CN107670296B - 一种基于重力势能驱动的8字无碳小车 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于重力势能驱动的8字无碳小车，它解决了现有技术中无碳小车灵活性差、大角度转弯容易滑移，且微调机构不易调节的问题，具有结构简单，易于装配，成本低廉，运行稳定的有益效果，其方案如下：一种基于重力势能驱动的8字无碳小车，车架，包括支架轴，支架轴底部设于底板，顶部设置定滑轮；驱动机构，包括与牵引绳一端连接的悬挂物，牵引绳另一端绕过定滑轮与主动轴连接，主动轴通过齿轮传动件带动长齿轮轴旋转；转向机构；行驶机构，包括前转向轮和两个后主动轮，前转向轮通过前叉固定架与底板固定，两个后主动轮分别设于长齿轮轴的两侧。

Description

一种基于重力势能驱动的8字无碳小车

技术领域

本发明涉及无碳小车技术领域，特别是涉及一种基于重力势能驱动的8字无碳小车及转向机构。

背景技术

无碳小车是仅依靠重力势能驱动小车行走及转向的小车。该小车在行走时可以自动避开行驶道上固定间距的障碍物，运动轨迹为“8”字型。面对煤炭资源的减少,无碳的理念越来越得到人们的重视，无碳小车把重力势能转换成机械能,真正达到了节能环保的目的。现有的无碳小车存在着许多不足，有些结构复杂、不易加工、装配困难、制造成本高，有些车身过重、灵活性差，大角度转弯发生滑移甚至侧翻，有些调节机构不能对转向机构进行微调，增加了调试的难度。因此具有结构简单、易于装配，设计合理、成本低、可对转向机构进行微调的无碳小车是目前“8”字无碳小车技术的主要研究方向，具有重要的理论意义和工程实用价值。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种8字无碳小车用转向机构，该转向机构采用内凸轮与直线导轨配合，产生的冲击力更小，避免了转向时由于冲击力带来的不稳定现象，且直线导轨、内凸轮的加工也较为方便。

一种8字无碳小车用转向机构的具体方案如下：

一种8字无碳小车用转向机构，包括：

与无碳小车前转向轮连接的滑杆，滑杆相对于前转向轮可旋转设置，滑杆开有滑槽，滑杆头在滑槽内移动，滑杆头的侧部与用于调节无碳小车转角幅度的微调机构连接，微调机构的另一端设置推杆，推杆与直线导轨的一端连接，直线导轨内侧与内凸轮的凹槽固定，内凸轮与用于带动无碳小车后主动轮旋转的驱动机构连接。

该转向机构中，内凸轮转动，带动直线导轨移动，通过滑杆头从而使滑槽发生摆动控制前转向轮的转角，利用内凸轮与直线导轨的配合实现将旋转运动转化为直线往返运动，与传统的依靠不完整齿轮和蜗轮蜗杆结构进行转向相比，采用内凸轮与直线导轨组合产生的冲击力更小，避免了转向时由于冲击力带来的不稳定现象，且直线导轨为标准件，内凸轮的加工也较为方便，减少了加工难度与装配难度，简化了结构从而提高了转向机构的可靠性。

所述直线导轨内侧设置滑轴，滑轴设于内凸轮凹槽内且二者为滚动摩擦，且滑轴与内凸轮凹槽间隙配合。

所述微调机构包括调节块，调节块为L型形状，调节块内设置用于推杆穿过的第一通孔和用于滑杆头侧部穿过的第二通孔，推杆在调节块内侧设置定位螺母，在调节块外侧设置调节螺母，通过调节微调机构可以改变滑槽摆角幅度从而改变前转向轮的转角幅度实现微调功能。

所述调节螺母端侧设置刻度盘，刻度盘上的读数能够反映出微调的角度，通过这种量化的微调形式更能够实现对微调机构的精准调节。

所述推杆包括两段，一段与所述的直线导轨固定，且该段直径尺寸大于另一段直径尺寸，另一段设于调节块内，纵向刻度盘设于推杆端部。

所述滑杆头设于一基座，基座设于滑杆头的底部，基座的侧部设置长杆，长杆穿过所述的调节块设置，长杆与推杆垂直设置，二者在调节块内上下设置，长杆端部设置横向刻度盘。

为了克服现有技术的不足，本发明还提供了一种基于重力势能驱动的8字无碳小车，包括：

车架，包括支架轴，支架轴底部设于底板，顶部设置定滑轮；

驱动机构，包括与牵引绳一端连接的悬挂物(重物)，牵引绳另一端绕过定滑轮与主动轴连接，主动轴通过齿轮传动件带动长齿轮轴旋转；

所述的转向机构；

行驶机构，包括前转向轮和两个后主动轮，前转向轮通过前叉固定架与底板固定，两个后主动轮分别设于长齿轮轴的两侧，还包括短齿轮轴，这样主动轴将力传递给短齿轮轴，再传递给长齿轮轴，短齿轮轴与内凸轮固定，短齿轮轴的高度低于主动轴设置。

所述底板设置导轨座，导轨座竖直设置，导轨座用于直线导轨的滑动。

所述主动轴为阶梯轴，主动轴的端部、长齿轮轴的端部均通过支撑架进行支撑，支撑架设于底板两侧，其中内凸轮设于一后从动轮支撑架外侧，通过绕线在不同直径的轴上，牵引绳从直径粗的部分绕到直径细的部分，可以改变小车行驶的初速度，便于小车的启动。

所述支架轴设有至少三根，其中两根支架轴顶部设置连杆以支撑所述的定滑轮，悬挂物设于支架轴的中心，且悬挂物的设于前转向轮与后主动轮之间，前转向轮通过前转向轮支架固定，前转向轮支架通过转轴与滑杆固定，前转向轮支架通过两个滚动轴承与前叉固定架连接，前叉固定架设于前转向轮支架上部，且前叉固定架与底板固定，前叉固定架为L型形状。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1本发明的无碳小车，采用微调机构对小车的转角幅度进行调节，其中横向和纵向均可进行调节，且调节时并非现有的盲目式调节，本发明调节横向调节螺母与纵向调节螺母时均有刻度盘跟随转动，刻度盘上的读数能够反映出微调的角度，通过这种量化的微调形式更能够实现对微调机构的精准调节。

2本发明的无碳小车，利用内凸轮与直线导轨的配合实现将旋转运动转化为直线往返运动，与传统的依靠不完整齿轮和蜗轮蜗杆结构进行转向相比，采用内凸轮与直线导轨组合产生的冲击力更小，避免了转向时由于冲击力带来的不稳定现象，且直线导轨，内凸轮的加工也较为方便，减少了加工难度与装配难度，简化了结构从而提高了转向机构的可靠性。

3本发明的无碳小车，微调机构的调节块在横向和纵向均用两个螺母进行锁紧定位，其中一个是定位螺母，另一个是调节螺母，采用双螺母夹紧定位避免了调节块在横向和纵向上的位移，提高了微调结构的刚度，减少了微调结构装配带来的误差。

4本发明的无碳小车，主动轴绕线部分为阶梯轴形式，通过绕线在不同直径的轴上，可以改变小车行驶的初速度，便于小车的启动。

5本发明的无碳小车，并未采用较为复杂的机械组合，均采用合理易行简洁的方案，减少了小车的加工难度，装配难度，在节约成本的同时提高了无碳小车整体结构的可靠性。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本发明8字无碳小车车架结构示意图；

图2为本发明8字无碳小车驱动机构结构示意图；

图3为本发明8字无碳小车转向机构结构示意图；

图4为本发明8字无碳小车微调机构结构示意图；

图5为本发明基于重力势能驱动的8字无碳小车整体结构示意图；

图1中，1、重物支架轴，2、细线，3、定滑轮，4、重物，5、小轴承座，6、后从动轮，7、大轴承座右，8、底板，9、前转向轮，10、前叉固定架，11、导轨座，12、滚动轴承，13、大轴承座左，14、后主动轮；

图2中，15、16齿左齿轮，16、32齿齿轮，17、短齿轮轴，18、16齿右齿轮，19、长齿轮轴，20、64齿齿轮，21、主动轴；

图3中，22、内凸轮，23、直线导轨，24、推杆，25、微调机构，26、滑槽，27、前转向轮转向轴承，28、前转向轮支架；

图4中，29、纵向定位螺母，30、调节块，31、横向定位螺母，32、滑杆头，33、螺钉，34、纵向刻度盘，35、纵向调节螺母，36、横向调节螺母，37横向刻度盘。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种基于重力势能驱动的8字无碳小车。

本申请的一种典型的实施方式中，一种8字无碳小车用转向机构，包括与无碳小车前转向轮连接的滑杆，滑杆相对于前转向轮可旋转设置，滑杆开有滑槽，滑杆头在滑槽内移动，滑杆头的侧部与用于调节无碳小车转角幅度的微调机构连接，微调机构的另一端设置推杆，推杆与直线导轨的一端连接，直线导轨内侧与内凸轮的凹槽固定，内凸轮与用于带动无碳小车后主动轮旋转的驱动机构连接。

该转向机构中，内凸轮转动，带动直线导轨移动，通过滑杆头从而使滑槽发生摆动控制前转向轮的转角，利用内凸轮与直线导轨的配合实现将旋转运动转化为直线往返运动，与传统的依靠不完整齿轮和蜗轮蜗杆结构进行转向相比，采用内凸轮与直线导轨组合产生的冲击力更小，避免了转向时由于冲击力带来的不稳定现象，且直线导轨为标准件，内凸轮的加工也较为方便，减少了加工难度与装配难度，简化了结构从而提高了转向机构的可靠性。

所述直线导轨内侧设置滑轴，滑轴设于内凸轮凹槽内且二者为滚动摩擦，且滑轴与内凸轮凹槽间隙配合。

所述微调机构包括调节块，调节块内设置用于推杆穿过的第一通孔和用于滑杆头侧部穿过的第二通孔，推杆在调节块内侧设置定位螺母，在调节块外侧设置调节螺母，通过调节微调记过可以改变滑槽摆角幅度从而改变前转向轮的转角幅度实现微调功能。

所述调节螺母端侧设置刻度盘，刻度盘上的读数能够反映出微调的角度，通过这种量化的微调形式更能够实现对微调机构的精准调节。

所述推杆包括两段，一段与所述的推杆固定，且该段尺寸大于另一段尺寸。

所述滑杆头设于一基座，基座设于滑杆头的底部，基座的侧部设置长杆，长杆穿过所述的调节块设置，长杆与推杆垂直设置，二者在调节块内上下设置。

为了克服现有技术的不足，本发明还提供了一种基于重力势能驱动的8字无碳小车，该无碳小车将重力势能转化为小车前进的动能，再通过自动转向装置实现两定点之间的“8”字型循环运动，所设计的无碳小车具有结构简单，易于装配，成本低廉，运行稳定和可对转向机构进行微调等优点。

一种基于重力势能驱动的8字无碳小车，包括车架、驱动机构，转向机构和微调机构。

所述车架包括底板8、重物支架、车轮、导轨座、齿轮轴座；所述重物支架包括重物支架轴1和定滑轮3，重物通过牵引线如细线2绕过定滑轮3与主动轴21相连；所述车轮包括前转向轮9、后主动轮14和后从动轮6，后主动轮14和后从动轮6位于前转向轮两侧，且关于前转向轮对称分布，其中前转向轮9负责调节转向，后主动轮14与长齿轮轴19固连，用于传递动力，后从动轮6与长齿轮轴通过轴承联接，以实现对小车转弯过程中的差速调节。

驱动机构包括重物4、齿轮轴、齿轮和内凸轮；所述齿轮轴包括主动轴21、长齿轮轴19、短齿轮轴17，内凸轮22与主动轴21固定且设于支撑架的外侧，主动轴21与悬挂重物4的细线2相连，短齿轮轴17一侧与内凸轮22固连，长齿轮轴19一侧与后主动轮14固连，另一侧通过轴承与后从动轮6相连；齿轮包括一个64齿齿轮20、一个32齿齿轮16、一个16齿左齿轮15、一个16齿右齿轮18，其中主动轴上一侧固定64齿齿轮，另一侧固定16齿左齿轮15，长齿轮轴19上固定16齿右齿轮18，短齿轮轴上固定32齿齿轮16。

转向机构包括直线导轨23、推杆24、微调机构25和滑槽26和前转向轮支架28，导轨轴线与内凸轮22回转中心位于同一直线，直线导轨23通过导轨座11与底板8相连，导轨座11为带有凹槽的支撑座，推杆24固定于直线导轨23上，推杆24与微调机构连接，推杆24前后移动带动滑槽26摆动，滑槽26与前转向轮支架28固定，通过调节微调机构可以改变滑槽的摆动幅度，从而改变前转向轮9的转向范围。

微调机构包括调节块30、螺钉33、滑杆头32、螺母和刻度盘；所述螺母包括调节螺母和定位螺母；调节调节螺母时，推杆可以沿着调节块30中加工好的内孔纵向移动，螺钉33可以沿着调节块30中加工好的内孔横向移动，调节时需要先调节定位螺母，然后调节调节螺母，在合适的位置时再拧紧定位螺母，对调节块实现两侧螺母夹紧定位；所述刻度盘包括横向刻度盘37和纵向刻度盘34，横向刻度盘37与横向调节螺母36固连，纵向刻度盘34与纵向调节螺母29固连，旋转调节螺母时，刻度盘也随之转动，由于刻度盘上分布有环形均匀刻度，所以在进行微调时可以对调节螺母进行定量调节，提高了微调机构的可靠性。

根据如图1所示的无碳小车车架结构示意图，设计的关键在于重物支架轴1中的空隙不能过大或者过小，过大会使重物4在小车运动过程中的晃动得不到有效限制，过小会使重物4下滑的过程中受到较大的摩擦力，且在安装时要保证重物支架轴1垂直于底板8，大轴承座右7、大轴承座左13和小轴承座5在安装时不仅要保证轴承座与底板8之间的垂直度还要保证各轴承内孔的同轴度，避免零件在装配时产生不必要的应力，后主动轮14与长齿轮轴19一端固定连接用于传递动力，后从动轮6与长齿轮轴19的另一端采用滚动轴承联接，可以避免小车转弯时后轮的速度不同产生的打滑现象。

如图2所示，细线2通过定滑轮3固定于主动轴21上，主动轴21上固定有16齿左齿轮15和64齿齿轮20，长齿轮轴19上固定有16齿右齿轮18，短齿轮轴17上固定有32齿齿轮16，各齿轮轴的安装均保证只能实现转动而不能实现轴向移动。且主动轴加工成阶梯轴，通过绕线在不同直径的轴上，为小车提供不同的运行初速度。

如图3所示，直线导轨23的一侧安装有滑轴，滑轴与内凸轮凹槽为间隙配合，且滑轴与凹槽之间为滚动摩擦，直线导轨23与底板8保持水平，其中心线与内凸轮22回转中心位于同一高度，滑杆头32与滑槽26之间为间隙配合，运动过程中产生滑动摩擦，前转向轮支架28通过两个滚动轴承与前叉固定架10连接，保证了前转向轮支架28轴线与底板8之间的垂直度。

如图4所示，推杆24纵向穿过调节块30，螺钉33横向穿过调节块30，横向刻度盘37与横向调节螺母36固定，纵向刻度盘34与纵向调节螺母35固定，旋动调节螺母带动刻度盘旋转，刻度盘上的刻度能够反映调节块30横向或轴向的微调距离，调节结束后调节块30横向和纵向两端均用定位螺母可调节螺母进行锁紧定位。

如图5所示，本发明的无碳小车除外购材料直线导轨23，滚动轴承12外，其余材料均采用铝合金加工，减少了加工难度，减轻了小车的整体重量。

基于重力势能驱动的8字无碳小车的工作原理是将带有绳索的重物通过定滑轮3固定在主动轴21上，随着重物的下落带动主动轴21旋转，然后通过齿轮传动将动力分别传送到长齿轮轴19和短齿轮轴17，长齿轮轴一侧固连有后主动轮14，另一侧通过轴承固定有后从动轮6，短齿轮轴17外侧与内凸轮22固连，内凸轮22转动带动直线导轨23和推杆24前后移动，从而使滑槽26发生摆动控制前轮支架28的转角，这样就实现了无碳小车的动力驱动和转向调节，通过调节微调结构可以改变滑槽摆角幅度从而改变前转向轮的转角幅度实现微调功能。最后使小车的行走轨迹为两段圆弧加两段直线的近8字型轨迹。

需要补充说明的是，上述描述结构的“长短”、“左右”、“横纵”等方位词是根据实施例附图所示或习惯而言的，是为了叙述方便，不代表该安装位置的唯一性和必须性。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种8字无碳小车用转向机构，其特征在于，包括：

与无碳小车前转向轮连接的滑杆，滑杆相对于前转向轮可旋转设置，滑杆开有滑槽，滑杆头在滑槽内移动，滑杆头的侧部与用于调节无碳小车转角幅度的微调机构连接，微调机构的另一端设置推杆，推杆与直线导轨的一端连接，直线导轨内侧与内凸轮的凹槽固定，内凸轮与用于带动无碳小车后主动轮旋转的驱动机构连接；

所述微调机构包括调节块，调节块内设置用于推杆穿过的第一通孔和用于滑杆头侧部穿过的第二通孔，推杆在调节块内侧设置定位螺母，在调节块外侧设置调节螺母，调节螺母包括、纵向调节螺母、横向调节螺母，纵向调节螺母用于调整调节块在推杆长度方向的位置，横向调节螺母用于调整调节块在滑杆长度方向的位置；

所述调节螺母端侧设置刻度盘，所述刻度盘包括横向刻度盘和纵向刻度盘，横向刻度盘与横向调节螺母固连，纵向刻度盘与纵向调节螺母固定连接；

所述直线导轨内侧设置滑轴，滑轴设于内凸轮凹槽内且二者之间为滚动摩擦。

2.根据权利要求1所述的一种8字无碳小车用转向机构，其特征在于，所述推杆包括两段，一段与所述的直线导轨固定，且该段直径尺寸大于另一段直径尺寸。

3.根据权利要求2所述的一种8字无碳小车用转向机构，其特征在于，所述滑杆头设于一基座，基座的侧部设置长杆，长杆穿过所述的调节块设置。

4.一种基于重力势能驱动的8字无碳小车，其特征在于，包括：

车架，包括支架轴，支架轴底部设于底板，顶部设置定滑轮；

驱动机构，包括与牵引绳一端连接的悬挂物，牵引绳另一端绕过定滑轮与主动轴连接，主动轴通过齿轮传动件带动长齿轮轴旋转；

根据权利要求1-3中任一项所述的转向机构；

行驶机构，包括前转向轮、后主动轮、后从动轮，前转向轮通过前叉固定架与底板固定，长齿轮轴一侧固连有后主动轮，另一侧通过轴承固定有后从动轮；后主动轮与长齿轮轴一端固定连接用于传递动力，后从动轮与长齿轮轴的另一端采用滚动轴承联接。

5.根据权利要求4所述的一种基于重力势能驱动的8字无碳小车，其特征在于，所述底板设置导轨座，导轨座用于直线导轨的滑动。

6.根据权利要求4所述的一种基于重力势能驱动的8字无碳小车，其特征在于，所述主动轴为阶梯轴。

7.根据权利要求4所述的一种基于重力势能驱动的8字无碳小车，其特征在于，所述支架轴设有至少三根，其中两根支架轴顶部设置连杆以支撑所述的定滑轮，悬挂物设于支架轴的中心，且悬挂物的设于前转向轮与后主动轮之间。

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