CN101503044B - 一种适用于可变直径轮的机液联动变径轮架 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于可变直径轮的机液联动变径轮架，该轮架由轮辐、弹性变径件和轮脚板组成，弹性变径件安装在轮辐与轮脚板之间，弹性变径件与轮辐的安装采用圆柱，而弹性变径件与轮脚板的安装采用了销轴。弹性变径件的一端在轮辐转动一定角度时，被带动在轮辐圆周方向上产生螺旋扭转，使轮脚张开或合拢，从而实现可变直径轮的轮径变化。采用本发明的机液联动变径轮架与可变直径轮上的变径驱动单元、变径传动单元、外覆件装配组合而成的轮子可在有轮缘和无轮缘车轮之间转换，兼具了常规车轮与步行轮的优点，避免了常规车轮发生漏气、爆胎等现象，并可提高轮子的通过性和行驶平顺性

Description

一种适用于可变直径轮的机液联动变径轮架

技术领域

本发明涉及一种轮架结构，更特别地说，是指一种适用于可变直径轮的机液联动变径轮架。

背景技术

可变直径轮是一种通过轮径张开或合拢可实现在无轮缘和有轮缘车轮间变换的轮子。该可变直径轮一般包括变径驱动单元、变径传动单元、轮架和外覆件(如橡胶胎块)。

可变直径轮是一种能够适应多种不同地面环境(如沼泽、滩涂、沙地等松软地面和沥清路、水泥路等硬质路面)、且具有高通过性的多栖行走轮子。可变直径轮可广泛应用于军、民用全地域车辆、移动机器人和各种特殊装备移动平台的行走机构，如沙漠车、滩涂车辆、探险机器人、太空巡视探测车等。

在不同地面环境下运行时，通过控制轮径的变化，可变直径轮可在有轮缘和无轮缘车轮之间转换。如在松软地面上，可变直径轮呈张开状，成为无轮缘车轮，能够提高通过性，减少滚动阻力，增加驱动力；如在硬质地面上，可变直径轮呈合拢状，成为有轮缘车轮，能够提高车轮的平顺性和行驶速度。

可变直径轮的轮径的变化是通过变径驱动单元输出转矩，并经变径传动单元传递至轮架上，由轮架带动外覆件张开或合拢来实现轮子直径可变。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于可变直径轮的机液联动变径轮架，该机液联动变径轮架通过C轮辐相对于B轮辐转动一定角度下，同时带动弹性变径件在C轮辐圆周方向上产生螺旋扭转，使轮脚张开或合拢，从而实现可变直径轮的轮径可变。

本发明是一种适用于可变直径轮的机液联动变径轮架，该轮架由四个轮辐、六个弹性变径件和六个轮脚板组成，六个弹性变径件分别设置在四个轮辐与六个轮脚板之间；四个轮辐是指A轮辐、B轮辐、C轮辐和D轮辐；六个弹性变径件是指结构相同的A弹性变径件、B弹性变径件、C弹性变径件、D弹性变径件、E弹性变径件、F弹性变径件；六个轮脚板是指结构相同的A轮脚板、B轮脚板、C轮脚板、D轮脚板、E轮脚板和F轮脚板。在本发明中，四个轮辐中的A轮辐和D轮辐结构相同，B轮辐、C轮辐结构相同。四个轮辐的排列顺序是在轮心线上顺次排布为A轮辐、B轮辐、C轮辐和D轮辐。弹性变径件与轮辐的安装采用圆柱穿过弹性变径件上的设置在倒置“U”形端口的两个弹簧螺旋圈完成，而弹性变径件与轮脚板的安装采用了销轴穿过轮脚板的凸耳对和设置在倒置“U”形顶端的两个弹簧螺旋圈完成。四个轮辐为同心圆，六个弹性变径件和六个轮脚板是以轮辐圆心O为圆心均匀布置在轮辐的圆周上。

本发明的一种适用于可变直径轮的机液联动变径轮架的优点在于：

(1)在轮脚板与轮辐(轮辐固定在轮毂上)之间安装弹性变径件，在C轮辐相对于B轮辐转动一定角度下，与C轮辐安装连接的弹性变径件的一端在C轮辐圆周方向上相应产生螺旋扭转，使轮脚张开或合拢，实现可变直径轮的轮径可变。

(2)将每个弹性变径件设计成具有四个弹簧螺旋圈的倒置“U”形形状，在受到变径转矩作用时，弹性变径件上的四个弹簧螺旋圈分别绕圆柱或者销轴作圆周运动，实现连接在弹性变径件上的轮脚板张开或合拢。

(3)弹性变径件采用螺旋弹簧与扭臂杆相结合的结构设计，使得整体轮架的重量得到轻量化，结构紧凑，维修方便。

(4)轮脚板与弹性变径件的连接采用吊耳对与销轴的配合，且呈倒置“U”形形状的弹性变径件的顶端两弹簧螺旋圈设计成“弓”形回绕连接，增强了对轮脚板的支撑，提高了轮架的承载能力。

(5)采用轮脚板上安装橡胶块，而非充气轮胎或者履带等轮子结构，改变了常规轮子结构，提出了一种由液压与机械联动使轮径变换的车轮新模式。

(6)由本发明的机液联动变径轮架与可变直径轮上的变径驱动单元、变径传动单元、外覆件装配组合而成的轮子可在有轮缘和无轮缘车轮之间转换，兼具了常规车轮与步行轮的优点，避免了常规车轮发生漏气、爆胎等现象，并可提高轮子的通过性和行驶平顺性。

附图说明

图1是本发明机液联动变径轮架的结构图。

图2是未装配轮脚板的本发明机液联动变径轮架的结构图。

图2A是图2的正视图。

图3是本发明四个轮辐通过圆柱装配后的结构图。

图3A是本发明A轮辐的结构图。

图3B是本发明B轮辐的结构图。

图3C是本发明C轮辐的结构图。

图3D是本发明D轮辐的结构图。

图4是本发明第一个弹性变径件的结构图。

图5是本发明轮脚板的底部结构图。

图6是本发明弹性变径件在轮辐圆周上的运动轨迹图。

图7是本发明机液联动变径轮架的合拢示意图。

图中：   101.A轮辐    111.A通孔    112.B通孔    113.C通孔114.D通孔    115.E通孔    116.F通孔    102.B轮辐    121.A圆柱122.B圆柱    123.C圆柱    124.D圆柱    125.E圆柱    126.F圆柱103.C轮辐    131.G圆柱    132.H圆柱    133.I圆柱    134.J圆柱135.K圆柱    136.L圆柱    104.D轮辐    141.G通孔    142.H通孔143.I通孔    144.J通孔    145.K通孔    146.L通孔    201.A弹性变径件211.A弹簧螺旋圈           212.B弹簧螺旋圈           222a.A销轴213.C弹簧螺旋圈           223a.B销轴   214.D弹簧螺旋圈202.B弹性变径件           203.C弹性变径件204.D弹性变径件           205.E弹性变径件           206.F弹性变径件301.A轮脚板  311.A吊耳对  312.B吊耳对  315.右端     316.左端302.B轮脚板  303.C轮脚板  304.D轮脚板  305.E轮脚板  306.F轮脚板

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明。

本发明是一种适用于可变直径轮的机液联动变径轮架，该轮架由轮辐、弹性变径件和轮脚板组成，弹性变径件安装在轮辐与轮脚板之间，弹性变径件与轮辐的安装采用圆柱，而弹性变径件与轮脚板的安装采用了销轴。弹性变径件的一端在轮辐转动一定角度时，被带动在轮辐圆周方向上产生螺旋扭转，使轮脚张开或合拢，从而实现可变直径轮的轮径变化。弹性变径件在轮辐转动的条件下能够转动的最大角度是弹性变径件上的扭臂杆与轮辐的圆周外边相切(如图6所示)。

参见图1、图2所示，本发明的轮架由四个轮辐、六个弹性变径件和六个轮脚板组成，六个弹性变径件分别设置在四个轮辐与六个轮脚板之间；四个轮辐是指A轮辐101、B轮辐102、C轮辐103和D轮辐104；六个弹性变径件是指结构相同的A弹性变径件201、B弹性变径件202、C弹性变径件203、D弹性变径件204、E弹性变径件205、F弹性变径件206；六个轮脚板是指结构相同的A轮脚板301、B轮脚板302、C轮脚板303、D轮脚板304、E轮脚板305和F轮脚板306。在本发明中，四个轮辐中的A轮辐101和D轮辐104结构相同，B轮辐102、C轮辐103结构相同。四个轮辐的排列顺序是在轮心线上顺次排布为A轮辐101、B轮辐102、C轮辐103和D轮辐104。六个弹性变径件的结构相同。六个轮脚板的结构相同。

(一)弹性变径件

参见图1、图2、图2A所示，A弹性变径件201与D弹性变径件204在轮辐平面上以轮辐圆心O对称设置；B弹性变径件202与E弹性变径件205在轮辐平面上以轮辐圆心O对称设置；C弹性变径件203与F弹性变径件206在轮辐平面上以轮辐圆心O对称设置。

参见图2、图4所示，A弹性变径件201上设有A弹簧螺旋圈211、B弹簧螺旋圈212、C弹簧螺旋圈213和D弹簧螺旋圈214，A弹性变径件201为倒置“U”形形状，A弹簧螺旋圈211和D弹簧螺旋圈214相对设置在倒置“U”形的端口上，B弹簧螺旋圈212和C弹簧螺旋圈213相对设置在倒置“U”形的顶端上。

A弹簧螺旋圈211套装在A圆柱121上，由于A圆柱121安装在B轮辐102上，B轮辐102安装在静止不动的A轮毂上，故A弹簧螺旋圈211相对于轮辐圆心O是不动的，但可以绕A圆柱121转动。

B弹簧螺旋圈212通过A销轴222a安装在A轮脚板301的A吊耳对311中。现有销轴与轴孔的安装中，销轴需与橡胶轴套进行配合安装，而本发明也采用相同的方式。

C弹簧螺旋圈213通过B销轴223a安装在A轮脚板301的B吊耳对312中。

D弹簧螺旋圈214套装在C轮辐103上的A圆柱131上，C轮辐103安装在B轮毂上，由于B轮毂在变径传动单元的带动下会作圆周运动，故D弹簧螺旋圈214在变径时将随着B轮毂运动，同时也可以绕A圆柱131转动。

根据第一个弹性变径件201与A轮脚板301和轮辐(B轮辐102、C轮辐103)的装配关系，以及公开的说明书附图，可以依次类推得到B弹性变径件202、C弹性变径件203、D弹性变径件204、E弹性变径件205和F弹性变径件206分别与其余五个轮脚板(B轮脚板302、C轮脚板303、D轮脚板304、E轮脚板305和F轮脚板306)、轮辐间的装配关系。

B弹性变径件202的倒置“U”形端口的两个弹簧螺旋圈分别安装在B圆柱122、H圆柱132上，B弹性变径件202的倒置“U”形顶端的两个弹簧螺旋圈分别安装在B轮脚板302底部的两个吊耳对中。

C弹性变径件203的倒置“U”形端口的两个弹簧螺旋圈分别安装在C圆柱123、I圆柱133上，C弹性变径件203的倒置“U”形顶端的两个弹簧螺旋圈分别安装在C轮脚板303底部的两个吊耳对中。

D弹性变径件204的倒置“U”形端口的两个弹簧螺旋圈分别安装在D圆柱124、J圆柱134上，D弹性变径件204的倒置“U”形顶端的两个弹簧螺旋圈分别安装在D轮脚板304底部的两个吊耳对中。

E弹性变径件205的倒置“U”形端口的两个弹簧螺旋圈分别安装在E圆柱125、K圆柱135上，E弹性变径件205的倒置“U”形顶端的两个弹簧螺旋圈分别安装在E轮脚板305底部的两个吊耳对中。

F弹性变径件206的倒置“U”形端口的两个弹簧螺旋圈分别安装在F圆柱126、L圆柱136上，F弹性变径件206的倒置“U”形顶端的两个弹簧螺旋圈分别安装在F轮脚板306底部的两个吊耳对中。

(二)轮辐

参见图3所示，在本发明中，B轮辐102和C轮辐103分别安装在两个轮毂(轮毂为可变直径轮的变径传动单元中的一个零件，轮架与变径传动单元的连接通过轮毂实现)上，该两个轮毂可以记为A轮毂、B轮毂，一般A轮毂保持静止不动，而B轮毂则在变径驱动单元提供的动力条件下，经变径传动单元的传动会转动一定角度。轮脚板由张开变径至合拢时，B轮毂按顺时针方向转动，A轮毂静止不动；轮脚板由合拢变径至张开时，B轮毂按逆时针方向转动，A轮毂静止不动。由于B轮辐102安装在A轮毂上，C轮辐103安装在B轮毂上，在两个轮毂相对转动(B轮毂转动，A轮毂不动)的条件下，弹性变径件随着C轮辐103相对B轮辐102的转动而实现轮脚板的张开或合拢。在可变直径轮中，变径传动单元与变径驱动单元也可以称作变径机构，对于本发明设计的轮架可以套装在如专利申请号200910078042.6公开的径机构上，但这不是唯一模式。

在本发明中，四个轮辐均为空心圆盘形状，轮辐上设有通孔(该通孔为圆形孔)和减重孔(椭圆形，减重孔为每两个通孔之间设一个)，所述通孔用于放置圆柱，而圆柱上套有弹性变径件的弹簧螺旋圈，该弹簧螺旋圈在圆柱上能够转动。

参见图3A所示，在本发明中，A轮辐101的圆盘上均匀分布设置有A通孔111、B通孔112、C通孔113、D通孔114、E通孔115和F通孔116，且每两个通孔之间设有一椭圆形的减重孔。A通孔111、B通孔112、C通孔113、D通孔114、E通孔115和F通孔116分别用于安装A圆柱121、B圆柱122、C圆柱123、D圆柱124、E圆柱125和F圆柱126，A轮辐101与B轮辐102之间通过圆柱套装在通孔内实现连接。

参见图3B所示，在本发明中，B轮辐102的圆盘上均匀分布设置有A圆柱121、B圆柱122、C圆柱123、D圆柱124、E圆柱125和F圆柱126，且轮辐上每两个圆柱之间设有一椭圆形的减重孔。A圆柱121、B圆柱122、C圆柱123、D圆柱124、E圆柱125和F圆柱126分别安装在A轮辐101的A通孔111、B通孔112、C通孔113、D通孔114、E通孔115和F通孔116内。B轮辐102上设置的六个圆柱的位置与A轮辐101上设置的六个通孔的位置是对应的。

参见图3C所示，在本发明中，C轮辐103的空心圆盘上均匀分布设置有G圆柱131、H圆柱132、I圆柱133、J圆柱134、K圆柱135和L圆柱136，且轮辐上每两个圆柱之间设有一椭圆形的减重孔。C轮辐103设置在B轮辐102与D轮辐104之间，C轮辐103与D轮辐104之间通过圆柱套装在通孔内实现连接。

参见图3D所示，在本发明中，D轮辐104的圆盘上均匀分布设置有G通孔141、H通孔142、I通孔143、J通孔144、K通孔145和L通孔146，且轮辐上每两个通孔之间设有一椭圆形的减重孔。G圆柱131、H圆柱132、I圆柱133、J圆柱134、K圆柱135和L圆柱136分别安装在G通孔141、H通孔142、I通孔143、J通孔144、K通孔145和L通孔146内。D轮辐104上设置的六个通孔的位置与C轮辐103上设置的六个圆柱的位置是对应的。

(三)轮脚板

参见图1、图5所示，在本发明中，六个轮脚板是指结构相同的A轮脚板301、B轮脚板302、C轮脚板303、D轮脚板304、E轮脚板305、F轮脚板306，六个轮脚板以可变直径弹性轮的轮辐圆心O为圆心均匀布置在六个弹性变径件上，在合拢时，形成一个供轮脚胎(外覆件)安装的圆形基座(如图7所示)。

参见图5所示，在本发明中，A轮脚板301的底部设有A吊耳对311、B吊耳对312；所述的B吊耳对312设置在A轮脚板301的右端315，所述A吊耳对311设置在A轮脚板301的左端316，且A吊耳对311与B吊耳对312设置在A轮脚板301的底部的对角上。A轮脚板301底部的A吊耳对311中运用A销轴222a将A弹性变径件201上的B弹簧螺旋圈212(即倒置“U”形顶端的一个弹簧螺旋圈)套装在A吊耳对311中；A轮脚板301底部的B吊耳对312中运用B销轴223a将A弹性变径件201上的C弹簧螺旋圈213(即倒置“U”形顶端的另一个弹簧螺旋圈)套装在B吊耳对312中。根据A轮脚板301与A弹性变径件201的安装关系，依次类推得到其它五个轮脚板的装配关系。

在本发明中，B轮脚板302底部的两个吊耳对与B弹性变径件202上的倒置“U”形顶端的两个弹簧螺旋圈运用销轴连接。C轮脚板303底部的两个吊耳对与C弹性变径件203上的倒置“U”形顶端的两个弹簧螺旋圈运用销轴连接。D轮脚板304底部的两个吊耳对与D弹性变径件204上的倒置“U”形顶端的两个弹簧螺旋圈运用销轴连接。E轮脚板305底部的两个吊耳对与E弹性变径件205上的倒置“U”形顶端的两个弹簧螺旋圈运用销轴连接。F轮脚板306底部的两个吊耳对与F弹性变径件206上的倒置“U”形顶端的两个弹簧螺旋圈运用销轴连接。

本发明是一种适用于可变直径轮的机液联动变径轮架，其变径实施过程如下(以一个弹性变径件为例进行说明)：

参见图6所示，当轮架中的所有弹性变径件在受到由变径传动单元B轮毂传递过来的转矩作用下，由于A轮毂静止不转动，安装在A轮毂上的B轮辐102和A轮辐101也保持静止不转动，而安装在B轮毂上的C轮辐103和D轮辐104同时按顺时针方向(箭头方向)转动，并带动弹性变径件也按顺时针方向(箭头方向)转动，在弹性变径件向箭头方向转动的同时，弹性变径件上的弹簧螺旋圈将以圆柱(A圆柱121)为定点向箭头方向运动，则A弹簧螺旋圈211绕A圆柱121作圆周运动，B弹簧螺旋圈212绕A销轴222a转动，C弹簧螺旋圈213绕B销轴223a转动，D弹簧螺旋圈214绕G圆柱131转动，同时D弹簧螺旋圈214绕轮辐圆心O转动，这样便实现了轮架的合拢(如图7所示)。当安装在B轮毂上的C轮辐103和D轮辐104同时按逆时针方向(箭头方向的反方向)运动时，弹性变径件也按逆时针方向运动，则实现了轮架的张开。其它各组弹性变径件的动作与此同理，并一起保持同步张开或合拢，从而使整套机液联动变径轮架同步张开或合拢，使对应安装的轮脚张开组成离散不连续的轮子或收缩合拢成完整的圆形轮子，可使轮子在有轮缘和无轮缘车轮之间转换，从而实现车轮直径的可变，增强轮子对不同地面环境的适应能力，使轮子具有一定弹性来缓冲来自路面的冲击作用，提高轮子的通过性和和行驶平顺性，从而使安装有采用本发明的可变直径轮的行走机构的机动性、通过性和行驶平顺性等得以改进和提高。

Claims (1)

1.一种适用于可变直径轮的机液联动变径轮架，其特征在于：轮架由四个轮辐、六个弹性变径件和六个轮脚板组成，六个弹性变径件分别设置在四个轮辐与六个轮脚板之间；四个轮辐是指A轮辐(101)、B轮辐(102)、C轮辐(103)和D轮辐(104)；六个弹性变径件是指结构相同的A弹性变径件(201)、B弹性变径件(202)、C弹性变径件(203)、D弹性变径件(204)、E弹性变径件(205)、F弹性变径件(206)；六个轮脚板是指结构相同的A轮脚板(301)、B轮脚板(302)、C轮脚板(303)、D轮脚板(304)、E轮脚板(305)和F轮脚板(306)；四个轮辐中的A轮辐(101)和D轮辐(104)结构相同，B轮辐(102)、C轮辐(103)结构相同；四个轮辐的排列顺序是在轮心线上顺次排布为A轮辐(101)、B轮辐(102)、C轮辐(103)和D轮辐(104)；

A弹性变径件(201)与D弹性变径件(204)在轮辐平面上以轮辐圆心O对称设置；B弹性变径件(202)与E弹性变径件(205)在轮辐平面上以轮辐圆心O对称设置；C弹性变径件(203)与F弹性变径件(206)在轮辐平面上以轮辐圆心O对称设置；A弹性变径件(201)上设有A弹簧螺旋圈(211)、B弹簧螺旋圈(212)、C弹簧螺旋圈(213)和D弹簧螺旋圈(214)，A弹性变径件(201)为倒置“U”形形状，A弹簧螺旋圈(211)和D弹簧螺旋圈(214)相对设置在倒置“U”形的端口上，B弹簧螺旋圈(212)和C弹簧螺旋圈(213)相对设置在倒置“U”形的顶端上；A弹簧螺旋圈(211)套装在A圆柱(121)上，由于A圆柱(121)安装在B轮辐(102)上，B轮辐(102)安装在静止不动的A轮毂上，故A弹簧螺旋圈(211)相对于轮辐圆心O是不动的，但绕A圆柱(121)转动；B弹簧螺旋圈(212)通过A销轴(222a)安装在A轮脚板(301)的A吊耳对(311)中；C弹簧螺旋圈(213)通过B销轴(223a)安装在A轮脚板(301)的B吊耳对(312)中；D弹簧螺旋圈(214)套装在C轮辐(103)上的G圆柱(131)上，C轮辐(103)安装在B轮毂上，D弹簧螺旋圈(214)在变径时将随着B轮毂运动，同时也绕G圆柱(131)转动；

B轮辐(102)和C轮辐(103)分别安装在A轮毂、B轮毂上；A轮辐(101)的圆盘上均匀分布设置有A通孔(111)、B通孔(112)、C通孔(113)、D通孔(114)、E通孔(115)和F通孔(116)，且每两个通孔之间设有一椭圆形的减重孔；A通孔(111)、B通孔(112)、C通孔(113)、D通孔(114)、E通孔(115)和F通孔(116)分别用于安装A圆柱(121)、B圆柱(122)、C圆柱(123)、D圆柱(124)、E圆柱(125)和F圆柱(126)；B轮辐(102)的圆盘上均匀分布设置有A圆柱(121)、B圆柱(122)、C圆柱(123)、D圆柱(124)、E圆柱(125)和F圆柱(126)，且轮辐上每两个圆柱之间设有一椭圆形的减重孔；C轮辐(103)的空心圆盘上均匀分布设置有G圆柱(131)、H圆柱(132)、I圆柱(133)、J圆柱(134)、K圆柱(135)和L圆柱(136)，且轮辐上每两个圆柱之间设有一椭圆形的减重孔；C轮辐(103)设置在B轮辐(102)与D轮辐(104)之间，C轮辐(103)与D轮辐(104)之间通过圆柱套装在通孔内实现连接；D轮辐(104)的圆盘上均匀分布设置有G通孔(141)、H通孔(142)、I通孔(143)、J通孔(144)、K通孔(145)和L通孔(146)，且轮辐上每两个通孔之间设有一椭圆形的减重孔；A轮脚板(301)、B轮脚板(302)、C轮脚板(303)、D轮脚板(304)、E轮脚板(305)和F轮脚板(306)是以轮辐圆心O为圆心均匀布置的；A轮脚板(301)的底部设有A吊耳对(311)、B吊耳对(312)；所述的B吊耳对(312)设置在A轮脚板(301)的右端(315)，所述A吊耳对(311)设置在A轮脚板(301)的左端(316)，且A吊耳对(311)与B吊耳对(312)设置在A轮脚板(301)的底部对角上；A轮脚板(301)底部的A吊耳对(311)中运用A销轴(222a)将A弹性变径件(201)上的B弹簧螺旋圈(212)套装在A吊耳对(311)中；A轮脚板(301)底部的B吊耳对(312)中运用B销轴(223a)将A弹性变径件(201)上的C弹簧螺旋圈(213)套装在B吊耳对(312)中。

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