CN106730889B - S形行走的无碳小车 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种S形行走的无碳小车，包括车架和设于车架上的驱动机构、传动机构、转向机构，所述车架包括底板和设于底板上的立筒；所述驱动机构包括定滑轮柔性线绳势能块、绕线轴上；所述传动机构包括驱动齿轮、从动齿轮、转动轴、两滚动轮；所述转向机构包括转向轮、转向轴、曲柄摇杆机构。本无碳小车设置传动比为1:3.9的一级传动齿轮，结构简单、制作成本低，重力势能利用率高，小车行走的距离长，采用千分尺调节杆距，便于调节且调节精准，适应不同的杆距，设置呈圆锥状绕线轴，启动力矩大，S形运行轨迹准确性高。
Description
技术领域
本发明涉及一种机械竞赛用车，具体涉及一种S形行走的无碳小车。
背景技术
无碳小车是一种利用重力势能为唯一能量的、具有连续避障功能的三轮小车。其原理是将重物提升到指定高度，重物在重力作用下自行下落，系在重物上的柔性线绳通过安装在滑轮座上的滑轮改变拉力的方向，线绳的另一端缠绕在驱动机构上，再通过传动机构将运动传递到后轮轴，驱动后轮转动，从而完成小车的前进动作；转向机构用来使前轮按照正弦周期向左或向右转动，使小车走出S形路径而避开按一定间距设置的障碍杆，实现了真正意义上的无碳。传统的S形路径行走无碳小车存在结构复杂、重力势能利用率低、启动力矩不平稳、易翻车、运动轨迹准确性差、调节精准度低等等缺点。
中国申请号为2015101753065的发明，公开了一种可适应不同杆距S形路径的无碳小车，包括对后轮进行驱动的驱动机构、控制前轮转向的转向机构和为适应不同杆距而设置的变距机构，在驱动机构的主齿轮上设置偏心顶柱；所述转向机构由后顶杆、前顶杆、推杆、调节盘、推杆弹簧和前轮轴弹簧构成，后顶杆安置在推杆后端，推杆前端连接调节盘，前顶杆设置在调节盘的边缘位置；前顶杆由于前轮轴弹簧的作用而与前轮轴保持接触，后顶杆由于推杆弹簧的作用而与偏心顶柱保持接触；转向机构安置在固定于车身底板的托架上，托架设置用于推杆在其中滑动的滑座，前轮轴弹簧和推杆弹簧的固定点位于滑座上；所述变距机构包括驱动机构的主齿轮、带动后轮转动的从齿轮以及位于主齿轮和从齿轮之间的位置可调的调节齿轮，主齿轮啮合着调节齿轮，调节齿轮啮合着从齿轮。改无碳小车设计合理、运行和行走平稳、转向可靠。但仍存在以下缺陷：其一，变距机构包括主齿轮、从齿轮和调节齿轮两级齿轮，齿轮多，增加制作成本，且多级传动降低了重力势能的利用率，缩短小车的行走距离；其二，调节杆距通过更换不同的从齿轮，并调整调节齿轮的位置使三个齿轮啮合，调整步骤多繁琐，不便于操作。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提供一种S形行走的无碳小车，本无碳小车设置传动比为1:3.9的一级传动齿轮，结构简单、制作成本低，重力势能利用率高，小车行走的距离长，采用千分尺调节杆距，便于调节且调节精准，适应不同的杆距，设置呈圆锥状绕线轴，启动力矩大，S形运行轨迹准确性高。
为了达到上述目的，本发明采取的技术方案：
S形行走的无碳小车，包括车架和设于车架上的驱动机构、传动机构、转向机构，所述车架包括底板和设于底板上的立筒；所述驱动机构包括设于立筒上的定滑轮，所述定滑轮上缠绕一柔性线绳，该柔性线绳一端连接势能块、另一端缠绕绕线轴上，所述绕线轴一端设有驱动齿轮、且绕线轴的直径沿着驱动齿轮的方向逐次减小；所述传动机构包括设于绕线轴上的驱动齿轮、与驱动齿轮啮合的从动齿轮，且所述从动齿轮与所述驱动齿轮的传动比为1:3.9，所述从动齿轮固定在一转动轴上，该转动轴固定于底板的后端、且其两端均设有滚动轮；所述转向机构包括设于底板前端的转向轮，该转向轮上设有一转向轴，该转向轴上通过球关节铰接有一曲柄摇杆机构，所述曲柄摇杆机构一端通过球关节镶嵌于驱动齿轮开设的凹槽内，所述曲柄摇杆机构上还设有可调节其上连杆长度的千分尺测微头。
作为优选技术方案，为了限制无碳小车整体的重量，降低摩擦力，使无碳小车尽量匀速平稳运行，确保运动轨迹的准确性高，所述车架是由航空铝合金材料制成的。
作为优选技术方案，为了有效减轻立筒的重量，同时便于观察势能块的下落情况，以便及时调整，进一步提高无碳小车运行轨迹的准确性，所述立筒上均匀开设满观察孔。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果：
1、设置传动比为1:3.9的一级传动齿轮，改变现有多级传动的结构，结构简单、制作成本低，重力势能利用率高，小车行走的距离长；采用千分尺调节杆距，便于调节且调节精准，适应不同的杆距；设置呈圆锥状的绕线轴，启动力矩大，S形运行轨迹准确性高。
2、车架由航空铝合金材料制成，无碳小车整体质量轻，有效降低摩擦力，使无碳小车尽量匀速平稳运行，确保运动轨迹的准确性高。
3、立筒上均匀开设有满观察孔，有效减轻立筒的重量，同时便于观察势能块的下落情况，以便及时调整，进一步提高无碳小车运行轨迹的准确性。
附图说明
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步地详细说明。
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的俯视图；
图3为本发明的正视图；
图4为无碳小车理想行驶轨迹图；
附图标号：1、底板，2、立筒，3、定滑轮，4、绕线轴，5、驱动齿轮，6、从动齿轮，7、转动轴，8、滚动轮，9、转向轮，10、转向轴，11、曲柄摇杆机构，11-1、摇杆，11-2、连杆套筒，11-3、连杆，12、千分尺测微头，13、观察孔，14、球关节。
具体实施方式
如图1、2和3所示提出本发明一种具体实施例，S形行走的无碳小车，包括车架和设于车架上的驱动机构、传动机构、转向机构，所述车架包括底板1和竖直设于底板1上的立筒2，所述立筒2包括上下两节、中间采用连接套连接；所述驱动机构包括设于立筒2上的定滑轮3，通在立筒2的顶端两侧设有定滑轮支撑杆，所述定滑轮3固定于两支撑杆之间，所述定滑轮3上缠绕一柔性线绳，该柔性线绳一端连接势能块、另一端缠绕在位于底板1上且呈圆锥状的绕线轴4上，所述绕线轴4一端设有驱动齿轮5、且绕线轴4的直径沿着驱动齿轮5的方向逐次减小，考虑绕线轴4设置成光滑结构，柔性线绳极易从直径最大的一端跳到直径最小的一端，本实施例设置绕线轴4每间隔相同距离两侧向外凸起设有一绕线端，从而呈塔型结构，所述柔性线绳从绕线轴直径小的一端往直径大的一端缠绕；所述传动机构包括设于绕线轴4上的驱动齿轮5、与驱动齿轮5啮合的从动齿轮6，且所述从动齿轮6与所述驱动齿轮5的传动比为1:3.9，所述从动齿轮5套设在一转动轴7上，该转动轴7固定于底板1的后端、且其两端均设有滚动轮8，两个滚动轮8中靠近从动齿轮6的作为驱动轮、另一个为从动轮，本实施例通过设置滚动轮8的直径为200mm，小车理想的行驶轨迹如图4所示，设定小车轨迹中线距离小车理想轨迹振幅的最大偏移量为0.3m，根据扇形计算公式计算出小车沿弧线行走距离约为2.45m，小车行走一个周期，滚动轮8转过一个周期，滚动轮8转过的圈数为n＝2.45m/0.2πm＝3.9圈，得出驱动齿轮5与从动齿轮6的传动比为1:3.9，选定齿轮模数为1，从动齿轮6的齿数为20齿，则驱动齿轮5的齿数为78齿；所述转向机构包括设于底板1前端的转向轮9，该转向轮9上设有一竖向设置的转向轴10，该转向轴10通过球关节14铰接有一曲柄摇杆机构11，所述曲柄摇杆机构11包括与转向轴10铰接横向设置的摇杆11-1，该摇杆11-1的端头连接有一球关节14，该球关节14通过螺螺丝固定在在连杆套筒11-2上，所述连杆套筒11-2的端头连接有一千分尺测微头12，所述千分尺测微头12一端连接有连杆11-3，所述连杆11-3的端头设有一球关节14，该球关节14通过连接轴镶嵌于驱动齿轮5开设的竖向凹槽内，球关节14可在竖向凹槽内直线滑动，带动摇杆11-1在一定角度范围内摆动，从而带动转向轴10转动，使转向轮9进行转向行驶。
所述车架是由硬铝合金材料制成的，硬铝合金的密度相对较小，有效减轻无碳小车整体的重量，从而减小无碳小车与地面的摩擦力，使无碳小车尽量匀速平稳运行，确保运动轨迹的准确性高。
所述立筒2上均匀开设满观察孔13，一方面减轻了立筒2的重量，另一方面也便于观察势能块的下落情况，以便及时调整，进一步提高无碳小车运行轨迹的准确性。
本发明使用时：将势能块通过挂钩系住在柔性线绳上，柔性线绳绕过定滑轮3后从绕线轴4的小端向大端缠绕，将初始角度调整好的小车放置于竞赛场地上，此时势能块位于最高处，势能块刚下落时，绕线轴4的半径最大，起始转矩最大，有利于启动，起动后，随着绕线轴4半径变小，转速提高，转矩变小，当转矩和阻力矩平衡时，小车匀速行驶，而后随着绕线轴4半径的减小，转矩越来越小与阻力矩，小车缓慢减速直到停止，当停止时势能块正好接触小车，这样可以避免势能块与小车碰撞而损失较大的能量，在整个过程中看，重力势能完全转化为小车运动过程的动能，使小车行进得更远。在行驶过程中，通过千分尺测微头12精准调节杆距，从而改变摇杆11-1的摆角来实现转向轮9的转向，使小车沿着正弦周期曲线避开障碍物行驶。
当然，上面只是结合附图对本发明优选的具体实施方式作了详细描述，并非以此限制本发明的实施范围，凡依本发明的原理、构造以及结构所作的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围内。
Claims (1)
1.S形行走的无碳小车，包括车架和设于车架上的驱动机构、传动机构、转向机构，所述车架包括底板(1)和设于底板(1)上的立筒(2)；所述驱动机构包括设于立筒(2)上的定滑轮(3)，所述定滑轮(3)上缠绕一柔性线绳，该柔性线绳一端连接势能块、另一端缠绕在呈圆锥状的绕线轴(4)上，其特征在于：所述绕线轴(4)一端设有驱动齿轮(5)、且绕线轴(4)的直径沿着驱动齿轮(5)的方向逐次减小；所述传动机构包括设于绕线轴(4)上的驱动齿轮(5)、与驱动齿轮(5)啮合的从动齿轮(6)，且从动齿轮(6)与驱动齿轮(5)的传动比为1:3.9，所述从动齿轮(6)固定在一转动轴(7)上，该转动轴(7)固定于底板(1)的后端、且其两端均设有滚动轮(8)；所述转向机构包括设于底板(1)前端的转向轮(9)，该转向轮(9)上设有一转向轴(10)，该转向轴(10)通过球关节(14)铰接有一曲柄摇杆机构(11)，所述曲柄摇杆机构(11)一端通过球关节(14)镶嵌于驱动齿轮(5)开设的凹槽内，所述曲柄摇杆机构(11)上还设有可调节长度的千分尺测微头(12)；
所述车架是由航空铝合金材料制成的；
所述立筒(2)上均匀开设满观察孔(13)；
将势能块通过挂钩系住在柔性线绳上，柔性线绳绕过定滑轮(3)后从绕线轴(4)的小端向大端缠绕，将初始角度调整好的小车放置于竞赛场地上，此时势能块位于最高处，势能块刚下落时，绕线轴(4)的半径最大，起始转矩最大，有利于启动，起动后，随着绕线轴(4)半径变小，转速提高，转矩变小，当转矩和阻力矩平衡时，小车匀速行驶，而后随着绕线轴(4)半径的减小，转矩越来越小与阻力矩，小车缓慢减速直到停止，当停止时势能块正好接触小车，这样可以避免势能块与小车碰撞而损失较大的能量，在整个过程中看，重力势能完全转化为小车运动过程的动能，使小车行进得更远。
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