一种可调节式S字形轨迹无碳小车的制作方法

本实用新型涉及无碳小车的技术领域，更具体地，涉及一种可调节式S字形轨迹无碳小车。

背景技术：

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。目前，已经存在多种S字轨迹无碳小车设计方案，基本上可以实现S字轨迹行走，但是无法实现对S字轨迹大小，形状和位置的同时调节，从而无法使小车绕行更多障碍物，行走的更远。

技术实现要素：

本实用新型为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，提供一种可调节式S字形轨迹无碳小车，能够对S字轨迹大小，形状和位置的同时调节，更高效的将重力势能转换为机械能，使小车绕行更多障碍物，行走的更远。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案如下：

一种可调节式S字形轨迹无碳小车，包括设于底板的驱动组件、提供驱动力的重力组件、由驱动组件驱动用于带动后轮转动的后轮传动组件及用于调节S字形轨迹的转向调节组件；

所述转向调节组件通过前轮传动杆与前轮连接，通过调节转向调节组件的运动而带动前轮转向实现小车S字形轨迹的调节。

优选地，所述转向调节组件包括依次连接的凸轮传动机构、滑块传动机构及转向微调机构；所述驱动组件通过中间传动组件与凸轮传动机构连接，所述转向微调机构与所述前轮传动杆连接。

优选地，所述驱动组件的摩擦轮与中间传动组件的摩擦盘摩擦传动；中间传动组件的第一锥齿轮与凸轮传动机构的第二锥齿轮啮合传动，改变摩擦传动比调节转向调节组件的运动，带动前轮的转向实现小车S字形大小的调节。

优选地，所述转向微调机构包括限定在摆动横梁凹槽内沿微调螺杆运动的调节滑块，所述摆动横梁与所述前轮传动杆连接，固定于调节滑块的摆动连杆与滑块传动机构连接，改变调节滑块与摆动横梁的相对位置，通过前轮传动杆改变前轮的摆动幅度，调节S字形的形状。

优选地，所述转向微调机构设有与所述前轮传动杆固定连接的指针；所述底板设有与指针相配合的刻度盘，改变指针在刻度盘的位置，通过前轮传动杆调节前轮的方向，定义无碳小车的出发位置。

优选地，所述凸轮传动机构包括设有第二锥齿轮及圆柱凸轮的中间轴，连接滑块传动机构与圆柱凸轮的凸轮寻轨杆，所述凸轮寻轨杆一端限制在所述圆柱凸轮的凸轮轨迹槽运动。

优选地，所述的滑块传动机构包括与所述凸轮寻轨杆另一端连接的设有凹槽的调节横梁，固定于调节横梁底部的直线导轨滑块与底板的直线导轨滑动连接；所述摆动连杆的一端限制在调节横梁的凹槽中往复运动。

优选地，所述重力组件的重锤经绕过定滑轮的细绳与驱动组件的主动轴上的绕线锥连接，用于将重力势能转化为机械能。

优选地，所述主动轴上的大齿轮与后轮传动组件的从动轴上的小齿轮啮合，通过从动轴带动后轮的运动。

优选地，所述的从动轴还设置有减速器。

与现有技术相比，有益效果是：一种可调节S字形轨迹的无碳小车，通过调节转向调节组件的运动，可以实现对S字轨迹的调节，具体包括S字的大小，形状和位置的调节，适应不同间距障碍物的竞赛场地，轨迹准确，运动稳定，从而使小车绕行更多障碍物，行走的更远。

1）通过调节摩擦盘与摩擦轮的摩擦位置，达到主动轴和传动轴的不同传动比，进而通过锥齿轮调节转向调节组件运动，最终调节前轮的摆动频率，此时后轮的前进速度一定，通过调节前轮的摆动频率，可以调节S字形轨迹的大小；

2）通过调节微调螺杆，改变调节滑块在摆动横梁中的位置，即调节滑块与摆动横梁的相对位置，从而实现转向微调机构中前轮的摆动幅度，通过前轮的摆动幅度，可以调节S字形轨迹的形状；

3）通过调节指针与底盘组件上的刻度盘上的刻度位置，可以定义小车出发位置；另外通过调节微调螺杆，改变调节滑块在摆动横梁中的位置，即调节滑块与摆动横梁的相对位置，从而实现转向微调机构中前轮的摆动幅度，进而达到调节S字形轨迹的位置；

4）在从动轴上安装有减速器，可以在小车转弯过程中实现两个后轮以不同速度前进，提高小车轨迹的准确性和小车运行过程中全车的稳定性。

附图说明

图1是本实用新型一种可调节式S字形轨迹的无碳小车整体结构示意图。

图2是本实用新型一种可调节式S字形轨迹的无碳小车车体结构示意图。

图3是本实用新型一种可调节式S字形轨迹的无碳小车的转向调节组件。

图4是本实用新型一种可调节式S字形轨迹的无碳小车的中间传动组件。

图5是本实用新型一种可调节式S字形轨迹的无碳小车的驱动组件。

图6是本实用新型一种可调节式S字形轨迹的无碳小车的重力组件。

图7是本实用新型一种可调节式S字形轨迹的无碳小车的后轮组件。

图8是本实用新型一种可调节式S字形轨迹的无碳小车的底盘组件。

图9是本实用新型沿X轴的S字形轨迹。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。

如图1-8所示，本实用新型设计的一种可调节式S字形轨迹的无碳小车，主要底盘组件6、设于底盘组件6的底板6-5上的转向调节组件1，中间传动组件2，驱动组件3，重力组件4，后轮传动组件5，其中重力组件4还包括细绳7和重锤8。

转向调节组件1具体包括中间轴1-1，圆柱凸轮1-2，直线导轨1-3，凸轮寻轨杆1-4，直线导轨滑块1-5，调节横梁1-6，固定螺母1-7，微调螺杆1-8，六角螺母1-19，调节滑块1-9，摆动横梁1-10，摆动连杆1-11，滚动轴承1-12，前轮法兰盘1-13，前轮传动杆1-14，前轮支架1-15，前轮双头螺栓1-16，前轮1-17，指针1-18，所述的凸轮寻轨杆1-4的一端加装有滚动轴承。

中间传动组件2由摩擦盘2-1，传动轴2-2，传动轴滚动轴承2-3，第一锥齿轮2-4，第二锥齿轮2-6，传动轴轴承座2-5组成。

驱动组件3由摩擦轮3-1，绕线锥3-2，主动轴3-3，大齿轮法兰盘3-4，大齿轮3-5组成。

重力组件4还包括支撑杆4-1，支撑板4-2，导向杆4-3，定滑轮4-4, 定滑轮阶梯轴4-5，定滑轮阶梯轴滚动轴承4-6，定滑轮阶梯轴轴承座4-7，三角支架横梁4-8。

后轮传动组件5由从动轴5-1，减速器5-2，小齿轮5-3，后轮法兰盘5-4，后轮5-5组成。

底盘组件6由直线导轨支撑座6-1，中间轴轴承座6-2，主动轴承座6-3，从动轴轴承座6-4，底板6-5，从动轴滚动轴承6-6，主动轴滚动轴承6-7，中间轴滚动轴承6-8，刻度盘6-9组成。

其中，一种可调节式S字形轨迹无碳小车的整体结构为：

所述驱动组件3与后轮传动组件5连接从而带动后轮5-5转动；所述的转向调节组件1包括依次连接的凸轮传动机构13、滑块传动机构12及转向微调机构11，所述转向微调机构11通过前轮传动杆1-14与前轮1-17连接；所述的驱动组件3通过中间传动组件2与转向调节组件1的凸轮传动机构13连接，所述转向微调机构11与所述前轮传动杆1-14连接。通过调节转向调节组件1的运动带动前轮1-17的转向从而实现小车S字形轨迹的调节。

进一步地，所述驱动组件3的摩擦轮3-1与中间传动组件2的摩擦盘2-1摩擦传动；中间传动组件2的第一锥齿轮2-4与凸轮传动机构13的第二锥齿轮2-6啮合传动，改变摩擦传动比调节转向微调机构11运动，带动前轮1-17的转向实现小车S字形大小的调节。

主动轴3-3通过主动轴滚动轴承6-7安装在主动轴轴承座6-3上，主动轴轴承座6-3通过固定螺栓与底板6-5固定在一起，主动轴3-3两端通过顶丝将大齿轮法兰盘3-4和摩擦轮3-1固定在主动轴3-3上，大齿轮3-5通过固定螺栓与大齿轮法兰盘3-4固定在一起。如图2所示，中间传动组件2中摩擦盘2-1与摩擦轮3-1采用了垂直安装方式，摩擦盘2-1与摩擦轮3-1进行垂直接触摩擦，摩擦盘2-1通过法兰机构固定于传动轴2-2，传动轴2-2通过传动轴滚动轴承2-3安装在传动轴轴承座2-5上，从动轴轴承座2-5通过固定螺栓与底板6-5固定在一起，由摩擦轮3-1与摩擦盘2-1的垂直接触摩擦进而带动摩擦盘2-1与传动轴2-2的转动，实现主动轴3-3与传动轴2-2的摩擦转动；同时摩擦轮3-1在主动轴3-3的轴向上可以拆卸移动重固定，从而改变摩擦轮3-1在主动轴3-3上的位置，进而改变摩擦轮3-1与摩擦盘2-1的垂直摩擦位置即改变摩擦盘2-1上摩擦接触圆的半径，从而达到主动轴3-3和传动轴2-2的不同传动比，进而通过第一锥齿轮2-4与第二锥齿轮2-6传动、凸轮传动机构13、滑块传动机构12、转向微调机构11至前轮传动杆1-14，最终调节改变前轮1-17的摆动频率，由于此时后轮5-5的前进速度一定，通过调节前轮1-17的摆动频率，可以调节S字形的大小，如图9所示，S字形的大小是指轨迹沿X轴方向的伸缩调节。

进一步地，所述转向微调机构11包括限定在摆动横梁1-10凹槽内沿微调螺杆1-8运动的调节滑块1-9，所述的调节滑块1-9微调螺杆1-8的螺纹连接，通过旋转微调螺杆1-8改变调节滑块1-9在微调螺杆1-8的位置，即可调节滑块1-9与摆动横梁1-10的相对位置；所述摆动横梁1-10与所述前轮传动杆1-14连接，固定于调节滑块1-9的摆动连杆1-11与滑块传动机构12连接；

所述凸轮传动机构13包括设有第二锥齿轮2-6及圆柱凸轮1-2的中间轴1-1，连接滑块传动机构12与圆柱凸轮1-2的凸轮寻轨杆1-4，所述凸轮寻轨杆1-4一端限制在所述圆柱凸轮1-2的凸轮轨迹槽1-2-1运动；所述的滑块传动机构12包括与所述凸轮寻轨杆1-4另一端连接的设有凹槽的调节横梁1-6，固定于调节横梁1-6底部的直线导轨滑块1-5与底板6-5的直线导轨1-3滑动连接；所述摆动连杆1-11限制在调节横梁1-6的凹槽中往复运动；改变调节滑块1-9与摆动横梁1-10的相对位置，通过前轮传动杆1-14改变前轮1-17的摆动幅度，调节S字形的形状。

如图2、3所示圆柱凸轮1-2的左右两端通过顶丝固定在中间轴1-1的中间位置上，中间轴1-1通过中间轴滚动轴承6-8安装在中间轴轴承座6-2上，中间轴轴承座6-2通过固定螺栓与底板6-5固定在一起；凸轮寻轨杆1-4通过杆端加装的滚动轴承杆端与圆柱凸轮1-2中的凸轮轨迹槽1-2-1采用间隙配合，所述圆柱凸轮的凸轮轨迹槽1-2-1设置为椭圆环形的凹槽，增大凸轮轨迹槽1-2-1的有效长度；凸轮寻轨杆1-4另一端采用螺纹结构与调节横梁1-6的一端固定在一起，调节横梁1-6与直线导轨滑块1-5通过固定螺栓固定在一起，直线导轨滑块1-5的滑倒内侧布置了两排滚轮，直线导轨滑块1-5采用滚动接触的方式与直线导轨1-3连接，采用滚动接触的方式用于减小直线导轨滑块1-5在直线导轨1-3上往复运动产生的摩擦阻力，所述直线导轨1-3通过固定螺栓安装在直线导轨支撑座6-1上，直线导轨支撑座6-1通过固定螺栓安装在底板6-5上；调节滑块1-9通过微调螺杆1-8固定在摆动横梁1-10的凹槽内，所述的微调螺杆1-8利用六角螺母1-19固定于摆动横梁1-10的凹槽，通过旋转微调螺杆1-8使得调节滑块1-9在摆动横梁1-10的凹槽内沿微调螺杆1-8轴向移动，旋转微调螺杆1-8改变调节滑块1-9在微调螺杆1-8的位置，即改变调节滑块1-9与摆动横梁1-10的相对位置，达到微调目的；摆动连杆1-11与调节滑块1-9底部采用螺纹连接，滚动轴承1-12通过过盈配合与摆动连杆1-11连接在一起，同时滚动轴承1-12被限制在调节横梁1-6内的凹槽内往复运动。

所述前轮传动杆1-14通过顶丝将前轮法兰盘1-13固定在一起，前轮法兰盘1-13通过固定螺栓与底板6-5固定在一起，前轮传动杆1-14下端采用过盈配合与前轮支架1-15连接在一起，前轮1-17固定在前轮双头螺栓1-16中间位置，前轮双头螺栓1-16插入前轮支架1-15中，前轮传动杆1-14上端通过固定螺母1-7与摆动横梁1-10固定在一起；

通过第一锥齿轮2-4与第二锥齿轮2-6啮合传动，带动中间轴1-1上圆柱凸轮1-2的转动，圆柱凸轮1-2的转动带动一端限制在凸轮轨迹槽1-2-1的凸轮寻轨杆1-4的运动，从而带动固定于凸轮寻轨杆1-4另一端的通过螺钉固定于调节横梁1-6底部的直线导轨滑块1-5沿底板6-5的直线导轨1-3滑动，进而带动限制在调节横梁1-6的凹槽中的摆动连杆1-11做往复运动，同时由摆动连杆1-11通过螺母固定连接的调节滑块1-9带动摆动横梁1-10，并由摆动横梁1-10带动固定连接的前轮传动杆1-14，通过前轮传动杆1-14改变前轮1-17的摆动，调节S字形的形状，如图9所示，S字形的形状调节是指轨迹沿Y轴方向的伸缩调节。

进一步地，所述转向微调机构11设有与所述前轮传动杆1-14连接的指针1-18；所述底板6-5设有与指针1-18相配合的刻度盘6-9，通过调节指针1-18在刻度盘6-9的位置改变前轮方向，定义无碳小车的出发位置。

所述转向微调机构11还包括安装于摆动横梁1-10前端并与前轮传动杆1-14通过螺母固定连接的指针1-18；所述底板6-5的前端设置有与所述指针1-18相配合的刻度盘6-9，所述的指针1-18的指向通过前轮传动杆1-14连接与前轮1-17的转向保持一致，调节指针1-18在刻度盘6-9的位置相应的更改前轮1-17的出发方向，可以定义无碳小车的出发位置，如图9所示，S字形的出发位置调节是指轨迹曲线的相位改变。

进一步地，所述重力组件4的重锤8经绕过定滑轮4-4的细绳7与驱动组件3的主动轴3-3上的绕线锥3-2连接，用于将重力势能转化为机械能。

如图1、6所示，重力组件4中的三根导向杆4-3以三角形方式布置，导向杆4-3下端通过固定螺母与支撑板4-2固定在一起，支撑板4-2通过固定螺母与支撑杆4-1上端固定在一起，四根支撑杆4-1以矩形方式布置，所述的支撑板4-2设置有与所述重锤8相配合的圆形通孔；支撑杆4-1下端通过固定螺母与底板6-5固定在一起；导向杆4-3上端通过固定螺母与三角支架横梁4-8固定在一起，在三角支架横梁4-8上通过固定螺栓与定滑轮阶梯轴轴承座4-7固定在一起，定滑轮阶梯轴滚动轴承4-6装配插入定滑轮阶梯轴轴承座4-7内，定滑轮阶梯轴4-5装配插入定滑轮阶梯轴滚动轴承4-6内，定滑轮4-4安装在定滑轮阶梯轴4-5中部；

细绳7的一端拴在重锤8的上端，细绳7的另一端绕过定滑轮4-4拴在驱动组件3中的绕线锥3-2上；绕线锥3-2通过过盈配合固定在主动轴3-3上，拉近细绳7使得重锤8上升至顶部，放松使得重锤下落，从而通过细绳7带动主动轴3-3转动，使得驱动组件3转动，将重力势能转化为机械能，为整个无碳小车提供驱动力。

进一步地，所述主动轴3-3上的大齿轮3-5与后轮传动组件5的从动轴5-1上的小齿轮5-3啮合，通过从动轴5-1带动后轮5-5的运动，后轮传动组件5中安装于从动轴5-1的小齿轮5-3与主动轴3-3上的大齿轮3-5采用了4:1的传动减速比啮合在一起，小齿轮5-3通过过盈配合固定在从动轴5-1上。

进一步地，所述的从动轴5-1还设置有减速器5-2。减速器5-2通过过盈配合固定在从动轴5-1上，如图2所示，从动轴5-1通过从动轴滚动轴承6-6安装在从动轴轴承座6-4上，从动轴轴承座6-4通过固定螺栓与底板6-5固定在一起，后轮法兰盘5-4通过顶丝固定在从动轴5-1两端，后轮5-5通过固定螺栓与后轮法兰盘5-4固定在一起。由于减速器5-2的存在可以在小车转弯过程中实现两个后轮以不同速度前进，提高小车轨迹的准确性和小车运行过程中全车的稳定性。

本实用新型提供的可调节式S字形轨迹无碳小车是一种将重锤8下落时产生的重力势能转化为机械能，并以此作为唯一驱动的无碳小车，同时小车进行S字形轨迹行走，并可以实现对S字形轨迹的位置，大小，形状的调整。

重锤8下降前，重锤8上升到导向杆4-3最高处，细绳7绕到驱动组件3中的绕线锥3-2上。

重锤8下降时，通过细绳带动驱动组件3中的绕线锥3-2，进而带动主动轴3-3上的大齿轮3-5，进而通过大齿轮3-5和固定在从动轴5-1上的小齿轮5-3啮合传动，从而驱动后轮5-5运动，实现小车的前进功能。

另外主动轴3-3带动其上的摩擦轮3-1转动，通过摩擦盘2-1与摩擦轮3-1进行垂直接触摩擦，带动摩擦盘2-1转动，进而带动传动轴2-2上的第一锥齿轮2-4转动，第一锥齿轮2-4与第二锥齿轮2-6采用垂直啮合的方式接触，进而带动中间轴1-1上的圆柱凸轮1-2转动，从而带动凸轮寻轨杆1-4沿着圆柱凸轮1-2上凸轮轨迹槽1-2-1移动，进而带动固定在凸轮寻轨杆1-4上调节横梁1-6沿着直线导轨往复移动，进而带动在调节横梁1-6凹槽内的滚动轴承1-12往复运动，而滚动轴承1-12依次通过微调螺杆1-8，调节滑块1-9，摆动横梁1-10使前轮支架1-15摆动，最终实现前轮1-17的摆动，达到无碳小车转向功能。

当需要调节S字形轨迹的大小时，通过移动摩擦轮3-1在主动轴3-3上的位置调节摩擦轮3-1与摩擦盘2-1在摩擦盘2-1不同半径位置的摩擦盘2-1上摩擦，达到主动轴3-3和传动轴2-2的不同传动比，进而带动第一锥齿轮2-4转动，第一锥齿轮2-4与第二锥齿轮2-6采用垂直啮合的方式接触，带动凸轮传动机构13、滑块传动机构12及调节转向微调机构11，最终通过前轮传动杆1-14调节前轮1-17的摆动频率，由于此时后轮5-5的前进速度一定，通过调节前轮1-17的摆动频率，可以调节S字形轨迹的大小。

当需要调节S字形轨迹的形状时，通过调节微调螺杆1-8，旋转微调螺杆1-8改变调节滑块1-9在摆动横梁1-10凹槽中的位置，即调节滑块1-9与摆动横梁1-10的相对位置，从而改变前轮1-17的摆动幅度，通过前轮1-17的摆动幅度，可以调节S字形轨迹的形状。

当需要调节S字形轨迹的位置时，通过调节指针1-18与底盘组件6上的刻度盘6-9上的刻度位置，可以定义小车出发位置；另外通过调节微调螺杆1-8，改变调节滑块1-9在摆动横梁1-10中的位置，即调节滑块1-9与摆动横梁1-10的相对位置，从而实现转向微调机构的前轮1-17的摆动幅度，进而达到调节S字形轨迹的位置。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。