1.2小車整體設計要求小車設計過程中需要完成：機械設計、工藝方案設計、經濟成本分析和工程管理方案設計。命題中的工程管理能力項要求綜合考慮材料、加工、制造成本等各方面因素，提出合理的工程規劃。設計能力項要求對參賽作品的設計具有創新性和規范性。命題中的制造工藝能力項以要求綜合運用加工制造工藝知識的能力為主。1.3小車的設計方法小車的設計一定要做到目標明確，通過對命題的分析我們得到了比較清晰開闊的設計思路。作品的設計需要有系統性規范性和創新性。設計過程中需要綜合考慮材料、加工、制造成本等給方面因素。小車的設計是提高小車性能的關鍵。在設計方法上我們借鑒了參數化設計、優化設計、系統設計等現代設計發發明理論方法。采用了CAD、PROE等軟件輔助設計。設計方案：2.1小車越障行駛路線假設小車行駛的水平距離為S=60m，時間為=10min，振幅為200mm，周期為2000mm。其運動軌跡為2000mm2000mm200mm200mm 圖2：小車運動軌跡圖2.2小車運動過程分析簡圖：重物下落，重力勢能轉

化為動能，提供驅動力重物下落，重力勢能轉

化為動能，提供驅動力繞繩處驅動軸旋轉驅

動大帶輪與偏心輪大帶輪旋轉，通過

皮帶帶動小帶輪偏心輪旋轉，使連桿沿

一條直線前后推動搖桿被連桿推動使其在

一定范圍內進行擺動小帶輪旋轉驅動后輪

轉軸進行旋轉驅動后輪轉動，使小車

能往前運動搖桿擺動使前輪在運動

過程擺動繞過障礙物前后輪協調使小車在前進過程S形曲線繞過障礙物圖3：小車運動過程分析圖

2.3設計原理簡圖：偏心輪連偏心輪連桿搖桿搖桿后輪轉軸后輪轉軸驅動軸驅動軸小帶輪小帶輪前輪前輪大帶輪皮帶大帶輪皮帶后輪后輪圖4：設計原理圖由于小車運動過程的能量來源為重物下落的重力勢能4焦耳，能量非常有限，故機構的設置越簡單，損耗的能量也越少，行走的路程也越多，效果也就越好。2.4機構的選擇=1\*GB3①車架車架不用承受很大的力，精度要求低。考慮到重量加工成本等，車架采用鋁合金加工制作成三角底板式。原動機構原動機構的作用是將重塊的重力勢能轉化為小車的驅動力。能實現這一功能的方案有多種，就效率和簡潔性來看繩輪最優。小車對原動機構還有其它的具體要求。1.驅動力適中，不至于小車拐彎時速度過大傾翻，或重塊晃動厲害影響行走。2.到達終點前重塊豎直方向的速度要盡可能小，避免對小車過大的沖擊。同時使重塊的動能盡可能的轉化到驅動小車前進上，如果重塊豎直方向的速度較大，重塊本身還有較多動能未釋放，能量利用率不高。3.由于不同的場地對輪子的摩擦摩擦可能不一樣，在不同的場地小車是需要的動力也不一樣。在調試時也不知道多大的驅動力恰到好處。因此原動機構還需要能根據不同的需要調整其驅動力。4.機構簡單，效率高。基于以上分析我們提出了輸出驅動力可調的繩輪式原動機構。如下圖5圖5：繩式輪原動機構如上圖我們可以通過改變繩子繞在繩輪上不同位置來改變其輸出的動力。傳動機構：傳動機構是把動力和運動傳遞到轉向機構和驅動輪上，使小車按一定的路程曲線行駛的更遠。由于帶輪具有結構簡單、傳動平穩、價格低廉緩沖吸振等優點，因此本機構可以采用帶傳動作為傳動機構。④轉向機構：本機構設計采用偏心輪+連桿+搖桿，其單位面積所受壓力比較小而且接觸面便于潤滑，摩擦小制造方便能獲得較高的精度。構件之間的接觸可以靠本身的幾何封閉來維持，比凸輪靠彈簧來封閉要優越。故采用此轉向機構。⑤行走機構行走機構即為三個輪子，輪子又厚薄之分，大小之別，材料之不同需要綜合考慮。有摩擦理論知道摩擦力矩與正壓力的關系為對于相同的材料為一定值。而滾動摩擦阻力，所以輪子越大小車受到的阻力越小，因此能夠走的更遠。但由于加工問題材料問題安裝問題等等具體尺寸需要進一步分析確定。⑥微調機構當障礙物的間距改變時，可以通過改變初始位置（即小車運動軌跡函數的振幅）及小車前輪距偏心輪外側水平距離，進行微調，從而是小車能安全繞過障礙物。

技術設計3.1轉向與微調設計3.1.1小車的轉向控制小車繞過固定等間距障礙物，分析其轉向控制過程：偏心輪偏心輪連桿搖桿連桿小車偏心輪連桿小車偏心輪向右推向右推向左拉向左拉向右推向右推向左拉向左拉

車身中心線車身中心線小車前輪圖6、7、8：小車轉向過程分析圖如圖6、7、8所示，小車從位置出發，途徑、、三個位置到達位置完成一個周期的運動。在此過程中，偏心輪從A位置出發，經過B、C、D三個位置，又回到A位置，完成一個周期的運動。其中，偏心輪的A、C位置對應小車的、位置，即為最大偏角位置；偏向輪的B、D位置對應小車的、位置，即為直走位置。由圖所示可得出小車最大轉角的關系式所以可得出

2、前輪轉向最大偏角的計算2000mm2000mm200mm2000mmABCDEF圖9：前輪偏轉范圍示意圖設前輪最大偏角的最小極限值為，最大極限值為，其中：要使小車安全繞過障礙物，則必須滿足條件：而：滿足以上條件。

3.1.2微調的設計分析改變障礙物的間距，通過微調來實現小車安全繞過障礙物：以障礙物間距減小為例，進行微調分析：圖10：微調原理示意圖障礙物間距減小。調整小車的初始位置，相對A點向上到A點、原始曲線的軌跡方程為：，一個周期的曲線長度為：、改變障礙物間距后，進行微調使小車前進軌跡的振幅為：，調整后曲線的軌跡方程為則一個周期曲線的長度為：由于小車微調后在類勻速運動過程中其速度和周期都不變，則在一個周期內小車行走的路程不變，即已知，可求得。微調后小車前輪最大轉角，偏心距e為設計固定已知值，由、可求得前輪支撐軸距連桿的水平距離。總結：由已知障礙物間距減小量可算出微調量與。并且：障礙物間距增大，用同樣方法可解決微調問題。3.2.1各輪的參數設計設計目標：小車行走水平距離S′=60m，理論行走時間t總=10min小車行走路線為正弦曲線，曲線振幅為200mm，一個周期的水平距離為2m，所以可得出曲線函數式：計算曲線路程周期數n==30所以總路程周期T===20s車身速度重物下降速度設繞繩輪半徑為，則所以又設偏心輪偏心距為e，半徑為前輪半徑為，后輪半徑為r5，大帶輪半徑為r3，小帶輪半徑為r4帶輪傳動比為i=3則所以

3.2.2帶輪的參數設計已知功率轉速確定計算功率查得工作情況系數故選擇帶型選用Y型帶確定帶輪的基準直徑，并驗算帶速v初選小帶輪的基準直徑。由表查得取小帶輪的基準直徑驗算帶速計算大帶輪的基準直徑根據表查得，圓整為確定帶的中心距a和基準長度Ld根據式（8-20）初定中心距3）由式（8-22）計算帶所需的基準長度由表8-2選帶的基準長度4）按式（8-23）計算實際中心距a驗算小帶輪上的包角計算帶上的有效拉力Fe由得3.2.3階梯軸的參數設計設重物在剛開始下降的瞬間加速下降的距離為設繞線一圈，則（為加速繞線處主動軸半徑）...................(1)又在這一過程中...........................................(2)........................................(3)...........................................(4)其中由以上四式可解出

3.2.4小車質量的分布設計計算小車總質量（包括重物）由小車行進的整個過程可知所以利用能量守恒計算車身的質量小車各部分的能量為前輪：E前輪=E平動+E轉動=、偏心輪：、

大帶輪：小帶輪：后輪：重物：列出能量守恒關系所以經計算得

3.3力的校核檢驗設計尺寸的準確性：對象：階梯輪與主動軸原理：驅動軸所受扭矩平衡才能使重物勻速下降階梯輪半徑為處所受扭矩為：大帶輪有效拉力為： 則大帶輪對驅動軸處的扭矩為：則有結論：能夠保證重物及小車做類勻速運動，滿足之前機構的設計。

3.2.5參數確定前輪結構：（單位：mm、mm、kg）注：材料均為鋁合金前輪：直徑：60軸孔直徑：4厚度：4質量：0.009747前輪軸：直徑：4軸長：30質量：0.0010174前輪架：護輪架：長：22寬：10高：45厚：4軸孔直徑：4質量：0.02673輪架上固定軸：長：60直徑：4質量：0.00203472套筒：直徑：10厚：1底面軸孔：4底面距輪架：20帶槽搖桿：槽結構中心距固定軸軸心：41槽結構總長：20槽壁厚：2槽結構高：4質量：0.00139039底板、車架：底板：底板總長：180寬：170厚：10質量：0.8262底板前端凸臺：總長：50高：70厚：10質量：0.0945偏心輪和連桿：偏心輪直徑：60偏心距：15厚度：5軸孔直徑：3質量：0.019089偏心柱直徑：5高度：15質量：0.019089連桿及其滑槽：連桿寬度：4長度：83.5高度：6質量：0.054108連桿滑槽寬度：4長度：40高度：14壁厚：2槽結構總長度：36質量：0.005562連桿柱直徑：4長度：10質量：0.00033912帶輪：大帶輪直徑：71厚度：5包角：200.3中心距：147.5質量：0.21368799小帶輪直徑：25厚度：5包角:159.7質量：0.0264938皮帶（Y型）節寬：5.3頂寬：6高度：4橫截面積：18楔角：基準長度：450質量：0.009后輪結構：后輪：直徑：127.4