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无碳小车设计方案概述

小组成员：

•课题任务

•设计思路

•机构的设计

•小车的制作

•方案评价

课题任务

设计“无碳小车”将质量为1Kg，

落差为400mm的普通碳钢圆柱形重物铅

垂下落所具有的重力势能转换为小车水

平行驶的动能，并在特定可调节机构的

作用下，使小车轨迹为“8”字形，

在设计中不能依靠任何其他能源来驱动

小车的前进。

设计思路

通过对大赛要求的仔细分析，我们分析得

出：

小车主要有驱动和转向两个功能。相应的，我

们需要设计一个驱动机构能将重物下落的重力

势能高效地转化为小车前进的动能；对于转向

机构两个特殊要求：

1）需要实现在一个周期内的自动转向，不能

有电路控制或者人为的控制。

2）每个周期转向的范围和幅度要保持固定，

实现周期性的转向，精确的轨迹控制。

机构的设计

1、驱动机构

我们采用一级齿轮传动的设计方案。首

先我们需要在两根传动轴上安装能够相

互啮合的一对直齿轮，前轴上安装小齿

轮，在后轴上安装大齿轮，把重物绕线

绕于前轴，通过齿轮传动的传动比将重

物下降的行程放大。具体如下图所示：

机构的设计

2、差速机构

为了保证曲线行驶两轮差速，小车

的结构必须采用能够允许驱动车轮以不

同的角速度转动。对于三轮结构，最简

机构的设计

3、转向机构

经分析我们发现，小车轨迹若为

“8”字形，则在一个周期内的左转与右转

皆为大角度的转向。故我们在曲柄摇杆

机构的基础上，采用图示特殊机构让曲柄

1间歇带动曲柄2转动，继而带动前轮间歇

性转向。为保证小车轨迹大小可调，故设

计时让曲柄与连杆长度可调。

小车的制作

在保证小车强度的前提下，我们尽

量减轻小车的总体质量以保证启动。小车

制作材料上大体采用亚克力板经过激光切

割加工，对驱动轮和从动轮采用轮辐结构

。由于“无碳小车”属于单件生产，故成

本很高，在加工过程中，我们充分利用现

有资源，采用不同工种的加工方法，在保

证精度的基础上降低成本。

方案评价

优点：

小车运行平稳，转向准确。

缺点：

能量损失大，小车调试较。