無碳小車論文

1、三 江 學(xué) 院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題 目 前驅(qū)前轉(zhuǎn)向型無碳小車的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 高職院 院（系） 機(jī)械制造及其自動(dòng)化 專業(yè)學(xué)生姓名 季歆偉 學(xué)號(hào) G115152015 指導(dǎo)教師 徐偉 職稱 實(shí)驗(yàn)師 指導(dǎo)教師工作單位 三江學(xué)院 起訖日期 2014.12.8-2015.4.12 摘 要目前全球經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，帶來環(huán)境問題愈發(fā)明顯，傳統(tǒng)能源逐漸衰竭，鑒于此無碳小車的研制具有十分重要的意義。汽車雖然是21世紀(jì)最重要的交通工具，但他有許多弊端。汽車尾氣污染是由汽車排放的廢氣造成的環(huán)境污染?？梢哉f，汽車是一個(gè)流動(dòng)的污染源。在世界各國(guó)，汽車污染早已不是新話題。20世紀(jì)40年代以來，光化學(xué)煙霧事件在美國(guó)洛杉磯、日本東

2、京等城市多次發(fā)生，造成不少人員傷亡和巨大的經(jīng)濟(jì)損失！在能源和環(huán)保的壓力下，提高舊能源汽車的效率以迫在眉睫。目前的汽柴油內(nèi)燃機(jī)熱效率小于30%，如果算上機(jī)械效率以及其他的能量傳遞損失，則總效率僅占燃料放出熱能的15%左右。毫無疑問，如果能夠提高熱機(jī)的效率，則可在一定程度上緩解目前的石油危機(jī)。針對(duì)題目要求擬定了無碳越障小車的總體設(shè)計(jì)方案，通過計(jì)算分析完成了無碳越障小車的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，繪制了裝配圖和部分主要零件圖，通過模擬仿真驗(yàn)證了預(yù)定功能。該自行小車在前行時(shí)能夠以正弦曲線或余弦曲線軌跡自動(dòng)避開設(shè)置的障礙物。此模型最大的特點(diǎn)是將重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而根據(jù)大小齒輪的粘合帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)輪和轉(zhuǎn)向輪，從而按照

3、規(guī)定的路線完成任務(wù)。本文將對(duì)無碳小車模型的設(shè)計(jì)過程，結(jié)構(gòu)功能特點(diǎn)等進(jìn)行詳細(xì)的介紹。關(guān)鍵詞： 無碳越障小車；環(huán)保；能量轉(zhuǎn)換；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)AbstractNowadays, the global economy developing rapidly ,brings increasingly obvious environment problems and the traditional energy is going to failure gradually. Auto though is the 21st century the most important traffic tools, but h

4、e has many shortcomings. Car exhaust pollution is by car exhaust emissions cause environmental pollution. Can say, the car is a flow sources of contamination. In the world, automobile pollution has not a new topic. Since the 1940s, photochemical smog event in USA Los Angeles, Tokyo to cities such as

5、 it has happened so many times that has caused a lot of casualties and huge economic losses！On energy and environmental pressures, improve the efficiency of the old energy vehicles with imminent. The current steam diesel units, if less than 30% thermal efficiency is mechanical efficiency and other e

6、nergy transmission loss, the total efficiency accounted for only about 15 per cent of fuel release heat. No doubt, if can improve the efficiency of the engine, it may be relieves the current oil crisis. So the development of carbon-free car is great significance. Studying out the scheme design based

7、 on the requirments if this subject, finishing the physical design of the carbon-free car by computational analysis, drawing the assembly drawing and part of the main parts drawing, vertify the reservation function by pro/Es simulation and making the physical prototype, finally reached the required

8、function by the entity prototype presentation. The car when traveling can be automatic avoid the barriers with sine curve track or cosine curve track. The model biggest characteristics is a potential energy into gear rotation, which according to the gear adhesive rotation that drive the driven wheel

9、 and steering wheel, than complete the task with the prescribed route .This paper will be detailing introduction.The carbon-free car model of the design process and the structure and function characteristics .Key words ：carbon-free car; environmental protection ; Energy Conversion；Structure Design目

10、錄緒論1第一章 綠色汽車概述31.1汽車污染的危害31.2 世界各國(guó)電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)31.3 中國(guó)與世界先進(jìn)水平的差距4第二章 無碳小車的任務(wù)62.1 無碳小車設(shè)計(jì)概述62.2 無碳小車設(shè)計(jì)任務(wù)6第三章 無碳小車的設(shè)計(jì)73.1 無碳小車各部分機(jī)構(gòu)類型73.2 無碳小車的基本參數(shù)73.3 無碳小車的總體設(shè)計(jì)73.3.1 無碳小車的輪距、軸距、車體長(zhǎng)寬的計(jì)算73.3.2 無碳小車行使軌跡的計(jì)算93.4 無碳小車主要機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)103.4.1 滑輪機(jī)構(gòu)113.4.2 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)123.4.3 控制機(jī)構(gòu)133.4.4 轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)14第四章154.1小車的裝配15結(jié)束語16致 謝17參考文獻(xiàn)18附 錄 . 19緒論

11、卡爾·弗里特立奇·本茨（Karl Friedrich Benz，1844年11月25日1929年4月4日），德國(guó)著名的戴姆勒奔馳汽車公司的創(chuàng)始人之一，現(xiàn)代汽車工業(yè)的先驅(qū)者之一，人稱“汽車之父”、“汽車鼻祖”。 汽車在改變我們的生活，它在帶給我們極大便利的同時(shí)，的確也帶來了一些煩惱。但是，生活就是這樣，對(duì)任何生活方式的評(píng)價(jià)都是相對(duì)的，沒有絕對(duì)的好與壞。這是一種觀念，一種態(tài)度，更是一種文化哦。1890-1920 馬車過渡到汽車，金屬車身出現(xiàn)1885年，德國(guó)工程師卡爾·本茨制成了世界上第一輛三輪車，并于1886年1月29日申請(qǐng)并獲得了發(fā)明專利，所以，1886年1月29日

12、被認(rèn)為汽車的誕生日。幾乎同時(shí)，,德國(guó)工程師戈特利布·戴姆勒也成功研制成一輛公認(rèn)的以內(nèi)燃機(jī)為動(dòng)力的四輪汽車。1894年奔馳velo是最早的量產(chǎn)汽車。材料方面,1900年,金屬車身獲得專利,但主體結(jié)構(gòu)仍是木材和連接（以前是這個(gè)“他”）它們的鋼材。二十世紀(jì)初,JOHN PIERPONT MORGAN創(chuàng)建了美國(guó)鋼鐵公司,為迅速成長(zhǎng)的汽車工業(yè)提供充足原料,1914年Edward G budd 發(fā)明了全金屬車身。同年道奇公司生產(chǎn)了第一輛全金屬汽車。1918年意大利藍(lán)旗亞公司也開始生產(chǎn)全金屬汽車。非承載式車身向承載式車身轉(zhuǎn)變,汽車不再是底盤和車身的簡(jiǎn)單疊加,而是成為整體。技術(shù)方面,1890年pan

13、hard levassor公司(法國(guó))制造的第一批汽車為后來汽車設(shè)定了很多標(biāo)準(zhǔn)并沿用至今。如前置發(fā)動(dòng)機(jī)后輪驅(qū)動(dòng)布局和最早的變速器。1904年panhard levassor又對(duì)汽車布局做出了注解,包括發(fā)動(dòng)機(jī)艙罩的身高和乘客座位的降低等,勾勒出了現(xiàn)代汽車雛形。汽車雖然是21世紀(jì)最重要的交通工具，但他有許多弊端。進(jìn)入21世紀(jì)，汽車污染日益成為全球性問題。隨著汽車數(shù)量越來越多、使用范圍越來越廣，它對(duì)世界環(huán)境的負(fù)面效應(yīng)也越來越大，尤其是危害城市環(huán)境，引發(fā)呼吸系統(tǒng)疾病，造成地表空氣臭氧含量過高，加重城市熱島效應(yīng)，使城市環(huán)境轉(zhuǎn)向惡化。有關(guān)專家統(tǒng)計(jì)，到21世紀(jì)初，汽車排放的尾氣占了大氣污染的3060%。隨著

14、機(jī)動(dòng)車的增加，尾氣污染有愈演愈烈之勢(shì)，由局部性轉(zhuǎn)變成連續(xù)性和累積性，而各國(guó)城市市民則成為汽車尾氣污染的直接受害者。新能源汽車是杜絕汽車污染的最好方案。新能源汽車是指除汽油、柴油發(fā)動(dòng)機(jī)之外所有其它能源汽車。包括燃料電池汽車、混合動(dòng)力汽車、氫能源動(dòng)力汽車和太陽能汽車等。其廢氣排放量比較低。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全世界現(xiàn)有超過400萬輛液化石油氣汽車，100多萬輛天然氣汽車。中國(guó)市場(chǎng)上在售的新能源汽車都是混合動(dòng)力汽車。近三年來，特別是在2010年，德國(guó)、美國(guó)、日本、英國(guó)等國(guó)，不約而同地動(dòng)用行政手段，由政府或有政府背景的民間組織制定并出臺(tái)各自的新能源汽車產(chǎn)業(yè)促進(jìn)政策。政策出臺(tái)之密集，前所未有；重視程度之高，亦

15、前所未有。雖然各國(guó)政府都非常重視新能源汽車特別是電動(dòng)汽車的發(fā)展，但都處于“摸著石頭過河”的階段。對(duì)于同樣想要爭(zhēng)奪發(fā)展主導(dǎo)權(quán)的中國(guó)政府和中國(guó)汽車工業(yè)而言，外國(guó)政府的做法值得我們學(xué)習(xí)和借鑒。本研究的目的，是找出中外政府在促進(jìn)新能源汽車發(fā)展方面政策的異同，通過對(duì)比加深對(duì)新能源汽車產(chǎn)業(yè)化規(guī)律的認(rèn)識(shí)，更好地引導(dǎo)我國(guó)新能源汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。在能源和環(huán)保的壓力下，新能源汽車無疑將成為未來汽車的發(fā)展方向?！笆濉逼陂g，我國(guó)新能源汽車將正式邁入產(chǎn)業(yè)化發(fā)展階段：2011-2015年開始進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化階段，在全社會(huì)推廣新能源城市客車、混合動(dòng)力轎車、小型電動(dòng)車?！笆濉逼陂g即2016-2020年，我國(guó)將進(jìn)一步普及新能源

16、汽車、多能源混合動(dòng)力車，插電式電動(dòng)轎車，氫燃料電池轎車將逐步進(jìn)入普通家庭。在傳統(tǒng)汽車方面，中國(guó)與國(guó)外先進(jìn)水平的差距有目共睹，最主要的是在發(fā)動(dòng)機(jī)效率和變速箱水平上。目前的汽柴油內(nèi)燃機(jī)熱效率小于30%，如果算上機(jī)械效率以及其他的能量傳遞損失，則總效率僅占燃料放出熱能的15%左右。毫無疑問，如果能夠提高熱機(jī)的效率，則可在一定程度上緩解汽車污染。至于新能源汽車，中國(guó)與國(guó)外先進(jìn)水平的差距在于傳動(dòng)系統(tǒng)的能源利用效率上。本課題著重在如何提高能源的傳動(dòng)效率上，該課題綜合運(yùn)用“機(jī)械制造技術(shù)”、“數(shù)控技術(shù)”、“制造裝備及自動(dòng)化”等專業(yè)課程所學(xué)的知識(shí)。第一章 綠色汽車概述1.1汽車污染的危害有關(guān)研究表明，機(jī)動(dòng)車排放

17、的污染物會(huì)給大中城市帶來超過60%的空氣污染，散布到空氣中的尾氣煙霧有上百種不同的化合物，1輛轎車1年排放的污染物比其自身的重量還大3倍。機(jī)動(dòng)車排出的氮氧化物、細(xì)微顆粒物及硫化物等是造成酸雨、霧霾等自然氣象甚至災(zāi)害的重要原因。排出的碳?xì)浠衔锱c氮氧化物在強(qiáng)烈日光的作用下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)會(huì)形成毒性很大的光化學(xué)煙霧，造成極為嚴(yán)重的大氣污染。機(jī)動(dòng)車排放的污染物主要集中在離地面1米左右的層面，正處在人的呼吸帶附近，對(duì)人體健康構(gòu)成較大威脅。 碳?xì)浠衔镏邪?00多種有機(jī)物成份，大部分有毒，其中一些甚至是致癌物質(zhì)。氮氧化合物會(huì)與空氣中的氨以及其他化合物反應(yīng)，可生成硝酸顆粒物，影響人體呼吸系統(tǒng)，損

18、害肺組織，引發(fā)肺氣腫和支氣管炎等呼吸系統(tǒng)疾病，還可能加重心臟病患者的病情。 一氧化碳俗稱煤氣，與人體血液中血紅素的親和力是氧氣的210倍，而血紅素?fù)?dān)負(fù)著向人體器官和組織輸送氧氣的重任。血紅素和一氧化碳結(jié)合生成一氧化碳血紅素使人體供氧量不足，對(duì)心臟病和呼吸系統(tǒng)疾病患者危害很大，嚴(yán)重的可導(dǎo)致人體缺氧死亡。 柴油車排放的顆粒物以碳黑為主，含有苯并芘等致癌物質(zhì)，人體吸入后會(huì)損傷肺泡和粘膜，引起肺組織纖維化，導(dǎo)致肺心病，并可引起慢性鼻咽炎、慢性支氣管炎等一系列疾病。1.2 世界各國(guó)電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)世界各國(guó)著名的汽車廠商都在加緊研制各類電動(dòng)汽車，并且取得了一定程度的進(jìn)展和突破。 

19、一直以來，出于對(duì)能源危機(jī)和環(huán)境保護(hù)的關(guān)注及占領(lǐng)未來世界市場(chǎng)的考慮，日本十分重視電動(dòng)汽車的研制與開發(fā)。目前，世界上能夠批量產(chǎn)銷混合動(dòng)力汽車的企業(yè)，只有日本的豐田和本田兩家汽車公司。1997年12月，豐田汽車公司首先在日本市場(chǎng)上推出了世界上第一款批量生產(chǎn)的混合動(dòng)力轎車PRIUS。該轎車于2000年7月開始出口北美，同年9月開始出口歐洲，現(xiàn)在已經(jīng)在全世界20多個(gè)國(guó)家上市銷售。目前推出的產(chǎn)品已經(jīng)是多次改進(jìn)后的第二代產(chǎn)品，其生產(chǎn)工藝更為成熟。根據(jù)豐田汽車公司的測(cè)試，PRIUS轎車在城市工況下比同等排量的花冠轎車節(jié)油44.4%；在市郊節(jié)油29.7%，綜合節(jié)油40.5%。有關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，豐田汽車公司已占有

20、全球混合動(dòng)力汽車市場(chǎng)90%的份額。2004年9月15日，一汽集團(tuán)與日本豐田汽車公司在北京舉行了混合動(dòng)力汽車合作項(xiàng)目簽字儀式，宣布雙方在2005年內(nèi)，共同生產(chǎn)豐田PRIUS混合動(dòng)力轎車。PRIUS混合動(dòng)力轎車將在同年進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)。 美國(guó)能源部與三大汽車公司于1993年簽訂了混合動(dòng)力電動(dòng)汽車開發(fā)合同，其中通用汽車公司投入1.48億美元，福特汽車公司投入1.38億美元，克萊斯勒汽車公司投入8480萬美元，進(jìn)行為期5年的研制開發(fā)工作，并于1998年北美國(guó)際汽車展上展出了樣車。在此基礎(chǔ)上，現(xiàn)已推出三款混合動(dòng)力概念車GM。中國(guó)新能源汽車產(chǎn)業(yè)始于21世紀(jì)初。2001年，新能源汽車研究項(xiàng)目被列入國(guó)家

21、“十五”期間的“863”重大科技課題，并規(guī)劃了以汽油車為起點(diǎn)，向氫動(dòng)力車目標(biāo)挺進(jìn)的戰(zhàn)略?！笆晃濉币詠恚覈?guó)提出“節(jié)能和新能源汽車”戰(zhàn)略，政府高度關(guān)注新能源汽車的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。2008年，新能源汽車在國(guó)內(nèi)已呈全面出擊之勢(shì)。2008年成為我國(guó)“新能源汽車元年”。2008年1-12月新能源汽車的銷量增長(zhǎng)主要是乘用車的增長(zhǎng)，1-12月新能源乘用車銷售899臺(tái)，同比增長(zhǎng)117%，而商用車的新能源車共銷售1536臺(tái)，1-12月同比下滑17%。2009年，在密集的扶持政策出臺(tái)背景下，我國(guó)新能源汽車駛?cè)肟焖侔l(fā)展軌道。雖然新能源汽車在中國(guó)汽車市場(chǎng)的比重依然微乎其微，但它在中國(guó)商用車市場(chǎng)上的增長(zhǎng)潛力已開始釋放。

22、2009年1-11月，新能源乘用車銷量同比下降61.96%，至310輛。2009年1-11月，新能源商用車主要是液化石油氣客車、液化天然氣客車、混合動(dòng)力客車等銷量同比增長(zhǎng)178.98%，至4034輛。相比在乘用車市場(chǎng)的冷遇，“新能源汽車”在中國(guó)商用車市場(chǎng)已開始迅猛增長(zhǎng)。2010年，我國(guó)正加大對(duì)新能源汽車的扶持力度，2010年6月1日起，國(guó)家在上海、長(zhǎng)春、深圳、杭州、合肥等5個(gè)城市啟動(dòng)私人購(gòu)買新能源汽車補(bǔ)貼試點(diǎn)工作。2010年7月，國(guó)家將十城千輛節(jié)能與新能源汽車示范推廣試點(diǎn)城市由20個(gè)增至25個(gè)。新能源汽車正進(jìn)入全面政策扶持階段。1.3 中國(guó)與世界先進(jìn)水平的差距在傳統(tǒng)汽車方面，中國(guó)與國(guó)外先進(jìn)水平

23、的差距有目共睹，最主要的是在發(fā)動(dòng)機(jī)效率和變速箱水平上。目前的汽柴油內(nèi)燃機(jī)熱效率小于30%，如果算上機(jī)械效率以及其他的能量傳遞損失，則總效率僅占燃料放出熱能的15%左右。毫無疑問，如果能夠提高熱機(jī)的效率，則可在一定程度上緩解汽車污染。與中國(guó)相比，歐盟能源利用效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于中國(guó)，1993-2004年中國(guó)能源消費(fèi)強(qiáng)度的均值為2.41萬噸當(dāng)量煤億元，同期歐盟的能源消費(fèi)強(qiáng)度均值為0.31萬噸當(dāng)量煤億元，二者相比中國(guó)是歐盟的7.77倍。就能源消費(fèi)彈性而言，1996-2004年歐盟的均值為0.36，而中國(guó)的為0.57，中國(guó)為歐盟的1.58倍，這就是說，中國(guó)的GDP每增長(zhǎng)1個(gè)百分點(diǎn)所引起的能源消費(fèi)增長(zhǎng)是歐盟的1

24、.58倍。中歐能源消費(fèi)彈性相差不像能源消費(fèi)強(qiáng)度那么大，一個(gè)主要原因可能來自中歐經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)率差異懸殊。歐盟的能源消費(fèi)強(qiáng)度不僅在量上遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于中國(guó)，而且在變化趨勢(shì)上也優(yōu)于中國(guó)，呈現(xiàn)出穩(wěn)定持續(xù)下降的趨勢(shì)，而中國(guó)在2001年以后卻呈現(xiàn)出急劇上升的趨勢(shì)。就能源消費(fèi)彈性而言，中歐之間的差異不像能源消費(fèi)強(qiáng)度那樣大，而且從變化趨勢(shì)上看，二者似乎成反向變化趨勢(shì)，即中國(guó)能源消費(fèi)彈性增加時(shí)歐盟能源消費(fèi)彈性下降，中國(guó)能源消費(fèi)彈性下降時(shí)歐盟的反而上升。這種相反的變化 1年之前表現(xiàn)較為明顯，而在2001年以后，歐盟的能源消費(fèi)彈性卻呈現(xiàn)出劇烈的上下波動(dòng)的趨勢(shì)，而中國(guó)的則持續(xù)上升。至于新能源汽車，中國(guó)與國(guó)外先進(jìn)水平的差距在于傳動(dòng)

25、系統(tǒng)的能源利用效率上?，F(xiàn)在，混合動(dòng)力汽車的電子控制系統(tǒng)有兩個(gè)鞋盒大，平均重30千克。而英飛凌的系統(tǒng)采用HybridPACK功率模塊技術(shù)，大小僅為電子控制系統(tǒng)的一半，相當(dāng)于一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)鞋盒，重約15千克。英飛凌系統(tǒng)采用全球領(lǐng)先的IGBT芯片技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了最大的能源效率，比現(xiàn)有系統(tǒng)提高了20%。與目前的解決方案相比，英飛凌系統(tǒng)使電能損耗降低五分之一，使冷卻更為簡(jiǎn)單。節(jié)省的能源可用于車輛的驅(qū)動(dòng)。目前，牽引機(jī)車和其它多種電氣傳動(dòng)裝置已經(jīng)采用IGBT技術(shù)，實(shí)現(xiàn)能源效率最大化。其主要技術(shù)均為國(guó)外產(chǎn)品，而同類型的中國(guó)產(chǎn)品在傳動(dòng)系統(tǒng)的能源利用效率較低。第二章 無碳小車的任務(wù)2.1 無碳小車設(shè)計(jì)概述通過分析，小車應(yīng)具

26、備的基本功能有：重力勢(shì)能的轉(zhuǎn)換、驅(qū)動(dòng)自身前進(jìn)、自動(dòng)避開障礙物，并且要在一定的能量下盡可能提高前進(jìn)距離和繞桿數(shù)量。 根據(jù)小車的功能性需求，進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)。小車的設(shè)計(jì)劃分為六個(gè)部分：車架、原動(dòng)機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、微調(diào)機(jī)構(gòu)。無碳小車的結(jié)構(gòu)2.2 無碳小車設(shè)計(jì)任務(wù)本課題著重在如何提高能源的傳動(dòng)效率上，通過分析無碳小車設(shè)計(jì)任務(wù)書，根分析與主題相關(guān)的語句的意義歸納出無碳小車的設(shè)計(jì)任務(wù)，將歸納出的設(shè)計(jì)任務(wù)以主次順序排列。無碳小車的設(shè)計(jì)任務(wù)：1、 無碳小車的主要任務(wù)：使用規(guī)定的重力驅(qū)動(dòng)無碳小車運(yùn)動(dòng)。2、 無碳小車的次要任務(wù)：在能夠行使的情況下，要使無碳小車能夠自動(dòng)避開賽道上設(shè)置的障礙

27、物。3、 無碳小車的附加任務(wù)：在能夠滿足前兩個(gè)要求的情況下，使無碳小車的路程盡量長(zhǎng)一些。第三章 無碳小車的設(shè)計(jì)3.1 無碳小車各部分機(jī)構(gòu)類型根據(jù)無碳小車的設(shè)計(jì)要求和無碳小車各個(gè)部分的意義來確定各個(gè)組成部分的機(jī)械機(jī)構(gòu)類型。由于車體部分和驅(qū)動(dòng)部分無機(jī)械機(jī)構(gòu)類型，所以將其排除在外。無碳小車達(dá)到設(shè)計(jì)要求就要盡量減少能量的損耗，所以我在確定機(jī)構(gòu)類型的時(shí)候?qū)p少機(jī)構(gòu)的能量損耗為最主要的條件。主要部分采用的機(jī)構(gòu)組成部分名稱采用機(jī)構(gòu)動(dòng)力部分滑輪機(jī)構(gòu)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)線輪傳動(dòng)和皮帶輪傳動(dòng)控制機(jī)構(gòu)連桿滑塊機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)滑塊機(jī)構(gòu)3.2 無碳小車的基本參數(shù)根據(jù)類比法確定無碳小車的一些基本數(shù)據(jù)以方便用于后面的計(jì)算。無碳小車的基本數(shù)

28、據(jù)項(xiàng)目數(shù)據(jù)（單位）無碳小車總質(zhì)量M=1kg重物質(zhì)量m=1000g后輪D=120mm重物距地面高度H=700mm、行使軌跡的振幅h=500mm障礙物之間的距離L=1000mm3.3 無碳小車的總體設(shè)計(jì)3.3.1 無碳小車的輪距、軸距、車體長(zhǎng)寬的計(jì)算根據(jù)無碳小車設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求：在小車行走過程中，重物和載荷不允許掉落，所以要計(jì)算無碳小車的輪距、軸距、車體長(zhǎng)寬以免在行使的過程中翻倒?？紤]到在小車行使的過程中有加速、有轉(zhuǎn)彎等特殊的運(yùn)動(dòng)軌跡以及無碳小車為三輪結(jié)構(gòu)，所以計(jì)算無碳小車的輪距、軸距、車體長(zhǎng)寬時(shí)不但要滿足靜態(tài)條件也要滿足動(dòng)態(tài)條件。（1）無碳小車的輪距計(jì)算a在無碳小車的行使過程中，無碳小車由于要避

29、開障礙物，所以將不可避免的使無碳小車的行徑路線變成曲線。在無碳小車最初的階段，由于重物在無碳小車的頂部會(huì)在轉(zhuǎn)彎時(shí)產(chǎn)生傾覆力矩，所以無碳小車的輪距必須有足夠的長(zhǎng)度來抗拒傾覆力矩以保證無碳小車的穩(wěn)定。因?yàn)闊o碳小車所行使的軌跡是sin曲線計(jì)算步驟比較復(fù)雜，所以在本次計(jì)算中用圓周運(yùn)動(dòng)的計(jì)算公式來代替。計(jì)算公式如下： HHH行駛軌跡示意圖小車的向心加速度a為（v2÷R）由力矩平衡方程推得：m×g×L÷2=m×（v2÷R）×H已知： v=0.1m/s R=0.5m H=0.5m將數(shù)據(jù)代入公式可算出結(jié)果：L=0.1m由于無碳小車在行駛的過

30、程中會(huì)有各種不確定的因素，所以最終將無碳小車的輪距確定為140mm。（2）無碳小車的軸距計(jì)算在無碳小車的運(yùn)動(dòng)過程中，無碳小車的運(yùn)動(dòng)是由慢到快的，所以無碳小車將不可避免的產(chǎn)生加速度。由于重物的影響，所以在無碳小車的頂部會(huì)在加速時(shí)會(huì)產(chǎn)生傾覆力矩，因此無碳小車的軸距必須有足夠的長(zhǎng)度來抗拒傾覆力矩來確保無碳小車的穩(wěn)定。計(jì)算公式如下：無碳小車的力矩分析小車啟動(dòng)時(shí)的加速度a預(yù)估為1m/s2。由力矩平衡方程推得：m×l=m×a已知:l=0.5m將數(shù)據(jù)代入公式可算出結(jié)果：L=0.05m。由于無碳小車在行駛的過程中會(huì)有各種不確定的因素，所以最終將無碳小車的軸距確定為200mm。（3）穩(wěn)定性分

31、析由于無碳小車采用三輪結(jié)構(gòu)，所以在無碳小車行使的過程中重物不能離開輪子與地面接觸點(diǎn)構(gòu)成的三角區(qū)域。另根據(jù)力學(xué)平衡原理，三角形的重心是最佳的平衡點(diǎn)，即三個(gè)輪子的中心。但是在無碳小車的制作過程中不可能做到如此精確，所以在設(shè)計(jì)時(shí)將重物放置于后輪的中心線上。3.3.2 無碳小車行使軌跡的計(jì)算由于我將無碳小車行使軌跡的振幅設(shè)為500mm，所以無碳小車行使軌跡的函數(shù)為y=0.5sinx?？紤]到無碳小車的行使軌跡的特殊性，所以在設(shè)計(jì)無碳小車的各個(gè)組成部分時(shí)必須用到正弦函數(shù)y=0.5sinx曲線長(zhǎng)度、切線角度等等數(shù)據(jù)。（1）正弦函數(shù)y=0.5sinx曲線長(zhǎng)度L由于無碳小車的行使過程中需要轉(zhuǎn)向且轉(zhuǎn)向是根據(jù)行程來

32、決定的，所以我要將正弦函數(shù)y=0.5sinx曲線長(zhǎng)度L計(jì)算出來以方便在設(shè)計(jì)無碳小車的各個(gè)部分的時(shí)候取用該數(shù)據(jù)。計(jì)算公式如下：正弦函數(shù)y=0.5sinx的軌跡L=此積分無法求初等原函數(shù)，因此用了積分的近似計(jì)算得：2.92739。（2）正弦函數(shù)y=0.5sinx切線角度由于無碳小車的行使軌跡是正弦函數(shù)y=0.5sinx，所以小車的前輪的行使軌跡也是要與正弦函數(shù)y=0.5sinx一致。為了使小車的前輪的行使軌跡也是要與正弦函數(shù)y=0.5sinx一致，要使小車的前輪在（1,0）點(diǎn)處的切線與x軸夾角與正弦函數(shù)y=0.5sinx在（1,0）點(diǎn)處的切線與x軸的夾角一致即可。計(jì)算公式如下：還有他在（1,0）點(diǎn)

33、處的切線與x軸的夾角。 由于因此與x軸正向的夾角為： 3.4 無碳小車主要機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)在分析無碳小車組成的部分中可以將無碳小車分為六個(gè)部分，分別為動(dòng)力部分、傳動(dòng)部分、控制部分、轉(zhuǎn)向部分、驅(qū)動(dòng)部分和車體部分。無碳小車組成部分以及其功能概述各部分名稱功能的概述動(dòng)力部分該部分主要作用是使重物產(chǎn)生的重力傳導(dǎo)到傳動(dòng)部分上。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)該部分主要作用是將動(dòng)力部分傳導(dǎo)過來的動(dòng)力以一定的傳動(dòng)比傳導(dǎo)到控制部分和驅(qū)動(dòng)部分?？刂茩C(jī)構(gòu)該部分主要作用是使傳動(dòng)部分傳導(dǎo)過來的動(dòng)力轉(zhuǎn)換成往復(fù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械機(jī)構(gòu)，并將往復(fù)運(yùn)動(dòng)傳導(dǎo)至轉(zhuǎn)向部分。轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)該部分主要作用是運(yùn)用控制部分往復(fù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械機(jī)構(gòu)讓小車轉(zhuǎn)向。驅(qū)動(dòng)部分該部分主要作用是使傳動(dòng)部分

34、傳導(dǎo)過來的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)小車前進(jìn)。車體部分該部分主要作用是固定以上的各個(gè)部分并保證小車的強(qiáng)度。根據(jù)能量的轉(zhuǎn)換原理，利用重力勢(shì)能的模型，因能量有限，所以在確定機(jī)構(gòu)類型的時(shí)候?qū)p少機(jī)構(gòu)的能量損耗為最主要的條件。主要部分采用的機(jī)構(gòu)如下：主要部分采用的機(jī)構(gòu)組成部分名稱采用機(jī)構(gòu)動(dòng)力部分滑輪機(jī)構(gòu)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)線輪傳動(dòng)和皮帶輪傳動(dòng)控制機(jī)構(gòu)連桿滑塊機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)滑塊機(jī)構(gòu)3.4.1 滑輪機(jī)構(gòu)當(dāng)無碳小車在行駛時(shí)，小車的行駛距離會(huì)和重物的高度、繩子所纏繞所用直徑、車輪的直徑相關(guān)。無碳小車行進(jìn)的長(zhǎng)度為后輪軸轉(zhuǎn)過的圈數(shù)與后輪周長(zhǎng)的乘積，就是S=nD。小車后輪轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)n= L/(d)(其中L為繩子的長(zhǎng)度，d為繩子連接軸的直徑)，所以

35、無碳小車的行駛距離S= LD/(d)。由此可得：無碳小車所行駛距離將與重物的高度L=500mm、車輪的直徑D=120mm，從上面公式中可以看出要想使無碳小車行駛的距離更遠(yuǎn)就必須將繩子所纏繞的直徑d設(shè)計(jì)的最小。在這里簡(jiǎn)單的介紹一下如何將繩子所纏繞的直徑d設(shè)計(jì)的最小的：根據(jù)能量守恒E=MH+MV+Mf （1）E=5=0+mv2/2+f總s從上式看來要使無碳小車行駛的更遠(yuǎn)，需要把阻力f總降到最低。但由于無碳小車行駛時(shí)阻力f總與小車的質(zhì)量和速度均有關(guān)系， 在計(jì)算時(shí)無碳小車行駛時(shí)阻力f總的不確定性，使的原本簡(jiǎn)單的公式變得復(fù)雜，所以引入了另一個(gè)公式來計(jì)算繩子所纏繞的直徑d。在上面的計(jì)算中，用的是能量守恒公

36、式，但是由于無碳小車行駛時(shí)阻力f總的不確定性使得原本簡(jiǎn)單的計(jì)算變得復(fù)雜。所以在這里引入了無碳小車的一個(gè)條件，無碳小車要能行駛，即重物能驅(qū)動(dòng)無碳小車前進(jìn)。根據(jù)力矩平衡公式：M(G)=M(f總) （2）經(jīng)過計(jì)算可以算出繩子所纏繞的直徑d=15mm?？紤]到無碳小車的設(shè)計(jì)制作中有一些誤差和在無碳小車的行駛中會(huì)有一些不確定的因素，將繩子所纏繞的直徑設(shè)為d=20mm。從而確定中間軸旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)為7.96圈，因此后車輪轉(zhuǎn)過圈數(shù)為63.69圈。經(jīng)計(jì)算后得知我們的小車行駛的距離約為24米，因?yàn)槲覀兊男≤囆羞M(jìn)路線為正弦函數(shù)y=0.5sinx的曲線，因此前進(jìn)的最大距離約為16.40米。3.4.2 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由于在無碳小

37、車的總體設(shè)計(jì)中，由于無碳小車的行使過程中需要轉(zhuǎn)向，所以我們的小車行進(jìn)的路線為正弦函數(shù)。由于在無碳小車的總體設(shè)計(jì)中，將無碳小車行使軌跡的振幅設(shè)為500mm，所以無碳小車行使軌跡的函數(shù)為y=0.5sinx。傳動(dòng)部分主要采用的是齒輪傳動(dòng)，齒輪傳動(dòng)是利用兩齒輪的輪齒相互嚙合傳遞動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)的機(jī)械傳動(dòng)。齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)是：齒輪傳動(dòng)平穩(wěn)，傳動(dòng)比精確，工作可靠、效率高、壽命長(zhǎng)，使用的功率、速度和尺寸范圍大。例如傳遞功率可以從很小至幾十萬千瓦；速度最高可達(dá)300m/s；齒輪直徑可以從幾毫米至二十多米。但是制造齒輪需要有專門的設(shè)備，嚙合傳動(dòng)會(huì)產(chǎn)生噪聲。齒輪比與主動(dòng)輪的齒數(shù)成正比，與被動(dòng)齒輪的齒數(shù)成反比。以G代表齒輪

38、比，C代表主動(dòng)齒輪的齒數(shù)，F(xiàn)代表被動(dòng)齒輪的齒數(shù)，它們之間的關(guān)系用公式表示，即：G=C÷FG=C÷F=44÷11=4也就是說齒輪每轉(zhuǎn)動(dòng)一周，被動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)過4圈。由無碳小車的行使距離、無碳小車的驅(qū)動(dòng)輪直徑等因素來確定傳動(dòng)比的比值。傳動(dòng)比的計(jì)算過程如下所示：傳動(dòng)比計(jì)算公式：i=d帶：d齒=1：L÷(D)將已知項(xiàng)目代入公式計(jì)算，結(jié)果i=1：8所以傳動(dòng)比為1：8，即齒輪比（主動(dòng)輪對(duì)被動(dòng)輪的齒數(shù)之比為齒輪比）。針對(duì)齒輪五種失效形式，應(yīng)分別確立相應(yīng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。但是對(duì)于齒面磨損、塑性變形等，由于尚未建立起廣為工程實(shí)際使用而且行之有效的計(jì)算方法及設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，所以目前設(shè)計(jì)齒輪傳

39、動(dòng)時(shí)，通常只按保證齒根彎曲疲勞強(qiáng)度及保證齒面接觸疲勞強(qiáng)度兩準(zhǔn)則進(jìn)行計(jì)算。對(duì)于高速大功率的齒輪傳動(dòng)，還要按保證齒面抗膠合能力的準(zhǔn)則進(jìn)行計(jì)算（參閱GB64131986）。至于抵抗其它失效能力，目前雖然一般不進(jìn)行計(jì)算，但應(yīng)采取的措施，以增強(qiáng)輪齒抵抗這些失效的能力。根據(jù)齒輪的設(shè)計(jì)要求制定出如下參數(shù)：齒輪參數(shù)參數(shù)名稱主動(dòng)輪從動(dòng)輪模數(shù)（m）0.50.5齒數(shù)(z)16020壓力角()20°20°齒頂高系數(shù)(ha*)11齒頂系數(shù)(c*)0.250.25精度等級(jí)7-6-67-6-6厚度（h）5mm5mm3.4.3 控制機(jī)構(gòu)由于在無碳小車的總體設(shè)計(jì)中，由于無碳小車的行使過程中需要轉(zhuǎn)向，而我們采

40、用連桿滑塊機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)向，所以我們的小車行進(jìn)的路線為正弦函數(shù)（如下圖）。由于在無碳小車的總體設(shè)計(jì)中，將無碳小車行使軌跡的振幅設(shè)為500mm，所以無碳小車行使軌跡的函數(shù)為y=0.5sinx。考慮到無碳小車的行使軌跡的特殊性，所以設(shè)計(jì)無碳小車的控制部分必須滿足方程式。無碳小車行駛軌跡 因丁字形桿BC作平移，故桿BC以及鉛直槽DE上所有各點(diǎn)的速度完全相同。顯然，只要求出鉛直槽DE上在這瞬時(shí)與曲柄端A相重合的那一點(diǎn)即可。 選曲柄端A為動(dòng)點(diǎn)，丁字形桿BC為動(dòng)系。于是，動(dòng)系作平移，可應(yīng)用速度合成定理。動(dòng)點(diǎn)A的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)是以點(diǎn)O為中心的圓周運(yùn)動(dòng)，因曲柄OA作勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，故點(diǎn)A的絕對(duì)速度va只有法向分量，大小為r，方向由點(diǎn)A指向點(diǎn)O；相對(duì)運(yùn)動(dòng)為沿槽DE的直線運(yùn)動(dòng)，相