無碳小車轉(zhuǎn)向方案說明

1、無碳小車的轉(zhuǎn)向方案產(chǎn)品名稱：飛輪驅(qū)動式無碳小車設(shè)計團隊：小組成員：李進、肖衡、謝中成 指導(dǎo)老師：韓傳軍、任海濤設(shè)計思想：看到此次競賽主題，我團隊認為；能否很好地解決小車的驅(qū)動問題和自動轉(zhuǎn)向問題是此次設(shè)計成功與否的關(guān)鍵。圍繞這個中心，我們展開了一系列的理論分析與驗證，經(jīng)過反復(fù)比較，最終確定了我們的設(shè)計思路：飛輪驅(qū)動與仿自行車式轉(zhuǎn)向。驅(qū)動方面，最開始，我們想到了發(fā)條，認為將重物下落的重力勢能儲存在發(fā)條中，在逐漸釋放，能夠很好地利用能量。與此同時，經(jīng)過研究玩具小車的驅(qū)動機構(gòu)，我們認為，可以想辦法將發(fā)條與彈簧結(jié)合起來使用，通過二者驅(qū)動的時間差來達到將重物能量利用最大化的目的。但是，發(fā)條在儲能和釋放能量

2、時都會消耗能量，因而能量利用率不高；并且，如何讓彈簧與發(fā)條分時驅(qū)動也是一個我們始終無法解決的問題；而且，發(fā)條在釋放能量后還會有阻礙驅(qū)動輪轉(zhuǎn)動的問題，要解決這個問題會將小車結(jié)構(gòu)弄得很復(fù)雜，因而，我們最終放棄了這種想法。而后，通過聯(lián)系農(nóng)村稻麥?zhǔn)崭顧C的啟動實例，我們想到了利用飛輪驅(qū)動，飛輪驅(qū)動結(jié)構(gòu)簡單，并且能夠很好地解決發(fā)條能量釋放后阻止驅(qū)動輪轉(zhuǎn)動的問題；于此同時，我們也想到了將飛輪與彈簧聯(lián)合驅(qū)動的方案，這種方案能夠?qū)⒛芰勘M可能地利用，并且只要通過傳動比讓彈簧驅(qū)動給后輪的速度大于飛輪能量釋放后后輪的速度，就能讓小車平穩(wěn)前進。但是這個方案仍然存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜并造成能量消耗打的問題，經(jīng)過綜合考慮權(quán)衡，我們最

3、終確定飛輪單獨驅(qū)動小車的方案。轉(zhuǎn)向方面，我們主要是仿照自行車轉(zhuǎn)向的方案，利用等寬凸輪控制小車自動轉(zhuǎn)向。工作原理：主要構(gòu)件如下圖所示，包括儲能飛輪、驅(qū)動后輪、傳動齒輪、“曲柄”圓輪、連桿、轉(zhuǎn)向“搖桿”和轉(zhuǎn)向前輪。圖1當(dāng)重物下落時，細繩繞過立桿動滑輪帶動儲能飛輪旋轉(zhuǎn)儲能，飛輪旋轉(zhuǎn)驅(qū)動后輪前進，同時通過齒輪嚙合傳動帶動“曲柄”圓輪旋轉(zhuǎn)，通過連桿傳動推拉轉(zhuǎn)向“搖桿”帶動轉(zhuǎn)向前輪周期性左右轉(zhuǎn)向，從而實現(xiàn)小車在前進過程中自動轉(zhuǎn)向。這樣小車便能在重力勢能驅(qū)動下沿著“S”形路線前進，并能自動繞過障礙物。整過程的能量轉(zhuǎn)換為：重力勢能 飛輪動能 驅(qū)動后輪 小車前進并自動轉(zhuǎn)向圖2驅(qū)動機構(gòu)和轉(zhuǎn)向機構(gòu)原理：1、 驅(qū)動機

4、構(gòu)：主要包括儲能飛輪、驅(qū)動后輪和傳動齒輪圖3在重物下落時，通過繞在飛輪上的細線帶動飛輪旋轉(zhuǎn)儲能，飛輪旋轉(zhuǎn)驅(qū)動后輪轉(zhuǎn)動，小車便向前行進。當(dāng)重物完全下落后，小車靠飛輪儲存的能量繼續(xù)前進，直到能量通過車輪摩擦耗散完停止。圖4小車在前進過程中，通過固定在軸上的齒輪旋轉(zhuǎn)，齒輪傳動機構(gòu)帶動“曲柄”圓盤旋轉(zhuǎn)，通過連桿和轉(zhuǎn)向機構(gòu)連接。齒輪傳動的一個主要作用是通過小輪帶大輪實現(xiàn)傳動比1：15減速，從而使驅(qū)動機構(gòu)和轉(zhuǎn)向機構(gòu)協(xié)調(diào)配合。2、 轉(zhuǎn)向機構(gòu)：主要包括“曲柄”圓輪、連桿、轉(zhuǎn)向“搖桿”和轉(zhuǎn)向前輪圖 5圖 6原理是利用“曲柄搖桿機構(gòu)”的原理，其中“曲柄”圓輪、轉(zhuǎn)向“搖桿”分別是該曲柄搖桿機構(gòu)的曲柄和搖桿。齒輪帶動

5、圓輪旋轉(zhuǎn)，當(dāng)連桿和圓輪連接點處于圖5中C、D點時，圖6中轉(zhuǎn)向“搖桿”處于C(D)線處,前輪指向正前方，此時小車能直行；當(dāng)連桿和圓輪連接點處于圖5中A點時，通過連桿將轉(zhuǎn)向“搖桿”向后拉，轉(zhuǎn)向“搖桿”順時針轉(zhuǎn)過角，圖6中轉(zhuǎn)向“搖桿”處于A線處,前輪指向右前方與直行線成角，此時小車能向右轉(zhuǎn)；當(dāng)連桿和圓輪連接點處于圖5中B點時，通過連桿將轉(zhuǎn)向“搖桿”向前推，轉(zhuǎn)向“搖桿”逆時針轉(zhuǎn)過角，圖6中轉(zhuǎn)向“搖桿”處于B線處,前輪指向左前方與直行線成角，此時小車能向左轉(zhuǎn)。在一個周期內(nèi)小車能自動轉(zhuǎn)向2次。初始時連接點處于B點，此時小車前輪左偏角，小車前進經(jīng)四分之一周期運動到左側(cè)最外端，此時轉(zhuǎn)向前輪指向正前方，小車?yán)^續(xù)前進，以后過程中小車周期性轉(zhuǎn)向前進，路線如下圖（圖7）所示。設(shè)計組圖： 理論計算：設(shè)計創(chuàng)新點：圖 71、如圖7，驅(qū)動輪采用冰刀形式，一方面美觀；另一方面減小了后輪與地面的摩擦力，也減小了車身重量，從而在增加小車速度的同時也將小車的能量損耗降低到最小。2、如圖5所示，我們突破了傳統(tǒng)的凸輪或者棘輪等間歇機構(gòu)的束縛，采用了曲柄搖桿機構(gòu)的原理控制小車的轉(zhuǎn)向，這樣的構(gòu)造使得轉(zhuǎn)向機構(gòu)整體更加簡單；且圓盤制造容易，減少了制造的麻煩，也節(jié)約了制作成本；而且圓的制造系數(shù)更加容易確定，更有利于對于轉(zhuǎn)向的精確控制。3、 傳動機構(gòu)，我們利用齒輪傳動，一方面齒輪傳動能實現(xiàn)精確傳動比，通過對齒