無碳小車命題分析

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1、第三屆全國大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競(jìng)賽命題分析一.命題二.設(shè)計(jì)要求三.制作要求四.比賽要求計(jì)算分析結(jié)構(gòu)分析示例競(jìng)賽主題：無碳小車越障競(jìng)賽競(jìng)賽命題：以重力勢(shì)能驅(qū)動(dòng)的具有方向控制功能的自行小車考核內(nèi)容：設(shè)計(jì)、工藝、成本分析、工程管理。作品內(nèi)容：1.“無碳小車”實(shí)物作品；2.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案、工程管理方案、加工工藝方案、成本分析方案等4份報(bào)告（紙質(zhì)版+電子版）參加競(jìng)賽。報(bào)告按競(jìng)賽秘書處發(fā)布的統(tǒng)一格式編寫。一、命題1.驅(qū)動(dòng)力：重力勢(shì)能4焦耳，1kg（Q235，Φ50mm*65mm），落差高400mm；不準(zhǔn)使用任何其它的能量形式2.車結(jié)構(gòu)：三輪；3.轉(zhuǎn)向控制機(jī)構(gòu)，且此轉(zhuǎn)向控制機(jī)構(gòu)具有可調(diào)節(jié)功能，

2、以適應(yīng)放有不同間距障礙物的競(jìng)賽場(chǎng)地小車其它具體結(jié)構(gòu)和材料選用不作要求。二、設(shè)計(jì)要求自我發(fā)揮部分1.小車的前輪設(shè)計(jì)：?jiǎn)蜗蚱D(zhuǎn)或?qū)崿F(xiàn)偏轉(zhuǎn)及其轉(zhuǎn)向角度的確定。2.小車的運(yùn)行軌道設(shè)計(jì)：根據(jù)轉(zhuǎn)向方案，設(shè)計(jì)出小車路程最少且位移量最大、符合命題要求的預(yù)算軌道，并確定小車的初始釋放位置；3.小車的能量轉(zhuǎn)換方式。4.小車的前后輪設(shè)計(jì)。5.小車的穩(wěn)定性設(shè)計(jì)。6.小車的外觀設(shè)計(jì)。7.成本分析。1.驅(qū)動(dòng)力：重力勢(shì)能4焦耳，1kg（Q235，Φ50mm*65mm），落差高400mm；不準(zhǔn)使用任何其它的能量形式2.車結(jié)構(gòu)：三輪；3.轉(zhuǎn)向控制機(jī)構(gòu)，且此轉(zhuǎn)向控制機(jī)構(gòu)具有可調(diào)節(jié)功能，以適應(yīng)放有不同間距障礙物的競(jìng)賽

3、場(chǎng)地小車其它具體結(jié)構(gòu)和材料選用不作要求。二、設(shè)計(jì)要求1.校內(nèi)制作：自主制作全部零件。2.比賽現(xiàn)場(chǎng)制作：（進(jìn)入第二競(jìng)賽環(huán)節(jié)后）抽簽確定徽標(biāo)快速成型加工制作根據(jù)新的障礙物間距對(duì)自己的小車進(jìn)行調(diào)整裝配或修配。三、制作要求競(jìng)賽項(xiàng)目Ⅰ在指定賽道，比賽繞過障礙多少和行走距離。競(jìng)賽小車在前行時(shí)能夠自動(dòng)交錯(cuò)繞過賽道上設(shè)置的障礙物。障礙物為直徑20mm、高200mm的多個(gè)圓棒，沿直線等距離擺放。以小車前行的距離和成功繞障數(shù)量來綜合評(píng)定成績(jī)。四、比賽要求競(jìng)賽項(xiàng)目Ⅱ小車在半張標(biāo)準(zhǔn)乒乓球臺(tái)（長(zhǎng)1525mm、寬1370mm）上，繞相距一定距離的兩個(gè)障礙沿8字形軌跡繞行，繞行時(shí)不可以撞倒障礙物，不可以掉下球

4、臺(tái)。障礙物為直徑20mm、長(zhǎng)200mm的2個(gè)圓棒，相距一定距離放置在半張標(biāo)準(zhǔn)乒乓球臺(tái)的中線上，以小車完成8字繞行圈數(shù)的多少來綜合評(píng)定成績(jī)。見圖3。圖3：競(jìng)賽項(xiàng)目二所用乒乓球臺(tái)及障礙設(shè)置圖參賽者參賽時(shí)，需要提交關(guān)于作品①設(shè)計(jì)說明書、②工程管理方案、③加工工藝方案、④成本分析方案報(bào)告。四、比賽要求I-A組第二競(jìng)賽環(huán)節(jié)四、比賽要求集中參賽：（與預(yù)賽的時(shí)間、地點(diǎn)關(guān)系？）四、比賽要求總成績(jī)：四、比賽要求五、計(jì)算分析力分析——小車質(zhì)量P0，重力P0g=地面支反力N0小車驅(qū)動(dòng)力矩M=等效力偶F0×D/2（小車驅(qū)動(dòng)力）F0=2M/DM由G獲取例如：M=G×Φ/2=F0×D/2（暫不計(jì)效率）此時(shí)F

5、0=G×Φ/DG=1kgGΦ五、計(jì)算分析力約束——（克服運(yùn)行阻力的最小值和不打滑的最大值）克服運(yùn)行阻力：車體運(yùn)行阻力包括慣性阻力和靜阻力慣性阻力（N）=P0×a(小車啟動(dòng)加速度)靜阻力一般包括基本阻力、彎道阻力、坡道阻力、氣流阻力等基本阻力(N)=P0gw式中：g重力加速度；w運(yùn)行阻力系數(shù)，實(shí)驗(yàn)得出經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，約0.01。F0＞P0(a+gw)（注意，命題中沒有運(yùn)行時(shí)間要求）地面對(duì)小車摩擦阻力Ff，F(xiàn)f=P0g×f（摩擦系數(shù)）不打滑條件F0＜Ff=P0g×fG=1kg五、計(jì)算分析做功分析——設(shè)：S為小車行走距離，mm，η為小車總效率，F(xiàn)0×S=G×400mm×η則：S=G×400m

6、m×η/F0前面防滑計(jì)算得出：F0＜Ff=P0g×f可見：為了增大小車行走距離，為了避免能量損失不打滑，在保證能夠驅(qū)動(dòng)小車行走的前提下，F(xiàn)0越小越好。F0=G×Φ/DG=1kgGΦ五、計(jì)算分析效率分析——小車總效率η，包括機(jī)械傳動(dòng)效率；能量轉(zhuǎn)換效率等部分機(jī)械傳動(dòng)效率見右表能量轉(zhuǎn)換過程中的效率損失練習(xí)查找資料六、結(jié)構(gòu)分析主要考慮：能量轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)（原動(dòng)機(jī)構(gòu)）、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、車體結(jié)構(gòu)；不主張遙控。重力勢(shì)能轉(zhuǎn)換為動(dòng)能動(dòng)能和勢(shì)能總稱為機(jī)械能，包括：（1）動(dòng)能：物體由于運(yùn)動(dòng)而具有的能，叫做動(dòng)能，動(dòng)能的標(biāo)志是運(yùn)動(dòng)。（2）重力勢(shì)能：物體由于被舉高而具有的能量叫做重力勢(shì)能，重力勢(shì)能的標(biāo)志是舉高

7、。（3）彈性勢(shì)能：物體由于發(fā)生了彈性形變而具有的能量叫做彈性勢(shì)能，彈性勢(shì)能的標(biāo)志是彈性形變。轉(zhuǎn)化方法很多，如：直接轉(zhuǎn)化——重力勢(shì)能帶動(dòng)輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)；間接轉(zhuǎn)化——重力勢(shì)能其它能量帶動(dòng)輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)蓄能——重力勢(shì)能各種蓄能裝置帶動(dòng)輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)；但是注意：為減少能量損失，轉(zhuǎn)化步驟越少越好能量轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)六、結(jié)構(gòu)分析主要考慮：能量轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)（原動(dòng)機(jī)構(gòu)）、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、車體結(jié)構(gòu)；包括：齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、蝸輪蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、繩傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)、氣動(dòng)裝置、液動(dòng)裝置、電動(dòng)裝置等等