一种无碳小车变速装置的制作方法

本实用新型涉及一种变速装置，具体涉及一种无碳小车变速装置。

背景技术：

无碳小车是对“无碳”理念的探索与开发，对未来“无碳”的憧憬。小车构思巧妙，在完成设计的要求下充分考虑了外观和成本等问题，方便以后的扩展和进一步的开发，并能满足大部分初高中及大学学生对机械知识实践的实验与了解，对激发青少年对机械构造的热情有深远的影响。

目前绝大多数参赛的无碳小车可以实现行进和自动蔽障功能，但是要在赛道中爬坡，都是通过手动缠绕绞盘轴来实现的，这类小车的绞盘轴设计成直径大小不同的两段，直径小的部分用于平路行进，直径大的部分用于爬坡，然后需要在比赛现场反复测试小车在赛道中的行走情况，标记小车行驶至上坡前重锤所下落的高度位置，再通过手动把重锤牵引的线绳在固定的长度处缠绕在大直径的绞盘轴上，缠绕一个固定的长度，最后重新绕回直径小的绞盘轴。以此来改变无碳小车在平路行进和爬坡时的输出扭矩变化。

然而，通过上述方式设计和参赛的无碳小车经常会出现各种问题。第一，现场测试赛道时间有限，参赛选手在一个比较紧张的条件下手动缠绕绞盘轴的误差较大，会出现各种无法上坡或下坡车速过快翻车的情况。第二，由地板铺制的赛道不能保证完全平整，小车因赛道不平整输出扭矩不足不能行进时无法自动切换输出扭矩。同时小车在不平整的赛道上无法自动变速还会导致车速快慢变化大，从而影响小车壁障的成功率。第三，小车没有变速箱，重锤始终在下落，无法在车速过快的时候切断动力使小车滑行，浪费了更多的能量。

针对上述不足，需要设计和开发一种无碳小车变速装置，能够补足上述各个缺点，经检索，未发现与本实用新型相同或相似的技术方案。

技术实现要素：

为了解决上述存在的问题，本实用新型提供一种无碳小车变速装置。

本实用新型是通过以下技术方案实现：

一种无碳小车变速装置，包括小车本体、设置在小车本体上的换挡装置、执行装置及速度控制装置；

所述小车本体包括一对支撑座、架设在支撑座上的输出轴及绕线轴、设置在输出轴两端的一对车轮；一对所述支撑座下端固定一底板，所述底板上固定有滚轮及沿竖直方向设置的若干立柱，所述立柱上端固定一中轴线沿水平方向设置的滑轮；所述输出轴与所述绕线轴均通过轴承与支撑座连接，绕线轴中部还固定一绞盘轴；

所述换挡装置包括可沿输出轴中轴线方向滑动的换挡滑块及与换挡滑块连接的换挡舵机；所述换挡滑块插接配合在输出轴中部，并通过一单向轴承与输出轴连接；

所述执行装置包括设置在换挡装置两侧的低速传动装置及高速传动装置；所述低速传动装置包括插接配合在输出轴上的小齿轮A、与小齿轮A啮合并固定在绕线轴上的大齿轮A；所述高速传动装置包括插接配合在输出轴上的大齿轮B、与大齿轮B啮合并固定在绕线轴上的小齿轮B；

所述速度控制装置包括分别固定在一对支撑座上的离合舵机及刹车舵机，所述离合舵机与一限位块A固定连接，所述限位块A端面与大齿轮A侧面平齐；所述刹车舵机与一限位块B固定连接，所述限位块B端面与车轮侧面平齐。

优选的，所述换挡滑块两侧端面分别具有一突出的圆销，所述小齿轮A与大齿轮B靠近换挡滑块的一侧端面均布设置有若干供圆销插接配合的销孔。

优选的，所述支撑座上安装有测速装置，所述测速装置包括固定在支撑座上的红外对管传感器、与红外对管传感器设置在同侧并固定在输出轴上的码盘轮毂，所述红外对管传感器与码盘轮毂分别与一主控板电连接，所述主控板还与离合舵机、刹车舵机及换挡舵机电连接。

优选的，所述小车本体上设置一动力供给装置，所述动力供给装置包括缠绕细线及固定在缠绕细线端部的重锤，所述缠绕细线一端缠绕在绞盘轴上，另一端跨过滑轮与重锤连接。

优选的，所述大齿轮A及小齿轮B均通过法兰联轴器与绕线轴固定连接。

与现有的技术相比，本实用新型的有益效果是：

(1)本实用新型是一种既能控制无碳小车车速，又能稳定爬坡的自动化程度高的设备，通过设置换挡装置、执行装置及速度控制装置使其耗能小，浪费能量少，车速稳定。

(2)该装置中换挡滑块左侧的圆销插入其左侧小齿轮A的销孔内，即换挡装置与低速传动装置连接，小齿轮A可以带动换挡滑块一起转动，此时换挡滑块通过内部的单向轴承带动输出轴以一个较小的扭矩进行输出，这是一个低速档；当换挡滑块右侧的圆销插入其右侧大齿轮B的销孔内，及换挡装置与高速传动装置连接，大齿轮B可以带动换挡滑块一起转动，此时换挡滑块通过内部的单向轴承带动输出轴以一个较大的扭矩进行输出，这是一个高速档,这样就实现了输出扭矩的切换，完成了换挡功能。

(3)测速装置用于检测车轮的转速，并通过主控板对应控制相应的离合舵机、刹车舵机及换挡舵机，实现装置的有效变速，保证整体结构的合理性。

(4)该装置中设置了与传统结构类似的动力供给装置，为小车本体的运动提供一个原始动力，保证结构设计的完整性。

附图说明

图1是本实用新型所述结构的示意图；

图2是本实用新型的局部结构示意图；

图3是本实用新型所述结构的内部局部结构示意图。

图中：1、换挡舵机，2、换挡滑块，3、输出轴，4、支撑座，5、绕线轴， 6、离合舵机，7、车轮，8、码盘轮毂，9、圆销，10、绞盘轴，11、红外对管传感器，12、限位块B，13、刹车舵机，14、法兰联轴器，15、限位块A，16、立柱，17、滑轮，18、底板，19、滚轮。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步详细描述：

如图1-3所示，一种无碳小车变速装置，包括小车本体、设置在小车本体上的换挡装置、执行装置、测速装置、速度控制装置及动力供给装置。

其中小车本体包括一对支撑座4、架设在支撑座4上的输出轴3及绕线轴5、设置在输出轴3两端的一对车轮7；一对支撑座4下端固定一底板18，底板18 上固定有滚轮19及沿竖直方向设置的若干立柱16，立柱16上端固定一中轴线沿水平方向设置的滑轮17；输出轴3与所述绕线轴5均通过轴承与支撑座4连接，绕线轴5中部还固定一绞盘轴10。

换挡装置包括可沿输出轴3中轴线方向滑动的换挡滑块2及与换挡滑块2 连接的换挡舵机1；换挡滑块2插接配合在输出轴3中部，并通过一单向轴承与输出轴3连接，两侧端面分别具有一突出的圆销9。

执行装置包括设置在换挡装置两侧的低速传动装置及高速传动装置；低速传动装置包括插接配合在输出轴3上的小齿轮A、与小齿轮A啮合并固定在绕线轴5上的大齿轮A；高速传动装置包括插接配合在输出轴3上的大齿轮B、与大齿轮B啮合并固定在绕线轴5上的小齿轮B；小齿轮A与大齿轮B靠近换挡滑块 2的一侧端面均布设置有若干供圆销9插接配合的销孔，大齿轮A及小齿轮B均通过法兰联轴器14与绕线轴5固定连接。

测速装置包括固定在支撑座4上的红外对管传感器11、与红外对管传感器 11设置在同侧并固定在输出轴3上的码盘轮毂8，其中红外对管传感器11与码盘轮毂8分别与一主控板电连接，该主控板还与离合舵机6、刹车舵机13及换挡舵机1电连接。

速度控制装置包括分别固定在一对支撑座4上的离合舵机6及刹车舵机13，离合舵机6与一限位块A15固定连接，限位块A15端面与大齿轮A侧面平齐；刹车舵机13与一限位块B12固定连接，所述限位块B12端面与车轮7侧面平齐。

动力供给装置包括缠绕细线及固定在缠绕细线端部的重锤(图中未画出)，该缠绕细线一端缠绕在绞盘轴10上，另一端跨过滑轮17与重锤连接。

工作原理：

在实际工作中，起车时用小扭矩低速挡，并可用重锤带动绞盘轴10辅助起车，车轮7带动码盘轮毂8一起转动，红外对管传感器11通过码盘轮毂8测出小车行进的速度反馈给主控板,当速度达到一定值V_滑行时，主控板控制离合舵机 6通过限位块A15将绕线轴5上的大齿轮A刹住，绕线轴5不能再转动，此时重锤停止下落，切断了输入动力使小车在惯性的作用下滑行从而节省了能量；当速度小于一定值V_滑行时，离合舵机6将绕线轴5上的大齿轮A放开，绕线轴5 可以转动，此时重锤再次下落，重新给小车提供动力。在此前提下，当速度超过一定值V_刹车时，主控板控制刹车舵机13通过限位块B12对车轮7进行摩擦，从而达到减速的效果,防止车速过快无法壁障或翻车，这样就实现了滑行和刹车功能。

在小车出发后重锤没有完全下落之前，当速度值减小到接近即将停车的速度V₀时，会有两种情况：

①平路避障的地板不平，存在微小的上坡，小车以较小的输出扭矩无法继续前进，红外对管传感器11的信号传给主控板，主控板控制换挡舵机1拨动换挡滑块2，切换到高扭矩挡位，使小车获得一个较大的输出扭矩，小车继续前进。在高扭矩档位时，因为地板坡度不大，速度会增大得较快，达到某一个特定数值V_滑行时，离合舵机6迅速刹住大齿轮A，换挡舵机1把换挡滑块2换回低扭矩挡位，之后离合舵机6放开绕线轴5上的大齿轮A，重锤继续下落，继续给小车提供行进能量，小车继续以低扭矩档位前进。

②小车到了3°坡，此时小车以较小的输出扭矩无法继续爬坡而速度降到 V₀，红外对管传感器11的信号传给主控板，主控板控制换挡舵机1拨动换挡滑块2，切换到高扭矩挡位，使小车获得一个较大的输出扭矩，小车继续前进，此时因为3°坡度较大，速度增长不会很快，当小车爬到坡顶开始下坡时，速度会增大得较快，速度很快增长到V_滑行，主控板判断小车开始下坡，离合舵机6迅速刹住绕线轴5上大齿轮A，换挡舵机1把换挡滑块2换回低速挡位，小车滑行下坡以节省能量。在小车下坡滑行过程中，若红外对管传感器11检测到的速度达到危险临界值V_刹车时，主控板控制刹车舵机13摩擦车轮7，将小车的速度降到一个安全值V_滑行，此时离合舵机6放开绕线轴5上的大齿轮A，重锤继续下落，继续给小车提供行进能量。通过这种方式控制变速箱工作，小车可以一直行进至重锤的重力势能全部消耗掉，使小车充分利用给定的能量，得到一个更远的行进路程。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。