1、 - 1 - 第三届山东大学 大学生工程训练综合能力竞赛 结构设计报告 总 6 页 第 1 页 产品名称：无碳小车 编号 S07 1、设计概述 根据比赛的要求以及小车运行的效果 ， 结构设计要考虑以下几方面因素： 1.结构简单，减少制造、装配环节，易于保证传动及运行精度； 2.传动效率高，采用各种提高效率措施； 3.可调性高，调节方便灵活； 4.能量损耗小，能将重力势能充分转化成动能； 5.传动合理、精确、平稳，保证小车运行轨迹和距离； 6.选材合理，易于加工，降低制造成本。 2、设计方案 1.车体：车底 板 制作成三角 梯形 ，与整体结构大致形成流线型，将空气的湍流转化成层流，能减少行进过程
2、中的摩擦阻力，有利于能量的保存。选取 8mm 铝 合金 板 作为制作材料， 设立基准，在加工过程中不易变形，能保证垂直度，在具有一定重量的情况下无需增加配重，能保持车体的平衡性 ，且易于加工，在各种材料中优势明显。 车宽较小，车的转弯十分灵活；车长较长，能使运行更加平稳。 2.减速 机构： 小车前进过程中一定要控制速度。速度太快会使能量衰减过快，而且容易偏离正弦轨迹；速度太慢会加大能量损耗，且在场地遇到凹陷或者凸起易使小车无法继续前行。因此， 小车应采用合适的减速机构来使小车速度适中。 通过一定滑轮连接重物，细线的另一端 缠绕足够的圈数在一剖面为梯形的转轴上作为绕线轴，当重物下落的时候，首先带
3、动大端放线 以便在小车启动开始提供足够大的力矩使小车运动 ；在小车运行过程中，小车小端放线，能有效减慢小车速度，确保小车运行轨迹不发生变化。支架选用 角铝 ，在减轻重量的同时也能很好的固定住重物使其不会左右太过晃动而影响到整个小车的前进。 定滑轮直径大小以保证绕线垂直为最佳，使重物下落不会产生偏移力矩使小车运行不平稳。 - 2 - 3.传送机构： 大齿轮与一小齿轮啮合，小齿轮与主动 轮同轴。 小车 应采用 双轮差速驱动，转动轴一端与主动轮固定，另一端与从动轮连接但不固定，这样可以保证在转弯的时候外轮的速度与内轮的速度不同，从而减小滑动摩擦 （因为双轮驱动会使其中一轮与地面打滑，滑动摩擦比滚动摩
4、擦损耗能量大，且轨迹无法确定，所以不拟采用双轮驱动） 。经各项数据分析可知，后轮应采用刚度大，与地面摩擦系数小的材料，因此采用 铝合金 作为制作材料 ，而且与地面接触的轮宽尽量窄 。 4.转向机构 :传动轴上嵌一大齿轮，且 大齿轮制作成一偏心轴，套一连杆，连杆 两 端 各 采用球头万向节以 方便灵活进行角度调整，万向节两端伸出长度相等的平行轴分别对前叉和大齿轮连接。万向节能有效 减少摩擦损耗。 为增加整个小车的稳定性，前叉尽量长一些，前叉的轴上车螺纹，使前叉能够进行上下调整。考虑到转向问题，前叉上面镶两盘轴承方便进行转向。 制作注意事项：为保证高精度，可以考虑采用摆线齿轮（渐开线齿轮虽然常见，
5、但是其精度较低）。 为保证啮合度且减轻重量，大齿轮尽量制作薄一些，小齿轮尽量做厚一些。 5.微调机构 ： 为了便于进行调节，在连杆与大齿轮接触处采用左旋右旋螺纹机构，能对连杆的长 度进行微调，以改变行进的距离与角度之间 的关系，操作起来方便灵活；前叉上面有螺钉能方便进行前叉角度的微调，在起发点能精确定位角度，以保证小车按照标准轨迹运行；设立前导轨能进行前叉的前后调节，以此改变车身的长度以及运行角度，使小车运行准确。 6.支撑机构：支撑机构选用长短合适的角铝，在角铝上部用等宽角铝制作成平面，选用较细的轴穿定滑轮上的轴承，轴的两端个用一块铝板压住，铝板上面刻有凹槽，这样既能稳定牢固住定滑轮，又能使定滑轮前后位置进行调整，以保证绕线垂直。 由于小车按如图 2 的正弦轨迹运行， 轨迹的振幅为 25cm,一个周期大约需行走 2.35 米，若取后 轮直径 D=150，则后轮转 5圈小车 运行一个轨迹周期。取齿轮传动比为 1:5，则在一个运 行周期内大齿轮需转动一转。在大齿轮上加一偏心连杆机构，则可实现前轮的转向 大小齿轮齿数比为 5： 1，大齿轮齿数为 Z175，小齿轮为 Z215，模数 m=0.75。 - 3 - - 4 - 材料科学与工程学院 10级 李恒怡 肖遥 茹佳峰
