张井洋 王恒厂 陈春阳

（南京航空航天大学工程训练中心，江苏 南京211106）

1 设计背景

S型无碳小车结构设计来源于大学生工程训练综合能力竞赛命题——“以重力势能驱动的具有方向控制功能的自行小车”。驱动小车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得到的。该给定重力势能由使用质量为1kg的标准砝码（50×65mm，碳钢制作）来获得，要求砝码的可下降高度为（400±2）mm。标准砝码始终由小车承载，不允许从小车上掉落。图1为小车示意图。

图1 无碳小车示意图

小车为三轮结构且具有转向控制机构，此转向控制机构具有可调节功能，以适应放有不同间距障碍物的竞赛场地。

2 设计概述

在对零件进行设计时尽可能选用标准件。标准件具有互换性，在产品设计中，按互换性要求设计的产品，最便于采用三化（标准化、系列化、通用化）设计和计算机辅助设计（CAD）。对于小车需要加工制造的零件要进行科学、合理、正确的尺寸精度设计、结构工艺性设计以及选材设计。最终设计的小车要便于生产、制造、装配、调试，且加工成本低、性能优越，能够精确、稳定、安全、可靠地运行。

无碳小车主要由车架、原动机构、传动机构、转向机构、行走机构、微调机构组成，现分别对其进行优化设计。

2.1 车架设计

车架是小车非常重要的装配基准零件，主要用来安装连接轴承座、转向架、砝码导向杆零件，另外还要支撑砝码的重量，要求其必须满足预定的使用功能要求。考虑到车架重量要轻，加工成本要低，便于加工，另外还要满足足够的强度、刚度要求等问题，经过实验验证分析，车架采用铝合金材质加工制作而成。……