CN103158432A - 多自由度独立旋转车轮 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多自由度独立旋转车轮，属于轻轨车辆技术领域。独立旋转车轮由于没有公共车轴，因而其在曲线导向性较差，最终导致车轮的磨耗严重的问题。本发明的车轮8和内部车轮壳4之间通过轴线水平的轴承5安装连接，内部车轮壳4与外部车轮壳3之间通过轴线竖直方向安装连接，内部车轮壳4通过上部回转支撑2和下部回转支撑7安装于外部车轮壳3内部，圆锥滚子轴承6过轴线垂直方向安装连接，车轮与内部车轮壳4在水平面上保持平行，内部车轮壳4与外部车轮壳3之间相对的面为平面。主要用于轻轨车辆。

Description

多自由度独立旋转车轮

技术领域

本发明属于轻轨车辆技术领域，特别涉及低地板轨道车辆的车轮结构。

技术背景

随着城市的快速发展，原有的城市公共交通体系已越来越无法满足人们的出行需求，城市轨道交通因其运量大、高效准时、环保安全，可产生巨大的经济和社会效益，而成为世界各主要城市公共交通领域发展的首要选择。但目前，我国在低地板领域的研究较为滞后，仅部分城市开通有低地板轻轨车辆，且全为进口技术。

城市轨道交通车辆的运行条件与传统铁路相比的主要区别就是城市轨道交通线路曲线半径小，曲线多，要求的运行速度不高，但乘客上下车必须快捷方便。车辆低地板化是目前城轨车辆发展的重要发展方向，在国外发展已较为成熟。独立旋转车轮由于没有公共车轴可以有效降低车辆的地板高度，大大提高乘客上下车的速度和便捷性，同时消除了常规转向架的蛇行运动，且左右车轮可以分别驱动使其通过曲线的性能更好，因而在城市轨道交通中有着明显的优势。由于没有公共车轴，独立旋转车轮的导向性较差：在直线上表现为对中性能差，在曲线上表现为转向性能差，最终导致车轮的磨耗严重。可径向调节的独立旋转车轮可以通过径向调节机构的作用同时满足直线运行稳定性和城市轨道条件下的小半径曲线通过性能要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种多自由度车轮，它能够有效地解决绕车轮水平中心轴（即车轴）和车轮中心垂向轴旋转的问题，一方面满足车轮的旋转带动车辆前进，另一方面车轮可以绕自身垂向轴旋转便于车轮向线路曲线径向调节，满足小半径曲线通过的要求。

本发明的目的通过以下设计方案来实现，将传统的轴箱和车轮分为三个主要部分：车轮、内部车轮壳和外部车轮壳。车轮和内部车轮壳之间通过轴线水平的轴承安装连接，内部车轮壳与外部车轮壳之间通过轴线竖直方向安装连接，外部车轮壳通过安装座与构架连接，内部车轮壳通过上部回转支撑和下部回转支撑安装于外部车轮壳内部，内部车轮壳与外部车轮壳之间设有圆锥滚子轴承，过轴线垂直方向安装连接，车轮与内部车轮壳在水平面上保持平行，内部车轮壳与外部车轮壳之间相对的面为平面，两个圆锥滚子轴承为反向安装。驱动电机位于左侧，其输出通过连杆机构连接齿轮箱。车轮与内部车轮壳在水平面上保持平行，使车轮可以通过轴承绕其水平中心轴进行旋转滚动前进。内部车轮壳与外部车轮壳之间通过轴线竖直方向的安装连接，使内部车轮壳可以绕竖直轴与外部车轮壳相互回转。但是由于内部车轮壳与外部车轮壳之间的安装间隙限制，内部车轮壳只能绕竖直轴双向旋转一个比较小的角度便与外部车轮接触，此为其转动限位功能。车轮可以采用压缩剪切复合型弹性橡胶车轮，使其与转向架的一系悬挂、二系悬挂一起构成三系悬挂系统，可以减小簧下质量，减轻轮轨冲击振动、磨耗和运行噪声，提高乘坐舒适性。

本发明与现有技术相比的优点与效果：它可以绕车轮水平中心轴（即车轴）和车轮中心垂向轴旋转的多自由度车轮，一方面满足车轮的旋转带动车辆前进，另一方面车轮可以绕自身垂向轴旋转，传统的独立旋转车轮多是采用与传统车轮类似的结构，只是车轮多了一个绕车轴自由旋转的自由度，本发明设计的车轮不仅具有此自由度，还有同内车轮壳一起垂向旋转的自由度，更加有利于城市有轨电车线路上的极小半径曲线通过，以及车轮径向调节功能的实现。

附图说明

图1为本发明结构原理图。

图2为该方案的实体模型剖切视图。

图3为车轮装配后正视图。

图4为车轮装配后俯视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述，

外部车轮壳3通过安装座10与构架连接，垂向采用橡胶弹簧实现一系悬挂，悬挂安装座10可依具体的悬挂方式进行修改，外部车轮壳3与构架在横向和纵向无相对运动。内部车轮壳4通过上部回转支撑2和下部回转支撑7安装于外部车轮壳3内部，并为车轮8绕车轴独立旋转运动提供安装位置。内部车轮壳4与外部车轮壳3之间通过轴线竖直方向的圆锥滚子轴承6安装连接，使内部车轮壳4可以绕外部车轮壳3在水平面上旋转。车轮8和内部车轮壳4之间通过轴线水平的圆锥滚子轴承5安装连接，使车轮可以通过轴承5绕内部车轮壳4在竖直平面内旋转，实现车辆的前进和后退。两个圆锥滚子轴承5为反向安装，实现车轮8与内部车轮壳4的水平定位与固定。车轮8采用压缩剪切复合型橡胶弹性车轮，与一系、二系悬挂一起可构成三系悬挂系统，减小了簧下质量，从而减小了轮轨冲击振动、运行噪声、和轮轨磨耗，可有效改善车辆运行性能和车辆乘坐舒适性。

由于车轮8与内部车轮壳4在水平面上保持平行，进而通过内部车轮壳4与外部车轮壳3之间的旋转实现了车轮8绕竖直轴的旋转，这样一来就可以通过车轮8的水平旋转实现径向调节至与曲线相切，实现曲线通过。

因为进行径向调节时只需要有一个比较小径向旋转角度，因而本方案的内部车轮壳4与外部车轮壳3之间相对的面为平面，内部车轮壳4只能绕竖直轴双向旋转一个比较小的角度便与外部车轮壳3接触，此为其转动限位功能。需要实现的最大径向调节角度可以通过改变内、外车轮壳之间的间隙大小来实现。车轮8与内部车轮壳4之间可以通过橡胶式密封或者迷宫式密封进行轴承的润滑。车轮端盖11与车轮8的外侧固结。

本发明的是一个独立的车轮结构，安装于转向架时其左右车轮的内部车轮壳需要通过连杆直接或间接耦合起来才能实现独立旋转车轮的轮组导向功能。驱动电机1位于左侧，其输出通过连杆机构连接齿轮箱9，若为非动力转向架则此处无动力输入。

Claims (3)

1.一种多自由度独立旋转车轮，包括车轮（8）、内部车轮壳（4）和外部车轮壳（3），其特征在于：车轮（8）和内部车轮壳（4）之间通过轴线水平的轴承（5）安装连接，内部车轮壳（4）与外部车轮壳（3）之间通过轴线竖直方向安装连接，外部车轮壳（3）通过安装座（10）与构架连接，内部车轮壳（4）通过上部回转支撑（2）和下部回转支撑（7）安装于外部车轮壳（3）内部，内部车轮壳（4）与外部车轮壳（3）之间设有圆锥滚子轴承（6），过轴线垂直方向安装连接，车轮（8）与内部车轮壳（4）在水平面上保持平行，内部车轮壳（4）与外部车轮壳（3）之间相对的面为平面。

2.根据权利要求1所述的一种多自由度独立旋转车轮，其特征在于：两个圆锥滚子轴承（5）为反向安装。

3.根据权利要求1所述的一种多自由度独立旋转车轮，其特征在于：驱动电机（1）位于左侧，其输出通过连杆机构连接齿轮箱（9）。

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