[发明专利]一种以重力势能驱动的可绕八字形路线行走的自行小车

说明书

技术领域

本发明属于实验或玩具用行走工具技术领域，涉及一种通过重力势能转换成动能并以此来驱动小车绕八字形路线行走的自行小车。

背景技术

自行小车也称无碳小车，是一种不需要消耗燃料和电池存储的能源，仅仅依靠重锤下落过程中产生的机械势能产生动力而驱动小车前进，近年来已经作为大学生科技创新竞赛的指定制作题目。其基本结构可参见图1。在图中，重锤3上引挂的连接绳2通过绕线轮1将重力作用到驱动轴6上，利用连接绳通过该轴上的导线轮将重锤3下落产生的位移转化成驱动轴的旋转运动，驱动轴6与主动轴4通过传动齿轮组5带动小车后轮(驱动轮)9旋转，进而驱动小车前行。目前本领域公知的自行小车存在的主要问题是：小车的传动机构主要采用凸轮连杆方案，其能耗过大，效率低等原因影响小车行走距离；小车绕线轴与后轮驱动轴之间的传动比更改困难，导致小车在轨迹调整过程中更改困难，轨迹更改参数无法为小车各项微调参数提供直接修改指导等。另外，目前无碳小车其传动机构传动比主要由经验与导向机构估算得出，无法获取更加准确并由于其理论计算大多采用理想状况下进行计算，容易忽视外界条件对其产生的影响。

发明内容

本发明的目的在于对现有技术存在的问题加以改进，提供一种结构简单合理、操作控制方便、效率高、小车行走轨迹准确、稳定性好的以重力势能驱动的可绕八字形路线行走的自行小车。

为解决上述技术问题，本发明的实现方案是这样的：

一种以重力势能驱动的可绕八字形路线行走的自行小车，包括带有后行走轮的底架以及安装在底架上的驱动部分和转向机构，所说的驱动部分由重锤支架、重锤、驱动轴、绕线轮、连接绳、传动齿轮组及主动轴组成，连接绳的一端连接在重锤上，另一端绕过设在重锤支架顶部的绕线轮后缠绕在设于重锤支架下部的驱动轴上，驱动轴与传动齿轮组中一个齿轮的转动轴同轴设置，传动齿轮组中另一个齿轮的中心通过主动轴与后行走轮中心固定连接，其特征在于所说的转向机构由一副与驱动轴连接的空间四连杆导向机构和一个装设于空间四连杆导向机构末段摆杆下方的前导轮组成。

本发明的实现方案还在于：空间四连杆导向机构中的结合连杆由通过一副调节螺栓相连接的前段连杆和后段连杆组成。

本发明的实现方案还在于：空间四连杆导向机构中的结合连杆的长度x与小车行走轨迹偏移量y之间满足二次曲线关系式

y＝ax²+bx+c

式中，a＝0.1～0.5，b＝0～1，c＝0～1。

本发明的实现方案还在于：空间四连杆导向机构中的曲柄、结合连杆和摆杆的长度比为25～35:120～140:34～36。

本发明的实现方案还在于：空间四连杆导向机构中的结合连杆的杆长L与摆杆的最大摆角振幅α之间满足关系式

L＝a₁sinα+b₁cosα

式中，a₁＝50～60，b₁＝60～120。

本发明的实现方案还在于：小车前导轮旋转周期t与小车绕八字形路线单圈行走距离s之间满足关系式

s＝gｔ+h

式中，g＝5～10，h＝3～7。

实际行走过程中，小车通过调节前端曲柄连杆机构(空间四连杆导向机构)，控制小车前导论按照既定方向旋转，带动小车行走方向使其可以绕八字形(“8”)路线行走，通过改变曲柄连杆各项参数，进而使得小车行走距离与行走轨迹发生改变。

本发明的有益效果如下所述。

1、本发明结合小车行走距，通过与多次测量小车绕一圈导向机构旋转周期变化率进行比较计算，进而改变小车传动机构传动比，实现小车正常绕8字转向。为了保证驱动机构与导向机构周期一样，本发明将导向机构中曲柄与绕线轴使用同一根轴进行驱动，以此保证导向周期与齿轮传动机构中原动齿轮旋转周期吻合，使得测量数据更加准确。

2、在空间四连杆导向机构中曲柄旋转周期即为导向机构变化周期，使其可以作为空间四连杆导向机构变化周期进行计算。本发明通过将其与绕线轴连接，相当于将其周期与绕线轴周期相互吻合，使得传动机构中原齿旋转周期可以代表导向机构旋转周期。

3、本发明所述自行小车的设计可以有效解决小车驱动传动比选择问题，利于小车行走轨迹更加准确，增加有效距离。

4、本发明的结构设计合理、操作控制方便、成本低廉、运行平稳、行走距离较长。

5、本发明为小车日后机构各项参数设计提供了有效计算方法，简化了设计过程中的各项参数的繁杂计算量。