一种无碳小车的制作方法

本实用新型涉及车辆技术领域，具体而言，尤其是涉及一种无碳小车。

背景技术：

目前，设计并制作无碳小车已逐渐成为地区性乃至国家级的机械设计比赛。无碳小车是以重力势能驱动的具有方向控制功能的自行小车；小车为三轮结构，具有转向控制机构，且该转向控制机构具有可调节功能或者可快速更换结构，以适应放油不同间距障碍物的竞赛场地；驱动小车行走及转向的能量由给定的重力势能转换而来，不可使用其他的能量来源。给定重力势能为4焦耳(取g＝10m/s2)，竞赛时统一用质量为1kg的砝码(Φ50*65mm，普通碳钢)铅垂下降来获得，落差400mm，重块落下后须被小车承载并同小车一起运动，不允许从小车上掉落。

现有的无碳小车在行走过程中，由于砝码没有很好的导向，因此，在砝码的降落过程中，无碳小车容易左右晃动，干扰整个无碳小车的前进。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型实施例的目的在于提供一种无碳小车，能够解决现有技术中的无碳小车在行走时左右晃动的技术问题。

本实用新型实施例提供了一种无碳小车，包括：底板、砝码和砝码架；

所述砝码架包括竖直设置于所述底板上的三个定位管以及与三个所述定位管上端分别固定连接的端环；

所述端环上设有绕线器，所述绕线器通过缠绕在该绕线器上的连接线与所述砝码连接；

所述砝码在三个所述定位管之间的空间内降落；

三个所述定位管朝向所述砝码轴线的一侧还设置滑动面；

所述滑动面沿着所述定位管的长度方向延伸；所述滑动面上设置有多个滑动轮；

同一根所述定位管上相邻的两个滑动轮之间的距离小于所述砝码的高度。

在本实用新型各个实施方式中，优选地，所述连接线与所述砝码之间还设置有使得所述砝码保持平衡的平衡连接器；

所述平衡连接器包括：平衡杆以及对称设置在平衡杆两端的平衡支架；

所述砝码上还形成有四个固定孔；四个固定孔的中心连线为矩形，且所述矩形的中点在所述砝码的轴线上；

每两个所述固定孔连接一个所述平衡支架；

所述平衡杆的轴线平行于砝码的上表面，且其中点在所述砝码的轴线上。

在本实用新型各个实施方式中，优选地，三个所述定位管均采用碳纤维管材制成。

在本实用新型各个实施方式中，优选地，所述端环与三个所述定位管分别胶接，所述砝码架还包括三个端环胶接强化板，每个所述端环胶接强化板分别套在一个所述定位管上，并且每个所述端环胶接强化板的上表面与所述端环的下表面连接。

在本实用新型各个实施方式中，优选地，所述端环上固定设有光轴，所述光轴上设有第一轴承，所述绕线器套设在所述第一轴承上。

在本实用新型各个实施方式中，优选地，所述绕线器上开设有V形槽，所述V形槽底部有倒角。

在本实用新型各个实施方式中，优选地，包括分别与所述底板连接的第一后轮和第二后轮，所述第一后轮与主轴的第一端固定连接，所述第二后轮通过第二轴承与主轴的第二端连接。

在本实用新型各个实施方式中，优选地，所述主轴的两端通过轴架固定，所述轴架包括穿过所述主轴的第一轴架以及连接在所述第一轴架两侧的第二轴架，所述第一轴架和第二轴架的底部均固定在所述底板上。

在本实用新型各个实施方式中，优选地，所述底板上与所述轴架的连接处设有安装槽，所述轴架卡入所述安装槽中。

在本实用新型各个实施方式中，优选地，所述无碳小车包括与所述底板连接的前轮，所述前轮包括前轮轮圈以及与所述前轮轮圈固定连接并呈辐射状分布的多个第二加强筋；

和/或，

所述无碳小车还包括连接在所述底板下方的加强筋板。

本实用新型实施例所提供的无碳小车，包括具有三个定位管的砝码架，砝码连接在砝码架上，结构十分稳定，砝码架不仅能够支撑砝码，还能够约束砝码的活动空间，防止砝码在下降过程中左右摇摆造成该无碳小车失去平衡，同时，在三个定位管上朝向砝码的轴线的一侧所设置了滑动面，在滑动面上设置了多个滑动轮，当砝码下降的时候，位于不同位置的滑动轮依次与砝码的表面相触，能够在砝码通过该滑动轮的时候转动，一旦砝码的降落发生偏移，对某个定位管施加了更大的力，滑动轮保证砝码的正常下落，不会由于砝码和定位管之间过大的摩擦力影响砝码的掉落，保证该无碳小车能够稳定前进，且在砝码下落过程中损耗更少的势能，使得吴武无碳小车具有更好的性能。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型实施方式提供的无碳小车的整体结构示意图。

图2示出了本实用新型实施例所提供的无碳小车中，定位管的结构示意图；

图3示出了本实用新型实施例所提供的无碳小车中，平衡连接器的结构示意图；

附图标记说明：

1-绕线器；2-轮圈；3-第一加强筋；4-砝码；5-云台；6-主轴；7-前轮；8-轴架；9-凸轮摇杆机构安装盘；10-底板；11-加强筋板；12-定位管；13-端环；14-端环胶接强化板；7a-前轮轮圈；7b-第二加强筋；15-滑动面；16-滑动轮；平衡连接器17；平衡杆17a；平衡支架17b。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

参见图1-图3所示：

图1为本实用新型实施方式提供的无碳小车的整体结构示意图。图2是本实用新型实施例所提供的定位管的具体结构示意图，如图1和图2所示，本实用新型提供的无碳小车，包括底板10、砝码4和砝码架，所述砝码架包括竖直设置于所述底板10上的三个定位管12以及与三个所述定位管12上端分别固定连接的端环13，所述端环13上设有绕线器1，所述绕线器1通过缠绕在该绕线器1上的连接线与所述砝码4连接，所述砝码4在三个所述定位管12之间的空间内降落。三个所述定位管12朝向所述砝码4轴线的一侧还设置滑动面15；所述滑动面15沿着所述定位管12的长度方向延伸；所述滑动面15上设置有多个滑动轮16；同一根所述定位管12上相邻的两个滑动轮16之间的距离小于所述砝码4的高度。

其中，砝码4为1Kg砝码。

所述连接线可以采用具有碳涂层的尼龙线，该连接线线材强度较高，顺滑度极好，因此砝码4降落的阻力很小，能够非常顺畅地降落。

本实用新型提供的无碳小车，包括具有三个定位管12的砝码架，砝码4连接在砝码架上，结构十分稳定，砝码架不仅能够支撑砝码4，还能够约束砝码4的活动空间，防止砝码4在下降过程中左右摇摆造成该无碳小车失去平衡，同时，在三个定位管12上朝向砝码4的轴线的一侧所设置了滑动面15，在滑动面15上设置了多个滑动轮16，当砝码4下降的时候，位于不同位置的滑动轮16依次与砝码4的表面相触，能够在砝码4通过该滑动轮16的时候转动，一旦砝码4的降落发生偏移，对某个定位管施加了更大的力，滑动轮16能够保证砝码4的正常下落，不会由于砝码4和定位管12之间过大的摩擦力影响砝码4的掉落，保证该无碳小车能够稳定前进，且在砝码下落过程中损耗更少的势能，使得吴武无碳小车具有更好的性能。

优选地，参见图3所示，为了保证砝码在连接的时候就是平衡的，在所述连接线与所述砝码4之间还设置有使得所述砝码4保持平衡的平衡连接器17；

所述平衡连接器17包括：平衡杆17a以及对称设置在平衡杆两端的平衡支架17b；

所述砝码4上还形成有四个固定孔；四个固定孔的中心连线为矩形，且所述矩形的中点在所述砝码4的轴线上；

每两个所述固定孔连接一个所述平衡支架17b；

所述平衡杆17a的轴线平行于砝码4的上表面，且其中点在所述砝码4的轴线上。

平衡连接器17在与连接线连接的时候，使得连接线连接在平衡杆17a的中部，使得砝码与连接线的连接是平稳的，即砝码的侧边在下落时是垂直于水平方向的，进而砝码的下落不容易摇晃，下落更加的顺利。

具体地，所述定位管12的直径可以为10mm左右。

优选地，三个所述定位管12呈正三角形排列，即三个定位管12的轴线在底板10上的投影点的连线为正三角形，结构稳定，能够很好地对砝码4起到支撑作用。

优选地，三个所述定位管12均采用碳纤维管材制成。采用碳纤维管材制成的无碳小车一方面强度较高，结构稳定；另一方面质量较轻，因而与地面的摩擦力较小，行走过程中的阻力相应地也较小，因而该无碳小车能够行走较远的距离。

具体地，碳纤维(carbon fiber，简称CF)，是一种含碳量在95％以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。它是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成，经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。碳纤维“外柔内刚”，质量比金属铝轻，但强度却高于钢铁，并且具有耐腐蚀、高模量的特性。它不仅具有碳材料的固有本征特性，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维。

碳纤维具有许多优良性能，碳纤维的轴向强度和模量高，密度低、比性能高，无蠕变，非氧化环境下耐超高温，耐疲劳性好，比热及导电性介于非金属和金属之间，热膨胀系数小且具有各向异性，耐腐蚀性好，X射线透过性好。良好的导电导热性能、电磁屏蔽性好等。

具体地，定位管12的上下两端分别通过端环13固定，定位管12的下端通过端环13固定在底板10上，端环13可以采用金属铝制成，以减轻整个无碳小车的重量。如图1中所示，端环13的边缘为曲线，端环13的中部设有通孔，砝码4设置在该通孔的下方。端环13包裹三个定位管12的上端，将三个定位管12牢固的固定在一起。

端环13可以通过紧固件与三个定位管12连接，例如螺栓等。

优选地，所述端环13与三个所述定位管12分别通过胶水连接，使得整个砝码架结构轻盈坚固。

为了增大砝码架和定位管12胶接时胶水的附着面，加强砝码架胶接点的胶接强度，所述砝码架还包括三个端环胶接强化板14，每个所述端环胶接强化板14分别套在一个所述定位管12上，并且每个所述端环胶接强化板14的上表面与所述端环13的下表面连接，整个结构轻盈牢固。

此外，所述端环13上固定设有光轴，所述光轴上设有第一轴承，所述绕线器1套设在所述第一轴承上。砝码4在下降的过程中，绕线器1不断旋转，本实施方式中的绕线器1通过第一轴承套设在所述光轴上，使得绕线器1能够顺畅地相对于所述光轴滑动，因而能够降低砝码4在降落过程中的阻力，保证砝码4顺畅降落。光轴可以是3mm粗的细直线光轴。

具体地，上述所述的第一轴承可以是微型轴承，优选采用日本NMB微型轴承，以大大降低了绕线器1转动时的阻力矩。

进一步地，所述绕线器1上开设有V形槽，所述V形槽底部有倒角。倒角很小，略大于连接线的直径。本实施方式中的V形槽结构，使得连接线能够稳定流畅地穿过上述V形槽。所述绕线器1可以采用三维打印技术制作。

此外，本实用新型提供的无碳小车包括分别与所述底板10连接的第一后轮和第二后轮，所述第一后轮与主轴6的第一端固定连接，所述第二后轮通过第二轴承与主轴6的第二端连接。定位线一端与砝码4固定连接，另一端绕过绕线器1后与主轴6固定连接。本实施方式中的无碳小车采用单轮驱动，其中，与主轴6固定连接的第一后轮为主动轮，为无碳小车行走提供动力，通过第二轴承与主轴6连接的第一后轮为从动轮，以实现两轮的差速运动，避免了该无碳小车在转向过程中，第一后轮和第二后轮速度不一致引起的阻力。

上述所述的第二轴承可以采用45号钢表面加硬的精磨轴承，第二轴承直径可以是4mm，在保证第二轴承强度的同时尽可能的减小第二轴承的直径，以大大降低了整车的质量，从而降低第一后轮和第二后轮转动时的阻力矩和转动惯量，使得整个无碳小车易于启动。

具体地，第一后轮和第二后轮均采用镂空处理，如图1中所示，第一后轮以及第二后轮分别包括轮圈2以及沿所述轮圈2的周向均匀分布的三个第一加强筋3，两两第一加强筋3之间成120°，两两第一加强筋3之间的部分中空，在保证强度的情况下，去除不必要的载荷，结构非常精简，将第一后轮和第二后轮的重量降低到最小。

进一步地，第一后轮和第二后轮的轮圈2均采用45度倒角，轮圈2与地面接触部分的宽度降低为2mm，大大减少了车轮在转向时的转动阻力。

再次参见图1，所述主轴6的两端通过轴架8固定，所述轴架8包括穿过所述主轴6的第一轴架以及连接在所述第一轴架两侧的第二轴架，所述第一轴架和第二轴架的底部均固定在所述底板10上。第一轴架和第二轴架固定在底板10上，提高了轴架8的稳定性，降低了轴架8沿主轴6的轴向方向的左右摇摆。

具体地，主轴6两端的第一轴架轴架8嵌入底板10的安装槽中，第一轴架用于安装并支撑主轴6；第一轴架两侧的第二轴架卡在底板10的上表面，第二轴架用于支撑主轴6；本实施方式通过三层轴架8结构，有力地支撑了主轴6，使得整车结构牢固稳定，不会出现晃动。

此外，所述无碳小车包括凸轮摇杆机构安装盘9，所述凸轮摇杆机构安装盘9与主轴6固定连接，凸轮摇杆机构安装盘9用于安装凸轮摇杆机构，所述凸轮摇杆机构用于控制无碳小车的转向。该凸轮摇杆机构安装盘9上设有多个螺纹孔，多个螺纹孔与所述主轴6的中心距各不相同，方便了小车行进“S”曲线的调试,使得该无碳小车能够适应不同间距的障碍物。

此外，所述无碳小车包括与所述底板10连接的前轮7，所述前轮7包括前轮轮圈7a以及与所述前轮轮圈7a固定连接并呈辐射状分布的多个第二加强筋7b。第二加强筋7b的数量可以为三个，两两第二加强筋7b之间呈120°角设置。辐射状分布的第二加强筋7b对前轮7的结构进行了强化，在降低前轮7质量的同时保证了强度，防止前轮7形变过大。

所述前轮7可以采用三维打印技术制造。前轮轮圈7a外周面设有45°倒角，使得前轮轮圈7a的外周面与地面接触部分的宽度为2mm，减小了前轮轮圈7a与地面的接触面积，进而降低了车轮与地面之间的摩擦力，最终降低了前轮7频繁转向时产生的转动阻力。

另外，所述底板10上与所述轴架8的连接处设有安装槽，所述轴架8卡入所述安装槽中。安装槽的形状根据轴架8的下端面形状设置，可以是矩形，圆形等。

底板10整体为近似锥形结构，如图1所示，底板10的前部比后部窄，这种锥形结构降低了该无碳小车在转向过程中的转动惯量。底板10的前部、中部以及后部均做了镂空处理，极大减轻了该无碳小车的质量，降低了在转向时的能量损耗。

由于底板10主要承受来自车上各类结构竖直向下的重力，因此小车底盘需要拥有足够的厚度以抵御形变。优选地，所述无碳小车还包括连接在所述底板10下方的加强筋板11。加强筋板11可以是条形镂空结构件，板厚可以为5mm。该加强筋板11上设有多个安装孔，加强筋板11通过穿过多个安装孔的紧固件(例如螺钉螺母)与底板10紧固为一体。如图1中所示，所述加强筋板11可以只设置在底板10前部的下方，以对底板10主要承重部分(前部)进行单独强化，防止底板10因为竖直方向受力产生凹陷变形，同时较降低了整个无碳小车的重心，使小车底板10更加坚固稳定。

此外，本实用新型中的无碳小车还包括设置在所述前轮7上的云台5，如图1中所示，所述云台5分为两层，上下层上均有限制前轮7转轴的微型轴承，大大提高了前轮7转动时的精确度，降低了前轮7的转动阻力。前轮7可以通过三维打印技术制造。

通过上述描述可知，本实用新型提的无碳小车，结构精简，多处进行镂空处理，将整个无碳小车的质量降低到最大限度(整车不带砝码4质量仅850g)，因而该无碳小车在行走过程中的阻力也降低到了最低，砝码4的重力势能向动能的转化效率高，该无碳小车能够行走较远的距离，在竞赛时也不能通过较多个障碍物。

本实用新型提供的无碳小车的运动过程如下：

砝码4降落，砝码4带动绕线器1旋转，定位线一端与砝码4固定连接，另一端绕过绕线器1后与主轴6固定连接。随着砝码4的降落，绕线器1与砝码4之间的距离变大，定位线带动主轴6旋转，与主动固定连接的第一后轮作为主动轮旋转，第二后轮作为从动轮旋转，推动无碳小车前进，砝码4的重力势能转换成了无碳小车的动能。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。