摘要：无碳小车根据目前工程设计标准，关注了调试的可靠性、制作的精确性、设计的精巧性等。根据我国无碳小车的设计要求，对支持无碳小车正常运行的机械构造进行了设计。通过同其他一些类似小车模型进行比较后可知，此小车的设计更重视结构的稳定和能力的应用，所使用的摇杆机构关系到很多数学理论，更加容易控制小车转弯，躲避障碍物。
关键词：无碳小车；机械结构；设计要点
引言：
本文对小车驱动方案进行了探究，有效解决了小车的平稳运行及自动躲避障碍物等诸多问题，明确了小车设计的驱动原理、结构参数及设计材料。设计出来的小车不但行驶非常平稳、性能优越，结构合理，达到了持续绕桩42圈的成果。低碳环保已经成为当代发展的重要问题之一，无碳小车在未来发展中会越来越重要。
一、设计小车的结构
实际上，驱动小车转向和行走过程中所花费的能量按照能量转换原理来分析，应该是从重力势能转换获取的。假如重力势能是5J，重力取值是10m/s2，小车在竞赛时需要承载一块质量是1千克质量快行驶，并绕过事先布置的障碍物，障碍物沿直线一米布置1个，同时还确保质量块始终在车上。在竞赛以后根据小车的行驶距离和所躲避的障碍物数量来对成绩进行评定。
二、无碳小车设计要求及方案
2.1无碳小车的设计要求：1）驱动小车行走及转向的能量由质量为lkg的标准砝码（咖50x65 mm，普通碳钢）下落获得，标准砝码始终由小车承载，不允许从小车上掉落；2）小车应具有．-IN节的转向控制机构，以适应放有不同间距障碍物的竞赛场地；3）小车车体采用三轮结构，应具有足够的刚度和强度，降低小车行走过程中的振动。在满足设计要求的前提下，整体外形设计成等腰三角形结构。
2.2小车机构的设计方案：1）驱动机构。通过定滑轮转动带动前轮驱动轴旋转，驱动车轮行走。驱动轮采用单轮驱动的方式解决双轮驱动存在的差速问题。2）增程机构。应用l：10的定滑轮组作为绕线轮，降低机构复杂性，提高能量转化效率。3）转向机构。应用同步齿形带传动机构、曲柄滑块机构及齿轮齿条传动机构相结合实现小车后轮的精确导向。4）微调机构。由小车所行走的杆距调整机构和前轮摆角微调机构组成。
三、关键性机构设计
3.1驱动机构
无碳小车是依靠重力势能转化为动能驱动小车行走，表1为三轮小车驱动机构日的设计方案设计如下：通过对比，选择方案3单轮驱动前置、双轮转向后置作为小车的驱动机构，以满足力矩损耗程度较低和机构复杂程度较小等要求。
3.2增程机构
无碳小车动能来源于砝码重力势能，为了在充分利用有限能量的同时尽可能增加小车的行走距离，需设计小车增程机构。
3.3转向机构
无碳小车必须按照s型轨迹往复运动行走，为此需对小车设计转向机构I翔。在小车转向机构中，需要小车转向轮随着驱动轮的行走进行往复运动。
3.4微调机构
删、车微调机构的主要目的有两点：其—是保证在曲柄滑块机构中能适应于绕行不同杆距，该机构应用细牙螺杆与螺母配合实现曲柄大小调节；其二是调整小车左右偏角。
四、设计动力机构
很多方案都能够把重块所具有的重力势能变成小车动能，就可考虑是地面摩擦、设计材料、小车质量等诸多因素的影响，因此一次又一次的进行调试，为了使调试与更改变得更加方便笔者对绳轮机构进行应用。
为了使能量损失被控制在最小范围内，应用了强度非常高的尼龙线。因为小车实际行驶距离取决于绕线轮的具体转动圈数，为了使驱动轮可以转动更多的圈数，在驱动轮与绕线轮间多设置了一组齿轮，转动和传动的比是12：23。
绕线轮的主要作用就是把重力势能变成动能，绕线轮的实际粗细程度会应用到小车的运行速度与前进距离。因为小车刚起步时的状态是加速的，当增加到某速度时就会变成匀速运行，应该选择直径大小不同的绕线轮，按照从大到小的顺序进行安排设计。
五、设计行驶机构
小车在行驶过程中所受到的阻力主要来自于地面和驱动轮间的摩擦，应选取良好的车轮材料，让其与地面间摩擦减少，使小车行驶更远的距离，因此选择了硬铝来制作车轮。
在刚度得到保证的同时，可以应用设置减重控这种方式来减小质量。因为驱动轮直径的大小情况会对转轮周期和地面摩擦力造成影响，而开始设计时驱动轮的直径是122毫米，通过试验后发现因为受到原材料的影响，小车实际行驶时加速度非常大，发生了左右摇摆的现象，最后通过研究和探讨笔者把车轮直径定为了155毫米后再次试验，小车可以平稳行驶。
因为小车在行驶过程中需要转弯，所以按照动力方向差别，在转弯时两个后轮间表现出不同的速度。应将小车的左轮设作驱动轮，把右轮设作自由轮，使小车能够平稳运行。
六、对地板结构进行设计
地板主要通过和其余一些结构进行连接，起到承载小车的作用，是无碳小车主要的组成部件，所以，一定要对地板结构进行科学合理的设计。因为小车不需要承载过重的东西，所以可以把地板设计成一个简单的框式结构，为了防止因为地板振动而损失掉大量的能量，应该设计一个T型的边框横截面，通常边框宽度应是12毫米，厚度应是6毫米，这样能够保证小车具有极强的刚度。
两个后轮间的实际距离是有底板宽度来决定，因为小车始终都处在曲线运行的状态上，所以，小车在行走的过程中两个后轮的速度是不一样的。假如轴距非常小，那么小车在运行过程中的平稳性就无法得到保证，假如轴距非常大，那么就很难进行转弯操作。因此，在对以上这些因素进行综合考虑后，把底板宽度定位110毫米，长度定位230毫米。
重块的实际落差是520毫米，为了可以使小车的中心降低，重块的实际起重高度一定不能过高，这就需要把重块托盘安装到底板下边，也就是安置在曲柄机构的上边，而托盘应该被设计成为镂空的结构，并应用螺栓将其四个顶角固定在底板上，以防止小车在行驶过程中托盘脱落。
结束语：
上文在对无碳小车进行设计时，主要应用了绕线线牵的方式来促使驱动轮实现转动，应用摩擦传动来促进转向机构运作，应用曲柄摇杆来控制前轮转向。通过大量的实践可以充分证实，设计的无碳小车结构非常的巧妙合理，性能优越，使小车在行驶过程中能够达到平稳运行，打破了历史上的绕桩记录。
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论文作者:徐锐杰
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第17期
论文发表时间:2017/11/23
标签：小车论文; 机构论文; 结构论文; 势能论文; 重力论文; 障碍物论文; 曲柄论文; 《建筑学研究前沿》2017年第17期论文;