无碳小车实验报告材料
机械原理课程设计报告书
设计题目: 竞赛题目无碳小车的设计
课程名称：《机械原理课程设计》
学生姓名：
学生学号：
所在学院：海洋信息工程学院
学习专业：机械设计制造及其自动化
指导教师：宫文峰
2015年 12月11日
目录 (2)
第一章概述 (3)
1.1课程设计任务与目的 (3)
1.1.2 课程设计任务 (3)
1.2 无碳小车设计的目的与任务 (3)
第二章选题介绍 (4)
2.1选题背景、意义 (4)
第三章总体设计 (4)
3.1方案设计 (4)
3.1.3传动机构 (5)
3.1.4转向机构 (6)
3.1.5行走机构 (7)
3.1.6微调机构 (8)
第四章运动分析 (9)
4.1用解析法进行机构的运动综合与分析 (9)
4.2齿轮参数的分析 (12)
第五章设计小结 (12)
参考文献： (13)
第一章概述
机械原理课程设计是机械类各专业学生第一次课程设计，是重要的实践性教学环节，对于培养学生机械系统运动方案设计和创新设计能力、解决工程实际中机构分析和设计能力等有着十分重要意义。
本次课程设计以第五届全国大学生工程能力综合训练竞赛“无碳小车”题目为基础，进行创新设计。设计对题目进行了从新分解，运用课程内所学知识，通过查阅资料结合前人经验，从几个方面进行方案的设计与分析选择，依据机械机构的设计理念，设计出一个完全依靠重力势能提供动力，以平面转向机构实现周期性转向自动避让障碍物的轻质小车方案。1.1 课程设计目的与任务
1.1.1课程设计目的
1）综合运用机械原理课程的理论和实践知识，分析和解决与本课程有关的实际问题，促进所学理论知识的巩固、深入和归纳；
2）培养学生的创新设计能力、综合设计能力与团队协作精神；
3）加强学生动手能力的培养和工程实践的训练，提高学生针对实际需求进行创新思维、综合和工艺制作等实际工作能力；
4）提高学生运算、绘图、表达、运用计算机、搜集和整理资料能力；
5）为将来从事技术工作打基础。
1.1.2 课程设计任务
结合一个简单或中等复杂程度的机械系统，让学生根据使用要求和功能分析，开拓思路，敢于创新，巧妙地构思其工作原理和选择工艺动作过程；由所选择的工作原理和工艺动作过程综合应用所学过的各类常用机构的结构组成、运动原理、工作特点及应用场合等知识，进行机构的选型、创新与组合，构思出各种可能的运动方案，并通过方案评价、优化筛选，选择最佳方案；就所选择的最佳运动方案，应用计算机辅助分析和设计方法（也可以使用图解法）进行机构尺度综合和运动分析；由运动方案和尺度综合结果绘制机构系统运动简图。1.2 无碳小车设计的目的与任务
设计一种小车，驱动其行走及转向的能量是根据能量转换原理，由给定重力势能转换而
得到的。该给定重力势能由质量为1Kg的标准砝码（￠50×65 mm，碳钢制作）来获得，砝码的可下降高度为400±2mm。标准砝码始终由小车承载，不从小车上掉落。图1为小车示意图。
小车在行走过程中完成所有动作所需的能量均由此给定重力势能转换而得，小车具有转向控制机构，且此转向控制机构具有可调节功能。
第二章选题介绍
2.1选题背景、意义
本设计源于6年第五届全国大学生工程能力综合训练竞赛“无碳小车”，该竞赛要求以一个指定尺寸与质量的重块为动力源，用能量的转换来取得动能，小车能依据自动转向装置来达到绕过事先安排障碍物的目的。挑战杯是“挑战杯”全国大学生系列科技学术竞赛的简称，是由共青团中央、中国科协、教育部和全国学联、地方省级人民政府共同主办的全国性的大学生课外学术科技创业类竞赛，承办高校为国内著名大学。“挑战杯”竞赛在中国共有两个并列项目，一个是“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛（大挑）；另一个则是“挑战杯”中国大学生创业计划竞赛（小挑）。这两个项目的全国竞赛交叉轮流开展，每个项目每两年举办一届。“挑战杯”系列竞赛被誉为中国大学生学生科技创新创业的“奥林匹克”盛会，是目前国内大学生最关注最热门的全国性竞赛，也是全国最具代表性、权威性、示范性、导向性的大学生竞赛。
随着人们节能环保意识的提升，无碳的理念也越来越被人们提上研究的课题。更洁净、更环保、更节能、更高效的理念也深入人心。本小车是对“无碳”理念的探索与开发，对未来“无碳”的憧憬。小车构思巧妙，在完成设计的要求下充分考虑了外观和成本等问题，方便以后的扩展和进一步的开发。并能满足大部分初高中及大学学生对机械知识实践的实验与了解。对激发青少年对机械构造的热情有深远的影响。
第三章总体设计
3.1方案设计
通过对小车的功能分析小车需要完成重力势能的转换、驱动自身行走、自动避开障碍物。为了方便设计这里根据小车所要完成的功能将小车划分为五个部分进行模块化设计（车架、原动机构、传动机构、转向机构、行走机构、微调机构）。为了得到令人满意方案，采用扩展性思维设计每一个模块，寻求多种可行的方案和构思。经过对比各种方案的优缺点，结合实际情况选取符合合适的方案。
3.1.1车架
车架不用承受很大的力，精度要求低。考虑到重量影响加工难易等，车架采用铝合金制作成三角底板式。
图一
3.1.2原动机构
原动机构的作用是将重块的重力势能转化为小车的驱动力。能实现这一功能的方案有多种，就效率和简洁性来看绳轮最优。小车对原动机构还有其它的具体要求。1.驱动力适中，不至于小车拐弯时速度过大倾翻，或重块晃动厉害影响行走。2.到达终点前重块竖直方向的速度要尽可能小，避免对小车过大的冲击。同时使重块的动能尽可能的转化到驱动小车前进上，如果重块竖直方向的速度较大，重块本身还有较多动能未释放，能量利用率不高。3.由于不同的场地对轮子的摩擦摩擦可能不一样，在不同的场地小车是需要的动力也不一样。在调试时也不知道多大的驱动力恰到好处。因此原动机构还需要能根据不同的需要调整其驱动力。4.机构简单，效率高。
基于以上分析我们提出了输出驱动力可调的绳轮滚筒式原动机构。通过改变绳子绕在绳轮上不同位置来改变其输出的动力。
3.1.3传动机构
传动机构的功能是把动力和运动传递到转向机构和驱动轮上。要使小车行驶的更远及按设计的轨道精确地行驶，传动机构必需传递效率高、传动稳定、结构简单重量轻等。
1.不用其它额外的传动装置，直接由动力轴驱动轮子和转向机构，此种方式效率高、结构最简单。但重锤很大一部分能量转换成了重锤的动能，在不考虑其它条件时这是最优的方式。
2.带轮具有结构简单、传动平稳、价格低廉、缓冲吸震等特点但其效率及传动精度并不高。不适合本小车设计。
3.齿轮具有效率高、结构紧凑、工作可靠、传动比稳定但价格较高。因此在第一种方式不能够满足要求的情况下优先考虑使用齿轮传动。
因此，比较上述几种机构选择齿轮作为小车的传动机构。
3.1.4转向机构
转向机构是本小车设计的关键部分，直接决定着小车的功能。转向机构也同样需要尽可能的减少摩擦耗能，结构简单，零部件已获得等基本条件，同时还需要有特殊的运动特性。能够将旋转运动转化为满足要求的来回摆动，带动转向轮左右转动从而实现拐弯避障的功能。能实现该功能的机构有：凸轮机构+摇杆、曲柄连杆+摇杆、曲柄摇杆、锥齿轮加曲柄摆杆机构等等。
凸轮：凸轮是具有一定曲线轮廓或凹槽的构件，它运动时，通过高副接触可以使从动件获得连续或不连续的任意预期往复运动。
优点：只需设计适当的凸轮轮廓，便可使从动件得到任意的预期运动，而且结构简单、紧凑、设计方便；缺点：凸轮轮廓加工比较困难。
在本小车设计中由于：凸轮轮廓加工比较困难、尺寸不能够可逆的改变、精度也很难保证、重量较大、效率低能量损失大（滑动摩擦）因此不采用
曲柄连杆+摇杆：
优点：运动副单位面积所受压力较小，且面接触便于润滑，故磨损减小，制造方便，已获得较高精度；两构件之间的接触是靠本身的几何封闭来维系的，它不像凸轮机构有时需利用弹簧等力封闭来保持接触。
缺点：一般情况下只能近似实现给定的运动规律或运动轨迹，且设计较为复杂；当给定的运动要求较多或较复杂时，需要的构件数和运动副数往往比较多，这样就使机构结构复杂，工作效率降低，不仅发生自锁的可能性增加，而且机构运动规律对制造、安装误差的敏感性增加；机构中做平面复杂运动和作往复运动的构件所长生的惯性力难以平衡，在高速时将引起较大的振动和动载荷，故连杆机构在此小车暂不考虑。
曲柄摇杆
结构较为简单，但和凸轮一样有一个滑动的摩擦副，其效率低。其急回特性导致难以设计出较好的机构。
锥齿轮加曲柄摆杆机构
优点：结构简单、紧凑、设计方便，其急回特性能较好的解决小车较好避开距离改变的障碍物。同时可以通过改变曲率半径做成小车行驶的微调机构。
综合上面分析我们选择曲柄连杆+摇杆作为小车转向机构的方案。
图二
3.1.5行走机构
行走机构即为三个轮子，轮子又厚薄之分，大小之别，材料之不同需要综合考虑。 有摩擦理论知道摩擦力矩与正压力的关系为
δ
?=N M 对于相同的材料δ为一定值。 而滚动摩擦阻力R N R M f δ
?==，所以轮子越大小车受到的阻力越小，因
此能够走的更远。但由于加工问题材料问题安装问题等等具体尺寸需要进一步分析确定。
由于小车是沿着曲线前进的，后轮必定会产生差速。但小车质量较小，速度不快，可以考虑不使用差速，轮可以采用双轮同步驱动。
综上所述行走机构的轮子应有恰当的尺寸，轮子边缘应竟可能与地的接触面积小。
3.1.6微调机构
一台完整的机器包括：原动机、传动机、执行机构、控制部分、辅助设备。微调机构就属于小车的控制部分。由于前面确定了锥齿轮加曲柄摆杆机构
方案，由于锥齿轮加曲柄摆杆机构加工误差，安装精度等，因此就必须加上微调机构，对误差进行修正。这是采用微调机构的原因之一，其二是为了调整小车的轨迹（幅值，周期，方向等），使小车走一条最优的轨迹。
微调机构可以采用下锥齿轮下的圆盘开槽，通过微调曲率半径即可。如图
图三
由于理论分析与实际情况有差距，只能通过理论分析得出较优的方案而不能得到最优的方案。因此我们设计了一种机构简单的小车，通过小部分的改动便可以改装成其它方案，再通过试验比较得到最优的小车。
3.2 传递路线
重锤从高处往下落时，绳子拉动阶梯滚筒，带动齿轮把动力传递给驱动轮使小车往前运动。驱动轮的转动带动锥齿轮转动，锥齿轮下的转盘也跟着转动，通过摆杆往复的摆动实现导向轮周期性的摆动实现小车的转向。
第四章运动分析4.1用解析法进行机构的运动综合与分析
当重物下降dh 时，驱动轴（轴3）转过的角度为3θd ，则有
3/3d r h =θ
则曲柄轴（a 轴2）转过的角度
3/32d i d θθ=
小车移动的距离为（以A 轮为参考）
2θd R ds ?=
轴1转过的角度为
2/21d i d θθ=
b 、转向：
当大锥齿轮转过的角度为
1θ，曲柄转过的角度为α 则α与1θ满足以下关：
)））1cos(*e -1)/(L sin(*atan(e θθα=
解上述方程可得
1θ与α的函数关系式
()1θαf =
c 、小车行走轨迹
只有A 轮为驱动轮，当转向轮转过角度α时，如图：
则小车转弯的曲率半径为
1tan a b +=αρ
小车行走ds 过程中，小车整体转过的角度
ρβds
d =
当小车转过的角度为β时，有
????=?-=β
βcos sin ds dy ds dx
d 、小车其他轮的轨迹 以轮A 为参考，则在小车的运动坐标系中，B 的坐标()()0,21a a B +-
C 的坐标()d a C ,-
在地面坐标系中，有
????+-=?+-=ββsin )(cos )(2121a a y y a a x x A B A B
???-?+=-?-=ββββsin cos sin cos 11a d y y d a x x A C A C
由上述公式可知，调整曲柄长度及前轮中心到齿轮中心的水平距离可调整前轮摆角，从而可以改变小轨迹曲线的幅值；调整后轮半径R ，两锥齿轮的传动比可调整小车轨迹周期长度。 而传动比i3和滚筒半径R3不影响小车轨迹，影响重物下降后小车行走的路程，故其根据传动的摩擦和小车启动时所需力矩作调整，分析后I3 =2，R3=6。
通过编写程序，根据实际设定后轮半径，调整各参数为R =120，e = 55，L = 93，i1 = 3，计算得到小车运动轨迹如图所示。轨迹曲线幅值为212mm ，周期长度为2040mm 。
该方案是通过一对锥齿轮啮合传动，通过e和L来直接改变前轮摆角a的大小；整个车的结构对称平衡，保证了车行驶过程中的稳定性。但同时限制了小车两个后轮之间的距离必须大于2e，后轮间距的增加会加大车宽，因此要求轨迹曲线的幅值应足够大，以免小车绕障时撞到障碍物上。
4.2齿轮参数的分析
小车所受摩擦力与小车中重量成正比，因此设计过程中尽量减小尺寸，从而减轻重量。对于直齿齿轮，选取模数为1。由传动比i3=2，确定轴3上的齿轮齿数Z3 = 30，轴2上与其啮合的齿轮齿数Z2 = 15。由传动比i1 = 3，确定轴2上的锥齿轮齿数Z2’ = 18，轴3上与其啮合的锥齿轮齿数Z3 = 54。
第五章设计小结
在此次课程设计中，能够把理论性的知识运用的设计中，包括我们学过的内容，如：机械原理、机械设计、工程力学、互换性技术。当然也少不少我们的据图软件，如soildworks、CAD等等，学好这些软件对我们将来的发展有巨大帮助。
首先我们大家讨论确定小车的结构。在网上我们找到了一些素材，接下来我们要做的是建模，这需要用的三维建模软件solid Works，我们确定了小车的各部分结构，在转向机构的确定过程中，刚开始想了几种方案，经过对比优缺点，我们最终采用曲柄连杆+摇杆作为小车转向机构的方案。在本次实验中我们得到很大锻炼，收获颇深，首先学会了设计齿轮，
并且计算齿轮的参数，如：根据模数、传动比算两个分度圆直径、齿根高、齿全高、齿宽、中心距、传动比等等。当然我们也可以用三维图画出我们所设计的无动力小车，对于soildworks有了更深层次的认识和运用。
本次实验的难点是：如何设计一对啮合齿轮，如何计算齿轮参数，如何设计小车前轮的转向，如何计算转向的幅度等等。
同时我们也是一个团队所以一定要有团队合作意识——团队成员间相互依存、同舟共济，互敬互重、礼貌谦逊；彼此宽容、尊重个性的差异；彼此间是一种信任的关系、待人真诚、遵守承诺；相互帮助、互相关怀，大家彼此共同提高；利益和成就共享、责任共担。同时信任是合作的基础和前提，它能够提高团队合作，让大家把焦点集中在工作而不是其他议题上。
需要改进几个方面：1计算参数不够完整，因为不会算。2三维图不够逼真。3没有调动好组员的积极性。4小车布局不够合理。
参考文献：
[1]孙桓，葛文杰.机械原理（第八版）[M].北京：高等教育出版社，2013.
[2]李庆余，孟广耀.机械制造装备设计（第二版）[M].北京：机械工业出版社，2008
[3]王斌，王衍，李润莲等.“无碳小车”的创新性设计.大同大学学报，2012,28.
[4]胡红英，于金普，包耳.无碳小车结构设计与分析.大连民族学院学报，2013,15.
[5]李刚，周致成等.S形转向运动无碳小车的改进设计研究.汽车实用技术，2014,2.
[6]姜帅琦.基于无碳小车的优化设计.高科技术研发，2014,10.
[7]刘极峰.计算机辅助设计与制造[M].高等教育出版社，2004.
[8李瑞琴.机械原理课程设计[M].电子工业出版社，2004.
无碳小车实验报告
?朕井令孑科技衣浄 GUILIN UNIVER3ITT OF ELECTRONIC TECHNOLOGY 机械原理课程设计报告书 设计题目：竞赛题目无碳小车的设计 课程名称：《机械原理课程设计》 学生姓名： 学生学号： 所在学院：海洋信息工程学院 学习专业：机械设计制造及其自动化 指导教师：宫文峰 2015年12月11日
目录 (2) 第一章概述 (3) 1.1 课程设计任务与目的 (3) 1.1.2 课程设计任务 (3) 1.2 无碳小车设计的目的与任务 (3) 第二章选题介绍 (4) 2.1 选题背景、意义 (4) 第三章总体设计 (4) 3.1 方案设计 (4) 3.1.3 传动机构 (5) 3.1.4 转向机构 (6) 3.1.5 行走机构 (7) 3.1.6 微调机构 (8) 第四章运动分析 (9) 4.1 用解析法进行机构的运动综合与分析 (9) 4.2 齿轮参数的分析 (12) 第五章设计小结 (12) 参考文献： (13)
第一章概述 机械原理课程设计是机械类各专业学生第一次课程设计，是重要的实践性教学环节，对于培养学生机械系统运动方案设计和创新设计能力、解决工程实际中机构分析和设计能力等 有着十分重要意义。 本次课程设计以第五届全国大学生工程能力综合训练竞赛“无碳小车”题目为基础，进 行创新设计。设计对题目进行了从新分解，运用课程内所学知识，通过查阅资料结合前人经 验，从几个方面进行方案的设计与分析选择，依据机械机构的设计理念，设计出一个完全依 靠重力势能提供动力，以平面转向机构实现周期性转向自动避让障碍物的轻质小车方案。 1.1课程设计目的与任务 1.1.1课程设计目的 1）综合运用机械原理课程的理论和实践知识，分析和解决与本课程有关的实际问题，促进所学理论知识的巩固、深入和归纳； 2）培养学生的创新设计能力、综合设计能力与团队协作精神； 3）加强学生动手能力的培养和工程实践的训练，提高学生针对实际需求进行创新思维、综合和工艺制作等实际工作能力； 4）提高学生运算、绘图、表达、运用计算机、搜集和整理资料能力； 5）为将来从事技术工作打基础。 1.1.2课程设计任务 结合一个简单或中等复杂程度的机械系统，让学生根据使用要求和功能分析，开拓思路，敢于创新，巧妙地构思其工作原理和选择工艺动作过程；由所选择的工作原理和工艺动作过 程综合应用所学过的各类常用机构的结构组成、运动原理、工作特点及应用场合等知识，进 行机构的选型、创新与组合，构思出各种可能的运动方案，并通过方案评价、优化筛选，选择最佳方案；就所选择的最佳运动方案，应用计算机辅助分析和设计方法（也可以使用图解法）进行机构尺度综合和运动分析；由运动方案和尺度综合结果绘制机构系统运动简图。 1.2无碳小车设计的目的与任务 设计一种小车，驱动其行走及转向的能量是根据能量转换原理，由给定重力势能转换而
无碳小车报告
无碳小车报告 一，无碳小车数据核算阶段 在小组分工中我主要负责soliworks设计，无碳小车主要要是计算取值。 首先第一天我们就确定了用曲柄摇杆机构。主要是因为我们采用了连接头这种有多个自由的的连接装置，才不会被卡死。接下来是计算正弦曲线的长度，苦学了近一天MATLAB才勉强算出来 最后我们综合考虑取了0.4-1-2.64这组数据，然后我们取得后轮半径是100cm最后算出传动比为4.2:1，所以我们决定选用4:1的比例（主要是因为市面的齿轮的齿数限制） 接下来是我们定的初始参数，轮子r=100mm d=4mm单向轴承csk8pp 车架150*200 齿轮齿数分别是40齿和10齿，前轮22*2 轴d=8 和立式轴承座！ 对于转向差速问题，我们选用了单向轴承来实现差速，但是其实到后面好像没起什么作用，不知道是不是因为前轮的取材还是因为后轮本来就有问题，这都是后话了。 二，小车的加工阶段
当数据都出来的时候我们就开始加工了，本来我以为可以休息一下的，但是后来车架一直没有得到解决，主要是一开始我们就在纠结什么数控，其实想我们这种选用pc板的小车你用数控其实是很不方便的，就像我们把车轮平一样，没有想到我居然后面融了，就变形了，对此真的是一个败笔。希望后面的人可以注意一下这一点，有时候没有必要来时纠结一种方法，结果白白浪费了时间，到后面没办法就叫在塑料板上划线，然后手动加工了这是干的，接下来是负责数控编程，就洗轮子，小车的连杆摇杆和组装就是由我来了，我只能说小组的合作真的要相互配合，不然很容易出问题，在加工上才方向设计和加工时很有不同的， 比如这之前的车架布局 在后面的加工时发现组装时发生了干涉，我只能说是我们之前想的太美好。所以在设计的时候我们最好为自己后面组装留多点空间，不会到时会很尬尴，哎。不过后面还有问题就是因为重物
无碳小车论文
三江学院 本科毕业设计（论文） 题目前驱前转向型无碳小车的结构设计 高职院院（系）机械制造及其自动化专业学生姓名季歆伟学号 G5 指导教师徐伟职称实验师 指导教师工作单位三江学院 起讫日期 摘要 目前全球经济飞速发展，带来环境问题愈发明显，传统能源逐渐衰竭，鉴于此无碳小车的研制具有十分重要的意义。汽车虽然是21世纪最重要的交通工具，但他有许多弊端。汽车尾气污染是由汽车排放的废气造成的环境污染。可以说，汽车是一个流动的污染源。在世界各国，汽车污染早已不是新话题。20世纪40年代以来，光化学烟雾事件在美国洛杉矶、日本东京等城市多次发生，造成不少人员伤亡和巨大的经济损失！ 在能源和环保的压力下，提高旧能源汽车的效率以迫在眉睫。目前的汽柴油内燃机热效率小于30%，如果算上机械效率以及其他的能量传递损失，则总效率仅占燃料放出热能的15%左右。毫无疑问，如果能够提高热机的效率，则可在一定程度上缓解目前的石油危机。 针对题目要求拟定了无碳越障小车的总体设计方案，通过计算分析完成了无碳越障小车的结构设计，绘制了装配图和部分主要零件图，通过模拟仿真验证了预定功能。 该自行小车在前行时能够以正弦曲线或余弦曲线轨迹自动避开设置的障碍
物。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：无碳越障小车；环保；能量转换；结构设计 Abstract Nowadays, the global economy developing rapidly ,brings increasingly obvious environment problems and the traditional energy is going to failure gradually.Auto though is the 21st century the most important traffic tools, but he has many shortcomings. Car exhaust pollution is by car exhaust emissions cause environmental pollution. Can say, the car is a flow sources of contamination. In the world, automobile pollution has not a new topic. Since the 1940s, photochemical smog event in USA Los Angeles, Tokyo to cities such as it has happened so many times that has caused a lot of casualties and huge economic losses！ On energy and environmental pressures, improve the efficiency of the old energy vehicles with imminent. The current steam diesel units, if less than 30% thermal efficiency is mechanical efficiency and other energy transmission loss, the total efficiency accounted for only about 15 per cent of fuel release heat. No doubt, if can improve the efficiency of the engine, it may be relieves the current oil crisis. So the development of carbon-free car is great significance. Studying out the scheme design based on the requirments if this subject, finishing the physical design of the carbon-free car by computational analysis, drawing the assembly drawing and part of the mai n parts drawing, vertify the reservation function by pro/E’s simulation and making the physical prototype, finally reached the required function by the entity prototype presentation. The car when traveling can be automatic avoid the barriers with sine curve track or cosine curve track. The model biggest characteristics is a potential energy into gear rotation, which according to the gear adhesive rotation that drive the driven wheel and steering wheel, than complete the task with the prescribed route .This paper will be detailing introduction.The carbon-free car model of the design process and the structure and function characteristics . Key words ：carbon-free car; environmental protection ; Energy Conversion；Structure Design 目录 绪论......................................... 错误!未定义书签。
无碳小车设计方案
大学机械设计制造及其自动化特色专业 实践报告 设计项目：工业产品力学分析实践、工业产品材料分析与设计实践 班级： 实践小组名称： 报告撰写人： 提交日期：2012/6/17 大学机电工程系
目录 1 设计任务 (4) 1.1无碳小车整体动力学分析报告 (4) 1.2无碳小车各构件材料力学性能分析报告 (4) 1.3无碳小车典型零件材料组织分析 (4) 2 设计过程 (4) 2.1 机构设计 (4) 2.2 机构简图分析 (5) 2.2.1主要机构组成 (5) 2.2.2原理 (5) 2.2.3自由度分析 (5) 2.3 机构立体图分析 (6) 2.3.1车架 (8) 2.3.2原动机构 (8) 2.3.3转向机构 (8) 2.3.4行走机构 (9) 2.4 参数分析模型 (9) 2.4.1 动力学分析模型 (9) 2.4.2运动学分析模型 (10) 2.4.3急回运动特性、传动角、死点分析 (11) 2.4.4灵敏度分析模型 (12) 2.4.5参数确定 (13) 2.5零部件设计 (13)
3设计结果与总结 (14) 4参考文献 (14) 附：Matlab编程源代码 (15)
1 设计任务 1.1无碳小车整体动力学分析报告 含无碳小车各机构运动学分析（运动轨迹计算、机构各构件长度尺寸确定等） 无碳小车动力学分析，各运动副摩擦分析、各构件受力分析。 要求Matlab编程计算（附源代码） 1.2无碳小车各构件材料力学性能分析报告 含各构件强度分析、刚度分析 基于结构安全的无碳小车各构件结构优化方案。 要求Matlab编程计算（附源代码） 1.3无碳小车典型零件材料组织分析 取无碳小车中典型金属材料进行材料组织分析，给出3种以上材料试样制作方法、组织 照片等。 2 设计过程 2.1 机构设计 行进动作分解 小车主要由四个机构组成：发条动力机构、齿轮传动机构、曲柄连杆机构、连杆前轮转向机构。
8字无碳小车工程管理设计报告
第三届全国大学生无碳小车越障竞赛
工程管理设计报告
总 3 页 产品名称 零件名称
第 1 页 无碳小车
编号： 生产纲领 生产批量
500 台/年 42 台/月
1、工程管理方案概述
为实现安全、文明生产，保证按期供货，降低总成本，提高经济效益，对无碳小车的生产进行了工程管理设计。 装 年生产 500 台无碳小车，属中批量生产。无碳小车的大部分零件属于中高精度，必须保证每个零件的加工精度。通过相应的工程管理，使同种 零件应具有互换性、可靠性。例如：前轮支撑架等零件的生产工艺主要包括：车削、铣削和钳工修整。 生产过程中需要的一些标准件，如：轴承、螺钉、齿轮等外购。金属模铸造和热处理等工艺外协加工，其它工序及总装自主完成。
2、生产过程组织
①生产过程空间组织设计： 学校名称：扬州大学 针对无碳小车按每月 42 台的生产方式，综合考虑生产组织柔性，按工艺原则布置设施。无碳小车的生产工艺主要包括车、铣、线切割、钳。 ②生产过程时间组织设计： 订 根据无碳小车的主要零件的工艺特点，结合生产空间的布置原则，生产过程的时间组织选择顺序移动的方式。
3、主要设备资源配置
①确定生产节拍：无碳小车月产 42 台，按照一个月工作 22 天，每天一班工作 8 小时，时间利用率设为 90%，计算该零件的生产节拍为： r=Fe/N=(F0×g)/N=22×8×90%×60/42=226min/台 其中，r—节拍，Fe—计划期有效工作时间，N—计划期制品产量，F0—制度工作时间，g—时间有效利用系数。 ②确定流水线生产设备数量：针对无碳小车的主要加工件，由中批量生产工艺过程卡片得知，CD6140 车削加工工时 T1 为 59min，铣削加工工 线 时 T2 为 76min，钻床加工工时 T3 为 32min。生产的设备数为： H 普车 =T1/r=59/226=0.26； H 铣 =T2/r=51/226=0.23； H 钻=T3/r=32/226=0.14 因此，无碳小车零件加工成组流水生产线需要 CD6140 普通车床、普通铣床、台钻各 1 台。
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无碳小车设计说明书
第三届福建省大学生工程训练 综合能力竞赛 无碳小车设计说明书 参赛者：邓磊林源兴趣詹发星 指导老师：张宁 学校：福建工程学院 地点：福建福州 时间：2015年1月1-2日
摘要 第三届福建省大学生工程训练综合能力竞赛命题主题为“无碳小车越障竞赛”，并为接下来的第四届国赛做好准备。我们在设计小车过程中特别注重设计的方法，力求通过对命题的分析得到清晰开阔的设计思路；作品的设计做到有系统性规范性和创新性；设计过程中综合考虑材料、加工、制造成本等给方面因素。我们借鉴了参数化设计、优化设计、系统设计等现代设计发发明理论方法；采用了MATLAB、PROE、CATIA等软件辅助设计。 我们把小车的设计分为三个阶段：方案设计、技术设计、制作调试。通过每一阶段的深入分析、层层把关，是我们的设计尽可能向最优设计靠拢。 方案设计阶段根据小车功能要求我们根据机器的构成（原动机构、传动机构、执行机构、控制部分、辅助部分）把小车分为车架、原动机构、传动机构、转向机构、行走机构、微调机构六个模块，进行模块化设计。分别针对每一个模块进行多方案设计，通过综合对比选择出最优的方案组合。我们的方案为：车架采用三角底板式、原动机构采用了锥形轴、传动机构采用齿轮、转向机构采用曲柄连杆、行走机构采用双轮驱动、微调机构采用微调螺母螺钉。其中转向机构利用了调心轴承、关节轴承。 技术设计阶段我们先对方案建立数学模型进行理论分析，借助MATLAB分别进行了能耗规律分析、运动学分析、动力学分析、灵敏度分析。进而得出了小车的具体参数，和运动规律。接着应用PROE软件进行了小车的实体建模和部分运动仿真。在实体建模的基础上对每一个零件进行了详细的设计，综合考虑零件材料性能、加工工艺、成本等。 小车大多是零件是标准件、可以购买，同时除部分要求加工精度高的部分需要特殊加工外，大多数都可以通过手工加工出来。对于塑料会采用自制的‘电锯’切割。因为小车受力都不大，因此大量采用胶接，简化零件及零件装配。调试过程会通过微调等方式改变小车的参数进行试验，在试验的基础上验证小车的运动规律同时确定小车最优的参数。
无碳小车实验报告 (1)
机械原理课程设计报告书 设计题目: 竞赛题目无碳小车的设计 课程名称：《机械原理课程设计》 学生姓名： 学生学号： 所在学院：海洋信息工程学院 学习专业：机械设计制造及其自动化 指导教师：宫文峰 2015年12月11日目录 (2) 第一章概述 (3) 课程设计任务与目的 (3)
第一章概述 机械原理课程设计是机械类各专业学生第一次课程设计，是重要的实践性教学环节，对于培养学生机械系统运动方案设计和创新设计能力、解决工程实际中机构分析和设计能力等有着十分重要意义。 本次课程设计以第五届全国大学生工程能力综合训练竞赛“无碳小车”题目为基础，进行创新设计。设计对题目进行了从新分解，运用课程内所学知识，通过查阅资料结合前人经验，从几个方面进行方案的设计与分析选择，依据机械机构的设计理念，设计出一个完全依靠重力势能提供动力，以平面转向机构实现周期性转向自动避让障碍物的轻质小车方案。 课程设计目的与任务 课程设计目的 1）综合运用机械原理课程的理论和实践知识，分析和解决与本课程有关的实际问题，促进所学理论知识的巩固、深入和归纳； 2）培养学生的创新设计能力、综合设计能力与团队协作精神； 3）加强学生动手能力的培养和工程实践的训练，提高学生针对实际需求进行创新思维、
综合和工艺制作等实际工作能力； 4）提高学生运算、绘图、表达、运用计算机、搜集和整理资料能力； 5）为将来从事技术工作打基础。 课程设计任务 结合一个简单或中等复杂程度的机械系统，让学生根据使用要求和功能分析，开拓思路，敢于创新，巧妙地构思其工作原理和选择工艺动作过程；由所选择的工作原理和工艺动作过程综合应用所学过的各类常用机构的结构组成、运动原理、工作特点及应用场合等知识，进行机构的选型、创新与组合，构思出各种可能的运动方案，并通过方案评价、优化筛选，选择最佳方案；就所选择的最佳运动方案，应用计算机辅助分析和设计方法（也可以使用图解法）进行机构尺度综合和运动分析；由运动方案和尺度综合结果绘制机构系统运动简图。无碳小车设计的目的与任务 设计一种小车，驱动其行走及转向的能量是根据能量转换原理，由给定重力势能转换而得到的。该给定重力势能由质量为1Kg的标准砝码（￠50×65 mm，碳钢制作）来获得，砝码的可下降高度为400±2mm。标准砝码始终由小车承载，不从小车上掉落。图1为小车示意图。 小车在行走过程中完成所有动作所需的能量均由此给定重力势能转换而得，小车具有转 向控制机构，且此转向控制机构具有可调节功能。 第二章选题介绍 选题背景、意义 本设计源于6年第五届全国大学生工程能力综合训练竞赛“无碳小车”，该竞赛要求以
最佳无碳小车设计一等奖样本
第二届全国大学生工程训练综合能力竞赛 无碳小车设计 参赛者: 张雪飞赵鹏飞刘述亮 指导老师: 朱政强戴莉莉 -1-16 摘要 第二届全国大学生工程训练综合能力竞赛命题主题为” 小 无碳车”。在设计小车过程中特别注重设计的方法, 力求经过对命题 的分析得到清晰开阔的设计思路; 作品的设计做到有系统性规范性和
创新性; 设计过程中综合考虑材料、加工、制造成本等给方面因素。我们借鉴了参数化设计、优化设计、系统设计等现代设计发创造理论方法；采用了MATLAB PROE等软件辅助设计。 我们把小车的设计分为三个阶段: 方案设计、技术设计、制作 调试。经过每一阶段的深入分析、层层把关, 是我们的设计尽可能向 最优设计靠拢。 方案设计阶段根据小车功能要求我们根据机器的构成（原动机 构、传动机构、执行机构、控制部分、辅助部分）把小车分为 车架、原动机构、传动机构、转向机构、行走机构、微调 机构六个模块, 进行模块化设计。分别针对每一个模块进行多方案设 计, 经过综合对比选择出最优的方案组合。我们的方案为: 车架采用 三角底板式、原动机构采用了锥形轴、传动机构采用齿轮或没有该 机构、转向机构采用曲柄连杆、行走机构采用单轮驱动实现差速、 微调机构采用微调螺母螺钉。其中转向机构利用了调心轴承、关节轴 承。 技术设计阶段我们先对方案建立数学模型进行理论分析, 借助 MATLAB分别进行了能耗规律分析、运动学分析、动力学 分析、灵敏度分析。进而得出了小车的具体参数, 和运动规律。接着 应用PROE软件进行了小车的实体建模和部分运动仿真。在实体建模 的基础上对每一个零件进行了详细的设计, 综合考虑零件材料性能、 加工工艺、成本等。 小车大多是零件是标准件、能够购买, 同时除部分要求加工精度
无碳小车参赛总结
总结 经过几天的奔波，忙碌的省赛已经结束。回顾以往，才发觉自己在慢慢长大，整个过程亦是成长的见证。 刚开始知道要做无碳小车时，内心是兴奋的也是纠结的，兴奋的是可以将所学知识用于实践，不在局限于书本，可以自己动手做东西，纠结的是通过对其他学校的了解，我们发现小车的调试时最花时间，一般是用一年的时间为比赛做准备，而我们只有仅仅几个月的时间，时间的仓促，不知道最后的成果是什么样。 初期，我们对小车的结构设计做了讨论。经过多种方案的讨论，一步步的排除，最终选择最优化的方案。我们做的无碳小车是S字型的。为了能顺利启动，我们采用了一级传动，虽然二级传动理论上可以让小车跑的更远，但摩擦更加了，能不能启动是个问题。传动机构我们选择了曲柄滑块机构，这主要考虑到结构简单，容易加工。曲柄我们选择了在圆盘上开槽，即增加了稳定性又可以实现调节功能。转向部分为了减少摩擦及转动顺畅，我们采用了万向节。 当小车的结构确定好后，我们做的是等待，因为没有条件让我们动手去做，只能在网上找加工商，让他们一个零件一个零件的加工，我们做的只是组装，这也是小车稳定性差的主要原因。刚开始小车全部是采用金属材料，齿轮的精度，各零件的精度达不到要求，最终的结果是无论怎么调整，整
个车子根本无法启动。最后我们采用了塑料齿轮，并把绕线轴与滑轮的角度调大，车子可以启动。在调试过程中，及时出发角度，位置完全一样，跑的轨迹也是不同的，轴可以左右移动，车轮摇摆不定，这就是轨迹比确定的原因，因为第一次参加比赛，我们不知道其他学校的车子是什么情况，我们只知道我们的不确定因素太多。 去合肥比赛，我们凌晨三点半到达车站，睡了两三个小时，便起床报名。看到其他学校的装备，我们感到了差距，我们的拆卸工具很简陋，都是我们自己找的。但我们并没有垂头丧气，没有比赛，谁也不知道结果如何。当天下午我们去参观了赛道，我们看到赛道非常光滑，想想我们我们小车的速度，我们很担心，因为车速太快，我们从没有在正规的赛道上调试过，不知道会是什么情况。 接下来的一天是比赛时间，原本一直担心3D打印，我们队3D打印完全陌生，只能从网上找视频，如果这关过不了，接下来的比赛就无需进行，很幸运，3D打印没有我们想象的那么难，在进行3D打印的同时进行了小车的拆装，比赛前我们担心的问题出现了，轴承和轴承座的配合是过盈配合，我们无法达到，只能用胶粘起来，装配前强调的说轴承必须与轴承座分离，一个不分离扣百分之三十。没办法，我们只能现场将轴承打下来，过程很困难，轴承都被打坏了，但还好我们有备用的轴承。虽然在这浪费了时间，但我们还
无碳小车结构设计报告
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页第 1 页产品名称：无碳小车编号 1、设计概述 设计原则： A.整车的重心要低，操作、调整方便灵活； B.结构尽量简单，传动件数少； C.质量小，足够的刚度，振动小； 2、设计方案 按照命题要求小车必须具有方向自控功能, 绕过直线布置的每隔1 米1 个障碍物的要求。小车必 须左转、右转再左转地周期性转向, 在速度一定的前提下, 必须要保证小车的运动轨迹曲率是连续变 化的, 小车才能平稳行驶。因此, 曲柄匀速转动, 摇杆左右匀速摆动的曲柄摇杆机构可以作为转向机 构, 小车运行轨迹接近正弦曲线, 曲率变化连续。从滚筒轴的回转运动到控制前轮转向的摇杆的水平 摆动, 需要把竖直平面的运动转化为水平面运动, 以实现小车的转向。要实现把竖直平面的运动转化 为水平面运动, 可以选用变形的曲柄摇杆机构来实现转向轮转向的方案，见下图4。曲柄摇杆机构中 的曲柄回转中心(即滚筒轴轴心) 应与摇杆的摆动平面等高,保证机构无急回特性, 曲柄作等速转动, 摇杆摆动时左右行程的平均速度相等, 即使得前轮左右摆幅相同, 按照指定轨迹行驶。把铅垂平面的 运动转化为水平面运动是个三维空间的运动转换, 通用的曲柄摇杆机构不能完成三维空间的运动转 换, 因此必须采用双球型关节的连杆, 使得水平与垂直方向的自由度都不受约束。为了提高运行过程 的精度和降低加工难度，可设计成四个圆柱关节, 安装成水平和竖直形式(如下图4 所示), 代替双球 型关节, 最终实现了与滚筒轴连接的曲柄的回转运动转化为摇杆的水平运动, 摇杆在水平面内摆动, 使得前轮左右摆幅相同, 实现了小车前轮的转向问题, 且保证了传动的准确。 根据图2 行走示意图, 采用余弦函数: Y＝-0．35cosπx, 周期T＝2 m 的曲线拟合小车行驶路径图1：小车的三维视图
无碳小车结构设计方案样本
无碳小车结构设计 方案
第五届全国大学生工程训练综合能力竞赛 The 5th National Undergraduate Engineering Training Integration Ability Competition 结构设计方案 Structure Design Scheme 编 号 （此栏由赛务工作人员填 写） 装 订 学校名称：湖南文理学院芙蓉学院 参赛项目：无碳小车
第五届全国大学生工程训练综合能力竞赛 The 5th National Undergraduate Engineering Training Integration Ability Competition 结构设计方案 Structure Design Scheme 参赛项目 无碳小车S 型赛道 4、结构设计创新特色说明 小车设计一定要做到目标明确,经过对命题的重复研究得到一些启发,今年的命题相对于往年, 有较大的改变,规则改为经现场公开抽签，在±200～300mm 范围内产生一个“S ”型赛道第一轮障碍 物 间 距 变 化 值 和 变 化 方 向 。 竞赛小车在前行时能够自动绕过赛道上设置的障碍物，如图2。赛道宽度为2米，障碍物为直径20mm 、高200mm 的圆棒，沿赛道中线从距出发线1米处开始按间距1米摆放，摆放完成后，将偶数位置的障碍物按抽签得到的碍物间距变化值和变化方向进行移动（正值远离，负值移近），形成的即为竞赛时的赛道。这样一来就不能借鉴往年的方案,同时还必须综合考虑材料、加工、制 造、成本等各方面因素考虑。 小车的传动比和转向机构的设计是小车性能的关键。在设计方法上我们借鉴参数化设计，优化设计，系统设计等现代设计创造理论，采用CAD,PROE 等软件辅助设计设计流程如下图： ’ 产品名称 小车 共 7 页 第 2 页 编 号 装 订 学校名称：湖南文理学院芙蓉学院 参赛项目：无碳小车
无碳小车结构设计报告
2015(第四届)山东省大学生工程训练综合能力竞赛 结构设计报告 总 5 页 第 1 页 产品名称：无碳小车 编号 1.设计概述 设计原则： 整车的重心要低，操作、调整方便灵活；结构尽量简单，传动件数少；质量小，足够的刚度，运动平稳。 2.设计方案 通过对小车的功能分析，小车需要完成重力势能的转换、驱动自身行走、自动避开障碍物。为了方便设计这里根据小车所要完成的功能将小车划分为六个部分进行模块化设计，分别是：车架 、原动机构 、传动机构 、转向机构 、行走机构 和微调机构，下面将详细介绍这六个模块。 2.1车架 车底板因不需承受很大的力，精度要求不是很高，考虑到加工方便、质量轻、成本低等因素，底板选用厚度为6mm 的铝板,尺寸定为143.5mm × 115mm 。小车运行起来按避障要求左右转向,引绳带动重块在重力的作用下将大幅摆动,可以通过降低小车底板距离地面的高度来降低整车的重心,为此将小车底板折弯,满足整车重心降低的需要。 2.2原动机构 原动机构的作用是将重块的重力势能转化为小车的驱动力。小车对此机构主要有以下要求： 驱动力适中，不至于小车拐弯时速度过大倾翻，或重块晃动厉害影响行走。到达终点前重块竖直方向的速度要尽可能小，避免对小车过大的冲击。同时使重块的动能尽可能的转化到驱动小车前进上，如果重块竖直方向的速度较大，重块本身还有较多动能未释放，能量利用率不高。由于不同的场地对轮子的摩擦可能不一样，在不同的场地小车是需要的动力也不一样。在调试时也不知道多大的驱动力恰到好处。因此还需要能根据不同的需要调整其驱动力。 在此结构中应让重块保持一定高度的支架以及重块带动车体的连接部件，考虑到立柱在满足一定强度的基础上需尽可能的轻，我们选用φ6铝棒材料。为了避免小车在行驶过程中，重块晃动过大，极易造成翻车现象， 通过多次的改进最终采用的是四根立柱，既轻便又稳固，达到预期效果。 至于滑轮，由于车体及车轮均采用铝板而不是材质较轻的雅格利板、碳板，车体较重，小车不易起动。定滑轮即稳定又容易改变力的方向，故选用了定滑轮。 2.3传动机构 传动机构的功能是把动力和运动传递到转向机构和驱动轮上。它的优劣直接决定了小车的性能，能量是否充分利用，转向是否精确皆取决于此。我们决定采用齿轮传动，它具有结构紧凑、可靠性好、效率高、传动稳定等特点。由于小车只绕8字走三圈，需提高小车的速度，减少能量的损失。 因此传动机构选择了传动比5:1的一级齿轮传动。在齿轮材质的选择上，综合考虑到齿轮材质轻、价格便宜、规格齐全并能满足小车所需齿轮强度要求，故采用铝制齿轮。 学校 名 称： 参赛项 目： 8子 型赛 道常 规 赛 装 订 线
无碳小车设计报告
2014年****工程训练综合能力竞赛 无碳小车设计报告 参赛者： 指导老师： 2014/10/15
1、设计概述 “无碳小车”是将重力势能转换为机械能，使小车实现行走及转向功能的装置。 小车由能量转换机构、传动机构、转向机构和车身构成，首先通过能量转换机构获得动力来驱动后轮转动，继而通过传动机构将运动传给转向机构使转向轮，利用横纵向直线运动复合运动使转向轮呈正弦波形周期性摆动，从而避开设置在波形内固有间距的障碍物。 具体设计为小车以1kg重物块下落500mm产生的重力势能作为动力，通过线绳带动齿轮轴等传动机构，单轮驱动；通过正弦机构带动前轮周期性摆动实现转向。无碳小车结构设计总装图如图所示。 2、设计思路和方案 小车的设计分为三个主要阶段：功能分析、、制造加工调试 2.1功能分析 对小车功能要求进行分析，寻找功能元解，将小车分为车架、原动机构、传动机构、转向机构、行走机构、微调机构六个模块。对每一个模块进行多方案设计，综合对比选择最优的方案组合。 2.2参数分析与个性化设计 利用Solidworks软件进行小车的实体建模、部分运动仿真。 对方案建立数学模型进行理论分析，使用MATLAB软件分别进行能耗规律分析、运动学分析、动力学分析、灵敏度分析，得出小车的具体参数和运动规律。
2.3 机械总功能分解及功能元解 表1.势能转向小车形态学矩阵 2.4 机构选型基本原则 ①满足工艺动作和运动要求。 ②结构最简单,传动链最短。 ③原动机的选择有利于简化结构和改善运动质量。 ④机构有尽可能好的动力性能。 ⑤机器操纵方便、调整容易、安全耐用。 ⑥加工制造方便，经济成本低。 ⑦具有较高的生产效率与机械效率。 2.5转向机构分析 目前，能够实现无碳小车车轮转向控制的机构主要有曲柄摇杆机构、正弦机构（曲柄移动导杆机构）、RSSR空间四杆机构凸轮推杆机构和圆轮导杆机构。这5 种机构在结构和功能上有各自的特点。转向机构是本小车设计的关键部分，直接决定着小车的功能。转向机构也同样需要尽可能的减少摩擦耗能，结构简单，零部件已获得等基本条件，同时还需要有特殊的运动特性。能够将旋转运动转化为满足要求的来回摆动。同样也 2.5.1曲柄摇杆机构 优点：连杆机构中的运动副为低副，其运动副元素为面接触，压力较小，易润滑，损耗能量少，且运动副一般是几何封闭，对保证小车行进的可靠性有利。 缺点：由于连杆机构的运动必须经过中间构件进行传递，因而构件数目多，传动路线长，若加工不能保证适当精度，易产生较大的误差积累，也使机械效率降低。 无急回曲柄摇杆机构是平面机构，要求曲柄处于前轮支架轴线的垂直面，要多一级转换机构。该机构对于摇杆与前轮角度的精度要求较高，装配难度较大，而且曲柄长度不具备调节功能，会导致摇杆摆角不对称。
无碳小车加工工艺过程
第二届全国大学生工程训练综合能力竞赛机械加工工艺方案设计总3页第1页编号： 产品名称无碳小车生产纲领600台/年零件名称前插生产批量50台/月 材料45钢毛坯种类棒料毛坯外形尺寸?24×570mm 每毛坯可制作件数 6 每台件数 1 备注 序号工序 名称 工序内容工序简图 机床 夹具 刀具 量具 附具 工时 （min） 1 锯锯切?26×570mm的毛坯料G4025 锯床 平口虎 钳 锯米尺 1.5 2 车1车端面 2车?23外圆 3粗车?12?10?6外圆 4精车?10?8外圆保证其同心度 ?0.06 C6140 车床 三爪卡 盘 90°左偏 刀 游标卡 尺，千分 尺 8 3 铰1铰M6螺纹 C6140 车床M5板牙 游标卡 尺 0.5
三爪卡盘 4 车1车断C6140 车床 三爪卡 盘 车断刀 游标卡 尺 0.5 5 铣 1粗铣四平面至15×19 2精选四平面至14×18 X5032 铣床 平口虎 钳 ?40端 铣刀 游标卡 尺 8 6 画线1画出?5孔圆心位置钳工工 作台 画针 高度尺 0.5 7 钻1钻?5孔Z3035 摇臂钻 床 ?5麻花 钻头 游标卡 尺 0.5
平口虎钳 8 铣 1铣U 型槽 X5032 铣床 平口虎钳 ?5立铣刀 游标卡 尺 4 9 线切割 1线切割出U 型槽 DK7725数控电 火花线切割 压板，螺栓，垫铁 线切割丝 游标卡尺 扳手 28 刘士强 2011-5-10 编制（日期） 审核（日期） 标准化（日期） 会签（日期） 标记 处数 更改文件号 签字 日期 2011-5-10 2011-5-12 2011-5-13 2011-5-13 装 订 线 学校名称：东北林业大学
无碳小车设计说明书(一等奖作品)
第二届全国大学生工程训练综合能力 竞赛 无碳小车设计说明书 参赛者：龚雪飞赵鹏飞刘述亮 指导老师：朱政强戴莉莉 2011-1-16
摘要 第二届全国大学生工程训练综合能力竞赛命题主题为“无碳小车”。在设计小车过程中特别注重设计的方法，力求通过对命题的分析得到清晰开阔的设计思路；作品的设计做到有系统性规范性和创新性；设计过程中综合考虑材料、加工、制造成本等给方面因素。我们借鉴了参数化设计、优化设计、系统设计等现代设计发发明理论方法；采用了MATLAB、PROE等软件辅助设计。 我们把小车的设计分为三个阶段：方案设计、技术设计、制作调试。通过每一阶段的深入分析、层层把关，是我们的设计尽可能向最优设计靠拢。 方案设计阶段根据小车功能要求我们根据机器的构成（原动机构、传动机构、执行机构、控制部分、辅助部分）把小车分为车架、原动机构、传动机构、转向机构、行走机构、微调机构六个模块，进行模块化设计。分别针对每一个模块进行多方案设计，通过综合对比选择出最优的方案组合。我们的方案为：车架采用三角底板式、原动机构采用了锥形轴、传动机构采用齿轮或没有该机构、转向机构采用曲柄连杆、行走机构采用单轮驱动实现差速、微调机构采用微调螺母螺钉。其中转向机构利用了调心轴承、关节轴承。 技术设计阶段我们先对方案建立数学模型进行理论分析，借助MATLAB 分别进行了能耗规律分析、运动学分析、动力学分析、灵敏度分析。进而得出了小车的具体参数，和运动规律。接着应用PROE软件进行了小车的实体建模和部分运动仿真。在实体建模的基础上对每一个零件进行了详细的设计，综合考虑零件材料性能、加工工艺、成本等。 小车大多是零件是标准件、可以购买，同时除部分要求加工精度高的部分需要特殊加工外，大多数都可以通过手工加工出来。对于塑料会采用自制的‘电锯’切割。因为小车受力都不大，因此大量采用胶接，简化零件及零件装配。调试过程会通过微调等方式改变小车的参数进行试验，在试验的基础上验证小车的运动规律同时确定小车最优的参数。 关键字：无碳小车参数化设计软件辅助设计微调机构灵敏度分析
无碳小车实验报告
无碳小车实验报告 Document number：WTWYT-WYWY-BTGTT-YTTYU-2018GT
机械原理课程设计报告书 设计题目:竞赛题目无碳小车的设计 课程名称：《机械原理课程设计》 学生姓名： 学生学号： 所在学院：海洋信息工程学院 学习专业：机械设计制造及其自动化 指导教师：宫文峰 2015年12月11日目录 (2) 第一章概述 (3) 课程设计任务与目的 (3)
第一章概述 机械原理课程设计是机械类各专业学生第一次课程设计，是重要的实践性教学环节，对于培养学生机械系统运动方案设计和创新设计能力、解决工程实际中机构分析和设计能力等有着十分重要意义。 本次课程设计以第五届全国大学生工程能力综合训练竞赛“无碳小车”题目为基础，进行创新设计。设计对题目进行了从新分解，运用课程内所学知识，通过查阅资料结合前人经验，从几个方面进行方案的设计与分析选择，依据机械机构的设计理念，设计出一个完全依靠重力势能提供动力，以平面转向机构实现周期性转向自动避让障碍物的轻质小车方案。 课程设计目的与任务 1）综合运用机械原理课程的理论和实践知识，分析和解决与本课程有关的实际问题，促进所学理论知识的巩固、深入和归纳； 2）培养学生的创新设计能力、综合设计能力与团队协作精神； 3）加强学生动手能力的培养和工程实践的训练，提高学生针对实际需求进行创新思维、综合和工艺制作等实际工作能力； 4）提高学生运算、绘图、表达、运用计算机、搜集和整理资料能力； 5）为将来从事技术工作打基础。 课程设计任务 结合一个简单或中等复杂程度的机械系统，让学生根据使用要求和功能分析，开拓思路，敢于创新，巧妙地构思其工作原理和选择工艺动作过程；由所选择的工作原理和工艺动作过程综合应用所学过的各类常用机构的结构组成、运动原理、工作特点及应用场合等
无碳小车设计报告
无碳小车设计报告 一、设计理念 煤炭是大自然给予人类的一笔宝贵财富，可是由于人们对煤炭的巨大需求，煤炭资源日趋减少近于枯竭。随着人们节能环保意识的提升，无碳的理念也越来越被人们提上研究的课题。更洁净、更环保、更节能、更高效的理念也深入人心。无碳小车是对“无碳”理念的探索与开发，对未来“无碳”的憧憬。本小车依照现代工程师的标准，注重设计的巧妙、制作的精良、调试的可靠性等。与其他类似的模型小车相比，本小车更注重能量的利用、车体结构的稳定性、匀速性等；采用的柔性摆杆机构更涉及了诸多数学理论的验证；，且使小车控制转弯更省力、使小车的躲避障碍物的周期更容易实现与控制，亦降低了整车重量。再者小车整体构造简洁，组合零件不多，摩擦损耗小，效率高，较容易制造安装。在完成设计的要求下充分考虑了外观和成本等问题，方便以后的扩展和进一步的开发。并能满足大部分初高中及大学学生对机械知识实践的实验与了解。对激发青少年对机械构造的热情有深远的影响。适合广大青少年学习研究。 二、无碳小车设计要求 设计说明： 以重力势能驱动的具有方向控制功能 的自行小车 设计一种小车，驱动其行走几转向的能 量是根据能量转换原理，由给定重力势能转 换来的。力势能为4焦耳（g=10m/s^2），给定统一质量为1kg 的重块，落差为400mm ，重块落下后，须被小车承载并同小车一起运动，不允许从小车上掉落。 小车宏观尺寸限制在：长*宽=200*100mm 本项目对应知识点：三维制图、二维制图、能量转换机构、杆机构（平面、空间）、运动学、力学、常用机构、材料零部件选型，机构的设计与制造。 具体要求： 1、小车需自主设计并制作全部零件（标准件：如重块有特定要求，统一购买或规定）。 2、小车要求采用四轮结构（2个转向轮，2个驱动轮），转向轮最大外径应不小于φ30mm ，整车具体结构、造型以及材料选用均由参赛者自主设计完成。 3、起动时，小车的中心线必须与赛道中心线重合，允许最大偏离距离为左右各20mm 。 ↑赛道示意图
无碳小车心得体会
无碳小车心得体会 经过这次无碳小车的设计，让我学到了很多很多，可谓是受益匪浅。因为基础知识不牢固，所以在整个过程中我并没有什么太大的贡献。所以这次的无碳小车设计可以说是“抱大腿”。尽管如此，我还是积极地参与了进去，努力地学习贡献自己的力量。在这次的设计中，我也看到自身的不足，学到了许多的东西，使我获得很多很多，整理了一下思绪，得到了以下几点感想。 第一，要端正自己的心态，不论是做什么都要有断增强自己的决心。明确自这次设计作业的目的，不管是为了学习也好，巩固自己的知识也罢……总而言之“态度决定一切”。只有态度端正了，才能全身心地投入，才能得到最完美的答案。 第二，要有热情。热情是动力的源泉，没有动力，汽车将不能开动，火箭将不能腾空，飞船将不能遨游。同样，人也一样，没有热情，就没有前进的动力，不能在学习中腾空而起。如果对设计作业抱着敷衍的态度，不用心去做，是不会有什么结果的。记得在小车的调试过程中，每天面对着不会转弯的小车，我们无可奈何，但我们还是得不厌其烦的调试，因为这是一项伟大的工程，于是乎，我们双手与双脚没有空闲的时间，纸上记满了无规律的数据， 第三，要有严谨的科学精神，科学是容不得半点马虎的，小车设计是一个用科学来指导实践，把科学运用到实践中去的过程。既然是指导实践，就应该做到事无巨细，考虑周全。在设计的过程中，不应放过每一个细节，记得我们就因为要清楚调节先后顺序，要把责任落实到每个队员的身上，每个人负责自己的工作，运用控制变量法调节，同时要时刻记录实验数据，最后处理数据、写出报告。光有这些还是不够的，还要认真，要努力，要有敢于挑战的信心。我们必须严肃认真的思考我们需要做那些努力，认认真真的把我们必须作的事情作好。 第四，要有团队精神。“团结就是力量”，四个人要善于合作，把心放在一条战线上。小车制造的过程，是要经过方案设计，三维设计，优化及修改，Cad 出图，图纸审核等过程来完成的，在此过程中有大量的工作要做，四个人要进行合理的分工。在制作过程中，就应该确定谁该干什么工作，在遇到问题的时候，四个人应要把思想集中到一起的讨论，明确问题的所在，然后沿着这条路子探寻，有时候跟其他组队员讨论。吸取他们的意见再从中提炼出的解决办法。在遇到思想产生分歧，不统一时，四个人要不断地交流，积极处理好矛盾，以及互相鼓励。 第五，我们知识面要广，知识层次要达标。所谓"工欲善其事，必先利其器"，只有打好基础，才能在这个基石上建造摩天大楼。机械方面要基本熟悉机械原理、机械零件、机制工艺学、材料力学、互换性测量技术基础等课程，对这些知识越熟悉越好。同时会基本的物理常识，除此之外还要会一些软件技术，例如：三维的有proe、solidworks。力学分析：有限元分析ANSYS，最重要的是要会CAD，所有的图纸最终要画成二维图纸，这要求我们熟练运用CAD软件。 总之，两周的设计过程是苦的，是累的，但充满了温馨，因为有队员的合作、鼓励和支持。通过这次这记作业使我多了一种充实自我经历，多了一份设计的经验，多了一份坦然面对的自信。这也是对以往所学知识的汇总和回顾乃至于锤炼。