无碳重力势能小车设计（全套完整有CAD）

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能耗规律分析为了简化分析，先不考虑小车内部的能耗机理。

设小车内部的能耗系数为，即小车能量的传递效率为。

小车轮与地面的摩阻系数为，理想情况下认为重块的重力势能都用在小车克服阻力前进上。

则有文献式中为第个轮子对地面的压力为第个轮子的半径为第个轮子行走的距离为小车总质量为了更全面的理解小车的各个参数变化对小车前进距离的变化下面分别从.轮子与地面的滚动摩阻系数.轮子的半径.小车的重量.小车能量转换效率。

四方面考虑。

由文献知道般材料的滚动摩阻系数为间。

图为当车轮半径分别为，摩阻系数分别为.，.，时小车行走的距离与小车内部转换效率的坐标图。

由图可知滚动摩阻系数对小车的运动影响非常显著，因此在设计小车时也特别注意考虑轮子的材料，轮子的刚度尽可能大，与地面的摩阻系数尽可能小。

由于小车是沿着曲线前进的，后轮必定会产生差速。

对于后轮可以采用双轮同步驱动，双轮差速驱动，单轮驱动。

双轮同步驱动必定有轮子会与地面打滑，由于滑动摩擦远比滚动摩擦大会损失大量能量，同时小车前进受到过多的约束，无法确定其轨迹，不能够有效避免碰到障碍。

双轮差速驱动可以避免双轮同步驱动出现的问题，可以通过差速器或单向轴承来实现差速。

差速器涉及到最小能耗原理，能较好的减少摩擦损耗，同时能够实现满足要运动。

单向轴承实现差速的原理是其中个轮子速度较大时便成为从动轮，速度较慢的轮子成为主动轮，这样交替变换着。

但由于单向轴承存在侧隙，在主动轮从动轮切换过程中出现误差导致运动不准确，但影响有多大会不会影响小车的功能还需进步分析。

单轮驱动即只利用个轮子作为驱动轮，个为主动轮，另个为从动轮。

就如辆自行车外加个车轮样。

从动轮与主动轮间的差速依靠与地面的运动约束确定的。

能。

转向机构也同样需要尽可能的减少摩擦耗能，结构简单，同时还需要有特殊的运动特性。

能够将旋转运动转化为满足要求的周期回摆动，带动转向轮左右转动从而实现拐弯避障的功能。

能实现该功能的机构有凸轮机构摇杆曲柄连杆摇杆曲柄滑块等等。

凸轮凸轮是具有定曲线轮廓或凹槽的构件，它运动时，通过高副接触可以使从动件获得连续或不连续的任意预期往复运动。

优点只需设计适当的凸轮轮廓，便可使从动件得到任意的预期运动，而且结构简单紧凑设计方便。

缺点凸轮轮廓加工比较困难。

在本小车设计中由于凸轮轮廓加工比较困难尺寸不能够可逆的改变精度也很难保证重量较大效率低能量损失大滑动摩擦因此不采用曲柄连杆摇杆优点运动副单位面积所受压力较小，且面接触便于润滑，故磨损减小，制造方便，已获得较高精度两构件之间的接触是靠本身的几何封闭来维系的，它不像凸轮机构有时需利用弹簧等力封闭来保持接触。

缺点般情况下只能近似实现给定的运动规律或运动轨迹，且设计较为复杂当给定的运动要求较多或较复杂时，需要的构件数和运动副数往往比较多.原动机构原动机构的作用是将重块的重力势能转化为小车的驱动力。

能实现这功能的方案有多种，就效率和简洁性来看绳轮最优。

小车对原动机构还有其它的具体要求。

.驱动力适中，不至于小车拐弯时速度过大倾翻，或重块晃动厉害影响行走。

.到达终点前重块竖直方向的速度要尽可能小，避免对小车过大的冲击。

同时使重块的动能尽可能的转化到驱动小车前进上，如果重块竖直方向的速度较大，重块本身还有较多动能未释放，能量利用率不高。

.由于不同的场地对轮子的摩擦摩擦可能不样，在不同的场地小车是需要的动力也不样。

在调试时也不知道多大的驱动力恰到好处。

因此原动机构还需要能根据不同的需要调整其驱动力。

.机构简单，效率高。

图该自行小车在前行时能够自动避开赛道上设置的障碍物每间隔米，放置个直径高的弹性障碍圆棒。

以小车前行距离的远近以及避开障碍的多少来综合评定成绩。