无碳小车命题分析

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1、第三届全国大学生工程训练综合能力竞赛命题分析一.命题二.设计要求三.制作要求四.比赛要求计算分析结构分析示例竞赛主题：无碳小车越障竞赛竞赛命题：以重力势能驱动的具有方向控制功能的自行小车考核内容：设计、工艺、成本分析、工程管理。作品内容：1.“无碳小车”实物作品；2.结构设计方案、工程管理方案、加工工艺方案、成本分析方案等4份报告（纸质版+电子版）参加竞赛。报告按竞赛秘书处发布的统一格式编写。一、命题1.驱动力：重力势能4焦耳，1kg（Q235，Φ50mm*65mm），落差高400mm；不准使用任何其它的能量形式2.车结构：三轮；3.转向控制机构，且此转向控制机构具有可调节功能，

2、以适应放有不同间距障碍物的竞赛场地小车其它具体结构和材料选用不作要求。二、设计要求自我发挥部分1.小车的前轮设计：单向偏转或实现偏转及其转向角度的确定。2.小车的运行轨道设计：根据转向方案，设计出小车路程最少且位移量最大、符合命题要求的预算轨道，并确定小车的初始释放位置；3.小车的能量转换方式。4.小车的前后轮设计。5.小车的稳定性设计。6.小车的外观设计。7.成本分析。1.驱动力：重力势能4焦耳，1kg（Q235，Φ50mm*65mm），落差高400mm；不准使用任何其它的能量形式2.车结构：三轮；3.转向控制机构，且此转向控制机构具有可调节功能，以适应放有不同间距障碍物的竞赛

3、场地小车其它具体结构和材料选用不作要求。二、设计要求1.校内制作：自主制作全部零件。2.比赛现场制作：（进入第二竞赛环节后）抽签确定徽标快速成型加工制作根据新的障碍物间距对自己的小车进行调整装配或修配。三、制作要求竞赛项目Ⅰ在指定赛道，比赛绕过障碍多少和行走距离。竞赛小车在前行时能够自动交错绕过赛道上设置的障碍物。障碍物为直径20mm、高200mm的多个圆棒，沿直线等距离摆放。以小车前行的距离和成功绕障数量来综合评定成绩。四、比赛要求竞赛项目Ⅱ小车在半张标准乒乓球台（长1525mm、宽1370mm）上，绕相距一定距离的两个障碍沿8字形轨迹绕行，绕行时不可以撞倒障碍物，不可以掉下球

4、台。障碍物为直径20mm、长200mm的2个圆棒，相距一定距离放置在半张标准乒乓球台的中线上，以小车完成8字绕行圈数的多少来综合评定成绩。见图3。图3：竞赛项目二所用乒乓球台及障碍设置图参赛者参赛时，需要提交关于作品①设计说明书、②工程管理方案、③加工工艺方案、④成本分析方案报告。四、比赛要求I-A组第二竞赛环节四、比赛要求集中参赛：（与预赛的时间、地点关系？）四、比赛要求总成绩：四、比赛要求五、计算分析力分析——小车质量P0，重力P0g=地面支反力N0小车驱动力矩M=等效力偶F0×D/2（小车驱动力）F0=2M/DM由G获取例如：M=G×Φ/2=F0×D/2（暂不计效率）此时F

5、0=G×Φ/DG=1kgGΦ五、计算分析力约束——（克服运行阻力的最小值和不打滑的最大值）克服运行阻力：车体运行阻力包括惯性阻力和静阻力惯性阻力（N）=P0×a(小车启动加速度)静阻力一般包括基本阻力、弯道阻力、坡道阻力、气流阻力等基本阻力(N)=P0gw式中：g重力加速度；w运行阻力系数，实验得出经验数据，约0.01。F0＞P0(a+gw)（注意，命题中没有运行时间要求）地面对小车摩擦阻力Ff，Ff=P0g×f（摩擦系数）不打滑条件F0＜Ff=P0g×fG=1kg五、计算分析做功分析——设：S为小车行走距离，mm，η为小车总效率，F0×S=G×400mm×η则：S=G×400m

6、m×η/F0前面防滑计算得出：F0＜Ff=P0g×f可见：为了增大小车行走距离，为了避免能量损失不打滑，在保证能够驱动小车行走的前提下，F0越小越好。F0=G×Φ/DG=1kgGΦ五、计算分析效率分析——小车总效率η，包括机械传动效率；能量转换效率等部分机械传动效率见右表能量转换过程中的效率损失练习查找资料六、结构分析主要考虑：能量转化机构（原动机构）、传动机构、转向机构、车体结构；不主张遥控。重力势能转换为动能动能和势能总称为机械能，包括：（1）动能：物体由于运动而具有的能，叫做动能，动能的标志是运动。（2）重力势能：物体由于被举高而具有的能量叫做重力势能，重力势能的标志是举高

7、。（3）弹性势能：物体由于发生了弹性形变而具有的能量叫做弹性势能，弹性势能的标志是弹性形变。转化方法很多，如：直接转化——重力势能带动轮轴转动；间接转化——重力势能其它能量带动轮轴转动蓄能——重力势能各种蓄能装置带动轮轴转动；但是注意：为减少能量损失，转化步骤越少越好能量转化机构六、结构分析主要考虑：能量转化机构（原动机构）、传动机构、转向机构、车体结构；包括：齿轮传动机构、蜗轮蜗杆传动机构、带传动机构、链传动机构、绳传动机构、凸轮机构、连杆机构、气动装置、液动装置、电动装置等等