本實用新型涉及一種機械競賽用車，具體涉及一種S形行走的無碳小車。

背景技術：

無碳小車是一種利用重力勢能為唯一能量的、具有連續(xù)避障功能的三輪小車。其原理是將重物提升到指定高度，重物在重力作用下自行下落，系在重物上的柔性線繩通過安裝在滑輪座上的滑輪改變拉力的方向，線繩的另一端纏繞在驅動機構上，再通過傳動機構將運動傳遞到后輪軸，驅動后輪轉動，從而完成小車的前進動作；轉向機構用來使前輪按照正弦周期向左或向右轉動，使小車走出S形路徑而避開按一定間距設置的障礙桿，實現(xiàn)了真正意義上的無碳。傳統(tǒng)的S形路徑行走無碳小車存在結構復雜、重力勢能利用率低、啟動力矩不平穩(wěn)、易翻車、運動軌跡準確性差、調節(jié)精準度低等等缺點。

中國申請?zhí)枮?015101753065的發(fā)明，公開了一種可適應不同桿距S形路徑的無碳小車，包括對后輪進行驅動的驅動機構、控制前輪轉向的轉向機構和為適應不同桿距而設置的變距機構，在驅動機構的主齒輪上設置偏心頂柱；所述轉向機構由后頂桿、前頂桿、推桿、調節(jié)盤、推桿彈簧和前輪軸彈簧構成，后頂桿安置在推桿后端，推桿前端連接調節(jié)盤，前頂桿設置在調節(jié)盤的邊緣位置；前頂桿由于前輪軸彈簧的作用而與前輪軸保持接觸，后頂桿由于推桿彈簧的作用而與偏心頂柱保持接觸；轉向機構安置在固定于車身底板的托架上，托架設置用于推桿在其中滑動的滑座，前輪軸彈簧和推桿彈簧的固定點位于滑座上；所述變距機構包括驅動機構的主齒輪、帶動后輪轉動的從齒輪以及位于主齒輪和從齒輪之間的位置可調的調節(jié)齒輪，主齒輪嚙合著調節(jié)齒輪，調節(jié)齒輪嚙合著從齒輪。改無碳小車設計合理、運行和行走平穩(wěn)、轉向可靠。但仍存在以下缺陷：其一，變距機構包括主齒輪、從齒輪和調節(jié)齒輪兩級齒輪，齒輪多，增加制作成本，且多級傳動降低了重力勢能的利用率，縮短小車的行走距離；其二，調節(jié)桿距通過更換不同的從齒輪，并調整調節(jié)齒輪的位置使三個齒輪嚙合，調整步驟多繁瑣，不便于操作。

技術實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術存在的不足，本實用新型提供一種S形行走的無碳小車，本無碳小車設置傳動比為1:3.9的一級傳動齒輪，結構簡單、制作成本低，重力勢能利用率高，小車行走的距離長，采用千分尺調節(jié)桿距，便于調節(jié)且調節(jié)精準，適應不同的桿距，設置呈圓錐狀繞線軸，啟動力矩大，S形運行軌跡準確性高。

為了達到上述目的，本實用新型采取的技術方案：

S形行走的無碳小車，包括車架和設于車架上的驅動機構、傳動機構、轉向機構，所述車架包括底板和設于底板上的立筒；所述驅動機構包括設于立筒上的定滑輪，所述定滑輪上纏繞一柔性線繩，該繞柔性線繩一端連接勢能塊、另一端纏繞繞線軸上，所述繞線軸一端設有驅動齒輪、且繞線軸的直徑沿著驅動齒輪的方向逐次減小；所述傳動機構包括設于繞線軸上的驅動齒輪、與驅動齒輪嚙合的從動齒輪，且所述從動齒輪與所述驅動齒輪的傳動比為1:3.9，所述從動齒輪固定在一轉動軸上，該轉動軸固定于底板的后端、且其兩端均設有滾動輪；所述轉向機構包括設于底板前端的轉向輪，該轉向輪上設有一轉向軸，該轉向軸上通過球關節(jié)鉸接有一曲柄搖桿機構，所述曲柄搖桿機構一端通過球關節(jié)鑲嵌于驅動齒輪開設的凹槽內，所述曲柄搖桿機構上還設有可調節(jié)其上連桿長度的千分尺測微頭。

作為優(yōu)選技術方案，為了限制無碳小車整體的重量，降低摩擦力，使無碳小車盡量勻速平穩(wěn)運行，確保運動軌跡的準確性高，所述車架是由航空鋁合金材料制成的。

作為優(yōu)選技術方案，為了有效減輕立筒的重量，同時便于觀察勢能塊的下落情況，以便及時調整，進一步提高無碳小車運行軌跡的準確性，所述立筒上均勻開設滿觀察孔。

與現(xiàn)有技術相比，本實用新型具有的有益效果：

1、設置傳動比為1:3.9的一級傳動齒輪，改變現(xiàn)有多級傳動的結構，結構簡單、制作成本低，重力勢能利用率高，小車行走的距離長；采用千分尺調節(jié)桿距，便于調節(jié)且調節(jié)精準，適應不同的桿距；設置呈圓錐狀的繞線軸，啟動力矩大，S形運行軌跡準確性高。

2、車架由航空鋁合金材料制成，無碳小車整體質量輕，有效降低摩擦力，使無碳小車盡量勻速平穩(wěn)運行，確保運動軌跡的準確性高。

3、立筒上均勻開設有滿觀察孔，有效減輕立筒的重量，同時便于觀察勢能塊的下落情況，以便及時調整，進一步提高無碳小車運行軌跡的準確性。

附圖說明

下面結合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步地詳細說明。

圖1為本實用新型的結構示意圖；

圖2為本實用新型的俯視圖；

圖3為本實用新型的正視圖；

圖4為無碳小車理想行駛軌跡圖；

附圖標號：1、底板，2、立筒，3、定滑輪，4、繞線軸，5、驅動齒輪，6、從動齒輪，7、轉動軸，8、滾動輪，9、轉向輪，10、轉向軸，11、曲柄搖桿機構，11-1、搖桿，11-2、連桿套筒，11-3、連桿，12、千分尺測微頭，13、觀察孔，14、球關節(jié)。

具體實施方式

如圖1、2和3所示提出本實用新型一種具體實施例，S形行走的無碳小車，包括車架和設于車架上的驅動機構、傳動機構、轉向機構，所述車架包括底板1和豎直設于底板1上的立筒2，所述立筒2包括上下兩節(jié)、中間采用連接套連接；所述驅動機構包括設于立筒2上的定滑輪3，通在立筒2的頂端兩側設有定滑輪支撐桿，所述定滑輪3固定于兩支撐桿之間，所述定滑輪3上纏繞一柔性線繩，該繞柔性線繩一端連接勢能塊、另一端纏繞在位于底板1上且呈圓錐狀的繞線軸4上，所述繞線軸4一端設有驅動齒輪5、且繞線軸4的直徑沿著驅動齒輪5的方向逐次減小，考慮繞線軸4設置成光滑結構，柔性線繩極易從直徑最大的一端跳到直徑最小的一端，本實施例設置繞線軸4每間隔相同距離兩側向外凸起設有一繞線端，從而呈塔型結構，所述柔性線繩從繞線軸直徑小的一端往直徑大的一端纏繞；所述傳動機構包括設于繞線軸4上的驅動齒輪5、與驅動齒輪5嚙合的從動齒輪6，且從動齒輪6與驅動齒輪5的傳動比為1:3.9，所述從動齒輪5套設在一轉動軸7上，該轉動軸7固定于底板1的后端、且其兩端均設有滾動輪8，兩個滾動輪8中靠近從動齒輪6的作為驅動輪、另一個為從動輪，本實施例通過設置滾動輪8的直徑為200mm，小車理想的行駛軌跡如圖4所示，設定小車軌跡中線距離小車理想軌跡振幅的最大偏移量為0.3m，根據(jù)扇形計算公式計算出小車沿弧線行走距離約為2.45m，小車行走一個周期，滾動輪8轉過一個周期，滾動輪8轉過的圈數(shù)為n＝2.45m/0.2πm＝3.9圈，得出從動齒輪6與驅動齒輪5的傳動比為1:3.9，選定齒輪模數(shù)為1，從動齒輪6的齒數(shù)為20齒，則驅動齒輪5的齒數(shù)為78齒；所述轉向機構包括設于底板1前端的轉向輪9，該轉向輪9上設有一豎向設置的轉向軸10，該轉向軸10通過球關節(jié)14鉸接有一曲柄搖桿機構11，所述曲柄搖桿機構11包括與轉向軸10鉸接橫向設置的搖桿11-1，該搖桿11-1的端頭連接有一球關節(jié)14，該球關節(jié)14通過螺螺絲固定在在連桿套筒11-2上，所述連桿套筒11-2的端頭連接有一千分尺測微頭12，所述千分尺測微頭12一端連接有連桿11-3，所述連桿11-3的端頭設有一球關節(jié)14，該球關節(jié)14通過連接軸鑲嵌于驅動齒輪5開設的豎向凹槽內，球關節(jié)14可在豎向凹槽內直線滑動，帶動搖桿11-1在一定角度范圍內擺動，從而帶動轉向軸10轉動，使轉向輪9進行轉向行駛。

所述車架是由硬鋁合金材料制成的，硬鋁合金的密度相對較小，有效減輕無碳小車整體的重量，從而減小無碳小車與地面的摩擦力，使無碳小車盡量勻速平穩(wěn)運行，確保運動軌跡的準確性高。

所述立筒2上均勻開設滿觀察孔13，一方面減輕了立筒2的重量，另一方面也便于觀察勢能塊的下落情況，以便及時調整，進一步提高無碳小車運行軌跡的準確性。

本實用新型使用時：將勢能塊通過掛鉤系住在柔性線繩上，柔性線繩繞過定滑輪3后從繞線軸4的小端向大端纏繞，將初始角度調整好的小車放置于競賽場地上，此時勢能塊位于最高處，勢能塊剛下落時，繞線軸4的半徑最大，起始轉矩最大，有利于啟動，起動后，隨著繞線軸4半徑變小，轉速提高，轉矩變小，當轉矩和阻力矩平衡時，小車勻速行駛，而后隨著繞線軸4半徑的減小，轉矩越來越小與阻力矩，小車緩慢減速直到停止，當停止時勢能塊正好接觸小車，這樣可以避免勢能塊與小車碰撞而損失較大的能量，在整個過程中看，重力勢能完全轉化為小車運動過程的動能，使小車行進得更遠。在行駛過程中，通過千分尺測微頭12精準調節(jié)桿距，從而改變搖桿11-1的擺角來實現(xiàn)轉向輪9的轉向，使小車沿著正弦周期曲線避開障礙物行駛。

當然，上面只是結合附圖對本實用新型優(yōu)選的具體實施方式作了詳細描述，并非以此限制本實用新型的實施范圍，凡依本實用新型的原理、構造以及結構所作的等效變化，均應涵蓋于本實用新型的保護范圍內。