一种三轮小车

摘要

本发明公开了一种三轮小车，包括从动机构、主动机构和控制机构，主动机构分别与从动机构、控制机构相连；从动机构包括从动轮轴、左从动轮片和右从动轮片，右从动轮片分别与从动轮轴、左从动轮片相连，左从动轮片与右从动轮片的接触面上设置第一钢球；主动机构包括主动轮轴、左主动轮片和右主动轮片，左主动轮片分别与主动轮轴、右主动轮片相连，左主动轮片与右主动轮片的接触面上设置第二钢球。本发明结构紧凑，工作原理独特，运动方式灵活轻便，是势能驱动下遇到不同运动阻力时以自适应的方式自主调节扭矩进行变速的有效方法和途径；左从动轮片和右从动轮片之间通过第一钢珠连接，既可以保证同轴度，又可以提高运灵活性和随动性。

权利要求

1.一种三轮小车，其特征在于：包括从动机构（1）、主动机构（2）和控制机构（3），所述主动机构（2）分别与从动机构（1）、控制机构（3）相连；

所述从动机构（1）包括从动轮轴（101）、左从动轮片（102）、右从动轮片（103）和小弹簧（106），所述小弹簧（106）套装在左从动轮片（102）外径的左端，所述右从动轮片（103）分别与从动轮轴（101）、左从动轮片（102）相连，所述左从动轮片（102）与右从动轮片（103）的接触面上设置第一钢球（4）；

所述主动机构（2）包括主动轮轴（201）、左主动轮片（202）和右主动轮片（203），所述左主动轮片（202）分别与主动轮轴（201）、右主动轮片（203）相连，所述左主动轮片（202）与右主动轮片（203）的接触面上设置第二钢球（5）；

所述第一钢球（4）的数量为六个以上，均匀分布在左从动轮片（102）与右从动轮片（103）的接触面上；

所述右从动轮片（103）的外径圆周上、左从轮片（102）的内径圆周上均匀间隔设置三个V形槽，每上下两个V形槽围合而成的区域内设置两个第一钢球（4），所述V形槽的两端设置挡圈（104）；

所述控制机构（3）包括势能块（301）和起动轮（302），所述势能块（301）通过势能线（303）与起动轮（302）相连；所述起动轮（302）通过大弹簧（304）与右主动轮片（203）相连，所述势能块（301）的重力大于大弹簧（304）的拉力，所述大弹簧（304）的拉力大于小弹簧（106）的拉力；所述起动轮（302）与右主动轮片（203）的接触面上设置球体（6）；所述球体（6）的数量为三个，均匀分布在起动轮（302）与右主动轮片（203）的接触面上；所述起动轮（302）的圆台端面上设置三个用于固定球体（6）的圆锥盲孔，所述右主动轮片（203）右端设有的三等份螺旋槽，所述圆锥盲孔和螺旋槽相匹配。

2.根据权利要求1所述的一种三轮小车，其特征在于：所述第二钢球（5）的数量为三个，均匀分布在左主动轮片（202）与右主动轮片（203）的接触面上。

3.根据权利要求2所述的一种三轮小车，其特征在于：所述左主动轮片（202）的外径圆周上均匀间隔设置三个盲孔，所述右主动轮片（203）的内径圆周上均匀间隔设置三个V型槽，所述盲孔与V型槽相对应，盲孔V型槽围合而成的区域设置第二钢球（5）。

说明书

一种三轮小车

技术领域

[0001] 本发明属于势能驱动装置，具体为一种三轮小车。

背景技术

[0002] 无碳三轮小车是以势能驱动和方向控制运动行驶的竞赛顶目，是国家教育部举办的大学生科技创新活动，随着历届赛事顶目内容的不断拓展和扩大，势能驱动下的无碳三
轮小车已成为学生实验和创新技术应用的搭载平台。使势能驱动下的无碳三轮小车不仅要
克服在相对平整跑道上进行起步和正常行驶中产生的不同阻力，还要具备在带有坡道或不
平整的跑道上行驶能力。因此，依靠传统的绕线法已不能完成在势能驱动下的自适应自动
变矩能力。专利申请号为201911125352.9的中国专利公开了一种势能驱动下的遇阻式自动
变矩装置，但是其存在结构复杂、运动阻力大等缺点，小车运行距离还可进一步提高。

发明内容

[0003] 发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明目的是提供一种能够实现自动变矩、三轮小车。

[0004] 技术方案：本发明所述的一种三轮小车，包括从动机构、主动机构和控制机构，主动机构分别与从动机构、控制机构相连；从动机构包括从动轮轴、左从动轮片和右从动轮
片，右从动轮片分别与从动轮轴、左从动轮片相连，左从动轮片与右从动轮片的接触面上设
置第一钢球；主动机构包括主动轮轴、左主动轮片和右主动轮片，左主动轮片分别与主动轮
轴、右主动轮片相连，左主动轮片与右主动轮片的接触面上设置第二钢球。

[0005] 第一钢球的数量为六个以上，均匀分布在左从动轮片与右从动轮片的接触面上。右从动轮片的外径圆周上、左从轮片的内径圆周上均匀间隔设置三个V形槽，每上下两个V
形槽围合而成的区域内设置两个第一钢球，V形槽的两端设置挡圈，使得钢球第一之间具有
确定的间隔，并且保证左从动轮片在右从动轮片的外径上左右运动不会有阻隔现象，左从
动轮片与右从动轮片具有滚动摩擦来减少相互轴向运动的阻力。第一钢球连接V型滚动槽
两端，使得左从动轮片与右从动轮片在相互轴向运动时，也更具有稳定的轴心线定位功能，
保证运动中的同轴度要求。左从动轮片与右从动轮片在作周向旋转运动时，第一钢球也具
有滚动式的花键作用，保证左、右两从动轮片的角速度相同，增加皮带与V型槽轮附着力，达
到传递扭力的目的。

[0006] 第二钢球的数量为三个，均匀分布在左主动轮片与右主动轮片的接触面上，使右主动轮片左端以左主动轮片右端外径为安装基准，具有轴心定位准确、轴向运动阻力少等。
左主动轮片的外径圆周上均匀间隔设置三个盲孔，右主动轮片的内径圆周上均匀间隔设置
三个V型槽，盲孔与V型槽相对应，盲孔V型槽围合而成的区域设置第二钢球。通过第二钢球
使得左主动轮片、右主动轮片可以同步转动，并保证右主动轮片的轴向运动不会有阻隔现
象，使它们的运动阻力减少到最佳状态。三个同等规格的第二钢球分别在左主动轮片、右主
动轮片的外、内径之间，又起到滚动式花键作用，达到角速度相同的目的，保证它们装配同
轴度和运动精度的综合性能。

[0007] 控制机构包括势能块和起动轮，势能块通过势能线与起动轮相连。起动轮通过大弹簧与右主动轮片相连，势能块的重力大于大弹簧的拉力。起动轮与右主动轮片的接触面
上设置球体。球体的数量为三个，均匀分布在起动轮与右主动轮片的接触面上。起动轮的圆
台端面上设置三个用于固定球体的圆锥盲孔。球体一可以传递扭力，二是减少轴向摩擦，相
互旋转后产生的轴向运动阻力较小，三是保证右主动轮片和左主动轮片外径的同轴度定位
要求，轴心定位准确。

[0008] 工作原理：势能块产生动能，使三轮小车在水平道路上行驶，并维持从动机构的齿轮在单位时间的旋转速度状况下，遇坡道产生阻力时能具备自适应循环式自动变换扭矩，
保障三轮小车在上坡时和下坡后所需的扭矩自动变换。

[0009] 在工作中，当齿轮阻力增大时，起动轮上的球体在右主动轮片右端内螺旋槽中逆时针滑动迫使右主动轮片克服大弹簧的压力向右位移，此时轮槽中的O型带在从动轮上的
小弹簧压力下向远离中心方向位移，从动V型轮槽变窄，形成从动V型轮槽包裹的带轮直径
增大，同时，主动V型轮槽变宽，包裹的带轮直径减小，达到主、从动两轮同时变矩的目的，形
成小轮带大轮的状态。

[0010] 势能块通过势能线经滑轮支撑缠绕在起动轮上，在外力作用下旋转齿轮经从动轮轮槽上的O型带拉动主动轮轮槽旋转，再由右主动轮片右端孔内设有的螺旋槽中作反向旋
转，势能块的重量在势能线拉动下对起动轮产生恒定的反方向旋转力。使势能块悬空吊挂
在滑轮下方，形成三轮小车动能储备待放态势。

[0011] 右主动轮片通过势能块经势能线拉动起动轮作反向旋转，使起动轮左端外径上球体在右主动轮片右端孔内设有的螺旋槽中作反向旋转，迫使右主动轮片向右滑移，并克服
大弹簧压力，形成主动轮V型槽变宽，使O型带包裹在主动机构V型轮槽直径最小，同时，O型
带在小弹簧作用下，形成从动轮轮槽变窄，使O型带包裹在从动V型轮槽直径最大，O型带在
主、从动两V型轮槽中的张紧力度，满足克服三轮小车在爬坡行驶过程中产生的综合阻力。

[0012] 当三轮小车在接近水平道路上行驶时，其综合运动阻力降低，大弹簧的预压力会推动右主动轮片向左滑移，形成主动V型轮槽变窄，使O型带包裹在主动V型轮槽直径变大；
同时在O型带的拉力作用下，从动轮上的左轮片克服小弹簧的压力向左滑移，使从动轮槽变
宽，O型带包裹在从动V型轮槽直径变小；达到三轮小车在行驶过程中，在无外力的状态下，
自行无极变速功能。

[0013] 在势能作用下，使左主动轮片和起动轮相互旋转，克服大弹簧的压力，使球体在右主动轮片的内螺旋槽中，让右主动轮片向右运动到相应的位置，同时这也是大弹簧蓄能的
过程。当左主动轮片阻力减小时，势能不变，大弹簧在预压力的作用下推动右主动轮片12向
左方向位移到相应的位置，从而实现左主动轮片和右主动轮片的主动轮槽宽度的自动调
节，实现自动变矩的效果。

[0014] 有益效果：本发明和现有技术相比，具有如下显著性特点：

[0015] 1、结构紧凑，工作原理独特，运动方式灵活轻便，是势能驱动下遇到不同运动阻力时以自适应的方式自主调节扭矩进行变速的有效方法和途径；

[0016] 2、第一钢球连接内外V型滚动槽两端，使其左从动轮片与右从动轮片具有滚动摩擦来减少相互轴向运动的阻力，也具有稳定的轴心线定位功能，保证运动中的同轴度要求；

[0017] 3、左从动轮片与右从动轮片在作周向旋转运动时，第一钢球又具有滚动式的花键作用，保证左、右两从动轮片的角速度相同，增加皮带与V型槽轮附着力，达到传递扭力的目
的；

[0018] 4、第二钢球等份布置在左主动轮片右端的外径处，使右主动轮片左端以左主动轮片右端外径为安装基准，具有轴心定位准确、轴向运动阻力少；

[0019] 5、第二钢球轴向定位在基准体主动轮轴上，而右主动轮片左端内孔V型滚动槽中第二钢球可自由轴向滚动，所以三个同等规格的第二钢球分别在左、右两主动轮片外、内径
之间，又起到滚动式花键作用，达到角速度相同的目的，保证它们装配同轴度和运动精度的
综合性能；

[0020] 6、三个同等规格的球体分别在右主动轮片与起动轮内、外两径之间，又起到滚动丝杠式的传动机构作用，达到起动轮的旋转力和大弹簧的轴向预压力以球体的滚动方式转
换成右主动轮片相对于左主动轮片和起动轮的轴向运动的效率最大化，产生的运动摩擦系
数最小化，当主动轮运动的综合阻力与起动轮动力经大弹簧适时平衡后，主动轮2获得相应
的扭矩时，此时球体在右主动轮片的内螺旋槽中不会滚动。因此，球体6形成滚动式花键作
用，达到右主动轮片和起动轮角速度相同，起到传递扭力的目的。

附图说明

[0021] 图1是本发明的剖视图；

[0022] 图2是本发明的A‑A面剖视图；

[0023] 图3是本发明的B‑B面剖视图；

[0024] 图4是本发明的C‑C面剖视图；

[0025] 图5是本发明的D‑D面剖视图。

具体实施方式

[0026] 以说明书附图所示的方向为上、下、左、右。

[0027] 如图1‑3所示，无碳三轮小车由从动机构1、主动机构2以及控制机构3三部分组成。在右从动轮片103内孔两端设有轴承座孔，经从动轮轴承105安装在从动轮轴101中部外径
上，使运动无阻。从动轮轴101与从动轴支架111相连。根据三点定圆的原理，在左从动轮片
102内孔两端分别采用两组(每组三个同一规格)第一钢球4等份布置在右从动轮片103中部
外径处，用齿轮108将小弹簧106套装左从动轮片102左端外径上，每一对V形槽内各装入两
颗第一钢球4，第一钢球4的两侧均设有挡圈104。为保证第一钢球4不碰撞在一起，且能顺利
带动左从动轮片102旋转并与右从动轮片103保持相同角速度，在同一对V形槽内的两个第
一钢球4之间安装了内圈110，使得钢球之间具有确定的间隔，并且保证左从动轮片102在右
从动轮片103的外径上左右运动时不会有阻隔现象。接着，在左从动轮片102外径的左端套
入小弹簧106和小弹簧罩107，依次在右从动轮片103的左端外径螺纹上安装齿轮108、锁紧
螺帽109。在右从动轮片103的两端各安装了外卡簧，与对应侧的轴承共同控制了右从动轮
片103的左右移动，从而组合成具有自动张紧和开合功能的V型轮槽特征的从动机构1。

[0028] 左主动轮片202的两端各设有轴承座孔，用于安装主动轮轴承204，以便于左主动轮片202安装于主动轮轴201左端外径上，使其相互旋转无阻。主动轮轴201与主动轴支架
207相连。在左主动轮片202的两端各安装了外卡簧205，以限制轴向位移。左主动轮片202右
端外径上设有三等份布置的圆锥盲孔，在右主动轮片203左端内孔设有三等分布置的V型
槽，第二钢球5置于左主动轮片202的圆锥盲孔与右主动轮片203的V型槽之间，通过第二钢
球5使得左主动轮片202、右主动轮片203可以同步转动，并保证右主动轮片203的轴向运动
不会有阻隔现象。第二钢球5的作用，一是可以传递扭力，二是减少轴向摩擦，三是保证左主
动轮片202、右主动轮片203外径的同轴度定位要求。在右主动轮片203右端外径上依次安装
大弹簧304、平面推力轴承206以及大弹簧罩307，使平面推力轴承206置于大弹簧304的右端
面上。右主动轮片203的右端内孔设有U型螺旋槽，左端内孔设有V型槽，中部为退刀槽，从而
组合成具有同一旋转轴心的V型轮槽特征的主动机构2。

[0029] 在起动轮302的两端各设有轴承座孔，用于安装起动轮轴承305，以便于起动轮302安装在主动轮轴201的右端外径上，同时在起动轮302左端外径上设有圆锥形盲孔，通过旋
转起动轮302使球体6旋入右主动轮片203右端设有的三等份螺旋槽中，直至起动轮302的右
端面与间隔套306完全贴合，接着安装起动轮302右端的外卡簧205，使起动轮302准确定位
在主动轮轴201右端外径上。

[0030] 左从动轮片102、右从动轮片103外侧形成的V型从动轮槽与左主动轮片202、右主动轮片203外侧形成的V型主动轮槽通过O型带7相连。

[0031] 如图4，起动轮302中部的圆台台阶端面上设有自制的平面推力轴承206，这也是三等分布置的，在起动轮302和右主动轮片203的角速度产生变化时，减少大弹簧304两端的相
互运动阻力。平面推力轴承206包括球体6、垫片圈以及起动轮圆台，在起动轮302圆台的端
面上设有三个圆锥盲孔，球体6就固定在该孔内，三点定圆，在起动轮302圆台面上形成了圆
截面，就确定了平面推力轴承206一侧的端面。垫片圈为一个圆环型垫片，就确定了平面推
力轴承206另一侧的端面，三者形成了平面推力轴承206。球体6既通过螺旋的形式产生轴向
位移，又可以让两者保持角速度相同，传递扭力。球体6的作用一是传递扭力，二是减少轴向
位移的摩擦力，三、因为它是三等份分布的，又起到一个径向定心的作用，保证右主动轮片
203外径和起动轮302外径的同轴度定位要求。

[0032] 如图5，势能块301通过势能线303经滑轮308支撑缠绕在起动轮302上，滑轮308通过滑轮轴承309与滑轮轴310相连。滑轮轴310与滑轮轴支架311相连。

[0033] 注意事项：在起动轮302旋入后，需检查以下两点：

[0034] 一、在运动中，左主动轮片202和右主动轮片203既能确保角速度相同，又能够让右主动轮片203在左主动轮片202的外径上自由轴向位移，且位移无阻隔现象；

[0035] 二、在外力作用下，让左主动轮片202和起动轮302相对运动，克服大弹簧304的压力，使得右主动轮片203和左主动轮片202轴向位移无阻隔现象，使得起动轮302能够带动右
主动轮片203自由旋转，同时，大弹簧304的预压力也能让右主动轮片203和起动轮302产生
旋转运动；

[0036] 三、大弹簧304的拉力一定要大于小弹簧106的拉力，势能块301的重力大于大弹簧304的拉力。