工程訓(xùn)練大賽無碳小車說明及其計(jì)算

1、無碳小車設(shè)計(jì)說明構(gòu)架部分轉(zhuǎn)向部分驅(qū)動(dòng)部分細(xì)節(jié)說明第一頁，共三十四頁。1.構(gòu)架部分 小車采用三輪結(jié)構(gòu)（1個(gè)轉(zhuǎn)向，2個(gè)驅(qū)動(dòng)）重物落差0.5米物重1kg.第二頁，共三十四頁。2.轉(zhuǎn)向第三頁，共三十四頁。第四頁，共三十四頁。 轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)與驅(qū)動(dòng)軸相連小車的轉(zhuǎn)向輪周期性的擺動(dòng)計(jì)算傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，使小車行使200厘米時(shí)，轉(zhuǎn)向輪擺動(dòng)一個(gè)周期。確定連桿在轉(zhuǎn)盤有位置，盡量減小轉(zhuǎn)向輪的擺動(dòng)角度，從而使小車先驅(qū)的實(shí)際距離變大。確定初始位置與擺輪角度的關(guān)系。第五頁，共三十四頁。第六頁，共三十四頁。3驅(qū)動(dòng) 原理：繩拉力為動(dòng)力。將物塊下落的勢能盡可能多的轉(zhuǎn)換為小車的動(dòng)能，進(jìn)而克服阻力做功。物塊在下落的過程中不可避免的要與小車發(fā)生碰

2、撞，碰撞過程必然要有能量損失，所以要解決的問題：1下降過程中，盡可能的降低下落的速度；2在將要下降到小車時(shí)，改變轉(zhuǎn)速比，使物塊減速下落，進(jìn)一步減少碰撞損耗。 第七頁，共三十四頁。解決方案一、小車的勻速運(yùn)動(dòng)過程 傳輸功率=轉(zhuǎn)矩X角速度 ，通過一系列的齒輪，帶輪，轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生轉(zhuǎn)速比，使作用在后輪的轉(zhuǎn)矩和阻尼轉(zhuǎn)矩平衡，物塊低速勻速下落。在后輪轉(zhuǎn)軸上安放多個(gè)不同半徑的帶輪，微調(diào)轉(zhuǎn)矩，適應(yīng)不同的環(huán)境下阻力的不同。制作多套后輪，微調(diào)轉(zhuǎn)矩。改變后輪時(shí)，也要相應(yīng)的改變轉(zhuǎn)向傳動(dòng)輪的大小，同時(shí)保持車身水平，適當(dāng)調(diào)整前輪轉(zhuǎn)軸的長度。（現(xiàn)場可實(shí)現(xiàn)）第八頁，共三十四頁。 第九頁，共三十四頁。二、小車的起始和結(jié)束過程梯形原動(dòng)

3、輪的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)小車的起動(dòng)和物塊的從低速到減速下落。減小因碰撞而損失的能量。第十頁，共三十四頁。梯形原動(dòng)輪第十一頁，共三十四頁。第十二頁，共三十四頁。1.在起始時(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)。2.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)。3.當(dāng)物塊距小車很近時(shí)，原動(dòng)輪的半徑再次變小，繩子的拉力不足以使原動(dòng)輪勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，但是由于物塊的慣性，仍會(huì)減速下降，原動(dòng)輪的半徑變小，總轉(zhuǎn)速比提高，小車緩慢減速，直到停止，物塊停止下落，正好接觸小車。第十三頁，共三十四頁。 在整個(gè)過程中，重力勢能完全轉(zhuǎn)換為小車運(yùn)動(dòng)過程的損耗。使小車行進(jìn)的更遠(yuǎn).第十四頁，共三十四頁。4細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)

4、車身車輪軸承以減小小車重力和阻力為目的 第十五頁，共三十四頁。一. 命題二. 設(shè)計(jì)要求三. 制作要求四. 比賽要求 計(jì)算分析六. 結(jié)構(gòu)分析第十六頁，共三十四頁。主 題：無碳小車（三輪）考核內(nèi)容：設(shè)計(jì)、工藝、成本分析、工程管理。作品內(nèi)容：1.“無碳小車”實(shí)物作品； 2.加工制作及組裝過程的視頻錄像（10分鐘）； 3.帶有徽標(biāo)的載荷質(zhì)量塊（徽標(biāo)說明）； 4.作品的設(shè)計(jì)說明書（word、.ppt 文稿）； 5.工程管理方案、加工工藝方案、成本分析方案。等 一、命題第十七頁，共三十四頁。1.驅(qū)動(dòng)力：重力勢能，1kg（Q235， 50mm*65mm ），落差高500mm； 不準(zhǔn)使用任何其它的能量形式2.

5、車結(jié)構(gòu)：三輪，1輪導(dǎo)向，2輪驅(qū)動(dòng)；3.轉(zhuǎn)向輪：最大外徑30mm；4.配載荷：不小于400g、外型60mm*20mm； 小車其它具體結(jié)構(gòu)和材料選用不作要求。二、設(shè)計(jì)要求第十八頁，共三十四頁。1.校內(nèi)制作：自主制作全部零件。2.比賽現(xiàn)場制作：（進(jìn)入第二競賽環(huán)節(jié)后） 小車轉(zhuǎn)向輪 （1）計(jì)算機(jī)三維造型； （2）加工制作，方法可包括： 快速成型機(jī)制作、 機(jī)床加工、 鉗工方法 等； （3）組裝調(diào)試。三、制作要求第十九頁，共三十四頁。預(yù)賽： 在指定賽道，比賽繞過障礙多少和行走距離。文件原文四、比賽要求第二十頁，共三十四頁。集中參賽：（與預(yù)賽的時(shí)間、地點(diǎn)關(guān)系？）四、比賽要求第二十一頁，共三十四頁。集中參賽：（

6、與預(yù)賽的時(shí)間、地點(diǎn)關(guān)系？）四、比賽要求第二十二頁，共三十四頁?？偝煽儯核?、比賽要求第二十三頁，共三十四頁。五、計(jì)算分析力分析小車質(zhì)量P0 ，重力P0 g=地面支反力N0小車驅(qū)動(dòng)力矩M=等效力偶F0D/ 2 （小車驅(qū)動(dòng)力）F0=2M/D M由G獲取例如：M= G / 2= F0D/ 2（暫不計(jì)效率） 此時(shí) F0= G /DG=1kgG第二十四頁，共三十四頁。五、計(jì)算分析力約束（克服運(yùn)行阻力的最小值和不打滑的最大值）克服運(yùn)行阻力：車體運(yùn)行阻力包括慣性阻力和靜阻力慣性阻力（N）=P0 a (小車啟動(dòng)加速度)靜阻力一般包括基本阻力、彎道阻力、坡道阻力、氣流阻力等 基本阻力(N)=P0 g w 式中：g

7、 重力加速度；w 運(yùn)行阻力系數(shù)，實(shí)驗(yàn)得出經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，約0.01。 F0 P0 (a+ g w ) （注意，命題中沒有運(yùn)行時(shí)間要求）地面對(duì)小車摩擦阻力Ff ， Ff = P0 g f（摩擦系數(shù)）不打滑條件 F0 Ff = P0 g fG=1kg第二十五頁，共三十四頁。五、計(jì)算分析做功分析設(shè)：S為小車行走距離，mm，為小車總效率， F0 S =G 500mm 則： S =G 500mm / F0 前面防滑計(jì)算得出：F0 Ff = P0 g f可見：為了增大小車行走距離，為了避免能量損失不打滑，在保證能夠驅(qū)動(dòng)小車行走的前提下， F0 越小越好。 F0= G /D G=1kgG第二十六頁，共三十四頁。五

8、、計(jì)算分析效率分析小車總效率 ，包括機(jī)械傳動(dòng)效率；能量轉(zhuǎn)換效率 等部分機(jī)械傳動(dòng)效率見右表能量轉(zhuǎn)換過程中的效率損失練習(xí)查找資料第二十七頁，共三十四頁。六、結(jié)構(gòu)分析主要考慮：能量轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、車體結(jié)構(gòu)；不主張遙控。 重力勢能轉(zhuǎn)換為動(dòng)能動(dòng)能和勢能總稱為機(jī)械能，包括：（1）動(dòng)能：物體由于運(yùn)動(dòng)而具有的能，叫做動(dòng)能，動(dòng)能的標(biāo)志是運(yùn)動(dòng)。（2）重力勢能：物體由于被舉高而具有的能量叫做重力勢能，重力勢能的標(biāo)志是舉高。（3）彈性勢能：物體由于發(fā)生了彈性形變而具有的能量叫做彈性勢能，彈性勢能的標(biāo)志是彈性形變。轉(zhuǎn)化方法很多，如：直接轉(zhuǎn)化重力勢能 帶動(dòng)輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)； 間接轉(zhuǎn)化重力勢能 其它能量 帶動(dòng)輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)

9、 蓄能重力勢能 各種蓄能裝置 帶動(dòng)輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)；但是注意：為減少能量損失，轉(zhuǎn)化步驟越少越好能量轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)第二十八頁，共三十四頁。六、結(jié)構(gòu)分析主要考慮：能量轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、車體結(jié)構(gòu)；包括：齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、蝸輪蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、繩傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)、氣動(dòng)裝置、液動(dòng)裝置、電動(dòng)裝置 等等但是注意：為減少效率損失，傳動(dòng)步驟越少越好傳動(dòng)機(jī)構(gòu)第二十九頁，共三十四頁。六、結(jié)構(gòu)分析主要考慮：能量轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、車體結(jié)構(gòu)；非常多，而且繁雜。注意：命題中是單輪導(dǎo)向，不要拘泥于資料文獻(xiàn)的各種框框，要講究突破思維定勢、小巧靈活。能夠完成單軸擺動(dòng)即可。轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)第三十頁，共

10、三十四頁。六、結(jié)構(gòu)分析主要考慮：能量轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、車體結(jié)構(gòu)；八仙過海各顯神通注意： 1.體積不要過大，.重量要輕； 2.重心要低； 3.輪距適中，注意保持穩(wěn)定性； 4.根據(jù)“神牛”結(jié)構(gòu)，可不必使用差速器；車體結(jié)構(gòu)第三十一頁，共三十四頁。v1v322H45差速器 2Lv1v3P13r第三十二頁，共三十四頁。謝謝大家第三十三頁，共三十四頁。內(nèi)容總結(jié)無碳小車設(shè)計(jì)說明。計(jì)算傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，使小車行使200厘米時(shí)，轉(zhuǎn)向輪擺動(dòng)一個(gè)周期。1.在起始時(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)。在整個(gè)過程中，重力勢能完全轉(zhuǎn)換為小車運(yùn)動(dòng)過程的損耗。作品內(nèi)容：1.“無碳小車”實(shí)物作品。5.工程管理方案、加工工藝方案、成本分析方案。1.校內(nèi)制作：自主制作全部零件。（克服運(yùn)行阻力