书城教材教辅培养学生动手能力小丛书:教你制作车辆模型
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第26章 自控电动车模型(1)

一、声控电动车模型

这里介绍的声控电动车辆装有声控接收机,它是用较低频率的哨声或者掌声来控制的。当声源每发一次声音信号,声控接收机的电子电路就翻转一次,从而使车辆模型实现前进和倒退的变换。

1.结构原理

图4-10-1是声控车辆模型的实体图。它的机械结构和一般电动车辆模型基本相同,只是增加了中间导向轮转向机构和声电控制机构。图4-10-1声控车辆模型的实体图

(1)中间导向轮转向机构

中间导向轮转向机构由导向轮、导向轮轴、楔形槽、限位弧形槽、限位柱等组成。导向轮放在底盘的腰形槽内,导向轮轴左端放入楔形槽内,右端放在限位弧形槽内,并且可以在两根限位柱之间滑动。导向轮轴以楔形槽为圆心,能在0°和38°之间转动。当车辆模型前进的时候,导向轮轴右端紧靠后面的限位柱,车辆模型直线行驶;当车辆模型后退的时候,导向轮轴右端紧靠后面的限位柱,车辆模型转弯行驶。

使用这种转向机构,如果操纵得当,同样可以走比较复杂的行车路线,如图4-10-2所示。图中实线表示车辆向前直线行驶,虚线表示车辆向后转弯行驶。图4-10-2几种行驶路线示意图(2)声电控制机构

声电控制机构由传感器、前置放大电路、电子开关电路、驱动执行机构等组成。它的作用是每接收到一次声音信号,电动机的转向就改变一次。图4-10-3是声控接收机电路图。

图中CG是传感器,实际上是一个话筒,它把哨声或掌声变成微弱的电信号,通过C1到BG1。BG1是前置放大电路,它把微弱电信号放大,通过C2送到BG2。BG2和BG3是单态触发器,当有信号输入的时候就会产生一个脉冲信号,通过C4送到BG4。BG4和BG5是稳态触发器,当有一个脉冲信号输入的时候就会翻转,原来输出端A点是高电位就会变成低电位,原来A点是低电位就会变成高电位,并且能稳定下来,直到第二个脉冲信号输入的时候翻转。BG6和J是执行机构,当A点是高电位的时候,BG6导通,继电器J吸合,电动机正转(或反转);当A点是低电位的时候,BG6截止,继电器J释放,电动机反转(或正转)。这样一来,每有一次声音信号输入,电动机就会改变一次旋转方向,达到声控的目的。图4-10-3声控接收机电路图

2.零部件制作和安装

(1)车轮和车轴的选用

前后轮都采用直径30毫米、厚度12毫米玩具车轮。前轴采用直径2毫米、长20毫米的螺丝做成,直接让螺丝旋进车轮轴孔中。另外,还用螺母把前轴固定在前轮固定支架槽内。前轮要离地面1~2毫米,它只起装饰作用。

(2)底盘的制作

底盘可采用厚3毫米的有机玻璃板制。在适当地方挖出腰形槽和前后轮缺口,如图4-10-4所示。

图4-10-4底盘的制作

(3)自动转向机构的制作

导向轮采用直径25毫米、厚7毫米的玩具车轮,车轴采用直径2毫米、长24毫米的销子钢制作,车轴同车轮要紧固连接。楔形槽、限位弧形槽、限位柱可以用塑料板或者有机玻璃制作,用环氧树脂胶水黏结在底盘上。导向轮盖板、弧形盖架、前轴轮柱等都可以用有机玻璃板制作。弧形盖架是把有机玻璃加热变成的。导向轮盖板用直径3毫米、长6毫米的自攻螺丝紧固在底盘的固定柱上,它两侧的前轴盖架正好压住前轴支架槽口。

(4)电池盒的制作

用有机玻璃制成长68毫米、宽57毫米、高17毫米的电池盒,在它的上盖钻3个安装印刷电路板的孔。

(5)动力装置的安装

可以采用市售塑料封装的电动机和四级减速齿轮箱级件。用直径3毫米、长72毫米的销子钢把动力输出轴加长,作为后车轴。为了减少电动机和传动装置产生的声音对传感器的干扰,动力装置和底盘之间要垫上橡皮垫圈。

(6)传感器的安装

用有机玻璃制作一个盒,盒底钻一个孔。用海绵或泡沫塑料把传感器四周裹好,放入盒中,传感器的引出线从盒底的孔中穿出。在车壳顶部钻若干个传声孔。然后用环氧树脂胶水黏结在车壳顶部,如图4-10-5所示。

图4-10-5传感器的安装

3.声控接收机的安装和调整

声控接收机所用元器件如图4-10-3,传感器用驻极体电容话筒,也可以用高阻代替。按照电路图把电子元器件焊接在印刷电路板上,检查无误后就可以调试。

开始调试的时候,先不要接上传感器。接通电源后,BG1基极对地电压应是0.2伏左右,处于截止状态。这时候,单稳态触发器处在稳定状态,BG2导通,BG3截止。如果用螺丝刀触一下。BG2基极,BG2的集电极电压会从0.2伏变到4伏再回到0.2伏,BG3的集电极电压会从4伏变到0.2伏,BG3的集电极电压会从4伏变到0.2伏再回到4伏。这表明单稳压触发器工作正常。用螺丝刀触一下BG3的集电极,双态触发器能够翻转,电动机改变旋转方向,并且能够稳定下来,这表明双稳压触发器和执行机构工作正常。

然后接上传感器,每次拍掌或轻触传感器,电动机都能改变旋转方向,表明声控按收机调整好了。

二、声控消防车模型

这里介绍的消防车模型也是一辆声控电动车辆模型。它由声控系统切换动力电源,控制车辆模型前进和在原地进行升降臂操作。这辆消防车模型的声控电路简单,不用继电器和舵机就能直按切换两只电动机的电源,它有两只电动机,一只是动力电动机,用来驱动车辆模型前进,另一只是操作电动机,用来控制升降臂的升降动作;它有一套机械式升降臂自动操纵系统,这种操纵系统结构简单,取材方便,容易制作。

1.结构原理

消防车的结构如图4-10-6所示。它和一般电动车辆模型基本相同。不同的是,它采用前轮驱动方式,动力传动机构和升降臂操纵机构组装在底盘前面的齿轮箱内。升降臂安装在底盘后面的底座上,声控接收机和电源安装在底盘中部。

声控电路处于前进状态时,动力电动机电源被接通,从而驱动消防车前进。声控电路处于停车状态时,操作电动机电源被接通,从而带动操纵机构使升降臂完成上升和下降动作。

图4-10-6声控消防车模型实体图

(1)声控系统

声控系统由手捏发声器和声控接收机组成。手捏发声器是一只装有橡皮球的哨子。声控接收机由传感器,双T选频放大器、双稳态电路和桥式放大器等组成,如图4-10-7所示。

传感器(MJC)接收到的指令信号,经BG1和BG2组成的双T选频放大器放大,放大后的电信号由C4(或C5)耦合到由BG2和BG4组成的双稳态电路,如果这时BG3截止,BG4导通,那么桥式放大器中的BG7和BG8导通,电动机M2旋转,并通过减速齿轮组带动驱动轮,使消防车向前行驶。手捏发声器再发信号,双稳态电路翻转。这时BG3导通,BG4截止,使桥式放大器中的BG6和BG7导通,电动机M1转动,为升降臂自动控制系统提供动力。

图4-10-7声控接收机

(2)机械式升降臂自动控制系统

机械式升降臂自动控制系统包括曲轴连杆机构和自动升降臂两个部分。曲轴连杆机构由操作电动机、减速齿轮组、曲轴、连杆、伸缩推拉杆等组成。自动升降臂由顶块、伸缩杆、上伸张臂和下伸张臂组成。

声控电路处于操作状态的时候,操作电动机M1转动,经减速齿轮组带动曲轴转动,由连杆把曲轴的转动变为伸缩推拉杆的平动。伸缩推拉杆推拉顶块,控制升降臂的上升和下降。

为了弄清升降臂的升降动作,把它的四个轴心A、B、C、D标明画在图4-10-6上。伸缩推拉杆通过活动槽口O把动力作用在顶块上,当伸缩杆向车前平动的时候,推动顶块槽口O向前运动到O′,这时顶块绕轴心A转动,同顶块紧固连接的下伸张臂向上顶。下伸张臂另一端的轴心D沿弧线上移到D′的时候,上伸张臂同伸缩杆的联动轴心C沿弧线上移到C′。由于伸缩杆是绕轴心B转动的,上伸张臂就要绕轴心D转动。完成升张动作。相反,当伸缩杆向车后平动的时候,顶块槽口O′返回O,升降臂就要下降收拢复原。

声控电路处于操作状态的时候,电动机通过曲轴连杆机构使伸缩杆往返运动,升降臂的升降动作将反复进行,直到发声器再一次发出信号,使声控电路翻转,消防车才变换成向前行驶。

2.零部件的选用和制作

(1)升降臂的制作

上、下伸张臂用马口铁皮裁剪焊接。伸缩杆用厚2毫米的环氧树脂板制作。顶块用厚6毫米的硬塑料板制作。转轴B采用直径4毫米的螺丝做成,A、C、D三轴都用直径4毫米的销子钢制作。升降臂固定支架用厚6毫米的硬塑料板制作。

(2)曲轴连杆机构的制作

操作电动机采用WZY-131型的玩具电动机。减速装置最好采用大减速比的蜗轮蜗杆传动机构,都装在电力传动机构的齿轮箱里。曲轴、顶块支架用厚4毫米塑料板制作。连杆和伸缩杆用厚2毫米环氧树脂板制作。顶块支架用厚1毫米的塑料板制作。

(3)声控系统

接收机按照电原理图选用电子元器件,只要焊接无误一般都能工作。

3.整体组装

(1)曲轴连杆机构的安装