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第七届全国大学生工程训练综合能力竞赛

The 7th National Undergraduate Engineering Training Integration Ability Competition



结构设计方案

Structure Design Scheme

编 号

（此栏由赛务工作人员填写）













第七届全国大学生工程训练综合能力竞赛

The 7th National Undergraduate Engineering Training Integration Ability Competition



结构设计方案

Structure Design Scheme

参赛项目









1、设计思路

三轮车绕杆和实际车体转向过程原理相同，车体转向时方向控制轮(此处为前轮)与车体轴线产生夹角a,此时后轮轴线与前轮轴线相交于远处一点，当夹角a不变时，实际汽车后轮为差动连接，所以车体绕该点做转动。转向过程中夹角a逐渐增大，达到- -定程度时开始逐渐减小，直至与前轮轴线与车体轴线重合，车子完成转向过程做直线运动。主动力传动过程中只通过一个定滑轮，让传动效率最大化;根据能量守恒，最初的总能量为物块的重力势能，随着物块下落，通过细绳拉动车子前进，物块部分能量转换为车子的动能及车体摩擦损失，其余部分使物块获得前进和下落的速度。确定较大传动比，使小车初始运动时的动力略大于其静摩擦阻力，这样使小车获得最小初速度和较小的加速度，重物落下时速度较慢，转化为车子前进的有用功越多。



2、驱动轮设计

由于需要很好的控制小车的行进速度，我们设计了一个中轴机构，这样在重块下落的过程中，会首先拉动齿轮2随其转动，再由齿轮传递到齿轮1由于齿轮1与整个后轴固定，所以可以带动后轮转动。由于存在多级齿轮的传递，所以可以行进更多的距离。而后轮所受到的摩擦力会随着多级齿轮而放大，这样可以保证小车行进的足够慢，这样也保证了小车的稳定性。

初拟定驱动轮外径D1=230mm?；两齿轮外径分别为D2=20mm?，D3=60mm?；导向轮半径D4=50mm? ；在中轴线上我们要求小车每前进2000mm为一个周期，也就是控制转向装置的机构只能旋转一周，因为运动轨迹是歪曲的，所以我们确立小车轮子直径为230mm（具体结果见后面）。



3、驱动装置设计

小车的驱动力为1kg的重物，为了保证小车行进中能保持稳定状态，既要能轻松启动又不能速度太快，驱动装置的尺寸设计很重要。在行进过程中，小车的主要阻力为前轮与地面的摩擦已经各轴承内部的损失。最终小车的质量约为1.2kg,前轮承重约为0.5kg,按滚动摩擦系数0.04，所受阻力为0.2N,再考虑各种机械损失，前进中小车受阻力大约为0.3N。重物提供的拉力为10N,所以拉力阻力比约为33:1，可以先通过20:60的齿轮将拉力减小3倍，再通过20:230的小齿轮与后轮将拉力减小11倍。这样重物提供的拉力可以正好保证小车匀速运动。（由于很多数据都是估算，需要在小车做好后，通过实践确定最佳的驱动装置尺寸）

4、转向原理

实际小车转向的实现，由于两轮速度相同直径相同但路程不同，要依赖于后轮之间的差动连接，本设计中的小车后轮没有差动连接，存在一一个轮滚动和滑动同时出现的情况，考虑到物块开始运动时重心较高，小车转向过程中需要较大的力矩平衡物块受到的向心力，此时处在行进曲线外侧的轮支撑力F，远大于内侧轮 内容过长，仅展示头部和尾部部分文字预览，全文请查看图片预览。 走距离，mm，η为小车总效率，

F0×S=G×500mm×η

则：S =G×500mm×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



产品名称

小车

共 页

第 2 页

编 号











小车装配图

比例

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第七届全国大学生工程训练综合能力竞赛

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