CN209934073U - 基于重力势能驱动能沿双8字路径行走的无碳小车 - Google Patents

Abstract

本实用新型一种基于重力势能驱动能沿双8字路径行走的无碳小车，包括底板、后轮、转向机构、动力传动机构、立柱以及重物，动力传动机构将势能转换成机械能并传递给转向机构，总体结构与现有公开的无碳小车类似，不同之处在于动力传动机构上的不完全齿轮、凸盘与转向机构上的完全齿轮以及凹块构成一个不完全齿轮机构，该机构的不完全齿轮的分度圆大于完全齿轮的分度圆，完全齿轮与不完全齿轮的模数和有效齿数相等。在凸盘和凹块配合齿轮转动下，使得小车能够实现双8字行走轨迹。该方案结构巧妙，稳定性好，便于组装和检修，为无碳小车转向以及具有周期性轨迹运行的机械运动需求提供了一种全新的解决方案。

Description

基于重力势能驱动能沿双8字路径行走的无碳小车

技术领域

本实用新型涉及一种无碳小车，特别涉及一种基于重力势能驱动能沿双8字路径行走的无碳小车。

背景技术

无碳小车是仅依靠重力势能驱动小车行走及转向的小车。是近几届“大学生工程训练综合能力竞赛”的命题，该小车在行走时可以自动避开行驶道上固定间距的障碍物。面对煤炭资源的减少，无碳的理念越来越得到人们的重视，无碳小车把重力势能转换成机械能，真正达到了节能环保的目的。

针对新一届的“大学生工程训练综合能力竞赛”：竞赛场地在半张标准乒乓球台上，有3个障碍桩沿中线放置，障碍桩为直径20mm、长200mm的圆棒，两端的桩至中心桩的距离为350±50mm，具体数值由现场公开抽签决定。参赛时，要求小车以“双8字”轨迹交替绕过中线上3个障碍桩，保证每个障碍桩在“双8字”形的一个封闭圈内的要求，现有的无碳小车转向多为凸轮或不同变比的齿轮结构，形式比较单一，而且相对结构复杂，不容易加工，装配困难、制造成本高，尤其是凸轮转向机构，缺点是凸轮的设计和加工难度比较大，凸轮与滚子之间有间隙，严重影响小车轨迹的稳定性。因此具有结构简单、易于装配，设计合理、成本低、可对转向机构进行微调的无碳小车是目前双“8”字无碳小车技术的主要研究方向，具有重要的理论意义和工程实用价值。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型提供了一种基于重力势能驱动能沿双8字路径行走的无碳小车，其采用如下技术方案实现：

一种基于重力势能驱动能沿双8字路径行走的无碳小车，包括底板、后轮、转向机构、动力传动机构、立柱以及重物，所述底板上可转动设置有两个后轮，底板上垂直设置有数根立柱，数根立柱内可活动设置有重物，重物通过柔性线绳与动力传动机构连接，动力传动机构将动力传递给所述后轮和转向机构，所述动力传动机构包括大齿轮、前轴支架、前轴、不完全齿轮、凸盘、滑轮座、滑轮；所述前轴支架固定设置在所述底板上，所述前轴支架内可转动穿设有前轴，前轴一端固定设置有大齿轮，前轴另一端固定设置有不完全齿轮，不完全齿轮一侧固定设置有凸盘；所述前轴与所述后轴平行，所述大齿轮与所述后轮转动连接；所述不完全齿轮为在齿轮的外周上设置有一端光滑无齿的圆弧区间；所述凸盘为扇形结构，该扇形结构与所述光滑无齿的圆弧区间相对应；所述滑轮座固定设置在所述立柱顶部，滑轮座上转动设置有滑轮；所述柔性线绳的一端与重物连接，柔性线绳的另一端绕过所述滑轮后绕设在所述前轴上；

所述转向机构包括前轮支撑板、前轮支架、前轮、推板、连接轴、调节杆、关节轴承顶柱、完全齿轮以及凹块；

所述前轮支撑板固定设置在所述底板一端，前轮支撑板的下面可转动设置有前轮支架，前轮支架内可转动设置有前轮，前轮支架与推板的一端固定连接，推板的另一端固定设置有连接轴，连接轴上可转动设置有调节杆，调节杆端部固定设置有关节轴承；所述前轴支架上可转动设置有完全齿轮，完全齿轮与所述不完全齿轮相互啮合；完全齿轮一侧固定设置有顶柱，所述顶柱穿设在所述关节轴承内；所述完全齿轮另一侧固定设置有凹块，所述凹块为扇形结构，其与所述凸盘相互匹配对应啮合。

优选地，所述两个后轮通过后轴相互固定连接，后轴上固定套设有小齿轮；后轴可转动穿设在后轴支架内，后轴支架固定设置在所述底板上；

所述大齿轮与所述小齿轮啮合。

优选地，所述凸盘的外周圆弧边缘上还设置有滚珠槽，滚珠被滚珠卡壳固定在滚珠槽上；

所述滚珠卡壳上均匀开设有滚珠孔，滚珠部分凸出于滚珠孔外。

优选地，所述完全齿轮与所述不完全齿轮构成一个不完全齿轮机构，不完全齿轮的分度圆大于完全齿轮的分度圆，完全齿轮与所述不完全齿轮的模数和有效齿数相等。

优选地，所述凹块与所述凸盘构成一个槽轮机构，所述凹块开设有与凸盘的扇形结构相互匹配的开口，该开口的张开角度在不完全齿轮与完全齿轮的有效齿啮合结束时，凸盘刚好与凹块啮合。

优选地，所述前轮支撑板为L形结构。

本实用新型益效果包括：设计合理，结构巧妙，稳定性好，便于组装和检修，为无碳小车转向以及具有周期性轨迹运行的机械运动需求提供了一种全新的解决方案。

附图说明

图1是本实用新型提供的实施例总体结构示意图；

图2是本实用新型提供的实施例中底板上固定的各个机的构结构关系示意图；

图3是本实用新型提供的实施例转向机构的连接关系示意图；

图4是本实用新型提供的实施例转向机构的侧视图。

图中，各个标号分别表示：底板1、后轮2、转向机构3、动力传动机构4、立柱5、重物6、后轴20、小齿轮21、后轴支架22、前轮支撑板30、前轮支架31、前轮32、推板33、连接轴34、调节杆35、关节轴承36顶柱37、完全齿轮38、凹块39、大齿轮41、前轴支架42、前轴43、不完全齿轮44、凸盘45、滑轮座46、滑轮47。

具体实施方式

为使本申请实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施方式中的图1-4，对本申请实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施方式。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。

如图1所示，一种基于重力势能驱动能沿双8字路径行走的无碳小车，包括底板1、后轮2、转向机构3、动力传动机构4、立柱5以及重物6。总体结构与现有公开的无碳小车相似，都是三轮结构，其中底板1上可转动设置有两个后轮2，底板1上垂直设置有3根立柱5，3根立柱5内可活动设置有重物6，重物6通过柔性线绳与动力传动机构4连接，动力传动机构4将动力传递给后轮2和转向机构3。

如图1和图2所示，两个后轮2通过后轴20相互固定连接，后轴20上固定套设有小齿轮21；后轴20可转动穿设在后轴支架22内，后轴支架22固定设置在底板1上。

动力传动机构4包括大齿轮41、前轴支架42、前轴43、不完全齿轮44、凸盘45、滑轮座46、滑轮47。前轴支架42呈“π”字形结构，其底部固定设置在底板1上。前轴支架42上开设有轴孔，轴孔内设置有轴承，轴承内可转动穿设有前轴43。前轴43一端固定设置有大齿轮41，前轴43另一端固定设置有不完全齿轮44，不完全齿轮44为在齿轮的外周上设置有一端光滑无齿的圆弧区间的盘形结构。不完全齿轮44一侧固定设置有凸盘45。凸盘45为扇形结构，该扇形结构与光滑无齿的圆弧区间相对应。前轴43与后轴20平行，大齿轮41与小齿轮21啮合。

滑轮座46固定设置在立柱5顶部，滑轮座46上转动设置有滑轮47。柔性线绳的一端与重物6连接，柔性线绳的另一端绕过滑轮47后绕设在前轴43上。

如图3和图4所示，转向机构3包括前轮支撑板30、前轮支架31、前轮32、推板33、连接轴34、调节杆35、关节轴承36顶柱37、完全齿轮38以及凹块39。

前轮支撑板30为L形结构，前轮支撑板30底端采用螺栓固定设置在底板1一端，前轮支撑板30的下面通过轴承或滑套等可转动设置有前轮支架31，前轮支架31内可转动设置有前轮32，前轮支架31与推板33的一端固定连接，推板33的另一端固定设置有连接轴34，连接轴34上可转动设置有调节杆35，调节杆35端部固定设置有关节轴承36。通过调节杆35的移动可以推动推板33沿着前轮支架31转动，从而实现前轮32的转动。

前轴支架42上的一侧可转动设置有完全齿轮38，完全齿轮38与不完全齿轮44相互啮合。完全齿轮38一侧固定设置有顶柱37，顶柱37不与完全齿轮38同轴，其为偏心轴。顶柱37穿设在关节轴承36内。完全齿轮38另一侧固定设置有凹块39，凹块39为扇形结构，其与凸盘45相互匹配对应啮合。

凸盘45的外周圆弧边缘上还设置有滚珠槽，滚珠被滚珠卡壳固定在滚珠槽上。滚珠卡壳上均匀开设有滚珠孔，滚珠部分凸出于滚珠孔外。由于凸盘45与凹块39啮合时，二者需要接触，为避免发生摩擦力过大卡死的现象，特在凸盘45外边缘装上滚珠452，将静摩擦变为滚动摩擦，以使啮合更加顺畅。

工作时，将线绳缠绕在前轴43上使得重物6被提升，在下放重物6的过程中，重物6将势能转换成机械能拉动前轴43旋转，前轴43旋转时也带动小齿轮21转动，小齿轮21带动后轴20、后轮2转动，从而带动小车前进。前轴43旋转时也带动不完全齿轮44和凸盘45，如图4所示，完全齿轮38与不完全齿轮44构成一个不完全齿轮机构，不完全齿轮44的分度圆大于完全齿轮38的分度圆，完全齿轮38与不完全齿轮44的模数和有效齿数相等。即传动比为1：1，不完全齿轮44的有齿部分转动一周，完全齿轮38同时转动一周，其上的顶柱37也转动一周，顶柱37与关节轴承36、调节杆35、推板33组成四杆机构，可以控制小车走完一个完整的正弦轨迹。凹块39与凸盘45构成一个槽轮机构，凹块39开设有与凸盘45的扇形结构相互匹配的开口，该开口的张开角度在不完全齿轮44与完全齿轮38的有效齿啮合结束时，凸盘45刚好与凹块39啮合。凹块39和凸盘45的张开角度经过精密的计算，做到不完全齿轮44的有效齿啮合结束时，其上的凸盘45刚好与凹块39啮合，目的是利用凸盘45和凹块39组成槽轮机构将完全齿轮38锁住，禁止其转动。该位置即正弦轨迹结束的位置，此时小车前轮处于最大转角。凸盘45与凹块39啮合过程，小车按固定转角行驶，啮合结束时，小车刚好走完一个完整的半圆轨迹，此时，一个完整的轨迹周期结束，不完全齿轮的有效齿继续与完全齿轮结合，带动完全齿轮转动，开始下一个周期的运动。

本实用新型设计合理，结构巧妙，稳定性好，便于组装和检修，为无碳小车转向以及具有周期性轨迹运行的机械运动需求提供了一种全新的解决方案。

Claims (6)

1.一种基于重力势能驱动能沿双8字路径行走的无碳小车，包括底板（1）、后轮（2）、转向机构（3）、动力传动机构（4）、立柱（5）以及重物（6），所述底板（1）上可转动设置有两个后轮（2），底板（1）上垂直设置有数根立柱（5），数根立柱（5）内可活动设置有重物（6），重物（6）通过柔性线绳与动力传动机构（4）连接，动力传动机构（4）将动力传递给所述后轮（2）和转向机构（3），其特征在于：

所述动力传动机构（4）包括大齿轮（41）、前轴支架（42）、前轴（43）、不完全齿轮（44）、凸盘（45）、滑轮座（46）、滑轮（47）；所述前轴支架（42）固定设置在所述底板（1）上，所述前轴支架（42）内可转动穿设有前轴（43），前轴（43）一端固定设置有大齿轮（41），前轴（43）另一端固定设置有不完全齿轮（44），不完全齿轮（44）一侧固定设置有凸盘（45）；所述前轴（43）与后轴（20）平行，所述大齿轮（41）与所述后轮（2）转动连接；所述不完全齿轮（44）为在齿轮的外周上设置有一端光滑无齿的圆弧区间；所述凸盘（45）为扇形结构，该扇形结构与所述光滑无齿的圆弧区间相对应；所述滑轮座（46）固定设置在所述立柱（5）顶部，滑轮座（46）上转动设置有滑轮（47）；所述柔性线绳的一端与重物（6）连接，柔性线绳的另一端绕过所述滑轮（47）后绕设在所述前轴（43）上；

所述转向机构（3）包括前轮支撑板（30）、前轮支架（31）、前轮（32）、推板（33）、连接轴（34）、调节杆（35）、关节轴承（36）顶柱（37）、完全齿轮（38）以及凹块（39）；

所述前轮支撑板（30）固定设置在所述底板（1）一端，前轮支撑板（30）的下面可转动设置有前轮支架（31），前轮支架（31）内可转动设置有前轮（32），前轮支架（31）与推板（33）的一端固定连接，推板（33）的另一端固定设置有连接轴（34），连接轴（34）上可转动设置有调节杆（35），调节杆（35）端部固定设置有关节轴承（36）；所述前轴支架（42）上可转动设置有完全齿轮（38），完全齿轮（38）与所述不完全齿轮（44）相互啮合；完全齿轮（38）一侧固定设置有顶柱（37），所述顶柱（37）穿设在所述关节轴承（36）内；所述完全齿轮（38）另一侧固定设置有凹块（39），所述凹块（39）为扇形结构，其与所述凸盘（45）相互匹配对应啮合。

2.根据权利要求1所述的基于重力势能驱动能沿双8字路径行走的无碳小车，其特征在于：

所述两个后轮（2）通过后轴（20）相互固定连接，后轴（20）上固定套设有小齿轮（21）；后轴（20）可转动穿设在后轴支架（22）内，后轴支架（22）固定设置在所述底板（1）上；

所述大齿轮（41）与所述小齿轮（21）啮合。

3.根据权利要求1所述的基于重力势能驱动能沿双8字路径行走的无碳小车，其特征在于：

所述凸盘（45）的外周圆弧边缘上还设置有滚珠槽，滚珠被滚珠卡壳固定在滚珠槽上；

所述滚珠卡壳上均匀开设有滚珠孔，滚珠部分凸出于滚珠孔外。

4.根据权利要求1所述的基于重力势能驱动能沿双8字路径行走的无碳小车，其特征在于：

所述完全齿轮（38）与所述不完全齿轮（44）构成一个不完全齿轮机构，不完全齿轮（44）的分度圆大于完全齿轮（38）的分度圆，完全齿轮（38）与所述不完全齿轮（44）的模数和有效齿数相等。

5.根据权利要求1或4所述的基于重力势能驱动能沿双8字路径行走的无碳小车，其特征在于：

所述凹块（39）与所述凸盘（45）构成一个槽轮机构，所述凹块（39）开设有与凸盘（45）的扇形结构相互匹配的开口，该开口的张开角度在不完全齿轮（44）与完全齿轮（38）的有效齿啮合结束时，凸盘（45）刚好与凹块（39）啮合。

6.根据权利要求1所述的基于重力势能驱动能沿双8字路径行走的无碳小车，其特征在于：

所述前轮支撑板（30）为L形结构。

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