畢業設計開題報告一“S”型賽道越障無碳小車結構設計
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- 畢業設計開題報告-“S”型賽道越障無碳小車結構設計開題報告填寫要求
1．開題報告作為畢業設計（論文）答辯委員會對學生答辯資格審查的依據材料之一。此報告應在指導教師指導下，由學生在畢業設計（論文）工作前期內完成。
2．開題報告內容必須按教務處統一設計的電子文檔標準格式（可從教務處網頁上下載）填寫并打印（禁止打印在其它紙上后剪貼），完成后應及時交給指導教師審閱。
3．開題報告字數應在1500字以上，參考文獻應不少于15篇（不包括辭典、手冊，其中外文文獻至少3篇），文中引用參考文獻處應標出文獻序號，“參考文獻”應按附件中《參考文獻“注釋格式”》的要求書寫。
4． 年、月、日的日期一律用阿拉伯數字書寫，例：“2005年11月26日”。
一、畢業設計
1.1、題目背景
“S”型賽道越障無碳小車是全國大學生工程訓練綜合能力競賽的題目，全國大學生工程訓練綜合能力競賽是教育部高等教育司發文舉辦的全國性大學生科技創新實踐競賽活動，是基于國內各高校綜合性工程訓練教學平臺，為深化實驗教學改革，提升大學生工程創新意識、實踐能力和團隊合作精神，促進創新人才培養而開展的一項公益性科技創新實踐活動。如圖1所示為小車示意圖和圖2為行進軌跡示意圖
圖1無碳小車示意圖 圖2無碳小車在重力勢能作用下自行行走示意圖
1.2、研究意義
高速增長的GDP在環境保護、人類健康和工程安全方面，受到由于不穩定經濟發展帶來的潛在威脅，我國迫切需要將新能源的尋找和利用、工業發展無碳驅動的新時代課題引入現階段的社會進步中。無碳小車的研制，具有經濟、環保、便利等優點，有助于我們找到更為環保綠色的能源，有利的能量轉化途徑，以及提高能量的利用效率。它將對傳統能源的逐漸取代有深遠意義。因此我們設計制作無碳小車，希望可以找到新的方法來緩解能源和環保問題。
1.3、國內現狀：
工程綜合能力訓練競賽中“S”型的小車全國前列，他們的車大致由車架 、原動機構 、傳動機構 、轉向機構 、行走機構 、微調機構六個模塊組成。從六個部件分別對他們的小車進行了分析得出如下結論：
（1）車架材料都是選用密度比較小的硬質材料（有機玻璃、硬鋁等）。
（2）原動機構都是通過滑輪懸掛，不過有些小車的帶輪很大而且掛重物的線繩還在帶輪上繞有一定的圈數（我猜想可能是用于控制重物下降的速度）。
（3）傳動機構都是選用小模數的高傳動比一級齒輪組來進行傳動。
（4）轉向機構有的車用的曲柄連桿機構用球頭連桿連接、凸輪機構兩種。
（5）行走機構分單輪驅動、雙輪驅動。
（6）微調機構有可調曲柄、曲柄盤，主要目的是為了改變曲柄的長度來改變小車轉向的角度從而達到適應不同場地不同障礙物的而要求。
二、本課題研究的主要內容和擬采用的研究方案、研究方法或措施
1、研究內容
設計一種小車，驅動其行走及轉向的能量是根據能量轉換原理，由給定重力勢能轉換來的。給定重力勢能為4焦耳（取g=10m/s2），競賽時統一用質量為1Kg的重塊（￠50×65 mm，普通碳鋼）鉛垂下降來獲得，落差400±2mm，重塊落下后，須被小車承載并同小車一起運動，不允許從小車上掉落。要求：
（1）小車行走過程中完成所有動作所需的能量均由此重力勢能轉換獲得，不可使用任何其他的能量來源。
（2）小車具有轉向控制機構，且此轉向控制機構具有可調節功能，以適應放有不同間距障礙物的競賽場地。
（3）小車為三輪結構，具體設計、材料選用及加工制作均由參賽學生自主完成。
2、擬采用的研究方案
技術設計階段我們先對方案進行了分析，綜合運用了運動學、動力學、能量學以及機械設計等分析。首先把小車分為車架 、原動機構 、傳動機構 、轉向機構 、行走機構 、微調機構六個部分分別進行設計。
小車設計方案：根據閱讀大賽命題，小車采用重力勢能驅動而行駛“S”形路線。小車包括底板、重物架、傳動機構、轉向機構、前后輪等幾部分構成。小車采用3輪行進，前輪轉向，后輪單邊驅動
(1)車架
車架是其他支承件連接的基礎，是最重要的支承件，其結構設計必須合理、
巧妙。車架體積不需要很大，所承載的負荷比較小，受力不是很大，主要部件
尺寸也都較小。因此可以采用玻璃纖維板材，經雕刻機加工成所需形狀，鉗工
修磨后，拼接粘合成三角式車架和其他各個組件。加工簡單，質量可靠，成本
低，重量輕。
(2)原動機構
原動機構的作用主要是將鐵錘下降的重力勢能轉化為小車前進的動能。可
以實現這一目的的方案有很多，如繞線輪和齒輪齒條機構，但后者需要較長的
空間，不容易實現，從效率和簡潔性來看，采用線輪最佳。通過滑輪和尼龍線
將動力傳遞到繞線軸上，實現能量的轉化。
(3)傳動機構
把動力按準確的傳動比傳遞到轉向機構和兩個驅動輪上，是傳動機構的主
要作用。為了實現小車更遠的行駛，更多的繞桿和精確繞桿，傳動機構需要滿
足傳動比可靠、傳遞效率高、結構簡單、重量輕的特點。
（4）轉向機構
轉向機構是無碳小車設計中的一個關鍵。它需要盡量減少能量損失和可加
工性好等基本條件，同時還需要能夠將旋轉運動轉化為滿足要求的來回擺動，
帶動前輪導向，從而實現越障的功能。能實現該功能的機構有：直動推桿盤式
凸輪機構、圓柱凸輪機構、曲柄連桿機構等。
(5) 驅動系統
驅動系統即為三個輪子，是小車前進和繞障運動的最終執行裝置。需要控
制的參數有差速裝置和輪子的材料、直徑、厚度、結構強度等
（6）微調機構
機械裝置通常包括：原動機構、傳動機構、執行機構、控制部分和輔助設
備。而微調機構就屬于小車的控制部分。其主要作用是調整小車的軌跡（幅值，
方向，周期等），優化小車的軌跡。此外，由于加工誤差和裝配誤差對曲柄連
桿機構的影響很大，因此必須對誤差進行修正。
3研究方法或措施
三、本課題研究的重點及難點，前期已開展工作
（1）在制作小車過程中由于設備的限制可能不能夠按照計劃的樣式和精度加工出需要的零件，在設計過程中小車的結構設計不合理，導致很難加工出甚至加工不出需要的零件。
（2）精度不能很好控制，由于小車對精度要求較高，在現有設備及裝配條件下，并不能很好的達到要求。在連桿長度的調節時，誤差較大，不能很好的做到定量調節。
（3）由于我們不知道小車所受的實際阻力不能夠準確的計算出帶輪的直徑。
（4）重物下落速度太快使得能量利用率不高。
（5）小車在行走過程中發生傾翻。
（6）碰倒障礙物后障礙物卡住輪子或者影響小車的轉向。
前期開展的工作有熟悉論文題目、查找相關文獻、完成開題報告。
四、完成本課題的工作方案及進度計劃（按周次填寫）
2015年1月初下達任務，思考題目方案。
20015年3月初確定思路，準備開題答辯
2015年4月現場調研，繪制圖紙，翻譯外文
2015年5月初編寫設計說明書
2015年5月中旬對設計說明書做最后修改...
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