CN103192899A

CN103192899A - 一种可重构的轮螺行驶系统

Info

Publication number: CN103192899A
Application number: CN2013101109469A
Authority: CN
Inventors: 卞学良; 刘茜
Original assignee: Hebei University of Technology
Current assignee: Hebei University of Technology
Priority date: 2013-02-28
Filing date: 2013-02-28
Publication date: 2013-07-10

Abstract

本发明公开一种可重构的轮螺行驶系统，主要包括车体、悬架、行驶轮和传动机构，行驶轮为四个以上的偶数个，且经悬架对称支承安装在车体的底盘纵向垂面左右两侧上，其特征在于该行驶系统还包括转向转换机构，转向转换机构与行驶轮的数量相同，转向转换机构由液压马达、主动齿轮和从动齿轮组成，且位于车体纵向垂面左右两侧的液压马达输出轴的转动方向相反时，可实现轮式与螺式行驶形式的转换重构；位于车体纵向垂面左右两侧的液压马达输出轴的转动方向相同时，可实现行驶系统的转向；所述行驶轮为螺旋轮，螺旋轮内有中心轴，外表面有螺旋线构成的深槽花纹，螺旋轮的中心轴经悬架的支架与转向转换机构的从动齿轮相连接。

Description

一种可重构的轮螺行驶系统

技术领域

本发明涉及行驶系统技术，具体为一种可重构的轮螺行驶系统。

背景技术

行驶系统的组成和结构形式，在很大程度上取决于行驶路面的性质。轮式行驶系统适合在坚实的硬质路面上行驶，其结构简单、行驶速度快，消耗功率小，但不适宜在泥泞土路、松软沙滩、沼泽及水等液体介质中行驶；履带式行驶系统相比于轮式行驶系统有着较强的越野能力，适合在坑洼不平的路面行驶，但其行驶速度慢，转弯不灵活，消耗功率大，且同样不适宜沼泽和水中行驶。轮履重构行驶系统虽然同时具有轮式和履带式的优点，但其结构复杂、体积庞大，效率较低，且依然不适宜水中行驶。

在申请人检索的范围内，尚未发现可适于全路面介质上行驶的行驶系统相关技术文献。

发明内容

针对现有技术不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种可重构的轮螺行驶系统，该行驶系统通过变换与路面接触的螺旋轮的轴线方向，即可以实现轮式、螺式和轮螺复合式三种不同行驶方式的顺利转换，适合于在全路面介质上行驶，且具有结构简单，效率提高，操作容易，适于工业化实施等特点。

本发明解决所述技术问题的技术方案是，设计一种可重构的轮螺行驶系统，主要包括车体、悬架、行驶轮和传动机构，所述行驶轮为四个以上的偶数个，且经悬架对称支承安装在车体的底盘纵向垂面左右两侧上，其特征在于该行驶系统还包括转向转换机构，转向转换机构与行驶轮的数量相同，所述转向转换机构由液压马达、主动齿轮和从动齿轮组成，液压马达的壳体固定安装在车体的底盘上，液压马达的输出轴连接主动齿轮，从动齿轮与主动齿轮相啮合，且位于车体纵向垂面左右两侧的转向转换机构中的液压马达输出轴的转动方向相反时，可实现轮式与螺式行驶形式的转换重构；位于车体纵向垂面左右两侧的转向转换机构中的液压马达输出轴的转动方向相同时，可实现行驶系统的转向；

所述行驶轮为螺旋轮，螺旋轮为滚筒状物，内有中心轴，外表面有螺旋线构成的深槽花纹，且位于车体底盘纵向垂面左右两侧的螺旋轮的螺旋线旋向相反，同一侧前后两个螺旋轮的螺旋线旋向相同，螺旋轮的其他几何参数均相同；螺旋轮的中心轴经悬架的支架与转向转换机构的从动齿轮相连接；螺旋轮的中心轴通过传动机构支撑在悬架的支架的一端，并可随支架一起实现绕车体的纵向转动；

所述悬架包括回转轴承和支架，回转轴承的上圈与车体的底盘固接，回转轴承的下圈与转向转换机构中的从动齿轮固接；所述支架为直角形，其一端与从动齿轮固接，另一端支撑螺旋轮3的中心轴；支架通过螺旋轮的中心轴带动螺旋轮实现绕车体的纵向转动。

与现有技术相比，本发明提出的可重构的轮螺行驶系统，采用变换与路面接触螺旋轮的轴线方向的方法，来实现轮式、螺式和轮螺复合式三种不同行驶方式的顺利转换，弥补了轮式、履带式或轮履复合式等单一行驶系统的不足，适合于全路面介质上行驶，同时具有结构简单，体积小，成本低，转换方便，效率提高，操作容易，适于工业化实施等特点。

附图说明

图1为本发明可重构的轮螺行驶系统一种实施例的轮式行驶状态结构示意图；其中，图1（1）为本发明轮式行驶状态主视结构示意图；图1（2）为本发明轮式行驶状态仰式结构示意图；

图2为本发明可重构的轮螺行驶系统一种实施例的螺旋式行驶状态结构示意图；其中，图2（1）为本发明螺旋式行驶状态主视结构示意图；图2（2）为本发明螺旋式行驶状态仰视结构示意图；

图3为本发明可重构的轮螺行驶系统一种实施例的轮螺复合式行驶状态结构示意图；其中，图3（1）为本发明轮螺复合式的前轮-后螺行驶状态主视结构示意图；图3（2）为本发明轮螺复合式的前轮-后螺行驶状态仰视结构示意图；图3（3）为本发明轮螺复合式的前螺-后轮行驶状态主视结构示意图；图3（4）为本发明轮螺复合式的前螺-后轮行驶状态仰视结构示意图；

图4为本发明可重构的轮螺行驶系统一种实施例的圆柱双锥体形螺旋轮形状结构示意图；

图5为本发明可重构的轮螺行驶系统另一种实施例的腰鼓形螺旋轮形状结构示意图；

图6为本发明可重构的轮螺行驶系统一种实施例的机械传动机构示意图；

图7为本发明可重构的轮螺行驶系统另一种实施例的电动传动机构示意图；

图8为本发明可重构的轮螺行驶系统第三种实施例的液压传动机构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及其附图进一步描述本发明。

本发明设计的可重构的轮螺行驶系统（简称行驶系统，参见图1-8），主要包括车体1、悬架2、行驶轮3和传动机构5，所述行驶轮3为四个以上的偶数个，实施例为四个，且经悬架2对称支承安装在车体1的底盘纵向垂面左右两侧上，其特征在于还包括转向转换机构4，转向转换机构4与行驶轮3的数量相同，所述转向转换机构4由液压马达41、主动齿轮42和从动齿轮43组成，液压马达41的壳体固定安装在车体1的底盘上，液压马达41的输出轴连接主动齿轮42，从动齿轮43与主动齿轮42相啮合，且位于车体1纵向垂面左右两侧的转向转换机构4中的液压马达41输出轴的转动方向相反时，可实现轮式与螺式行驶形式的转换重构；位于车体1纵向垂面左右两侧的转向转换机构4中的液压马达41输出轴的转动方向相同时，可实现行驶系统的转向；

所述的行驶轮3为螺旋轮3（参见图1-3、6-8），螺旋轮3为滚筒状物，内有中心轴32，外表面有螺旋线31构成的深槽花纹，且位于车体1底盘纵向垂面左右两侧的螺旋轮3的螺旋线31旋向相反，同一侧前后两个螺旋轮3的螺旋线31旋向相同，螺旋轮3的其他几何参数均相同；螺旋轮3的中心轴32经悬架2的支架22与转向转换机构4的从动齿轮43相连接；螺旋轮3的中心轴32通过传动机构5支撑在悬架的支架22的一端，并可随支架22一起实现绕车体1的纵向转动；

所述悬架2主要包括回转轴承21和支架22（参见图1-3、6-8），回转轴承21的上圈与车体1的底盘固接，回转轴承21的下圈与转向转换机构4中的从动齿轮43固接；所述支架22为直角形，其一端与从动齿轮43固接在一起，另一端支撑螺旋轮3的中心轴32；支架22通过螺旋轮3的中心轴32带动螺旋轮3实现绕车体1的纵向转动；

所述螺旋轮3实施例有两种形式：一种为圆柱双锥体形结构（参见图4），另一种为腰鼓形结构（参见图5）；两种结构的螺旋轮3都有中心轴32和由螺旋线31构成的外表面。中心轴32是螺旋轮3的支撑和回转中心。所述螺旋轮3的外表面的螺旋线31形式设计为：对于圆柱双锥体形结构的螺旋轮3，沿其轴线方向靠近中间部分为等螺距的圆柱螺旋线311，其两侧为变螺距的圆锥螺旋线312；对于腰鼓形结构的螺旋轮3，其外表面的螺旋线形式为阿基米德螺旋线313。形成的螺纹要求足够深，螺旋的牙型可为三角形、梯形、矩形、锯齿形或其他非标准的特殊形状；并且位于车体1纵向垂面左右两侧的螺旋轮3的螺旋线31旋向相反，同一侧前后两个螺旋轮3的螺旋线31旋向相同，螺旋轮3的其他几何参数均相同。

所述转向转换机构4主要由液压马达（或电机）41、主动齿轮42和从动齿轮43组成，液压马达41的壳体固定安装在车体1的底盘上，液压马达41的输出轴连接主动齿轮42，从动齿轮43与主动齿轮42相啮合。液压马达41的输出轴带动主动齿轮42转动一定角度，与主动齿轮42啮合的从动齿轮43将绕其中心轴线转动相应的角度，与从动齿轮43固连的悬架2的回转轴承21的下圈和支架22都将随从动齿轮43一起转动相应的角度，同时悬架2的支架22也带动螺旋轮3的中心轴32一起转动相应的角度，位于车体1纵向垂面左右两侧的前端一对或后端一对转向转换机构4的液压马达41输出轴的转动方向一致时，会使相应螺旋轮3绕车体1的纵向发生同向转动，可实现车体1的转向功能；当位于车体1纵向垂面左右两侧的转向转换机构4的液压马达41的输出轴的转动方向相反时，会使相应螺旋轮3绕车体1的纵向发生反向转动，且当转动角度均为90°时，螺旋轮3的轴线由与车体1的纵向垂面（行驶方向）相垂直变为相平行，实现轮式行驶与螺式行驶之间的转换重构。

所述传动机构5可采用公知的任何一种适当的传动机构。本发明行驶系统的传动机构5实施例采用机械传动机构51、电动传动机构52或液压传动机构53中任一种传动机构形式驱动所述螺旋轮3绕其轴线转动。

所述机械传动机构51（参见图6）由驱动电机511、电机托架512和锥齿轮对513组成，驱动电机511安装在电机托架512上，电机托架512与悬架2中的支架22固连在一起，驱动电机511的输出轴连接锥齿轮对513的主动齿轮，锥齿轮对513的从动齿轮与螺旋轮3的中心轴32连接在一起。其中的齿轮传动也可替换为链传动或带传动。驱动电机511的输出轴带动锥齿轮对513转动，从而驱动螺旋轮3的中心轴32转动，使螺旋轮3在路面上实现滚动运动，使车体1实现行驶功能。

所述电动传动机构52（参见图7）主要为轮毂电机，包括轮毂电机转子521和轮毂电机定子522；轮毂电机转子521与螺旋轮3的中心轴32固连在一起，轮毂电机定子522与悬架2的支架22固连在一起。轮毂电机转子521驱动螺旋轮3的中心轴32转动，使螺旋轮3在路面上实现滚动运动，使车体1实现行驶功能。

所述液压传动机构53（参见图8）主要为液压马达，包括液压马达壳体531和液压马达输出轴532；液压马达壳体531与悬架2的支架22固连在一起，液压马达输出轴532与螺旋轮3的中心轴32固连在一起。液压马达输出轴532驱动螺旋轮3的中心轴32转动，使螺旋轮3在路面上实现滚动运动，使车体1实现行驶功能。

本发明行驶系统的工作原理和过程是：当行驶路面坚实平坦时，采用轮式行驶（参见图1），螺旋轮3的轴线垂直于车体1的纵向垂面，在传动机构5的驱动下，各个螺旋轮3都绕其中心轴线转动，实现滚动运动，从而带动车体1前行。这种状态与普通轮式行驶系统一样，可实现高速低耗行驶。

当行驶在较软路面或水中时，滚动的螺旋轮3因与路面的附着条件变差，会发生打滑或根本无法行驶，轮式系统已无法适应，此时，本发明行驶系统可实现轮式行驶向螺式行驶的转换重构：通过控制转向转换机构4（参见图6-8）中的液压马达41的输出轴带动主动齿轮42转动一定角度，使从动齿轮43刚好绕其中心轴线转动90°，则悬架2的回转轴承21的下圈和支架22都将随从动齿轮43一起转过90°，同时悬架2的支架22带动螺旋轮3的中心轴一起转过90°，使螺旋轮3的轴线方向发生改变，即螺旋轮3的轴线由与车体的纵向垂面（行驶方向）相垂直变为相平行，螺旋轮3可实现与路面的旋切运动，提高了驱动力，因而能够继续驱动车体1向前行驶。本发明设计位于车体1纵向垂面左右两侧的转向转换机构4中的液压马达41输出轴的转动方向相反，以保证车体1两侧的所有螺旋轮3的中心轴32同时随各自的支架22绕各自的从动齿轮43的中心轴线向相反方向转动90°，使螺旋轮3的中心轴线变为与车体纵向垂面相平行的方向（参见图2），完成重构，螺旋轮3依旧绕中心轴线旋转，但不再与路面发生滚动，而是旋切路面，而实现整车前行。

本发明行驶系统可以实现：

1．轮式行驶：所有螺旋轮3的轴线均垂直于车体1的纵向垂面，所有螺旋轮3绕其轴线转动，在地面上实现滚动运动，从而带动车体1前行；

2．螺式行驶：所有螺旋轮3的轴线均平行于车体1的纵向垂面，所有螺旋轮3绕其轴线转动，与地面发生旋切运动，从而带动车体1前行；

3．轮螺复合式行驶：本发明行驶系统还可以根据实际的路面情况转换部分螺旋轮3的轴线的方向，组合成不同形式的轮螺复合式行驶方式：包括1）前轮-后螺行驶（参见图3（1）-（2））；位于车体1纵向垂面左右两侧的前端一对螺旋轮3的轴线都垂直于车体1的纵向垂面，前端这对螺旋轮3在地面上实现滚动运动。位于车体1纵向垂面左右两侧的后端一对螺旋轮3的轴线都平行于车体1的纵向垂面，后端这对螺旋轮3与地面发生旋切运动。前后两对螺旋轮3共同带动车体1前行；2）前螺-后轮行驶（参见图3（3）-（4））；位于车体1纵向垂面左右两侧的前端一对螺旋轮3的轴线都平行于车体1的纵向垂面，前端这对螺旋轮3与地面发生旋切运动。位于车体1纵向垂面左右两侧的后端一对螺旋轮3的轴线都垂直于车体1的纵向垂面，后端这对螺旋轮3在地面上实现滚动运动。前后两对螺旋轮3共同带动车体1前行。

本发明未述及之处适用于现有技术。

Claims

1.一种可重构的轮螺行驶系统，主要包括车体、悬架、行驶轮和传动机构，所述行驶轮为四个以上的偶数个，且经悬架对称支承安装在车体的底盘纵向垂面左右两侧上，其特征在于该行驶系统还包括转向转换机构，转向转换机构与行驶轮的数量相同，所述转向转换机构由液压马达、主动齿轮和从动齿轮组成，液压马达的壳体固定安装在车体的底盘上，液压马达的输出轴连接主动齿轮，从动齿轮与主动齿轮相啮合，且位于车体纵向垂面左右两侧的转向转换机构中的液压马达输出轴的转动方向相反时，可实现轮式与螺式行驶形式的转换重构；位于车体纵向垂面左右两侧的转向转换机构中的液压马达输出轴的转动方向相同时，可实现行驶系统的转向；

所述悬架包括回转轴承和支架，回转轴承的上圈与车体的底盘固接，回转轴承的下圈与转向转换机构中的从动齿轮固接；所述支架为直角形，其一端与从动齿轮固接，另一端支撑螺旋轮的中心轴；支架通过螺旋轮的中心轴带动螺旋轮实现绕车体的纵向转动。

2.根据权利要求1所述的可重构的轮螺行驶系统，其特征在于所述的螺旋轮为圆柱双锥体形结构，其外表面的螺旋线形式设计为：沿其轴线方向靠近中间部分为等螺距的圆柱螺旋线，其两侧为变螺距的圆锥螺旋线；螺旋的牙型为三角形、梯形、矩形、锯齿形或其他非标准的特殊形状。

3.根据权利要求1所述的可重构的轮螺行驶系统，其特征在于所述的螺旋轮为腰鼓形结构，其外表面的螺旋线形式设计为：阿基米德螺旋线；螺旋的牙型为三角形、梯形、矩形、锯齿形或其他非标准的特殊形状。

4.根据权利要求1所述的可重构的轮螺行驶系统，其特征在于所述的传动机构为机械传动机构，由驱动电机、电机托架和锥齿轮对组成，驱动电机安装在电机托架上，电机托架与悬架中的支架固连在一起，驱动电机的输出轴连接锥齿轮对的主动齿轮，锥齿轮对的从动齿轮与螺旋轮的中心轴连接在一起。

5.根据权利要求1所述的可重构的轮螺行驶系统，其特征在于所述的传动机构为电动传动机构，主要为轮毂电机转子和轮毂电机定子；轮毂电机转子与螺旋轮的中心轴固连，轮毂电机定子与悬架的支架固连。

6.根据权利要求1所述的可重构的轮螺行驶系统，其特征在于所述的传动机构为液压传动机构，主要为液压马达壳体和液压马达输出轴；液压马达壳体与悬架的支架固连，液压马达输出轴与螺旋轮的中心轴固连。