基于齿条法的自动阻尼减速无碳小车的制作方法

本发明涉及无碳小车的结构和控制，尤其涉及一种基于齿条法的自动阻尼减速无碳小车。

背景技术：

随着人们节能环保意识的提升，更洁净、更环保、更节能、更高效的无碳理念被推上了研究的热潮。无碳小车为一种基于重力势能实现驱动和方向控制的机械装置，小车构思巧妙，首先，在完成设计的要求下需要充分考虑外观和成本等问题，以方便后续的扩展和进一步的研发；其次，目前的“s”和“8”字形绕桩行驶的无碳小车，不具爬坡能力，无法满足在上下坡道上对所需驱动力进行自动调节，极易导致因小车下坡时失速造成行驶方向漂移和侧翻等情况的发生，严重影响小车行驶的技术性能和避障能力。

技术实现要素：

发明目的：本发明的目的是基于现有技术存在的问题，提供一种基于齿条法有效制约小车下坡失速现象的自动阻尼减速无碳小车。

技术方案：一种基于齿条法的自动阻尼减速无碳小车，包括车架、安装在车架上的相互啮合的大齿轮和小齿轮、驱动大齿轮旋转的势能传动机构以及自动阻尼减速机构；所述自动阻尼减速机构包括管状的齿条外套、螺纹套体组件以及安装在齿条外套管内的齿条；所述螺纹套体组件内设有弹簧和阻尼块，所述阻尼块的左端为凸面；在齿条相对的两侧面分别设有齿和u形凹面，所述齿与小齿轮啮合，所述u形凹面与阻尼块的凸面呈圆弧面式接触。在所述齿条外套的上端设有限位叉。

所述大齿轮和小齿轮的右端各设有绕线轮，在绕线轮的右侧开设有挂线槽，所述小齿轮由大齿轮带动进行增速反向旋转。

所述势能传动机构包括重砣、v形滑轮和主线；所述主线的上端与重砣固定连接，下端设有环形圈，该环形圈套绕于大齿轮绕线轮的挂线槽上，所述主线的中部线段绕设在v形滑轮内；大齿轮由重砣经主线的拉动获得正向旋转。

所述齿条外套呈圆柱管状，在其管外两侧中部分别设有相垂直的内螺纹孔和圆柱体，所述圆柱体顶端外圆上设有通孔，在圆柱体一侧上方的齿条外套上设有长方形开口槽；所述齿条外套上的圆柱体顶端上的通孔套装在车架的定位轴上，使齿条外套绕车架定位轴自由旋转，保证齿条外套上长方形开口槽中的齿条与后轮轴上的小齿轮分啮自由。

所述螺纹套体组件包括螺纹套，其右端设有用于安装调节螺丝的内螺纹，在螺纹套的左端的外径处设有外螺纹，所述外螺纹与齿条外套右侧中端的内螺纹连接，使螺纹套和齿条外套成一运动体；在螺纹套孔内的左端设有圆柱孔；所述弹簧和阻尼块依次设于该圆柱孔内。

所述自动阻尼减速机构包括阻尼线、阻尼滑轮和拉力线；所述阻尼滑轮的中间轮盘的外边缘上设有挂线轮槽和小孔，在中间轮盘两侧设有左绕线轮和右绕线轮，所述阻尼线的上下两端分别设有上环形圈和下环形圈，所述上环形圈套挂在阻尼滑轮中间轮盘上的挂线轮槽上、并反方向缠绕在左绕线轮上，所述下环形圈套挂在小齿轮右端绕线轮的挂线槽上；所述拉力线上端扣系在阻尼滑轮中间轮盘边缘处的小孔上，下端扣系在齿条上顶部的小孔上；所述齿条受阻尼滑轮的力矩作用，齿条连同齿条外套绕车架的定位轴旋转，达到齿条与后轮轴上的小齿轮自动啮合；所述阻尼线的长度小于拉力线加齿条行程的长度。

优选的，所述小齿轮通过止位螺丝保持与车架的后轮轴作同步角速度运动；所述大齿轮通过止位螺丝保持与大齿轮的大齿轮轴作同步角速度运动。

通过小齿轮和阻尼滑轮的传动比来计算无碳小车起步点到需要减速时位置点的距离来确定阻尼线和拉力线的长度。

工作原理：本发明的无碳小车，以重砣上的主线在v形滑轮的支撑下，拉动大齿轮并带动后轮轴上的小齿轮旋转，阻尼线经小齿轮上的绕线轮带动下使阻尼滑轮作顺时针旋转，拉力线被缠绕在阻尼滑轮右端绕线槽，齿条经拉力线拉力作用下沿定位轴逆时针旋转，旋转一定角度后，限位叉左端支架阻滞齿条外套上端，使齿条的逆时针转动停止并保持齿条与小齿轮有效啮合，小齿轮运动力受到阻尼减速现象；如此同时，齿条在小齿轮的带动下作向上运动；本发明采用驱动轮轴上的小齿轮和齿条形成两个不同方式的运动状态，产生两个不同运动方向的力，驱动轮轴上的小齿轮负载齿条运动，经齿条的u形凹面与阻尼块的u形凸面之间的面滑动摩擦作用下，小齿轮的线速度和重砣下降的速度产生负载，在单位时间内使小齿轮和重砣运动的力形成相互制约，达到自动阻尼减速目的。

有益效果：本发明与现有技术相比，具有如下显著优势：1、保证了无碳小车在下坡时的运动速度和重砣下降的速度同时受到有效的阻尼控制，形成阻尼减速效应，达到自动阻尼减速的目的；2、有效解决了小车下坡避障过程中由于失速造成的行驶方向漂移和侧翻等问题。

附图说明

图1为本发明的优选实施例的结构主视图；

图2为图1中a处的局部剖视放大图；

图3为图1中b处的局部剖视放大图；

图4为图1中c处的局部剖视放大图；

图5为图1中d处的局部剖视放大图；

图6为图1中e处的局部剖视放大图；

图7为图1中g处的局部剖视放大图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明的技术方案作进一步详细说明。

实施例：

如图1所示，一种无碳小车，包括车架1、安装在车架1上的相互啮合的大齿轮2和小齿轮15、驱动所述大齿轮2旋转的势能传动机构以及自动阻尼减速机构，所述自动阻尼减速机构由齿条外套体组件、螺纹套体组件、阻尼体组件和适时啮合运动体组成。

其中，安装在车架1上的相互啮合的大齿轮2和小齿轮15右端各设有绕线轮，其绕线轮右侧分别开有挂线槽，使小齿轮在大齿轮的带动下，获得增速反向旋转，形成齿轮传动机构。

主线4下端设有环形圈并套绕在大齿轮2带有挂线槽的绕线轮上，上端与重砣7固定连接，并用主线4中部线段将重砣7吊挂在v形滑轮8的槽径内，如图2所示；使大齿轮2在重砣7经主线4的拉动下，获得正向旋转，形成势能传动机构，图4为图1中c处的局部剖视放大图。

图7为图1中g处的局部剖视放大图，齿条外套14呈圆柱管状，在其管内安装齿条12，在其管外两侧中部分别设有相垂直的内螺纹孔和圆柱体，圆柱体顶端外圆上设有通孔，在圆柱体一侧上方的齿条外套上设有长方形开口槽，齿条外套14上的圆柱体顶端上的通孔套装在车架1的定位轴20上，使齿条外套14绕车架1定位轴20自由旋转，保证齿条外套14上长方形开口槽中的齿条12与后轮轴21上的小齿轮15分啮自由，形成齿条外套体组件；所述齿条外套14上端设有长形开口并提供齿条12与小齿轮15啮合空间，齿条外套14左端设有圆孔并与定位轴20周向连接，齿条外套14右端设有内空的长方体并提供与阻尼块19、弹簧18、螺纹套16、调节螺丝17安装的空间，图6为图1中e处的局部剖视放大图。

螺纹套16内孔中左端设有圆柱孔依次安装弹簧18和阻尼块19，螺纹套16右端设有内螺纹用于安装调节螺丝17，阻尼块19右端设有圆形平底凹槽并与弹簧18左端紧密接触，弹簧18与和螺纹套16内侧螺纹连接的调节螺丝17左端紧密接触；螺纹套16左端外径设有的外螺纹，其与齿条外套14右侧中端设有的内螺纹连接，使螺纹套16和齿条外套14成一运动体，形成螺纹套体组件；图3为图1中b处的局部剖视放大图。

齿条12呈圆柱状，在其相对的两侧面分别设有齿和u形凹面，齿与小齿轮15啮合，u形凹面与阻尼块19左端设有u形凸面呈圆弧面式接触，在调节螺丝17的推力作用下，使弹簧18对阻尼块19产生恒压力，使安装在齿条外套14内的齿条12上下运动阻力增大，对后轮轴21上的小齿轮15运动形成阻尼减速的力，形成阻尼体组件。

图5为图1中d处的局部剖视放大图；阻尼滑轮6的中间轮盘外边缘上分别设有挂线轮槽和小孔，在中间轮盘两侧设有绕线轮，阻尼线5上下两端设有环形圈，上环形圈套挂在阻尼滑轮6中间轮盘上的挂线轮槽上、并反方向缠绕在左绕线轮上，下环形圈套挂在小齿轮15右端设有挂线槽的绕线轮上，拉力线11上端扣系在阻尼滑轮6中间轮盘边缘处的小孔上，下端与齿条12上顶部设有小孔扣系成固连接，使齿条12在阻尼滑轮6的力矩作用下，齿条12连同齿条外套14绕车架1的定位轴20旋转，达到齿条12与后轮轴21上的小齿轮15自动啮合，形成适时啮合运动体；所述阻尼线的长度应小于拉力线加齿条行程的长度。

优选的，小齿轮15通过止位螺丝保持与后轮轴21作同步角速度运动。

大齿轮2通过止位螺丝保持与大齿轮轴3作同步角速度运动。

本发明通过小齿轮15和阻尼滑轮6传动比来计算无碳小车起步点到需要减速时位置点的距离来确定阻尼线5和拉力线11的长度。

无碳小车在出发前，首先将主线4下端设有环形圈套绕在大齿轮2设有挂线槽的挂线轮上，通过顺时针旋转后轮轴21上的小齿轮15带动大齿轮2反向旋转使主线4缠绕在大齿轮2的挂线轮上，并拉动重砣7运行到额定高度；然后将拉力线11上环形圈与阻尼滑轮6刀形挂线轮上的外缘小孔固连，下环形圈与齿条12顶部的小孔固连并将齿条12向下塞入齿条外套14圆筒内至拉力线11轻微拉紧；其次将阻尼块19的左侧凸面与齿条12凹面接触，弹簧18的左侧与阻尼块19右侧端面圆接触，螺纹套16外缘螺纹和齿条外套14右侧螺纹孔螺纹连接，将调节螺丝17外侧与螺纹套16内侧螺纹连接，并可通过旋转调节螺丝17，来改变弹簧18的压力，从而控制齿条12右侧半圆形凹面与阻尼块19左侧半圆弧凸面之间的滑动摩擦力的大小，产生齿条12运动受到阻尼减速的效果，使后轮轴21上的小齿轮15因下坡时惯性引起的加速现象具备阻尼减速效果；最后将阻尼线5右端由下至上逆时针套绕半圈在阻尼滑轮6的刀形挂线轮上，此时阻尼线5成轻微张紧状态；

小车释放时，重砣7下降的重力势能经主线4拉动大齿轮2作顺时针旋转带动后轮轴21上的小齿轮15同步反向旋转，小齿轮15经阻尼线5带动阻尼滑轮6顺时针旋转，齿条12经拉力线11拉力作用下沿定位轴20逆时针摆动，摆动一定角度后，限位叉13左端支架阻滞齿条外套14上端，使齿条12的逆时针摆动停止并保持齿条12与小齿轮15的啮合力度；此时，小齿轮15负载齿条12与阻尼块19的面滑动摩擦力，使后轮轴21运动速度受阻，形成阻尼减速现象，达到消除无碳小车因下坡产生惯性加速的问题；同理可得，当下坡结束时缠绕在阻尼滑轮6右侧的阻尼线5自行从阻尼滑轮6右侧设有的挂线槽的绕线轮上脱落，阻尼滑轮6失去对拉力线11上的齿条12的拉力，使齿条12在齿条外套14上因重力作用产生顺时针摆动现象，使齿条外套14上的齿条12与后轮轴21上的小齿轮15脱离，从而解除后轮轴21下坡时所需的运动阻力，保证无碳小车在坡道过后行驶速度平稳避障的技术要求，有效解决行驶中的无碳小车下坡时会迅速生成单位时间段的失速现象，造成超出无碳小车的安全行驶速度的问题，有效避免在“0”字环形赛道上规避间断式障碍墙时方向失控或行驶失稳的问题发生。该自动阻尼减速方法有新颖结构简单，自动灵活原理独特，适时自动性能好等特点。