一种由重力势能驱动的绕双8字轨迹行驶的无碳小车的制作方法

本实用新型涉及一种可调节轨迹的无碳小车，具体是一种由重力势能驱动的绕双8字轨迹行驶的无碳小车。

背景技术：

目前能源问题是世界范围内的问题，探究无碳小车的设计有助于大学生培养节能环保的意识，无碳小车的设计与制造可以培养学生的机械设计与加工技能。无碳小车的设计过程中需要考虑重物重力势能的转化利用，为了使小车走出更远的距离，就要设计一套增加传动比的装置。功率一定时，传动比越大，小车启动越难，甚至无法行使；若传动比过小，则会导致车子行驶加速过快，稳定性差，小车行驶距离过短，未充分利用势能。此外，转向机构也是小车很重要的一部分，一方面要设计出能走双8字轨迹的机构，另一方面，车子所绕桩柱的距离会有一定程度上的变动，因此小车轨迹具有一定的不确定性，为此设计可以微调机构来满足不同轨迹的要求。传统无碳小车行驶轨迹为单8字，例如专利“8字行走的无碳小车”(专利号CN 206652241U) 存在转向机构较为简单、无法行驶出双8字轨迹，而且车子行驶距离较近等问题。

技术实现要素：

为解决现有技术不足，本实用新型提供了一种由重力势能驱动的绕双8字轨迹行驶的无碳小车，本实用新型能够实现三级放大传动比的效果，使重物下落相同距离时，后轮可以转动给更多的圈数。曲柄摇杆机构中曲柄长度与摇杆长度均可调节，能够较大范围的控制转向轮的偏转范围，实现行驶不同大小的双8字轨迹。车板设置有槽，通过螺栓可以实现不同位置的快速固定。本实用新型行驶不同大小的双 8字轨迹，传动平稳，转向机构设计精巧可靠，有较好的应用前景。

本实用新型的目的通过下述技术方案实现的：

一种由重力势能驱动的绕双8字轨迹行驶的无碳小车，包括：车架、设置在所述车架上的动力转换机构、设置在所述车架上的传动装置和设置在所述车架上的转向机构，所述传动装置包括竖直传动装置和水平传动装置，所述转向机构包括：曲柄摇杆机构、不完全齿轮组和转向轮，所述动力转换机构与所述竖直传动装置传动连接，所述竖直传动装置传动连接所述水平传动装置，所述水平传动装置传动连接所述不完全齿轮组，所述曲柄摇杆机构转动连接所述转向轮，所述不完全齿轮组传动连接所述曲柄摇杆机构，所述不完全齿轮组转动，带动所述曲柄摇杆机构摆动，所述曲柄摇杆机构位置改变，带动所述转向轮的偏转角度和偏转范围改变。

基于上述技术方案，所述动力转换机构将重力势能转换为动能，从而提供给整个小车能量，所述传动装置通过半径比以及齿轮数之比实现小车的三次加速，并实现了将竖直平面的运动转换为水平方向的运动，所述转向机构实现小车的转动，并通过微调机构实现对车轮偏转角度和偏转范围的微调。

进一步的，所述动力转换机构包括重物块和第一绳子，所述重物块固定连接所述第一绳子的一端，所述动力转换机构将所述重物块的重力势能转换为所述传动装置的动能。

基于上述技术方案，所述重物块下降，其提供的重力势能转换为传动装置的动能。

进一步的，所述竖直传动装置包括：绕线盘、第二绳子、齿轮绕线轴、大齿轮、小齿轮、后轮轴、后轮和水平圆锥齿轮，所述绕线盘包括：小绕线槽和大绕线槽，所述小绕线槽和所述大绕线槽共轴，所述第一绳子的另一端连接所述小绕线槽，在所述大绕线槽上缠绕第二绳子的一端，所述第二绳子的另一端连接齿轮绕线轴中部，所述齿轮绕线轴一端设置大齿轮，所述大齿轮啮合所述小齿轮，所述小齿轮设置在后轮轴上，所述后轮轴连接后轮，所述齿轮绕线轴的另一端设置水平圆锥齿轮所述重物块下降带动所述绕线盘转动，带动所述大绕线槽转动，带动所述第二绳子，拉动所述齿轮绕线轴转动，同时带动所述大齿轮和所述水平圆锥齿轮转动，所述大齿轮转动带动所述小齿轮转动，带动后轮转动，所述水平圆锥齿轮将竖直平面内的运动转变为所述水平传动装置的水平面内的运动。

基于上述技术方案，所述重物块下降拉动第一绳子，带动小绕线槽转动，从而带动绕线盘转动，进一步带动大绕线槽转动，从而拉动第二绳子的，进一步拉动大齿轮转动，完成第一次加速(传动比等于大绕线槽的直径除以小绕线槽的直径)，接着大齿轮转动带动小齿轮转动，进一步带动后轮转动，完成第二次加速(传动比等于大齿轮的直径除以小齿轮的直径)。

进一步的，所述水平传动装置包括竖直圆锥齿轮和第一竖直轴，所述竖直圆锥齿轮啮合所述水平圆锥齿轮，所述竖直圆锥齿轮设置在所述第一竖直轴一端。

基于上述技术方案，动力从水平圆锥齿轮传动到竖直圆锥齿轮，即将竖直平面内的运动变为水平面内的运动，同时实现第三次加速， (传动比等于水平圆锥齿轮的齿数除以竖直圆锥齿轮的齿数)。

进一步的，所述不完全齿轮组包括不完全齿轮，所述不完全齿轮设置在所述第一竖直轴的另一端，所述不完全齿轮啮合完全齿轮，所述完全齿轮设置在第二竖直轴的一端，所述第二竖直轴连接所述曲柄摇杆机构。

基于上述技术方案，所述第一竖直轴转动带动不完全齿轮转动，从而间歇性的带动完全齿轮转动，进一步带动第二竖直轴转动，进一步带动曲柄盘转动。

进一步的，所述曲柄摇杆机构还包括曲柄盘、连杆和摇杆，所述曲柄盘设置在所述第二竖直轴的另一端，所述曲柄盘下端通过第一改变栓转动连接所述连杆的一端，在所述曲柄盘上设置第一活动滑槽，所述第一改变栓转动连接所述第一活动滑槽，所述连杆的另一端通过第二改变栓转动连接所述摇杆的一端，在所述连杆上开设第二活动滑槽，所述第二改变栓转动连接所述第二活动滑槽。

进一步的，所述转向机构还包括轮架，所述摇杆的另一端固定连接所述轮架，所述轮架下端连接所述转向轮。

基于上述技术方案，所述曲柄盘转动驱动连杆做平面运动，连杆进一步推动摇杆，从而带动转向轮产生摆动。通过改变第一改变栓的位置来改变曲柄盘实际参与工作的长度，通过改变第二改变栓的位置来改变连杆的实际参与工作的长度，通过改变这两部分的长度就可以改变转向轮的偏转角度和偏转范围。

进一步的，所述轮架通过固定片固定连接车板。

进一步的，所述齿轮绕线轴左右两端通过第一支座固定在所述车板上，所述后轮轴左右两端通过第二支座固定在所述车板上，在所述车板上开设支座固定槽，所述第一支座和所述第二支座通过螺栓固定在所述支座固定槽的内部。

基于上述技术方案，支座的位置可在支座固定槽内任意调节。

进一步的，所述动力转换机构、所述传动装置和所述不完全齿轮组设置在所述车板的上方，所述曲柄摇杆机构设置在所述车板的下方。

本实用新型的有益效果在于：

1.经由锥齿轮的换向作用，将竖直平面内的运动传递到水平面内，即将动力传输给不完全齿轮组，设计不完全齿轮组的参数后，配合曲柄摇杆机构，就能实现前轮间歇性的、规律性的摆动，从而使小车走出预期的轨迹。此外，曲柄盘上和连杆上都设有活动滑槽，分别调节第一改变栓在曲柄盘上的第一滑槽中的位置以及第二改变栓在连杆上的第二活动滑槽中的位置，可以分别调节曲柄盘和连杆的长度。改变曲柄的长度，可以改变转向轮可摆动的最大角度范围；改变连杆长度，可以改变转向轮初始角度，进而改变转向轮可摆动角度的范围，就使车子可以适应不同的限位桩的距离。并且设置不完全齿轮组在车板上方，曲柄盘，连杆，摇杆构成的曲柄摇杆机构在车板下方，既能实现转向功能，又可以使结构更加稳定。

2.使用了由大绕线槽、小绕线槽组成的绕线盘驱动大齿轮和小齿轮，换向锥齿轮组三组共同运作使可以使后轮转动圈数增加多倍的装置，能产生较大的传动比。因为通过三级加倍后传动比较大，小车刚开始行走时需要很大的力来带动，所以装有驱动大齿轮的绕线齿轮轴上有锥形段，第二绳子由半径最小的部分向半径最大的部分开始缠绕。当车子起步时，第二绳子位于半径最大的地方，可以提供较大的转矩，使车子更容易启动；当车子开始行驶后，第二绳子转动到半径较小的部位，用较小的转矩就可以带动，从而使后轮可以转动更多的圈数，节约了能源。

附图说明

本实用新型的具体结构由以下实施例及其附图给出。

图1是本实用新型所提供的由重力势能驱动的绕双8字轨迹行驶的无碳小车的整体结构示意图。

图2是本实用新型所提供的由重力势能驱动的绕双8字轨迹行驶的无碳小车的整体结构示意图。

图3是本实用新型所提供的由重力势能驱动的绕双8字轨迹行驶的无碳小车的整体结构示意图。

图1-3，各标号所代表的部件列表如下：

1、车架，2、动力转换机构，21、第一绳子，22、重物，3、传动装置，31、竖直传动装置，311、绕线盘，3111、小绕线槽，3112、大绕线槽，312、第二绳子，313、齿轮绕线轴，314、大齿轮，315、小齿轮，316、后轮轴，317、后轮，318、水平圆锥齿轮，32、水平传动装置，321、竖直圆锥齿轮，322、第一竖直轴，4、转向机构， 41、曲柄摇杆机构，411、曲柄盘，412、连杆，413、摇杆，414、第一改变栓，415、第二改变栓，42、不完全齿轮组，421、不完全齿轮， 422、完全齿轮，423、第二竖直轴，43、轮架，44、转向轮，5、车板，6、固定片，7、支座固定槽，8、第一支座，9、第二支座。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实施例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

实施例

如图1-3所示，由重力势能驱动的绕双8字轨迹行驶的无碳小车，其特征在于，包括：车架1、设置在所述车架1上的动力转换机构2、设置在所述车架1上的传动装置3和设置在所述车架1上的转向机构 4，所述传动装置3包括竖直传动装置31和水平传动装置32，所述转向机构4包括：曲柄摇杆机构41、不完全齿轮组42和转向轮44，所述动力转换机构2与所述竖直传动装置31传动连接，所述竖直传动装置31传动连接所述水平传动装置32，所述水平传动装置32传动连接所述不完全齿轮组42，所述不完全齿轮组42传动连接所述曲柄摇杆机构41，所述曲柄摇杆机构转动连接所述转向轮44，所述不完全齿轮组42转动，带动所述曲柄摇杆机构41摆动，所述曲柄摇杆机构41位置改变，带动所述转向轮44的偏转角度和偏转范围改变。

可以理解的是，所述竖直传动装置31将竖直平面内的运动转变为所述水平传动装置32的水平面内的运动。

进一步的，如图1-2所示，所述动力转换机构2设置重物块22，所述重物块22固定连接所述第一绳子21的一端，所述动力转换机构 2将所述重物块22的重力势能转换为所述传动装置3的动能。

进一步的，所述竖直传动装置31包括：绕线盘311、第二绳子312、齿轮绕线轴313、大齿轮314、小齿轮315、后轮轴316、后轮 317和水平圆锥齿轮318，所述绕线盘311包括：小绕线槽3111和大绕线槽3112，所述小绕线槽3111和所述大绕线槽3112共轴，所述第一绳子21的另一端连接所述小绕线槽3111，在所述大绕线槽3112 上缠绕第二绳子312的一端，所述第二绳子312的另一端连接齿轮绕线轴313中部，所述齿轮绕线轴313一端设置大齿轮314，所述大齿轮314啮合所述小齿轮315，所述小齿轮315设置在后轮轴316上，所述后轮轴316连接后轮317，所述齿轮绕线轴313的另一端设置水平圆锥齿轮318所述重物块22下降带动所述绕线盘311转动，带动所述大绕线槽3112转动，带动所述第二绳子312，拉动所述齿轮绕线轴313转动，同时带动所述大齿轮314和所述水平圆锥齿轮318转动，所述大齿轮314转动带动所述小齿轮315转动，带动后轮317转动，所述水平圆锥齿轮318将竖直平面内的运动转变为所述水平传动装置32的水平面内的运动。

可以看出，在所述后轮轴316的中部设置一个第二支座9，所述第二支座9位于所述小齿轮315的一端。

可以理解的是，所述车架1设置绳架，所述绕线盘311通过绳架支座固定于绳架上，所述绳架通过三根绳架杆固定于所述车板5上，所述绳架杆的高度与所述重物22和所述第一绳子21的活动距离相匹配，所述三根绳架杆之间的缝隙与所述重物22的大小相匹配。

可以理解的是，所述齿轮绕线轴313中部设置为锥形。

可以理解的是，在所述车板5上开设槽体，所述大齿轮314贯通所述槽体。

进一步的，所述水平传动装置32包括竖直圆锥齿轮321，所述竖直圆锥齿轮321啮合所述水平圆锥齿轮318，所述竖直圆锥齿轮321 设置在第一竖直轴322一端。

可以理解的是，所述第一竖直轴322通过固定片固定于所述车板 5上。

进一步的，所述不完全齿轮组42包括不完全齿轮421，所述不完全齿轮421设置在所述第一竖直轴322的另一端，所述不完全齿轮 421啮合完全齿轮422，所述完全齿轮422设置在第二竖直轴423的一端，所述第二竖直轴423连接所述曲柄摇杆机构41。

可以理解的是，所述第一竖直轴322通过固定片固定于所述车板 5上，所述固定片位于所述车板5的下端，所述不完全齿轮组42和所述水平圆锥齿轮318位于所述车板5的上端。

进一步的，如图3所示，所述曲柄摇杆机构41包括曲柄盘411、连杆412和摇杆413，所述曲柄盘411设置在所述第二竖直轴423的另一端，所述曲柄盘411下端通过第一改变栓414转动连接所述连杆 412的一端，在所述曲柄盘411上设置第一活动滑槽，所述第一改变栓414转动连接所述第一活动滑槽，所述连杆412的另一端通过第二改变栓415转动连接所述摇杆413的一端，在所述连杆412上开设第二活动滑槽，所述第二改变栓415转动连接所述第二活动滑槽。

进一步的，所述转向机构4还包括轮架43，所述摇杆413的另一端固定连接所述轮架43，所述轮架43下端连接所述转向轮44。所述第一改变栓414改变位置，改变所述曲柄盘411的实际参与工作长度，所述第二改变栓415的位置改变，改变所述连杆413的实际参与工作长度，通过改变这两部分的长度，改变所转向轮44的偏转角度和偏转范围。

可以理解的是，所述曲柄盘411的实际参与工作长度是指，第一改变栓414到所述曲柄盘411中心的长度，所述连杆413的实际参与工作长度是指所述第一改变栓414和所述第二改变栓415之间的距离。

进一步的，所述轮架414通过固定片6固定连接车板5。

可以理解的是，所述固定片位于所述车板5的上方，所述轮架 414位于所述车板5的下端。

进一步的，所述齿轮绕线轴313左右两端通过第一支座8固定在所述车板5上，所述后轮轴316左右两端通过第二支座9固定在所述车板5上，在所述车板5上开设支座固定槽7，所述第一支座8和所述第二支座9通过螺栓固定在所述支座固定槽7的内部。

进一步的，所述动力转换机构2、所述传动装置3和所述不完全齿轮组42设置在所述车板5的上方，所述曲柄摇杆机构41设置在所述车板5的下方。

工作原理：首先，重物22从三根绳架杆围成的空隙中下落，经缠在小绕线槽3111中的第一绳子21，拉动绕线盘311转动，绕线盘 311转动又能拉动第二绳子312，由于第二绳子312另一端缠在带有锥形段的齿轮绕线轴313上，所以齿轮绕线轴313开始转动，齿轮绕线轴313上固定的大齿轮314开始转动，通过齿轮啮合，带动小齿轮 315运动，由于小齿轮315固连在后轮轴316上，所以就能带动后轮 317运动，使小车开始行走。当齿轮绕线轴313运动时，齿轮绕线轴 313上的水平安置的水平圆锥齿轮318也跟随转动，通过齿轮啮合，带动竖直安置的竖直圆锥齿轮321运动(这个过程实现了将竖直方向上的运动转变为水平方向上的运动)。此时，与竖直圆锥齿轮321相连的第一竖直轴322也开始运动，就会带动第一竖直轴322轴上的转向不完全齿轮421运动，通过齿轮啮合，使完全齿轮422产生间歇性、规律性运动。并且经过第二竖直轴423，把这种运动规律传递给车底的曲柄盘411，连杆412与曲柄盘411通过可转动的第一改变栓414 连接后，(栓的作用是使曲柄盘411和连杆412只能绕栓做平面运动，当曲柄盘411转动时，驱动连412杆做平面运动，这种运动是规律的，根据曲柄盘411转过的角度变化而规律的变化)，曲柄盘411转动，驱动连杆412做平面运动，连杆412与摇杆413也通过可转动的第二改变栓415连接，推动摇杆413，由于摇杆413与轮架43固定在一起，所以使转向轮44产生摆动，控制车子前进方向。

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。