CN102279601A - 一种以重力势能驱动的具有方向控制功能的自行小车 - Google Patents

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杜以英
张为春
黄杰
王丽娟
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Abstract

一种以重力势能驱动的具有方向控制功能的自行小车，属于无碳小车能量转换系统的设计领域，其主要特征在于能量转换系统主要包括细绳、后车轴、支撑杆、定滑轮及重块下落稳定装置；转向系统主要包括同前车轴同轴的圆柱棒、偏心圆、橡皮筋及带传动装置。本发明的优点在于提供一种能量利用率高、稳定性高，而且控制简单可靠、结构紧凑、成本低、节能环保的以重力势能驱动的具有方向控制功能的自行小车。

Description

一种以重力势能驱动的具有方向控制功能的自行小车
技术领域
本发明主要涉及到无碳小车能量转换系统的设计领域，具体是一种以重力势能驱动的具有方向控制功能的自行小车。
背景技术
以重力势能驱动的具有方向控制功能的自行小车是第二届全国大学生工程训练综合能力竞赛题目，要求给定一重力势能，根据能量转换原理，设计一种可将该重力势能转换为机械能并可用来驱动小车行走的装置。该自行小车在前行时能够自动避开赛道上设置的障碍物(每间隔1米，放置一个直径20mm、高200mm的弹性障碍圆棒)。大赛的评比标准包括势能转化效率和成本控制。
发明内容
本发明在于提供一种成本低、能量利用率高，且控制简单可靠、结构紧凑、转弯半径小、稳定性好、节能环保的以重力势能驱动的具有方向控制功能的自行小车。是通过以下技术方案来实现的：
一种以重力势能驱动的具有方向控制功能的自行小车，包括能量转换系统和转向系统，能量转换系统主要包括重块、细绳、后车轴、支撑杆、定滑轮及重块下落稳定装置，定滑轮固定在支撑杆顶部、并带有变速装置，细绳包括连接后车轴与定滑轮的细绳a、连接定滑轮与重块的细绳b；转向系统主要包括同前车轴同轴的圆柱棒、偏心圆盘、橡皮筋及带传动装置，带传动装置包括固定在偏心圆盘轴上的大带轮、与后车轴为一体的小带轮，橡皮筋的作用是使偏心圆盘始终与同前车轴同轴的圆柱棒接触。
所述支撑杆底部采用直角铁固定在小车底板上，以增强支撑杆的稳定性。还包括实现差速器的功能两个单向轴承。
与现有技术比较，本发明的主要优点在于：
1、整个小车都是采用结构简单、成本低、易于加工的零部件，使得整个小车成本费用只有几百元，相对于其他高校参赛队伍动辄几万的制作成本具有很强的优势；
2、支撑杆顶部采用定滑轮连接，减小了传动的摩擦阻力，使得能量利用率提高；
定滑轮采用变速装置，使得重块下落当量高度升高，能量利用率成倍(定滑轮大径与小径的比值)增长；
在前车轴上装有与前车轴同轴的圆柱棒(通过滚动轴承固定在前车轴上)，减小了偏心圆盘的直径，且使偏心圆盘与前车轴的接触方式由摩擦接触变为滚动接触，减小了摩擦损失，提高整车能量利用率；
3、采用重块下落稳定装置，解决了重块下落左右摇摆问题，使重块平稳下落，提高了整车稳定性；
4、采用带传动的方式，与齿轮传动相比震动小；
5、采用偏心圆盘控制转向的方式，比较曲柄连杆控制转向的方式，省去了铰接等连接方式，使得系统控制简单可靠。
附图说明
图1是以重力势能驱动的具有方向控制功能的自行小车一种能量转换系统主要结构示意图；
图2是本发明所述以重力势能驱动的具有方向控制功能的自行小车的一种转向系统结构示意图。
具体实施方式
1、后车轴；2、支撑杆；3、定滑轮；4、重块下落稳定装置；5、小车底板；6、偏心圆盘；7、偏心圆盘轴；8、前车轴；9、同前车轴同轴的圆柱棒；10、前车轮；11、大带轮；12、带；13、小带轮(与后车轴为一体)。
参照图1为本发明所述一种以重力势能驱动的具有方向控制功能的自行小车的一种实施方式，无碳小车的能量转换系统。
细绳a一端缠绕在后车轴1上，一端缠绕在定滑轮3的小径上；细绳b一端缠绕在定滑轮3的大径上，一端悬挂重块。重块下降时，细绳b伸长，带动定滑轮3转动，继而通过细绳a带动后车轴1转动，从而使两个后车轮驱动小车行走，即实现将重块的重力势能转化为小车的动能。支撑杆2底部采用直角铁固定在小车底板5上，增强了支撑杆2的稳定性，提高了小车的坚固性；小车底板5采用折边处理，加强了小车的刚度；
参照图2，为转向系统。
当后车轴1转动时，通过带传动(大带轮11、带12、小带轮(与后车轴为一体)13)带动偏心圆盘轴7(该轴与前车轴在同一水平面上)转动，从而实现偏心圆盘6的转动。偏心圆盘6转动时通过橡皮筋的拉力实现偏心圆盘6始终与同前车轴同轴的圆柱棒9接触，从而实现前车轴8在水平面上的摆动，从而实现前车轮10的摆动，实现小车的转向。小车多处采用可调装置，(如偏心圆盘在轴上的位置可调，从而可改变转角的大小)补偿计算过程中的误差。还包括两个单向轴承，以实现差速器的功能，保证两个后轮均为驱动轮的前提下，又能避免小车转向时车轮打滑。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换以及改进，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种以重力势能驱动的具有方向控制功能的自行小车，包括能量转换系统和转向系统，其特征在于：
能量转换系统主要包括重块、细绳、后车轴、支撑杆、定滑轮及重块下落稳定装置，定滑轮固定在支撑杆顶部、并带有变速装置，细绳包括连接后车轴与定滑轮的细绳a、连接定滑轮与重块的细绳b；
转向系统主要包括同前车轴同轴的圆柱棒、偏心圆盘、橡皮筋及带传动装置，带传动装置包括固定在偏心圆盘轴上的大带轮、与后车轴为一体的小带轮，橡皮筋的作用是使偏心圆盘始终与同前车轴同轴的圆柱棒接触。
2.如权利要求1所述一种以重力势能驱动的具有方向控制功能的自行小车，其特征在于：所述支撑杆底部采用直角铁固定在小车底板上，以增强支撑杆的稳定性。
3.如权利要求3所述一种以重力势能驱动的具有方向控制功能的自行小车，其特征在于：还包括实现差速器的功能两个单向轴承。
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