CN114432716A - 一种热能小车 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种热能小车，包括车架、动力组件、主动轮组件、转向组件和从动轮；主动轮组件包括第一轮轴和安装在第一轮轴两端的主动轮，动力组件通过第一齿轮传动组驱动第一轮轴转动；转向组件的第二轮轴转动安装在车架上；凸轮安装在第二轮轴一端，凸轮的外轮廓具有设定的形状；转向轴竖直、转动安装在车架底部，转向轴顶部从车架顶部向上穿出；转向齿轮安装在转向轴顶部；齿条与转向齿轮相啮合，齿条滑动安装在车架上，齿条垂直于第二轮轴设置；齿条上设置有向外延伸、与第二轮轴平行的推杆，推杆外壁与凸轮的外轮廓表面紧密贴合；推杆通过弹力绳与第二轮轴连接；第二轮轴的另一端通过第二齿轮传动组与第一轮轴传动连接。
Description
技术领域
本发明涉及无碳小车技术领域，尤其涉及一种热能小车。
背景技术
随着科技的发展，能源消耗日益加剧，全球气温不断上升，人类居住环境愈加恶劣。人们已经认识到节能环保的重要性，无碳的理念也被越来越多的人作为研究课题，更清洁、更环保、更节能、更高效的理念也越来越深入人心。
在这一前提下，无碳小车已经成为大学生科技创新大赛的常规项目。无碳小车分为热能小车和势能小车两种，其中势能小车是通过重物下落使得重力势能转变为动能进行运动，热能驱动无碳小车则主要以外燃机转递动能，通过能量的转换可实现行走功能。
无碳小车运行轨迹包括有“S形”、“8字形”、“环S”和“双八字”，不同的轨迹可以通过转向机构实现，转向机构的设计一般是根据轨迹曲线或仿真曲线计算得到，因此转向机构的优劣也决定了小车行走轨迹的准确度，目前已知转向机构有曲柄摇杆机构、曲柄滑块机构、正弦机构、槽轮机构和不完全齿轮机构等。
现有的转向机构准确度相对较低，存在难以修正等缺点，使得小车轨迹不能达到应有的振幅和频率，大大降低了小车运行轨迹与理想轨迹的重合度。目前，在热能小车的设计中缺少便于调试且转向精确度高的转向机构。
发明内容
本发明的目的在于提供一种热能小车，以解决背景技术中所提出的技术问题。
为了达到上述目的，本发明提供了一种热能小车，包括车架、动力组件、主动轮组件、转向组件和从动轮；
所述车架呈U型，所述车架中部一体设置有竖直向上延伸的支撑台；
所述动力组件固定安装在所述支撑台顶部；
所述主动轮组件包括第一轮轴和安装在所述第一轮轴两端的主动轮，两个所述主动轮位于所述车架两侧设置，所述第一轮轴转动安装在所述车架上；所述动力组件通过第一齿轮传动组驱动所述第一轮轴转动；
所述转向组件包括第二轮轴、凸轮、齿条、转向齿轮以及转向轴；所述第二轮轴转动安装在所述车架上；所述凸轮安装在所述第二轮轴一端，所述凸轮的外轮廓具有设定的形状；所述转向轴竖直、转动安装在所述车架底部，所述转向轴顶部从所述车架顶部向上穿出；所述转向齿轮安装在所述转向轴顶部；所述齿条与所述转向齿轮相啮合，所述齿条滑动安装在所述车架上，所述齿条垂直于所述第二轮轴设置；所述齿条上设置有向外延伸、与所述第二轮轴平行的推杆，所述推杆外壁与所述凸轮的外轮廓表面紧密贴合；所述推杆通过弹力绳与所述第二轮轴连接；
所述从动轮转动安装在所述转向轴底部；
所述第二轮轴的另一端通过第二齿轮传动组与所述第一轮轴传动连接。
可选的，所述动力组件为外燃机。
可选的，所述第一齿轮传动组包括第一齿轮和第二齿轮；
所述第一齿轮安装在所述外燃机上，所述第一齿轮与所述外燃机传动连接；
所述第二齿轮安装在所述第一轮轴上，所述第二齿轮与所述第一齿轮相啮合；
所述第一齿轮的直径尺寸小于第二齿轮的直径尺寸。
可选的，所述第二齿轮传动组包括第三齿轮、第四齿轮、第五齿轮和第六齿轮；
所述第四齿轮和第五齿轮通过转动轴转动安装在所述车架上；所述第四齿轮和第五齿轮分别固定安装在所述转动轴两端；
所述第三齿轮安装在所述第一轮轴上，所述第三齿轮与所述第四齿轮相啮合；
所述第六齿轮安装在所述第二轮轴上，所述第六齿轮与所述第五齿轮相啮合。
可选的，所述转动轴通过轴承转动安装在所述车架上。
可选的，所述齿条通过滑轨滑动安装在所述车架上，所述滑轨固定安装在所述车架上。
可选的，所述转向轴通过轴承转动安装在所述车架上。
可选的，所述第一轮轴和第二轮轴均通过轴承转动安装在所述车架上。
技术效果：
本发明的热能小车采用齿轮进行传动和控制转向，齿轮传动具有更高的精确度，可以保证小车运动轨迹更加符合理论轨迹。热能小车的车架为一体式结构，安装零部件更为轻松，同时消除了安装定位不准确所造成的轨迹问题，提高了整体小车的运动的精度。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种热能小车的结构示意图一；
图2为本发明实施例提供的一种热能小车的结构示意图二；
图3为本发明实施例提供的一种热能小车的结构示意图三；
图4为本发明实施例提供的一种热能小车的结构示意图四；
图5为本发明实施例提供的一种热能小车的车架的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
如图1-图5所示，本发明实施例提供的一种热能小车，包括车架1、动力组件2、主动轮组件、转向组件和从动轮3。车架1呈U型，车架1中部一体设置有竖直向上延伸的支撑台4，动力组件2固定安装在支撑台4顶部。
主动轮组件包括第一轮轴5和安装在第一轮轴5两端的主动轮6，两个主动轮6位于车架1两侧设置，第一轮轴5通过轴承转动安装在车架1上。动力组件2通过第一齿轮传动组驱动第一轮轴5转动，从而带动主动轮6转动。
本实施例中，动力组件2为外燃机。第一齿轮传动组包括第一齿轮12和第二齿轮13。第一齿轮12安装在外燃机上，第一齿轮12与外燃机传动连接。第二齿轮13安装在第一轮轴5上，第二齿轮13与第一齿轮12相啮合。第一齿轮12的直径尺寸小于第二齿轮13的直径尺寸，对内燃机的驱动速度进行减速。
转向组件包括第二轮轴7、凸轮8、齿条9、转向齿轮10以及转向轴11。第二轮轴7通过轴承转动安装在车架1上。凸轮8安装在第二轮轴7一端，凸轮8的外轮廓具有设定的形状。转向轴11竖直、转动安装在车架1底部，转向轴11通过轴承与车架1转动连接，转向轴11顶部从车架1顶部向上穿出。从动轮3通过转轴转动安装在转向轴11底部。转向齿轮10安装在转向轴11顶部。齿条9与转向齿轮10相啮合，齿条9通过滑轨19滑动安装在车架1上，滑轨19固定安装在车架1上，齿条9垂直于第二轮轴7设置。齿条9上设置有向外延伸、与第二轮轴7平行的推杆20，推杆20外壁与凸轮8的外轮廓表面紧密贴合，推杆20通过弹力绳21与第二轮轴7连接，使推杆20与凸轮8外轮廓表面始终保持为紧密贴合状态。
第二轮轴7的另一端通过第二齿轮传动组与第一轮轴5传动连接。具体的，第二齿轮传动组包括第三齿轮14、第四齿轮15、第五齿轮16和第六齿轮17。第四齿轮15和第五齿轮16通过转动轴18转动安装在车架1上。第四齿轮15和第五齿轮16分别固定安装在转动轴18两端。第三齿轮14安装在第一轮轴5上，第三齿轮14与第四齿轮15相啮合。第六齿轮17安装在第二轮轴7上，第六齿轮17与第五齿轮16相啮合。
通过计算设计第三齿轮14和第四齿轮15的传动比，第五齿轮16和第六齿轮17的传动比，使凸轮8运转一圈后主动轮6运动的总长度达到预期轨迹长度。在改变凸轮8的外轮廓形状后，可通过改变第三齿轮14和第四齿轮15的传动比、第五齿轮16和第六齿轮17的传动比实现对传动比的改变，从而实现不同轨迹的转变。
推杆20滑轨19凸轮8转动过程中推动固定在齿条9上的推杆20，使得齿条9在滑轨19上做往复运动，使得与齿条9啮合的转向齿轮10旋转，从而通过转向轴11带动从动轮3转向，使得热能小车做曲线运动。同时，将推杆20与第二轮轴7用弹力绳21栓在一起使得推杆20与凸轮8外轮廓表面始终保持为紧密贴合状态，才能让推杆20实现往复运动。
通过设计前轮转角来推出凸轮推程的方法，利用Matalab仿真软件仿真得到凸轮8外轮廓形状。由于环S轨迹是中心对称的，所以只需要设计半个环S的轨迹就可以设计出凸轮8外轮廓形状。先将凸轮8按角度均等分成N份，设凸轮8每转过(360/N)°，主动轮6走过的距离为LT。设置小车发车点O的起始坐标为(-1.8，0)，主动轮6平行于各桩连线向前。若已知前轮转角θ、主动轮与各桩连线(对称轴)的夹角φ、前后轴距离A、主动轮偏距eL、节点距离LT等参数，则可以推算出下一节点的坐标，通过不断地迭代就可以推算得出点O的行走轨迹。将所得轨迹调整导出数据后代入仿真分析得出整体小车的运动轨迹。
本发明的热能小车采用齿轮进行传动和控制转向，齿轮传动具有更高的精确度，可以保证小车运动轨迹更加符合理论轨迹。热能小车的车架为一体式结构，安装零部件更为轻松，同时消除了安装定位不准确所造成的轨迹问题，提高了整体小车的运动的精度。
上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种热能小车，其特征在于：包括车架(1)、动力组件(2)、主动轮组件、转向组件和从动轮(3)；
所述车架(1)呈U型，所述车架(1)中部一体设置有竖直向上延伸的支撑台(4)；
所述动力组件(2)固定安装在所述支撑台(4)顶部；
所述主动轮组件包括第一轮轴(5)和安装在所述第一轮轴(5)两端的主动轮(6)，两个所述主动轮(6)位于所述车架(1)两侧设置，所述第一轮轴(5)转动安装在所述车架(1)上；所述动力组件(2)通过第一齿轮传动组驱动所述第一轮轴(5)转动；
所述转向组件包括第二轮轴(7)、凸轮(8)、齿条(9)、转向齿轮(10)以及转向轴(11)；所述第二轮轴(7)转动安装在所述车架(1)上；所述凸轮(8)安装在所述第二轮轴(7)一端，所述凸轮(8)的外轮廓具有设定的形状；所述转向轴(11)竖直、转动安装在所述车架(1)底部，所述转向轴(11)顶部从所述车架(1)顶部向上穿出；所述转向齿轮(10)安装在所述转向轴(11)顶部；所述齿条(9)与所述转向齿轮(10)相啮合，所述齿条(9)滑动安装在所述车架(1)上，所述齿条(9)垂直于所述第二轮轴(7)设置；所述齿条(9)上设置有向外延伸、与所述第二轮轴(7)平行的推杆(20)，所述推杆(20)外壁与所述凸轮(8)的外轮廓表面紧密贴合；所述推杆(20)通过弹力绳(21)与所述第二轮轴(7)连接；
所述从动轮(3)转动安装在所述转向轴(11)底部；
所述第二轮轴(7)的另一端通过第二齿轮传动组与所述第一轮轴(5)传动连接。
2.如权利要求1所述的一种热能小车，其特征在于：所述动力组件(2)为外燃机。
3.如权利要求2所述的一种热能小车，其特征在于：所述第一齿轮传动组包括第一齿轮(12)和第二齿轮(13)；
所述第一齿轮(12)安装在所述外燃机上，所述第一齿轮(12)与所述外燃机传动连接；
所述第二齿轮(13)安装在所述第一轮轴(5)上，所述第二齿轮(13)与所述第一齿轮(12)相啮合；
所述第一齿轮(12)的直径尺寸小于第二齿轮(13)的直径尺寸。
4.如权利要求1所述的一种热能小车，其特征在于：所述第二齿轮传动组包括第三齿轮(14)、第四齿轮(15)、第五齿轮(16)和第六齿轮(17)；
所述第四齿轮(15)和第五齿轮(16)通过转动轴(18)转动安装在所述车架(1)上；所述第四齿轮(15)和第五齿轮(16)分别固定安装在所述转动轴(18)两端；
所述第三齿轮(14)安装在所述第一轮轴(5)上，所述第三齿轮(14)与所述第四齿轮(15)相啮合；
所述第六齿轮(17)安装在所述第二轮轴(7)上，所述第六齿轮(17)与所述第五齿轮(16)相啮合。
5.如权利要求4所述的一种热能小车，其特征在于：所述转动轴(18)通过轴承转动安装在所述车架(1)上。
6.如权利要求1所述的一种热能小车，其特征在于：所述齿条(9)通过滑轨(19)滑动安装在所述车架(1)上，所述滑轨(19)固定安装在所述车架(1)上。
7.如权利要求1所述的一种热能小车，其特征在于：所述转向轴(11)通过轴承转动安装在所述车架(1)上。
8.如权利要求1所述的一种热能小车，其特征在于：所述第一轮轴(5)和第二轮轴(7)均通过轴承转动安装在所述车架(1)上。
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