CN103192671B - 一种用于装有麦克纳姆轮的车辆隔振装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于装有麦克纳姆轮的车辆隔振装置，该隔振装置包括支撑件、两个隔振单元、运动件和弹簧，支撑件的顶面设有第一凸台，运动件的底面设有第二凸台，且第二凸台位于第一凸台上方；两个隔振单元固定连接在支撑件的顶面，且两个隔振单元沿其中心线对称布置；运动件位于两个隔振单元的中间，且分别与两个隔振单元活动连接；弹簧套装在第二凸台和第一凸台上，且弹簧的顶端与运动件底面固定连接，弹簧的底端与支撑件的顶面固定连接。该隔振装置可以满足在复杂工程工作环境，非线性隔振功能，实现在静态时刚度较高，即具有较高承载能力，在运动时刚度较低，即实现低频隔振，具有更好的隔振效果。

Description

一种用于装有麦克纳姆轮的车辆隔振装置

技术领域

本发明属车辆工程领域，具体来说，涉及一种用于装有麦克纳姆轮的车辆隔振装置。

背景技术

麦克纳姆轮（Mecanum Wheel）是一种全方位移动车轮，1973年由瑞士人Bengt Lion发明，所以也叫Lion 轮，而他工作于Mecanum AB公司。该轮的特点是在传统车轮的基础上，在轮缘上再沿与轴线成45o方向安装若干可以自由旋转的小滚子，这样在车轮滚动时，小滚子就会产生测向运动。通过麦克纳姆轮的组合使用和控制，可以使车体产生运动平面内的任意方向移动和转动。

1975年，Lion获得美国专利（专利号3,746,112，直接稳定自驱动车，“Directionally Stable Self Propelled Vehicle”），1980年美国海军买得该专利并进行军事应用开发，1996年该专利失效后，美国及世界众多大学、研究机构和公司进行应用开发和再发明，应用领域涉及全方位移动的叉车、搬运车、轮椅、弹药运输车、移动机器人等。

采用全方位移动技术后，可以显著提高搬运效率和灵活性、减小货物存储空间20％～30％、尤其对于狭小空间移动物体，具有不可取代的作用。目前，成功的应用例子有美国AirTrix公司的Sidewinder全方位移动叉车、COBRA全方位移动升降机、MP2全方位搬运拖车、全方位弹药转载机；卡内基梅隆大学的全方位机器人、美国Ominx公司的全方位移动轮椅、喷气发动机全方位移动托架等产品。包括我国在内的世界众多大学也开展了麦克纳姆轮的应用和控制研究，但是多集中在移动机器人方面的应用研究，形成产品的很少。

国内哈工大机器人所等单位进行过基于麦克纳姆轮的全方位移动机器人研究，但国内关于麦克纳姆轮研究的论文较少。

目前，装有麦克纳姆轮的车辆的隔振都是线性弹簧悬架系统，该悬架结构简单，成本低，但系统的固有频率较高，隔振频带窄，自适应性差。复杂工程工作环境，要求有非线性隔振装置。

发明内容

技术问题：本发明所要解决的技术问题是：提供用于装有麦克纳姆轮的车辆隔振装置，该隔振装置可以满足在复杂工程工作环境，非线性隔振功能，实现在静态时刚度较高，即具有较高承载能力，在运动时刚度较低，即实现低频隔振，具有更好的隔振效果。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：

一种用于装有麦克纳姆轮的车辆隔振装置，该隔振装置包括支撑件、两个隔振单元、运动件和弹簧，支撑件的顶面设有第一凸台，运动件的底面设有第二凸台，且第二凸台位于第一凸台上方；两个隔振单元固定连接在支撑件的顶面，且两个隔振单元沿其中心线对称布置；运动件位于两个隔振单元的中间，且分别与两个隔振单元活动连接；弹簧套装在第二凸台和第一凸台上，且弹簧的顶端与运动件底面固定连接，弹簧的底端与支撑件的顶面固定连接。

    进一步，所述的每个隔振单元包括连接件、移动件、压簧和连杆，连接件固定连接在支撑件的顶面，且连接件的同一侧端面上设有第三凸台和两根支撑杆；移动件套装在两根支撑杆上，且移动件和支撑杆间隙配合；移动件的一侧端面上设有第四凸台，移动件的另一侧端面上设有吊耳，第四凸台和第三凸台相对，压簧套装在第四凸台和第三凸台上，且压簧一端抵在连接件的侧端面上，压簧另一端抵在移动件的侧端面上；连杆的一端和移动件的吊耳通过销连接，连杆的另一端和运动件通过销连接。

   进一步，所述的每个隔振单元中的两根支撑杆平行布置，且位于同一水平面上。

有益效果：与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：

（1）在运动时刚度较低，即固有频率较低，实现低频隔振，具有更好的隔振效果。刚度的一般定义是弹性元件所承受的载荷对它引起的变形的变化率。当载荷随变形增加而增加时, 刚度为正；载荷不因变形增加而变化时, 刚度为零；载荷随变形增加反而减少时, 则刚度为负。在本发明中，运动件受到弹簧的作用力和运动件受到连杆的作用力方向相反，即相同变形量载荷变小，相当于系统总体刚度减小，减小的部分是由连杆的作用力抵消的。因此，系统刚度是减小的。而系统固有频率                                                ，其中，为系统刚度，表示系统的质量，则系统固有频率随着系统刚度减小而减小。系统固有频率降低，则可以做到低频隔振，因此，具有更好的隔振效果。

（2）在静态时刚度较高，即具有较高承载能力。在本发明中，弹簧相当于正刚度弹簧，压簧通过连杆在竖直方向相当于是负刚度弹簧。在静态时，压簧通过连杆在竖直方向没有分力，即负刚度弹簧处于零刚度，因此，系统的总刚度即为正刚度弹簧的刚度，这样，在平衡位置即静止时，并入负刚度弹簧并没有降低系统的总刚度，即具有较高承载能力。

（3）结构简单，制造容易。本发明的车辆隔振装置，包括支撑件、两个隔振单元、运动件和弹簧。整个装置的结构简单，制造容易。

附图说明

图1为本发明的正视图。

图2为本发明的俯视图。

图3为本发明装配在车辆上的结构图。

图中有：车架1、支撑件2、连接件3、移动件4、压簧5、连杆6、运动件7、弹簧8、第一凸台201、第三凸台301、支撑杆302、第二凸台701、第四凸台401、吊耳402、车轮轴9、轴承端盖10。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案进行详细的描述。

如图1和图2所示，本发明的一种用于装有麦克纳姆轮的车辆隔振装置，包括支撑件2、两个隔振单元、运动件7和弹簧8。支撑件2的顶面设有第一凸台201。运动件7的底面设有第二凸台701，且第二凸台701位于第一凸台201上方。两个隔振单元固定连接在支撑件2的顶面，且两个隔振单元沿其中心线对称布置。运动件7位于两个隔振单元的中间，且分别与两个隔振单元活动连接。弹簧8套装在第二凸台701和第一凸台201上，且弹簧8的顶端与运动件7底面固定连接，弹簧8的底端与支撑件2的顶面固定连接。

    进一步，所述的每个隔振单元包括连接件3、移动件4、压簧5和连杆6。连接件3固定连接在支撑件2的顶面，且连接件3的同一侧端面上设有第三凸台301和两根支撑杆302；移动件4套装在两根支撑杆302上，且移动件4和支撑杆302间隙配合。移动件4能够在支撑杆302上移动。移动件4的一侧端面上设有第四凸台401，移动件4的另一侧端面上设有吊耳402。第四凸台401和第三凸台301相对，压簧5套装在第四凸台401和第三凸台301上，且压簧5一端抵在连接件3的侧端面上，压簧5另一端抵在移动件4的侧端面上。连杆6的一端和移动件4的吊耳402通过销连接，连杆6的另一端和运动件7通过销连接。连杆6通过销可以绕移动件4和运动件7转动。

    进一步，所述的每个隔振单元中的两根支撑杆302平行布置，且位于同一水平面上。这样有利于移动件4的滑移。

如图3所示，在装配上述结构的车辆隔振装置时，将运动件7的顶面与车架1的底面固定连接，将支撑件2通过螺母固定连接在轴承端盖10上，轴承端盖10与轴承过渡配合连接，轴承与车轮轴9过盈配合连接。这样就可以在车辆上使用该车辆隔振装置。

上述结构的车辆隔振装置中，移动件4上的移动孔与支撑杆302同轴间隙配合，移动件4可以沿着支撑杆302轴向移动。压簧5安装在连接件3与移动件4之间，连接件3的第三凸台301和移动件4的第四凸台401对压簧5起到导向作用。压簧5处于压缩状态。连杆6通过轴销分别与移动件4的吊耳402、运动件7连接。这样，连杆6通过轴销可以绕着吊耳402和运动件7旋转。弹簧8安装在支撑件2与运动件7之间，撑件2的第一凸台201和运动件7的第二凸台701对弹簧8起到导向作用。弹簧8在车体静止时处于压缩状态，所提供的力与车体的重力平衡，即在车体静止时，整个隔振装置处于平衡状态，也即连杆6处于水平位置。

上述结构的车辆隔振装置的工作过程是：当车辆受到振动冲击，若运动件7上升，则弹簧8提供的力小于车体的重力，其合力向下，运动件7通过连杆6使得两侧的移动件4向中间移动。此过程中，压簧5一直处于压缩状态，连杆6与移动件4连接处受到的力是沿着连杆斜向上的。忽略连杆6质量，运动件7受到连杆6的力沿着连杆方向斜向上，在竖直方向的分力是向上的。这与运动件7受到弹簧8的作用力与车体重力的合力方向相反。

当车辆受到振动冲击，若运动件7下降，则弹簧8提供的力大于车体的重力，其合力向上。运动件7通过连杆6使得两侧的移动件4向中间移动。此过程中，压簧5一直处于压缩状态，连杆6与移动件4连接处受到的力是沿着连杆斜向下。忽略连杆6质量，运动件7受到连杆6的力沿着连杆方向斜向下，在竖直方向的分力是向下的。这与运动件7受到弹簧8的作用力与车体重力的合力方向正好相反。

在该装置中，弹簧8是线性的，是正刚度，压簧5通过连杆6在竖直方向是非线性的，在运动时，处于负刚度，在平衡位置时处于零刚度。弹簧8、压簧5和连杆6组成整体后，隔振系统是非线性的。另外，直接隔振的是运动件7，而运动件7焊接在车架1上，车架1就能隔振，减小车体的振动。因此，无论在上述哪种情况下，运动时隔振系统的总刚度减小，固有频率降低，实现低频隔振。静止时即隔振装置处于平衡位置时，隔振系统刚度较高，具有较高承载能力。

Claims (2)

1. 一种用于装有麦克纳姆轮的车辆隔振装置，其特征在于，该隔振装置包括支撑件（2）、两个隔振单元、运动件（7）和弹簧（8），支撑件（2）的顶面设有第一凸台（201），运动件（7）的底面设有第二凸台（701），且第二凸台（701）位于第一凸台（201）上方；两个隔振单元固定连接在支撑件（2）的顶面，且两个隔振单元沿其中心线对称布置；运动件（7）位于两个隔振单元的中间，且分别与两个隔振单元活动连接；弹簧（8）套装在第二凸台（701）和第一凸台（201）上，且弹簧（8）的顶端与运动件（7）底面固定连接，弹簧（8）的底端与支撑件（2）的顶面固定连接；

    所述的每个隔振单元包括连接件（3）、移动件（4）、压簧（5）和连杆（6），连接件（3）固定连接在支撑件（2）的顶面，且连接件（3）的同一侧端面上设有第三凸台（301）和两根支撑杆（302）；移动件（4）套装在两根支撑杆（302）上，且移动件（4）和支撑杆（302）间隙配合；移动件（4）的一侧端面上设有第四凸台（401），移动件（4）的另一侧端面上设有吊耳（402），第四凸台（401）和第三凸台（301）相对，压簧（5）套装在第四凸台（401）和第三凸台（301）上，且压簧（5）一端抵在连接件（3）的侧端面上，压簧（5）另一端抵在移动件（4）的侧端面上；连杆（6）的一端和移动件（4）的吊耳（402）通过销连接，连杆（6）的另一端和运动件（7）通过销连接。

2. 按照权利要求1所述的用于装有麦克纳姆轮的车辆隔振装置，其特征在于，所述的每个隔振单元中的两根支撑杆（302）平行布置，且位于同一水平面上。