李云涛等

摘 要： 针对2015年第四届全国大学生工程训练综合能力竞赛主题为“以重力势能驱动的具有方向控制功能的自行小车”，驱动其行走及转向的能量是根据能量转换原理，由给定重力势能转换而得到的。设计一种小车，该小车特点是：小车采用单轮驱动，避免小车启动时摩擦力较大，能量损失过多；采用锁止弧、曲柄摇杆机构实现小车的精确运行，行驶的更远。通过第四届全国大学生工程训练综合能力竞赛小车结构可行性得到验证。本设计为在现实生活中很常见，给“8”字运动轨迹相似的产品提供了良好的借鉴，有很好的发展前景。

关键词： 8字形；间歇控制；机构设计；曲柄搖杆机构

1.前言

如今，科学技术日新月异，人们的生活水平有了很大的改善，然而环境污染问题也越来越凸显出来，因此可持续发展已经被原来越多的人接纳。坚持科学发展，走可持续发展的道路，是社会发展必然趋势，为此我国正在努力将无碳技术应用到工农业及日常生活的各个领域，缩小与发达国家的差距。作为当代有素质的大学生通过自己的知识来设计出一款无碳小车，具有重要的意义。本设计的要求：小车运动所需的能量完全由重力势能提供，不得提供任何其它能量，且小车为行走时不可人工干预其行走。

2.运动轨迹分析及设计

设桩间距为400mm，一个8字路线总长800π，大轮周长为100π，完成一个8字大轮转8圈，间歇机构转2圈如图1。本设计分为三个阶段。阶段一：初始时，小车停在8字交点位置，前轮保持最大转角，不完全齿轮刚好离开完全齿轮，不完全齿轮将空转3/4圈，小车在前轮角度固定下行走大约3/4圆，之后不完全齿轮拨动完全齿轮，实现转向如图2。……