一种具有自动转向功能的无碳自行小车的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于机械设计领域，具体涉及一种具有自动转向功能的无碳自行小车。
【背景技术】
[0002]以重力势能驱动的具有方向控制功能的自行小车是第四届全国大学生工程训练综合能力竞赛题目，要求给定一重力势能，根据能量转换原理，设计一种可将该重力势能转化为机械能并可用来驱动小车行走的装置，该自行小车在前进时能够自动避开赛道上设置的等间距障碍物。大赛的评比标准包括势能转化效率和成本控制。现有的无碳小车存在转向控制不准确、机构复杂、适应性差、加工成本高等一系列缺点导致无法投入生产应用。
【发明内容】
[0003]针对上述现有技术中存在的问题与缺陷，本发明的目在于提供一种具有自动转向功能的无碳自行小车，该车加工成本低、能量利用率高，且控制精准可靠、车身质量轻、机构简单、结构紧凑、行驶稳定性好、节能环保。
[0004]实现上述发明目的所采用的技术方案是:一种具有自动转向功能的无碳自行小车，由底盘、原动机构、单轮驱动机构、凸轮推杆机构、导向轮组件组成，所述的原动机构固定在底盘的中后部位置，凸轮推杆机构安装在底盘的前部，导向轮组件安装在底盘的前中部，所述底盘包括底板、推杆支撑架、主动轴轴承座，所述的推杆支撑架安装在底板前中部位于主动轴轴承座之前；所述主动轴轴承座平行安装在底板中部；从动轴轴承座对称平行安装在底板的最后端；重物支架安装在两组轴承座之间，重物支架横梁与重物支架通过螺栓连接固定；
所述原动机构包括滑轮、重物、主动轴、大齿轮，主动轴中间部位为变径锥体段，绕绳的一端固定在重物上，另一端通过滑轮缠绕在主动轴的变径锥体段，主动轴通过深沟球轴承安装在主动轴轴承座上；
所述的单轮驱动机构包括从动轴、主动轮、从动轮，所述从动轴18通过深沟球轴承安装在从动轴轴承座上，从动轴的一端为螺纹端，通过螺纹配合与主动轮固连，从动轮通过带轴承座的深沟球轴承绕从动轴旋转；
所述的凸轮推杆机构由大齿轮侧面的凹槽轮廓、抱卡、滚针轴承、前推杆、后推杆、推杆支撑架、摇杆、移转副组成；销钉与推杆采用螺纹连接，滚针轴承在销钉的另一端与其过盈连接，并嵌入到凸轮形状的凹槽轮廓中，前推杆与摇杆之间采用滑移运动副连接；
所述的导向轮组件由导向轮、导向轮轴、前叉组成，导向轮轮叉上安装有导向轮轮轴，导向轮通过深沟球轴承绕导向轮轴转动，两端采用弹性垫圈固定。
[0005]所述的推杆由前推杆和后推杆组成，前后推杆中间通过调节块连接。
[0006]所述的大齿轮与主动轴之间安装有单向轴承。
[0007]与现有技术比较，本发明的主要优点在于:
整个小车都是采用结构简单、成本低、易加工的零部件，使得加工成本大幅度下降，并在很大程度上提高了加工效率；
采用齿轮传动，传递平稳可靠，能量损失少；
采用凹槽凸轮转向的方式，比较曲柄连杆转向方式，省去了铰接等连接方式，使系统控制精准可靠；
主要零部件采用3D塑料打印机完成制作，可重复性高、加工成本低且整车质量轻。
【附图说明】
[0008]图1为本发明无碳自行小车结构示意图；
图2为本发明无碳自行小车凹槽凸轮结构示意图；
图3为本发明无碳自行小车调节机构示意图；
图4为本发明无碳自行小车移转副结构示意图；
图5为本发明无碳自行小车底板结构示意图。
【具体实施方式】
[0009]以下结合附图对本发明进行详细说明。
[0010]实施例1
图1为本发明一种具有自动换向功能的无碳自行小车结构示意图，由导向轮轴1、导向轮2、前叉3、底板4、锁紧螺母5、移转副6、摇杆7、调节块8、前推杆9、后推杆10、推杆支撑架11、滚针轴承12、抱卡13、主动轮14、大齿轮15、小齿轮16、重物17、从动轴18、深沟球轴承19、从动轮20、轴承座21、主动轴22构成。
[0011]所述底盘包括底板4、推杆支撑架11、主动轴轴承座21图1所述的推杆支撑架11安装在底板4前中部位于主动轴轴承座之前；所述主动轴轴承座21平行安11装在底板4中部；从动轴轴承座对称平行安装在底板4的最后端；重物支架安装在两组轴承座之间，重物支架横梁与重物支架通过螺栓连接固定，该部分在说明书附图中没有画来。
[0012]所述原动机构包括滑轮(没有画出来)、重物17、主动轴22、大齿轮15，主动轴22中间部位为变径锥体段，绕绳的一端固定在重物17上，另一端通过滑轮缠绕在主动轴22的变径锥体段，主动轴22通过深沟球轴承19安装在主动轴轴承座21上；所述的单轮驱动机构包括从动轴18、主动轮14、从动轮20，从动轴18通过深沟球轴承安装在从动轴轴承座上，从动轴18的一端为螺纹端，通过螺纹配合与主动轮14固连，从动轮20通过带轴承座的深沟球轴承绕从动轴旋转。
[0013]见图2，所述的凸轮推杆机构由大齿轮15侧面的凹槽轮廓、抱卡13、滚针轴承12、推杆、推杆支撑架11、摇杆7、移转副6组成，图4给了出移转副6的结构；销钉与推杆10采用螺纹连接，同时滚针轴承12在销钉的另一端与其过盈连接，并嵌入到凸轮形状的凹槽轮廓中，橡皮筋的作用是保证滚针轴承始终与凹槽内边沿接触，推杆与摇杆7之间采用滑移运动副连接。
[0014]所述的导向轮组件由导向轮2、导向轮轴1、前叉3组成，导向轮轮叉上安装有导向轮轮轴，导向轮通过深沟球轴承绕导向轮轴转动，两端采用弹性垫圈固定。
[0015]见图3，所述的推杆由前9、后推杆10组成，中间通过调节块8连接。
[0016]所述的大齿轮15与主动轴22之间安装有单向轴承。
[0017]重物17通过定滑轮在自重作用下下落，带动主动轴22转动，主动轴22带动大齿轮15转动，大齿轮15与小齿轮16啮合带动从动轴18转动，从而带动主动轮旋转，实现小车的前行；同时滚针轴承12在大齿轮15端面的凹槽凸轮内转动，通过抱卡13使推杆10做往复直线运动，推杆通过移转副6带动摇杆7做周期性摆动，从而实现自动转向功能。
【主权项】
1.一种具有自动换向功能的无碳自行小车，由底盘、原动机构、单轮驱动机构、凸轮推杆机构、导向轮组件组成，所述的原动机构固定在底盘的中后部位置，凸轮推杆机构安装在底盘的前部，导向轮组件安装在底盘的前中部，其特征在于:所述底盘包括底板(4)、推杆支撑架(11)、主动轴轴承座(21)，所述的推杆支撑架(11)安装在底板(4)前中部位于主动轴轴承座之前；所述主动轴轴承座(21)平行安装在底板(4)中部；从动轴轴承座对称平行安装在底板(4)的最后端；重物支架安装在两组轴承座之间，重物支架横梁与重物支架通过螺栓连接固定； 所述原动机构包括滑轮、重物(17 )、主动轴(22 )、大齿轮(15 )，主动轴(22 )中间部位为变径锥体段，绕绳的一端固定在重物(17)上，另一端通过滑轮缠绕在主动轴(22)的变径锥体段，主动轴(22)通过深沟球轴承(19)安装在主动轴轴承座(21)上； 所述的单轮驱动机构包括从动轴(18)、主动轮(14)、从动轮(20)，所述从动轴(18)通过深沟球轴承安装在从动轴轴承座上，从动轴(18)的一端为螺纹端，通过螺纹配合与主动轮(14)固连，从动轮(20)通过带轴承座的深沟球轴承绕从动轴旋转； 所述的凸轮推杆机构由大齿轮(15)侧面的凹槽轮廓、抱卡(13)、滚针轴承(12)、推杆、推杆支撑架(11)、摇杆(7)、移转副(6)组成；销钉与推杆(10)采用螺纹连接，滚针轴承(12)在销钉的另一端与其过盈连接，并嵌入到凸轮形状的凹槽轮廓中，推杆与摇杆(7)之间采用滑移运动副连接； 所述的导向轮组件由导向轮(2)、导向轮轴(1)、前叉(3)组成，导向轮轮叉上安装有导向轮轮轴，导向轮通过深沟球轴承绕导向轮轴转动，两端采用弹性垫圈固定。
2.根据权利要求1所述的一种具有自动转向功能的无碳自行小车，其特征在于:所述的推杆由前推杆(9 )和后推杆(10 )组成，前后推杆中间通过调节块(8 )连接。
3.根据权利要求1所述的一种具有自动转向功能的无碳自行小车，其特征在于:所述的大齿轮(15)与主动轴(22)之间安装有单向轴承。
【专利摘要】本发明公开了一种具有自动换向功能的无碳自行小车，由底盘、原动机构、单轮驱动机构、凸轮推杆机构、导向轮组件组成，所述的原动机构固定在底盘的中后部位置，凸轮推杆机构安装在底盘的前部，导向轮组件安装在底盘的前中部。本发明采用凹槽凸轮与推、摇杆部件准确控制导向轮叉的摆动，实现导向轮的周期性转向，具有控制精准、易于实现复杂轨迹平稳运行、同时结构设计简单的特点。
【IPC分类】A63H17-00, A63H17-36
【公开号】CN104841141
【申请号】CN201510282832
【发明人】皇大伟, 孟程琳, 景新, 张军昌, 邓海涛
【申请人】西北农林科技大学
【公开日】2015年8月19日
【申请日】2015年5月29日