一种基于重力势能的绕S路线行走小车的设计（机构设计）
一．摘要
摘要：本小车的设计是依据命题主题“无碳小车”，而提出的一种无碳方式，给定小车一定的重力势能，根据能量守恒原理，设计一种将重力势能转换为机械能并能推动小车前行的装置。该小车在前行过程中能够自动避开前行道路上的障碍物（每一米放置一个障碍物），此小车的最大特点是将重力势能转化为齿轮的转动，进而根据大小齿轮的粘合带动驱动轮和转向轮，从而按规定的路线完成任务。本文将对小车的设计过程，结构功能等特点进行详细的介绍。小车大多数零件都为标准件可以购买。其大部分零件可以通过手工加工出来。因为小车受力都不大，因此大量采用胶接，简化零件及零件装配。调试过程会通过微调等方式改变小车参数进行试验。在试验的基础上验证小车的运动规律同时确定小车的最优参数。
关键词：无碳小车、微调机构、灵敏度分析
Carbon-car design specification
Summary：The car's design is based on the proposition theme "carbon car," a proposed carbon-free way, given the car a certain gravitational potential energy, according to the energy conservation principle, the design of a car before the gravitational potential energy is converted to mechanical energy and to promote device row. The first line of the car during the pre-carriageway road can automatically avoid obstacles (each meter placed an obstacle), the most important feature of this car is the gravitational potential energy into rotating gears, and then according to the size of the gear bonding driven wheels and steering wheel, to complete the task according to predetermined route. This article will car design process, and other characteristics of structure and function in detail .Most car parts are standard parts can be purchased. Out most of its parts can be processed by hand. Because the car by force is not large, it uses a lot of bonding, simplifying parts and parts assembly. Commissioning process will change the way of fine-tuning the car through the test parameters. Verify car on a trial basis to determine the optimal parameters while the movement of the car.
Keywords:carbon-free car，Fine-tuning mechanism，Sensitivity Analysis
一、选题简介、意义
选题简介：
1. 小车功能：以重力势能驱动的具有自动转向的小车，该无碳小车能在前行时能自动避开赛道上每间隔1米的障碍物。
2. 结构原理：用质量为1KG的重块（Ф50X65mm，普通碳钢）沿导轨铅垂下降下来获得重力势能，落差400mm，重块落下后被小车承载并同小车一起运动，不掉落。
该方案由物块从0.4m的高处垂直下落，通过悬线，滑轮，，齿轮系来带动小车匀速前进，再由齿轮，偏心轮，导轨和杠杆机构推动前轮做转向运动走出S形线路，来使小车完成整个过程。
3. 具体工作过程：细线连接重物绕过滑轮，一端连接的重物，另一端紧密的缠绕在带有锥度的绳轮上，细线拉动绳轮转动，绳轮通过一级齿轮带动小车后轮转动，使小车前进;在有二级齿轮带动偏心轮机构转动，再由导轨和杠杆机构使小车转向。
4. 设计特点： 重物下落时通过对悬线的的绕线方式采取圆锥式绕线是齿轮获得匀速的转速，保证小车运动时的平稳性和准确性。
意义：
1、本小车着重体现无碳的概念，小车动能完全由重力势能提供，是对环保的最高理想。
2、本小车依照现代工程师的标准，注重设计的巧妙、制作的精良、调试的可靠性等。与其他类似的模型小车相比，本小车更注重能量的利用、车体结构的稳定性、匀速性等。
3、本小车采用柔性摆杆机构更涉及了诸多数学理论的验证；且使小车控制转弯更省力，使小车的躲避障碍物的周期更容易实现与控制，以降低整车重量。
4、本小车整体构造简洁，组合零件不多摩擦损耗小，效率高，较容易制造安装。
二、课题综述（课题研究，主要研究的内容，要解决的问题，预期目标，研究步骤、方法及措施等）
我们把小车的设计分为三个阶段：方案设计、技术设计、制作调试。通过每一阶段的深入分析、层层把关，是我们的设计尽可能向最优设计靠拢。
方案设计阶段根据小车功能要求我们根据机器的构成（原动机构、传动机构、执行机构、控制部分、辅助部分）把小车分为车架 、原动机构 、传动机构 、转向机构 、行走机构 、微调机构六个模块，进行模块化设计。分别针对每一个模块进行多方案设计，通过综合对比选择出最优的方案组合。
小车的设计一定要做到目标明确，通过对命题的分析我们得到了比较清晰开阔的设计思路。作品的设计需要有系统性规范性和创新性。设计过程中需要综合考虑材料 、加工 、制造成本等给方面因素。
小车的设计是提高小车性能的关键。在设计方法上我们借鉴了参数化设计 、优化设计 、系统设计等现代设计发发明理论方法。采用了CAD等软件辅助设计.
预期目标：物块下降400mm，小车前进20m，最大转向角度18度。
三、设计（论文）体系、结构（大纲）
无碳小车设计说明书（大纲目录）
一．摘要
二.序言
三.任务和要求
3.1 设计思路
3.2 基本原理
设计亮点
驱动系统
运动过程
四.方案设计及论证
4.1 齿轮传动机械方案设计
4.1.1转向系统
4.1.2传动系统
4.1.3系统设计
4.2工艺方案设计
4.2.1前轮转角计算
4.2.2主动轮直径及齿轮传动比的计算
4.2.3重块下落距离的计算
4.3带传动机械设计方案
4.3.1 小车越障行驶路线
4.3.2 设计原理简图
4.3.3机构的选择
4.4工艺方案设计
4.4.1转向与微调设计
4.4.2 微调的设计分析
4.4.3各轮的参数设计
4.4.4带轮的参数设计
4.4.5阶梯轴的参数设计
4.4.6力的校核检验设计尺寸的准确性：
4.5方案的选择
4.6小车整体及外观设计
4.7最终方案评价
五．小车的调试及改进
5.1小车调试方法
5.2小车改进方法
六．材料及成本分析
6.1小车整体材料种类
6.2小车经济成本分析
七．结论
小结与致谢
参考文献
附录
参考文献
[1] 《齿轮机构及其设计》， 主编：邱映辉等， 机械设计，清华大学出版社，2004
[2] 《机械设计》， 主编:陈铁鸣， 第四版，哈尔滨工业大学出版社，2006
[3] 《机械设计课程设计》， 主编：王连明等，第二版，哈尔滨工业大学出版社，2005
[4] 《工程力学》， 东北大学编， 北京高等教育出版社，2008
[5] 《理论力学》， 黄毅等， 哈尔滨工业大学理论力学教研室，2009
[6] 《机械加工工艺手册》， 主编：杨叔子， 机械工艺出版社
附录
1， 无碳小车机械加工工艺过程卡，
2， 无碳小车机械加工工艺工艺卡，
3， 无碳小车机械加工工艺工序卡
4， 无碳小车机械加工工艺文件
5， 无碳小车二维零件图
6， 无碳小车二维装配图
7.， 无碳小车设计作品实物图
8， 无碳小车设计作品实物
9， 开题报告
10，毕业设计（论文）指导记录表
11，毕业答辩评审表
表1 毕业设计（论文）指导教师评价表
表2 毕业设计（论文）评阅教师评价表
表3 毕业设计（论文）答辩记录表
表4 毕业设计（论文）答辩评价表
表4 毕业设计（论文）综合评价表
