無碳小車—結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

1、無碳小車設(shè)計(jì)思路根據(jù)本屆競賽題目對無碳小車（以下簡稱：小車）功能設(shè)計(jì)、徽標(biāo)設(shè)計(jì)的要求，我們首先確定如下的設(shè)計(jì)思路：1、 根據(jù)能量守恒定律，物塊下落的重力勢能直接轉(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)能量來源直接由重物下落過程中減少的重力勢能提供為宜。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)反映本屆競賽主題：無碳小車 無碳小車設(shè)計(jì)方案以下是具體的設(shè)計(jì)方案介紹：一、徽標(biāo)設(shè)計(jì)（

2、圖1）圖1（1）設(shè)計(jì)說明：整個(gè)徽標(biāo)是一個(gè)橢圓形的圈，包圍著一個(gè)車輪，車輪下面寫著“No Carbon”的字樣。其中，車輪代表著我們所做的無碳小車。其后面是由眾多抽象的“S”形條紋組成，代表著我們的無碳小車由所要求的“S”形跑到飛馳而出。其下的“No Carbon”字樣簡單明了地說明了這屆大賽的主題，并且外面的橢圓圈，代表著能量的意識(shí)，說明了勢能與動(dòng)能相互轉(zhuǎn)換的過程。最后，以整體上看，整個(gè)圖形像一只眼睛?？粗h(yuǎn)方，對未來全球?qū)崿F(xiàn)無碳充滿希望。（2）材料：45鋼（3）制作：激光打標(biāo)機(jī) 噴漆 外圈紅色R：255 G：0 B：0內(nèi)圈紅色 R：170 G：0 B：0“No”R：85 G：85 :B：:8

3、5“Carbon” R：170 G：0 B：0 車輪R：255 G：85 B：85“S”R：255 G：85170 B：085二、小車動(dòng)力、動(dòng)力轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)1、小車的動(dòng)力系統(tǒng)（圖2）圖2（1）方案：根據(jù)競賽命題要求（小車前行過程中完成的所有動(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。拉力作用于錐型原動(dòng)輪（以下簡稱：原動(dòng)輪）上，形成力矩，力矩對該原動(dòng)輪產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)效應(yīng)，通過一系列齒輪的傳動(dòng)，將動(dòng)力輸出，使后輪轉(zhuǎn)動(dòng)，小車前進(jìn)。（2）以上方案作用：由于設(shè)計(jì)該小車的前進(jìn)過程是

4、靜止加速勻速減速的過程，所以開始時(shí)拉力的作用點(diǎn)處在原動(dòng)輪半徑較大處，并且隨著小車的前進(jìn)，拉力作用點(diǎn)距離原動(dòng)輪的軸線的距離呈遞減的線性變化。起始時(shí)，原動(dòng)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑較大，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，有利起動(dòng)；起動(dòng)后，原動(dòng)輪半徑變小，轉(zhuǎn)速提高，轉(zhuǎn)矩變小，和阻力平衡后小車勻速運(yùn)動(dòng)。重物是由賽會(huì)組委會(huì)提供，M=1Kg，那么作用于原動(dòng)輪上的作用力為F=Mg=9.8N.若該作用力所產(chǎn)生的扭矩不通過一系列齒輪將扭矩減小而直接作用于后輪上，那么重物開始下落重物停止的過程 一直處于加速，這與小車的設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)過程相違背。所以采用一系列齒輪將該作用力產(chǎn)生的扭矩轉(zhuǎn)化為后輪上較小扭矩，增加小車前進(jìn)的距離，控制小車前進(jìn)的速度。2、小車的動(dòng)

5、力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（圖3）圖3 （1）方案：根據(jù)競賽命題要求（小車前行過程中完成的所有動(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)避開賽道設(shè)置的障礙物），通過錐形齒輪，將小車動(dòng)力傳遞到小車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。又根據(jù)小車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)兩個(gè)轉(zhuǎn)向相反的齒輪，齒輪上插有擋塊，兩個(gè)擋塊周期性的碰撞轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的把手，完成轉(zhuǎn)向。（2）以上方案作用：小車動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是連接動(dòng)力系統(tǒng)與轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的橋梁，通過給系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)小車轉(zhuǎn)向動(dòng)力的來源。動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中反向旋轉(zhuǎn)的兩個(gè)齒輪，通過齒輪上擋塊對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中 把手 周期性碰撞，將動(dòng)力系統(tǒng)的作用力傳遞到轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。3、小車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（圖4）圖4（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：直線弧線直線的行進(jìn)過程（圖4）。為了實(shí)現(xiàn)此運(yùn)動(dòng)軌跡，小車前輪轉(zhuǎn)動(dòng)必須滿足向兩邊轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)間短，不發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)間長。為此，設(shè)計(jì)在前輪軸上安裝一個(gè)把手，把手與前輪軸通過鍵連接，與底盤通過彈簧連接。當(dāng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)上的擋塊碰撞把手時(shí)，小車處于轉(zhuǎn)向過程；當(dāng)碰撞結(jié)束后，把手由于彈簧的作用力，回到未碰撞之前的狀態(tài)，此時(shí)，小車處于直線前進(jìn)的過程，直到下一個(gè)轉(zhuǎn)向處。（2）以上方案的作