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龙邱闪电鼠Q车模减重思路及开源文件分享

news 2026/4/23 1:12:10

简介：龙邱开源闪电鼠Q车模机械设计，包含CNC一体成型侧板、带齿轮一体式轮毂、碳纤维底板等核心结构。侧板采用6061铝合金精加工，集成电机、车轴、编码器等安装孔位；轮毂内置双轴承，通过纯钛车轴与防松螺母固定；碳纤维底板优化负压系统布局，适配立体赛道需求。该方案旨在降低参赛门槛，鼓励创新优化，推动智能车竞赛发展。开源地址：https://gitee.com/lq-tech/longqiu_openQcar

关键词：智能车竞赛，龙邱，缩微车模，开源

0、写在前面

本次我们开源闪电鼠 Q 车模核心机械结构设计思路，面向所有参赛队伍免费开放参考，初衷本就是为了降低机械结构试错门槛提升大家参赛积极性，助力更多条件有限的队伍参与竞赛、也鼓励大家基于此方案创新优化，打造出自己的专属原创车模。

龙邱始终专注于助力赛事、服务智能车竞赛，无心卷入无谓争议，也期待行业内能多一份深耕赛事培养人才的初心，共同守护纯粹的竞赛氛围。

以下是开源地址链接：https://gitee.com/lq-tech/longqiu_openQcar

其中包括有CNC一体成型侧板、带齿轮一体式轮毂、碳纤维底板等详细设计，可以说是教程级别的开源分享。

1、核心结构拆解

本章节将从传动系统、CNC 一体成型侧板、带齿轮一体式轮毂、碳纤维底板四个环节切入。

1.1 传动系统设计

闪电鼠 Q 车模的传动轴包括两部分，一部分是带有齿轮轮毂的车轴系统，一部分是滑轮系统。

（1）车轴为整车传动核心，采用纯钛车轴为主轴，装配顺序从内到外依次为：

车轴尾部 → 铝合金防松自锁螺母 → 侧板 → 铝合金轴套 → 内轴承 → 轮毂 → 外轴承 → 车轴头部。

（2）若采用两轮版本车模，则需安装滑轮（滑轮内置有轴承），装配方法：

使用 M3 尼龙螺丝，依次穿过圆弧包塑滑轮、尼龙轴套、CNC 侧板，最后拧紧到侧板的螺纹上。

轮毂内侧自带凸台，可与侧板保持安全间距，避免装配后产生干涉；

铝合金轴套用于进一步增大侧板与轮毂间距，校准齿轮咬合宽度，确保齿轮啮合顺畅、无干涉；

双轴承分别嵌入轮毂齿轮内外侧，依靠法兰挡边限位，轮毂通孔需适配轴承尺寸，无虚位、不晃动；

纯钛车轴长度不重要，只要不是太短都可以，从装配顺序可见，最终通过铝合金防松自锁螺母来夹紧侧板、轴套、轴承及轮毂，防松自锁螺母自身应力大，在自然转动下不会松动；

装配松紧度由铝合金防松自锁螺母决定，拧得松轮子就会晃动，拧得紧就会压迫轴承，调试时，以轮毂转动顺滑、无虚位、无明显阻力为宜。

1.2 CNC 一体成型侧板设计

侧板采用 6061 铝合金 CNC 精加工一体成型，兼顾结构强度与轻量化需求。

1.2.1 侧面开孔布局

（1）电机安装：多个 M2 电机孔（030 电机固定孔倾斜角度 30°，同时预留了 130 电机孔位）；
（2）车轴安装：2 个 M2 车轴孔；
（3）编码器固定：3.5g/1.5g 两款编码器安装孔，共 4 个 M1.6 孔位，中间孔位双编码器共享；
（4）滑轮固定：圆弧包塑滑轮孔，M3 带内螺纹贯穿。

1.2.2 底面 & 顶面螺纹设计

（1）底面：前后 2 个 M2 螺纹孔，通过 4 颗纯钛 M2 短螺丝直接与底板固定；

（2）顶面：前后 2 个 M2 螺纹孔，方便横拉板、加强筋、PCB 板及各种支架安装。

1.2.3 滑轮孔位设计

滑轮选用 12mm 圆弧包塑滑轮，滑轮孔位设计时需要考虑以下三点：

（1）滑轮 M3 螺纹孔的水平位置需低于侧板底面，使滑轮可支撑底板前部，避免车身前低后高；
（2）设计时需规避底板干涉，可伸长置于底板前方，或将对应位置底板镂空；
（3）不能太低太长太尖，要做到无论装不装滑轮、无论用两轮还是四轮，在飞檐走壁立体赛道中均无干涉，不戳碰赛道，增强车模鲁棒性，提高容错率。

1.2.4 合理镂空设计

侧板做合理镂空减重，单独手持侧板，用力掰会弯折变形，属于正常轻量化设计结果。

因为侧板前后均通过螺丝与底板固定，底部两颗纯钛螺丝可分担侧板中部弯曲受力，装车后强度会得到提升，满足需求。

1.3 带齿轮一体式轮毂设计

带齿轮一体式轮毂以齿轮传动顺畅、镂空轻量化为核心设计要点，同时需要较多的齿数来增大减速比，即 “小盘带大飞”。

1.3.1 齿轮生成

若不熟悉齿轮参数计算，可通过 SolidWorks 工具一键生成，按国标传动正齿轮规格，选用 20° 压力角，不同材质生产误差的考量一般不需要体现在齿轮上，可通过调节齿轮中心距弥补。

1.3.2 轴承厚度适配

根据轴承厚度，计算两颗轴承去掉法兰挡边后，真实装在轮毂内部的有效厚度，根据该厚度切除轮毂实心部分，轮毂厚度需大于双轴承总厚，保证轴承压紧后无干涉。

我们设计时为了确保轮毂强度，所以留了 6.95mm 的轮毂厚度，容纳两颗轴承绰绰有余了。

1.3.3 外观与减重

可参考各类乘用车轮毂花纹设计，做贯穿式镂空，在保证结构强度的前提下最大化减重。

1.4 碳纤维底板设计

底板采用碳纤维材质，核心围绕立体赛道适配性、器件安装便捷性两大需求设计，同时宽度不能太窄，以保证负压的有效吸盘面积（图中绿色部分做了下沉处理）。

1.4.1 飞檐走壁赛道适配

底板前后不宜过度延长，原因有两个方面：

（1）缩微车模的轮子和轮距都比较小，底板伸长后，在经过立体赛道时，无法保证以可滚动部件优先接触，碳板可能戳碰赛道、导致车模卡住、电机堵转；

（2）底板前后如果伸长，在上下垂直墙面的圆弧过渡处、圆筒赛道内，车身会被 “担起”，容易导致轮胎脱离赛道表面、负压空腔进气量增加，存在隐患。

1.4.2 负压系统安装

为了规避有刷风机紧配易脱落的问题，底板优先兼容无刷负压方案，底板中心预留离心风机进气口、无刷电机固定孔。

（1）进气口直径需略小于离心风机直径，在保证电机固定强度的前提下，还需尽可能减少电机固定孔部分对进气口的遮挡；

（2）无刷电机线出口、环形区域的螺丝孔都有做下沉处理（图中绿色部分），不仅可以避免线材蹭地，还能让负压腔底部更平整，增强气密性，提升负压效率。

1.4.3 传感器与 PCB 安装

（1）电磁支架：布置于车前两侧，安装孔位与闪电鼠 N 车模相同，之前的支架依旧适用；

（2）光电管支架：布置于车前，孔位居中对称，不干涉负压系统，孔位间距与闪电鼠 N 车模相同，之前的支架同样适用；

（3）摄像头支架：车前中心新增 M3 安装孔，为了避免干涉负压系统，又因为立体赛道所以底板不能向前延伸，所以将负压系统略微后移规避干涉，疯狂电路组可自行修改延长底板前部，留出更多摄像头安装空间，也可将安装孔留在顶部的横拉板、加强筋、PCB、支架上面，这样还能用更短的杆，进一步减重；

（4）PCB 安装：孔位基本与闪电鼠 N 车模相同，依旧适配一体板孔位，适配自主设计的电路板一般只需要 4 个对应孔位即可，甚至不需要在底板上考虑这件事，直接将 PCB 作为横拉板、加强筋固定在两个侧板顶部的螺丝孔上面。

2、材料清单及材质选型

2.1 车模材料清单

2.1.1 两轮版本

2.1.2 四轮版本

2.3 车轴、螺丝材质选型依据

车轴、侧板与底板的固定螺丝均选用纯钛材质，为什么选用纯钛呢？

在非合金的状态下，钛的强度跟某些钢相若，但却还要轻 45%。在金属元素中，钛的强度极高，它是一种高强度但低质量的金属，而且具有相当好的延展性，常用来制造火箭及航天器，荣获 “太空金属” 的美誉。

【比强度】：材料的强度（断开时单位面积所受的力）除以其密度，又被称为强度－质量比，是衡量材料轻量化与高强度性能的核心指标。
我们将常用的金属材质进行对比，得到各材质核心性能对比数据如下：

材质	杨氏模量（刚性）	莫氏硬度（耐刮）	密度
304 不锈钢	193 GPa	5.5~6.0	7.93 g cm³
6061 铝合金	68 GPa	3.0~3.5	2.70 g cm³
7075 铝合金	71.7 GPa	2.75~3.0	2.81 g cm³
纯钛	116 GPa	6.0	4.51 g cm³

为便于理解表格数据，我们首先来了解下表格中的杨氏模量和莫氏硬度指的是什么：

【杨氏模量】：又称 “弹性模量”，是衡量材料抵抗弹性变形能力的指标，数值越高，表示材料在受力时越不容易发生弹性形变，即刚度越大。
【莫氏硬度】：即 “刻划硬度”，比的是 “谁能划伤谁”，共 10 级。只看耐刮，不反映抗压、强度。

根据表格数据，各材质表现分析如下：

（1）不锈钢：刚性、硬度表现顶尖，不易断裂、不易滑丝，但缺点是重量过大；
（2）铝合金：重量轻，但刚性、硬度都较低，易断裂、易滑丝；
（3）纯钛：刚性约为铝合金的 1.65 倍，硬度媲美不锈钢，约为铝合金的 2 倍，同时具备优良的屈服强度、延展性与韧性，不易断裂、不易滑丝。

此外，还有钛合金材质，虽然其强度高，但售价不菲，性价比低，暂不作选型考虑。

车轴、螺丝在整车重量中占比并不高，无需过度追求轻量化，纯钛的高刚性、高硬度、高韧性、轻量化已经满足车模运行需要，故最终选用纯钛材质。

2.4 带齿轮一体式轮毂材质选型

在去年9月份开始考虑做新的缩微车模的时候，齿轮轮毂一体化就是第一批设计和验证方案。去年 12 月份B 站上发布的 030 强磁电机验证视频中，使用的就是这种轮毂，当时这种一体式轮毂方案我们已经处于成熟测试阶段了，在约同时期发布的无刷负压方案验证视频中也能见到，甚至当时还尝试过使用 PCB 作为底板的方案。

（近期有学生发截图过来问我们一体化轮毂是否为抄袭借鉴市场现有商家方案，在此声明一下，一体化轮毂车模的方案我们早在去年10月份就已经成熟，未借鉴任何现有市场方案，但出于多种考虑，当时并未量产推出。）

以下图片是去年10月份两种轮毂对比测试

行业内普遍认为，齿轮需兼顾精度、强度与耐高温性，常规选用金属或 POM 材质，但在我们即将开模制作时，却发现带轮毂一体式的 POM 材质开模成本极高；

我们转而尝试了光固化工艺，其精度虽能满足需求，但刚性与韧性表现很差，轮毂整体可被轻易捏扁，齿轮用指甲即可掰断，很脆，高速运行时还有概率出现齿轮崩碎的情况；

随后，我们陆续尝试了多种尼龙材质及相关加工工艺，包括尼龙烧结、MJF 熔融等，并在去年完成了兼顾高熔点、高刚性、高韧性的 PA12S 材质及 1172Pro 材质的验证。当时唯一的不足之处是其齿轮精度不及 POM 材质。综合考量后，我们偏向于践行标准化车模的设计理念，选择了兼顾实用性与标准化的闪电鼠 N 车模方案，采用铝合金轮毂搭配 POM 齿轮的组合；

随着竞赛中 030 行进电机性能逐渐发挥到极致，为了进一步减轻非核心部件的重量，腾出更多的重量余量，给电机留出更多的选择空间，我们重新启动带齿轮一体式轮毂方案，最终确定选型为 PA12S 尼龙或更轻的 1172Pro 尼龙材质。

传动系统作为保障车模运行的核心部件，结实耐用是首要前提，在此特别提醒广大参赛车友，请谨慎使用树脂光固化材质，其热变形温度通常低于 100℃，耐温性能一般，不适宜放置在高温环境及强太阳光直射下；而尼龙轮毂的热形变温度一般可接近 200℃，可从容应对夏季高温强光，即使电机发热发烫，也能保障轮毂齿轮的稳定运行。

2.5 CNC 侧板严禁使用铝合金螺丝

CNC 一体成型侧板在与底板固定时，严禁使用铝合金螺丝！！！

重要的事情讲三遍，铝合金螺丝受力后极易断裂在螺纹孔内，断裂后难以取出，会直接导致螺纹孔堵死、整块侧板报废，造成不必要的损失！

3、齿轮啮合间距计算

齿轮中心距是啮合丝滑的核心，理论间距计算公式如下：

齿轮中心距=（主动齿齿数+从动齿齿数）×模数÷2

实际调试时，需在理论值基础上小幅度放大，避免齿轮啮合过紧、产生卡顿，具体示例如下：

（1）轮毂齿轮与电机齿轮：

轮毂齿 44 齿，电机齿 8 齿，模数 0.5 模，
理论间距为 (44+8)*0.5/2 = 13mm，
但是这个间距大概率会啮合过紧，实际可能需要扩大到 13.15mm、13.20mm、13.25mm。

（2）轮毂齿轮与编码器齿轮：

轮毂 44 齿，编码器齿轮 10 齿，模数 0.5 模，
理论间距为 (44+10)*0.5/2 = 13.5mm，
实际可能需要扩大到 13.65mm、13.70mm、13.75mm。

分享一个高效确定齿轮中心距的小技巧，仅需要加工一片侧板，在侧板上同时预留多组不同间距的安装孔位，从而可以一次性完成最优啮合间距的调试，节省试错成本与时间。

4、高性价比替代方案

CNC 精加工一体成型侧板是车模中成本最高的部件，虽然重量上确实能轻几克，但相对成本来讲，性价比比较低，个人自制的话不建议选用此方案。我们不妨回头看一下去年，第二十届中的闪电鼠车模方案，其实也能够放到今年来用。

这种碳板结合四方螺母的设计方式，自去年以来，已有不少善于观察、乐于动手的同学学习借鉴并亲身实践过了，而且很多同学的车模做得都很不错。

4.1 碳纤维侧板

选用碳纤维板材切割成型，替代 CNC 铝合金一体成型侧板，可以兼顾轻量化与降低成本，但需要注意固定方式，避免跑车过程中晃动。

4.2 四方螺母连接件

采用铝合金四方螺母，至于是 M2 还是 M3 不重要，我们选最轻的，按理来说，6×6×6mm M3 铝合金四方螺母应该是最轻的，因为 6mm 边长本身是这一类里的最小规格，M3 应该是掏空最多的。

由于铝合金四方螺母成本远低于 CNC 侧板，即便拧螺丝的过程中螺丝断裂，损失也可接受，因此可以使用比纯钛更轻的 M3 铝合金螺丝，甚至可以使用更轻的 M3 尼龙螺丝。

4.3 滑轮安装方法

若改用两轮车模，只需选用加长尼龙螺丝，配合 M3 铝合金防松螺母或尼龙螺母，即可完成圆弧包塑滑轮的固定。

4.4 小结

总的来说，采用碳板结合四方螺母的方案，整车新增重量仅来源于 4 个铝合金四方螺母、2 个 M3 螺母、几颗 M3 螺丝，且碳纤维侧板本身密度是比铝合金要低，铝合金或尼龙螺丝本身密度是比纯钛要低。因此这种方案，相比 CNC 精加工一体成型侧板，成本要低很多，研发周期和加工周期也比较短，自制车模可以考虑此方案的可行性。