本實用新型涉及車輛技術領域，具體而言，尤其是涉及一種無碳小車。

背景技術：

目前，設計并制作無碳小車已逐漸成為地區(qū)性乃至國家級的機械設計比賽。無碳小車是以重力勢能驅動的具有方向控制功能的自行小車；小車為三輪結構，具有轉向控制機構，且該轉向控制機構具有可調節(jié)功能或者可快速更換結構，以適應放油不同間距障礙物的競賽場地；驅動小車行走及轉向的能量由給定的重力勢能轉換而來，不可使用其他的能量來源。給定重力勢能為4焦耳(取g＝10m/s2)，競賽時統(tǒng)一用質量為1kg的砝碼(Φ50*65mm，普通碳鋼)鉛垂下降來獲得，落差400mm，重塊落下后須被小車承載并同小車一起運動，不允許從小車上掉落。

現有的無碳小車在行走過程中，由于砝碼沒有很好的導向，因此，在砝碼的降落過程中，無碳小車容易左右晃動，干擾整個無碳小車的前進。

技術實現要素：

有鑒于此，本實用新型實施例的目的在于提供一種無碳小車，能夠解決現有技術中的無碳小車在行走時左右晃動的技術問題。

本實用新型實施例提供了一種無碳小車，包括：底板、砝碼和砝碼架；

所述砝碼架包括豎直設置于所述底板上的三個定位管以及與三個所述定位管上端分別固定連接的端環(huán)；

所述端環(huán)上設有繞線器，所述繞線器通過纏繞在該繞線器上的連接線與所述砝碼連接；

所述砝碼在三個所述定位管之間的空間內降落；

三個所述定位管朝向所述砝碼軸線的一側還設置滑動面；

所述滑動面沿著所述定位管的長度方向延伸；所述滑動面上設置有多個滑動輪；

同一根所述定位管上相鄰的兩個滑動輪之間的距離小于所述砝碼的高度。

在本實用新型各個實施方式中，優(yōu)選地，所述連接線與所述砝碼之間還設置有使得所述砝碼保持平衡的平衡連接器；

所述平衡連接器包括：平衡桿以及對稱設置在平衡桿兩端的平衡支架；

所述砝碼上還形成有四個固定孔；四個固定孔的中心連線為矩形，且所述矩形的中點在所述砝碼的軸線上；

每兩個所述固定孔連接一個所述平衡支架；

所述平衡桿的軸線平行于砝碼的上表面，且其中點在所述砝碼的軸線上。

在本實用新型各個實施方式中，優(yōu)選地，三個所述定位管均采用碳纖維管材制成。

在本實用新型各個實施方式中，優(yōu)選地，所述端環(huán)與三個所述定位管分別膠接，所述砝碼架還包括三個端環(huán)膠接強化板，每個所述端環(huán)膠接強化板分別套在一個所述定位管上，并且每個所述端環(huán)膠接強化板的上表面與所述端環(huán)的下表面連接。

在本實用新型各個實施方式中，優(yōu)選地，所述端環(huán)上固定設有光軸，所述光軸上設有第一軸承，所述繞線器套設在所述第一軸承上。

在本實用新型各個實施方式中，優(yōu)選地，所述繞線器上開設有V形槽，所述V形槽底部有倒角。

在本實用新型各個實施方式中，優(yōu)選地，包括分別與所述底板連接的第一后輪和第二后輪，所述第一后輪與主軸的第一端固定連接，所述第二后輪通過第二軸承與主軸的第二端連接。

在本實用新型各個實施方式中，優(yōu)選地，所述主軸的兩端通過軸架固定，所述軸架包括穿過所述主軸的第一軸架以及連接在所述第一軸架兩側的第二軸架，所述第一軸架和第二軸架的底部均固定在所述底板上。

在本實用新型各個實施方式中，優(yōu)選地，所述底板上與所述軸架的連接處設有安裝槽，所述軸架卡入所述安裝槽中。

在本實用新型各個實施方式中，優(yōu)選地，所述無碳小車包括與所述底板連接的前輪，所述前輪包括前輪輪圈以及與所述前輪輪圈固定連接并呈輻射狀分布的多個第二加強筋；

和/或，

所述無碳小車還包括連接在所述底板下方的加強筋板。

本實用新型實施例所提供的無碳小車，包括具有三個定位管的砝碼架，砝碼連接在砝碼架上，結構十分穩(wěn)定，砝碼架不僅能夠支撐砝碼，還能夠約束砝碼的活動空間，防止砝碼在下降過程中左右搖擺造成該無碳小車失去平衡，同時，在三個定位管上朝向砝碼的軸線的一側所設置了滑動面，在滑動面上設置了多個滑動輪，當砝碼下降的時候，位于不同位置的滑動輪依次與砝碼的表面相觸，能夠在砝碼通過該滑動輪的時候轉動，一旦砝碼的降落發(fā)生偏移，對某個定位管施加了更大的力，滑動輪保證砝碼的正常下落，不會由于砝碼和定位管之間過大的摩擦力影響砝碼的掉落，保證該無碳小車能夠穩(wěn)定前進，且在砝碼下落過程中損耗更少的勢能，使得吳武無碳小車具有更好的性能。

為使本實用新型的上述目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，并配合所附附圖，作詳細說明如下。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型實施例的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應當理解，以下附圖僅示出了本實用新型的某些實施例，因此不應被看作是對范圍的限定，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他相關的附圖。

圖1為本實用新型實施方式提供的無碳小車的整體結構示意圖。

圖2示出了本實用新型實施例所提供的無碳小車中，定位管的結構示意圖；

圖3示出了本實用新型實施例所提供的無碳小車中，平衡連接器的結構示意圖；

附圖標記說明：

1-繞線器；2-輪圈；3-第一加強筋；4-砝碼；5-云臺；6-主軸；7-前輪；8-軸架；9-凸輪搖桿機構安裝盤；10-底板；11-加強筋板；12-定位管；13-端環(huán)；14-端環(huán)膠接強化板；7a-前輪輪圈；7b-第二加強筋；15-滑動面；16-滑動輪；平衡連接器17；平衡桿17a；平衡支架17b。

具體實施方式

下面將結合附圖對本實用新型的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒緦嵱眯滦椭械膶嵤├?，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。

在本實用新型的描述中，需要說明的是，術語“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“內”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本實用新型和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本實用新型的限制。此外，術語“第一”、“第二”、“第三”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。其中，術語“第一位置”和“第二位置”為兩個不同的位置。

在本實用新型的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對于本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本實用新型中的具體含義。

參見圖1-圖3所示：

圖1為本實用新型實施方式提供的無碳小車的整體結構示意圖。圖2是本實用新型實施例所提供的定位管的具體結構示意圖，如圖1和圖2所示，本實用新型提供的無碳小車，包括底板10、砝碼4和砝碼架，所述砝碼架包括豎直設置于所述底板10上的三個定位管12以及與三個所述定位管12上端分別固定連接的端環(huán)13，所述端環(huán)13上設有繞線器1，所述繞線器1通過纏繞在該繞線器1上的連接線與所述砝碼4連接，所述砝碼4在三個所述定位管12之間的空間內降落。三個所述定位管12朝向所述砝碼4軸線的一側還設置滑動面15；所述滑動面15沿著所述定位管12的長度方向延伸；所述滑動面15上設置有多個滑動輪16；同一根所述定位管12上相鄰的兩個滑動輪16之間的距離小于所述砝碼4的高度。

其中，砝碼4為1Kg砝碼。

所述連接線可以采用具有碳涂層的尼龍線，該連接線線材強度較高，順滑度極好，因此砝碼4降落的阻力很小，能夠非常順暢地降落。

本實用新型提供的無碳小車，包括具有三個定位管12的砝碼架，砝碼4連接在砝碼架上，結構十分穩(wěn)定，砝碼架不僅能夠支撐砝碼4，還能夠約束砝碼4的活動空間，防止砝碼4在下降過程中左右搖擺造成該無碳小車失去平衡，同時，在三個定位管12上朝向砝碼4的軸線的一側所設置了滑動面15，在滑動面15上設置了多個滑動輪16，當砝碼4下降的時候，位于不同位置的滑動輪16依次與砝碼4的表面相觸，能夠在砝碼4通過該滑動輪16的時候轉動，一旦砝碼4的降落發(fā)生偏移，對某個定位管施加了更大的力，滑動輪16能夠保證砝碼4的正常下落，不會由于砝碼4和定位管12之間過大的摩擦力影響砝碼4的掉落，保證該無碳小車能夠穩(wěn)定前進，且在砝碼下落過程中損耗更少的勢能，使得吳武無碳小車具有更好的性能。

優(yōu)選地，參見圖3所示，為了保證砝碼在連接的時候就是平衡的，在所述連接線與所述砝碼4之間還設置有使得所述砝碼4保持平衡的平衡連接器17；

所述平衡連接器17包括：平衡桿17a以及對稱設置在平衡桿兩端的平衡支架17b；

所述砝碼4上還形成有四個固定孔；四個固定孔的中心連線為矩形，且所述矩形的中點在所述砝碼4的軸線上；

每兩個所述固定孔連接一個所述平衡支架17b；

所述平衡桿17a的軸線平行于砝碼4的上表面，且其中點在所述砝碼4的軸線上。

平衡連接器17在與連接線連接的時候，使得連接線連接在平衡桿17a的中部，使得砝碼與連接線的連接是平穩(wěn)的，即砝碼的側邊在下落時是垂直于水平方向的，進而砝碼的下落不容易搖晃，下落更加的順利。

具體地，所述定位管12的直徑可以為10mm左右。

優(yōu)選地，三個所述定位管12呈正三角形排列，即三個定位管12的軸線在底板10上的投影點的連線為正三角形，結構穩(wěn)定，能夠很好地對砝碼4起到支撐作用。

優(yōu)選地，三個所述定位管12均采用碳纖維管材制成。采用碳纖維管材制成的無碳小車一方面強度較高，結構穩(wěn)定；另一方面質量較輕，因而與地面的摩擦力較小，行走過程中的阻力相應地也較小，因而該無碳小車能夠行走較遠的距離。

具體地，碳纖維(carbon fiber，簡稱CF)，是一種含碳量在95％以上的高強度、高模量纖維的新型纖維材料。它是由片狀石墨微晶等有機纖維沿纖維軸向方向堆砌而成，經碳化及石墨化處理而得到的微晶石墨材料。碳纖維“外柔內剛”，質量比金屬鋁輕，但強度卻高于鋼鐵，并且具有耐腐蝕、高模量的特性。它不僅具有碳材料的固有本征特性，又兼?zhèn)浼徔椑w維的柔軟可加工性，是新一代增強纖維。

碳纖維具有許多優(yōu)良性能，碳纖維的軸向強度和模量高，密度低、比性能高，無蠕變，非氧化環(huán)境下耐超高溫，耐疲勞性好，比熱及導電性介于非金屬和金屬之間，熱膨脹系數小且具有各向異性，耐腐蝕性好，X射線透過性好。良好的導電導熱性能、電磁屏蔽性好等。

具體地，定位管12的上下兩端分別通過端環(huán)13固定，定位管12的下端通過端環(huán)13固定在底板10上，端環(huán)13可以采用金屬鋁制成，以減輕整個無碳小車的重量。如圖1中所示，端環(huán)13的邊緣為曲線，端環(huán)13的中部設有通孔，砝碼4設置在該通孔的下方。端環(huán)13包裹三個定位管12的上端，將三個定位管12牢固的固定在一起。

端環(huán)13可以通過緊固件與三個定位管12連接，例如螺栓等。

優(yōu)選地，所述端環(huán)13與三個所述定位管12分別通過膠水連接，使得整個砝碼架結構輕盈堅固。

為了增大砝碼架和定位管12膠接時膠水的附著面，加強砝碼架膠接點的膠接強度，所述砝碼架還包括三個端環(huán)膠接強化板14，每個所述端環(huán)膠接強化板14分別套在一個所述定位管12上，并且每個所述端環(huán)膠接強化板14的上表面與所述端環(huán)13的下表面連接，整個結構輕盈牢固。

此外，所述端環(huán)13上固定設有光軸，所述光軸上設有第一軸承，所述繞線器1套設在所述第一軸承上。砝碼4在下降的過程中，繞線器1不斷旋轉，本實施方式中的繞線器1通過第一軸承套設在所述光軸上，使得繞線器1能夠順暢地相對于所述光軸滑動，因而能夠降低砝碼4在降落過程中的阻力，保證砝碼4順暢降落。光軸可以是3mm粗的細直線光軸。

具體地，上述所述的第一軸承可以是微型軸承，優(yōu)選采用日本NMB微型軸承，以大大降低了繞線器1轉動時的阻力矩。

進一步地，所述繞線器1上開設有V形槽，所述V形槽底部有倒角。倒角很小，略大于連接線的直徑。本實施方式中的V形槽結構，使得連接線能夠穩(wěn)定流暢地穿過上述V形槽。所述繞線器1可以采用三維打印技術制作。

此外，本實用新型提供的無碳小車包括分別與所述底板10連接的第一后輪和第二后輪，所述第一后輪與主軸6的第一端固定連接，所述第二后輪通過第二軸承與主軸6的第二端連接。定位線一端與砝碼4固定連接，另一端繞過繞線器1后與主軸6固定連接。本實施方式中的無碳小車采用單輪驅動，其中，與主軸6固定連接的第一后輪為主動輪，為無碳小車行走提供動力，通過第二軸承與主軸6連接的第一后輪為從動輪，以實現兩輪的差速運動，避免了該無碳小車在轉向過程中，第一后輪和第二后輪速度不一致引起的阻力。

上述所述的第二軸承可以采用45號鋼表面加硬的精磨軸承，第二軸承直徑可以是4mm，在保證第二軸承強度的同時盡可能的減小第二軸承的直徑，以大大降低了整車的質量，從而降低第一后輪和第二后輪轉動時的阻力矩和轉動慣量，使得整個無碳小車易于啟動。

具體地，第一后輪和第二后輪均采用鏤空處理，如圖1中所示，第一后輪以及第二后輪分別包括輪圈2以及沿所述輪圈2的周向均勻分布的三個第一加強筋3，兩兩第一加強筋3之間成120°，兩兩第一加強筋3之間的部分中空，在保證強度的情況下，去除不必要的載荷，結構非常精簡，將第一后輪和第二后輪的重量降低到最小。

進一步地，第一后輪和第二后輪的輪圈2均采用45度倒角，輪圈2與地面接觸部分的寬度降低為2mm，大大減少了車輪在轉向時的轉動阻力。

再次參見圖1，所述主軸6的兩端通過軸架8固定，所述軸架8包括穿過所述主軸6的第一軸架以及連接在所述第一軸架兩側的第二軸架，所述第一軸架和第二軸架的底部均固定在所述底板10上。第一軸架和第二軸架固定在底板10上，提高了軸架8的穩(wěn)定性，降低了軸架8沿主軸6的軸向方向的左右搖擺。

具體地，主軸6兩端的第一軸架軸架8嵌入底板10的安裝槽中，第一軸架用于安裝并支撐主軸6；第一軸架兩側的第二軸架卡在底板10的上表面，第二軸架用于支撐主軸6；本實施方式通過三層軸架8結構，有力地支撐了主軸6，使得整車結構牢固穩(wěn)定，不會出現晃動。

此外，所述無碳小車包括凸輪搖桿機構安裝盤9，所述凸輪搖桿機構安裝盤9與主軸6固定連接，凸輪搖桿機構安裝盤9用于安裝凸輪搖桿機構，所述凸輪搖桿機構用于控制無碳小車的轉向。該凸輪搖桿機構安裝盤9上設有多個螺紋孔，多個螺紋孔與所述主軸6的中心距各不相同，方便了小車行進“S”曲線的調試,使得該無碳小車能夠適應不同間距的障礙物。

此外，所述無碳小車包括與所述底板10連接的前輪7，所述前輪7包括前輪輪圈7a以及與所述前輪輪圈7a固定連接并呈輻射狀分布的多個第二加強筋7b。第二加強筋7b的數量可以為三個，兩兩第二加強筋7b之間呈120°角設置。輻射狀分布的第二加強筋7b對前輪7的結構進行了強化，在降低前輪7質量的同時保證了強度，防止前輪7形變過大。

所述前輪7可以采用三維打印技術制造。前輪輪圈7a外周面設有45°倒角，使得前輪輪圈7a的外周面與地面接觸部分的寬度為2mm，減小了前輪輪圈7a與地面的接觸面積，進而降低了車輪與地面之間的摩擦力，最終降低了前輪7頻繁轉向時產生的轉動阻力。

另外，所述底板10上與所述軸架8的連接處設有安裝槽，所述軸架8卡入所述安裝槽中。安裝槽的形狀根據軸架8的下端面形狀設置，可以是矩形，圓形等。

底板10整體為近似錐形結構，如圖1所示，底板10的前部比后部窄，這種錐形結構降低了該無碳小車在轉向過程中的轉動慣量。底板10的前部、中部以及后部均做了鏤空處理，極大減輕了該無碳小車的質量，降低了在轉向時的能量損耗。

由于底板10主要承受來自車上各類結構豎直向下的重力，因此小車底盤需要擁有足夠的厚度以抵御形變。優(yōu)選地，所述無碳小車還包括連接在所述底板10下方的加強筋板11。加強筋板11可以是條形鏤空結構件，板厚可以為5mm。該加強筋板11上設有多個安裝孔，加強筋板11通過穿過多個安裝孔的緊固件(例如螺釘螺母)與底板10緊固為一體。如圖1中所示，所述加強筋板11可以只設置在底板10前部的下方，以對底板10主要承重部分(前部)進行單獨強化，防止底板10因為豎直方向受力產生凹陷變形，同時較降低了整個無碳小車的重心，使小車底板10更加堅固穩(wěn)定。

此外，本實用新型中的無碳小車還包括設置在所述前輪7上的云臺5，如圖1中所示，所述云臺5分為兩層，上下層上均有限制前輪7轉軸的微型軸承，大大提高了前輪7轉動時的精確度，降低了前輪7的轉動阻力。前輪7可以通過三維打印技術制造。

通過上述描述可知，本實用新型提的無碳小車，結構精簡，多處進行鏤空處理，將整個無碳小車的質量降低到最大限度(整車不帶砝碼4質量僅850g)，因而該無碳小車在行走過程中的阻力也降低到了最低，砝碼4的重力勢能向動能的轉化效率高，該無碳小車能夠行走較遠的距離，在競賽時也不能通過較多個障礙物。

本實用新型提供的無碳小車的運動過程如下：

砝碼4降落，砝碼4帶動繞線器1旋轉，定位線一端與砝碼4固定連接，另一端繞過繞線器1后與主軸6固定連接。隨著砝碼4的降落，繞線器1與砝碼4之間的距離變大，定位線帶動主軸6旋轉，與主動固定連接的第一后輪作為主動輪旋轉，第二后輪作為從動輪旋轉，推動無碳小車前進，砝碼4的重力勢能轉換成了無碳小車的動能。

最后應說明的是：以上各實施例僅用以說明本實用新型的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述各實施例對本實用新型進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本實用新型各實施例技術方案的范圍。