无碳小车设计说明书
为响应“低碳生活”的号召，我们应该节能减排，以优化环境。

作为学生，我们更应践行。

我们通过学习和实践，以及运用机械制造的原理，物理学等等方面的知识，设计了s型的无碳小车。

我们对它进行了严密的构思与计算，并结合实际进行了材料与运动的分析。

设计思路
1.根据能量守恒定律，物体下落的重力势能直接转化为小车前进的动力，此时能量损
失少，所以小车前进的能量来源于重物下落过程中减少的重力势能。

2.根据小车功能设计的要求，即小车在前行时能够自动绕开赛场上的障碍物，小车运
动的路线需有一定的周期性。

考虑到小车在转向时会受到摩擦等阻力的影响，让小
车行走最远路程是设计要求的最优解。

3.需要进行结构的设计与成本的分析，同时也需考虑加工工艺的繁琐程度，力求产品
的最优设计。

小车的原理分析及构架设计
1.小车的质量要适中，以此来保证车的稳定性。

质量若太大，则会增加阻力。

2.应采取齿轮传动和连杆机构，同步带的精度不高，也可避免传动效率的低下。

3.传动的力与力矩要适中，保证加速度的适中。

4.相对运动的精度要保证，以减少摩擦，保证力量的充分利用。

5.S型的路线转弯半径要适中，保证其行程。

6.选择大小适中的轮子，轮子太大，稳步性降低。

7.采用轴承，螺纹连接，用三根圆柱支撑，以此挂系重物，转向时则采用连杆机构。

小车的转向机构
转向轮及转向机构如图所示。

转向采用连杆机构传动，转向轮固定在支架上。

当齿轮转动时，带动连杆运动，根据惯性，使转动轮运动方向发生改变。

小车的驱动原理
重物的牵引带动栓线轴的转动，以此带动齿轮的转动，通过齿轮的啮合带动驱动轴与齿轮的转动，使驱动轮转动，带动着小车的前进；同时也带动着摇杆的转动，使推杆左右动的同时，前后运动。

在推杆与摇杆之间，有套筒相连，保证其作圆周运动。

杆偏转，使转动轮偏转，根据驱动轮与转动轮的合运动，小车就可以走S型。

栓线处为梯形原动轮。

起始时，原动轮的转动半径较大，起动转矩大，有利起动。

其次，起动后，原动轮的半径变小，转速提高，转矩变小，和阻力平衡后作匀速运动。

原动轮的半径变小，使总转速比提高。

小车缓慢减速，直到停止，物块停止下落，正好接触小车。

加工工艺的设计
1.小车底板部分挖空，减轻了整体的质量。

2.重物支撑架用三根圆柱杆支撑，有助于其稳定性。

3.后轮的大小适中，直径为182mm。

4.载物放置靠近轴处，稳定重心。

小车加工的尺寸
关于齿轮：
小齿轮A：M=1，Z=15，最大直径=15，尺宽b=6.5;
齿轮B: M=1,Z=45,最大直径=45,b=10;
B与A传动比i=1/3；
齿轮C：M=1，Z=60，最大直径=60,b=10;
C与A传动比i=1/4；
车轮厚度均为4mm，总高度H=515mm,总宽d=164mm.
小车计算的公式及推理
1.大轮半径为R，重物下降dh，转轴①半径为r1 ，转过角度dθ 1 ;同时转轴②半径
r2,转过角度dθ2，转轴③转过角度dθ3.
齿轮啮合组⑴的传动比为i1,齿轮啮合组⑵的传动比为i2 ;
公式：dh=r1dθ1 dθ2=dθ1/i1
dθ3=dθ 2 ＊i2=dθ1＊i1＊i2
2.关于转向：当转向杆与驱动轴角度为а，曲柄转过角度θ4，连杆长为L，曲柄半
径r4，摇杆长为c，转向轮中心到曲柄轴的长度为b；
公式：L2=c2（1-cosа）2+(b+csinа-r4cosθ4)2+r42sinθ4 2
θ3=θ4 ;
由上式得：а=f(θ3)
小车转弯的曲率半径为ρ=b/tanа+a1
3.小车行走ds过程中，小车整体转过的角度dβ, dβ=ds/ρ;
当小车转过角度为β时，有dx=-ds＊sinβ,得小车从A点到B点的轨迹方程：
dy=ds＊cosβ
x B=x A-(a1+a2)cosβ
y B=y A+(a1+a2)sinβ
4.综上所述：定义无碳小车各部件参数：
大轮半径R为91mm，转向轮半径r为25mm，连杆长L为183mm；
齿轮啮合组①的传动比i1为1/3，齿轮啮合组②的传动比i2为1/4；
转轴①转轴②转轴③的半径r1 r2 r3均为5mm
摇杆长为40mm；曲柄长为120mm；拴绳轴长为60mm
总述
在结合了机械原理和物理学的知识后，设计出的小车能走出S型的轨迹。

通过对无碳小
车结构特点的分析，我们进行了对齿轮参数和最大运动距离等等的计算。

小车理论上可以按照正常的曲线行走，但实际的结果必须从实践中得之，这也是理论设计的弊端。

通过这次学习，我们的创新能力得到了提高。

这次设计仍然存在很多的不足，这是下次需要注意的。