一种势能驱动下的遇阻式自动变矩装置的制作方法

本发明属于变矩装置，具体为一种势能驱动下的遇阻式自动变矩装置。

背景技术：

无碳三轮小车是以重力势能的驱动和方向控制行驶的参赛顶目，“0”字环形赛道是该项赛事的新增项目，其特点是在近水平“0”字环形赛道上，随机设定间断式避障墙和上下坡道等路障为竞赛科目。现有的不具爬坡能力的参赛小车，由于无法在上下坡道上对所需驱动力进行适时自动调节，极易出现因小车上坡时行驶动力不足，造成参赛小车停止运行情况的发生，严重影响参赛小车正常行驶和避障等技术性能的发挥。例如专利申请号为201610983833.3的中国专利公开了一种采用绕线的自动变矩法，缺点是只能进行定点、定距离的爬坡，不能随机应变，且超出既定范围，就不具有爬坡能力。并且，现有的无碳三轮小车能量损耗较大，影响了行驶的距离，且带轮驱动都具有电机、发动机或者液压式等，再采用离心力使得带轮进行二次变速。

技术实现要素：

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明目的是提供一种自动灵活、操作简单的势能驱动下的遇阻式自动变矩装置。

技术方案：本发明所述的一种势能驱动下的遇阻式自动变矩装置，包括从动轮组件、主动轮组件和控制组件，控制组件与主动轮组件相连，主动轮组件与从动轮组件相连；从动轮组件包括从动轮轴、左从动轮片、右从动轮片、小弹簧、螺钉销一、螺钉销二、从动轮轴承、齿轮和锁紧螺帽，左从动轮片、右从动轮片通过螺钉销一、螺钉销二相连，右从动轮片通过从动轮轴承与从动轮轴相连，左从动轮片外径的左端依次套入小弹簧、齿轮、锁紧螺帽；主动轮组件包括主动轮轴、左主动轮片、右主动轮片、主动轮左轴承、主动轮右轴承、螺钉销三和螺钉销四，左主动轮片通过主动轮左轴承、主动轮右轴承与主动轮轴相连，左主动轮片、右主动轮片通过对称设置的螺钉销三、螺钉销四相连，以保证右主动轮片在左主动轮的外径上轴向滑动有相同的角速度，无阻隔现象；左从动轮片、右从动轮片外侧形成的槽与左主动轮片、右主动轮片外侧形成的槽通过皮带相连，采用线接触减小摩擦力。重力势能驱动下的无外力自动变速，主要是靠车行驶中遇到的阻力，使启动轮和右主动轮片左右滑移，带动v型主动轮槽宽的变化，改变o型皮带轮的包裹直径，从而实现行驶中的三轮小车在无外力状态下自动变速。

控制组件包括启动轮、上启动销、下启动销、大弹簧、绳、滑轮、滑轮轴和势能块，启动轮与主动轮轴相连，右主动轮片内侧对称设置螺旋槽一和螺旋槽二，上启动销分别与启动轮、螺旋槽一相连，下启动销分别与启动轮、螺旋槽二相连，启动轮通过大弹簧与右主动轮片相连，启动轮通过绳与滑轮、势能块相连，滑轮与滑轮轴相连。用启动轮压缩大弹簧，使得大弹簧有一定的预紧力，再用弹簧垫圈三对启动轮限位，并且保证在大弹簧的作用下，右主动轮片能够在左主动轮片的外径下自由轴向运动。大弹簧的一端连接在启动轮上，另一端连接在挡圈上。挡圈与右主动轮片之间设置了球体，形成了平面推力轴承。当启动轮与右主动轮片的角速度不一致时，通过该轴承可减少大弹簧两端的相互运动阻力。上启动销、下启动销与右主动轮片之间的线接触代替传统的螺纹连接，减少相应的摩擦力，并具备一定的相互运动灵活性。

启动轮通过启动轮左轴承、启动轮右轴承与主动轮轴相连。启动轮左轴承和主动轮右轴承之间设置平面弹簧垫圈一。启动轮右轴承与启动轮右侧设置平面弹簧垫圈三。

上启动销和下启动销相同，上启动销的外表面设置上棘轮套，上棘轮套与下棘轮轴相啮合，下棘轮轴与启动轮螺纹连接，上棘轮套的内孔内套入调节簧。下棘轮轴的顶部与调节螺帽螺纹连接。上棘轮套通过上钢球、下钢球与下棘轮轴相连。通过调节螺帽使得调节簧有相应的预压力，并检查上棘轮套顺时针可克服弹簧压力旋转，而逆时针不转。

优选地，滑轮通过滑轮轴承与滑轮轴相连。大弹簧弹力一定要大于小弹簧弹力，且势能块的重力势能必须大于大弹簧弹力与车的综合阻力之和。

左主动轮片和主动轮左轴承的左端设置平面弹簧垫圈二。锁紧螺帽的左侧设置平面弹簧垫圈四，从动轮轴承的右侧设置平面弹簧垫圈五。

工作原理：当主动轮组件遇到阻力时，通过旋转上启动销、下启动销，让右主动轮片向右运动，此时上棘轮套不转；起步时，主动轮组件遇阻力，通过上启动销、下启动销在右主动轮片的内螺旋槽内产生角度位移，形成拉动右主动轮片向右的轴向位移，使得左主动轮片、右主动轮片形成的v型槽变宽。皮带在从动轮的小弹簧作用下，使得皮带在从动轮的v型槽中包裹直径变大。同时，主动轮的皮带在主动轮的v型槽中包裹直径变小，达到变矩减速的目的。

在工作中，当齿轮阻力增大时，启动轮上的上启动销、下启动销在右主动轮片由右端内螺旋槽中逆时针滑动迫使右主动轮片克服大弹簧的压力向右位移，此时轮槽中的o型皮带在v型从动轮上的小弹簧压力下向远离中心方向位移，v型从动轮槽变窄，形成v型从动轮槽包裹的带轮直径增大，同时，v型主动轮槽变宽，包裹的带轮直径减小，达到主、从动两轮同时变矩的目的，形成小轮带大轮的状态。

由于势能块通过绳经滑轮支撑缠绕在启动轮上，在外力作用下旋转齿轮经从动轮轮槽上的o型带拉动主动轮轮槽旋转，再由右主动轮片右端孔内设有的反向螺旋槽中作反向旋转势能块的重量在线型绳拉动下对启动轮产生恒定的反方向旋转力。使势能块悬空吊挂在滑轮下方，形成三轮小车动能储备待放态势。如此同时，右主动轮片通过势能块经线型绳拉动启动轮作反向旋转，使启动轮左端外径上的上启动销、下启动销在右主动轮片右端孔内设有的反向螺旋槽中作反向旋转，迫使右主动轮片向右滑移，并克服大弹簧压力，形成v型主动轮槽变宽，使o型皮带包裹在v型主动轮轮槽直径最小，同时，o型带在从动轮上的小弹簧作用下，形成从动轮轮槽变窄，使o型带包裹在v型从动轮槽直径最大，o型带在v型主动轮槽、v型从动轮槽中的张紧力度，满足克服三轮小车在爬坡行驶过程中产生的综合阻力。而启动轮上的上启动销、下启动销处于右主动轮片内螺旋槽的右端口位置。

当三轮小车在接近水平道路上行驶时，其综合运动阻力降低，大弹簧的预压力会推动右主动轮片向左滑移，形成v型主动轮槽变窄，使o型皮带包裹在v型主动轮槽直径变大；同时在o型皮带的拉力作用下，从动轮上的左轮片克服小弹簧的压力向左滑移，使从动轮槽变宽，o型皮带包裹在v型从动轮槽直径变小；达到三轮小车在行驶过程中，在无外力的状态下，自行无极变速功能。

有益效果：本发明和现有技术相比，具有如下显著性特点：采用重力势能驱动下的自适应循环式自动变速法，由势能块产生动能，在满足和克服三轮小车在水平道路上行驶时产生的综合阻力，并维持从动轮的小齿轮在单位时间的旋转速度状况下，遇坡道产生阻力时能具备自适应循环式自动变换扭矩，保障三轮小车在上坡时和下坡后所需的扭矩自动变换，能够在无外力的状态下，实现自行无极变速功能；自动灵活、操作简单、结构简单。

附图说明

图1是本发明的剖视图；

图2是本发明的a-a面剖视图；

图3是本发明的b-b面剖视图；

图4是本发明的c-c面剖视图；

图5是本发明的d-d面剖视图；

图6是本发明的e-e面剖视图。

具体实施方式

如图1-3所示，遇阻式自动变矩装置包括从动轮组件1、主动轮组件2以及控制组件3。

右从动轮片103的中部设计了对称销孔，用来安装螺钉销一105、螺钉销二106，左从动轮片102的左端对称设计了键槽，通过螺钉销一105和螺钉销二106将右从动轮片103和左从动轮片102连接，使左从动轮片102、右从动轮片103的角速度相同，并且保证左从动轮片102在右从动轮片103的外径上左右运动不会有阻隔现象。接着，在左从动轮片102外径的左端套入小弹簧104，依次在左从动轮片102的外径螺纹上齿轮108、锁紧螺帽109。在右从动轮片103的内孔两端设有轴承座孔，让右从动轮片103通过从动轮轴承107连接到从动轮轴101上，平面弹簧垫片四8和平面弹簧垫片五9一起控制了右从动轮片103的左右移动，从而形成了从动轮组件1。

在左主动轮片202左端外径上对称设计了键槽，右主动轮片203的中部对称设计了螺纹销孔，将螺钉销三206和螺钉销四207分别旋入右主动轮片203的销孔中，接着再插入左主动轮片202的外键槽内，以保证右主动轮片203在左主动轮202的外径上轴向滑动无阻隔现象。在左主动轮片202的内孔两端设有轴承座孔，通过主动轮左轴承204、主动轮右轴承205将左主动轮片202安装在主动轴201的左端部位，从而形成了主动轮组件2。挡圈208和球体209与右主动轮片203的右端面形成了平面推力轴承，减少轴向摩擦力，在启动轮301和右主动轮片203的角速度产生变化时，减少大弹簧304两端的运动阻力。

左从动轮片102、右从动轮片103外侧形成的v型从动轮槽与左主动轮片202、右主动轮片203外侧形成的v型主动轮槽通过皮带4相连。

如图4-6所示，在启动轮301的左端外径上设有对称的螺纹销孔，在销孔中分别安装有上启动销302、下启动销303，分别先旋入右主动轮片203的右端内孔设有的螺旋槽一2031、螺旋槽二2032内。将大弹簧304套入右主动轮片203的外径上，再将启动轮301内孔两端设有的轴承座孔分别安装启动轮左轴承309、启动轮右轴承310。接着，将启动轮左轴承309、启动轮右轴承310以及启动轮301一起插入主动轮轴201右端外径上。用启动轮301压缩大弹簧304，使得大弹簧304有一定的预紧力，再用平面弹簧垫圈三7对启动轮301限位，并且保证在大弹簧304的作用下，右主动轮片203能够在左主动轮片202的外径下自由轴向运动。在启动轮左轴承309和主动轮右轴承310之间安装有平面弹簧垫圈一5，同时，在左主动轮片202的左端安装有主动轮左轴承204以及平面弹簧垫圈二6，以确定它们的轴向位置。势能块308通过绳305经滑轮306支撑缠绕在启动轮301上，滑轮306通过滑轮轴承316与滑轮轴307相连。

上启动销302与下启动销303结构相同。在上启动销302中部的外径上设有棘轮齿，通过上钢球314、下钢球315将上棘轮套311安装在下棘轮轴312的外圆柱上，使得上棘轮套311的下棘轮爪与下棘轮轴312的上棘轮爪啮合，在上棘轮套311的内孔内套入调节簧313。然后，在下棘轮轴312的上端外螺纹处旋入调节螺帽317，使得调节簧313有相应的预压力，并检查上棘轮套311顺时针可克服调节簧313压力旋转，而逆时针不转。