无碳小车命题

闵淑辉第三届全国大学生工程训练综合能力竞赛命题分析一.命题二.设计要求三.制作要求四.比赛要求计算分析结构分析示例竞赛主题：无碳小车越障竞赛

竞赛命题：以重力势能驱动的具有方向控制功能的自行小车考核内容：设计、工艺、成本分析、工程管理。作品内容：1.“无碳小车”实物作品；2.结构设计方案、工程管理方案、加工工艺方案、成本分析方案等4份报告（纸质版+电子版）参加竞赛。报告按竞赛秘书处发布的统一格式编写。一、命题1.驱动力：重力势能4焦耳，1kg（Q235，Φ50mm*65mm），落差高400mm；不准使用任何其它的能量形式2.车结构：三轮；3.转向控制机构，且此转向控制机构具有可调节功能，以适应放有不同间距障碍物的竞赛场地

小车其它具体结构和材料选用不作要求。二、设计要求自我发挥部分1.小车的前轮设计：单向偏转或实现偏转及其转向角度的确定。2.小车的运行轨道设计：根据转向方案，设计出小车路程最少且位移量最大、符合命题要求的预算轨道，并确定小车的初始释放位置；3.小车的能量转换方式。4.小车的前后轮设计。5.小车的稳定性设计。

6.小车的外观设计。7.成本分析。1.驱动力：重力势能4焦耳，1kg（Q235，Φ50mm*65mm），落差高400mm；不准使用任何其它的能量形式2.车结构：三轮；3.转向控制机构，且此转向控制机构具有可调节功能，以适应放有不同间距障碍物的竞赛场地

小车其它具体结构和材料选用不作要求。二、设计要求1.校内制作：自主制作全部零件。2.比赛现场制作：（进入第二竞赛环节后）抽签确定徽标

快速成型加工制作根据新的障碍物间距对自己的小车进行调整装配或修配。

三、制作要求竞赛项目Ⅰ

在指定赛道，比赛绕过障碍多少和行走距离。竞赛小车在前行时能够自动交错绕过赛道上设置的障碍物。障碍物为直径20mm、高200mm的多个圆棒，沿直线等距离摆放。以小车前行的距离和成功绕障数量来综合评定成绩。四、比赛要求竞赛项目Ⅱ

小车在半张标准乒乓球台（长1525mm、宽1370mm）上，绕相距一定距离的两个障碍沿8字形轨迹绕行，绕行时不可以撞倒障碍物，不可以掉下球台。障碍物为直径20mm、长200mm的2个圆棒，相距一定距离放置在半张标准乒乓球台的中线上，以小车完成8字绕行圈数的多少来综合评定成绩。见图3。图3：竞赛项目二所用乒乓球台及障碍设置图参赛者参赛时，需要提交关于作品①设计说明书、②工程管理方案、③加工工艺方案、④成本分析方案报告。四、比赛要求I-A组第二竞赛环节

四、比赛要求集中参赛：（与预赛的时间、地点关系？）四、比赛要求总成绩：四、比赛要求五、计算分析力分析——小车质量P0，重力P0g=地面支反力N0小车驱动力矩M=等效力偶F0×D/2

（小车驱动力）F0=2M/D

M由G获取例如：M=G×Φ/2=F0×D/2（暂不计效率）

此时

F0=G×Φ/DG=1kgGΦ五、计算分析力约束——（克服运行阻力的最小值和不打滑的最大值）克服运行阻力：车体运行阻力包括惯性阻力和静阻力惯性阻力（N）=P0

×a(小车启动加速度)静阻力一般包括基本阻力、弯道阻力、坡道阻力、气流阻力等

基本阻力(N)=P0

gw式中：g重力加速度；w

运行阻力系数，实验得出经验数据，约0.01。

F0

＞

P0

(a+

gw

)（注意，命题中没有运行时间要求）地面对小车摩擦阻力Ff

，

Ff=P0g×f（摩擦系数）不打滑条件F0＜Ff=P0g×fG=1kg五、计算分析做功分析——设：S为小车行走距离，mm，η为小车总效率，

F0×S=G×400mm×η

则：S=G×400mm×η/F0

前面防滑计算得出：F0＜Ff=P0g×f可见：为了增大小车行走距离，为了避免能量损失不打滑，在保证能够驱动小车行走的前提下，

F0越小越好。

F0=G×Φ/D

G=1kgGΦ五、麦计算盛分析效率挥分析——小车停总效梨率η，包温括机械绣传动潮效率虚；能量咐转换江效率贡等部分蔽机械色传动蹲效率府见右本表能量崭转换蹈过程饺中的书效率膛损失石练习化查找睬资料六、鼠结构倾分析主要友考虑抱：能尤量转饥化机期构（火原动坐机构切）、云传动究机构饰、转枯向机念构、蒙车体驼结构联；不耻主张风遥控授。重力生势能考转换悲为动泳能动能浇和势炮能总塔称为咐机械劝能，精包括箭：（1）动键能：晴物体莲由于苦运动亭而具厅有的米能，善叫做膊动能潮，动骑能的膨标志楚是运章动。（2）重召力势辞能：狂物体提由于城被举聋高而弓具有府的能浑量叫愈做重移力势着能，童重力策势能鄙的标那志是煮举高换。（3）弹悬性势趴能：节物体边由于欣发生白了弹衰性形疑变而腾具有旅的能宿量叫叔做弹蕉性势笼能，甚弹性童势能念的标健志是渔弹性烛形变断。转化威方法惯很多里，如厘：直丛接转狭化——重力齐势能翁带鹅动轮崖轴转兆动；间接悦转化——重力筒势能持其宗它能都量透带涝动轮爸轴转雨动蓄能——重力脸势能没各种成蓄能疲装置绘带动榴轮轴鸟转动熟；但是芝注意饱：为适减少商能量讲损失副，转弯化步违骤越样少越沙好能量既转化旋机构六、扁结构须分析主要迎考虑危：能量稳转化滔机构晶（原手动机误构）享、传渣动机品构、古转向框机构具、车仓体结创构；包括桶：齿轮宁传动浪机构身、蜗缩慧轮蜗块杆传我动机蜡构、案带传港动机喉构、丙链传丸动机棵构、由绳传削动机御构、陶凸轮策机构众、连魄杆机炭构、封气动熄装置高、液斑动装土置、燃电动蚊装置琴等以等但是买注意右：为税减少森效率久损失参，传桐动步恼骤越伙少越亿好传动度机构六、驻结构糖分析主要嘱考虑贵：能窜量转抬化机客构（区原动浩机构蕉）、有传动醒机构扫、转吼向机真构、怜车体瓶结构舒；非常饲多，局而且千繁杂慈。注意左：命钢题中威是单害轮导挥向，傲不要陡拘泥拘于资磨料文西献的困各种唉框框思，要歼讲究晌突破丙思维兰定势积、小田巧灵紫活。验能够殊完成栋单轴填摆动央即可啄。转向丙机构转向汗机构行驶散路程狐与转诱向周迈期间疑的关孤系；传动扒比控榜制在莫合理外的数性值范寨围内六、屠结构殿分析主要崖考虑哄：能毅量转币化机疮构、咳传动崇机构防、转竭向机个构、山车体弃结构蛋；八仙跳过海燥各显微神通注意便：1.体积屯不要艳过大咳，重盼量要殃轻；2.重心贤要低弹；3.轮距奇适中泳，注稀意保音持稳泰定性手；车体东结构v1v322H45差速集器2Lv1v3Pω13r二、乡丰设计城思路漆和方较案1.基本胸结构A.小车暑以铝甘板做名的底华板为采主体夺，上蒙面安泰装轴绝承座摇以支耗承输榆入轴记、驱亭动轴握、吊回挂重晌物的禽立杆毯等，束小车污的转啊向轮险架也社要通秧过轴普承固兵定在孕底板愈上。B.使用久滑轮规机构饰将重枣块的畜能量童通过叫细绳星以转望矩的摘形式乏传递产到输朴入轴毯。C.输入稀轴通躺过一袭级齿重轮传弦动将移能量腿传到炸驱动固轴，面带动蔬驱动摄轮并待驱使深小车戚向前词运动朵。D.输入挺轴通头过一棋级齿驴轮传忆动与酷带传歉动驱恭动转魔向轴矛控制厚小车券的转宝向。E.小车佛的转督向通浴过一应个空走间的株四连扔杆机忽构实年现，击在具炉体调炮试时固，对尿杆长残进行底调节观以满沉足规双定要誉求。F.小车皱的驱消动轮征采用成差速两设计钥，减啊少能军量损穗耗且伴便于冒转弯2.相关氏计算A.用y=谨0.检3s廊in迈πx近似翼拟合惭小车讽运动坝轨迹茄，魄可积王分得送当小蜘车位弹移为2m时小忧车所授走路登程为2.萌42糖m，又廉由驱乞动系送统和来转向晚系统隙中齿农轮的举传动骄比5：1计算状得小那车驱问动轮秃直径D=猫2.签42植/5书=1教54滩mm。B.驱动刚轮摩渗擦系菜数为0.公01胆4，小候车质闷量为1.甘5k权g，总迷能量测为5J，则鱼小车肢理论艺路程碑为s=剖5/伏(0牵.0安14殊*1蛙.5把*9散.8陷)=目24唉.3冒m，则晒小车奔理论互位移俗为S=移2s忍/2详.4变2=仓20块m。C.空间烧四连肚杆机槽构，号推程L1、转矛向臂伤长L2，转若向轮乎转角砌ａ1=龟ar贩ct抚an乳(L浩1/脸L2谋)。由奶于空溉间四询连杆潮机构洲推程作转向相轮转身角略走大于强回程弦转向坐轮转授角，蚕即转功向轮介向左组向右组的转宇角并迅不相萝等，铺因此往需预粮置转僚角b=（ａ1-ａ2）／2。L1洞,L杠2