CN206777854U - 一种走“s”形轨迹的无碳小车 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种走“S”形轨迹的无碳小车，其采用齿轮、连杆、摇臂构成的曲柄摇杆机构实现对前轮立轴的转向控制，其结构简单，设计合理，重量轻，满足无碳小车的设计要求；同时，为了保证小车运行轨迹符合精准的S型，所述连杆的长度可以进行微米级精确调整，通过微分头可以方便的精确调节整个连杆的杆长，对小车轨迹进行校准，保证小车S型轨迹的对称性。

Description

一种走“S”形轨迹的无碳小车

技术领域

本实用新型属于无碳小车技术领域，具体涉及一种走“S”形轨迹的无碳小车。

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。制作题目通常为要求给定一重力势能，根据能量转换原理，设计一种可将该重力势能转换为机械能并可用来驱动小车行走、转向的机械装置，使小车在前行时能够自动避开赛道上设置的障碍物。

自动行走“S”形轨迹小车是全国大学生工程训练综合能力大赛的竞赛命题，要求在给定重力势能的前提下，设计一种能够自动行走“S”形轨迹的小车。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种走“S”形轨迹的无碳小车。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种走“S”形轨迹的无碳小车，包括车架和设置在车架上的用于驱动后轮行进的驱动机构、用于控制前轮转向的转向机构，

车架的前端设置有前轮支架，前轮支架中通过轴套设置有立轴，立轴底端通过前轮叉架安装前轮；

车架的后端设置有左右两个后轮支架，无碳小车的两个后轮轴分别转动安装在两个后轮支架上；

在后轮支架的顶端还架设有主动轴，且主动轴的一端伸出后轮支架，在两个后轮支架之间的主动轴轴段上固定安装有绕线轮和驱动主动齿轮，势能块通过柔性绳索绕过定滑轮与绕线轮连接，势能块下落时通过柔性绳索带动绕线轮和主动轴转动，为主动轴提供驱动力；在其中一个后轮轴上固定有驱动从动齿轮，该驱动从动齿轮与主动轴上的驱动主动齿轮啮合；所述主动轴、主动轴上驱动主动齿轮、后轮轴上的驱动从动齿轮构成驱动后轮行进的驱动机构，当势能块带动主动轴转动时，主动轴上的驱动主动齿轮通过驱动从动齿轮带动后轮轴转动，实现对后轮的驱动；

在主动轴的伸出端固定安装转向主动齿轮，该转向主动齿轮与一转向从动齿轮相啮合，转向从动齿轮通过连杆连接摇臂的一端，所述连杆的两端分别通过杆端关节轴承与转向从动齿轮和摇臂铰接，摇臂的另一端与前轮的立轴顶端连接，所述转向主动齿轮、转向从动齿轮、连杆、摇臂构成控制前轮转向的转向机构，工作时，转向从动齿轮作为曲柄通过连杆带动摇臂往复摆动，从而实现摇臂带动前轮的左右摆动，使小车在行进过程中走出S形轨迹；

所述连杆由杆段和微分头组成，通过微分头可以方便的精确调节整个连杆的杆长，对小车轨迹进行校准，保证小车S型轨迹的对称性。

在上述技术方案中，微分头的一端与杆段一端连接，微分头的另一端连接第一杆端关节轴承，第一杆端关节轴承连接摇臂，杆段的另一端连接第二杆端关节轴承，转向从动齿轮外侧面固定有连接柱，第二杆端关节轴承铰接在转向从动齿轮的连接柱上。

进一步的，微分头的一端与杆段通过连接块连接，连接块上设置有对应的安装孔，杆段和微分头插入连接块的安装孔中，并通过定位销将杆段和微分头与连接块固定，即在杆段和微分头上开设有销孔，且在连接块上开设两个与其对应的销孔，通过两个定位销将杆段和微分头与连接块固定。

在上述技术方案中，车架上竖直设置有三根高度相同的立柱，立柱顶端设置安装板，安装板上通过支架设置定滑轮，在三根立柱内设置有势能块；进一步，在三根立柱的中部设置卡环，对三根立柱起到稳定作用。

在上述技术方案中，所述转向从动齿轮转动安装在支撑架上，支撑架固定在车架上或者后轮支架上。

在上述技术方案中，所述绕线轮为塔轮结构，其由多层不同直径的绕线轮组成。

在上述技术方案中，绕线塔轮包括直径为10mm的第一层绕线轮、直径为15mm的第二层绕线轮、直径为20mm的第三层绕线轮、直径为25mm的第四层绕线轮、直径为30mm的第五层绕线轮；绕线时，先绕几圈直径为10mm的第一层绕线轮，然后绕几圈直径为15mm的第二层绕线轮，然后绕几圈直径为20mm的第三层绕线轮，然后跨过直径25mm的第四层绕线轮直接绕几圈30mm的第五层绕线轮，然后再绕几圈25mm的第四层绕线轮，最后再绕几圈30mm的第五层绕线轮。

本实用新型的优点和有益效果为：

本实用新型采用齿轮、连杆、摇臂构成的曲柄摇杆机构实现对前轮立轴的转向控制，其结构简单，设计合理，重量轻，满足无碳小车的设计要求；同时，为了保证小车运行轨迹符合精准的S型，所述连杆的长度可以进行微米级精确调整，通过微分头可以方便的精确调节整个连杆的杆长，对小车轨迹进行校准，保证小车S型轨迹的对称性。

本实用新型采用了独有的绕线塔轮，所述绕线塔轮由多层不同直径的绕线轮组成，绕线时，通过反绕几圈大轮的形式，有效避免了小车在运行过程中停止的情况发生；此外，与传统的锥面绕线轴相比，首先如果是采用带锥面的绕线轴经常会出现绳子下滑的现象，而采用塔轮就避免了这个问题；还有就是采用带锥面的绕线轴，每次的绕线的直径位置都不能精确，如果每次的绕线的直径位置不同，也会影响到小车的轨迹；而采用塔轮每次的绕线可以精确绕线的直径位置，有利于小车轨迹的调节。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型另一视角的结构示意图。

图3是本实用新型的局部放大图。

图4是本实用新型的局部放大图。

图5是本实用新型的塔轮的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步说明本实用新型的技术方案。

本实用新型所涉及的一种走“S”形轨迹的无碳小车，包括车架和设置在车架上的用于驱动后轮行进的驱动机构、用于控制前轮转向的转向机构。

车架1上竖直设置有三根高度相同的立柱2，立柱顶端设置安装板3，安装板3上通过支架4设置定滑轮5，在三根立柱内设置有势能块6；在三根立柱的中部设置卡环7，对三根立柱起到稳定作用；

车架的前端设置有前轮支架8，前轮支架中通过轴套设置有立轴9，立轴底端通过前轮叉架10安装前轮11(前轮安装在前轮叉架上，前轮叉架与立轴底端固定)，

车架的后端左右对称设置有左右两个后轮支架12，无碳小车的两个后轮轴分别转动安装在两个后轮支架上，

在后轮支架的顶端还架设有主动轴13，且主动轴的一端伸出后轮支架，在两个后轮支架之间的主动轴轴段上固定安装有绕线塔轮14和驱动主动齿轮15，所述势能块通过柔性绳索绕过定滑轮与绕线塔轮连接，势能块下落时通过柔性绳索带动绕线塔轮和主动轴转动，为主动轴提供驱动力；在其中一个后轮轴16上固定有驱动从动齿轮17，该驱动从动齿轮17与主动轴上的驱动主动齿轮15啮合；所述主动轴13、主动轴上驱动主动齿轮15、后轮轴上的驱动从动齿轮17构成驱动后轮行进的驱动机构，当势能块带动主动轴转动时，主动轴上的驱动主动齿轮通过驱动从动齿轮带动后轮轴转动，实现对后轮的驱动。

在主动轴的伸出端固定安装转向主动齿轮18，该转向主动齿轮与一转向从动齿轮19相啮合，所述转向从动齿轮19转动安装在支撑架20上，支撑架可以固定在车架上或者后轮支架上，参见附图4，在本实施例中，支撑架20固定在后轮支架上，支撑架和后轮支架为一体结构即后轮支架上具有用于安装转向从动齿轮的支撑架；转向从动齿轮通过连杆21连接摇臂22的一端(所述连杆的两端分别通过杆端关节轴承与转向从动齿轮和摇臂铰接)，摇臂22的另一端与立轴9顶端连接，所述转向主动齿轮18、转向从动齿轮19、连杆21、摇臂22构成控制前轮转向的转向机构，工作时，转向从动齿轮作为曲柄通过连杆带动摇臂往复摆动，从而实现摇臂带动前轮的左右摆动，使小车在行进过程中走出S形轨迹。

为了保证小车运行轨迹符合精准的S型，所述连杆21的长度可以进行微米级精确调整：参见附图2，所述连杆由杆段21-1和微分头21-2组成，微分头的一端与杆段连接(在本实施例中，微分头的一端与杆段通过连接块21-3连接，连接块21-3上设置有对应的安装孔，杆段21-1和微分头21-2插入连接块21-3的安装孔中，并通过定位销将杆段21-1和微分头21-2与连接块21-3固定，即在杆段21-1和微分头21-2上开设有销孔，且在连接块21-3上开设两个与其对应的销孔，通过两个定位销将杆段21-1和微分头21-2与连接块21-3固定)，微分头的另一端连接第一杆端关节轴承21-4，第一杆端关节轴承用于连接摇臂(第一杆端关节轴承通过销钉与摇臂连接)，杆段的另一端连接第二杆端关节轴承21-5，第二杆端关节轴承用于连接转向从动齿轮(转向从动齿轮外侧面固定有连接柱，第二杆端关节轴承铰接在转向从动齿轮的连接柱上)，通过微分头可以方便的精确调节整个连杆的杆长，对小车轨迹进行校准，保证小车S型轨迹的对称性(初始校准时，摇臂与前轮径向垂直安装，保证连杆与转向从动齿轮连接端的中心位于转向从动齿轮的竖直平分线上，然后通过微分头，保证连杆与摇臂成直角)；

所述绕线塔轮14由多层不同直径的绕线轮组成，在本实施例中，绕线塔轮14包括从左至右依次设置的直径为10mm的第一层绕线轮a、直径为15mm的第二层绕线轮b、直径为20mm的第三层绕线轮c、直径为25mm的第四层绕线轮d、直径为30mm的第五层绕线轮e。绕线时，先绕几圈直径为10mm的第一层绕线轮a，然后绕几圈直径为15mm的第二层绕线轮b，然后绕几圈直径为20mm的第三层绕线轮c，然后跨过直径25mm的第四层绕线轮d直接绕几圈30mm的第五层绕线轮e，然后再绕几圈25mm的第四层绕线轮d，最后再绕几圈30mm的第五层绕线轮e。这样的绕线的目的是：因为小车在行走过程中，由于受摩擦力和空气的阻力的作用，重锤下降到一定距离，小车就停止了(这是由于重锤下降到一定距离时，此时小车运行轨迹处于急转向点，导致车轮与地面的摩擦阻力以及传动机构的摩擦阻力增大，而此时小车速度以及势能块的下落速度又较低，所以此时摩擦阻力会大于势能块动量以及小车动量，造成小车就停止)，所以通过反绕几圈大轮的形式，就是让小车在停止的位置绕线轴在大轮上，这样的话会给小车一个较大的驱动力，驱使小车向前行走。

此外，与传统的锥面绕线轴相比，首先如果是采用带锥面的绕线轴经常会出现绳子下滑的现象，而采用塔轮就避免了这个问题。还有就是采用带锥面的绕线轴，每次的绕线的直径位置都不能精确，如果每次的绕线的直径位置不同，也会影响到小车的轨迹；而采用塔轮每次的绕线可以精确绕线的直径位置，有利于小车轨迹的调节。

以上对本实用新型做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本实用新型的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种走“S”形轨迹的无碳小车，包括车架和设置在车架上的用于驱动后轮行进的驱动机构、用于控制前轮转向的转向机构，其特征在于：

车架的前端设置有前轮支架，前轮支架中通过轴套设置有立轴，立轴底端通过前轮叉架安装前轮；

车架的后端设置有左右两个后轮支架，无碳小车的两个后轮轴分别转动安装在两个后轮支架上；

在后轮支架的顶端还架设有主动轴，且主动轴的一端伸出后轮支架，在两个后轮支架之间的主动轴轴段上固定安装有绕线轮和驱动主动齿轮，势能块通过柔性绳索绕过定滑轮与绕线轮连接，势能块下落时通过柔性绳索带动绕线轮和主动轴转动，为主动轴提供驱动力；在其中一个后轮轴上固定有驱动从动齿轮，该驱动从动齿轮与主动轴上的驱动主动齿轮啮合；所述主动轴、主动轴上驱动主动齿轮、后轮轴上的驱动从动齿轮构成驱动后轮行进的驱动机构，当势能块带动主动轴转动时，主动轴上的驱动主动齿轮通过驱动从动齿轮带动后轮轴转动，实现对后轮的驱动；

在主动轴的伸出端固定安装转向主动齿轮，该转向主动齿轮与一转向从动齿轮相啮合，转向从动齿轮通过连杆连接摇臂的一端，所述连杆的两端分别通过杆端关节轴承与转向从动齿轮和摇臂铰接，摇臂的另一端与前轮的立轴顶端连接，所述转向主动齿轮、转向从动齿轮、连杆、摇臂构成控制前轮转向的转向机构，工作时，转向从动齿轮作为曲柄通过连杆带动摇臂往复摆动，从而实现摇臂带动前轮的左右摆动，使小车在行进过程中走出S形轨迹；

所述连杆由杆段和微分头组成，通过微分头可以方便的精确调节整个连杆的杆长，对小车轨迹进行校准，保证小车S型轨迹的对称性。

2.根据权利要求1所述的一种走“S”形轨迹的无碳小车，其特征在于：微分头的一端与杆段一端连接，微分头的另一端连接第一杆端关节轴承，第一杆端关节轴承连接摇臂，杆段的另一端连接第二杆端关节轴承，转向从动齿轮外侧面固定有连接柱，第二杆端关节轴承铰接在转向从动齿轮的连接柱上。

3.根据权利要求2所述的一种走“S”形轨迹的无碳小车，其特征在于：微分头的一端与杆段通过连接块连接，连接块上设置有对应的安装孔，杆段和微分头插入连接块的安装孔中，并通过定位销将杆段和微分头与连接块固定。

4.根据权利要求1所述的一种走“S”形轨迹的无碳小车，其特征在于：车架上竖直设置有三根高度相同的立柱，立柱顶端设置安装板，安装板上通过支架设置定滑轮，在三根立柱内设置有势能块。

5.根据权利要求4所述的一种走“S”形轨迹的无碳小车，其特征在于：在三根立柱的中部设置卡环。

6.根据权利要求1所述的一种走“S”形轨迹的无碳小车，其特征在于：所述转向从动齿轮转动安装在支撑架上，支撑架固定在车架上或者后轮支架上。

7.根据权利要求1所述的一种走“S”形轨迹的无碳小车，其特征在于：所述绕线轮为塔轮结构，其由多层不同直径的绕线轮组成。