绿色无碳小车的设计与实现

王星驰

（江苏师范大学，江苏徐州 221116）

摘 要：由于城市的发展以及人类对交通出行的需要，如何选择交通工具成为一个问题。当今几乎所有的车辆都是以石油产品或者电力进行驱动，对自然资源的需求越来越大，而随着人类社会的发展，自然资源逐步减少，如何解决车辆行驶和自然资源之间的矛盾成为当今科学研究的热点以及难题，本文通过设计一种无碳小车进行研究。

关键词：无碳小车；正弦机构；机械加工；Matlab；Proe；CAD

中图分类号：TH211 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）15-0078-02

0 引言

当今社会人类活动对自然的污染越加严重，寻求清洁能源的行动势在必行。无碳车的概念开始应运而生。无碳车是一种十分环保的短途代步工具，具有节能、经济、环保的特点。无碳车的应用和推广对保护环境和人类的可持续发展有重要意义。通过设计无碳小车模型，希望可以为无碳小车越障提供一种将重力势能转换为机械能的新思路。

1 无碳小车设计思路

以重力势能驱动的具有方向控制功能的自行小车作为要求，设计一种小车，由给定重力势能作为能量来源，通过能量转换驱动其行进及转向。以此模型来进行模拟设计，给定重力势能为4焦耳（g=10m/s2），本设计使用质量为1Kg的重块（R25×65mm，普通碳钢）作垂直下落提供重力势能，落差取400±2mm，重块落下期间，必须由小车承载并与小车一起运动，不允许从小车上掉落，图1为小车示意简图。

2 机械结构设计

2.1 车体

对车体结构的设计包括小车底盘，车轮，轴承座等为小车提供安装固定的机械结构的设计。使用铝或亚力克作为车体结构的材料，在设计小车底盘的时候，部分镂空，为转向机构和微调机构留下活动空间。

2.2 原动机构

原动机构实际上是将重块竖直下落的重力势能转化为机械能的机构，它的作用是为无碳小车提供所有的能量来源。为了兼顾效率、简易与经济，决定采用线轮结构。

2.3 传动机构

传动机构的作用是把动能和运动传递到转向机构和驱动轮上，所以选定齿轮作传动机构。

传动机构工作时，在绕线轴上安装的绕线轮缠绕连接重物尼龙线，当重物下落时，拖动尼龙线，尼龙线再带动绕线轮，使得绕线轴转动，使主动轴带动驱动轮转动，为小车传递动力，而微调机构连接轴则是负责将动力传动到微调机构和转向机构上，让微调机构和转向机构能够正常工作。

2.4 转向机构

选择曲柄摇杆机构作为小车转向机构，如图2所示。

转向机构主要由两部分组成，一部分为负责提供正弦波的类凸轮部分，而另一部则是将正弦波转化为小车导向轮转角的转向部分。

3 运动学分析

3.1 小车运行分析

方便起见，以左轮为例分析其运行轨迹。如图3建立坐标XOY，在一个轨迹周期内，若小车以左轮为驱动轮运行在某一位置，砝码下落的高度为h，易知绕线轴的转角为，车体相对地面的转过的角为，由转向机构的传输特性可得前轮转角。

采用微元法分析，在砝码下落极小的高度内，左轮（内侧轮）绝对位移为：

3.2 小车的仿真

通过以驱动轮、从动轮和转向轮三者的轨迹方程为依据，编写为matlab程序，进行仿真，最终得出较为合理的轨迹函数图像，如图4所示。

4 改进方向

（1）加工精度和装配精度是碳小车改进的一个大方向之一。（2）设计性能更加良好的转向机构和微调机构，用于提高转向机构的效率和稳定性，提高小车在各种地面的适应能力。（3）修改微调机构和转向机构，使其的转动平面平行于地面，减少重力对微调机构和转向机构工作时的影响。（4）在设计阶段对小车进行更多的计算和仿真。通过更多的计算和仿真来选择更好的设计方案和参数，令小车的理论性能得到提高。（5）改进机构的配合的合理性。

参考文献

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