小車測試裝置設計圖

H. 小明在「測小車的平均速度」的實驗中，設計了如圖所示的實驗裝置：小車從帶刻度（分度值為1mm）的斜面頂

（1）公式v=

I. 如圖是一種測量小汽車油箱內油量裝置的原理圖.

(1)根據P=F/S得P=1.2×106Pa
(2)m=ρv=0.71×103㎏/m3×
2×10-2m3=14.2kg
G總=mg=(14.2kg+5.8kg)
×10N/kg=200N
查表知:電阻為200Ω電源電壓為6V故由歐姆定律得:
I=U/R=6V/200Ω=0.03A
我也在做這個東西,主要還是公式運算吧,看清題意,

J. 求一份無碳小車設計方案（繞S走的）越詳細越好，非常感謝

方案目錄

一：任務和要求 ………………………………………………………2
1.1 命題要求部分 ………………………………………………2
1.2 自我發揮部分 ………………………………………………3
二：方案設計及論證 …………………………………………………4
2.1 轉向輪及軌道設計 …………………………………………4
2.2 動力系統設計 ………………………………………………7
2.3 小車整體及外觀設計 ………………………………………8
2.4 最終方案 ……………………………………………………8
三： 材料及成本分析 ………………………………………………9
3.1 小車整體材料種類 …………………………………………9
3.2 小車各部位材料選擇 ………………………………………9
3.3 小車整體成本分析 …………………………………………9
四：方案總結 ………………………………………………………10

一：任務和要求
1.1命題要求部分
命題主題：「無碳小車」
競賽命題要求：
①小車要求採用三輪結構（1個轉向輪，2個驅動輪），具體結構造型以及材料選用均由參賽者自主設計完成。要求滿足：①小車上面要裝載一件外形尺寸為￠60×20 mm的實心圓柱型鋼制質量塊作為載荷，其質量應不小於750克；在小車行走過程中，載荷不允許掉落。②轉向輪最大外徑應不小於￠30mm。
②給定重力勢能為5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500±2mm，重塊落下後，須被小車承載並同小車一起運動，
不允許掉落。小車前行過程中完成的所有動作所需的能量均由此
能量轉換獲得，不可使用任何其他的能量形式。
③障礙物放置要求：每間隔1米，放置一個直徑20mm、高200mm的彈性障礙圓棒。
小車結構示意圖：

小車運動軌跡示意圖：

第二階段附加要求：
參賽隊，需取下小車原有的轉向輪，重新製作小車的轉向輪。轉向輪的製作採用根據原設計圖紙和競賽組委會的指定要求，經計算機三維造型後，使用快速成型機製作、車床加工及鉗工方法完成，最終完成小車轉向輪的組裝和調試，總加工時間為4小時左右。
成績評定：
根據綜合工程管理方案、設計方案、加工工藝方案、成本
分析方案、小車徽標設計、轉向輪加工成本及質量（是否符合
圖紙要求）、現場加工質量、小車前行距離及答辯成績等得分，
經加權公式計算最終得分

1.2自我發揮部分
1）小車的前輪（即轉向輪）設計。單向偏轉或實現雙向偏轉及其轉向角度的確定。
2）小車的運行軌道的設計。根據轉向方案，設計出小車路程最少且位移量最大、符合命題要求的預算軌道。並確定小車的初始釋放位置。
3）小車的能量轉換方式。綜合考慮到轉換與行駛的相對關系，並盡可能的加大能量的利用率。
4）小車的前後輪設計。前輪盡量簡潔，且確保自己能夠用三維軟體自行作出，後輪設計盡量減少與地面的摩擦。
5）小車的外觀設計。在不影響小車的正常運行下，盡量減少小車自身的重量，並且要考慮到小車的整體外觀。
6）成本分析。 在實現小車能夠實現基本運行的情況下，充分考慮選材成本和裝飾材料的取捨。

二：方案設計及論證
2.1轉向輪及軌道設計
設計主體思路： 利用轉向輪中心軸偏轉，實現小車轉向。
本方案中將分校內比賽方案和後期參考放案兩種方案，校內方案目標是實現單向偏轉，後期參考方案目標是實現近S形路線。
方案一如圖1所示（為軸中心部位的半剖視圖），前輪的中軸設計，成一個傾斜的角度。使其能夠實現自行的繞一圓弧運動。從而實現繞開障礙物運行。方案二將採用平行連桿實現小車的轉向。且以方案二為主要設計思路。

前輪具體設計及軌道方案：
方案一：單向偏轉設計及其對應的軌道設計。如圖3（前輪剖視圖）所示。其軌道設計如圖2所示：
前輪設計軟體採用CAXA工程製造師設計，並實現自動成型。前輪輪廓圖如圖4和圖5：

各參數要點經計算得出，具體如下：（前輪最大外徑初步設為50mm,最大寬度設定為15.625mm）:
軌道參數：
1）.小車寬度要小於200mm；
2）.軌道半徑為2500mm；
3）.行駛初始角度（相對賽道偏角）為arctan4/3（約53度）。
前輪參數：（參考圖4）
1）.小車外輪最大外徑50mm； 最大寬度15.625mm。
2）.圖4注釋製造經過：①拉伸除料→拉伸深度6.25mm→增加拔模斜度30度。②過渡→半徑為1.25mm。③過渡→半徑為6.25mm。④打孔→通孔→直徑18.75mm。
3）.中軸孔經打孔→ 孔型→小徑1.25mm,大徑1.5625mm，通孔。（以50mm最大外徑，大經比小徑寬0.3053mm）。
設計小結：
該方案設計中，小車最大有效位移約為4000mm，可能還有出界的扣分。在初步比賽中，可以先用偏轉前輪實現類似的效果，前輪放置如圖6所示。前輪的安放轉角與上述計算角度一樣。

方案二：近S形偏轉設計及其軌道設計。軌道設計如圖7所示：

前輪設計軟體採用CAXA工程製造師設計，並實現自動成型。前輪輪廓圖如圖4和圖5所示
各參數要點經計算得出，具體如下：（前輪最大外徑初步設為50mm,最大寬度設定為15.625mm）:
軌道參數：
1）.小車寬度不易過寬，設定為180mm。
2）.每個旋轉弧行駛距離為1000mm—1100mm(符合小車寬度)。轉彎角度為arctan1/5（約11.3度）。
前輪參數：
1）.小車外輪最大徑50mm； 最大寬度15.625mm。
2）.圖4製造過程與注釋與方案一類同。
3）.中軸實現過程，選擇形孔，其外徑為2.2mm。

前輪轉向的實現方案設計（初步設計）
a.轉向距離設定：
本方案設計中小車動力轉變將經過發條盒帶動大齒輪，再帶動安裝在小車後輪上的小齒輪實現小車的驅動（詳見動力系統設計）。大齒輪設計時，除了提供小車行駛的能量，還將提供改變方向的能量。
如下圖8所示，當大齒輪每旋轉一周，就改變一次方向，這時初步設定後輪最大外徑為60mm.
則後輪每旋轉一周行駛距離為：2*3.14159*30=188.4954mm
為實現大齒輪旋轉一周至少行駛1000mm的距離，如果定小齒輪旋轉的周數為設定為5.3周，則行駛距離為：188.4954*5.3=999.02562mm.
所以可以設定大齒輪與小齒輪的齒數比53:10。
b.轉向結構設計：如圖8。

採用平行連桿，輪流經過大齒輪的凸起處，從而直接帶動前輪的中軸，改變其行駛方向。設計中，將採用前輪中軸平行於平行連桿固定軸。從而實現連桿固定軸轉角與前輪轉角一致，如圖9，設置連桿固定軸寬度為10mm，則大齒輪推動平行連桿的距離僅為1mm，故可以實現，且能減少能量消耗。
設計小結:
該方案設計中，前輪的製造工序簡單。前輪的安裝與卸載可能比較繁瑣，可以考慮將前輪中軸分段製造，以減少安裝與卸載的程序。實際製造中，轉向的具體參數設計需要實際實驗才能最終定論。該方案為本組主要設計方案。
2.2 動力系統設計
設計主體思路：首先利用發條將重力勢能轉化成彈性勢能，再利用發條能較穩定的能量釋放特性，經過齒輪轉變帶動後輪驅動小車
的前進。
理論計算數據：以網上木材—鋼間滾動摩擦系數（最大）0.04，小車整體重量為2KG，能量用5J計算可以得到運行最大距離為6250mm，但實際運行中，摩擦系數沒有0.04，能量運用率無法達到100%，相互抵消與否需要實驗數據說明。

小車動力系統圖如下圖10所示：

如圖10所示，重物經過滑輪，與發條相連接，發條軸與大齒輪中心軸相連，大齒輪帶動小齒輪實現後輪的驅動。該過程依能量的轉換分為兩個階段，具體如下：
a.勢能轉化為彈性勢能：
首先，釋放重物，由於發條處於反向轉動，不影響小車靜止。當重物下落到接近小車上方由於彈性勢能的加大，重物速度將會減慢。此時，藉助磁鐵的吸引力，將放在底板上的撞針壓下，同時固定住重物。撞針的另一端連接發條的固定針，使發條處於瞬間彈性最大值狀態。
b.彈性勢能轉化為小車動能：
當發條固定針將發條固定，此時，發條開始釋放彈性勢能，同時帶動大齒輪轉動，再經過小齒輪帶動後輪（小齒輪中心套在後輪連桿上）。
各參數如下：
1）.物體下落高度為500mm；
2）.重物能夠在無磁鐵的情況下恰好接觸底板，以保證「不使用其他形式的能量」（「恰好」即速度基本為零，以減少能量的損耗）；
3）.重物接觸底板後要保證發條處於恰飽和（最佳狀態）或要飽和狀態，確保能量的最大轉換。

設計小結：
該方案設計中，對發條的要求較高，但可以較平穩的使用法條中的能量，除去了重物下落的搖擺問題，同時可以實現小車的穩定轉向。

2.3小車整體及外觀設計(初步設計)
小車底板設計：小車底板寬度180mm，總長度300mm，前半部分採用等腰梯形，上底100mm，下底180mm，高100mm，後半部分為矩形設計長為200mm，寬度為180mm。底板厚度3mm。
重物支撐架設計：採用長度為600mm，寬度50mm，厚度為3mm中部為空的塑料板，另外重物支撐架兩邊用兩根長度為300mm的塑料棒支撐。
轉向裝置設計：轉向連桿統一採用直徑1mm的硬質鋁棒，中軸採用鋼棒。轉向輪位於小車中軸線上，轉向輪軸線與前底板相距30mm。轉向輪外徑為50mm，最大寬度15.625mm。
後輪驅動設計：後輪外徑60mm，寬度為10mm，兩輪中軸線離後底板30mm，採用嵌入式放置，小齒輪位於兩後輪連線中心處。
外 觀 設 計：外觀標幅以學校標志為主。注重不同顏色塗漆的結合使用。
載 物 放 置：放與小車中前部，使其同時起到平衡小車的作用。

2.4最終方案
本次方案設計中，分初次比賽用車和後期比賽用車（如果許可，可以直接用後期設計方案），前後用車主要不同處在於前輪轉向及軌道設計，與費用不產生太大影響，但是方案二為我組主要設計方案。能量系統設計，以經發條實現二次轉換為主，但也有備用方案。備用方案僅做意見保留。
三： 材料及成本分析
3.1小車應用材料種類：
塑料 硬質鋁 磁鐵 鋼柱 細線

3.2小車整體材料種類
本次方案中主要材料種類如下：
小車底板及重物支撐架：塑料為主.
後輪設計：塑料為主（成品設計）。
前輪（前期）：硬質鋁。
齒輪：塑料（成品設計）。
重物下落固定物：磁鐵。
連桿等：硬質鋁。
前後輪中軸：鋼。
裝飾：塑料為主。
發條：買標准品。

3.3小車整體成本分析（參考網上報價）
塑料板成本：總共約15元
前輪成本：自己製作
後輪成本：標准品兩個10元左右
連桿成本：約3元
齒 輪：小齒輪1元 大齒輪2元
發 條：25元左右
撞 針：0.5元
磁 鐵：4-5元
滑 輪：1元左右

總共材料成本約為63元（不包含工具等其他費用）。

四：方案總結
本次競賽命題要求中，以給定的能量設計三輪小車帶動給定負載進行避物運行。本方案設計中，分為前輪轉向，動力設計，成本分析三大部分展開設計。
前輪轉向設計過程中，首先考慮到的是單向偏轉的實現，但與理論最小運行值有較大差距，故考慮轉向運行。其中，平行連桿的設計，從理論上可以實現交替轉向。但前輪的支撐力如果較大，可能會導致能量的消耗，這也是實際要考慮到的問題。且對整個平行連桿的製作精度要求比較高。
動力系統的設計中，採用的是能量的二次利用，要求第一次能量的轉換率要高，故對發條的要求較高。該設計中，將會消除重物下落的搖擺問題，同時利用撞針設計，啟動小車行駛。
成本分析中，沒有考慮製作工具的相關成本，如果可以實現底板的一次成型，將會減少工序，增大精度要求。同時其費用也將加大。綜合成本，暫且不能確定。
該方案中，沒有就小車的整體外觀設計給出具體設計，將在小車輪廓設計完畢後進行整體外觀設計（暫時無法用三維製作軟體做出整體構架）。