綠色無碳小車的設計與實現

綠色無碳小車的設計與實現

王星馳

（江蘇師范大學，江蘇徐州 221116）

摘 要：由于城市的發展以及人類對交通出行的需要，如何選擇交通工具成為一個問題。當今幾乎所有的車輛都是以石油產品或者電力進行驅動，對自然資源的需求越來越大，而隨著人類社會的發展，自然資源逐步減少，如何解決車輛行駛和自然資源之間的矛盾成為當今科學研究的熱點以及難題，本文通過設計一種無碳小車進行研究。

關鍵詞：無碳小車；正弦機構；機械加工；Matlab；Proe；CAD

中圖分類號：TH211 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）15-0078-02

0 引言

當今社會人類活動對自然的污染越加嚴重，尋求清潔能源的行動勢在必行。無碳車的概念開始應運而生。無碳車是一種十分環保的短途代步工具，具有節能、經濟、環保的特點。無碳車的應用和推廣對保護環境和人類的可持續發展有重要意義。通過設計無碳小車模型，希望可以為無碳小車越障提供一種將重力勢能轉換為機械能的新思路。

1 無碳小車設計思路

以重力勢能驅動的具有方向控制功能的自行小車作為要求，設計一種小車，由給定重力勢能作為能量來源，通過能量轉換驅動其行進及轉向。以此模型來進行模擬設計，給定重力勢能為4焦耳（g=10m/s2），本設計使用質量為1Kg的重塊（R25×65mm，普通碳鋼）作垂直下落提供重力勢能，落差取400±2mm，重塊落下期間，必須由小車承載并與小車一起運動，不允許從小車上掉落，圖1為小車示意簡圖。

2 機械結構設計

2.1 車體

對車體結構的設計包括小車底盤，車輪，軸承座等為小車提供安裝固定的機械結構的設計。使用鋁或亞力克作為車體結構的材料，在設計小車底盤的時候，部分鏤空，為轉向機構和微調機構留下活動空間。

2.2 原動機構

原動機構實際上是將重塊豎直下落的重力勢能轉化為機械能的機構，它的作用是為無碳小車提供所有的能量來源。為了兼顧效率、簡易與經濟，決定采用線輪結構。

2.3 傳動機構

傳動機構的作用是把動能和運動傳遞到轉向機構和驅動輪上，所以選定齒輪作傳動機構。

傳動機構工作時，在繞線軸上安裝的繞線輪纏繞連接重物尼龍線，當重物下落時，拖動尼龍線，尼龍線再帶動繞線輪，使得繞線軸轉動，使主動軸帶動驅動輪轉動，為小車傳遞動力，而微調機構連接軸則是負責將動力傳動到微調機構和轉向機構上，讓微調機構和轉向機構能夠正常工作。

2.4 轉向機構

選擇曲柄搖桿機構作為小車轉向機構，如圖2所示。

轉向機構主要由兩部分組成，一部分為負責提供正弦波的類凸輪部分，而另一部則是將正弦波轉化為小車導向輪轉角的轉向部分。

3 運動學分析

3.1 小車運行分析

方便起見，以左輪為例分析其運行軌跡。如圖3建立坐標XOY，在一個軌跡周期內，若小車以左輪為驅動輪運行在某一位置，砝碼下落的高度為h，易知繞線軸的轉角為，車體相對地面的轉過的角為，由轉向機構的傳輸特性可得前輪轉角。

采用微元法分析，在砝碼下落極小的高度內，左輪（內側輪）絕對位移為：

3.2 小車的仿真

通過以驅動輪、從動輪和轉向輪三者的軌跡方程為依據，編寫為matlab程序，進行仿真，最終得出較為合理的軌跡函數圖像，如圖4所示。

4 改進方向

（1）加工精度和裝配精度是碳小車改進的一個大方向之一。（2）設計性能更加良好的轉向機構和微調機構，用于提高轉向機構的效率和穩定性，提高小車在各種地面的適應能力。（3）修改微調機構和轉向機構，使其的轉動平面平行于地面，減少重力對微調機構和轉向機構工作時的影響。（4）在設計階段對小車進行更多的計算和仿真。通過更多的計算和仿真來選擇更好的設計方案和參數，令小車的理論性能得到提高。（5）改進機構的配合的合理性。

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