無(wú)碳小車說(shuō)明書(shū)完

1、無(wú)碳小車設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 2011-5-20目錄一：摘要;：二：引言：三：任務(wù)和要求3.1設(shè)計(jì)思路 3.2基本原理四：方案設(shè)計(jì)及論證4.1機(jī)械方案設(shè)計(jì)4.1.1傳動(dòng)系統(tǒng)4.1.2轉(zhuǎn)向系統(tǒng)4.2工藝方案設(shè)計(jì) 74.3小車整體及外觀設(shè)計(jì) 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(jì)成本分析 9六：參考文獻(xiàn)七：無(wú)碳小車徽標(biāo)摘要是依據(jù)競(jìng)賽命題主題“無(wú)碳小車”，提出一種“無(wú)碳”方法，帶動(dòng)小車的運(yùn)行，即給定一重力勢(shì)能，根據(jù)能量轉(zhuǎn)換原理，設(shè)計(jì)了一種可將該重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能并用來(lái)驅(qū)動(dòng)小車行走的裝置。該自行小車在前行時(shí)能夠自動(dòng)避開(kāi)賽道上設(shè)置的障礙物（每間

2、隔1米，放置一個(gè)直徑為20mm，高為200mm的彈性障礙圓棒）。此模型最大的特點(diǎn)是將重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而根據(jù)大小齒輪的粘合帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)輪和轉(zhuǎn)向輪，從而按照規(guī)定的路線完成任務(wù)。本文將對(duì)無(wú)碳小車模型的設(shè)計(jì)過(guò)程，結(jié)構(gòu)功能特點(diǎn)等進(jìn)行詳細(xì)的介紹。關(guān)鍵詞：無(wú)碳小車 齒輪粘合 驅(qū)動(dòng)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(wú)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(dǎo)“無(wú)碳生活”。多數(shù)網(wǎng)友認(rèn)為，對(duì)社會(huì)整體而言，完全“無(wú)碳”難以做到，但有意識(shí)地減少“碳排放”，卻是隨時(shí)隨地可做的事，勿因善小而不為1.2 隨著社會(huì)科技的發(fā)展，人們的生活水平的提高，無(wú)碳對(duì)

3、于人們來(lái)說(shuō)，顯得越來(lái)越重要，建設(shè)無(wú)碳社會(huì)，使得生活更加的環(huán)保，沒(méi)有任何的污染。1.3無(wú)碳小車的設(shè)計(jì)與發(fā)明，是國(guó)家和社會(huì)對(duì)能源問(wèn)題和環(huán)境問(wèn)題的更加重視1.4“無(wú)碳車是比較環(huán)保的短途代步工具，節(jié)能、經(jīng)濟(jì)、方便，環(huán)保。因此，在人均擁有汽車比例很高的歐美發(fā)達(dá)國(guó)家，無(wú)一例外選擇了提倡推廣低碳車?！痹S多人認(rèn)為，確保無(wú)碳車道便利通達(dá)，既是現(xiàn)實(shí)選擇，也是大勢(shì)所趨?，F(xiàn)在許多發(fā)達(dá)國(guó)家都把無(wú)碳技術(shù)運(yùn)用到各個(gè)領(lǐng)域，像交通，家庭用具等，這也是我國(guó)當(dāng)今所要求以及努力的方向。針對(duì)目前這一現(xiàn)狀，我們?cè)O(shè)計(jì)了無(wú)碳小車模型，用重力勢(shì)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能提供了一種全新的思路，以便更好的解決以上問(wèn)題。三：任務(wù)和要求 設(shè)計(jì)思路1，根據(jù)能量守恒

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

5、，齒輪系:由齒輪系的傳動(dòng)比功能來(lái)使重物勻速下落，小車勻速前進(jìn)。這樣有利于小車穩(wěn)定轉(zhuǎn)向和增長(zhǎng)小車前進(jìn)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(jìn)距離和小車的穩(wěn)定。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（1）方案：根據(jù)競(jìng)賽命題要求（小車前行過(guò)程中完成的所有動(dòng)作所需的能量均重物下落減少重力勢(shì)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(shì)能直接轉(zhuǎn)化為小車前進(jìn)的動(dòng)能時(shí)，能量損失最少，所以以繩拉力為動(dòng)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(duì)該原動(dòng)輪產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)效應(yīng)，從而帶動(dòng)其同軸上的大齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，再由大齒輪傳給后軸上的小齒輪使小車前進(jìn)。（2）以上方案作用：由于設(shè)計(jì)該小

6、車的前進(jìn)過(guò)程是 靜止加速勻速減速 的過(guò)程。啟動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)矩稍大于阻力使小車啟動(dòng)，啟動(dòng)后轉(zhuǎn)矩與阻力平衡小車勻速前進(jìn)。當(dāng)重物下落完畢時(shí)小車靠慣性減速行駛。（3）運(yùn)動(dòng)過(guò)程：用纏線方法來(lái)使小車驅(qū)動(dòng)。細(xì)線的一端連接物塊，另一端均勻緊密纏繞在帶輪上。在通過(guò)齒輪系傳送使小車前進(jìn)。齒輪的傳動(dòng)比是*。帶輪轉(zhuǎn)一圈，后軸轉(zhuǎn)*圈。物塊下降*mm小車前進(jìn)*mm。四：方案設(shè)計(jì)及論證機(jī)械方案設(shè)計(jì)1、命題要求：給定一重力勢(shì)能，根據(jù)能量轉(zhuǎn)換原理，設(shè)計(jì)一種可將該重力勢(shì)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能并可用來(lái)驅(qū)動(dòng)小車行走的裝置。 2、設(shè)計(jì)方案：a) 設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)：無(wú)碳小車系統(tǒng)主要分四個(gè)結(jié)構(gòu)：動(dòng)力裝置、傳動(dòng)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(guò)細(xì)線以及滑輪連接到小車驅(qū)動(dòng)軸上。經(jīng)過(guò)這樣一個(gè)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)把重塊的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為小車的動(dòng)能。圖2：驅(qū)動(dòng)裝置圖b) 傳動(dòng)系統(tǒng)：通過(guò)齒輪齒數(shù)的不同，來(lái)改變傳動(dòng)比，以確保固定的周期。c) 轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)：通過(guò)雙曲桿搖柄機(jī)桿連接槽輪及前輪，使轉(zhuǎn)向輪按照嚴(yán)格的正弦曲線形走，實(shí)現(xiàn)最終的預(yù)想軌跡。圖3：轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)圖車身體：多處掏空，減輕重量。載重利用槽機(jī)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(shè)計(jì)要求（小車在前行時(shí)能夠自動(dòng)避開(kāi)賽道設(shè)置的障礙物）及轉(zhuǎn)向特點(diǎn)，采取小車前進(jìn)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(yīng)的角

8、度（2）運(yùn)動(dòng)過(guò)程：當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)擠壓連桿，在彈簧的作用下，連桿來(lái)回伸縮，通過(guò)前輪輪叉使前輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使小車轉(zhuǎn)向傳動(dòng)系統(tǒng)（1）方案：根據(jù)競(jìng)賽命題要求（小車前行過(guò)程中完成的所有動(dòng)作所需的能量均重物下落減少重力勢(shì)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(shí)能夠自動(dòng)避開(kāi)賽道設(shè)置的障礙物），通過(guò)齒輪和傳動(dòng)軸將小車動(dòng)力傳遞到小車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。（2）以上方案作用：傳動(dòng)系統(tǒng)是連接動(dòng)力系統(tǒng)與轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的橋梁，通過(guò)固定在帶輪上的大齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)凸輪軸上的齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)。實(shí)現(xiàn)小車轉(zhuǎn)向動(dòng)力的來(lái)源。2.2工藝方案設(shè)計(jì)1、 命題要求：以5焦耳重力勢(shì)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(guò)快。要求工件表面光滑，尺寸精確。裝配時(shí)各零件主要用螺釘，鍵來(lái)組裝。拉繩用*?；瑒?dòng)位置用軸承，卡簧來(lái)組裝?；具^(guò)程：先用毛坯下料，再根據(jù)加工零件不同，選用不同工種進(jìn)行精加工。最后通過(guò)組裝調(diào)試修改來(lái)完成。2主要零件工藝分析：主要零件尺寸及其加工過(guò)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(biāo)準(zhǔn)件即可。 注， 不作精確要求，合適即可。 1、齒輪機(jī)構(gòu)：齒輪是機(jī)械結(jié)構(gòu)中最常見(jiàn)的傳動(dòng)系統(tǒng)零件，本小車中齒輪機(jī)構(gòu)用在了兩個(gè)部分：第一部分，驅(qū)動(dòng)輪啟動(dòng)部分；第二部分，凸輪機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)部分。通常加工方法為插齒機(jī)或滾齒機(jī)，由于加工設(shè)備的限制，本小車中所有的齒輪都是用線切割機(jī)床完成的。2、凸輪：凸輪機(jī)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(fù)雜，因此采用數(shù)控銑方法進(jìn)行加工。首先通過(guò)UG制圖軟件造出凸輪的三維立體模型，再通過(guò)加工編程軟件masterCAM進(jìn)行編程加工。1、帶輪機(jī)構(gòu)：本無(wú)碳小車中帶輪機(jī)主要用于

11、驅(qū)動(dòng)輪部分的傳動(dòng)，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(diǎn)，本小車所有軸類零件均采用了普通車床進(jìn)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(jìn)行，小車剩余其它板類、桿類零件均采用普通銑床方法進(jìn)行加工。2.1小車整體及外觀設(shè)計(jì)(初步設(shè)計(jì))小車底板設(shè)計(jì)：小車底板寬度180mm，總長(zhǎng)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(shè)計(jì)長(zhǎng)為200mm，寬度為180mm。底板厚度3mm。重物支撐架設(shè)計(jì)：采用長(zhǎng)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(zhǎng)度為300mm的塑料棒支撐。轉(zhuǎn)向裝置設(shè)計(jì)：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(dòng)設(shè)計(jì)：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(shè) 計(jì)：外觀標(biāo)幅以學(xué)校標(biāo)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(shí)起到平衡小車的作用。2.2最終方案本次方案設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)方案），前后用車主要不同處在于前輪

13、轉(zhuǎn)向及軌道設(shè)計(jì)，與費(fèi)用不產(chǎn)生太大影響，但是方案二為我組主要設(shè)計(jì)方案。能量系統(tǒng)設(shè)計(jì)，以經(jīng)發(fā)條實(shí)現(xiàn)二次轉(zhuǎn)換為主，但也有備用方案。備用方案僅做意見(jiàn)保留。五：材料及成本分析5.1小車應(yīng)用材料種類：塑料 硬質(zhì)鋁 磁鐵 鋼柱 細(xì)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(shè)計(jì)：塑料為主（成品設(shè)計(jì)）。前輪（前期）：硬質(zhì)鋁。齒輪：塑料（成品設(shè)計(jì)）。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(biāo)準(zhǔn)品。5.3小車經(jīng)濟(jì)成本分析：1）小車主要零件成本分析1、驅(qū)動(dòng)輪：驅(qū)動(dòng)輪采用普通鋁合金，市場(chǎng)價(jià)格約為25元/公斤，材料費(fèi)與工時(shí)費(fèi)合用約210元

14、（其中加工工時(shí)費(fèi)約為160元）。2、主板及支架：主板采用普通鋁合金，市場(chǎng)價(jià)格約為25元/公斤，材料費(fèi)與工時(shí)費(fèi)合用約400元（其中加工工時(shí)費(fèi)約為300元）。3、帶輪：帶輪材料為尼龍，市場(chǎng)價(jià)格約為20元/公斤，材料費(fèi)與工時(shí)費(fèi)合用約100元（其中加工工時(shí)費(fèi)約為60元）。 4、軸類零件：采用普通鋁合金制作，市場(chǎng)價(jià)格約為25元/公斤，材料費(fèi)與工時(shí)費(fèi)合用約60元（其中加工工時(shí)費(fèi)約為40元）。5、標(biāo)準(zhǔn)件：軸承、螺釘、細(xì)繩等，材料費(fèi)約為110元。2）總經(jīng)濟(jì)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(fèi)用為200元；尼龍類材料需要大約2公斤，材料費(fèi)用為40元；2、主要零部件加工工時(shí)費(fèi)約為560元；3、其他材料（包括軸承、手工制作鋁板型材等）費(fèi)用110元；經(jīng)過(guò)以上分析本無(wú)碳小車的經(jīng)濟(jì)成本大約為670元。六：參考文獻(xiàn):1周良德,朱泗芳.現(xiàn)代工程圖學(xué).湖南科學(xué)技術(shù)出版社,2002。2 程靳, 黃毅.理論力學(xué).哈爾濱工業(yè)大學(xué)理論力學(xué)教研室.2009。3 趙近芳,