CN217074032U - 一种基于重力势能驱动行走的无碳小车 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于重力势能驱动行走的无碳小车，包括车架，车架上设置有驱动机构、传动机构、转向机构和微调机构；驱动机构与传动机构传动连接，传动机构包括第一齿轮、第二齿轮和第三齿轮，第一齿轮和第三齿轮与驱动机构的下绕线轮同轴设置，第二齿轮与驱动机构的主动轮同轴设置，第二齿轮与第一齿轮啮合；凸轮一侧设置有推杆架，推杆架内设置有可与凸轮接触的推杆，推杆一侧设置有微调结构，微调结构的L形板与转向轮的前叉转动连接。本实用新型的微调结构用于调节推杆与凸轮之间的距离，凸轮触碰推杆，推杆在移动范围内带动转向轮转向，重锤筒能够在无碳小车转弯时防止重锤摆动，不会发生轮轴之间由于扭力大，发生相对滑动现象。

Description

一种基于重力势能驱动行走的无碳小车

技术领域

本实用新型涉及机械设计技术领域，具体是指一种基于重力势能驱动行走的无碳小车。

背景技术

随着人们环保意识的提高，无碳生活理念在人们生活中日益渗透。其中，无碳小车作为一种基于重力势能驱动行走的无碳小车无碳理念的实现方式，受到越来越多的关注与研究。重力势能驱动的无碳小车是一种基于重力势能驱动行走的无碳小车以重力势能为唯一驱动力，且可以按预定轨迹行进的小车，其运行过程可以真正实现无碳消耗。

现有的重力势能小车调节机构使用蜗轮蜗杆机构，微调精度低。现有中国发明专利，公布号为CN 109925728 A，专利名称为基于重力势能驱动能沿双8字路径行走的无碳小车，该专利小车通过调节连杆的长度矫正势能小车加工和装配过程中的误差，但是，其微调精度大致为连杆两端螺纹导程的四分之一，在调节过程中很难保证调节精度。

实用新型内容

为解决现有技术中的不足，本实用新型提供一种基于重力势能驱动行走的无碳小车，调节精度高，能够较好控制无碳小车的运动轨迹。

本实用新型为实现上述目的，通过以下技术方案实现：一种基于重力势能驱动行走的无碳小车，包括车架，车架上设置有驱动机构、传动机构、转向机构和微调机构；

驱动机构与传动机构传动连接，传动机构包括第一齿轮、第二齿轮和第三齿轮，第一齿轮和第三齿轮与驱动机构的下绕线轮同轴设置，第二齿轮与驱动机构的主动轮同轴设置，第二齿轮与第一齿轮啮合；

转向机构包括凸轮、转动齿轮以及转动设置在车架一侧的转向轮，所述凸轮和转动齿轮同轴设置且通过第四转轴转动设置在车架的第二支撑组上，所述转动齿轮与第三齿轮啮合，所述凸轮一侧设置有微调结构和推杆，所述微调结构用于调节推杆与凸轮的间距，所述微调结构与转向轮转动连接。

车架为三轮车架，驱动机构为重力驱动，驱动机构与传动机构传动连接，驱动机构带动第一齿轮旋转，第一齿轮带动第二齿轮旋转，进而带动主动轮转动，主动轮带动车架另一侧的从动轮转动，保证无碳小车的行驶；

第一齿轮、第三齿轮和下绕线轮均通过同一根转动轴同轴设置，第一齿轮旋转带动第三齿轮旋转，第三齿轮带动转动齿轮旋转，转动齿轮带动凸轮旋转，凸轮每转动一周小车会按照相应的轨迹完成一个闭环，转向机构的加工精度和装配精度对小车的轨迹形状以及重复度有直接影响，小车的行驶轨迹由转向轮轴线与主动轮轴线之间的夹角决定，在理想条件下，可以设计好小车的行驶轨迹，确定出每一点的的偏角方向，从而计算出凸轮每一点的半径；

推杆架内安装有推杆，推杆设置在凸轮一侧，根据凸轮的形状，凸轮与推杆接触并推动推杆，推杆架一侧设置有微调结构，微调结构用于调节推杆与凸轮之间的距离，微调结构的L形板与转向轮的前叉转动连接，凸轮触碰推杆，推杆在移动范围内带动转向轮转向，相对现有技术调机构使用蜗轮蜗杆机构，微调精度低，综上所述，本实用新型调节精度高，能够较好控制无碳小车的运动轨迹，也不会发生轮轴之间由于扭力大，发生相对滑动现象。

作为优选，驱动机构包括重锤筒、上绕线轮、下绕线轮、主动轮、从动轮和重锤，上绕线轮转动设置在竖向设置的重锤筒上方，下绕线轮通过第一转轴转动设置在车架的第一支撑组上，主动轮和从动轮转动设置在第一支撑组两侧，上绕线轮的大绕线槽与下绕线轮之间设置有第一柔性绳，重锤设置在重锤筒内，重锤通过第二柔性绳与上绕线轮的小绕线槽连接。

主动轮、从动轮为行进轮，与设置在前侧的转向轮配合形成三轮结构，由凸轮的运转带动无碳小车转向轮的转向，重锤筒竖向设置在车架上，重锤筒上端用于安装上绕线轮，重锤筒内用于重锤的竖直运动，下绕线轮内固定设置有第一转轴，第一转轴通过轴承设置在车架的第一支撑组上，第一柔性绳一端连接并缠绕在上绕线轮的大绕线槽内，第一柔性绳另一端连接并缠绕在下绕线轮上，第二柔性绳的一端连接并缠绕在上绕线轮的小绕线槽内，第二柔性绳的另一端与重锤固定连接，通过重锤的竖直运动，第二柔性绳、第一柔性绳的缠绕，带动上绕线轮和下绕线轮旋转，将重力势能转化为动力势能，通过传动机构，带动主动轮的行进，带动凸轮所在轴的齿轮转动，进而通过凸轮的影响转向轮的摆角，使驱动车按照指定路线行进。

作为优选，微调机构包括螺旋微分头，螺旋微分头垂直设置在L形板与推杆架之间。

由于在无碳小车零件加工装配以及凸轮计算和切割的过程中会逐渐积累一定的误差，这些因素导致微调机构成为保证无碳小车运行精度必不可少的部分，此无碳小车使用基于微分头的微调机构，通过改变推杆与凸轮中心的距离实现对整体精度的调整，根据调节螺旋微分头的长度，会改变推杆架到L型支架之间的距离。

作为优选，重锤筒的筒壁开设有若干通孔，重锤筒的上端开设有放置缺口。

放置缺口用于将重锤放置在重锤筒内，重锤筒的筒壁的通孔用于减轻无碳小车重量，现有技术的无碳小车通常为小底盘和三根碳纤维管支撑的重锤筒设计，但是，在转弯时容易出现重锤被甩出碳纤维杆的范围外，导致势能小车受到较大的力矩从而发生打滑甚至是侧翻，本实用新型能够在无碳小车转弯时防止重锤较大幅度摆动或脱离重锤筒，不会影响无碳小车的正常行驶。

作为优选，第一支撑组包括第一立柱和第二立柱，第一转轴的两端分别通过轴承转动设置在第一立柱和第二立柱上部，从动轮通过第三转轴和轴承转动设置在第一立柱下部，主动轮通过第二转轴和轴承转动设置在第二立柱下部。

作为优选，下绕行轮设置有多个不同直径的绕线槽。

通过上绕线轮将重锤的重力势能转换为驱动车的动能，并通过下绕线轮将力矩进行放大，调节下绕线轮的直径和大小绕线圈数比以直接调整驱动车的行进速度，使驱动车以合适的速度行驶。

作为优选，第二支撑组包括第三立柱和第四立柱，第三立柱和第四立柱上部设置有第四转轴，转动齿轮和凸轮设置在第四转轴两侧。

作为优选，第一转轴、第二转轴和第三转轴的轴线相平行。

对比现有技术，本实用新型的有益效果在于：驱动机构与传动机构传动连接，驱动机构带动第一齿轮旋转，进而带动主动轮和从动轮转动，保证无碳小车的行驶，微调结构用于调节推杆与凸轮之间的距离，微调结构的L形板与转向轮的前叉转动连接，凸轮触碰推杆，推杆在移动范围内带动转向轮转向，相对现有技术调机构使用蜗轮蜗杆机构，微调精度低，本实用新型调节精度高；

重锤筒能够在无碳小车转弯时防止重锤较大幅度摆动或脱离，不会影响无碳小车的正常行驶，不会发生轮轴之间由于扭力大，发生相对滑动现象。

附图说明

附图1为本实用新型第一立体结构示意图；

附图2为本实用新型附图1中A处结构放大示意图；

附图3为本实用新型附图1中B处结构放大示意图；

附图4为本实用新型正视图；

附图5为本实用新型附图4中C处结构放大示意图；

附图6为本实用新型俯视图；

附图7为本实用新型第二立体结构示意图；

附图8为本实用新型机构原理图。

附图中所示标号：1、车架；2、重锤筒；201、通孔；202、放置缺口；3、上绕线轮；301、大绕线槽；302、小绕线槽；4、下绕线轮；5、主动轮；6、从动轮；7、重锤；8、第一转轴；9、第一柔性绳；10、第二柔性绳；11、螺旋微分头；12、L形板；13、推杆架；14、推杆；15、第一立柱；16、第二立柱；17、第三立柱；18、第四立柱；19、转向轮；20、第二转轴；21、第三转轴；22、第四转轴；23、前叉；22、叉架；23、第一齿轮；24、第二齿轮；25、第三齿轮；26、转动齿轮；27、凸轮。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型，如图1～8所示，一种基于重力势能驱动行走的无碳小车，包括车架1，车架1为三轮车架1，驱动机构为重力驱动，车架1上设置有驱动机构、传动机构、转向机构和微调机构；

驱动机构与传动机构传动连接，传动机构包括第一齿轮23、第二齿轮24和第三齿轮25，第一齿轮23和第三齿轮25与驱动机构的下绕线轮4同轴设置，第二齿轮24与驱动机构的主动轮5同轴设置，第二齿轮24与第一齿轮23啮合。

驱动机构包括重锤筒2、上绕线轮3、下绕线轮4、主动轮5、从动轮6和重锤7，上绕线轮3转动设置在竖向设置的重锤筒2上方，下绕线轮4通过第一转轴8转动设置在车架1的第一支撑组上，主动轮5和从动轮6通过轴承转动设置在第一支撑组两侧，达到两后轮差速的目的。上绕线轮3的大绕线槽301与下绕线轮4之间设置有第一柔性绳9，重锤7设置在重锤筒2内，重锤7通过第二柔性绳10与上绕线轮3的小绕线槽302连接。

下绕行轮设置有3级不同直径的绕线槽。通过上绕线轮3将重锤7的重力势能转换为驱动车的动能，并通过下绕线轮4将力矩进行放大，调节下绕线轮4的直径和大小绕线圈数比以直接调整驱动车的行进速度，使驱动车以合适的速度行驶。

主动轮5、从动轮6为行进轮，与设置在前侧的转向轮19配合形成三轮结构，由凸轮27的运转带动无碳小车转向轮19的转向，重锤筒2竖向设置在车架1上，重锤筒2上端用于安装上绕线轮3，重锤筒2内用于重锤7的竖直运动，下绕线轮4内固定设置有第一转轴8，第一转轴8通过轴承设置在车架1的第一支撑组上，第一柔性绳9一端连接并缠绕在上绕线轮3的大绕线槽301内，第一柔性绳9另一端连接并缠绕在下绕线轮4上，第二柔性绳10的一端连接并缠绕在上绕线轮3的小绕线槽302内，第二柔性绳10的另一端与重锤7固定连接，通过重锤7的竖直运动，第二柔性绳10、第一柔性绳9的缠绕，带动上绕线轮3和下绕线轮4旋转，将重力势能转化为动力势能，通过传动机构，带动主动轮5的行进，带动凸轮27所在轴的齿轮转动，进而通过凸轮27的影响转向轮19的摆角，使驱动车按照指定路线行进。

启动转矩及摩擦力矩分析：

启动转矩：

下绕线轮4一级转矩：0.294N·m；下绕线轮4二级转矩：0.392N·m；下绕线轮4三级转矩：0.686N·m；

摩擦力矩：

M＝F×L＝m_车gμR_主动轮＝2.7×9.8×0.1×70×10^-3(N·m)≈0.19(N·m)

主动轮5、从动轮6和前轮均采用5052铝材制作，成本低且性能良好。

重锤筒2的筒壁开设有若干通孔201，重锤筒2的上端开设有放置缺口202。放置缺口202用于将重锤7放置在重锤筒2内，重锤筒2的筒壁的通孔201用于减轻无碳小车重量，现有技术的无碳小车通常为小底盘和三根碳纤维管支撑的重锤筒2设计，但是，在转弯时容易出现重锤7被甩出碳纤维杆的范围外，导致势能小车受到较大的力矩从而发生打滑甚至是侧翻，本实用新型能够在无碳小车转弯时防止重锤7较大幅度摆动或脱离重锤筒2，不会影响无碳小车的正常行驶，也不会发生轮轴之间由于扭力大，发生相对滑动现象。

转向机构包括凸轮27、转动齿轮26以及转动设置在车架1一侧的转向轮19，转向轮19转动设置在前叉23下，前叉23通过叉架22设置在车架1上，叉架22通过螺钉固定在车架1一侧，凸轮27和转动齿轮26同轴设置且通过第四转轴22转动设置在车架1的第二支撑组上，转动齿轮26与第三齿轮25啮合，凸轮27一侧设置有推杆架13，推杆架13内设置有可与凸轮27接触的推杆14，推杆14一侧设置有微调结构，微调结构的L形板12与转向轮19的前叉23转动连接。

驱动机构带动第一齿轮23旋转，第一齿轮23带动第二齿轮24旋转，进而带动主动轮5转动，主动轮5带动车架1另一侧的从动轮6转动，保证无碳小车的行驶。

第一齿轮23、第三齿轮25和下绕线轮4均通过同一根转动轴同轴设置，第一齿轮23旋转带动第三齿轮25旋转，第三齿轮25带动转动齿轮26旋转，转动齿轮26带动凸轮27旋转，凸轮27每转动一周小车会按照相应的轨迹完成一个闭环，转向机构的加工精度和装配精度对小车的轨迹形状以及重复度有直接影响，小车的行驶轨迹由转向轮19轴线与主动轮5轴线之间的夹角决定，在理想条件下，可以设计好小车的行驶轨迹，确定出每一点的的偏角方向，从而计算出凸轮27每一点的半径。通过第一齿轮23、第二齿轮24、第三齿轮25和转动齿轮26，以1：56的传动比将运动从主动轮6传输到凸轮27，凸轮27外侧设有法兰盘，为了保证凸轮27的定位精度，将凸轮27与法兰盘连接孔设计为异形孔，并用四枚M4螺钉与法兰盘固定。

推杆架13内安装有推杆14，推杆14设置在凸轮27一侧，根据凸轮27的形状，凸轮27与推杆14接触并推动推杆14，推杆架13一侧设置有微调结构，微调结构用于调节推杆14与凸轮27之间的距离，微调结构的L形板12与转向轮19的前叉23转动连接，凸轮27触碰推杆14，推杆14在移动范围内带动转向轮19转向，相对现有技术调机构使用蜗轮蜗杆机构，微调精度低，综上所述，本实用新型调节精度高。

由于在无碳小车零件加工装配以及凸轮27计算和切割的过程中会逐渐积累一定的误差，这些因素导致微调机构成为保证无碳小车运行精度必不可少的部分，此无碳小车使用基于微分头的微调机构，微调机构包括螺旋微分头11，螺旋微分头11通过长螺钉垂直设置在L形板12与推杆架13之间，通过改变推杆14与凸轮27中心的距离实现对整体精度的调整，根据调节螺旋微分头11的长度，会改变推杆架13到L型支架之间的距离。

如图8所示，α为转动轮转角，

第一支撑组包括第一立柱15和第二立柱16，第一转轴8的两端分别通过轴承转动设置在第一立柱15和第二立柱16上部，从动轮6通过第三转轴21和轴承转动设置在第一立柱15下部，主动轮5通过第二转轴20和轴承转动设置在第二立柱16下部。

第二支撑组包括第三立柱17和第四立柱18，第三立柱17和第四立柱18上部设置有第四转轴22，转动齿轮26和凸轮27设置在第四转轴22两侧。

工作原理：重锤7的竖直运动，第二柔性绳10、第一柔性绳9的缠绕，带动上绕线轮3和下绕线轮旋转，带动第一齿轮23旋转，第一齿轮23带动第二齿轮24旋转，进而带动主动轮5转动，主动轮5带动车架1另一侧的从动轮6转动，保证无碳小车的行驶；第一齿轮23旋转带动第三齿轮25旋转，第三齿轮25带动转动齿轮26旋转，转动齿轮26带动凸轮27旋转，凸轮27触碰推杆14，推杆14在移动范围内带动转向轮19转向，调节螺旋微分头11的长度，会改变推杆架13到L型支架之间的距离。

应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外应理解，在阅读了本实用新型讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所限定的范围。

Claims (8)

1.一种基于重力势能驱动行走的无碳小车，包括车架(1)，其特征在于：所述车架(1)上设置有驱动机构、传动机构、转向机构和微调机构；所述驱动机构与传动机构传动连接，所述传动机构包括第一齿轮(23)、第二齿轮(24)和第三齿轮(25)，所述第一齿轮(23)和第三齿轮(25)与驱动机构的下绕线轮(4)同轴设置，所述第二齿轮(24)与驱动机构的主动轮(5)同轴设置，所述第二齿轮(24)与第一齿轮(23)啮合；

所述转向机构包括凸轮(27)、转动齿轮(26)以及转动设置在车架(1)一侧的转向轮(19)，所述凸轮(27)和转动齿轮(26)同轴设置且通过第四转轴(22)转动设置在车架(1)的第二支撑组上，所述转动齿轮(26)与第三齿轮(25)啮合，所述凸轮(27)一侧设置有微调结构和推杆(14)，所述微调结构用于调节推杆(14)与凸轮(27)的间距，所述微调结构与转向轮转动连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于重力势能驱动行走的无碳小车，其特征在于：所述驱动机构包括重锤筒(2)、上绕线轮(3)、下绕线轮(4)、主动轮(5)、从动轮(6)和重锤(7)，所述上绕线轮(3)转动设置在竖向设置的重锤筒(2)上方，所述下绕线轮(4)通过第一转轴(8)转动设置在车架(1)的第一支撑组上，所述主动轮(5)和从动轮(6)转动设置在第一支撑组两侧，所述上绕线轮(3)的大绕线槽(301)与下绕线轮(4)之间设置有第一柔性绳(9)，所述重锤(7)设置在重锤筒(2)内，所述重锤(7)通过第二柔性绳(10)与上绕线轮(3)的小绕线槽(302)连接。

3.根据权利要求1所述的一种基于重力势能驱动行走的无碳小车，其特征在于：所述微调机构包括螺旋微分头(11)，所述螺旋微分头(11)垂直设置在L形板(12)与推杆架(13)之间。

4.根据权利要求2所述的一种基于重力势能驱动行走的无碳小车，其特征在于：所述重锤筒(2)的筒壁开设有若干通孔(201)，所述重锤筒(2)的上端开设有放置缺口(202)。

5.根据权利要求2所述的一种基于重力势能驱动行走的无碳小车，其特征在于：所述第一支撑组包括第一立柱(15)和第二立柱(16)，所述第一转轴(8)的两端分别通过轴承转动设置在第一立柱(15)和第二立柱(16)上部，所述从动轮(6)通过第三转轴(21)和轴承转动设置在第一立柱(15)下部，所述主动轮(5)通过第二转轴(20)和轴承转动设置在第二立柱(16)下部。

6.根据权利要求2所述的一种基于重力势能驱动行走的无碳小车，其特征在于：所述下绕线轮(4)设置有多个不同直径的绕线槽。

7.根据权利要求1所述的一种基于重力势能驱动行走的无碳小车，其特征在于：所述第二支撑组包括第三立柱(17)和第四立柱(18)，所述第三立柱(17)和第四立柱(18)上部设置有第四转轴(22)，所述转动齿轮(26)和凸轮(27)设置在第四转轴(22)两侧。

8.根据权利要求2所述的一种基于重力势能驱动行走的无碳小车，其特征在于：所述第一转轴(8)、第二转轴(20)和第三转轴(21)的轴线相平行。

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