CN103611323B - 一种用于三轮小车的三方向微调空间四杆机构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于三轮小车的三方向微调空间四杆机构，用于连接三轮小车的驱动轴与前轮，控制三轮小车的运动轨迹，所述的空间四杆机构固定设置在三轮小车的底板上，包括可调曲柄、可调连杆、可调摇杆和滑动组件，所述的驱动轴、可调曲柄、可调连杆、可调摇杆、前轮依次连接，所述的可调连杆设在滑动组件上，所述的滑动组件固定在底板上，通过调节可调曲柄、可调连杆、可调摇杆间的连接位置，控制前轮的运动。与现有技术相比，本发明具有结构简单、能耗小、调节精度高等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种三轮小车，尤其是涉及一种用于三轮小车的三方向微调空间四杆机构。
背景技术
三轮小车是一种不需要消耗燃料和电池存储的能源，仅仅依靠重锤下落过程中生成的机械势能产生动力而驱动行驶的小车，近年来已经作为大学生科技创新竞赛的指定制作题目。制作题目通常为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(如下降高度为500mm)转换为机械能并可用来驱动小车行走、转向的机械装置，该小车在前行时能够自动避开赛道上设置的障碍物。
现有的三轮小车通常采用正弦转向机构，但有些结构复杂，加工困难，相应的成本也比较高；有些调节精度不是很高，不能到达满足周期和振幅的要求；有些机构比较笨重，不仅增加了小车的本身质量，在运动过程中还增加了能量的损耗，使其不能完成比赛。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种结构简单、能耗小、调节精度高的用于三轮小车的三方向微调空间四杆机构。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种用于三轮小车的三方向微调空间四杆机构，用于连接三轮小车的驱动轴与前轮架，所述的前轮架与前轮固定连接，控制三轮小车的运动轨迹，所述的空间四杆机构固定设置在三轮小车的底板上，包括可调曲柄、可调连杆、可调摇杆和滑动组件，所述的驱动轴、可调曲柄、可调连杆、可调摇杆、前轮架依次连接，所述的可调连杆设在滑动组件上，所述的滑动组件固定在底板上，通过调节可调曲柄、可调连杆、可调摇杆间的连接位置，控制前轮的运动。
所述的可调曲柄包括曲柄本体和定位轴承，所述的曲柄本体的一端与驱动轴端面中心重合连接，另一端设有行程槽，所述的定位轴承设在行程槽内，所述的曲柄本体通过定位轴承与可调连杆以滚动副形式连接，通过调节定位轴承在行程槽内的位置，可改变可调曲柄的使用长度。
所述的可调连杆包括第一连杆、第二连杆和连接件，所述的第一连杆一端设有与定位轴承连接的滑动槽，另一端设有螺纹孔，所述的第二连杆一端设有通孔，另一端设有用于连接可调摇杆的凹槽，所述的连接件连接在第一连杆和第二连杆间，通过调节连接件，可改变可调连杆的使用长度。
所述的连接件包括调节螺栓和弹簧，所述的调节螺栓分别连接第一连杆的螺纹孔和第二连杆的通孔，所述的弹簧套设在调节螺栓上，并卡在第一连杆和第二连杆间。
所述的可调摇杆包括摇杆本体、摇杆轴承和摇杆微调螺栓，所述的摇杆本体通过螺栓与前轮架连接，所述的摇杆轴承设在第二连杆的凹槽内，并通过摇杆微调螺栓固定，所述的摇杆本体上设有与摇杆轴承连接的滑动槽，所述的摇杆本体与摇杆轴承以滚动副形式连接，通过调节摇杆轴承在凹槽内的位置，可改变摇杆本体的摆动角度，从而改变前轮运动轨迹。
所述的滑动组件包括第一滑轨、第二滑轨、第一滑块和第二滑块，所述的第一滑块设在第一滑轨上，所述的第二滑块设在第二滑轨上，所述的第一连杆固定设置在第一滑块上，所述的第二连杆设在第二滑轨上。
与现有技术相比，本发明为用于前轮转向的四杆机构，该机构三方向可调，通过不同方向长度的调节可以实现三轮小车的周期与振幅的变化，从而实现小车的不同轨迹的行驶，具有以下优点：
一、结构简单：加工方便，成本低，易操作；
二、能耗小：机构都采用滚动摩擦，所用零件少，运动副少，故能耗小；
三、精度高：所有调节都是细牙螺栓微调，调节精度高。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为采用本发明的三轮小车的结构示意图；
图3为图2的侧视图；
图4为图2中C-C剖面示意图；
图5为本发明机构带动三轮小车运动的轨迹示意图；
其中，(5a)为正弦轨迹示意图，(5b)为典型“S”轨迹示意图，(5c)为类伯努利双纽线8字轨迹示意图，(5d)为一种类“8”轨迹示意图，(5e)为另一种类“8”轨迹示意图。
图中，1、驱动轴；2、曲柄本体；3、定位轴承；4、第一连杆；5、第二连杆；6、调节螺栓；7、第一滑块；8、第一滑轨；9、第二滑块；10、第二滑轨；11、摇杆本体；12、摇杆轴承；13、摇杆微调螺栓；14、前轮；15、前轮支撑架；16、车身支撑架；17、后轮；18、滑轮；19、滑轮轴；20、滑轮架；21、砝码；22、前轮轴；23、垫块；24、前轮架；25、大齿轮；26、小轴承座；27、绕线轴；28、小齿轮；29、后轮轴；30、大轴承座；31、底板。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，一种用于三轮小车的三方向微调空间四杆机构，用于连接三轮小车的驱动轴1与前轮架24，所述的前轮架24与前轮14固定连接，控制三轮小车的运动轨迹，所述的空间四杆机构固定设置在三轮小车的底板31上，包括可调曲柄、可调连杆、可调摇杆和滑动组件，所述的驱动轴1、可调曲柄、可调连杆、可调摇杆、前轮架24依次连接，所述的可调连杆设在滑动组件上，所述的滑动组件固定在底板31上，用电机或其他动力传动方式连接驱动轴1使其转动，此时可调曲柄做圆周运动，可调曲柄运动带动可调连杆在滑动组件上做直线往复运动，可调连杆直线往复运动推动可调摇杆摆动，以达到一定满足需要的轨迹。通过调节可调曲柄、可调连杆、可调摇杆间的连接位置，改变前轮14的运动。该机构用于可实现指定轨迹的前轮转向、后轮驱动的三轮小车中，可控制小车实现正弦、八字、类八字等指定周期性轨迹。
所述的可调曲柄包括曲柄本体2和定位轴承3，所述的曲柄本体2的一端与驱动轴1端面中心重合连接，另一端设有行程槽，所述的定位轴承3设在行程槽内，所述的曲柄本体2通过定位轴承3与可调连杆以滚动副形式连接，通过调节定位轴承3在行程槽内的位置，可改变可调曲柄的使用长度。当曲柄加长时，圆周运动半径增大，连杆前后行程增大；当曲柄减短时，圆周运动半径减小，连杆前后行程减小。
所述的可调连杆包括第一连杆4、第二连杆5和连接件，所述的第一连杆4一端设有与定位轴承3连接的滑动槽，另一端设有螺纹孔，所述的第二连杆5一端设有通孔，另一端设有用于连接可调摇杆的凹槽，所述的连接件连接在第一连杆4和第二连杆5间，通过调节连接件，可改变可调连杆的使用长度。所述的连接件包括调节螺栓6和弹簧，所述的调节螺栓6分别连接第一连杆4的螺纹孔和第二连杆5的通孔，所述的弹簧套设在调节螺栓上，并卡在第一连杆4和第二连杆5间。当拧紧连接连杆上的调节螺栓6时，两连杆距离缩短；当拧松调节螺栓6时，连杆伸长；当微调螺栓使连杆长度适中时，小车轨迹左右对称，运行趋于一条直线。
所述的可调摇杆包括摇杆本体11、摇杆轴承12和摇杆微调螺栓13，所述的摇杆本体11通过螺栓与前轮架24连接，所述的摇杆轴承12设在第二连杆5的凹槽内，并通过摇杆微调螺栓13固定，所述的摇杆本体11上设有与摇杆轴承12连接的滑动槽，所述的摇杆本体11与摇杆轴承12以滚动副形式连接，通过调节摇杆轴承12在凹槽内的位置，可改变摇杆本体11的摆动角度，从而改变前轮运动轨迹，振幅和周期可在一定范围内任意改变。当摇杆轴承12在第二连杆5凹槽里的最外面时，摇杆摆动角度最小，前轮摆动的振幅最小，周期最大；当摇杆轴承12在凹槽的最里面时，前轮摆动的振幅最大，周期最小。
所述的滑动组件包括第一滑轨8、第二滑轨10、第一滑块7和第二滑块9，所述的第一滑块7设在第一滑轨8上，所述的第二滑块9设在第二滑轨10上，所述的第一连杆4通过螺母固定设置在第一滑块7上，所述的第二连杆5设在第二滑轨10上。第一滑轨8的作用是让第一滑块7能够在其上滑动，以保证可调连杆长度的微调；第二滑轨10的作用是在第二滑块9中前后滑动，让机构能够完成周期性的往复运动。
上述机构可采用金属或非金属材料。
如图2-图4所示，将本发明安装于三轮小车中，由电机或砝码21下落过程中生成的机械势能通过驱动轴传递至本发明机构来控制小车前轮运动规律。小车运动规律的控制路线为：
动力输入→曲柄长度可调→连杆长度可调→摇杆角度可调→实现指定前轮运动。
三轮小车的后轮17为驱动轮，前轮14为导向轮。小车的轨迹由导向轮的运动规律决定。通过调节曲柄长度、连杆长度、摇杆角度，可改变导向轮运动规律，使小车实现指定运动轨迹。通过本发明，三轮小车可实现正弦、八字、类八字等指定轨迹。由于小车行走一个周期内，驱动轮转动一圈，所走过的路程不变。故无论如何调节前轮夹角，行走出的曲线长度不会改变。调节前轮夹角过程小车轨迹会发生以下过程变化：正弦机构控制小车行走典型正弦轨迹，如图(5a)所示；增大前轮极限夹角，轨迹振幅增大，振幅变小，正弦机构控制小车行走典型“S”轨迹，如图(5b)所示；继续增大前轮极限夹角到合适位置，振幅增大到最大，波长减小为0，轨迹重合为类伯努利双纽线8字，如图(5c)所示；继续增大前轮极限夹角，振幅开始减小，波长变为负向，正弦机构控制小车行走类“8”轨迹，如图(5d)所示；继续增大前轮极限夹角，振幅继续减小，波长负向增大，正弦机构控制小车行走另一种类“8，，轨迹，如图(5e)所示。通过调节本发明机构，可以改变小车轨迹的振幅，周期等参数。
Claims (5)
1.一种用于三轮小车的三方向微调空间四杆机构，用于连接三轮小车的驱动轴(1)与前轮架(24)，所述的前轮架(24)与前轮(14)固定连接，控制三轮小车的运动轨迹，其特征在于，所述的空间四杆机构固定设置在三轮小车的底板(31)上，包括可调曲柄、可调连杆、可调摇杆和滑动组件，所述的驱动轴(1)、可调曲柄、可调连杆、可调摇杆、前轮架(24)依次连接，所述的可调连杆设在滑动组件上，所述的滑动组件固定在底板(31)上，通过调节可调曲柄、可调连杆、可调摇杆间的连接位置，控制前轮(14)的运动；
所述的可调曲柄包括曲柄本体(2)和定位轴承(3)，所述的曲柄本体(2)的一端与驱动轴(1)端面中心重合连接，另一端设有行程槽，所述的定位轴承(3)设在行程槽内，所述的曲柄本体(2)通过定位轴承(3)与可调连杆以滚动副形式连接，通过调节定位轴承(3)在行程槽内的位置，可改变可调曲柄的使用长度。
2.根据权利要求1所述的一种用于三轮小车的三方向微调空间四杆机构，其特征在于，所述的可调连杆包括第一连杆(4)、第二连杆(5)和连接件，所述的第一连杆(4)一端设有与定位轴承(3)连接的滑动槽，另一端设有螺纹孔，所述的第二连杆(5)一端设有通孔，另一端设有用于连接可调摇杆的凹槽，所述的连接件连接在第一连杆(4)和第二连杆(5)间，通过调节连接件，可改变可调连杆的使用长度。
3.根据权利要求2所述的一种用于三轮小车的三方向微调空间四杆机构，其特征在于，所述的连接件包括调节螺栓(6)和弹簧，所述的调节螺栓(6)分别连接第一连杆(4)的螺纹孔和第二连杆(5)的通孔，所述的弹簧套设在调节螺栓(6)上，并卡在第一连杆(4)和第二连杆(5)间。
4.根据权利要求2所述的一种用于三轮小车的三方向微调空间四杆机构，其特征在于，所述的可调摇杆包括摇杆本体(11)、摇杆轴承(12)和摇杆微调螺栓(13)，所述的摇杆本体(11)通过螺栓与前轮架(24)连接，所述的摇杆轴承(12)设在第二连杆(5)的凹槽内，并通过摇杆微调螺栓(13)固定，所述的摇杆本体(11)上设有与摇杆轴承(12)连接的滑动槽，所述的摇杆本体(11)与摇杆轴承(12)以滚动副形式连接，通过调节摇杆轴承(12)在凹槽内的位置，可改变摇杆本体(11)的摆动角度，从而改变前轮运动轨迹。
5.根据权利要求2所述的一种用于三轮小车的三方向微调空间四杆机构，其特征在于，所述的滑动组件包括第一滑轨(8)、第二滑轨(10)、第一滑块(7)和第二滑块(9)，所述的第一滑块(7)设在第一滑轨(8)上，所述的第二滑块(9)设在第二滑轨(10)上，所述的第一连杆固定设置在第一滑块(7)上，所述的第二连杆(5)设在第二滑轨(10)上。
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