CN109011625A - 一种基于凸轮转向机构的“s”型轨迹无碳小车 - Google Patents

Abstract

本发明设计一种基于凸轮转向机构的“S”型轨迹无碳小车，包括前轮螺杆1，前轮轴2，前轮3，转向支架4，弹簧5，弹簧摆杆6，转向杆7，凸轮摆杆8，驱动齿轮9，绕线轴10，轴承盖11，齿轮轴右侧轴承12，齿轮轴13，右后轮14，凸轮15，左后轮轴承座16，左后轮17，车体底板18，前轮螺杆微调螺栓19，橡胶套20，微调槽21。当重物下落时，绕线轴产生动力带动大齿轮和凸轮旋转，大齿轮带动小齿轮使得后轮旋转，小车向前移动，同时凸轮带动转向杆来回摆动，转向杆控制设置于底板的小车前轮摆动，实现小车转向。相比于现有的技术，本发明的无碳小车后轮采用差动连接，避免了小车在转向过程中的来回摆动，并且运用凸轮转向机构，结构简单，提高精度的同时节省材料成本和车体空间。

Description

一种基于凸轮转向机构的“S”型轨迹无碳小车

技术领域

本发明涉及无碳小车控制技术领域，特别涉及一种基于凸轮转向机构的“S”型轨迹无碳小车。

背景技术

随着世界上能源存储量的不断减少，人们的节能环保意识逐步提高，而无碳理念也逐渐成为人们研究的议题。

其中，无碳小车是一种通过将重力势能转化为动能从而驱动小车按照特定轨迹进行行驶的机械装置。重力势能是驱动无碳小车的唯一能量，可减少使用有机能源带来的污染，实现节能减排目的。

现有技术中，走“S”形轨迹无碳小车设计的关键是如何充分利用有限的重力能量使得无碳小车能够平稳地按照特定的S形轨迹行进更多的循环圈数以及实现桩距和半径的微调。而现有技术中的传动转向机构结构复杂，稳定性较差，微调过程繁复且困难，因此，对S形轨迹无碳小车进行简化转向机构以及平稳行进具有重要意义。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种结构简单且可实现S形轨迹的无碳小车，旨在提高无碳小车转向过程的便捷性和转弯时的稳定性。

为实现上述目的，本发明提出的一种基于凸轮转向机构的S形轨迹无碳小车，所述小车包括水平设置的车体底板，所述车体底板顶面左侧边缘设有左后轮轴承座和左驱动齿轮轴承座，所述车体底板顶面右侧边缘设有右后轮轴承座和右驱动齿轮轴承座，所述车体底板顶面中部偏左处设有齿轮轴左侧轴承座，所述右后轮轴承座顶面与齿轮轴右侧轴承底面相连，所述齿轮轴左侧轴承座顶面与齿轮轴左侧轴承底面相连，所述左后轮轴承座顶面与左后轮轴承底面相连，所述左后轮轴承座向外设有左后轮，所述右后轮轴承座向外设有右后轮，所述小车设有齿轮轴和绕线轴，所述齿轮轴的两端分别与齿轮轴左侧轴承和所述齿轮轴右侧轴承相连，所述绕线轴两端分别被所述左驱动齿轮轴承座和所述右驱动齿轮轴承座支撑，其特征在于，所述绕线轴外周面设有驱动齿轮，所述齿轮轴外周面设有与所述驱动齿轮啮合传动的从动齿轮，所述绕线轴外周面还设有凸轮，所述凸轮左侧设有凸轮轴套，所述凸轮轴套固定凸轮随所述绕线轴旋转；所述底板前轮的顶面相连有转向杆和转向支架，所述转向杆朝向所述凸轮的一侧连接凸轮摆杆，所述转向杆的另一侧设有弹簧摆杆，所述弹簧摆杆通过弹簧连接所述转向支架，所述转向杆可控制设置于底板底面的前轮进行摆动。

优选地，所述绕线轴中部设有绕线阶梯轴筒，所述绕线阶梯轴筒与用于牵拉重锤的线缆一端相连。

优选地，所述齿轮轴和绕线轴两端设有用于限位的轴承盖。

优选地，所述齿轮轴与右后轮相连，所述左后轮与车体相连。

优选地，所述转向杆靠近转向支架一端的所述转向轴右侧面设有限位弹簧，所述限位弹簧右侧固定在所述转向支架左侧。

优选地，所述转向杆下方固定有所述小车前轮，所述小车前轮最大摆动角为55°。

本发明设计方案通过采用后轮轴差动连接，左后轮为从动轮，右后轮与齿轮轴相连为驱动轮，可使得小车在转向过程更加平稳。本发明设计方案通过采用驱动齿轮与凸轮同轴设计，驱动齿轮旋转带动凸轮旋转，凸轮通过凸轮摆杆、转向杆、弹簧以及弹簧摆杆进行传动，使得前轮在一定时间周期内按照一定规律进行摆动，从而使得无碳小车可绕“S”形的轨迹进行行驶。同时，可通过螺纹杆的偏转进行前轮的摆角调整，可使得前轮摆动角度更加便捷。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明无碳小车的立体结构示意图。

图2为本发明无碳小车的俯视图。

附图标号说明：

图1中：1-前轮螺杆；2-前轮轴；3-前轮；4-转向支架；5-弹簧；6-弹簧摆杆；7-转向杆；8-凸轮摆杆；9-驱动齿轮；10-绕线轴；11-轴承盖；12-齿轮轴右侧轴承；13-齿轮轴；14-右后轮；15-凸轮；16-左后轮轴承座；17-左后轮；18-车体底板；19-前轮螺杆微调螺栓；20-橡胶套；21-微调槽；

图2中：22-右后轮轴承座；23-齿轮轴左侧轴承座；24-轴套；25-左后轮轴；26-凸轮轴套；27-左驱动齿轮轴承座；28-右驱动齿轮轴承座；29-左后轮轴承；30-齿轮轴左侧轴承；31-支撑盘底座孔；32-驱动齿轮左侧轴承；33-驱动齿轮右侧轴承；34-绕线阶梯轴筒。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提出一种基于凸轮转向机构的“S”型轨迹无碳小车，参见图1，本发明实施例的无碳小车包括水平设置的车体底板18，车体底板18顶面左侧边沿设有左后轮轴承座16，车体底板18顶面右侧边沿设有右后轮轴承座22，车体底板18顶面中部靠左侧位置设有齿轮轴左侧轴承座23，左后轮轴承座16顶面与左后轮轴承29底面相连，右后轮轴承座22顶面与齿轮轴右侧轴承12底面相连，齿轮轴左侧轴承座23顶面与齿轮轴左侧轴承30底面相连，左后轮轴25两端分别与左后轮17和左后轮轴承29相连，右后轮轴承座22向外设有右后轮14，无碳小车设有齿轮轴13、左后轮轴25以及绕线轴10，齿轮轴13同时穿过齿轮轴左侧轴承30和齿轮轴右侧轴承12后，齿轮轴13的右端与右后轮14相连，左后轮轴25的左侧与左后轮17相连，无碳小车的绕线轴10两端分别与驱动齿轮左侧轴承32和驱动齿轮右侧轴承33相连，上述所有轴承外部都有相同规格的轴承盖11，轴承盖11与轴承座相连固定齿轮轴13、左后轮轴25以及绕线轴10的轴向自由度。本发明实施例的无碳小车的绕线轴10靠右侧位置设有驱动齿轮9，而齿轮轴13上的从动齿轮与驱动齿轮9啮合传动。绕线轴10靠左侧位置还设有可随绕线轴旋转的凸轮15，凸轮15左侧设有固定在绕线轴10上的凸轮轴套26。车体底板18顶面前轮3位置处设有可旋转的转向杆7，转向杆7靠近凸轮位置设有可随凸轮15转动而摆动的凸轮摆杆8，转向杆7另一侧设有弹簧摆杆6，车体底板18顶面靠近转向杆7位置处设有转向支架4，转向支架4约束转向杆7绕中心轴线旋转，弹簧摆杆6右侧设有弹簧5，弹簧5两端分别约束弹簧摆杆6和转向支架4。位于车体底板18的前端，前轮3通过前轮轴2与底板33相连，而前轮3可绕前轮轴2进行摆动。转向杆7摆动带动前轮轴2摆动，从而使得前轮3进行在一定角度范围内进行摆动，前轮3偏转于车体底板18中心线一定角度，前轮3左侧和右侧分别设有橡胶塞20，前轮内含有滚动轴承(图上未标示)，前轮轴2下端两侧设有微调槽21，前轮螺杆1穿过前轮3、橡胶塞20以及微调槽21，前轮螺杆1两端设有前轮螺杆微调螺栓19固定在前轮轴2上，前轮螺杆1在微调槽21中滑动，从而实现微调小车前轮3的偏转角度。

请参见图1、图2，具体地，本发明实施例中，绕线轴10中部设有用于缠绕线缆的绕线阶梯轴筒34，绕线阶梯轴筒34的外周面设有阶梯轴段，并且绕线阶梯轴筒34与用于牵拉重锤的线缆一端相连。左后轮17与右后轮14并不在同一个轴上，左后轮17与左后轮轴25相连，右后轮14与齿轮轴13相连。

本发明实施例实现基于凸轮转向机构的“S”型轨迹无碳小车的工作原理参见图1、图2，试验人员首先将设置有重锤的支架(图上未标示)安装于车体底板18上的支架支撑盘底座孔31上，并且通过栓接将支架与车体底板18固定相连。然后将重锤的松开相应的固定关系结构，使得重锤缓缓向下下落，因为用于牵拉的线缆一端是与重锤绑定，而线缆另一端则与绕线阶梯轴筒34相连。随着重锤的不断下降，原本缠绕在绕线阶梯轴筒34外圆周面的线缆不断离开绕线阶梯轴筒34的圆周面，并且线缆对绕线轴10的外圆周面产生牵引力，使得绕线阶梯轴筒34关于绕线轴10中心轴线进行旋转，绕线阶梯轴筒34带动绕线轴10旋转，并且绕线轴10带动驱动齿轮9旋转，驱动齿轮9通过啮合传动带动齿轮轴13进行旋转，齿轮轴13带动右后轮14旋转，设置于绕线轴10上由凸轮轴套26固定的凸轮15，因此凸轮15随着绕线轴10旋转后绕着轴线旋转。

因为凸轮15的旋转半径不断变化，使得靠近凸轮位置的凸轮摆杆8随凸轮15的转动而摆动，凸轮摆杆8的摆动带动转向杆7旋转和弹簧摆杆6的摆动，弹簧摆杆6的摆动被固定在转向支架4的弹簧5控制，当弹簧摆杆6摆动到特定位置后由弹簧5拉回来，实现弹簧摆杆6按照一定的规律进行摆动，从而带动转向杆7按一定规律往复旋转，转向杆7旋转带动小车前轮3来回摆动，使得无碳小车的行驶过程中按照“S”形的轨迹进行前进。

另外，为了调整前轮3的摆动角度，可以通过调整前轮螺杆1在微调槽21内的位置，相应地，这已经调整了前轮3的偏转角度。其中，试验人员只需通过简单地偏转前轮螺杆1在微调槽21的位置即可方便且准确地实现前轮1摆动角度调整，从而满足不同的桩距轨迹行驶。

本发明设计方案通过采用后轮轴差动连接，左后轮为从动轮，右后轮与齿轮轴相连为驱动轮，可使得小车在转向过程更加平稳。本发明设计方案通过采用驱动齿轮与凸轮同轴设计，驱动齿轮旋转带动凸轮旋转，凸轮通过凸轮摆杆、转向杆、弹簧以及弹簧摆杆进行传动，使得前轮在一定时间周期内按照一定规律进行摆动，从而使得无碳小车可绕“S”形的轨迹进行行驶。同时，可通过螺纹杆的偏转进行前轮的摆角调整，可使得前轮摆动角度更加便捷。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种基于凸轮转向机构的S形轨迹无碳小车，所述小车包括水平设置的车体底板，所述车体底板顶面左侧边缘设有左后轮轴承座和左驱动齿轮轴承座，所述车体底板顶面右侧边缘设有右后轮轴承座和右驱动齿轮轴承座，所述车体底板顶面中部偏左处设有齿轮轴左侧轴承座，所述右后轮轴承座顶面与齿轮轴右侧轴承底面相连，所述齿轮轴左侧轴承座顶面与齿轮轴左侧轴承底面相连，所述左后轮轴承座顶面与左后轮轴承底面相连，所述左后轮轴承座向外设有左后轮，所述右后轮轴承座向外设有右后轮，所述小车设有齿轮轴和绕线轴，所述齿轮轴的两端分别与齿轮轴左侧轴承和所述齿轮轴右侧轴承相连，所述绕线轴两端分别被所述左驱动齿轮轴承座和所述右驱动齿轮轴承座支撑，其特征在于，所述绕线轴外周面设有驱动齿轮，所述齿轮轴外周面设有与所述驱动齿轮啮合传动的从动齿轮，所述绕线轴外周面还设有凸轮，所述凸轮左侧设有凸轮轴套，所述凸轮轴套固定凸轮随所述绕线轴旋转；所述底板前轮的顶面相连有转向杆和转向支架，所述转向杆朝向所述凸轮的一侧连接凸轮摆杆，所述转向杆的另一侧设有弹簧摆杆，所述弹簧摆杆通过弹簧连接所述转向支架，所述转向杆可控制设置于底板底面的前轮进行摆动。

2.如权利要求书1所述的无碳小车，其特征在于，所述绕线轴中部设有绕线阶梯轴筒，所述绕线阶梯轴筒与用于牵拉重锤的线缆一端相连。

3.如权利要求书1所述的无碳小车，其特征在于，所述齿轮轴和绕线轴两端设有用于限位的轴承盖。

4.如权利要求书1所述的无碳小车，其特征在于，所述齿轮轴与右后轮相连，所述左后轮与车体相连。

5.如权利要求书1所述的无碳小车，其特征在于，所述转向杆靠近转向支架一端的所述转向轴右侧面设有限位弹簧，所述限位弹簧右侧固定在所述转向支架左侧。

6.如权利要求书5所述的无碳小车，其特征在于，所述转向杆下方固定有所述小车前轮，所述小车前轮最大摆动角为55°。