CN107596700A - 一种无碳小车动滑轮能量回收机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无碳小车动滑轮能量回收机构，包括牵引细绳，动滑轮，链接细绳，传动轴，固定绕线筒，滑动绕线筒总成，同步环总成和舵机总成。传动轴上设置有固定绕线筒和滑动绕线筒，链接细绳绕过动滑轮，两端分别缠绕在固定绕线筒和滑动绕线筒上，重物通过牵引细绳拉动动滑轮，使固定绕线筒或滑动绕线筒和传动轴同步旋转，从而驱动小车前进；舵机用于控制其固定绕线筒或滑动绕线筒与传动轴之间的动力切断与结合，满足小车的不同路段行驶需求，实现小车下坡时回收能量的功能。本发明具有的有益效果：使无碳小车传动结构简单化，上坡变速平稳，降低制造成本和安装精度，同时具备下坡能量回收能力，减小能量损失，增加小车行驶距离。

Description

一种无碳小车动滑轮能量回收机构

技术领域

本发明涉及重力势能驱动的无碳小车技术领域，具体涉及一种无碳小车动滑轮能量回收机构。

背景技术

随着经济的不断发展，绿色环保成为人们日益关注的话题，开发新型节能汽车成为社会长远发展的迫切需求，研究重力势能驱动的无碳小车可为其探索寻找方法。根据第五届全国工程训练综合能力竞赛要求，无碳小车需实现要障碍识别、轨迹判断、自动转向功能以及对上坡和下坡具有速度控制的制动功能。目前已有的竞赛类无碳小车大多采用齿轮传动，要求较高的制造成本和安装精度，传动复杂，易出现上坡变速不平稳的状况。并且现有的无碳小车下坡时多采用摩擦片刹车的方式减速，不具备下坡能量回收功能，能量损失大，从而使得在重力势能一定的情况下，小车行驶距离受限。

发明内容

本发明目的在于，针对目前无碳小车传动复杂，能量损失大，不具备下坡能量回收功能的问题，提供一种无碳小车动滑轮能量回收机构。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种无碳小车动滑轮能量回收机构，包括牵引细绳，动滑轮，链接细绳，传动轴，固定绕线筒，滑动绕线筒总成，同步环总成和舵机总成。所述传动轴上设置有固定绕线筒和滑动绕线筒，链接细绳绕过动滑轮，两端分别缠绕在固定绕线筒和滑动绕线筒上，重物通过牵引细绳绕过定滑轮与动滑轮相连，通过重物下降，拉动动滑轮上升，使固定绕线筒或滑动绕线筒和传动轴同步旋转，从而驱动小车前进。

优选地，所述传动轴两端分别安装有主动轮和从动轮，所述主动轮通过右轴套与传动轴固定连接，所述从动轮通过左轴套和位于左轴套里的两个深沟球轴承与传动轴实现独立运动，使小车转动灵活。

优选地，所述固定绕线筒与传动轴固连，细绳产生的力矩直接驱动小车行走。所述固定绕线筒绕绳半径大小具体数值为，当重物下落拉动动滑轮上升，仅以固定绕线筒作为动力输入时小车能以适当速度水平前行的绕绳半径大小。

优选地，所述滑动绕线筒总成包括滑动绕线筒、水平同步支柱、套筒和两个深沟球轴承。所述水平同步支柱安装在滑动绕线筒左端面，用于与同步环的垂直同步支柱结合传递扭矩，所述套筒安装在滑动绕线筒右边，用于定位滑动绕线筒有极限位置，所述两个深沟球轴承平行安装在滑动绕线筒中心，内圈与传动轴间隙配合，外圈与滑动绕线筒过盈配合，可使滑动绕线筒和轴承整体与传动轴发生相对转动和轴向滑动。

更优选地，所述滑动绕线筒的绕绳半径应比固定绕线筒的绕绳半径大，且所述滑动绕线筒绕绳半径大小具体数值为，当重物下落拉动动滑轮上升，以固定绕线筒和滑动绕线筒同时作为动力输入时小车能以适当速度上坡前行的绕绳半径大小，所述滑动绕线筒的初始绕绳圈数为小车能恰好走完上坡路程的绕绳圈数，从而使下坡时细绳反绕，实现能量回收的功能。

优选地，所述同步环总成包括同步环和垂直同步支柱，所述同步环位于所述滑动绕线筒左端，与传动轴固连，所述垂直同步支柱周向分布于所述同步环，使水平同步支柱更易于与其结合。所述水平同步支柱和垂直同步支柱具体数量分别为4，使换挡结合可靠。

优选地，所述舵机总成包括舵机和舵机臂，所述舵机用于控制固定绕线筒或滑动绕线筒与传动轴之间的动力切断与结合，满足小车的不同路段行驶需求，以及实现小车下坡时回收能量的功能。所述舵机臂为U字型，U槽与滑动绕线筒两圆端面间隙配合，换挡灵活。

更优选地，所述舵机臂的位置具有如下特点，在滑动绕线筒与同步环结合并和传动轴同步运动时，所述舵机臂不干扰所述滑动绕线筒和同步环的运动；在滑动绕线筒与同步环分离时，所述舵机臂与滑动绕线筒的水平同步支柱发生干涉，使滑动绕线筒与舵机一起相对于底板保持相对静止，滑动绕线筒不为传动轴传动动力。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.采用非齿轮传动结构，重物通过牵引细绳连接动滑轮，绕过动滑轮的链接细绳两端分别缠绕在固定绕线筒和滑动绕线筒上，平路行驶时，仅由固定绕线筒传递动力驱动小车前进，.上坡时，舵机控制滑动绕线筒与同步环结合，由固定绕线筒和滑动绕线筒共同传递动力，使小车获得大力矩上坡，使无碳小车传动结构简单化，上坡变速平稳，降低了制造成本和安装精度。

2.下坡时，滑动绕线筒上的缠绕细绳消耗完毕，由于在坡道上小车重力势能向下分力的驱动下，小车继续下滑，带动滑动绕线筒上的细绳开始相对于之前绕绳方向反向绕绳，由于固定绕线筒比滑动绕线筒小，所以滑动绕线筒将重物反向提升，从而实现能量回收，使无碳小车具备下坡能量回收能力，减小能量损失，增加小车行驶距离。

3.小车下坡结束，恢复为之前平路状态，设置不同的起始绕绳圈数，无碳小车能在任意位置的坡道上顺利完成上下坡并实现能量回收功能，使小车能够适应更多的坡道类型。

附图说明

图1为本发明一种无碳小车动滑轮能量回收机构立体结构示意图。

图2为本发明一种无碳小车动滑轮能量回收机构处于平路行驶时的正视结构示意图。

图3为本发明一种无碳小车动滑轮能量回收机构处于上坡和下坡行驶时的俯视结构示意图。图中标记：1-牵引细绳，2-动滑轮，3-链接细绳，4-传动轴，5-固定绕线筒，6-滑动绕线筒总成，7-同步环总成，8-舵机总成，9-从动轮，10-左轴套，11-支座，12-重物，13-定滑轮，14-水平同步支柱，15-垂直同步支柱，16-同步环，17-右轴套，18-套筒，19-滑动绕线筒，20-主动轮，21-舵机臂，22-舵机，23-底板，24-深沟球轴承。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明作详细说明。

请参阅图1，图2，图3，本发明提供一种无碳小车动滑轮能量回收机构，包括牵引细绳1，动滑轮2，链接细绳3，传动轴4，固定绕线筒5，滑动绕线筒总成6，同步环总成7和舵机总成8。传动轴4上设置有固定绕线筒5和滑动绕线筒19，链接细绳3绕过动滑轮2，两端分别缠绕在固定绕线筒5和滑动绕线筒19上，重物12通过牵引细绳1绕过定滑轮13与动滑轮2相连，通过重物12下降，拉动动滑轮2上升，使固定绕线筒5或滑动绕线筒19和传动轴4同步旋转，从而驱动小车前进。传动轴4两端分别安装有主动轮20和从动轮9，所述主动轮20通过右轴套17与传动轴4固定连接，所述从动轮9通过左轴套10和位于左轴套10里的两个深沟球轴承24与传动轴4实现独立运动，使小车转动灵活。

优选地，固定绕线筒5与传动轴4固连，运动过程中始终传动动力。

优选地，滑动绕线筒总成6包括滑动绕线筒19、水平同步支柱14、套筒18和两个深沟球轴承24。水平同步支柱14安装在滑动绕线筒19左端面，用于与同步环16的垂直同步支柱15结合传递扭矩，套筒18安装在滑动绕线筒19右边，用于定位滑动绕线筒19有极限位置。两个深沟球轴承24平行安装在滑动绕线筒19中心，内圈与传动轴4间隙配合，外圈与滑动绕线筒19过盈配合，可使滑动绕线筒19和轴承整体与传动轴4发生相对转动和轴向滑动。

优选地，同步环总成7包括同步环16和垂直同步支柱15，同步环16位于滑动绕线筒19左端，与传动轴4固连，所述垂直同步支柱15周向分布于同步环16，使水平同步支柱14更易于与其结合。

优选地，舵机总成8包括舵机22和舵机臂21，所述舵机22用于控制固定绕线筒5或滑动绕线筒19与传动轴4之间的动力切断与结合，满足小车的不同路段行驶需求，以及实现小车下坡时回收能量的功能。所述舵机臂21为U字型，U槽与滑动绕线筒两圆端面间隙配合，换挡灵活。舵机臂21的位置具有如下特点，在滑动绕线筒19与同步环16结合并和传动轴4同步运动时，所述舵机臂21不干扰所述滑动绕线筒19和同步环16的运动；在滑动绕线筒19与同步环16分离时，所述舵机臂21与滑动绕线筒19的水平同步支柱14发生干涉，使滑动绕线筒19与舵机22一起相对于底板保持相对静止，滑动绕线筒19不为传动轴4传动动力。

本发明的工作原理及过程：

初始状态下，小车重物12位于最顶端，具有最高的重力势能，动滑轮2位于最低端，固定绕线筒5绕上数圈细绳，用于整个小车过程中驱动小车前进，而滑动绕线筒19的初始绕绳圈数则为小车能恰好走完上坡路程的绕绳圈数。滑动绕线筒19的位置在舵机臂21的控制下位于右位，如图2所示，此时滑动绕线筒19的水平同步支柱14与同步环16的垂直同步支柱15分离，水平同步支柱14与舵机臂21发生干涉，滑动绕线筒19相对于底板23静止。

固定绕线筒5始终驱动传动轴4转动，滑动绕线筒19则受舵机22控制，从而为小车提供三种行驶模式选择，即保持不动进行平路行驶，转动增大力矩上坡行驶，以及转动进行具有能量回收功能的下坡行驶。

如图2所示，无碳小车平路行驶时，在初始状态的基础上，仅由固定绕线筒5提供驱动力驱动小车前进，滑动绕线筒19保持不动，不传递动力，位置保持初始状态。

如图3所示，无碳小车上坡行驶时，在平路行驶的基础上，控制舵机22，使舵机臂21向左转动，带动滑动绕线筒19向左运动，直至水平同步支柱14与同步环16的垂直同步支柱15结合，且舵机臂21与滑动绕线筒19无干涉。此时，滑动绕线筒19开始转动，并通过同步环16和传动轴4同步转动，配合固定绕线筒5提供的动力获得大扭矩，驱动小车进行上坡行驶。在上坡行驶结束时，滑动绕线筒19上的缠绕细绳刚好消耗完毕，且细绳固定于滑动绕线筒19上。

如图3所示，无碳小车下坡行驶时，在上坡行驶结束的基础上，舵机臂21和滑动绕线筒19位置保持不变，此时滑动绕线筒19不再提供动力，固定绕线筒5依旧提供动力，并在斜面上加速下滑，由于滑动绕线筒19与同步环16处于结合状态，所以传动轴4的转动会带动滑动绕线筒19同步转动，并开始使细绳反向缠绕于滑动绕线筒19上，又因为由于滑动绕线筒19绕绳半径比固定绕线筒5绕绳半径大，所以滑动绕线筒19的绕绳速度比固定绕线筒5的放绳速度大，使得链接细绳3开始向两端收紧，迫使动滑轮2下降，进而使得重物12得以被提升，在减慢了车速的同时，实现了小车下坡时能量的回收利用。

以上所述尽管已经阐述了本发明的实施例，但并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种无碳小车动滑轮能量回收机构，其特征在于：包括牵引细绳(1)，动滑轮(2)，链接细绳(3)，传动轴(4)，固定绕线筒(5)，滑动绕线筒总成(6)，同步环总成(7)和舵机总成(8)，所述传动轴(4)上设置有固定绕线筒(5)和滑动绕线筒(19)，链接细绳(3)绕过动滑轮(2)，两端分别缠绕在固定绕线筒(5)和滑动绕线筒(19)上，重物(12)通过牵引细绳(1)绕过定滑轮(13)与动滑轮(2)相连，通过重物(12)下降，拉动动滑轮(2)上升，使固定绕线筒(5)或滑动绕线筒(19)和传动轴(4)同步旋转，从而驱动小车前进。

2.根据权利要求1所述的一种无碳小车动滑轮能量回收机构，其特征在于：所述传动轴(4)两端分别安装有主动轮(20)和从动轮(9)，所述主动轮(20)通过右轴套(17)与传动轴(4)固定连接，所述从动轮(9)通过左轴套(10)和位于左轴套(10)里的两个深沟球轴承(24)与传动轴(4)实现独立运动，使小车转动灵活。

3.根据权利要求1所述的一种无碳小车动滑轮能量回收机构，其特征在于：所述固定绕线筒(5)与传动轴(4)固连，始终驱动传动轴(4)转动。

4.根据权利要求1所述的一种无碳小车动滑轮能量回收机构，其特征在于：所述滑动绕线筒总成(6)包括滑动绕线筒(19)、水平同步支柱(14)、套筒(18)和两个深沟球轴承(24)，所述水平同步支柱(14)安装在滑动绕线筒(19)左端面，用于与同步环(16)的垂直同步支柱(15)结合传递扭矩，所述套筒(18)安装在滑动绕线筒(19)右边，用于定位滑动绕线筒(19)有极限位置，所述两个深沟球轴承(24)平行安装在滑动绕线筒(19)中心，内圈与传动轴(4)间隙配合，外圈与滑动绕线筒(19)过盈配合，可使滑动绕线筒(19)和轴承整体与传动轴(4)发生相对转动和轴向滑动。

5.根据权利要求4所述的一种无碳小车动滑轮能量回收机构，其特征在于：所述滑动绕线筒(19)的绕绳半径大于固定绕线筒(5)的绕绳半径，且所述滑动绕线筒(19)的初始绕绳圈数为小车能恰好走完上坡路程的绕绳圈数，从而使下坡时链接细绳(3)反绕，实现能量回收的功能。

6.根据权利要求1所述的一种无碳小车动滑轮能量回收机构，其特征在于：所述同步环总成(7)包括同步环(16)和垂直同步支柱(15)，所述同步环(16)位于所述滑动绕线筒(19)左端，与传动轴(4)固连，所述垂直同步支柱(15)周向分布于所述同步环(16)。

7.根据权利要求1所述的一种无碳小车动滑轮能量回收机构，其特征在于：所述舵机总成(8)包括舵机(22)和舵机臂(21)，所述舵机(22)用于控制固定绕线筒(5)或滑动绕线筒(19)与传动轴(4)之间的动力切断与结合，所述舵机臂(21)为U字型，U槽与滑动绕线筒(19)两圆端面间隙配合。

8.根据权利要求7所述的一种无碳小车动滑轮能量回收机构，其特征在于：所述舵机臂(21)的位置具有如下特点，在滑动绕线筒(19)与同步环(16)结合并和传动轴(4)同步运动时，所述舵机臂(21)不干扰所述滑动绕线筒(19)和同步环(16)的运动；在滑动绕线筒(19)与同步环(16)分离时，所述舵机臂(21)与滑动绕线筒(19)的水平同步支柱(14)发生干涉，使滑动绕线筒(19)与舵机(22)一起相对于底板(23)保持相对静止，滑动绕线筒(19)不为传动轴(4)传动动力。