逆风行驶装置设计：结构、传动方式与效率，重量与速度的内部系统分析

要让装置逆风行驶，只需要风提供的动力大于前进的阻力就可以了。减轻自身重量、使用合理的结构和传动方式均可提高我们利用风能的效率。

（一）设计元素

①逆风行驶装置包含的几个基本部分：结构——装置框架，传动——推进装置，收集——能量获得装置。

②逆风行驶装置的内部系统分析：结构与阻力；重量与速度；扇叶与面积；风量与距离；传动方式与效率等。

③逆风行驶装置竞速的外部环境分析：受力——阻力（空气阻力，风压阻力，摩擦力）；跑道——平整度等；环境——人员和物体阻挡。

（二）结构分析

装置要逆风行驶只需让风力传动到轮子上向前的动力大于整个装置受到的阻力就可以了。力大小的改变可以通过齿轮来实现，速度下降换来力量的增强。

1.框架结构

我们需要一个稳定可靠的框架，足以支撑和连接其他部件，而且还需尽量精简以减轻重量和风阻。

我们先从现实生活中找找灵感。以下两种事物分别使用了什么结构，你觉得那种结构更稳定呢？

图3.69　伸缩门采用四边形结构

图3.70　自行车采用三角形结构

从上图可以分析得出三角形更具有稳定性，因此在搭建框架的过程中应尽量采用三角形结构。

2.采风结构

类似电风扇的扇叶有个问题，那就是风向是固定的，只有固定方向的风才能旋转。如果想要什么方向都可以呢？可以参考小时候玩的风车，或者气象台的风力计。这种设计结构，水平方向360°来风都可以旋转。不过效率会低一点。倘若装在车上，就可以做出一辆不管什么方向来风，都可以往同一个方向前进的风力小车。

图3.71(www.xing528.com)

图3.72

图3.73

3.传动结构

（1）带传动

图3.74

特点：成本低，噪声小，但容易打滑。

（2）齿轮传动

图3.75

特点：圆柱齿轮转动改变转速与转动方向。

（3）蜗轮蜗杆传动

图3.76

特点：传动平稳，蜗杆每转一圈，蜗轮挪过一个齿。

（三）绘制草图

①画出设计草图。

②标注各结构的制作材料。