩與阻力平衡小車勻速前進。當重物下落完畢時小車靠慣性減速行駛。（3）運動過程：用纏線方法來使小車驅(qū)動。細線的一端連接物塊，另一端均勻緊密纏繞在帶輪上。在通過齒輪系傳送使小車前進。齒輪的傳動比是*。帶輪轉(zhuǎn)一圈，后軸轉(zhuǎn)*圈。物塊下降*mm小車前進*mm。四：方案設計及論證機械方案設計1、命題要求：給定一重力勢能，根據(jù)能量轉(zhuǎn)換原理，設計一種可將該重力勢能轉(zhuǎn)換為機械能并可用來驅(qū)動小車行走的裝置。 2、設計方案：a) 設計結(jié)構(gòu)：無碳小車系統(tǒng)主要分四個結(jié)構(gòu)：動力裝置、傳動裝置、轉(zhuǎn)向裝置、車身裝置。圖1：結(jié)構(gòu)模塊圖克的重塊從距

7、小車平板565mm位置上（落差500mm+重塊高65mm）下落。通過細線以及滑輪連接到小車驅(qū)動軸上。經(jīng)過這樣一個系統(tǒng)可以實現(xiàn)把重塊的重力勢能轉(zhuǎn)化為小車的動能。圖2：驅(qū)動裝置圖b) 傳動系統(tǒng)：通過齒輪齒數(shù)的不同，來改變傳動比，以確保固定的周期。c) 轉(zhuǎn)向機構(gòu)：通過雙曲桿搖柄機桿連接槽輪及前輪，使轉(zhuǎn)向輪按照嚴格的正弦曲線形走，實現(xiàn)最終的預想軌跡。圖3：轉(zhuǎn)向機構(gòu)圖車身體：多處掏空，減輕重量。載重利用槽機構(gòu)，既減輕了重量，又保證重物不滑落。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（1）方案：根據(jù)小車功能設計要求（小車在前行時能夠自動避開賽道設置的障礙物）及轉(zhuǎn)向特點，采取小車前進軌跡為：S形曲線。根據(jù)凸輪外弧曲線是小車前輪偏轉(zhuǎn)相應的角

8、度（2）運動過程：當凸輪轉(zhuǎn)動擠壓連桿，在彈簧的作用下，連桿來回伸縮，通過前輪輪叉使前輪轉(zhuǎn)動，從而使小車轉(zhuǎn)向傳動系統(tǒng)（1）方案：根據(jù)競賽命題要求（小車前行過程中完成的所有動作所需的能量均重物下落減少重力勢能轉(zhuǎn)換獲得，不可使用任何其他的能量形式；小車在前行時能夠自動避開賽道設置的障礙物），通過齒輪和傳動軸將小車動力傳遞到小車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。（2）以上方案作用：傳動系統(tǒng)是連接動力系統(tǒng)與轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的橋梁，通過固定在帶輪上的大齒輪轉(zhuǎn)動帶動凸輪軸上的齒輪轉(zhuǎn)動，從而使凸輪轉(zhuǎn)動。實現(xiàn)小車轉(zhuǎn)向動力的來源。2.2工藝方案設計1、 命題要求：以5焦耳重力勢能為唯一能量的、具有連續(xù)避障功能的三輪小車。加工工藝：用普通車床、

9、銑床、線切割加工普通工件。由于選材為鋁質(zhì)地較為柔軟，所以在車銑加工中轉(zhuǎn)速不宜過快。要求工件表面光滑，尺寸精確。裝配時各零件主要用螺釘，鍵來組裝。拉繩用*?；瑒游恢糜幂S承，卡簧來組裝。基本過程：先用毛坯下料，再根據(jù)加工零件不同，選用不同工種進行精加工。最后通過組裝調(diào)試修改來完成。2主要零件工藝分析：主要零件尺寸及其加工過程： 底板：用鋁板毛坯下料數(shù)控銑床加工出模型鉆床打孔攻絲 車輪： 用鋁板毛坯下料數(shù)控銑床加工 軸 : 用鋁柱毛坯下料數(shù)控車床加工打磨 軸支架： 用鋁塊毛坯下料普銑加工出型鉆床打孔攻絲 齒輪： 用鋁板毛坯下料線切割加工打磨 立板： 用鋁板毛坯下料普銑掏空鉆床打孔攻絲 凸輪：用鋁板毛

10、坯下料數(shù)控銑床加工打磨連桿：用鋁柱毛坯下料普車加工打磨其余零件用標準件即可。 注， 不作精確要求，合適即可。 1、齒輪機構(gòu)：齒輪是機械結(jié)構(gòu)中最常見的傳動系統(tǒng)零件，本小車中齒輪機構(gòu)用在了兩個部分：第一部分，驅(qū)動輪啟動部分；第二部分，凸輪機構(gòu)的轉(zhuǎn)動部分。通常加工方法為插齒機或滾齒機，由于加工設備的限制，本小車中所有的齒輪都是用線切割機床完成的。2、凸輪：凸輪機構(gòu)是本小車中要完成轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的主要零部件。由于該零件要求精度高，外形結(jié)構(gòu)比較復雜，因此采用數(shù)控銑方法進行加工。首先通過UG制圖軟件造出凸輪的三維立體模型，再通過加工編程軟件masterCAM進行編程加工。1、帶輪機構(gòu)：本無碳小車中帶輪機主要用于

11、驅(qū)動輪部分的傳動，材料采用尼龍，這樣零件本身重量輕，容易加工，加工方法采用普通車床。3、軸類零件：根據(jù)軸類零件的特點，本小車所有軸類零件均采用了普通車床進行加工。4、板類、桿類零件：板類零件的主要零件為車體主板，本小車車體主板采用數(shù)控銑進行，小車剩余其它板類、桿類零件均采用普通銑床方法進行加工。2.1小車整體及外觀設計(初步設計)小車底板設計：小車底板寬度180mm，總長度300mm，前半部分采用等腰梯形，上底100mm，下底180mm，高100mm，后半部分為矩形設計長為200mm，寬度為180mm。底板厚度3mm。重物支撐架設計：采用長度為600mm，寬度50mm，厚度為3mm中部為空的塑

12、料板，另外重物支撐架兩邊用兩根長度為300mm的塑料棒支撐。轉(zhuǎn)向裝置設計：轉(zhuǎn)向連桿統(tǒng)一采用直徑1mm的硬質(zhì)鋁棒，中軸采用鋼棒。轉(zhuǎn)向輪位于小車中軸線上，轉(zhuǎn)向輪軸線與前底板相距30mm。轉(zhuǎn)向輪外徑為50mm，最大寬度15.625mm。后輪驅(qū)動設計：后輪外徑60mm，寬度為10mm，兩輪中軸線離后底板30mm，采用嵌入式放置，小齒輪位于兩后輪連線中心處。外 觀 設 計：外觀標幅以學校標志為主。注重不同顏色涂漆的結(jié)合使用。載 物 放 置：放與小車中前部，使其同時起到平衡小車的作用。2.2最終方案本次方案設計中，分初次比賽用車和后期比賽用車（如果許可，可以直接用后期設計方案），前后用車主要不同處在于前輪

13、轉(zhuǎn)向及軌道設計，與費用不產(chǎn)生太大影響，但是方案二為我組主要設計方案。能量系統(tǒng)設計，以經(jīng)發(fā)條實現(xiàn)二次轉(zhuǎn)換為主，但也有備用方案。備用方案僅做意見保留。五：材料及成本分析5.1小車應用材料種類：塑料 硬質(zhì)鋁 磁鐵 鋼柱 細線5.2小車整體材料種類本次方案中主要材料種類如下：小車底板及重物支撐架：塑料為主.后輪設計：塑料為主（成品設計）。前輪（前期）：硬質(zhì)鋁。齒輪：塑料（成品設計）。重物下落固定物：磁鐵。連桿等：硬質(zhì)鋁。前后輪中軸：鋼。裝飾：塑料為主。發(fā)條：買標準品。5.3小車經(jīng)濟成本分析：1）小車主要零件成本分析1、驅(qū)動輪：驅(qū)動輪采用普通鋁合金，市場價格約為25元/公斤，材料費與工時費合用約210元

14、（其中加工工時費約為160元）。2、主板及支架：主板采用普通鋁合金，市場價格約為25元/公斤，材料費與工時費合用約400元（其中加工工時費約為300元）。3、帶輪：帶輪材料為尼龍，市場價格約為20元/公斤，材料費與工時費合用約100元（其中加工工時費約為60元）。 4、軸類零件：采用普通鋁合金制作，市場價格約為25元/公斤，材料費與工時費合用約60元（其中加工工時費約為40元）。5、標準件：軸承、螺釘、細繩等，材料費約為110元。2）總經(jīng)濟成本分析1、主要零部件中普通鋁合金需要大約8公斤，材料費用為200元；尼龍類材料需要大約2公斤，材料費用為40元；2、主要零部件加工工時費約為560元；3、其他材料（包括軸承、手工制作鋁板型材等）費用110元；經(jīng)過以上分析本無碳小車的經(jīng)濟成本大約為670元。六：參考文獻:1周良德,朱泗芳.現(xiàn)代工程圖學.湖南科學技術(shù)出版社,2002。2 程靳, 黃毅.理論力學.哈爾濱工業(yè)大學理論力學教研室.2009。3 趙近芳,