一种8字型无碳小车的制作方法

本发明属于机械传统装置领域，适用于无碳小车设计竞赛，具体是指一种8字型无碳小车。

背景技术：

无碳小车是以4焦耳重力势能为唯一能量的、具有连续避障功能的三轮小车，实现了真正意义上的无碳。无碳小车不需要外界动力源提供动力，只是将重物在小车上投放，通过绳子的牵引，小车的重力势能传到车内，再通过车内的传动机构实现小车精确的规划路径运动。

8字型无碳小车是一种通过将重物重力势能转变为小车动能，并能够实现阿拉伯数字“8”型运动的无碳小车。

目前大部分8字型无碳小车结构复杂，传动机构消耗能量较多，导致8字型无碳小车运行时间步长，所能走过的“8”字数量较少。

技术实现要素：

本发明针对现有技术中存在的问题，公开了一种8字型无碳小车，本发明的传动机构设计简单高效，本发明的传动机构中不同齿轮间的作用控制小车运行，能够保证本发明的无碳小车所能走过的“8”字数量较多；此外，通过梯形绕线轴的设计，最终本发明的绕线轴的半径是变化的，因此还可以改变8字型无碳小车的推动力变化，使得8字型无碳小车运行高效。

本发明是这样实现的：

一种8字型无碳小车，包括底板，底板上设置有大小相同的右轮、左轮，为三轮布局的结构。在底板上方，右轮、左轮之间设置有支架，所述的支架的顶端设置有转台，所述的支架下侧设置有梯形绕线轴，所述的梯形绕线轴包括粗端部分以及细端部分；所述的转台处放置有重量块，同时在重量块上缠线通过转台，并将线缠绕在梯形绕线轴上。当重量块从转台处放置后，重量块下降，其缠绕在绕线轴的线带动绕线轴旋转，再通过传动机构将重量块的重力势能转变为无碳小车的动能。

后轮齿轮、主齿轮、缺齿齿轮、转盘、小齿轮、第一连杆、第二连杆、前轮支架、转向杆构成无碳小车的传动机构，本发明的无碳小车通过传动机构控制，能够实现阿拉伯数字“8”字型避障运动。

梯形绕线轴的细端部分与主齿轮连接，主齿轮与后轮齿轮啮合连接；所述的梯形绕线轴的粗端部分与缺齿齿轮连接，缺齿齿轮分为有齿部分以及缺齿部分，该梯形绕线轴的设计能够有效实现小车起动力矩大，起动后小车平稳运动，停止时减速运动。

缺齿齿轮在小车前端部分连接有小齿轮，缺齿齿轮的有齿部分与小齿轮啮合连接；所述的小齿轮连接有转盘，所述的转盘连接于第一连杆的一端，第一连杆的另一端与第二连杆连接，在第二连杆的竖直方向上连接有转向杆，转向杆固定于底板上，并通过转向杆在底板下端连接前轮。

由于上述部件间的连接配合以及啮合的连接关系，因此运动关系为：通过绕线轴的旋转转变为主齿轮的旋转，后轮齿轮由于是与主齿轮啮合，因此，后轮齿轮随主齿轮一同旋转；后轮齿轮旋转带动前轮、左轮与右轮向前运动。绕线轴旋转的同时，缺齿齿轮随着一起转动，小齿轮与缺齿齿轮啮合，随缺齿齿轮转动而转动，转盘与小齿轮连接，随其一起转动，第一连杆一端与转盘连接，一端与第二连杆连接，从而转盘的转动通过第一连杆和第二连杆转变为转向杆的转动，转向杆与前轮支架连接，前轮支架固定前轮，转向杆的转动于是转变为前轮的转动。

进一步，所述的小齿轮通过第一轴承支撑；所述的缺齿齿轮、主齿轮通过第二轴承支撑；所述的后轮齿轮通过第三轴承支撑。

进一步，所述的前轮在通过前轮支架设置在底板的下端。

进一步，通过转向杆的转动转变为前轮的转动；缺齿齿轮分为有齿部分以及缺齿部分；当缺齿齿轮转到缺齿部分时，小齿轮不与缺齿齿轮啮合，此时前轮的方向保持不变；当缺齿齿轮转到有齿部分时，小齿轮与缺齿齿轮啮合，此时前轮的方向改变，最终小车的路径为一个类似阿拉伯数字8的路径。

进一步，所述的后轮齿轮、主齿轮、缺齿齿轮、转盘、小齿轮、第一连杆、第二连杆、前轮支架、转向杆构成无碳小车的传动机构，通过控制传动机构齿轮的齿数比调节小车的行走路径，传动机构齿轮的齿数不同，走的8字的形状不同。

进一步，所述的梯形绕线轴通过粗端部分、细端部分的区别控制梯形绕线轴的半径的变化，半径大小的变化改变小车的推动力变化；粗端部分的半径大于粗端部分的半径，线位于粗端部分的推动力大于位于粗端部分的推动力。

本发明与现有技术的有益效果在于：

1）本发明中将后轮齿轮、主齿轮、缺齿齿轮、转盘、小齿轮、第一连杆、第二连杆、前轮支架、转向杆的组件构成无碳小车的传动机构，传动机构中的缺齿齿轮转动时，由于小齿轮与缺齿齿轮啮合，小齿轮随缺齿齿轮转动而转动；转盘与小齿轮连接，随其一起转动；第一连杆的一端与转盘连接，另一端与第二连杆连接，从而转盘的转动通过第一连杆和第二连杆转变为转向杆的转动，转向杆的转动最终转变为前轮的转动，无碳小车通过上述传动机构控制，能够实现阿拉伯数字“8”字型避障运动，并且本发明的传动机构简单高效、消耗能量较少，因此本发明的小车所能走过的“8”字数量较多；

2）本发明8字型无碳小车梯形绕线轴分为粗端部分、细端部分，即该绕线轴的半径是变化的，因此可以通过控制绕线的位置改变8字型无碳小车的推动力变化；梯形绕线轴的设计实现小车的起动和物块的从低速到减速下落，减小因碰撞而损失的能量，能够有效实现小车起动力矩大，起动后小车平稳运动，停止时减速运动，使得8字型无碳小车运行高效。

附图说明

图1是本发明8字型无碳小车主体图；

图2是本发明8字型无碳小车传动装置示意图；

图3是本发明8字型无碳小车缺齿齿轮示意图

图中，1-转台，2-支架，3-右轮，4-梯形绕线轴，41-粗端部分，42-细端部分，5-底板，6-前轮，7-左轮，8-后轮齿轮，9-主齿轮，10-缺齿齿轮，11-转盘，12-小齿轮，13-第一连杆，14-第二连杆，15-前轮支架，16-转向杆，17-第一轴承，18-第二轴承，19-第三轴承19。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚，明确，以下列举实例对本发明进一步详细说明。应当指出此处所描述的具体实施仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1~2所示，本发明的8字型无碳小车包括转台1，支架2，右轮3，绕线轴4，粗端部分41，细端部分42，底板5，前轮6，左轮7，后轮齿轮8，主齿轮9，缺齿齿轮10，转盘11，小齿轮12，第一连杆13，第二连杆14，前轮支架15，转向杆16，第一轴承17，第二轴承18，第三轴承19。

其中的连接关系如下：

通过在底板5上设置有大小相同的右轮3、左轮7。所述的底板5上方、右轮3、左轮7之间设置有支架2，所述的支架2的顶端设置有转台1，所述的支架2下侧设置有梯形绕线轴4，所述的梯形绕线轴4包括粗端部分41以及细端部分42，粗端部分41以及细端部分42可以控制绕线轴4半径是变化的，因此可以通过控制绕线的位置改变8字型无碳小车的推动力变化。

梯形绕线轴4的细端部分42与主齿轮9连接，主齿轮9与后轮齿轮8啮合连接；所述的梯形绕线轴4的粗端部分41与缺齿齿轮10连接。

如图3所示，缺齿齿轮10分为有齿部分以及缺齿部分；所述的缺齿齿轮10在小车前端部分连接有小齿轮12，缺齿齿轮10的有齿部分与小齿轮12啮合连接；所述的小齿轮12连接有转盘11，所述的转盘11连接于第一连杆13的一端，第一连杆13的另一端与第二连杆14连接，在第二连杆14的竖直方向上连接有转向杆16，转向杆16固定于底板5上，并通过转向杆16在底板5下端连接前轮6，前轮6在通过前轮支架15设置在底板5的下端。

小齿轮12通过第一轴承17支撑；所述的缺齿齿轮10、主齿轮9通过第二轴承18支撑；所述的后轮齿轮8通过第三轴承19支撑。后轮齿轮8、主齿轮9、缺齿齿轮10、转盘11、小齿轮12、第一连杆13、第二连杆14、前轮支架15、转向杆16构成无碳小车的传动机构。

转台1处放置有重量块，同时在重量块上缠线通过转台1，并将线缠绕在梯形绕线轴4上；转台1处放置重量块，同时在重量块上缠线通过转台1并将线缠绕在梯形绕线轴4上，当重量块从转台1处放置后，重量块下降，其缠绕在梯形绕线轴4的线带动梯形绕线轴4旋转，再通过传动机构将重量块的重力势能转变为无碳小车的动能。

本发明具体工作原理为：

转台1处放置重量块，同时在重量块上缠线通过转台1并将线缠绕在梯形绕线轴4上，当重量块从转台1处放置后，重量块下降，其缠绕在梯形绕线轴4的线带动梯形绕线轴4旋转，梯形绕线轴4的旋转转变为主齿轮9的旋转，后轮齿轮8与主齿轮9啮合，随其一同旋转，后轮齿轮8旋转带动前轮6、左轮2与右轮3向前运动。梯形绕线轴4旋转的同时，缺齿齿轮10随着一起转动，小齿轮12与缺齿齿轮10啮合，随缺齿齿轮10转动而转动，转盘11与小齿轮12连接，随其一起转动，第一连杆13一端与转盘11连接，一端与第二连杆14连接，从而转盘11的转动通过第一连杆13和第二连杆14转变为转向杆16的转动，转向杆16与前轮支架15连接，前轮支架15固定前轮6，转向杆16的转动于是转变为前轮6的转动，由于缺齿齿轮10部分齿面没有齿，因此当缺齿齿轮10转到缺齿部分时，小齿轮12不与缺齿齿轮10啮合，此时前轮6的方向保持不变，当缺齿齿轮10转到有齿部分时，小齿轮12与缺齿齿轮10啮合，此时前轮6的方向改变，最终8字型无碳小车的路径为一个类似阿拉伯数字“8”的路径。通过控制传动机构齿轮的齿数比就能调节8字型无碳小车的行走路径。

无碳小车梯形绕线轴分为粗端部分、细端部分，刚开始牵动绳为小车提供动力的部分是梯形绕线轴4的粗端部分，这样能为小车提供较为快捷的动力；下落物体不可避免的会和小车发生碰撞，这样当物体快要和小车碰撞的时候牵动绳已绕到了梯形绕线轴4的细端部分，这样能减少物体的下落速度，减少物体和小车碰撞的能量损失。

可以利用公式M=F*R，式中M表示力矩，F表示力的大小，R表示力臂长度。当力一定是R越大矩就越大，转动的就越快车启动的就快；当M已达到一定的大少保持不变R变小，F就会增大，从而使物快减速。

本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。