CN110585739B - 一种转向机构及无碳小车 - Google Patents

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杨通
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Abstract

本发明公开了一种转向机构及无碳小车，包括机架，所述机架上旋转连接有旋转轴承主轴，旋转轴承主轴上套设有旋转轴承上；旋转轴承主轴通过第一连接销与旋转轴承的轴承内套连接，第一连接销穿过旋转轴承的圆心，且旋转轴承所在平面与旋转轴承主轴非垂直设置；旋转轴承的轴承外套旋转连接在旋转支架上，旋转支架连接有转向输出轴；转向输出轴与旋转轴承主轴相互垂直设置；旋转支架穿过有横梁且与横梁旋转连接，横梁与机架固定连接。本发明运动体之间全部是轴承连接所以没有滑动摩擦，而且在满足最大转向偏角的范围内完全不会发生自锁，综合了高精度、低损耗、可微调、不自锁、无急回效应的优点，能够很大的改善小车的整体性能。

Description

一种转向机构及无碳小车
技术领域
本发明涉及无碳小车机构设计技术领域，特别涉及一种基于地球自转原理的无碳小车的“S”型转向机构。
背景技术
一种竞赛类无碳小车，要求：设计以4J重力势能为唯一能量来源的具有连续避障功能的三轮小车。4J的能量由1Kg标准砝码下落400mm获得，允许误差值为±2mm。赛道宽度为200mm，沿赛道中线由出发端开始每隔700mm至1300mm放置一个直径20mm高度200mm的尼龙棒。如果第一段间隔700mm，则第二段为1300mm，以2000mm为周期循环。竞赛小车前进时可以自动绕过赛道上的障碍，且行进过程中砝码不得从小车上掉落。目前已有的竞赛类无碳小车的转向机构有很多种，大致可分为曲柄摇杆机构，凸轮机构，正弦机构这几种，这些机构都比较传统也各有其致命的缺点，比如曲柄摇杆机构会存在急回效应，这会使小车转向不对称，从理论上就不能走正S曲线；凸轮机构无法微调，这对于调节小车轨迹来说，只能够更换凸轮，而且摩擦较大，成本较高；正弦机构由于用到了双槽轮，所以很容易自锁且摩擦较大所以需要极高的加工精度才能实现受力不大的转向。所以传统的机构不能兼备具有运行阻力小，不自锁，可微调，无急回效应的特点，然而这是此类无碳小车的关键所在。
发明内容
本发明的目的在于解决上述技术存在的问题，有必要设计一种新的转向机构。来提高小车的综合性能。本发明由于运动体之间全部是轴承连接所以没有滑动摩擦，而且在满足最大转向偏角的范围内完全不会发生自锁，输出转轴的左最大偏角与右最大偏角相等，且在当旋转轴承主轴输入转速恒定时，输出轴的回转速度关于中点完全对称。所以此转向机构相比于传统的转向机构而言。综合了高精度、低损耗、可微调、不自锁、无急回效应的优点，能够很大的改善小车的整体性能。
为了实现以上目的，本发明的技术方案如下：
一种转向机构，包括机架，所述机架上旋转连接有旋转轴承主轴2，旋转轴承主轴2上套设有旋转轴承19上；旋转轴承主轴2通过第一连接销17与旋转轴承19的轴承内套6连接，旋转轴承主轴2穿过轴承内套6的轴心且与第一连接销17垂直设置；第一连接销17穿过旋转轴承19的中心并处于旋转轴承19的回转平面上，且旋转轴承19所在平面与旋转轴承主轴2非垂直设置；旋转轴承19的轴承外套7铰接在旋转支架10上，旋转支架10连接有转向输出轴11；转向输出轴11与旋转轴承主轴2相互垂直设置；转向输出轴11穿过有横梁13且与横梁13旋转连接，横梁13与机架固定连接。
进一步的改进，所述旋转轴承主轴2上固定有丝杆固定架3，丝杆固定架3旋转连接有丝杆20，丝杆20上螺纹连接有微调螺母4，微调螺母4铰接连接有微调连杆5，微调连杆5与铰接轴承内套6连接。
进一步的改进，所述丝杆固定架3通过第二连接销16固定在旋转轴承主轴2上。
进一步的改进，所述机架包括分别与旋转轴承主轴2连接轴接的左轴承座1和右轴承座12。
进一步的改进，所述横梁13上安装有输出轴轴承15，转向输出轴11穿过输出轴轴承15与横梁13旋转连接。
进一步的改进，所述轴承外套7通过转动销8旋转连接在旋转支架10上。
进一步的改进，所述转动销8通过旋转支架轴承9旋转连接在旋转支架10上。
进一步的改进，所述旋转支架10为U形对称架。
进一步的改进，所述旋转轴承主轴2两端分别通过第一主轴轴承14和第二主轴轴承18轴接连接在左轴承座1和右轴承座12上。
一种安装有上述转向机构的无碳小车。
附图说明：
图1是本发明的立体结构示意图。
图2为旋转轴承主轴处于90°时的示意图；
图3旋转轴承主轴处于时的示意图；
图4为旋转轴承主轴分别处于270°时的示意图
图5为旋转轴承主轴处于360°时的示意图。
其中，1左轴承座、2旋转轴承主轴、3丝杆固定架、20丝杆、4微调螺母、5微调连杆、6轴承内套、7轴承外套、8转动销、9旋转支架轴承、10旋转支架、11转向输出轴、12右轴承座、13横梁、14第一主轴轴承、15输出轴轴承、16第二连接销、17第一连接销、18第二主轴轴承、19旋转轴承。
具体实施方式
下面结合具体实施例及附图对本发明做进一步详细说明。
实施例1
本发明通过如图所示的新机构可使小车达到的转向。这个机构是由旋转轴承主轴2与旋转轴承19通过轴承内套6与第一连接销17活动相连的过心且不垂直的组合机件，加上转向输出轴11与旋转轴承主轴垂直且过心，并有穿过旋转轴承中心且过在轴承平面的直线上的两个连接在轴承外套7上转动销8(反面未标出)的旋转支架10所组成的新形转向机构。所述旋转轴承主轴通过第一、二主轴轴承14、18连接在左轴承座1和右轴承座12上并有丝杆固定架3通过第二连接销16固定在轴上；所述丝杆固定架上有调节丝杆20在内并只可发生转动，丝杆上还有有微调螺母4相连螺母又与微调连杆活动相连；所述轴承内套通过耳孔与微调连杆的另一侧活动相连；所述旋转轴承与轴承内套和轴承外套过盈配合；所述连接销8通过旋转支架轴承9连接在旋转支架上；所述转向输出轴与旋转支架过盈配合并通过输出轴轴承15连接在横梁13上；所述横梁与左轴承座和右轴承座通过螺丝固定相连。
由于轴承内套的轴心线与旋转轴承主轴轴心线存在夹角θ，使得其在随主轴转动时还存在摆动。通过旋转轴承和来自旋转支架上连接在轴承外套上的销的约束，使得此运动在传递到旋转支架上时，就只剩下了摆动。最后通过转向输出轴将此摆动传给前轮。此机构在运转时活动构件有3个，转动副4个(重复的未算)，由平面自由度计算公式f＝3*3-4*2＝1可知，此机构有固定的输入输出关系。这种转向机构是通过旋转微调丝杆来间接调节旋转轴承与主轴之间的夹角，从而改变转向输出轴角速度的幅度，最终改变小车的运动轨迹。
在这种转向机构中，由于运动体之间全部是轴承连接所以没有滑动摩擦，而且在满足最大转向偏角的范围内完全不会发生自锁，输出转轴的左最大偏角与右最大偏角相等，且在当旋转轴承主轴输入转速恒定时，输出轴的回转速度关于中点完全对称。所以此转向机构相比于传统的转向机构而言。综合了高精度、低损耗、可微调、不自锁、无急回效应的优点，能够很大的改善小车的整体性能。
上述实施例仅仅为本发明的一个具体实施方式，并不作为对本发明的限定，对本发明进行的简单替换和改动等均在本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.一种转向机构，包括机架，其特征在于，所述机架上旋转连接有旋转轴承主轴(2)，旋转轴承主轴(2)上套设有旋转轴承(19)；旋转轴承主轴(2)通过第一连接销(17)与旋转轴承(19)的轴承内套(6)连接，旋转轴承主轴(2)穿过轴承内套(6)的轴心且与第一连接销(17)垂直设置；第一连接销(17)穿过旋转轴承(19)的中心并处于旋转轴承(19)的回转平面上，且旋转轴承(19)所在平面与旋转轴承主轴(2)非垂直设置；旋转轴承(19)的轴承外套(7)铰接在旋转支架(10)上，旋转支架(10)连接有转向输出轴(11)；转向输出轴(11)与旋转轴承主轴(2)相互垂直设置；转向输出轴(11)穿过有横梁(13)，转向输出轴(11)与横梁(13)旋转连接，横梁(13)与机架固定连接；旋转轴承主轴(2)上固定有丝杆固定架(3)，丝杆固定架(3)旋转连接有丝杆(20)，丝杆(20)上螺纹连接有微调螺母(4)，微调螺母(4)铰接连接有微调连杆(5)，微调连杆(5)与铰接轴承内套(6)连接；丝杆固定架(3)通过第二连接销(16)固定在旋转轴承主轴(2)上；机架包括分别与旋转轴承主轴(2)轴接的左轴承座(1)和右轴承座(12)；所述横梁(13)上安装有输出轴轴承(15)，转向输出轴(11)穿过输出轴轴承(15)与横梁(13)旋转连接；所述轴承外套(7)通过转动销(8)旋转连接在旋转支架(10)上；所述转动销(8)通过旋转支架轴承(9)旋转连接在旋转支架(10)上；所述旋转支架(10)为U形对称架；所述旋转轴承主轴(2)两端分别通过第一主轴轴承(14)和第二主轴轴承(18)轴接连接在左轴承座(1)和右轴承座(12)上。
2.一种安装有权利要求1所述转向机构的无碳小车。
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