CN203220759U - 具有二次曲线锥形驱动轴的无碳小车 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种具有二次曲线锥形驱动轴的无碳小车，包括带有前后行走轮的底架及安装在底架上的驱动部分和自动转向机构，其中的驱动部分由立杆支架、重锤、带绕线轴的驱动轴、绕线轮、连接绳、传动齿轮组及主动轴组成，连接绳一端接在重锤上，另一端绕过立杆支架顶部绕线轮后缠绕在立杆支架下部驱动轴的绕线轴上，传动齿轮组中一个齿轮与驱动轴同轴设置，另一齿轮的中心轴与后轮中心相连接，驱动轴的绕线轴为一段锥形轴杆，该锥形轴杆沿轴向长度x的截面直径d满足二次曲线关系式d＝ax²+bx+c，可实现小车驱动力的平稳输出；另在锥形轴杆的锥面上开有螺纹导线槽，可保证小车在连续运转过程中连接绳绕线不会因为锥面旋转而发生偏转。

Description

具有二次曲线锥形驱动轴的无碳小车

技术领域

本实用新型属于实验或玩具用行走工具技术领域，涉及一种可通过重力势能转换获得的机械能来驱动的无碳小车。 

背景技术

无碳小车是一种不需要消耗燃料和电池存储的能源，仅仅依靠重锤下落过程中生成的机械势能产生动力而驱动行驶的小车，近年来已经作为大学生科技创新竞赛的指定制作题目。其基本结构可参见图1。在图中，重锤3上接连接绳2通过绕线轮1将重力作用到带有绕线轴6的驱动轴上，利用连接绳通过该轴上的导线轮将重锤下落产生的位移转化成驱动轴旋转运动，驱动轮与主动轴4通过传动齿轮组5带动小车后轮9旋转，进而驱动小车前行。目前无碳小车驱动轴常用的绕线轴主要由圆柱体组成，该圆柱体由于形状粗细相同，其所能提供的驱动力恒定，由于在小车运行过程中所受摩擦力是由静态摩擦转换成滚动摩擦的(小车在启动瞬间与正常行走时所受摩擦阻力不一样，小车启动时所受摩擦力为静摩擦力，其产生因素主要由小车自重决定，当小车形式稳定时，小车后轮开始转动，其所受静摩擦力转变成滚动摩擦)，其间因小车所受阻力大大减少而使得小车行走驱动力发生骤变，小车行走加速度变化率加大，进而行走速度发生指数提高。即在行走过程中，由于小车驱动力恒定，小车加速度将产生大幅度增加， 致使小车行驶的速度猛然加快，这样就在相当程度上影响到小车的稳定行走，也使小车行走的轨迹不准确。 

实用新型内容

本实用新型的目的在于对现有技术产品做出改进，提供一种结构设计合理、操作控制方便、可使小车启动后产生平稳加速度的具有二次曲线锥形驱动轴的无碳小车。 

为了实现上述发明目的，所提供的具有二次曲线锥形驱动轴的无碳小车包括带有前后行走轮的底架以及安装在底架上的驱动部分和自动转向机构，其中的驱动部分由立杆支架、重锤、带有绕线轴的驱动轴、绕线轮、连接绳、传动齿轮组及主动轴组成，连接绳的一端连接在重锤上，另一端绕过设在立杆支架顶部的绕线轮后缠绕在设于立杆支架下部的驱动轴的绕线轴上，驱动轴与传动齿轮组中一个齿轮的转动轴同轴设置，传动齿轮组中另一个齿轮的中心通过主动轴与后轮中心固定连接，其特征在于：驱动轴的绕线轴为一段锥形轴杆，该锥形轴杆沿轴向长度x的截面直径d满足二次曲线关系式 

d＝ax²+bx+c 

式中a、b为一、二次变量系数，a=0.1～1.0，b=0.5～1.5，c为细端初始直径。 

本实用新型的具有最佳效果的优化结构是：绕线轴的锥形轴杆沿轴向长度x的截面直径d满足二次曲线关系式d＝0.5x²+x+0.8mm。 

另外，为保证绕线轴平稳旋转，避免绳索向细端滑移的现象，在绕线轴的锥形轴杆的锥面上开有螺纹导线槽，以此固定连接绳，保证 小车在连续运转过程中，连接绳绕线不会因为锥面旋转产生的向心力发生偏转。 

与现有技术相比，本实用新型具有的优点是： 

1、本实用新型结合小车行走所需驱动力变化趋势，通过使用锥形绕线轴的结构形式动态改变连接绳在驱动轴上的绕线粗细，进而改变驱动轴所能提供的驱动力矩，有效避免了以往存在的因驱动轴驱动力矩恒定所导致的小车行驶加速度过快等状况的发生，使小车启动后参数平稳的加速度，利于小车行走轨迹更加准确，实现小车驱动力的动态平衡，增加有效距离； 

2、本实用新型在绕线轴的锥形轴杆的锥面上开有用于固定连接绳的螺纹导线槽，可以避免驱动轴旋转产生的离心力致使张力绳的缠绕扭结而引发失误，保证了小车在连续运转过程中连接绳绕线不会因为锥面旋转产生的向心力发生偏转； 

3、本实用新型的结构设计合理、操作控制方便、成本低廉、运行平稳、行走距离较长。 

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。 

图2是本实用新型中驱动轴部分的结构示意图。 

图中数字标记的名称分别是：1－绕线轮，2－连接绳，3－重锤，4－主动轴，5－传动齿轮组，6－(驱动轴上的)绕线轴，7－自动转向机构，8－立杆支架，9－后轮。 

具体实施方式

参见附图，本实用新型所述的具有二次曲线锥形驱动轴的无碳小车包括带有前后行走轮的底架以及安装在底架上的驱动部分和自动转向机构7，其中的驱动部分由立杆支架8、重锤3、带有绕线轴6的驱动轴、绕线轮1、连接绳2、传动齿轮组5及主动轴4组成，连接绳2的一端连接在重锤3上，另一端绕过设在立杆支架8顶部的绕线轮1后缠绕在设于立杆支架8下部的驱动轴的绕线轴6上，驱动轴6与传动齿轮组5中一个齿轮的转动轴同轴设置，传动齿轮组5中另一个齿轮的中心通过主动轴4与后轮9中心固定连接。图中标号7是小车自动转向机构，可为小车做S型路线行走提供约束。 

本实用新型的技术要点是通过对该小车行走时所受阻力进行统计，建立小车受力趋势模型，即对驱动轴上的导线缠绕部分(绕线轴6)采用基于二次曲线方程构建的截面变化数学模型，以此为依据设计小车锥形绕线轴，构建函数为d＝ax²+bx+c(锥形绕线轴杆沿轴向长度x的截面直径d满足二次曲线关系式d＝ax²+bx+c)，该数学模型建立以小车启动时产生的静摩擦力为起点，行走时产生的滚动摩擦率为终点，进而获取小车摩擦力变化规律，通过这种改变绕线驱动轴上截面直径大小的结构控制小车驱动能力(利用二次曲线方程构建的小车驱动轴，其输出驱动力矩随小车行走状况发生实时改变)，以此推导出小车所需驱动力变化趋势，实现小车驱动力的平稳输出。经过试验验证，当a=0.5,b=1,c=8mm时，本实用新型可以获得最佳使用效果。 

本实用新型的另一技术要点是在绕线轴的锥形轴杆的锥面上添设螺纹导线槽，迫使连接绳按照规定部位缠绕，避免了驱动轴旋转所 产生的离心力导致绳索缠绕漂移的现象。经过试验证明，螺纹导线槽的螺旋导程为张力绳直径的1.2倍时效果最佳，既可以平稳缠绕，又能绕节点与绕线轮1尽量保持垂直。 

Claims (3)

1.一种具有二次曲线锥形驱动轴的无碳小车，包括带有前后行走轮的底架以及安装在底架上的驱动部分和自动转向机构(7)，其中的驱动部分由立杆支架(8)、重锤(3)、带有绕线轴(6)的驱动轴、绕线轮(1)、连接绳(2)、传动齿轮组(5)及主动轴(4)组成，连接绳(2)的一端连接在重锤(3)上，另一端绕过设在立杆支架(8)顶部的绕线轮(1)后缠绕在设于立杆支架(8)下部的驱动轴的绕线轴(6)上，驱动轴(6)与传动齿轮组(5)中一个齿轮的转动轴同轴设置，传动齿轮组(5)中另一个齿轮的中心通过主动轴(4)与后轮(9)中心固定连接，其特征在于：驱动轴的绕线轴(6)为一段锥形轴杆，该锥形轴杆沿轴向长度x的截面直径d满足二次曲线关系式

d＝ax²+bx+c

式中a、b为一、二次变量系数，a=0.1～1.0，b=0.5～1.5，c为细端初始直径。

2.根据权利要求1所述的具有二次曲线锥形驱动轴的无碳小车，其特征在于：绕线轴(6)的锥形轴杆沿轴向长度x的截面直径d满足二次曲线关系式d＝0.5x²+x+0.8mm。

3.根据权利要求1所述的具有二次曲线锥形驱动轴的无碳小车，其特征在于：在绕线轴(6)的锥形轴杆的锥面上开有螺纹导线槽。

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