本發(fā)明涉及一種輪式行走小車，具體說涉及一種利用勢能轉(zhuǎn)化為驅(qū)動力的無碳小車，主要用于激發(fā)青少年對機(jī)械動力傳遞的趣味活動，屬于行走器械運(yùn)動的教學(xué)和演示方式及裝置技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著人們節(jié)能環(huán)保意識的提升，無碳的理念也越來越被人們提上研究的課題。更潔凈、更環(huán)保、更節(jié)能、更高效的理念也深入人心?！盁o碳小車”是對“無碳”理念的探索與開發(fā)，對未來“無碳”的憧憬?！盁o碳小車”構(gòu)思巧妙，在完成設(shè)計的要求下充分考慮了外觀和成本等問題，方便以后的擴(kuò)展和進(jìn)一步的開發(fā)。并能滿足大部分初高中及大學(xué)學(xué)生對機(jī)械知識實踐的實驗與了解。對激發(fā)青少年對機(jī)械構(gòu)造的熱情有深遠(yuǎn)的影響。

所謂“無碳小車”是以重力勢能為唯一能量的、具有連續(xù)避障功能的三輪小車，實現(xiàn)了真正意義上的無碳。現(xiàn)有的“無碳小車”是利用重錘下降的重力勢能帶動繩輪轉(zhuǎn)動，再通過一套齒輪傳動機(jī)構(gòu)來帶動一套偏心或凸輪杠桿機(jī)構(gòu)帶動前輪，實現(xiàn)小車的“S”形行走，但這種傳遞的方式結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，容易出現(xiàn)卡死現(xiàn)象，因此很有必要對此加以改進(jìn)。

通過對國內(nèi)專利檢索，發(fā)現(xiàn)有相關(guān)專利，現(xiàn)舉例如下：

1.專利申請?zhí)?01520068199.1，名稱為“一種走8字形軌跡的無碳小車”的實用新型專利公開了一種走8字形軌跡的無碳小車，包括車架、原動機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、傳動機(jī)構(gòu)，原動機(jī)構(gòu)包括三角架、滑輪、梯形輪、驅(qū)動軸、軸承座，行走機(jī)構(gòu)包括兩個后驅(qū)動輪，轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)包括前輪、叉桿，傳動機(jī)構(gòu)包括大齒輪、齒輪軸、齒輪座、小齒輪、凸輪、推桿、推桿座、彈簧、連桿、調(diào)節(jié)螺桿/螺母，本實用新型的有益效果是：各個零部件之間摩擦力小，對車子的損耗小；小車機(jī)構(gòu)簡單，單級齒輪傳動，損耗能量少；通過設(shè)計適當(dāng)?shù)耐馆嗇喞?，可使小車得到預(yù)期運(yùn)動，而且結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、設(shè)計方便；通過調(diào)節(jié)螺桿/螺母調(diào)整推桿與連桿的聯(lián)接位置，可以在一定范圍內(nèi)調(diào)整小車的運(yùn)動軌跡，使小車精準(zhǔn)地避開障礙物；小車質(zhì)量輕而精巧，行走距離遠(yuǎn)。

2.專利申請?zhí)朇N201510347353.3，名稱為“一種“∽”形行走的越障無碳小車”的發(fā)明專利公開了一種“∽”形行走的越障無碳小車，勢能支架4通過線輪軸14安裝線輪支架3和二級定滑輪1，前輪支架6經(jīng)前輪轉(zhuǎn)向軸安裝前輪7，驅(qū)動軸16上安裝驅(qū)動輪20和從動輪11，驅(qū)動軸16上安裝小齒輪12，繞線軸14上安裝大齒輪13和小皮帶輪17，與曲柄連桿9連接的軸上安裝有大皮帶輪18。小齒輪12嚙合大齒輪13，小皮帶輪17通過皮帶19連接大皮帶輪18，線繩22的一端連接勢能塊2，線繩22繞過二級定滑輪1纏繞在繞線槽15內(nèi)，線繩22的另一端通過二級定滑輪1上的線孔定位。本發(fā)明利用勢能塊下落的勢能轉(zhuǎn)化為小車的動能，通過齒輪嚙合和皮帶傳動，小車按既定軌跡周期性、遠(yuǎn)距離地避開障礙物，結(jié)構(gòu)簡單方便。

以上專利雖然都涉及無碳小車，但仍存在一些問題：專利1中轉(zhuǎn)向裝置采用凸輪只能實現(xiàn)一種運(yùn)動軌跡（只能微調(diào)），若換一個軌跡則要重新設(shè)計凸輪，而本設(shè)計可以輕松實現(xiàn)不同軌跡。專利2采用皮帶輪多個輪槽來調(diào)節(jié)周期太過復(fù)雜，皮帶在不同槽長度不同，若只采用一根皮帶，帶損耗大，且傳動不穩(wěn)定，可能會卡住，若采用多根皮帶更換又過于復(fù)雜，采用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)只能使無碳小車有一種運(yùn)動軌跡。而本發(fā)明可以通過調(diào)節(jié)圓柱銷的位置來改變偏心距來調(diào)節(jié)周期和軌跡，簡單，實用。且本發(fā)明采用了差速器，能使得小車轉(zhuǎn)彎向時，得到不同轉(zhuǎn)速減少內(nèi)側(cè)車輪打滑能量損耗；左右轉(zhuǎn)向角不存在固有偏差；后輪雙驅(qū)動，穩(wěn)定性提高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種結(jié)構(gòu)簡單的采用同步帶傳動實現(xiàn)小車轉(zhuǎn)向的無碳小車及轉(zhuǎn)向方法，實現(xiàn)勢能與動能之間的轉(zhuǎn)換。

本發(fā)明為解決上述問題所采用的技術(shù)方案為：一種采用同步帶傳動實現(xiàn)小車轉(zhuǎn)向的無碳小車，包括車架、安裝在車架后面部分的勢能轉(zhuǎn)換與驅(qū)動機(jī)構(gòu)、安裝在車架前面部分的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)；其中勢能轉(zhuǎn)換與驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括差速器、繩輪、主同步輪、同步帶，轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)包括從同步輪、撥桿輪、撥桿；繩輪緊套在差速器外殼上且?guī)硬钏倨鬓D(zhuǎn)動，主同步輪套在差速器外殼上與其同步轉(zhuǎn)動，從同步輪與主同步輪在軸向上相互垂直且通過空間同步帶連接，完成軸線相互垂直的傳動。

進(jìn)一步地，車架包括主車架和前車架，且主車架前端的中間開有長槽，前車架連接固定在主車架的長槽中；勢能轉(zhuǎn)換與驅(qū)動機(jī)構(gòu)安裝在主車架部分，轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)安裝在前車架部分。

進(jìn)一步地，主車架后端的中間部分也開有槽口，差速器、繩輪、主同步輪、從同步輪都位于車架的下方，且差速器位于主車架后端的槽口下方處，撥桿和撥桿輪位于車架的上方。

進(jìn)一步地，勢能轉(zhuǎn)換與驅(qū)動機(jī)構(gòu)還包括左驅(qū)動輪軸、右驅(qū)動輪軸、左驅(qū)動輪、右驅(qū)動輪，其中左驅(qū)動輪固定在左驅(qū)動輪軸上，右驅(qū)動輪固定在右驅(qū)動輪軸上，左驅(qū)動輪軸和右驅(qū)動輪軸分別連接在差速器的左右軸上，差速器轉(zhuǎn)動時通過驅(qū)動輪軸帶動兩個驅(qū)動輪轉(zhuǎn)動，同時在轉(zhuǎn)向時使內(nèi)外側(cè)車輪得到不同轉(zhuǎn)速從而減少內(nèi)側(cè)車輪打滑帶來的能量損耗。

進(jìn)一步地，勢能轉(zhuǎn)換與驅(qū)動機(jī)構(gòu)還包括立柱、線繩、定滑輪、重物，其中立柱有三根，排列成三角形，一端固定在車架上面，另一端固定有定滑輪，這樣的機(jī)構(gòu)較為牢固同時也減少了重物在下落過程中由于小車運(yùn)動而發(fā)生的擺動；線繩繞過定滑輪，一端固定重物，另一端固定在繩輪上，將重物的勢能轉(zhuǎn)換為小車行走的驅(qū)動力。

進(jìn)一步地，轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)還包括轉(zhuǎn)向輪、前輪架、短軸、前輪架軸、圓柱銷、撥桿輪軸；其中撥桿輪軸從前車架的后面部分穿過，一端固定在從同步輪中心，另一端固定在撥桿輪中心，通過從同步輪帶動撥桿輪轉(zhuǎn)動；撥桿中心開有長條狀的滑槽，圓柱銷一端固定在撥桿輪的偏心位置，另一端在撥桿的滑槽內(nèi)滑動，通過撥桿輪的轉(zhuǎn)動帶動撥桿周期性偏轉(zhuǎn)；前輪架通過短軸固定在轉(zhuǎn)向輪上；前輪架軸穿過前車架的前面部分，一端固定在前輪架上，另一端固定在撥桿的一端；通過撥桿的周期性偏轉(zhuǎn)得到周期性變化的轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)角。

進(jìn)一步地，撥桿輪上固定圓柱銷的部位還設(shè)有微調(diào)機(jī)構(gòu)，包括在固定圓柱銷處開有圓柱銷孔，在圓柱銷孔內(nèi)設(shè)有撥桿輪滑塊套住圓柱銷，在撥桿輪的側(cè)外周有微調(diào)螺母孔與上述圓柱銷孔相通，在圓柱銷孔內(nèi)撥桿輪滑塊的另一端裝有彈簧，利用微調(diào)螺母和彈簧方便地在圓柱銷孔當(dāng)中移動、緊固圓柱銷，從而得到不同的偏心距，以此調(diào)整小車的運(yùn)行軌跡。

進(jìn)一步地，前車架上固定撥桿輪軸的部位開有滑槽，撥桿輪、從同步輪與撥桿輪軸可一起沿著前車架上的滑槽前后移動并緊固，以方便地安裝并且張緊同步帶。

一種采用同步帶傳動實現(xiàn)小車轉(zhuǎn)向的無碳小車的轉(zhuǎn)向方法，當(dāng)小車線繩上吊著的重物下降時，線繩繞過定滑輪帶動繩輪轉(zhuǎn)動，繩輪緊套在差速器外殼上帶動差速器轉(zhuǎn)動，差速器通過左右軸上分別連接的左右驅(qū)動輪軸帶動兩個驅(qū)動輪轉(zhuǎn)動，并在轉(zhuǎn)向時使內(nèi)外側(cè)車輪得到不同轉(zhuǎn)速從而減少內(nèi)側(cè)車輪打滑帶來的能量損耗；同時，差速器帶動套在差速器外殼上的主同步輪與其同步轉(zhuǎn)動，主同步輪通過同步帶將動能傳遞給與主同步輪在軸向上相互垂直的從同步輪，從而把繞水平軸方向的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為繞豎直軸方向的轉(zhuǎn)動；從同步輪轉(zhuǎn)動時通過撥桿輪軸帶動撥桿輪轉(zhuǎn)動，撥桿輪轉(zhuǎn)動時帶動固定在其偏心位置的圓柱銷做圓周運(yùn)動，圓柱銷的另一端在撥桿的滑槽內(nèi)滑動，帶動撥桿進(jìn)行有規(guī)律的左右擺動，撥桿通過固定在其一端的前輪架軸控制轉(zhuǎn)向輪進(jìn)行周期性偏轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)小車的周期性轉(zhuǎn)向。

進(jìn)一步地，撥桿輪上固定圓柱銷的部位設(shè)置的微調(diào)機(jī)構(gòu)通過在固定圓柱銷處開設(shè)圓柱銷孔，在圓柱銷孔內(nèi)設(shè)撥桿輪滑塊套住圓柱銷，在撥桿輪滑塊的一端裝有彈簧對圓柱銷滑塊進(jìn)行彈性頂壓，在撥桿輪滑塊的另一端、撥桿輪的側(cè)外周設(shè)微調(diào)螺母孔安裝微調(diào)螺母對撥桿輪滑塊進(jìn)行頂壓，通過調(diào)節(jié)微調(diào)螺母方便地在圓柱銷孔內(nèi)移動、緊固圓柱銷，從而得到不同的偏心距，以此調(diào)整小車的運(yùn)行軌跡。

本發(fā)明的有益效果：

1.本發(fā)明采用空間同步帶傳動，能保持95%以上的傳動效率，同時有著結(jié)構(gòu)簡單，拆裝方便，傳動平穩(wěn)以及傳動副之間低摩擦損耗的優(yōu)點。

2.本發(fā)明在后輪軸加裝差速器，極大減少了轉(zhuǎn)向時內(nèi)側(cè)車輪打滑帶來的能量損耗，同時相較單輪驅(qū)動，左右轉(zhuǎn)向角不存在固有偏差。

附圖說明

圖1為本發(fā)明整體示意圖；

圖2為本發(fā)明主視圖；

圖3為本發(fā)明俯視示意圖；

圖4后輪裝配剖視示意圖；

圖5為本發(fā)明前輪裝配剖視示意圖；

圖6位本發(fā)明微調(diào)機(jī)構(gòu)示意圖；

其中：1. 立柱，2.定滑輪，3.線繩，4.重物，5.差速器，6.繩輪，7.主同步輪，8.主車架，9.左驅(qū)動輪軸，10.右驅(qū)動輪軸，11左驅(qū)動輪，12.右驅(qū)動輪，13.前車架，14.從同步輪，15.撥桿輪軸，16.撥桿輪，17.撥桿，18. 圓柱銷，19. 前輪架軸，20.前輪架，21. 短軸，22.轉(zhuǎn)向輪，23.彈簧，24. 微調(diào)螺母，25. 撥桿輪滑塊。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)一步說明。

實施例一

一種采用同步帶傳動實現(xiàn)小車轉(zhuǎn)向的無碳小車，包括車架、安裝在車架后面部分的勢能轉(zhuǎn)換與驅(qū)動機(jī)構(gòu)、安裝在車架前面部分的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)；其中勢能轉(zhuǎn)換與驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括差速器5、繩輪6、主同步輪7、同步帶，轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)包括從同步輪14、撥桿輪16、撥桿17；繩輪6緊套在差速器5外殼上且?guī)硬钏倨?轉(zhuǎn)動，主同步輪7套在差速器5外殼上與其同步轉(zhuǎn)動，從同步輪14與主同步輪7在軸向上相互垂直且通過空間同步帶連接，完成軸線相互垂直的傳動。

進(jìn)一步地，車架包括主車架8和前車架13，且主車架8前端的中間開有長槽，前車架13連接固定在主車架8的長槽中；勢能轉(zhuǎn)換與驅(qū)動機(jī)構(gòu)安裝在主車架8部分，轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)安裝在前車架13部分。

進(jìn)一步地，主車架8后端的中間部分也開有槽口，差速器5、繩輪6、主同步輪7、從同步輪14都位于車架的下方，且差速器5位于主車架8后端的槽口下方處，撥桿17和撥桿輪16位于車架的上方。

進(jìn)一步地，勢能轉(zhuǎn)換與驅(qū)動機(jī)構(gòu)還包括左驅(qū)動輪軸9、右驅(qū)動輪軸10、左驅(qū)動輪11、右驅(qū)動輪12，其中左驅(qū)動輪11固定在左驅(qū)動輪軸9上，右驅(qū)動輪12固定在右驅(qū)動輪軸10上，左驅(qū)動輪軸9和右驅(qū)動輪軸10分別連接在差速器5的左右軸上，差速器5轉(zhuǎn)動時通過驅(qū)動輪軸帶動兩個驅(qū)動輪轉(zhuǎn)動，同時在轉(zhuǎn)向時使內(nèi)外側(cè)車輪得到不同轉(zhuǎn)速從而減少內(nèi)側(cè)車輪打滑帶來的能量損耗。

進(jìn)一步地，勢能轉(zhuǎn)換與驅(qū)動機(jī)構(gòu)還包括立柱1、線繩3、定滑輪2、重物4，其中立柱3有三根，排列成三角形，一端固定在車架上面，另一端固定有定滑輪2，這樣的機(jī)構(gòu)較為牢固同時也減少了重物在下落過程中由于小車運(yùn)動而發(fā)生的擺動；線繩3繞過定滑輪2，一端固定重物4，另一端固定在繩輪6上，將重物4的勢能轉(zhuǎn)換為小車行走的驅(qū)動力。

進(jìn)一步地，轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)還包括轉(zhuǎn)向輪22、前輪架20、短軸21、前輪架軸19、圓柱銷18、撥桿輪軸15；其中撥桿輪軸15從前車架13的后面部分穿過，一端固定在從同步輪14中心，另一端固定在撥桿輪16中心，通過從同步輪14帶動撥桿輪16轉(zhuǎn)動；撥桿17中心開有長條狀的滑槽，圓柱銷18一端固定在撥桿輪16的偏心位置，另一端在撥桿17的滑槽內(nèi)滑動，通過撥桿輪16的轉(zhuǎn)動帶動撥桿17周期性偏轉(zhuǎn)；前輪架20通過短軸21固定在轉(zhuǎn)向輪22上；前輪架軸19穿過前車架13的前面部分，一端固定在前輪架20上，另一端固定在撥桿17的一端；通過撥桿17的周期性偏轉(zhuǎn)得到周期性變化的轉(zhuǎn)向輪22偏轉(zhuǎn)角。

進(jìn)一步地，撥桿輪16上固定圓柱銷18的部位還設(shè)有微調(diào)機(jī)構(gòu)，包括在固定圓柱銷18處開有圓柱銷孔，在圓柱銷孔內(nèi)設(shè)有撥桿輪滑塊25套住圓柱銷18，在撥桿輪16的側(cè)外周有微調(diào)螺母孔與上述圓柱銷孔相通，在圓柱銷孔內(nèi)撥桿輪滑塊25的另一端裝有彈簧23，利用微調(diào)螺母24和彈簧23方便地在圓柱銷孔當(dāng)中移動、緊固圓柱銷18，從而得到不同的偏心距，以此調(diào)整小車的運(yùn)行軌跡。

進(jìn)一步地，前車架13上固定撥桿輪軸15的部位開有滑槽，撥桿輪16、從同步輪14與撥桿輪軸15可一起沿著前車架13上的滑槽前后移動并緊固，以方便地安裝并且張緊同步帶。

由此，還可以得出一種采用同步帶傳動實現(xiàn)小車轉(zhuǎn)向的無碳小車的轉(zhuǎn)向方法，當(dāng)小車線繩上吊著的重物下降時，線繩繞過定滑輪帶動繩輪轉(zhuǎn)動，繩輪緊套在差速器外殼上帶動差速器轉(zhuǎn)動，差速器通過左右軸上分別連接的左右驅(qū)動輪軸帶動兩個驅(qū)動輪轉(zhuǎn)動，并在轉(zhuǎn)向時使內(nèi)外側(cè)車輪得到不同轉(zhuǎn)速從而減少內(nèi)側(cè)車輪打滑帶來的能量損耗；同時，差速器帶動套在差速器外殼上的主同步輪與其同步轉(zhuǎn)動，主同步輪通過同步帶將動能傳遞給與主同步輪在軸向上相互垂直的從同步輪，從而把繞水平軸方向的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為繞豎直軸方向的轉(zhuǎn)動；從同步輪轉(zhuǎn)動時通過撥桿輪軸帶動撥桿輪轉(zhuǎn)動，撥桿輪轉(zhuǎn)動時帶動固定在其偏心位置的圓柱銷做圓周運(yùn)動，圓柱銷的另一端在撥桿的滑槽內(nèi)滑動，帶動撥桿進(jìn)行有規(guī)律的左右擺動，撥桿通過固定在其一端的前輪架軸控制轉(zhuǎn)向輪進(jìn)行周期性偏轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)小車的周期性轉(zhuǎn)向。

進(jìn)一步地，撥桿輪上固定圓柱銷的部位設(shè)置的微調(diào)機(jī)構(gòu)通過在固定圓柱銷處開設(shè)圓柱銷孔，在圓柱銷孔內(nèi)設(shè)撥桿輪滑塊套住圓柱銷，在撥桿輪滑塊的一端裝有彈簧對圓柱銷滑塊進(jìn)行彈性頂壓，在撥桿輪滑塊的另一端、撥桿輪的側(cè)外周設(shè)微調(diào)螺母孔安裝微調(diào)螺母對撥桿輪滑塊進(jìn)行頂壓，通過調(diào)節(jié)微調(diào)螺母方便地在圓柱銷孔內(nèi)移動、緊固圓柱銷，從而得到不同的偏心距，以此調(diào)整小車的運(yùn)行軌跡。

本發(fā)明的有益效果：

1.本發(fā)明采用空間同步帶傳動，能保持95%以上的傳動效率，同時有著結(jié)構(gòu)簡單，拆裝方便，傳動平穩(wěn)以及傳動副之間低摩擦損耗的優(yōu)點。

2.本發(fā)明在后輪軸加裝差速器，極大減少了轉(zhuǎn)向時內(nèi)側(cè)車輪打滑帶來的能量損耗，同時相較單輪驅(qū)動，左右轉(zhuǎn)向角不存在固有偏差。