一种可调节环道无碳小车的制作方法

1.本实用新型涉及无碳小车技术领域，具体涉及一种可调节环道无碳小车。


背景技术：

2.目前，s字形轨迹无碳小车是国内机械工程专业学生工程训练综合能力竞赛的一个标志性项目，具体为：给定指定的重锤从指定高度下落，根据能量转换原理，设计一种将重力势能转换为机械能并以此作为唯一动力驱动的无碳小车，同时小车要求按照s字轨迹行走，而且行走过程中所有动作需要的能量均由此重力势能转化获得，不可以使用任何其他的能量来源。无碳小车要求具有转向控制机构，且此转向机构具有可调节功能，以适应不同间距障碍物的竞赛场地，在此前提下能够绕行更多障碍物，行走更远的获胜；
3.就目前全国大学生工训竞赛所参加的无碳小车中，成绩显著的均为高精度制造的全金属车身及零件，其优秀表现体现了当今国内精加工产业的发展之快。但在大学生竞赛中仅使用高精度加工装配无疑是不够全面的，其制造加工成本过于高昂，有偏离设计的初衷，不能体现结构设计的优越；亟需一种低成本的无碳小车，在低成本的前提下，更好的体现出设计的巧妙性。


技术实现要素：

4.本实用新型针对上述问题，提供一种可调节环道无碳小车，解决了现有无碳小车结构复杂，转弯能力差，且成本较高的问题。
5.本实用新型采用的技术方案为：一种可调节环道无碳小车，包括第一车轮、第二车轮、转向架、传动机构、重力启动件、金属凸轮和底盘；所述底盘两侧分别安装有第一车轮，两个所述第一车轮通过第一转动轴转动连接的设置在底盘上；所述第一转动轴前侧设有金属凸轮，所述金属凸轮通过第二转动轴转动连接的设置在底盘上；所述第一转动轴和第二转动轴之间通过传动机构转动；所述传动机构通过重力启动件驱动；所述第二转动轴前侧安装有转向架，所述转向架通过支撑梁转动连接的设置在底盘上；所述转向架底部设有可转动的第二车轮；
6.所述转向架一侧横向安装有磁性转向杆，所述磁性转向杆与金属凸轮轮廓磁吸的滑动连接。
7.进一步地，所述第一转动轴通过两个固定架转动连接的设置在底盘上，所述固定架设置在两个第一车轮内侧。
8.更进一步地，所述重力启动件包括固定杆、滑轮、绕线轮、配重块和拉绳；所述底盘上安装有若干固定杆，若干所述固定杆顶端安装有紧固架，所述紧固架之间安装有可转动的滑轮，若干所述固定杆之间设有配重块，所述配重块上连接有拉绳，所述拉绳另一端绕过滑轮连接有绕线轮，且拉绳缠绕在绕线轮上，所述绕线轮安装在传动机构上。
9.更进一步地，所述传动机构包括第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮、第四齿轮和第三转动轴；所述第二转动轴通过两个斜撑架转动连接设置在底盘上，两个所述斜撑架顶端设
有转动连接的第三转动轴，所述第三转动轴上分别套设有第一齿轮和第二齿轮，所述第一齿轮一侧设有相啮合的第三齿轮，所述第三齿轮套设在第二转动轴上，所述第二齿轮另一侧设有相啮合的第四齿轮，所述第四齿轮套设在第一转动轴上，所述绕线轮安装在第三转动轴上。
10.更进一步地，所述金属凸轮为至少有五角的弧形凸轮。
11.更进一步地，所述转向架包括转向轴、调节滑块和支撑架；所述支撑架内设贯穿槽，所述支撑梁横向贯穿贯穿槽，且所述支撑梁与支撑架之间通过竖直设置的转向轴转动连接，所述转向轴第一端贯穿支撑梁与贯穿槽底壁连接，所述转向轴第二端贯穿出贯穿槽顶壁连接有调节滑块，所述调节滑块滑动连接的设置在支撑架顶端，所述调节滑块上贯穿的滑动槽，所述转向轴第二端贯穿出滑动槽连接有预紧螺母，所述转向轴第二端与滑动槽滑动连接，所述转向轴第二端设有外螺纹，所述预紧螺母与转向轴第二端螺接，所述磁性转向杆设置在调节滑块上。
12.更进一步地，所述预紧螺母与调节滑块之间设有垫片，所述垫片套设在转向轴第二端。
13.更进一步地，所述调节滑块两端外侧和前侧分别设有凸起，两端外侧所述凸起与支撑架两侧外壁滑动连接，前侧所述凸起上螺接有调节杆，所述调节杆一端贯穿出凸起，所述调节杆另一端与支撑架转动连接。
14.更进一步地，所述支撑架上设有若干滑槽，所述调节滑块底部设有与滑槽相配合的滑杆，所述滑杆滑动连接的设置在滑槽内。
15.更进一步地，所述转向轴与支撑梁之间设有滚动轴承。
16.本实用新型的优点：本实用新型提供了一种可调节环道无碳小车，通过重力启动件的配重块下落时带动拉绳使绕线轮带动传动机构的第三转动轴转动，第三转动轴末端的第二齿轮同时向后侧第四齿轮传动，带动第一车轮和第二车轮转动，小车运动，在第二齿轮转动的同时，第一齿轮转动带动第三齿轮转动，第三齿轮转动带动第二传动轴转动，第二传动轴转动带动金属凸轮转动，金属凸轮转动与磁性转向杆配合，实现第二车轮的转向，实现左转-右转-左转-右转-左转-右转-左转-右转-左转的过程；本实用新型改变传统的转向轴控制转向机构，采用磁性转向杆与第二车轮共为刚体的结构，既能保证前轮的对中性，又能保证车身前部的稳定性，同时添加支撑架与调节滑块的前后错位滑移微调机构，使得通过转动前置微调螺栓，达到调节整体车身轨迹的目的；采用磁力接触的磁性转向杆在与金属凸轮接触时更加稳定，仅仅使得磁性转向杆在与金属凸轮保持接触，没有多余的施加外力；本实用新型结构简单，使用上更加方便，成本低廉。
17.除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本实用新型还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本实用新型作进一步详细的说明。
附图说明
18.构成本技术的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。
19.图1是本实用新型的整体结构示意图；
20.图2是本实用新型的第二转动轴安装示意图；
21.图3是本实用新型的转向架结构示意图；
22.图4是本实用新型的凸起结构示意图；
23.图5是本实用新型的重力启动件结构示意图；
24.图6是本实用新型的滑轮安装示意图；
25.图7是本实用新型的绕线轮安装示意图；
26.图8是本实用新型的传动机构示意图；
27.图9是本实用新型的金属凸轮安装示意图；
28.图10是本实用新型的第一转动轴距第二转动轴参数图；
29.图11是本实用新型的金属凸轮实际轮廓图；
30.图12是本实用新型的小车轨迹图。
31.附图标记：
32.1-第一车轮、2-第一转动轴、3-第二车轮、4-转向架、5-传动机构、6-重力启动件、7-金属凸轮、8-第二转动轴、9-底盘、10-磁性转向杆、11-支撑梁；21-固定架、41-转向轴、42-调节滑块、43-支撑架；51-第一齿轮、52-第二齿轮、53-第三齿轮、54-第四齿轮、55-第三转动轴；61-固定杆、62-滑轮、63-绕线轮；71-调节法兰；81-斜撑架；411-预紧螺母、412-垫片；421-凸起、422-调节杆；431-贯穿槽、432-滑槽。
具体实施方式
33.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
34.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
35.参考图1至图11，一种可调节环道无碳小车，包括第一车轮1、第二车轮3、转向架4、传动机构5、重力启动件6、金属凸轮7和底盘9；底盘9两侧分别安装有第一车轮1，两个第一车轮1通过第一转动轴2转动连接的设置在底盘9上，第一转动轴2通过两个固定架21转动连接的设置在底盘9上，固定架21与底盘9固定连接，两个固定架21设置在两个第一车轮1内侧；两个第一车轮1同步转动，通过第一转动轴2带动两个第一车轮1转动；第一转动轴2前侧设有金属凸轮7，金属凸轮7通过第二转动轴8转动连接的设置在底盘9上，金属凸轮7通过轴承和调节法兰71安装在第二转动轴8上；第一转动轴2和第二转动轴8之间通过传动机构5转动；优选地，传动机构5包括第一齿轮51、第二齿轮52、第三齿轮53、第四齿轮54和第三转动轴55；第二转动轴8通过两个斜撑架81转动连接设置在底盘9上，两个斜撑架81顶端设有转动连接的第三转动轴55，第二转动轴8安装在两个斜撑架81底端，第三转动轴55上分别固定套设有第一齿轮51和第二齿轮52，第一齿轮51一侧设有相啮合的第三齿轮53，第三齿轮53固定套设在第二转动轴8上，第二齿轮52另一侧设有相啮合的第四齿轮54，第四齿轮54固定套设在第一转动轴2上；传动机构5通过重力启动件6驱动，优选的，重力启动件6包括固定杆61、滑轮62、绕线轮63、配重块和拉绳；底盘9上固定安装有若干固定杆61，若干固定杆61顶
端安装有紧固架64，优选地，固定杆61地数量为三个，即紧固架64安装在三个固定杆61顶端，紧固架64之间安装有可转动的滑轮62，优选地，滑轮62为双轨滑轮，若干固定杆61之间设有配重块，配重块可自由垂直掉落，即三个固定杆61组成地空间内安装可自由掉落地配重块，配重块上连接有拉绳，拉绳另一端绕过滑轮62连接有绕线轮63，且拉绳缠绕在绕线轮63上，配重块掉落带动拉绳在滑轮62上滑动，带动绕线轮63转动，将重量势能转变为绕线轮63地转动力，绕线轮63固定安装在第三转动轴55上，绕线轮63转动带动第三转动轴55转动；第二转动轴8前侧安装有转向架4，通过转向架4转向，转向架4通过支撑梁11转动连接的设置在底盘9上，支撑梁11与底盘9固定连接；转向架4底部设有可转动的第二车轮3；两个第一车轮1和第二车轮3构成三轮车型；转向架4一侧横向安装有磁性转向杆10，优选地，转向架4包括转向轴41、调节滑块42和支撑架43；支撑架43内设贯穿槽431，支撑梁11横向贯穿贯穿槽431，磁性转向杆10与支撑梁11在平面内垂直设置，且支撑梁11与支撑架43之间通过竖直设置的转向轴41转动连接，转向轴41第一端贯穿支撑梁11与贯穿槽431底壁连接，转向轴41第二端贯穿出贯穿槽431顶壁连接有调节滑块42，调节滑块42滑动连接的设置在支撑架43顶端，调节滑块42可在支撑架43顶端滑动，调节滑块42上贯穿的滑动槽，转向轴41第二端贯穿出滑动槽连接有预紧螺母411，转向轴41第二端与滑动槽滑动连接，转向轴41第二端设有外螺纹，预紧螺母411与转向轴41第二端螺接，转向轴41第二端在滑动槽内滑动，滑动完通过预紧螺母411紧固，使其不随意滑动，第二车轮3安装在支撑架43底部，采用转向轴41与支撑架43连接，严格保证了转向轴轴线与第二车轮3线始终对平，磁性转向杆10设置在调节滑块42上；磁性转向杆10与金属凸轮7轮廓磁吸的滑动连接，优选地，金属凸轮7为至少有五角的弧形凸轮，通过磁性转向杆10与金属凸轮7的轮廓滑动配合实现s型转向。
36.本实用新型提供了一种可调节环道无碳小车，采用三轮车型，前小后大，在保证稳定性的同时，又有较好的转弯能力。传动机构的第一齿轮51、第二齿轮52、第三齿轮53、第四齿轮54采用质量轻，强度优良的亚克力板（4mm）一级齿轮传动；转向机构采用磁性转向杆10与金属凸轮7磁力连接的转向方式，金属凸轮7采用matlab参数化设计的方法仿真得到凸轮形状。需要事先确定的小车参数有：
①
第一转动轴2到第二转动轴8的距离a；
②
主动轮偏距el，如图10所示，由于环s轨迹是中心对称的，所以只需要设计半个环s的轨迹就可以设计出凸轮。将凸轮按角度均等分成n份，设凸轮每转过（360/n）
°
，主动轮走过的距离为lt（仿真中取0.00006）。设置小车发车点o的起始坐标为（-1.8，0），主动轮平行于各桩连线向前。若已知前轮转角θ、主动轮与各桩连线（对称轴）的夹角φ、前后轴距离a、主动轮偏距el、节点距离lt 等参数，则可以推算出下一节点的坐标，通过不断地迭代就可以推算得出点o的行走轨迹。理论凸轮无法直接应用到无碳小车上，如图11所示，除了凸轮推程最大的点，接触轴与凸轮的理论接触点b和实际接触点b均不在同一位置，为解决这个问题，我们用椭圆对理论凸轮进行包络，求得其内包络线即为我们所需的实际凸轮（如图11所示）；如图12的轨迹所示，由于轨迹中心不对称，故凸轮每转过一圈，小车需走出一个环s，前轮转向需经历左转-右转-左转-右转-左转-右转-左转-右转-左转的过程。在设计小车的前轮转角曲线时，为了保证前轮转角曲线的曲率连续，小车左转到右转的过渡用正弦曲线实现，且设置小车右转和左转时的前轮转角为一常数（即小车走圆弧轨迹），配重块下落时带动拉绳使绕线轮带动第三转动轴55转动，此时第三转动轴55成为主动轴，第三转动轴55末端的第一齿轮51和第二齿轮52同时向后侧第四齿轮54，以及下部分第三齿轮53传动，从而实现了驱动和转
向同时进行的功能；金属凸轮安装时所有零件以轴承为基准，第二传动轴8轴肩与轴承内圈相互配合，金属凸轮与调节法兰71通过同轴心配合，并用定位螺栓固定，使两者接触面保证紧密贴合，调节法兰71左侧为与其配合轴段过度配合尺寸大小的圆孔，右侧为六边形端面的凹槽，可与高精度细牙螺母配合，并用胶水填充间隙使其保持牢固。该螺母右端加上垫片后再拧上防松螺母，调节方式：拧松防松螺栓后，可通过轻微转动金属凸轮来调节金属凸轮在轴向的相对位置，调节完毕后可通过拧紧放松螺栓使调节机构锁定；且为了让小车获得比较大的动力，在配重块下落的过程中采用辅助装置——双轨滑轮，在加工组装完成后，经过多次调节实验发现大小圈轨道半径采用1.7:1的加速比为小车的最优方案；同时在调试过程中发现，小车的启动是整个运行过程中最重要的环节，所以为了让小车能够顺利启动并且可以在运行的过程中保持一定速度行驶，同样采用大小圈轨道设置绕线圈，即在小车启动时将线缠在大圈轨迹上，在启动后的线缠在小圈上；使用时，通过配重块下落时带动拉绳使绕线轮带动第三转动轴55转动，此时第三转动轴55成为主动轴，第三转动轴55末端的第二齿轮52同时向后侧第四齿轮54传动，带动第一车轮1和第二车轮3转动，小车运动，在第二齿轮52转动的同时，第一齿轮51转动带动第三齿轮53转动，第三齿轮53转动带动第二传动轴8转动，第二传动轴8转动带动金属凸轮7转动，金属凸轮7转动与磁性转向杆10配合，实现第二车轮3的转向，实现左转-右转-左转-右转-左转-右转-左转-右转-左转的过程。
37.本实用新型的一实施例中，预紧螺母411与调节滑块42之间设有垫片412，垫片412套设在转向轴41第二端，进一步增加预紧螺母411与调节滑块42的摩擦力。
38.本实用新型的一实施例中，调节滑块42两端外侧和前侧分别设有凸起421，两端外侧凸起421与支撑架43两侧外壁滑动连接，前侧凸起421上螺接有调节杆422，调节杆422一端贯穿出凸起421，调节杆422另一端与支撑架43转动连接，通过转动调节杆422实现调节滑块42的微调，前侧凸起421外侧设有相配合的刻度，使得微调更加精确，优选地，调节杆422为高精度螺旋测微仪可调控磁性转向杆10所在调节滑块42在支撑架43上的前后微量调节，可纠正支撑架43与斜撑架81之间的装配误差带来的轨迹偏差。
39.本实用新型的一实施例中，支撑架43上设有若干滑槽432，调节滑块42底部设有与滑槽432相配合的滑杆，滑杆滑动连接的设置在滑槽432内，使得调节滑块42滑动的只能滑动，不易窜动；本实用新型的一实施例中，转向轴41与支撑梁11之间设有滚动轴承，方便转向轴41的转动。
40.本实用新型提供了一种可调节环道无碳小车，通过重力启动件6的配重块下落时带动拉绳使绕线轮带动传动机构5的第三转动轴55转动，第三转动轴55末端的第二齿轮52同时向后侧第四齿轮54传动，带动第一车轮1和第二车轮3转动，小车运动，在第二齿轮52转动的同时，第一齿轮51转动带动第三齿轮53转动，第三齿轮53转动带动第二传动轴8转动，第二传动轴8转动带动金属凸轮7转动，金属凸轮7转动与磁性转向杆10配合，实现第二车轮3的转向，实现左转-右转-左转-右转-左转-右转-左转-右转-左转的过程；本实用新型改变传统的转向轴控制转向机构，采用磁性转向杆10与第二车轮3共为刚体的结构，既能保证前轮的对中性，又能保证车身前部的稳定性，同时添加支撑架43与调节滑块42的前后错位滑移微调机构，使得通过转动前置微调螺栓，达到调节整体车身轨迹的目的；采用磁力接触的磁性转向杆在与金属凸轮接触时更加稳定，仅仅使得磁性转向杆在与金属凸轮保持接触，没有多余的施加外力；本实用新型结构简单，使用上更加方便，成本低廉。
41.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。