CN104436674B - 一种s形路径行走的换挡变距无碳小车 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种S形路径行走的换挡变距无碳小车，包括车架和设置在车架上的驱动机构、传动机构、转向机构和换挡变距机构；与现有技术不同的是：驱动机构通过柔性线绳与传动机构连接，传动机构通过轴承座固定在车架上，并通过卷筒轴与转向机构连接，小车前轮采用单边支撑的方式，设有角度微调机构与转向机构刚性连接。本发明S形路径行走的换挡变距无碳小车，能在两障碍物相距700‑1300mm的范围内实现S型路径行走，能实现大变距可调行走。本发明小车的前轮设计比较独特，可拆性好。前轮设有轴向定位，使得小车的运行轨迹均匀对称，精度高。

Description

一种S形路径行走的换挡变距无碳小车

技术领域

本发明涉及一种无碳小车，具体是一种S形路径行走的换挡变距无碳小车。

背景技术

目前的无碳小车，都是基于全国大学生工程训练综合能力竞赛命题设计制造的。第四届竞赛命题要求：设计一种三轮小车，驱动其行走及转向的能量是根据能量转换原理，由给定重力势能转换而得到。要求小车在行走过程中完成所有动作所需的能量均由此给定重力势能转换而得，不可以使用任何其他来源的能量。要求小车具有转向控制机构，且此转向控制机构具有可调节功能，以适应设有不同间距障碍物的竞赛场地。

实用新型专利CN 203355282 U“S”形行走的变距越障无碳小车，本实用新型驱动齿轮轴上的可微调曲柄，空间球轴承与可微调曲柄连接，摇杆微调机构两端分别和空间球轴承及空间球轴承连接，空间球轴承和横杆连接，横杆固定在前轮支架上，前轮支架上安装前轮；驱动齿轮及绕线轮均安装于驱动轴上，驱动齿轮与从动齿轮啮合，从动齿轮轴上装有主动轮，主动轮与从动轮同轴，定滑轮固定在小车底板的定滑轮支架上，势能质量块通过线绳固定在绕线轮上。该无碳小车在前行时能够自动避开赛道上设置的变距离的障碍物（900-1100mm范围内），完成小车的变距“S”形绕障行走。该小车是针对第三届全国工程训练综合能力竞赛命题设计的。第四届竞赛要求与前两届的不同点是：小车要能在两障碍物相距700-1300mm的范围内实现S型路径行走，要求小车的可调距离更大。如单纯依靠摇杆微调机构进行调整，可调整的距离较小。而且该实用新型小车的前轮可拆性不好，在竞赛环节将前轮卸下后，更换现场加工的前轮进行重新比赛，前轮部位无轴向定位，轴承易松动和出现偏摆等问题，使得小车的运行轨迹改变，运行精度大大降低。

发明内容

本发明是针对第四届全国大学生工程训练综合能力竞赛命题要求，而提供一种S形路径行走的换挡变距无碳小车，该小车能在两障碍物相距700-1300mm的范围内实现S型路径行走，能实现大变距可调行走，而且其前轮的可拆性好。

实现本发明目的的技术方案是：

一种S形路径行走的换挡变距无碳小车，包括车架和设置在车架上的驱动机构、传动机构、转向机构和换挡变距机构；与现有技术不同的是：驱动机构通过柔性线绳与传动机构连接， 传动机构通过轴承座固定在车架上，并通过卷筒轴与转向机构连接，小车前轮采用单边支撑的方式，设有角度微调机构与转向机构刚性连接。

所述前轮采用单边支撑的方式，其目的是在保证运行精度的情况下方便前轮的拆装。

所述车架为无碳小车的载体，车架与地面相距2毫米，其目的是降低整车的重心，使小车在运行过程实现能平稳行走。车架的前端设有竖直支撑板，其上设有前轮支撑座。

所述转向机构包括调节座、连接轴、调心轴承、调心轴承座、螺杆、关节轴承、竖直支撑杆、水平调节块、前轮立轴轴套、前轮立轴、前轮支撑直角、前轮横轴、前轮横轴轴套和前轮；调节座固定在卷筒轴的一端，连接轴的一端与调节座连接，其上的孔呈腰型，其目的是通过调整连接轴在孔内的位置，来实现小车在行走过程中角度摆动幅度的调整；连接轴的另一端与调心轴承相连，调心轴承位于调心轴承座的内部，调心轴承座与螺杆相连，螺杆的另一端与关节轴承相连，螺杆两端的螺纹旋向相反，通过扭转螺杆可调节小车摆动角度的对称性；关节轴承与竖直支撑杆联接，竖直支撑杆的下端与水平调节块相连，水平调节块的另一端与前轮支撑直角联接，前轮支撑直角上安装有前轮立轴，前轮立轴的上端通过轴承与前轮立轴轴套相连，前轮立轴轴套固定在前轮支撑座上，前轮立轴的下端与前轮支撑直角相连；前轮支撑直角与前轮横轴轴套相连，前轮横轴呈阶梯型，前轮横轴通过轴承安装在前轮横轴轴套内，其上安装前轮，并通过螺钉将其锁紧防止前轮横轴窜动。

转向机构的水平调节块可调节前轮的最大摆动角度，并起到微调小车运行周期的作用。小车行走过程中的转向及角度微调功能，主要通过调节座、螺杆和水平调节块来实现。

所述驱动机构包括两后轮、轴承座一、差速器、后轮轴一、轴承座二、后轮轴二、轴承座三、从动齿轮一和从动齿轮二；两后轮分别设有与其相连接后轮轴一和后轮轴二，并通过轴承分别安装在轴承座二和轴承座三上，轴承座皆为整体型，其两端的支架呈一体；差速器的作用是使两侧车轮转速不同，可使小车能平稳转向，差速器两端的孔为六角形沉孔，一端沉孔与后轮轴一相连，另一端沉孔与后轮轴二相连，差速器的两端分别固定安装从动齿轮一和从动齿轮二。

所述的从动齿轮一和从动齿轮二的模数相同，从动齿轮一的分度圆直径比从动齿轮二小。

所述传动机构包括绕线卷筒、卷筒轴、轴承座一、支撑架、齿轮一和齿轮二；绕线卷筒与卷筒轴为过盈配合，绕线卷筒的截面为二次曲线，卷筒轴的两端通过轴承与轴承座一相连，为保证轴承座轴承孔的加工及装配精度，轴承座一为U形；卷筒轴的两端分别安装有齿轮一与齿轮二，齿轮一与从动齿轮一啮合，齿轮二与从动齿轮二啮合，齿轮一与齿轮二皆可以沿卷筒轴轴向进行调节；支撑架由三根光滑铝杆组装而成，其下端通过螺钉固定在车架上，上端通过固定架固定，支撑架的形心位于整车的重心位置，势能块放置于支撑架内部，势能块通过柔性线绳与绕线卷筒相连，并通过定滑轮实现平顺过度。

所述齿轮一和齿轮二的模数相同，齿轮一的分度圆直径比齿轮二大。

所述后轮上设有多个均布圆形或三角形孔，目的是减轻整车重量且使车的外形更加美观。

传动机构为小车运行过程提供能量并实现行走功能。

所述换挡变距机构由由相互啮合齿轮一和从动齿轮一、齿轮二和从动齿轮二而构成，通过不同的齿轮传动比来调节小车完成单周期S型路径行走的路程，从而实现小车大变距绕障的功能。

行走时，将初始运行角度调整好的小车放置于竞赛场地上，势能块在重力势能的驱动下从最高点沿着支撑架内壁缓慢下降，同时与之连接的线绳通过定滑轮带动绕线卷筒旋转；卷筒旋转时通过卷筒轴带动齿轮一或者齿轮二转动，齿轮一带动从动齿轮一，齿轮二带动从动齿轮二运转，从动齿轮一或从动齿轮二驱动差速器，并将动力传递至后轮轴一和后轮轴二上，从而驱动两后轮转动，实现小车的前进运动。

小车行走过程中，通过卷筒轴带动与之相连的调节座转动，调节座通过连接轴带动调心轴承做回转运动，调心轴承通过与之相连的螺杆带动关节轴承做空间摆动，关节轴承通过竖直支撑杆和水平调节板带动前轮转动。调节螺杆的长度可对小车行走轨迹进行微调，使得小车行走轨迹均匀对称，实现S型转向运行。

当小车需要在两相邻障碍物的间距为700-1300mm范围内实现大变距可调绕障时，可通过齿轮一驱动从动齿轮一，齿轮二驱动从动齿轮二获得不同的齿轮传动比，传动比不同时，小车运行单个周期的路程不同，通过换挡获得不同传动比即可使小车完成变距行走。

本发明S形路径行走的换挡变距无碳小车，能在两障碍物相距700-1300mm的范围内实现S型路径行走，能实现大变距可调行走。本发明小车的前轮设计比较独特，可拆性好。前轮设有轴向定位，使得小车的运行轨迹均匀对称，精度高。

附图说明

图1为本发明的后侧视图；

图2为本发明的前侧视图；

图3为本发明的转向机构示意图。

图中，1.前轮支撑座 2.竖直支撑板 3.车架 4.势能块 5.支撑架 6.固定架 7.定滑轮 8.绕线卷筒 9.卷筒轴 10.轴承座一 11.差速器 12.后轮轴一 13.轴承座二 14.后轮轴二 15.轴承座三 16.后轮 17.柔性线绳 18.齿轮一 19.齿轮二 20.从动齿轮一 21.从动齿轮二 22.调节座 23.连接轴 24.调心轴承 25.调心轴承座 26.螺杆 27.关节轴承28.竖直支撑杆 29.水平调节块 30.前轮立轴轴套 31.前轮立轴 32.前轮支撑直角 33.前轮横轴 34.前轮横轴轴套 35.前轮。

具体实施方式

下面结合附图对本发明内容作进一步的说明，但不是对本发明的限定。

参照图1-3，一种S形路径行走的换挡变距无碳小车，包括车架3和设置在车架3上的驱动机构、传动机构、转向机构和换挡变距机构；驱动机构通过柔性线绳17与传动机构连接， 传动机构通过轴承座固定在车架3上，并通过卷筒轴9与转向机构连接，小车前轮35采用单边支撑的方式，设有角度微调机构与转向机构刚性连接。

所述车架1为无碳小车的载体，车架1与地面相距2毫米，其目的是降低整车的重心，使小车在运行过程实现能平稳行走。车架1的前端设有竖直支撑板2，其上设有前轮支撑座1。

所述转向机构包括调节座22、连接轴23、调心轴承24、调心轴承座25、螺杆26、关节轴承27、竖直支撑杆28、水平调节块29、前轮立轴轴套30、前轮立轴31、前轮支撑直角32、前轮横轴33、前轮横轴轴套34和前轮35；调节座22固定在卷筒轴9的一端，连接轴23的一端与调节座22连接，其上的孔呈腰型，其目的是通过调整连接轴23在孔内的位置，来实现小车在行走过程中角度摆动幅度的调整；连接轴23的另一端与调心轴承24相连，调心轴承24位于调心轴承座25的内部，调心轴承座25与螺杆26相连，螺杆26的另一端与关节轴承27相连，螺杆26两端的螺纹旋向相反，通过扭转螺杆26可调节小车摆动角度的对称性。关节轴承27与竖直支撑杆28联接，竖直支撑杆28的下端与水平调节块29相连，水平调节块29的另一端与前轮支撑直角32联接，前轮支撑直角32上安装有前轮立轴31，前轮立轴31的上端通过轴承与前轮立轴轴套30相连，前轮立轴轴套30固定在前轮支撑座1上，前轮立轴31的下端与前轮支撑直角32相连；前轮支撑直角32与前轮横轴轴套34相连，前轮横轴33呈阶梯型，通过轴承安装在前轮横轴轴套34内，其上安装前轮35，并通过螺钉将其锁紧防止前轮横轴33向窜动。

转向机构的水平调节块29可调节前轮35的最大摆动角度，并起到微调小车运行周期的作用。小车行走过程中的转向及角度微调功能，主要通过调节座22、螺杆26和水平调节块29来实现。

所述驱动机构包括两后轮16、轴承座一10、差速器11、后轮轴一12、轴承座二13、后轮轴二14、轴承座三15、从动齿轮一20和从动齿轮二21；两后轮16分别设有与其相连接后轮轴一12和后轮轴二14，并通过轴承分别安装在轴承座二13和轴承座三15上，轴承座皆为整体型，其两端的支架呈一体；差速器11的作用是使两侧车轮转速不同，可使小车能平稳转向，差速器11两端的孔为六角形沉孔，一端沉孔与后轮轴一12相连，另一端沉孔与后轮轴二14相连，差速器11的两端分别固定安装从动齿轮一20和从动齿轮二21。

所述的从动齿轮一20和从动齿轮二21的模数相同，从动齿轮一20的分度圆直径比从动齿轮二21小。

所述传动机构包括绕线卷筒8、卷筒轴9、轴承座一10、支撑架5、齿轮一18和齿轮二19；绕线卷筒8与卷筒轴9为过盈配合，绕线卷筒8的截面为二次曲线，卷筒轴9的两端通过轴承与轴承座一10相连，为保证轴承座轴承孔的加工及装配精度，轴承座一10为U形；卷筒轴9的两端分别安装有齿轮一18与齿轮二19，齿轮一18与从动齿轮一20啮合，齿轮二19与从动齿轮二（21）啮合，齿轮一18与齿轮二19皆可以沿卷筒轴9轴向进行调节；支撑架5由三根光滑铝杆组装而成，其下端通过螺钉固定在车架3上，上端通过固定架6固定，支撑架5的形心位于整车的重心位置，势能块4放置于支撑架5内部，势能块4通过柔性线绳17与绕线卷筒8相连，并通过定滑轮7实现平顺过度。

所述齿轮一18和齿轮二19的模数相同，齿轮一18的分度圆直径比齿轮二19大。

所述后轮16上均布有多个圆形或三角形孔，目的是减轻整车重量且使车的外形更加美观。

传动机构为小车运行过程提供能量并实现行走功能。

所述换挡变距机构由齿轮一18、从动齿轮一20、齿轮二19和从动齿轮二21而构成，通过不同的齿轮传动比来调节小车完成单周期S型路径行走的路程，从而实现小车大变距绕障的功能。

当小车需要在两相邻障碍物的间距为700-1300mm范围内实现大变距可调绕障时，可通过齿轮一18驱动从动齿轮一20，齿轮二19驱动从动齿轮二21获得不同的齿轮传动比，传动比不同时，小车运行单个周期的路程不同，通过换挡获得不同传动比即可使小车完成变距行走。

Claims (7)

1.一种S形路径行走的换挡变距无碳小车，包括车架和设置在车架上的驱动机构、传动机构、转向机构和换挡变距机构；驱动机构通过柔性线绳（17）与传动机构连接，传动机构通过轴承座固定在车架（3）上，并通过卷筒轴（9）与转向机构连接，小车前轮（35）采用单边支撑的方式，设有角度微调机构与转向机构刚性连接；所述车架（3）的前端设有竖直支撑板（2），其上设有前轮支撑座（1）；其特征是：所述转向机构包括调节座（22）、连接轴（23）、调心轴承（24）、调心轴承座（25）、螺杆（26）、关节轴承（27）、竖直支撑杆（28）、水平调节块（29）、前轮立轴轴套（30）、前轮立轴（31）、前轮支撑直角（32）、前轮横轴（33）、前轮横轴轴套（34）和前轮（35）；调节座（22）固定在卷筒轴（9）的一端，连接轴（23）的一端与调节座（22）连接，另一端与调心轴承（24）相连，调心轴承（24）位于调心轴承座（25）的内部，调心轴承座（25）与螺杆（26）相连，螺杆（26）的另一端与关节轴承（27）相连，螺杆（26）两端的螺纹旋向相反，通过扭转螺杆（26）可调节小车摆动角度的对称性，关节轴承（27）与竖直支撑杆（28）联接，竖直支撑杆（28）的下端与水平调节块（29）相连，水平调节块（29）的另一端与前轮支撑直角（32）联接，前轮支撑直角（32）上安装有前轮立轴（31），前轮立轴（31）的上端通过轴承与前轮立轴轴套（30）相连，前轮立轴轴套（30）固定在前轮支撑座（1）上，前轮立轴（31）的下端与前轮支撑直角（32）相连；前轮支撑直角（32）与前轮横轴轴套（34）相连，前轮横轴（33）呈阶梯型，前轮横轴（33）通过轴承安装在前轮横轴轴套（34）内，其上安装前轮（35），并通过螺钉将前轮横轴（33）锁紧；小车行走过程中的转向及角度微调，主要通过调节座（22）、螺杆（26）和水平调节块（29）来实现。

2.根据权利要求1所述的无碳小车，其特征是：所述驱动机构包括两后轮（16）、轴承座一（10）、差速器（11）、后轮轴一（12）、轴承座二（13）、后轮轴二（14）、轴承座三（15）、从动齿轮一（20）和从动齿轮二（21）；两后轮（16）分别设有与其相连接后轮轴一（12）和后轮轴二（14），并通过轴承分别安装在轴承座二（13）和轴承座三（15）上；差速器（11）两端的孔为六角形沉孔，一端沉孔与后轮轴一（12）相连，另一端沉孔与后轮轴二（14）相连，差速器（11）的两端分别固定安装从动齿轮一（20）和从动齿轮二（21）。

3.根据权利要求2所述的无碳小车，其特征是：所述的从动齿轮一（20）和从动齿轮二（21）的模数相同，从动齿轮一（20）的分度圆直径比从动齿轮二（21）小。

4.根据权利要求3所述的无碳小车，其特征是：所述传动机构包括绕线卷筒（8）、卷筒轴（9）、轴承座一（10）、支撑架（5）、齿轮一（18）和齿轮二（19）；绕线卷筒（8）与卷筒轴（9）为过盈配合，绕线卷筒（8）的截面为二次曲线，卷筒轴（9）的两端通过轴承与轴承座一（10）相连，轴承座一（10）为U形；卷筒轴（9）的两端分别安装有齿轮一（18）与齿轮二（19），齿轮一（18）与从动齿轮一（20）啮合，齿轮二（19）与从动齿轮二（21）啮合，齿轮一（18）与齿轮二（19）皆可以沿卷筒轴（9）轴向进行调节；支撑架（5）由三根光滑铝杆组装而成，其下端通过螺钉固定在车架（3）上，上端通过固定架（6）固定，支撑架（5）的形心位于整车的重心位置，势能块（4）放置于支撑架（5）内部，势能块（4）通过柔性线绳（17）与绕线卷筒（8）相连，并通过定滑轮（7）实现平顺过度。

5.根据权利要求4所述的无碳小车，其特征是：所述齿轮一（18）和齿轮二（19）的模数相同，齿轮一（18）的分度圆直径比齿轮二（19）大。

6.根据权利要求2所述的无碳小车，其特征是：所述后轮（16）上均布有圆形或三角形孔。

7.根据权利要求5所述的无碳小车，其特征是：所述换挡变距机构由相互啮合齿轮一（18）和从动齿轮一（20）、齿轮二（19）和从动齿轮二（21）构成，通过不同的齿轮传动比来调节小车完成单周期S型路径行走的路程。