2025年零碳排放智能小車設計與創(chuàng)新技能挑戰(zhàn)賽方案書

“無碳小車”方案書方案目錄 2 2 3 4 4 72.3小車整體及外觀設計 8 8三：材料及成本分析 9 93.2小車各部位材料選擇 9 9 1.1命題規(guī)定部分①小車規(guī)定采用三輪構造(1個轉(zhuǎn)向輪，2個驅(qū)動輪),詳細小車上面要裝載一件外形尺寸為60×20mm的實心圓柱型鋼制質(zhì)量塊作為載荷，其質(zhì)量應不不不小于750克；在小車行走過程②給定重力勢能為5焦耳(取g=10m/s2),競賽時統(tǒng)一用質(zhì)量為1Kg的重塊(?50×65mm,一般碳鋼)鉛垂下降來獲得，③障礙物放置規(guī)定：每間隔1米，放置一種直徑20mm、高第二階段附加規(guī)定：計算機三維造型后，使用迅速成型機制作、車床加工及鉗工措施完畢，最終完畢小車轉(zhuǎn)向輪的組裝和調(diào)試，總加工時間為4小時左右。成績評估：分析方案、小車徽標設計、轉(zhuǎn)向輪加工成本及質(zhì)量(與否符合1.2自我發(fā)揮部分1)小車的前輪(即轉(zhuǎn)向輪)設計。單向偏轉(zhuǎn)或?qū)崿F(xiàn)雙向偏轉(zhuǎn)及其2)小車的運行軌道的設計。根據(jù)轉(zhuǎn)向方案，設計出小車旅程至少3)小車的能量轉(zhuǎn)換方式。綜合考慮到轉(zhuǎn)換與行駛的相對關系，并4)小車的前后輪設計。前輪盡量簡潔，且保證自己可以用三維軟5)小車的外觀設計。在不影響小車的正常運行下，盡量減少小車自身的重量，并且要考慮到小車的整體外觀。6)成本分析。在實現(xiàn)小車可以實現(xiàn)基本運行的狀況下，充足考二：方案設計及論證設計主體思緒：運用轉(zhuǎn)向輪中心軸偏轉(zhuǎn)，實現(xiàn)小車轉(zhuǎn)向。本方案中將分校內(nèi)比賽方案和后期參照放案照方案目的是實現(xiàn)近S形路線。圖1方案一如圖1所示(為軸中心部位的半剖視圖),前輪的中軸設計，成一種傾斜的角度。使其圖1前輪詳細設計及軌道方案：方案一：單向偏轉(zhuǎn)設計及其對應的軌道設計。如圖3(前輪剖視圖)所示。其軌道設計如圖2所示：③③④輪輪廓圖如圖4和圖5:圖5最大寬度設定為15.625mm):1).小車寬度要不不小于200mm;3).行駛初始角度(相對賽道偏角)為arctan4/3(約53度)。前輪參數(shù)：(參照圖4)3).中軸孔經(jīng)打孔→u孔型→小徑1.25mm,大徑1.5625mm,通孔。(以50mm最大外徑，大經(jīng)比小徑寬0.3053mm)。該方案設計中，小車最大有效位移約為4000mm,也許尚有出界的扣分。在初步比賽中，可以先用偏轉(zhuǎn)前輪實現(xiàn)類似的效果，前輪放置如圖6所示。前輪的安放轉(zhuǎn)角與上述計算角度同樣。方案二：近S形偏轉(zhuǎn)設計及其軌道設計。軌道設計如圖7所示：前輪設計軟件采用CAXA工程制造師設計，并實現(xiàn)自動成型。前輪輪廓圖如圖4和圖5所示最大寬度設定為15.625mm):1).小車寬度不易過寬，設定為180mm。2).每個旋轉(zhuǎn)弧行駛距離為1000mm—1100mm(符合小車寬度)。轉(zhuǎn)彎角度為arctan1/5(約11.3度)。1).小車外輪最大徑50mm;最大寬度15.625mm。2).圖4制造過程與注釋與方案一類同。3).中軸實現(xiàn)過程，選擇形孔，其外徑為2.2mm。a.轉(zhuǎn)向距離設定：本方案設計中小車動力轉(zhuǎn)變將通過發(fā)條盒帶動大齒輪，再帶動安裝在小車后輪上的小齒輪實現(xiàn)小車的驅(qū)動(詳見動力系統(tǒng)設計)。大齒輪設計時，除了提供小車行駛的能量，還將提供變化方向的能量。如下圖8所示，當大齒輪每旋轉(zhuǎn)一周，就變化一次方向，這時初步設定后輪最大外徑為60mm.則后輪每旋轉(zhuǎn)一周行駛距離為：2*3.14159*30=188.4954mm為實現(xiàn)大齒輪旋轉(zhuǎn)一周至少行駛1000mm的距離，假如定小齒輪因此可以設定大齒輪與小齒輪的齒數(shù)比53:10。b.轉(zhuǎn)向構造設計：如圖8。大采用平行連桿，輪番通過大齒輪的凸起處，從而直接帶動前輪的中軸，變化其行駛方向。設計中，將采用前輪中軸平行于平行連桿固定軸。從而實現(xiàn)連桿固定軸轉(zhuǎn)角與前輪轉(zhuǎn)角一致，如圖9,設置連桿固定軸寬度為10mm,則大齒輪推進平行連桿大該方案設計中，前輪的制造工序簡樸。前輪的安裝與卸載也許比較繁瑣，可以考慮將前輪中軸分段制造，以減少安裝與卸載的程序。實際制造中，轉(zhuǎn)向的詳細參數(shù)設計需要實際試驗才能最終定論。該方案為本組重要設計方案。2.2動力系統(tǒng)設計設計主體思緒：首先運用發(fā)條將重力勢能轉(zhuǎn)化成彈性勢能，再運用發(fā)條能較穩(wěn)定的能量釋放特性，通過齒輪轉(zhuǎn)變帶動后輪驅(qū)動小車的前進。理論計算數(shù)據(jù)：以網(wǎng)上木材—鋼間滾動摩擦系數(shù)(最大)0.04,小車整體重量為2KG,能量用5J計算可以得到6250mm,但實際運行中，摩擦系數(shù)沒有0.04,能量運用率無法到達100%,互相抵消與否需要試驗數(shù)聽闡明。小車動力系統(tǒng)圖如下圖10所示：如圖10所示，重物通過滑輪，與發(fā)條相連接，發(fā)條軸與大齒輪中心軸相連，大齒輪帶動小齒輪實現(xiàn)后輪的驅(qū)動。該過程依能量的轉(zhuǎn)換分為兩個階段，詳細如下：a.勢能轉(zhuǎn)化為彈性勢能：首先，釋放重物，由于發(fā)條處在反向轉(zhuǎn)動，不影響小車靜止。當重物下落到靠近小車上方由于彈性勢能的加大，重物速度將會減慢。此時，借助磁鐵的吸引力，將放在底板上的撞針壓下，同步固定住重物。撞針的另一端連接發(fā)條的固定針，使發(fā)條處在瞬間彈性最大值狀態(tài)。b.彈性勢能轉(zhuǎn)化為小車動能：當發(fā)條固定針將發(fā)條固定，此時，發(fā)條開始釋放彈性勢能，同步帶動大齒輪轉(zhuǎn)動，再通過小齒輪帶動后輪(小齒輪中心套在后輪連桿上)。2).重物可以在無磁鐵的狀況下恰好接觸底板，以保證“不使用其他形式的能量”(“恰好”即速度基本為零，以減少能量的損耗);3).重物接觸底板后要保證發(fā)條處在恰飽和(最佳狀態(tài))或要飽和狀態(tài)，保證能量的最大轉(zhuǎn)換。設計小結(jié)：該方案設計中，對發(fā)條的規(guī)定較高，但可以較平穩(wěn)的使使用方法條中的能量，除去了重物下落的搖擺問題，同步可以實現(xiàn)小車的穩(wěn)定2.3小車整體及外觀設計(初步設計)重物支撐架設計：采用長度為600mm,寬度50mm,厚度為3mm中部為空的塑料板，此外重物支撐架兩邊用兩根長度為300mm的塑料棒支撐。轉(zhuǎn)向裝置設計：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,最大外觀設計：外觀標幅以學校標志為主。重視不一樣顏色涂漆載物放置：放與小車中前部，使其同步起到平衡小車的作用。2.4最終方案本次方案設計中，分初次比賽用車和后期比賽用車(假如許可，可以直接用后期設計方案),前后用車重要不一樣處在于前輪轉(zhuǎn)向及軌道設計，與費用不產(chǎn)生太大影響，不過方案二為我組重要設計方案。能量系統(tǒng)設計，以經(jīng)發(fā)條實現(xiàn)二次轉(zhuǎn)換為主，但也有備用方案。備用方案僅做意見保留。三：材料及成本分析3.1小車應用材料種類：3.2小車整體材料種類后輪設計：塑料為主(成品設計)。前輪(前期):硬質(zhì)鋁。齒輪：塑料(成品設計)。重物下落固定物：磁鐵。3.3小車整體成本分析(參照網(wǎng)上報價)塑料板成本：總共約15元后輪成本：原則品兩個10元左右連桿成本：約3元齒輪：小齒輪1元大齒輪2元發(fā)條：25元左右撞針：0.5元磁鐵：4-5元滑輪：1元左右總共材料成本約為63元(不包括工具等其他費用)。本次競賽命題規(guī)定中，以給定的能量設計三輪小車帶動給定負載進行避物運行。本方案設計中，分為前輪轉(zhuǎn)向，動力設計，成本分析三大部分展開設計。前輪轉(zhuǎn)向設計過程中，首先考慮到的是單向偏轉(zhuǎn)的實現(xiàn)，但與理從理論上可以實現(xiàn)交替轉(zhuǎn)向。但前輪的支撐力假如較大，也許會導致能量的消耗，這也是實際要考慮到的問題。且對整個平行連桿的制作精度規(guī)定比較高。動力系統(tǒng)的設計中，采用的是能量的二次運用，規(guī)定第一次能量的轉(zhuǎn)換率要高，故對發(fā)條的規(guī)定較高。該設計