2025年零碳排放智能小车设计与创新技能挑战赛方案书

“无碳小车”方案书方案目录 2 2 3 4 4 72.3小车整体及外观设计 8 8三：材料及成本分析 9 93.2小车各部位材料选择 9 9 1.1命题规定部分①小车规定采用三轮构造(1个转向轮，2个驱动轮),详细小车上面要装载一件外形尺寸为60×20mm的实心圆柱型钢制质量块作为载荷，其质量应不不不小于750克；在小车行走过程②给定重力势能为5焦耳(取g=10m/s2),竞赛时统一用质量为1Kg的重块(Ø50×65mm,一般碳钢)铅垂下降来获得，③障碍物放置规定：每间隔1米，放置一种直径20mm、高第二阶段附加规定：计算机三维造型后，使用迅速成型机制作、车床加工及钳工措施完毕，最终完毕小车转向轮的组装和调试，总加工时间为4小时左右。成绩评估：分析方案、小车徽标设计、转向轮加工成本及质量(与否符合1.2自我发挥部分1)小车的前轮(即转向轮)设计。单向偏转或实现双向偏转及其2)小车的运行轨道的设计。根据转向方案，设计出小车旅程至少3)小车的能量转换方式。综合考虑到转换与行驶的相对关系，并4)小车的前后轮设计。前轮尽量简洁，且保证自己可以用三维软5)小车的外观设计。在不影响小车的正常运行下，尽量减少小车自身的重量，并且要考虑到小车的整体外观。6)成本分析。在实现小车可以实现基本运行的状况下，充足考二：方案设计及论证设计主体思绪：运用转向轮中心轴偏转，实现小车转向。本方案中将分校内比赛方案和后期参照放案照方案目的是实现近S形路线。图1方案一如图1所示(为轴中心部位的半剖视图),前轮的中轴设计，成一种倾斜的角度。使其图1前轮详细设计及轨道方案：方案一：单向偏转设计及其对应的轨道设计。如图3(前轮剖视图)所示。其轨道设计如图2所示：③③④轮轮廓图如图4和图5:图5最大宽度设定为15.625mm):1).小车宽度要不不小于200mm;3).行驶初始角度(相对赛道偏角)为arctan4/3(约53度)。前轮参数：(参照图4)3).中轴孔经打孔→u孔型→小径1.25mm,大径1.5625mm,通孔。(以50mm最大外径，大经比小径宽0.3053mm)。该方案设计中，小车最大有效位移约为4000mm,也许尚有出界的扣分。在初步比赛中，可以先用偏转前轮实现类似的效果，前轮放置如图6所示。前轮的安放转角与上述计算角度同样。方案二：近S形偏转设计及其轨道设计。轨道设计如图7所示：前轮设计软件采用CAXA工程制造师设计，并实现自动成型。前轮轮廓图如图4和图5所示最大宽度设定为15.625mm):1).小车宽度不易过宽，设定为180mm。2).每个旋转弧行驶距离为1000mm—1100mm(符合小车宽度)。转弯角度为arctan1/5(约11.3度)。1).小车外轮最大径50mm;最大宽度15.625mm。2).图4制造过程与注释与方案一类同。3).中轴实现过程，选择形孔，其外径为2.2mm。a.转向距离设定：本方案设计中小车动力转变将通过发条盒带动大齿轮，再带动安装在小车后轮上的小齿轮实现小车的驱动(详见动力系统设计)。大齿轮设计时，除了提供小车行驶的能量，还将提供变化方向的能量。如下图8所示，当大齿轮每旋转一周，就变化一次方向，这时初步设定后轮最大外径为60mm.则后轮每旋转一周行驶距离为：2*3.14159*30=188.4954mm为实现大齿轮旋转一周至少行驶1000mm的距离，假如定小齿轮因此可以设定大齿轮与小齿轮的齿数比53:10。b.转向构造设计：如图8。大采用平行连杆，轮番通过大齿轮的凸起处，从而直接带动前轮的中轴，变化其行驶方向。设计中，将采用前轮中轴平行于平行连杆固定轴。从而实现连杆固定轴转角与前轮转角一致，如图9,设置连杆固定轴宽度为10mm,则大齿轮推进平行连杆大该方案设计中，前轮的制造工序简朴。前轮的安装与卸载也许比较繁琐，可以考虑将前轮中轴分段制造，以减少安装与卸载的程序。实际制造中，转向的详细参数设计需要实际试验才能最终定论。该方案为本组重要设计方案。2.2动力系统设计设计主体思绪：首先运用发条将重力势能转化成弹性势能，再运用发条能较稳定的能量释放特性，通过齿轮转变带动后轮驱动小车的前进。理论计算数据：以网上木材—钢间滚动摩擦系数(最大)0.04,小车整体重量为2KG,能量用5J计算可以得到6250mm,但实际运行中，摩擦系数没有0.04,能量运用率无法到达100%,互相抵消与否需要试验数听阐明。小车动力系统图如下图10所示：如图10所示，重物通过滑轮，与发条相连接，发条轴与大齿轮中心轴相连，大齿轮带动小齿轮实现后轮的驱动。该过程依能量的转换分为两个阶段，详细如下：a.势能转化为弹性势能：首先，释放重物，由于发条处在反向转动，不影响小车静止。当重物下落到靠近小车上方由于弹性势能的加大，重物速度将会减慢。此时，借助磁铁的吸引力，将放在底板上的撞针压下，同步固定住重物。撞针的另一端连接发条的固定针，使发条处在瞬间弹性最大值状态。b.弹性势能转化为小车动能：当发条固定针将发条固定，此时，发条开始释放弹性势能，同步带动大齿轮转动，再通过小齿轮带动后轮(小齿轮中心套在后轮连杆上)。2).重物可以在无磁铁的状况下恰好接触底板，以保证“不使用其他形式的能量”(“恰好”即速度基本为零，以减少能量的损耗);3).重物接触底板后要保证发条处在恰饱和(最佳状态)或要饱和状态，保证能量的最大转换。设计小结：该方案设计中，对发条的规定较高，但可以较平稳的使使用方法条中的能量，除去了重物下落的摇摆问题，同步可以实现小车的稳定2.3小车整体及外观设计(初步设计)重物支撑架设计：采用长度为600mm,宽度50mm,厚度为3mm中部为空的塑料板，此外重物支撑架两边用两根长度为300mm的塑料棒支撑。转向装置设计：转向连杆统一采用直径1mm的硬质铝棒，中轴采用钢棒。转向轮位于小车中轴线上，转向轮轴线与前底板相距30mm。转向轮外径为50mm,最大外观设计：外观标幅以学校标志为主。重视不一样颜色涂漆载物放置：放与小车中前部，使其同步起到平衡小车的作用。2.4最终方案本次方案设计中，分初次比赛用车和后期比赛用车(假如许可，可以直接用后期设计方案),前后用车重要不一样处在于前轮转向及轨道设计，与费用不产生太大影响，不过方案二为我组重要设计方案。能量系统设计，以经发条实现二次转换为主，但也有备用方案。备用方案仅做意见保留。三：材料及成本分析3.1小车应用材料种类：3.2小车整体材料种类后轮设计：塑料为主(成品设计)。前轮(前期):硬质铝。齿轮：塑料(成品设计)。重物下落固定物：磁铁。3.3小车整体成本分析(参照网上报价)塑料板成本：总共约15元后轮成本：原则品两个10元左右连杆成本：约3元齿轮：小齿轮1元大齿轮2元发条：25元左右撞针：0.5元磁铁：4-5元滑轮：1元左右总共材料成本约为63元(不包括工具等其他费用)。本次竞赛命题规定中，以给定的能量设计三轮小车带动给定负载进行避物运行。本方案设计中，分为前轮转向，动力设计，成本分析三大部分展开设计。前轮转向设计过程中，首先考虑到的是单向偏转的实现，但与理从理论上可以实现交替转向。但前轮的支撑力假如较大，也许会导致能量的消耗，这也是实际要考虑到的问题。且对整个平行连杆的制作精度规定比较高。动力系统的设计中，采用的是能量的二次运用，规定第一次能量的转换率要高，故对发条的规定较高。该设计