無(wú)碳小車(chē)轉(zhuǎn)向方案說(shuō)明

1、無(wú)碳小車(chē)的轉(zhuǎn)向方案產(chǎn)品名稱(chēng)：飛輪驅(qū)動(dòng)式無(wú)碳小車(chē)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)：小組成員：李進(jìn)、肖衡、謝中成 指導(dǎo)老師：韓傳軍、任海濤設(shè)計(jì)思想：看到此次競(jìng)賽主題，我團(tuán)隊(duì)認(rèn)為；能否很好地解決小車(chē)的驅(qū)動(dòng)問(wèn)題和自動(dòng)轉(zhuǎn)向問(wèn)題是此次設(shè)計(jì)成功與否的關(guān)鍵。圍繞這個(gè)中心，我們展開(kāi)了一系列的理論分析與驗(yàn)證，經(jīng)過(guò)反復(fù)比較，最終確定了我們的設(shè)計(jì)思路：飛輪驅(qū)動(dòng)與仿自行車(chē)式轉(zhuǎn)向。驅(qū)動(dòng)方面，最開(kāi)始，我們想到了發(fā)條，認(rèn)為將重物下落的重力勢(shì)能儲(chǔ)存在發(fā)條中，在逐漸釋放，能夠很好地利用能量。與此同時(shí)，經(jīng)過(guò)研究玩具小車(chē)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，我們認(rèn)為，可以想辦法將發(fā)條與彈簧結(jié)合起來(lái)使用，通過(guò)二者驅(qū)動(dòng)的時(shí)間差來(lái)達(dá)到將重物能量利用最大化的目的。但是，發(fā)條在儲(chǔ)能和釋放能量

2、時(shí)都會(huì)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(shí)驅(qū)動(dòng)也是一個(gè)我們始終無(wú)法解決的問(wèn)題；而且，發(fā)條在釋放能量后還會(huì)有阻礙驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)的問(wèn)題，要解決這個(gè)問(wèn)題會(huì)將小車(chē)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(guò)聯(lián)系農(nóng)村稻麥?zhǔn)崭顧C(jī)的啟動(dòng)實(shí)例，我們想到了利用飛輪驅(qū)動(dòng)，飛輪驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，并且能夠很好地解決發(fā)條能量釋放后阻止驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)的問(wèn)題；于此同時(shí)，我們也想到了將飛輪與彈簧聯(lián)合驅(qū)動(dòng)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(guò)傳動(dòng)比讓彈簧驅(qū)動(dòng)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(chē)平穩(wěn)前進(jìn)。但是這個(gè)方案仍然存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜并造成能量消耗打的問(wèn)題，經(jīng)過(guò)綜合考慮權(quán)衡，我們最

3、終確定飛輪單獨(dú)驅(qū)動(dòng)小車(chē)的方案。轉(zhuǎn)向方面，我們主要是仿照自行車(chē)轉(zhuǎn)向的方案，利用等寬凸輪控制小車(chē)自動(dòng)轉(zhuǎn)向。工作原理：主要構(gòu)件如下圖所示，包括儲(chǔ)能飛輪、驅(qū)動(dòng)后輪、傳動(dòng)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(shí)，細(xì)繩繞過(guò)立桿動(dòng)滑輪帶動(dòng)儲(chǔ)能飛輪旋轉(zhuǎn)儲(chǔ)能，飛輪旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)后輪前進(jìn)，同時(shí)通過(guò)齒輪嚙合傳動(dòng)帶動(dòng)“曲柄”圓輪旋轉(zhuǎn)，通過(guò)連桿傳動(dòng)推拉轉(zhuǎn)向“搖桿”帶動(dòng)轉(zhuǎn)向前輪周期性左右轉(zhuǎn)向，從而實(shí)現(xiàn)小車(chē)在前進(jìn)過(guò)程中自動(dòng)轉(zhuǎn)向。這樣小車(chē)便能在重力勢(shì)能驅(qū)動(dòng)下沿著“S”形路線(xiàn)前進(jìn)，并能自動(dòng)繞過(guò)障礙物。整過(guò)程的能量轉(zhuǎn)換為：重力勢(shì)能 飛輪動(dòng)能 驅(qū)動(dòng)后輪 小車(chē)前進(jìn)并自動(dòng)轉(zhuǎn)向圖2驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)原理：1、 驅(qū)動(dòng)機(jī)

4、構(gòu)：主要包括儲(chǔ)能飛輪、驅(qū)動(dòng)后輪和傳動(dòng)齒輪圖3在重物下落時(shí)，通過(guò)繞在飛輪上的細(xì)線(xiàn)帶動(dòng)飛輪旋轉(zhuǎn)儲(chǔ)能，飛輪旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)后輪轉(zhuǎn)動(dòng)，小車(chē)便向前行進(jìn)。當(dāng)重物完全下落后，小車(chē)靠飛輪儲(chǔ)存的能量繼續(xù)前進(jìn)，直到能量通過(guò)車(chē)輪摩擦耗散完停止。圖4小車(chē)在前進(jìn)過(guò)程中，通過(guò)固定在軸上的齒輪旋轉(zhuǎn)，齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)“曲柄”圓盤(pán)旋轉(zhuǎn)，通過(guò)連桿和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)連接。齒輪傳動(dòng)的一個(gè)主要作用是通過(guò)小輪帶大輪實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)比1：15減速，從而使驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)協(xié)調(diào)配合。2、 轉(zhuǎn)向機(jī)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(jī)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(jī)構(gòu)的曲柄和搖桿。齒輪帶動(dòng)

5、圓輪旋轉(zhuǎn)，當(dāng)連桿和圓輪連接點(diǎn)處于圖5中C、D點(diǎn)時(shí)，圖6中轉(zhuǎn)向“搖桿”處于C(D)線(xiàn)處,前輪指向正前方，此時(shí)小車(chē)能直行；當(dāng)連桿和圓輪連接點(diǎn)處于圖5中A點(diǎn)時(shí)，通過(guò)連桿將轉(zhuǎn)向“搖桿”向后拉，轉(zhuǎn)向“搖桿”順時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)角，圖6中轉(zhuǎn)向“搖桿”處于A線(xiàn)處,前輪指向右前方與直行線(xiàn)成角，此時(shí)小車(chē)能向右轉(zhuǎn)；當(dāng)連桿和圓輪連接點(diǎn)處于圖5中B點(diǎn)時(shí)，通過(guò)連桿將轉(zhuǎn)向“搖桿”向前推，轉(zhuǎn)向“搖桿”逆時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)角，圖6中轉(zhuǎn)向“搖桿”處于B線(xiàn)處,前輪指向左前方與直行線(xiàn)成角，此時(shí)小車(chē)能向左轉(zhuǎn)。在一個(gè)周期內(nèi)小車(chē)能自動(dòng)轉(zhuǎn)向2次。初始時(shí)連接點(diǎn)處于B點(diǎn)，此時(shí)小車(chē)前輪左偏角，小車(chē)前進(jìn)經(jīng)四分之一周期運(yùn)動(dòng)到左側(cè)最外端，此時(shí)轉(zhuǎn)向前輪指向正前方，小車(chē)?yán)^續(xù)前進(jìn)，以后過(guò)程中小車(chē)周期性轉(zhuǎn)向前進(jìn)，路線(xiàn)如下圖（圖7）所示。設(shè)計(jì)組圖： 理論計(jì)算：設(shè)計(jì)創(chuàng)新點(diǎn)：圖 71、如圖7，驅(qū)動(dòng)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(chē)身重量，從而在增加小車(chē)速度的同時(shí)也將小車(chē)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(jī)構(gòu)的束縛，采用了曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的原理控制小車(chē)的轉(zhuǎn)向，這樣的構(gòu)造使得轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)整體更加簡(jiǎn)單；且圓盤(pán)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(duì)于轉(zhuǎn)向的精確控制。3、 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，我們利用齒輪傳動(dòng)，一方面齒輪傳動(dòng)能實(shí)現(xiàn)精確傳動(dòng)比，通過(guò)對(duì)齒