CN209302179U - 一种基于凸轮的可调式双8字轨迹无碳小车 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于凸轮的可调式双8字轨迹无碳小车，小车主要由前叉、前轮、后轮(主动轮及从动轮)、滚动轴承、定滑轮、滑轮架、重锤、固定盘、重锤挡板、绕线盘、车架、细绳、法兰盘轴承、主动齿轮、从动齿轮、凸轮、绕线轴、前轴、后轴、小车导杆、螺栓及六角螺母等零件构成，包括凸轮机构、齿轮传动机构、控制转向机构及轨迹微调机构。无碳小车由齿轮传动驱动车体，通过凸轮可调整双8字轨迹的半径、形状及曲率，以达到对不同粗糙度场地与不同障碍物间距的良好适应性。基于赛事要求，小车可通过调整齿轮传动比与凸轮外形，提高能量利用率及轨迹容错率，增大轨迹重复度，行驶出更多双8字轨迹。

Description

一种基于凸轮的可调式双8字轨迹无碳小车

技术领域

本实用新型涉及教学用的一种基于凸轮的可调式双8字轨迹无碳小车。

背景技术

双8字轨迹无碳小车作为第六届全国大学生工程训练综合能力竞赛的一种新型车种，其由1kg重锤在400mm高度处下降提供能量，驱动车体行驶出规定轨迹。不同于往届单8字轨迹要求，此双8字轨迹要求无碳小车具有更高的轨迹重复度及更大的容错率。目前，无碳小车设计普遍具有以下难点：难达到较小障碍物间距的赛道要求，装配应力大，无法自动适应大阻力赛道，小车能量转换率低，行驶轨迹不规范。基于以上难点，设计应尽量压缩车体体积、调整车体结构布局及减小车体装配应力，使其能在拆装环节后，尽可能不影响小车轨迹，能适应不同障碍物间距的赛道。

结合目前全国各省市比赛情况可知，双8字小车的设计存在诸多不足，传统型的传动机构及转向机构(如曲柄摇杆机构、槽轮机构等)对所达到的轨迹重复度及容错率不高，能量利用率极低，表现不如人意。

实用新型内容

针对目前双8字轨迹无碳小车在不同半径、形状及曲率的轨迹适应性上不足的问题，本实用新型所涉及的双8字轨迹无碳小车能解决轨迹适应性不足的问题，同时，能提高小车能量利用率，提高轨迹重复度。

为解决上述问题，本实用新型采用以下技术方案：

一种以凸轮为控制转向机构、齿轮为传动机构的可调式双8字轨迹无碳小车。其主要结构为：凸轮机构，齿轮传动机构，控制转向机构，轨迹微调机构。其总体零件包括前叉，滚动轴承，前轮，螺栓，导杆，六角螺母，车架，重锤挡板，法兰盘轴承，齿轮(两对：一对啮合于前轴与绕线轴，一对啮合于后轴与前轴)，后轮(主动轮及从动轮)，凸轮，轴套，前轴，绕线轴，后轴，碳素杆，尼龙绳，绕线盘，橡皮筋，重锤，定滑轮，滑轮架，小轴承。

其整体装配结构为：前叉与车架间通过轴承连接，前轮与前叉通过轴承嵌套在前轮两侧的方式连接，同时在前叉前端钻孔、攻丝，用螺丝固定上述前叉和轴承。导杆与前叉顶部相连，在导杆头部钻孔、攻丝，通过螺栓连接上述导杆与前叉，导杆上设有系在前轴上的橡皮筋，能使导杆顺利回转，避免轨迹方向偏移。四根小碳素杆固连于车架，大碳素杆上下两端以过盈配合的方式分别与小车车架及滑轮架相固连，小碳素杆下端以过盈配合的方式与车架固连，滑轮架与定滑轮间通过螺栓将定滑轮固定在滑轮架中部，定滑轮中装有小轴承，可以绕螺栓滚动，尼龙绳一端与重锤相连，一端与绕线轴上绕线盘相连，绕线轴与车架间通过法兰盘轴承相连，绕线轴与齿轮一通过紧定螺栓连接，前轴与齿轮二以相同方式连接，绕线轴与前轴通过齿轮一和齿轮二啮合连接，前轴安装方式与绕线轴相同，前轴左端通过轴套与齿轮三相连，前轴右端通过轴套与凸轮相连，前轴与后轴通过齿轮三与齿轮四啮合连接，齿轮四经钻孔、攻丝后通过螺栓固定于后轴，后主动轮、后从动轮轴心与后轴轴心保持一致，与轴套装配后通过螺栓连接分别固定于后轴左右两端。四根小碳素杆通过固定环固定位置，使重锤沿小碳素杆下降不与碳素杆接触，通过尼龙绳传递动力，再通过齿轮传动使小车运动。

在上述凸轮机构中，凸轮与轴套在钻孔、攻丝后，通过螺栓和六角螺母连接。轴套周向进行钻孔、攻丝，用螺栓将轴套固定于前轴左端，前轴左端经线切割剖成平面槽，便于螺栓固定而不打滑。车体前端圆孔与前轴轴心对齐，经法兰盘轴承配合后装配，保证前轴与凸轮间能同轴转动。通过调整凸轮的形状、半径及弧形段对应角度便可优化双8字轨迹的形状、大小及曲率。

在上述齿轮传动机构中，轴套、齿轮一在钻孔后通过螺栓和六角螺母连接装配于绕线轴中部位置，齿轮二在钻孔、攻丝后通过螺栓直接固定于前轴中部位置。齿轮三经上述齿轮一相同处理方法后固定于前轴左端位置，齿轮四经上述齿轮二相同处理方法后固定于后轴左端位置。在上述各轴特定位置经线切割剖出平面槽以便固定螺栓。采用两对齿轮分别啮合的二级传动结构，可以增大传动比，提高能量利用率，而不增大小车行驶阻力。

在上述轨迹微调机构中，前轴上凸轮和车架间装有垫圈，垫圈尺寸比前轴稍大，可在轴上自由滑动。具体调整方法为：凸轮轴套与垫圈无缝接触，可通过改变垫圈厚度来调整车架与凸轮的间距，间距确定后可通过螺栓固定，则可改变控制转向机构上的导杆与凸轮相夹角度，达到调整小车轨迹的目的。此方法可适用于多数赛道，以减小因小车拆装所产生的影响。

在上述控制转向机构中，导杆端部在钻孔、攻丝后与前叉顶部通过螺栓固定，使导杆与前轮夹角为90°。在前叉底部装入前轮，通过轴承固定前轮位置，前叉在钻孔后通过螺栓连接的方式固定轴承位置。导杆可在水平面内自由转动。当小车行驶时，导杆与凸轮外缘无缝接触，凸轮随前轴转动，导杆接触位置时刻改变，导杆做平面转动，从而带动前轮转向，控制小车按预定轨迹运动。

通过绕线轴绕线将重锤提升到400mm标准高度后，将小车预置于赛道特定发车处，再通过重锤的重力作用驱动绕线盘转动，在齿轮一和齿轮二的啮合作用下，驱动前轴转动，在齿轮三和齿轮四的啮合作用下，驱动后轴上的主动轮和从动轮转动，从而使小车平稳运行。

小车前轮通过轴承配合安装于前叉底部，轴承与前叉间通过螺栓连接双相固定，能有效减小前轮与前叉间阻力。

小车后轮安装于后轴左右两端，车轮上轴套通过螺栓相互固定，再通过螺栓与后轴左右两端连接。重锤先驱动齿轮传动再带动后轴，继而带动后轮，实现小车单轮驱动。

本实用新型优点为：车体结构布局紧凑、轨迹重复度高及能量利用率高。此外，小车还能适应不同障碍物间距的赛道，凸轮机构和微调机构减小小车拆装产生的偏差，方便调节轨迹，并且可以调整轨迹直至适应赛道，达到行驶更多双8字轨迹的目的。

附图说明

图1为本双8字轨迹无碳小车整体结构示意图。

图2为本双8字轨迹无碳小车整体结构左视图。

图3为本双8字轨迹无碳小车车体结构俯视图。

图4为本双8字轨迹无碳小车车体结构前侧图。

图中，1.固定环,2.重锤,3.小碳素杆,4.尼龙绳,5.橡皮筋,6.后主动轮,7.绕线盘,8.六角螺母,9.后轴,10.轴套,11.前轴,12.导杆,13.车架,14.凸轮,15.螺栓,16.前轮,17.前叉,18.重锤挡板,19.齿轮二,20.齿轮一,21.绕线轴,22.齿轮三,23.齿轮四,24.后从动轮,25.大碳素杆,26.定滑轮,27.滑轮架,28.滚动轴承,29.法兰盘轴承,30.垫圈。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型做进一步说明。

如图1—图4所示，本实用新型涉及的双8字轨迹无碳小车由以下零件组成：1.固定环,2.重锤,3.小碳素杆,4.尼龙绳,5.橡皮筋,6.后主动轮,7.绕线盘,8.六角螺母,9.后轴,10.轴套,11.前轴,12.导杆,13.车架,14.凸轮,15.螺栓,16.前轮,17.前叉,18.重锤挡板,19.齿轮二,20.齿轮一,21.绕线轴,22.齿轮三,23.齿轮四,24.后从动轮,25.大碳素杆,26.定滑轮,27.滑轮架,28.滚动轴承,29.法兰盘轴承,30.垫圈。主要机构包括以下四种：控制转向机构、凸轮机构、齿轮传动机构及轨迹微调机构。

控制转向机构具体配合方式为：前叉17安装在车架13前端，上下分别用法兰盘轴承29连接，保证前叉17在车架13中自由转动。在前轮16两侧分别安装滚动轴承28，滚动轴承28与前叉17间通过螺栓15固定，螺栓15与前叉17间不宜过紧配合，避免滚动轴承28挤压变形，导致前轮16与滚动轴承28间因压力过大阻碍前轮16转动。导杆12在钻孔、攻丝后与前叉17通过紧定螺栓15固定，导杆12上橡皮筋5系在绕线轴21上，便于导杆12自由回转，要求橡皮筋5过度崩紧，否则会增大凸轮14与导杆12间的摩擦而导致小车无法行驶。另调整前轮16与导杆12间夹角为90°。

齿轮传动机构具体配合方式为：在绕线轴21中部、前轴7左端及中部经线切割剖出平面槽。齿轮一20和轴套10在钻孔后通过螺栓15与后主动轮8相连，轴套10与绕线轴21间通过螺栓15相连，齿轮二19在钻孔、攻丝后通过螺栓15与前轴7中部相连。前轴7与绕线轴21通过法兰盘轴承29与车架13相连，前轴11与绕线轴21间通过齿轮一20和齿轮二19啮合转动，齿轮三22与轴套10在钻孔后通过螺栓15和六角螺母8相连，轴套10与前轴11左端通过螺栓15相连，齿轮四23在钻孔、攻丝后通过螺栓15与后轴9左端相连，前轴11及后轴9间通过齿轮三22与齿轮四23啮合相连。绕线轴21转动时，共轴的齿轮一20转动而带动啮合的齿轮二19转动，齿轮二19带动前轴11转动，同时带动同轴心的齿轮三22转动，齿轮三22带动相啮合的齿轮四23转动，从而带动后轴9转动，利用二级传动可增加小车行驶路程及提高能量利用率。

凸轮机构具体配合方式为：凸轮14与轴套10间在钻孔后通过螺栓15和六角螺母8相连，轴套10在钻孔、攻丝后通过螺栓15与前轴11右端相连。轴套10与车架13间装有垫圈30，前轴11转动时带动凸轮14转动，通过与导杆12相接触达到行驶更多双8字轨迹的目的。

轨迹微调机构具体配合方式为：垫圈30的尺寸稍大于前轴11，避免垫圈30与前轴11过盈装配而产生阻力。凸轮14与车架13间通过垫圈30相隔，通过改变垫圈30的厚度可调整车架13与凸轮14之间的间距，从而改变控制转向机构中导杆12与凸轮14间夹角，使前轮16适量偏转以达到定量微调轨迹的目的。

当重锤2从400mm高度下落时，尼龙绳4驱动绕线盘7转动，从而带动绕线轴21转动，继而通过齿轮一20与齿轮二19啮合带动前轴11转动，通过齿轮三22与齿轮四23啮合带动后轴9转动，随即带动后主动轮6和后从动轮24转动。前轴11上的凸轮14随着前轴11转动时刻改变与导杆12的接触位置，通过导杆12平动带动控制转向机构上的前轮16方向改变，从而控制小车按预定轨迹行驶。当重锤2与重锤挡板18接触时，能量耗尽，运动终止。

以上通过附图和对各个结构的详细阐述来对本实用新型进行说明，但本实用新型所具有的特征及优势并不局限于以上叙述内容。任何基于本实用新型内容所做的改动或调整，均在本实用新型的保护范围之内。本实用新型的具体保护范围以权利要求书所规定的范围为准则。

Claims (4)

1.一种基于凸轮的可调式双8字轨迹无碳小车，其特征在于：该无碳小车包括四大机构：控制转向机构、凸轮机构、轨迹微调机构及齿轮传动机构，其连接方式为：前叉与前轮通过固定于前叉底部的滚动轴承连接，前叉与导杆通过紧定螺栓连接，绕线轴与前轴通过齿轮连接，绕线轴上设有可系细绳的绕线盘，绕线盘与重锤通过细绳连接，后轴与前轴通过一对齿轮零件，导杆与凸轮无缝接触以实时控制车体转向。

2.根据权利要求1所述的一种基于凸轮的可调式双8字轨迹无碳小车，其特征是凸轮与轴套通过螺栓紧密连接，轴套通过螺栓固定于前轴，小车转向幅度与速度由凸轮控制，通过轴向移动凸轮可调整其轨迹的半径、形状及曲率。

3.根据权利要求1所述的一种基于凸轮的可调式双8字轨迹无碳小车，其特征是一对齿轮相连于绕线轴与前轴，另一对齿轮相连于前轴与后轴，以此形成两级传动，由被尼龙绳缠绕的绕线轴带动凸轮旋转，同时通过两级传动最终带动后轴转动使小车后轮行驶。

4.根据权利要求1所述的一种基于凸轮的可调式双8字轨迹无碳小车，其特征是前轮与前叉间通过滚动轴承连接，前叉与导杆通过螺栓保持夹角为90°。