摘要
無碳小車來自全國大學生工程能力訓練大賽題目，根據“節能減排，綠色出行”的環保理念，提出了一種基于熱力驅動的具有方向自動控制的無碳小車。
本文設計的無碳小車主要是將熱能轉化成機械能，用來驅動小車前進的裝置，在前進的過程中，利用凸輪完成自動轉向，讓小車在凸輪機構的控制下，周期性的自動轉換方向，避開障礙物，行走一定距離的s型路線。制作出了行駛平穩輕巧，效率高、周期可調的小車，并提出了提高零件精度和增加賽道校準裝置的改進方向。根據要求，小車主要分為六部分：車架、原動機構、傳動機構、轉向機構、驅動機構、微調機構，對每個部分采用擴展性思維尋求多種可行方案，并綜合考慮功能實現、加工裝配、成本可行性等因素進行優化設計。?
采用現代機械設計方法，通過MATLAB軟件完成歸結仿真和模擬，通過計算后，使用SolidWorks軟件完成三維圖紙的繪制，仿真驅動設計。

?

?

?

?

關鍵詞：無碳小車；凸輪設計；SolidWorks；MATLAB

?? ??? ?目錄
第一章 緒論?? ?4
1.1選題的目的及意義?? ?4
1.2、國內外的研究現狀?? ?5
1.3、設計任務與功能分析?? ?6
1.3.1、無碳小車的設計任務?? ?6
1.3.2、無碳小車的功能分析?? ?6
1.4、無碳小車設計方法?? ?7
1.5、無碳小車的設計思路?? ?8
第二章 無碳小車的方案理論設計?? ?9
2.1、無碳小車行走軌跡設計?? ?9
2.1.1、小車的軌跡路線分析?? ?9
2.2、無碳小車具體參數的確定及傳動機構的設計?? ?9
2.2.1、小車具體參數的計算?? ?9
2.2.2、傳動機構的設計?? ?10
2.3、車架的設計?? ?13
2.4、轉向系統方案設計、分析及計算?? ?14
2.4.1、無碳小車轉向系統方案分析?? ?14
2.4.2、無碳小車轉向機構方案對比與確定?? ?15
2.4.3、無碳小車轉向機構參數的確定?? ?16
2.4.4、無碳小車擺動導桿機構運動參數的確定?? ?18
2.5、原動機構的設計?? ?19
2.6、行走機構的設計?? ?20
2.6.1行走機構的方案選擇?? ?20
2.6.2行走機構參數的計算?? ?20
2.7、微調機構的設計?? ?21
2.8、無碳小車整體方案確定?? ?21
第三章 主要零部件的設計及校核?? ?22
3.1、基本參數?? ?22
3.2、小車運動參數計算?? ?22
3.3、軸的設計及計算?? ?23
3.3.1、凸輪軸的設計及校核?? ?23
3.4、齒輪的設計及校核?? ?25
3.4.1、齒輪的設計?? ?25
3.4.2、按齒根彎曲疲勞強度設計?? ?26
3.4.3、校核齒面接觸疲勞強度?? ?27
3.5、軸承的設計及計算?? ?27
第四章 MATLAB軌跡仿真?? ?29
4.1、MATLAB?? ?29
4.2、MATLAB?? ?29
第五章 無碳小車的裝配設計?? ?31
5.1無碳小車的整體布局?? ?31
第六章 無碳小車的影響因素分析及調試?? ?33
6.1、小車的影響因素分析?? ?33
6.1.1、兩后輪中心不在同一直線上、直徑不相等?? ?33
6.1.2、后輪端面跳動?? ?33
6.1.3、前輪不在小車車身中心線上?? ?33
6.1.4、傳動不平穩?? ?33
6.1.5、軸承和軸承座的過度配合?? ?33
6.2、小車軌跡偏差理論分析?? ?34
6.2.1、加工精度造成的尺寸偏差?? ?34
6.2.2、裝配精度造成的尺寸偏差?? ?34
6.2.3、發出位置造成的軌跡偏差?? ?34
6.3、無碳小車的調試?? ?34
6.3.1、無碳小車的協調性調試?? ?34
6.3.2、無碳小車的速度調試?? ?35
6.3.3、無碳小車的避障調試?? ?35
總結?? ?36
謝辭?? ?37
附錄?? ?38

第一章 緒論
1.1選題的目的及意義
選題的意義：
隨著科技的發展，能源短缺問題逐漸突出，越來越多的國家提出節約資源的口號。與此同時，由于我國的人均資源不足，環境污染日趨惡劣，人們對環保提出了更高的要求，因此設計研發新的可以再生的能源和可持續發展的觀念深入人心。我國常見的能源有煤炭、石油和天然氣，但在使用的同時這些能源造成的環境污染十分嚴重，無碳小車就是在這種環境下出現的一種比較環保節能的代步工具。例如常見的自行車等，在我國大部分地區都可以看到共享單車的影子，主要的目的就是提倡大家綠色出行，愛護環境。目前，很多國家都將無碳汽車的研發作為首要任務，例如新能源汽車等。因此為緩解世界能源短缺問題，我國需要將新能源汽車的研發和制造作為首要任務。我們既要考慮保護環境，堅持可持續發展原則，又要加大無碳小車的設計研發。因為無碳小車具有環保、節能、經濟、方便、環保的優點，最重要的是低碳的特點。因此，我們應該大力推廣低碳小車，利用熱能轉化成機械能的設計思路，找到新的方法來緩解能源和環境問題。無碳小車對于逐步取代傳統能源有著深遠的意義，將推動汽車產業的發展。
選題的目的：
本文主要是完成一種熱能驅動的無碳小車的設計，無碳小車的題目來源于全國大學生工程能力訓練大賽的題目，國家舉辦這個比賽的主要目的是進行競技活動，同時為我國新能源汽車領域培養一批優秀的人才，增強大學生的創新能力和實踐能力，培養大學生的環保觀念，不斷學習和創新，為低碳生活貢獻自己的力量。本次設計的一級齒輪傳動具有凸輪轉向控制的無碳小車具有確定的運行軌跡，本次主要涉及到圓柱凸輪的計算、一級齒輪的計算和校核、軸承的選型及校核，軸的計算和校核，通過分析計算，可以靈活運用到所學的機械設計和機械原理等相關知識，設計一種能通過圓柱凸輪自動避障的轉向機構，使得整個無碳小車的運行軌跡是一條近似正余弦曲線，從而使得無碳小車實現自動避障并按照規定的S軌跡前進的要求。
1.2、國內外的研究現狀
查閱相關資料發現，我國每兩年會舉辦一次全國大學生工程能力訓練大賽，至今為止已經成功舉辦國七次比賽，主要設計到的軌跡有S軌跡、8字軌跡、雙8字軌跡、環S軌跡和環8軌跡。且基本都是三輪結構，采用凸輪轉向、曲柄搖桿、空間RSSR等轉向方式。其中，曲柄搖桿機構一般使用優化設計，可以提高機構的對稱性，正弦機構可以實現正反轉角的完全對稱。
關于無碳小車的研究重點在我國國內的主要高校進行，因為這是我國大學生的科技比賽，所以國外對于無碳小車的設計研究基本沒有。國內的一些工科院校，尤其是機械專業比較強勢的高校，對無碳小車的研究相對較深入。起代表的主要有哈爾濱工程大學、合肥工業大學、中北大學、太原理工大學、西安交通大學等。
其中，哈爾濱工程大學的工程訓練中心提出了一種結構，它使用摩擦輪和摩擦盤的組合來實現小車的轉向功能。這種結構易于處理，易于調試。在第三屆全國大學生綜合工程訓練比賽中，東南大學院校工程學院團隊提出了曲柄搖桿機構的操作機構，并應用微調裝置精確調整小車軌跡路線。遼寧工業大學汽車公司專門改進無碳汽車的S型軌跡，采用一種新型的機械裝置實現前輪的自動轉向。通過調研發現，無碳小車主要是由車架、原動機構、傳動機構、轉向機構、行走機構和微調機構六個模塊組成。
車架：常見的有三角底板和四邊形底板，通常采用鋁材或者亞克力板進行數控切割或者直接使用3D打印直接成型。
原動機構：主要分為四種類型，繩輪式、彈簧儲能式、鏈輪式、齒輪齒條式。從效率和簡單性的角度來看，這四種方法一般都傾向于采用繩輪式，這種方法可以通過改變滑輪上不同位置的繩子來改變輸出功率。
傳動機構：常見的無碳小車傳動機構主要有帶傳動、鏈傳動和齒輪傳動，一般采用的是齒輪傳動和帶傳動。
轉向機構：常見的轉向機構主要有凸輪加搖桿、曲柄搖桿、槽輪加搖桿、空間四桿機構等。
行走機構：主要分為雙輪驅動、雙輪差速驅動、單輪驅動。
微調機構：其主要目的是通過改變曲柄的長度來改變小車的轉向角度，以滿足不同地點適應不同障礙物的要求。有微調螺母和滑槽兩種方法。有可調曲柄和曲柄盤。
1.3、設計任務與功能分析
1.3.1、無碳小車的設計任務
自主設計并制作一臺有方向控制的自行熱能驅動車，該車行走過程中必須與地面接觸運行，且完成所有動作所用能量均由熱能轉換而得，不允許使用任何其他形式的能量。熱能是通過液態乙醇（濃度95%）燃燒所獲得。該自行小車在前行時能夠自動避開賽道上設置的障礙物（每間隔1米，放置一個直徑20mm、高200mm的彈性障礙圓棒）。
無碳小車的動力由乙醇燃燒的熱能提供。只有通過熱能和機械能的能量轉換，小車才能前進、轉向和調整。無碳障礙小車的路線類似于正弦曲線，并且周期性

本人從事十多年模具設計師與模具制造 模具設計、高級工程師本人設計CAD 二維工程圖 三維工程圖 產品設計 逆向建模 51單片機 STM32 單片機 代碼 實物 原理 v2v9v9v1v2v9v3v1v9v6v