许兴时， 杨沛佶， 李慧敏

（西北农林科技大学， 陕西 咸阳 712100）

0 引言

重力势能车的设计与优化一直受到大学生工程训练大赛参赛者的重视。 所谓重力势能车即要求小车的行驶动力来自于砝码重力势能的转化，同时，在行驶过程中小车能够自动避障。 为获得一辆行驶平稳、工作可靠、轨迹准确的小车，在设计、加工与调试方面的诸多细节问题是值得注意的。根据这种状况，本文针对性地提出设计重力势能车的设计方案， 讨论与分析了重力势能车各部分的结构与工艺， 为重力势能车的结构设计和优化提供了新的思路，对相关研究具有参考价值。

1 重力势能小车的总体结构设计

重力势能小车整体应满足结构紧凑、重心较低、轨迹准确、运行平稳、能量利用率高等多项要求[1]，在设计时应时刻谨记。根据功能要求，重力势能车的结构可以大致划分为∶车架、原动部分、传动部分、转向部分、行走部分等，见图1。

图1 重力势能小车示意图

1.1 车架

重力势能车对车架底板的强度硬度要求较高，对精度要求较低。 首先重力势能车运行时，底板在承受整车（包括砝码） 重力的情况下发生弹性形变，将直接影响行走机构、转向机构的精度要求；其次，在行程快要结束时，底板还会承受砝码的冲击力。 考虑到精度、重量和加工成本，车架底板可采用铝合金等材料，其他部分采用树脂材料。

1.2 原动部分

小车的动能来自于砝码下落所消耗的重力势能。 为了实现能量传递，同时将直线运动转化为驱动轴的回转运动，本文所设计的重力势能小车将绳子作为传力介质，第一段绳的两端分别连接砝码与定滑轮小端， 将砝码的重力传递给定滑轮；……