本發(fā)明涉及重力勢(shì)能驅(qū)動(dòng)的無(wú)碳小車，具體涉及一種無(wú)碳小車自動(dòng)變矩的繞線方法及無(wú)碳小車。

背景技術(shù)：

無(wú)碳小車是以重力勢(shì)能提供動(dòng)力的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，其能量取自于500g的重物和400毫米的移動(dòng)空間，作為使用動(dòng)能的唯一選擇，無(wú)碳小車的比賽是全國(guó)大學(xué)生科技創(chuàng)新活動(dòng)最考驗(yàn)工程訓(xùn)練素質(zhì)能力的賽事。第四屆是以前三屆“S”和“8”字形繞樁行駛在水平賽道上的基礎(chǔ)上，新增了在“0”字環(huán)形賽道上，隨機(jī)設(shè)定間斷式避障墻和上下坡道等路障的位置為競(jìng)賽主題，使前三屆的參賽小車，無(wú)法滿足在環(huán)形水平賽道上行駛中，不能解決上下坡賽道所需驅(qū)動(dòng)力的適時(shí)自動(dòng)調(diào)整，無(wú)法實(shí)現(xiàn)爬坡性能力要求，如發(fā)明專利CN104771910A中公開的增大力矩機(jī)構(gòu)，僅能在起動(dòng)時(shí)增大力矩，不能在行駛過程中任意點(diǎn)增大扭矩，為此，需要研制一種新的無(wú)碳小車，使其具備滿足爬坡賽道的行駛要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種自動(dòng)變矩機(jī)構(gòu)及采用該機(jī)構(gòu)的無(wú)碳小車，通過自動(dòng)變矩使其在平地運(yùn)動(dòng)時(shí)采用正常力矩模式驅(qū)動(dòng)，遇到爬坡時(shí)自動(dòng)切換至大力矩模式驅(qū)動(dòng)。

為解決現(xiàn)有技術(shù)問題，本發(fā)明公開了一種無(wú)碳小車自動(dòng)變矩的繞線方法，包括輸出軸、重物和牽引繩，還包括起步輪、繞線輪和爬坡輪；爬坡輪、繞線輪和起步輪均設(shè)置于輸出軸上，起步輪和爬坡輪分別位于繞線輪的兩側(cè)；起步輪和爬坡輪的外圓分別開設(shè)若干周向均勻分布的第一扣線槽和第二扣線槽；

還包括如下步驟：首先將牽引繩不連接重物的一端套掛在起步輪的第一扣線槽中，正向轉(zhuǎn)動(dòng)輸出軸使扣線槽帶著牽引繩纏繞在繞線輪上，同時(shí)牽引繩拉動(dòng)重物上移至最高位置；

然后反向轉(zhuǎn)動(dòng)輸出軸使重物下移距離等于賽道起點(diǎn)到爬坡點(diǎn)的距離，此時(shí)將牽引繩由繞線輪上掛在爬坡輪的第二扣線槽中實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向，然后正向轉(zhuǎn)動(dòng)輸出軸使?fàn)恳K纏繞在爬坡輪上直至纏繞長(zhǎng)度等于賽道爬坡距離時(shí)將牽引繩經(jīng)爬坡輪上的第二扣線槽轉(zhuǎn)向再繼續(xù)纏繞至繞線輪上；最后將牽引繩經(jīng)起步輪的第一扣線槽轉(zhuǎn)向后纏繞在起步輪上直至使重物位于最高位置；

爬坡輪的直徑大于起步輪的直徑，起步輪的直徑大于繞線輪的直徑。

進(jìn)一步地，爬坡輪的外圓上沿圓周方向開設(shè)一圈V型槽，以便于牽引繩在爬坡輪外圓上的纏繞。

進(jìn)一步地，繞線輪為圓錐體，其直徑自起步輪向爬坡輪方向逐漸增大。

進(jìn)一步地，第一扣線槽和第二扣線槽均為斜槽或圓弧槽，其數(shù)量至少為4個(gè)。

進(jìn)一步地，牽引繩上具有刻度，其與重物連接的位置為零刻度點(diǎn)。

本發(fā)明還公開了一種無(wú)碳小車，包括車輪、車體、立柱、滑輪組、牽引繩、輸出軸和重物；立柱豎直設(shè)置于車體上，滑輪組設(shè)置于立柱的頂部；還包括起步輪、繞線輪和爬坡輪；爬坡輪、繞線輪和起步輪均設(shè)置于輸出軸上，起步輪和爬坡輪分別位于繞線輪的兩側(cè)；輸出軸通過齒輪傳動(dòng)與車輪的輪軸連接；起步輪和爬坡輪的外圓分別開設(shè)若干周向均勻分布的第一扣線槽和第二扣線槽；爬坡輪的直徑大于起步輪的直徑，起步輪的直徑大于繞線輪的直徑；

牽引繩的一端套掛在第一扣線槽中，其中間部分依次分別纏繞在繞線輪、爬坡輪、繞線輪、起步輪上，牽引繩的另一端繞過滑輪組與重物連接；牽引繩在不同輪之間的轉(zhuǎn)向經(jīng)由第一扣線槽或第二扣線槽實(shí)現(xiàn)。

進(jìn)一步地，輸出軸上安裝有大齒輪，車輪的輪軸上安裝有小齒輪。

進(jìn)一步地，滑輪組包括一對(duì)定滑輪，定滑輪的中心連線與立柱的軸線垂直。

本發(fā)明具有的有益效果：它不僅具備在傳統(tǒng)水平賽道上滿足參賽小車驅(qū)動(dòng)需求，更能滿足在水平賽道上行駛中，能自動(dòng)適時(shí)變換上下坡賽道所需不同的動(dòng)力扭矩。有效解決傳統(tǒng)參賽的無(wú)碳小車重力勢(shì)能驅(qū)動(dòng)力矩單一，在爬坡和下坡時(shí)動(dòng)力力矩不能轉(zhuǎn)換的問題。其變矩的方法簡(jiǎn)單快捷，原理新穎獨(dú)特、性能穩(wěn)定易操作。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1所示實(shí)施例中變矩部分的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為圖1所示實(shí)施例中變矩及驅(qū)動(dòng)部分的機(jī)構(gòu)示意圖。

附圖標(biāo)記：

1起步輪；10a第一扣線槽；2爬坡輪；20a第二扣線槽；20bV型槽；3輸出軸；4大齒輪；5繞線輪；6重物；7滑輪組；8立柱；9牽引繩；10車輪；11小齒輪；12車體。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。以下實(shí)施例僅用于更加清楚地說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來(lái)限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

如圖1至3所示，一種無(wú)碳小車，包括車輪10、車體12、立柱8、滑輪組7、牽引繩9、輸出軸3、重物6、起步輪1、繞線輪5和爬坡輪2。車輪10通過輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)安裝于車體12上，立柱8豎直設(shè)置于車體12上，滑輪組7設(shè)置于立柱8的頂部。爬坡輪2、繞線輪5和起步輪1均緊靠設(shè)置于輸出軸3上，起步輪1和爬坡輪2分別位于繞線輪5的兩側(cè)。輸出軸3通過齒輪傳動(dòng)與車輪10的輪軸連接。起步輪1和爬坡輪2的外圓分別開設(shè)若干周向均勻分布的第一扣線槽10a和第二扣線槽20a。爬坡輪2的直徑大于起步輪1的直徑，起步輪1的直徑大于繞線輪5的直徑。

繞線時(shí)：首先將牽引繩9不連接重物6的一端套掛在起步輪1的第一扣線槽10a中，正向轉(zhuǎn)動(dòng)輸出軸3使扣線槽帶著牽引繩9纏繞在繞線輪5上，同時(shí)牽引繩9拉動(dòng)重物6上移至最高位置，此時(shí)重物6的底部與車體12間的距離達(dá)到比賽要求的400mm，牽引繩9與重物6的連接點(diǎn)與立柱8上的零位標(biāo)線對(duì)齊。

然后反向轉(zhuǎn)動(dòng)輸出軸3使重物6下移距離等于賽道起點(diǎn)到爬坡點(diǎn)的距離，此時(shí)將牽引繩9由繞線輪5上掛在爬坡輪2的第二扣線槽20a中實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向，然后正向轉(zhuǎn)動(dòng)輸出軸3使?fàn)恳K9纏繞在爬坡輪2上直至纏繞長(zhǎng)度等于賽道爬坡距離時(shí)將牽引繩9經(jīng)爬坡輪2上的第二扣線槽20a轉(zhuǎn)向再繼續(xù)纏繞至繞線輪5上。最后將牽引繩9經(jīng)起步輪1的第一扣線槽10a轉(zhuǎn)向后纏繞在起步輪1上直至使重物6位于最高位置。

值得注意的是，本發(fā)明中的“輸出軸3正向轉(zhuǎn)動(dòng)”是指圖3中輸出軸3逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)應(yīng)車輪10的順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，無(wú)碳小車后退行駛；“輸出軸3反向轉(zhuǎn)動(dòng)”是指圖3中輸出軸3順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)應(yīng)車輪10的逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，無(wú)碳小車前進(jìn)行駛。此處僅為了便于描述，而不是對(duì)輸出軸3作具體限定。

作為優(yōu)選方案，爬坡輪2的外圓上沿圓周方向開設(shè)一圈V型槽20B。這樣做的好處在于，便于牽引繩9在爬坡輪2外圓上的纏繞而不容易脫離爬坡輪2，起到了良好的收容作用。

作為優(yōu)選方案，繞線輪5為圓錐體，其直徑自起步輪1向爬坡輪2方向逐漸增大。這樣做的好處在于，這樣做的好處在于，使無(wú)碳小車在即將爬坡前的水平賽道上行駛時(shí)的轉(zhuǎn)矩逐漸增大以為即將到來(lái)的爬坡做準(zhǔn)備。

作為優(yōu)選方案，第一扣線槽10a和第二扣線槽20a均為斜槽或圓弧槽，其數(shù)量至少為4個(gè)。這樣做的好處在于，一方面牽引繩9再變矩節(jié)點(diǎn)時(shí)能夠很輕易的從扣線槽中滑落實(shí)現(xiàn)及時(shí)變矩；另一方面，扣線槽的數(shù)量越多，能夠在轉(zhuǎn)向引出時(shí)使目標(biāo)位置與理想位置更接近從而減少繞線誤差，使變矩的時(shí)間節(jié)點(diǎn)更加準(zhǔn)確，從而最大可能的提高爬坡能力，而且通過開設(shè)更多的扣線槽也實(shí)現(xiàn)了整車重量的減少，減少阻力。

作為優(yōu)選方案，牽引繩9上具有刻度，其與重物6連接的位置為零刻度點(diǎn)。這樣做的好處在于，在面對(duì)不同賽道的設(shè)計(jì)要求時(shí)，只需根據(jù)賽道的各個(gè)變矩點(diǎn)的距離選擇牽引繩9上與之匹配的刻度值進(jìn)行重新繞線即可完成應(yīng)賽調(diào)整，提高了不同賽道的適應(yīng)性。該牽引繩9還具有柔韌性好、摩擦力小、外徑均勻、便于纏繞等特點(diǎn)。

作為優(yōu)選方案，輸出軸3上安裝有大齒輪4，車輪10的輪軸上安裝有小齒輪11。這樣做的好處在于，可根據(jù)無(wú)碳小車的速度、行駛距離等設(shè)計(jì)合理的齒輪比，滿足在重物6下落的可行距離內(nèi)，小車行駛的距離越遠(yuǎn)越好的設(shè)計(jì)要求。

作為優(yōu)選方案，滑輪組7包括一對(duì)定滑輪，定滑輪的中心連線與立柱8的軸線垂直。這樣做的好處在于，定滑輪能減小摩擦，立柱8豎直設(shè)計(jì)能夠增加重物6與立柱8之間的距離以及調(diào)節(jié)牽引繩9與繞線輪5之間的角度，從而改變無(wú)碳小車的整體重心，使其在爬坡過程中更加穩(wěn)定。

本發(fā)明的工作原理及過程

無(wú)碳小車在初始狀態(tài)時(shí)，重物6懸掛離地面距離較高，小車處于靜止?fàn)顟B(tài)，無(wú)碳小車啟動(dòng)是由重物6通過牽引繩9拉動(dòng)起步輪1，而起步輪1的直徑比繞線輪5直徑大，從而在啟動(dòng)時(shí)獲得較大的力矩帶動(dòng)小車前行，因此，起步輪1克服了小車在靜止時(shí)的最大摩擦力，從而使得小車順利啟動(dòng)。無(wú)碳小車啟動(dòng)后，進(jìn)入正常行駛狀態(tài)，此時(shí)應(yīng)該是低速緩慢的狀態(tài)，雖然小車由于重物6重力加速度的影響，行駛速度將會(huì)越來(lái)越快，但是小車的總體速度并不快，根據(jù)比賽規(guī)則，小車在出發(fā)后大約1米的距離將會(huì)出現(xiàn)寬1.2米，坡度3°，頂高40mm的斜坡，在行駛距離最大化的原則下，車速不宜過快，因此在爬坡的時(shí)候必須通過變速增大力矩，達(dá)到爬坡的目的。在車輪10接觸坡道前瞬間牽引繩9應(yīng)由繞線輪5跳轉(zhuǎn)至爬坡輪2，力矩增大。根據(jù)表面摩擦系數(shù)、無(wú)碳小車質(zhì)量、行駛速度等可以計(jì)算出爬坡輪2直徑，由于坡道有一定長(zhǎng)度需要在其上行駛一段距離，因此爬坡輪2上設(shè)有的V型槽20B便于牽引繩9纏繞多圈，纏繞的圈數(shù)與坡道的距離直接相關(guān)，這樣保證在坡道上也能平穩(wěn)的行駛。待小車上坡到達(dá)頂端處，在爬坡輪2旋轉(zhuǎn)一定角度后，牽引繩9從第二扣線槽20a中自動(dòng)滑落，進(jìn)入一定程度的水平行駛。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變形，這些改進(jìn)和變形也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。