CN101927659B

CN101927659B - 分体式全方位抗过载橡胶车轮

Info

Publication number: CN101927659B
Application number: CN 201010246094
Authority: CN
Inventors: 黄远灿; 黄强; 李月; 张连存; 桑文华; 孙韬
Original assignee: Beijing Institute of Technology BIT
Current assignee: Beijing Institute of Technology BIT
Priority date: 2010-08-05
Filing date: 2010-08-05
Publication date: 2013-04-03
Anticipated expiration: 2030-08-05
Also published as: CN101927659A

Abstract

本发明提供了一种分体式全方位抗过载橡胶车轮，包括轮毂、轮胎、轮端锥形保护套筒、弹簧，其中所述轮胎和所述轮端锥形保护套筒由具有吸振特性和阻尼特征的材料制成；所述轮胎固定在所述轮毂上，所述轮毂通过紧固件安装在传动轴上；所述轮端锥形保护套筒直接安装在所述轮毂的内端面上，所述弹簧安装在所述轮毂和所述轮端锥形保护套筒之间。在受到冲击作用力时，轮端锥形保护套筒会和弹簧一起脱落。因此该机构能有效缓减径向、轴向或各个侧向的落地、撞击的冲击力，实现了全向抗过载的目的。同时由于轮端锥形保护套筒会和弹簧从机器人上脱落会减轻机器人自身质量，也即减轻机器人的负载，能提高其运动能力。

Description

分体式全方位抗过载橡胶车轮

技术领域

本发明涉及一种车轮，特别是一种具有全方位抗过载能力的车轮。

背景技术

在振动、冲击等恶劣环境中工作的机器，遭受振动、冲击是不可避免的。不管冲击载荷的方向如何，均可以分解为沿着轴向和径向的冲击力。但传动轴往往只能承受有限的弯矩和很小的轴向力，如果不采取一定的轴向和径向抗过载措施，强大的冲击力就有可能从运动输出轴(即从动轴)传递至运动输入轴(即主动轴)直至电机轴上，这样，将导致轴变形卡死、电机轴不能正常工作等。因此，用于高空落地、撞击等冲击过载的场合的机器人或车体，为了保证其能够承受来自任意方向的冲击，需要设计有全方位抗过载措施。

现有技术中，“一种具有全向缓冲能力的弹簧减振充气轮机构”，提出了一种新型弹簧减振充气轮机构，从一定程度上解决上述全方位抗过载问题。图1为弹簧减振充气轮结构轴侧示意图，该机构由充气轮、轮毂、减振盖、减振弹簧组成，图中为1为充气轮、2为轮毂、3为减振盖、4为减振弹簧。轮毂外侧固定有减振弹簧，弹簧的另一端固定连接有减振盖，减振盖一端嵌入轮毂内；轮毂安装有特制充气轮胎。

工作时，当车轮受到轴向或各个侧向的落地、撞击的冲击力时，减振盖将冲击力传递至减振弹簧及轮毂内侧。一方面减振弹簧压缩，吸收大部分的冲击能量，将其转化为弹性势能，随后释放，达到轴向或是各个侧向抗过载的目的。当车轮受到径向的落地、撞击的冲击力时，由特制的高弹性充气轮吸收大部分的冲击能量，随后释放，达到径向抗过载的目的。

但是，弹簧减振充气轮机构在工作时，当车轮受到轴向或各个侧向的落地、撞击的冲击力时，减振盖将冲击力传递至减振弹簧及轮毂内侧。但由于车轮受力是任意方向的，减振盖的受力也是任意方向的，当车轮受到侧向的落地、撞击的冲击力时，由于减振盖与轮毂间是滑动摩擦运动，减振盖极易与轮毂卡住，甚至卡死的情况，这样减振盖所受作用力就不能有效地传递到弹簧上，而是将外力直接传递到轮毂上，使机构失效。再者，即使能把大部分轴向作用力传递到弹簧上，弹簧被压缩后能量会迅速释放，反作用到减振盖上，减振盖又将作用力传递到轮毂上，轮毂最终会将作用力传递到电机轴上，容易导致电机轴受力过载，起不到轴向及各个侧向抗过载振的作用，所以该机构的轴向及各个侧向抗过载的使用效果并不理想。另外，当车轮受到径向的落地、撞击的冲击力时，特制的高弹性充气轮并不能瞬间吸收大部分的冲击能量，因为高弹性的物体发生弹性变形后，会迅速释放能量，对车轮产生反向冲击，所以这种机构在径向抗过载方面效果并不理想。

综上所述，现有技术中，“一种具有全向缓冲能力的弹簧减振充气轮机构”实用性不强，需要进一步改进和完善。

发明内容

针对现有技术中的上述技术问题，本发明的目的在于提供一种可分离式全向抗过载橡胶车轮机构，实现全方位抗过载，进而从根本上缓解了对机身，特别是轴的冲击。

本发明通过如下的技术方案实现。

一种车轮，包括轮毂、轮胎、轮端锥形保护套筒、弹簧，其中所述轮胎和所述轮端锥形保护套筒由具有吸振特性和阻尼特征的材料制成；所述轮胎固定在所述轮毂上，所述轮毂通过紧固件安装在传动轴上；所述轮端锥形保护套筒直接安装在所述轮毂的内端面上，所述弹簧安装在所述轮毂和所述轮端锥形保护套筒之间。

根据以上技术方案所述的车轮，其中，所述轮端锥形保护套筒与所述轮毂之间靠摩擦力压紧，并且所述轮端锥形保护套筒与所述轮毂在该轮毂内径的接触面在轴向上有间隙。

根据以上技术方案所述的车轮，其中，所述材料的主要成份是橡胶。

根据以上技术方案所述的车轮，其中，所述轮毂由硬质合金材料制成。

根据以上技术方案所述的车轮，其中，当所述车轮受到径向方向冲击作用力时，所述轮胎发生可恢复的弹性形变，能吸收部分冲击能量，没有被轮胎损耗掉的冲击能量传递到轮毂上；同时，所述轮胎发生弹性变形时，会挤压安装在轴侧端面的所述轮端锥形保护套筒，所述轮端锥形保护套筒会脱离轮毂而与所述弹簧一起脱落。

根据以上技术方案所述的车轮，其中，当所述车轮受到轴向及侧向冲击作用力时，所述轮端锥形保护套筒发生可恢复的弹性形变，并且压缩其与轮毂之间的弹簧，从而吸收部分冲击能量，没有被吸收的冲击能量传递到轮毂上，受自身重力加速度作用和所述弹簧的反作用，轮端锥形保护套筒会和所述弹簧一起脱落。

一种抛投式机器人，其具有根据以上技术方案之一所述的车轮。

根据以上技术方案所述的机器人，其中，所述车轮的直径大于所述机器人的机身直径。

与现有技术相比，本明实现了如下有益的技术效果：

(1)分体式全方位抗过载橡胶车轮可以吸收轴向、径向及侧向冲击能量，从而达到全方位抗冲击的目的。

(2)分体式全方位抗过载橡胶车轮中的轮端锥形保护套筒会和弹簧可以重复使用，并且在完成对机器人落地过载保护之后二者可以从车轮上脱落，从而减轻机器人总质量，间接提高机器人的运动能力。

本发明的成本低，安装维修简单，且运用实现方便，并且在应用后轮端保护套筒和弹簧会与车轮分离，减轻机器人的负载，提高运动能力。

附图说明

图1是现有技术中的弹簧减振充气轮结构轴侧示意图；

图2是分体式全方位抗过载橡胶车轮结构轴侧局部剖面示意图；

图3是分体式全方位抗过载橡胶车轮安装结构工程图。

其中各附图标记含义如下：

1.充气轮；2.轮毂；3.减振盖；4.减振弹簧；

10.轮端锥形保护套筒；20.弹簧；30.轮毂；40.橡胶轮胎；50.主传动轴；60.机器人机身。

具体实施方式

下面以用于机器人的分体式全方位抗过载橡胶车轮为例，结合附图对本发明的技术方案做进一步的说明。

如图2所示，该机构由轮毂、橡胶轮胎、轮端锥形保护套筒、弹簧等组成，其中：10为轮端锥形保护套筒，20为弹簧，30为轮毂，40为橡胶轮胎。

图3为分体式全方位抗过载橡胶车轮安装结构工程图，其中10为轮端锥形保护套筒，20为弹簧，30为轮毂，40为橡胶轮胎，50为主传动轴，60为机器人机身。橡胶轮胎固定在轮毂上，轮毂通过紧固件安装在机器人的电机传动轴上。轮端锥形保护套筒直接安装在轮毂的内端面上，弹簧安装在轮毂和轮端锥形保护套筒之间。轮端锥形橡胶保护套筒与轮毂之间靠橡胶与金属的摩擦力压紧，并且轮端锥形橡胶保护套筒与轮毂在轮毂内径的接触面在轴向上有一定的间隙，以保证轮端锥形橡胶保护套筒的压缩量。轮端锥形橡胶保护套筒和弹簧可以拆卸和反复使用。

工作中，由于机器人的车轮部分直径大于机身直径，抛投式机器人从空中落地后首先是车轮部分先着地。当车轮受到径向方向冲击作用力时，具有优良吸振特性和阻尼特性的橡胶轮胎发生可恢复的弹性形变，能吸收大部分的冲击能量，将其转化为弹性势能，随后再缓慢释放。没有被轮胎损耗掉的冲击能量可以从轴向安装端面和配合端面，或者径向配合面传递到轮毂上，轮毂由比刚度很高的硬质合金材料制成，具有较强的抗冲击能力。同时，橡胶轮胎发生弹性变形时，会挤压安装在轴侧端面的轮端保护套筒，受此作用力和自身重力加速度作用，轮端保护套筒会脱离轮毂的摩擦作用而与弹簧一起脱落。当车轮受到轴向及侧向冲击作用力时，具有优良吸振特性和阻尼特性的轮端锥形保护套筒发生可恢复的弹性形变，并且压缩其与轮毂之间的弹簧，从而吸收大部分的冲击能量，没有被轮端锥形保护套筒和弹簧损耗掉的冲击能量可以从轴向安装端面和配合端面，或者径向配合面传递到轮毂上。受自身重力加速度作用和弹簧反作用，轮端锥形保护套筒会和弹簧一起脱落。因此该机构能有效缓减径向、轴向或各个侧向的落地、撞击的冲击力，实现了全向抗过载的目的。同时由于轮端锥形保护套筒会和弹簧从机器人上脱落会减轻机器人自身质量，也即减轻机器人的负载，能提高其运动能力。

在将本发明的姿态调整与保持机构应用于机器人时，可以采用如下的设计步骤。

首先，选定分体式全方位抗过载橡胶车轮的具体安装机构，根据此机构的传动装置中各部件的结构和材料性能确定其所能承受的安全载荷、安全弯矩和扭矩。并根据具体的使用情况，确定机器人或车体在落地或撞击时所受冲击载荷的范围，并将其分解为轴向与径向冲击载荷。

然后，根据所受冲击载荷的大小和传动轴、车身、轴承等所能承受的轴向和径向安全载荷、弯矩和扭矩，确定橡胶轮胎和轴端锥形保护套筒的橡胶的拉伸强度、回弹性、邵氏硬度等参数，根据工作中所受到的冲击大小、弹簧受纵向冲击的压缩变形能公式和弹簧受横向冲击的弯曲变形能公式以及弹簧的尺寸参数等，在考虑一定安全裕度下，确定弹簧的刚度系数，从而确定橡胶轮胎的直径、宽度和厚度等尺寸，以及配套轮毂的尺寸。

以上所述的实施例，只是本发明较优选的具体实施方式的一种，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种车轮，包括轮毂、轮胎、轮端锥形保护套筒、弹簧，其中

所述轮胎和所述轮端锥形保护套筒由具有吸振特性和阻尼特征的材料制成；

所述轮胎固定在所述轮毂上，所述轮毂通过紧固件安装在传动轴上；

所述轮端锥形保护套筒直接安装在所述轮毂的内端面上，所述轮端锥形保护套筒与所述轮毂之间靠摩擦力压紧，并且所述轮端锥形保护套筒与所述轮毂在该轮毂内径的接触面在轴向上有间隙；

所述弹簧安装在所述轮毂和所述轮端锥形保护套筒之间。

2.根据权利要求1所述的车轮，其特征在于，所述材料的主要成份是橡胶。

3.根据权利要求1所述的车轮，其特征在于，所述轮毂由硬质合金材料制成。

4.根据权利要求1所述的车轮，其特征在于，当所述车轮受到径向方向冲击作用力时，所述轮胎发生可恢复的弹性形变，能吸收部分冲击能量，没有被轮胎吸收掉的冲击能量被传递到轮毂上；同时，所述轮胎发生弹性变形时，会挤压安装在轴侧端面的所述轮端锥形保护套筒，所述轮端锥形保护套筒会脱离轮毂而与所述弹簧一起脱落。

5.根据权利要求1所述的车轮，其特征在于，当所述车轮受到轴向及侧向冲击作用力时，所述轮端锥形保护套筒发生可恢复的弹性形变，并且压缩其与轮毂之间的弹簧，从而吸收部分冲击能量，没有被吸收的冲击能量传递到轮毂上，受自身重力加速度作用和所述弹簧的反作用，所述轮端锥形保护套筒会和所述弹簧一起脱落。

6.一种两轮或多轮抗过载微小型探测机器人，其特征在于具有根据权利要求1-5之一所述的车轮。

7.根据权利要求6所述的机器人，其特征在于，所述车轮的外廓尺寸大于所述机器人机身的外廓尺寸。