CN1041071C - 复合车轮装置 - Google Patents

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Abstract

一种复合车轮装置，由以车轮圆形轮圈(12)切线方向同向之轴为中心作可转动支承的一批副轮(31)配置于此轮圈上构成轮胎，使轮胎的转动与副轮的转动相组合，得以使车轮依任意方向行驶。

Description

本发明涉及可转动行驶的车轮，更具体地说，涉及到具有相正交的两个转动行驶方向之复合车轮装置。
沿地面或台面等行驶的车轮一般包括：构成车轮外周部分而由橡胶或金属等制成的轮胎、支承此轮胎的轮圈、安装于车轮轴上的轮毂，以及由连接轮圈与轮毂之轮辐等组成的车轮支承装置。
此种车轮由于是以轮轴为中心转动，它的行驶方向限于与轮轴正交的方向。为此，当需变更车轮行驶方向时，一般是利用与轮轴相连的控向装置，将轮轴本身转动到与行驶方向正交的位置。
上述这种使轮轴连同整个车轮转动到行驶方向的方法，由于停动时轮胎与地面(台面)有很大的接触摩擦力，车轮就很难转动。此外还存在着以下一类问题；在转动到预定的行驶方向时不得不艰难地驶过不希望出现的圆弧轨迹，而在狭窄的空间则极难变更驶行方向。
为了解决上述问题，已采用过一种转向节主销纵倾装置，使设在同轮轴正交且偏心位置处的轴转动来会整个车轮转动。但这种主销纵倾装置也未能完全解决以上问题，仍然存在着停止时难以变动行驶方向以及不易朝正交方向来变换方向等问题。除此，由于行进中轮轴的方向容易变化，使用时则有行驶速度不得过快和车轮直径不得过大等限制。
另外的一种解决方法是发展了这样一种车轮装置，它是将两个轮轴正交但相互独立的车轮加以组合的结果。但在此种车轮装置中，当用到了其中一个车轮，就不得动用另一个，因而就必须设计专门的车轮移动牵引装置，结果出现结构复杂与装置大型化等缺点。
本发明之目的在于解决上述问题，使车轮可以不描出圆弧形轨迹而能简单地变更行驶方向。同时能以简单和小型结构来实现可简单变动行驶方向的车轮装置。
为了实现上述目的，本发明第1方案的复合车轮装置包括有：车轮支承机构，该机构在外周上形成有圆形的轮圈；多个副轮支承机构，该机构沿半径朝外的方向被排列在上述的圆形轮圈上；多个副轮，该副轮具有沿与上述圆形轮圈部的切线方向相同的方向延伸的轴，该轴可转动地分别支承在上述副轮支承机构上；另外，由在圆周上装设的上述多个副轮构成轮胎；其特征在于：上述副轮支承机构在其两端部设置有弹性边棱部件。
本发明第2方案的复合车轮装置包括有：车轮支承机构，该机构在外周上形成有圆形的轮圈；多个副轮支承机构，该机构沿半径朝外的方向被排列在上述的圆形轮圈上；多个副轮，该副轮具有沿与上述圆形轮圈部的切线方向相同的方向延伸的轴，该轴可转动地分别支承在上述副轮支承机构上；另外，由在圆周上装设的上述多个副轮构成轮胎；其特征在于：在相互邻接的上述副轮之间，设置有弹性中介部件，该弹性中介部件具有多个半径方向的突起，上述中介部件的最外周直径大致与由上述多个副轮形成的轮胎的最外周直径相同。
根据本发明的复合车轮装置，轮胎能在沿轮轴转动方向行进的同时，通过副轮的转动而可沿与轮轴的转动方向相正交的方向行驶。当把轮胎的转动与副轮的转动相组合，则可使轮轴不转至行驶方向而让车轮依任意方向行驶。
如上所述，根据本发明，可以在不描出圆弧形轨迹条件下随意而简便地变更车轮的行驶方向。同时，由于没有设置轮轴用的控向装置以及根据走向来进行移动时所需的某种车轮组合形式，故可使车轮的装配结构简单而不会使有关之车辆等的结构复杂化与大型化。
本发明的复合车轮装置，能和先有的车轮相同作为单一结构体使用，若把它用作为需在狭窄地面内变动行驶方向之车辆的车轮、从事有必要不描出圆弧轨迹而变更行进方向之某种作业之机器人用的轮子、或要求特殊操作性能的娱乐或体育用具中所需的行走车轮等，当会取得特别优越的效果。
下面简述本发明的附图。
图1为斜示图，表明本发明之复合车轮装置一实施例的外观；图2是盘状件和安装于此盘状件上之副轮支承板及副轮的斜视剖面图；图3是示明将副轮安装于副轮支承板上之方法的分解斜视图；图4A为示明辐轮支承板一实施例的斜视图，而图4B为其俯视图(b)；图5为示明一批副轮支承板装设于盘状件中之状态的外观斜视图；图6为示明本发明第二实施例之外观的斜视图；图7为示明第二实施例中复合车轮装置组装方法的外观斜视图；图8为示明第二实施例中之副轮支承结构的分解斜视图；图9为示明第二实施例中副轮支承部件外观的斜视图；图10为示明本发明第二实施例之一变更形式例子之外观的斜视图；图11为示明本发明第三实施例之外观的斜视图；图12为示明将副轮装配于第三实施例中副轮支承部件中之状态的外观斜视图；图13为示明接合部保护件之外观的斜视图；图14为示明第三实施例中副轮支承结构之外观的斜视图；图15为示意性地说明第三实施例中副轮之转动与制动机能的剖面图；图16为示明第三实施例之一变更形式例子之外观的斜视图；图17为示明副轮支承部件一变更形式例子的外观斜视图；图18为示明接合部保护件之外观的斜视图；图19为示明副轮之一变更形式例子之外观的斜视图；图20为示明有关组合方法之分解斜视图；图21为示明已组装好的一整套设备之外观的斜视图；图22为示明副轮支承结构的局部剖面图；图23为示明本发明第四实施例之正视图，而图24为其侧视图；图25为图23之A-A线的剖面图；图26为示明本发明第五实施例之外观的斜视图；图27为图5实施例中之复合车轮装置的纵部面图；图28是示明第五实施例中副轮轴承之外观的斜视图。
下面参照附图说明本发明的实施例。
图1为示明本发明之复合车轮装置10之一实施例外观的斜视图。
图中的数号11为支承整个车轮的盘形件。盘形件11的外周形成有圆形的轮圈12，而中央部分设有轮轴(来示明)插入孔13。
如图2所示，在圆形轮圈12上等节距地设有一批与此轮圈轴线同方向的沟槽14。沟槽14中沿径向朝外嵌插着副轮支承板21的底端。
副板支承板21如图4A与4B详示呈板状形式，其中设有嵌插于沟槽14中的底端22和位于底端22对侧之副轮轴承部23。
底端22具有和沟槽14宽度T基本相等或略大的厚度t。副轮轴承部23中设有可让支承板21通过的轴承孔，该轴承孔由两个轴承孔25a与25b组成，它们的轴线24a与24b分别以与副轮支承板21正交的线成一角度θ朝向底端22倾斜。在副轮轴承部23中，为使两个轴承孔25a、25b的支承长度增大，设置了两个倾斜形式的凸起部26，它们的斜面26a相对于副轮支承板21，分别朝底端22逐渐减小以角度θ倾斜。此角度θ由设定于轮圈12上沟槽14的数目，亦即是由为副轮支承板21所支承的副轮数决定。
由上述结构组成的副轮支承板21如图2与图5所示，是通过把底端22嵌插于轮圈12之构槽14中，等节距地固定安装于轮圈12的外周。
为图3所示，是在将副轮支承板21装设到轮圈12之上时，从副轮支承板21的两侧将副轮31相对于副轮轴承部23安装好。
副轮31如图1、2与3所示略呈圆盘状，而在其两侧面中心位置处则有旋转支承轴32分别从其上突出。副轮31外周部分的宽度只须不干扰副轮支承板21的底端侧，最好使其尽量加大。
副轮31的直径大小需使其装设于副轮支承板21后，令其沿径向朝外的端部能突露到轮支承板21最外端部分之外。
副轮31通过将其旋转支承轴32插入副轮轴承部23的轴承孔25a、25b，能在两端受到副轮支承板21的支承。为使副轮31能以旋转支承轴32为中心作自由转动，孔25a、25b与轴32均取轴承结构。此种轴承结构根据作用于副轮31的载荷和副轮31的转数，可取滑动或滚动式等轴承结构。通过将一批副轮31分别以副轮支承板21作可转动地支承，并如图1所示等节距地设置于轮圈12的外周上，由此便构成了车轮10的最外周部分(轮胎部分)40。
根据上述结构组成之实施例的复合车轮装置10具有以下效果。
复合车轮装置10可以利用盘形件11中的孔13来安装轮轴并在圆周上配置一批副轮31以构成轮胎40而用作为车轮。这就是说，可以轮轴(未示明)为中心作转动，与一般的车轮相同，按轮胎40之滚动运动的相同方向行驶。
副轮31可以采用作动机构(图中未示明)使之自转，也可以通过施加与轮轴同向的外力使之单独转动。通过副轮31的转动，复合车轮装置10就沿与轮轴相同之方向(和轮胎滚动方向相正交的方向)移动。这种移动即使是复合车轮装置10处于停止状态，也不必要很大的力气就能使其简单地进行。
如果使轮胎40的滚动运动与副轮31的旋转运动同时进行，则复合车轮装置10按此两运动的合成向量方向行驶。从而通过同时控制轮胎40的滚动运动和副轮31的旋转运动，就可使复合车轮装置在不回转轮轴的条件下向任意方向移动。
图6至图9示明本发明的第二实施例。
在本实施例中，将旋转支承着副轮41的副轮支承部件42与前一实施例中的相比，已大型化了，并且强度也已增大。
副轮支承部件42如图9所示具有一带切口的倾斜式圆板状部件43，它是把具有断面成台形之两个倾斜面43a的倾斜圆板状部件的底部，通过和底边平行之切断面43b处予以切除而成。在此切口的倾斜圆板状部件43的外周部上设有较上述两倾斜面43a更其向外突出的外周缘部43a。
此两个倾斜面43a分别相对于与切断面43b正交的平面，依角度θ朝相互接近的方向倾斜，而在这两个倾斜面43a之上分别设置与其正交的主轴44和副轴45。也就是说，主轴44与副轴45的各自轴线44a、45a相对于与切断面43b相平行的线，依角度θ倾斜。除此，主轴44中央部分中设有能嵌合副轴45的孔44b。
在切口的倾斜圆板状部件43之切断面43b相反一端上设有和切断面43b大体平行呈T形断面导轨件46。
如图8所示，在副轮支承部件42之主轴44上以可转动的方式安装有直径较圆板状部件43直径为小的中空圆筒状副轮41。在主轴44与副轮41的嵌合部中，设置有滚动轴承部件或滑动轴承部件等(图中未示出)。
装设有副轮41的副轮支承部件42如图7所示，是相对于在圆形轮圈47外周上与轴线同方向地等间距地形成之一批沟槽48，通过嵌插导轨件46来安装的。
在把副轮支承部件42相续地安装于圆形轮圈47的外周上时，相邻的副轮支承部件42的副轴45即嵌合于主轴44的中央孔44b中，而主轴44即取两端支承轴的结构。
然后将轮圈盖49安装于轮圈47之上，得到了图6所示的复合车轮装置50，它在用直径较大的主轴44以可旋转的方式支承副轮41的同时，由于此主轴44能由设于其自由端侧邻近之副轮支承部件42的副轴45保持于嵌合状态，因而可以增大副轮41所能承受的载荷。
由于副轮41的一部分配置在较副轮支承部件42之切断面43b更其朝径向外出突出，这就使得复合车轮装置能与前述实施例中的情形相同，可沿与轮轴相同的方向移动。此外，由于复合车轮装置50的最外周部分(轮胎部分)由一批等节距配置的副轮41形成，就能与通常的车轮相同，取与轮胎滚动运动方向相同的方向行进。
本实施例的复合车轮装置50可用作为承受较大载荷作用的车轮装置，还由于切口的倾斜圆板状部件43之外径较副轮14的直径大，从而能防止来自复合车轮装置50侧面的障碍物对副轮41碰撞。
图10是图6所示实施例之一变更形式例子之外观的斜视图。
在这一实施例的复合车轮装置60中，给副轮41以旋转支承之副轮支承部件51的切口圆板状部件的切断面53a，它的两端53b取光滑的圆弧形状。
有关它的结构与前述第二实施例中相同，说明从略。
这样，由于副轮支承部件51之切断面53a的两端成圆弧形，而复合车轮装置60的外周形状又平滑，就能在复合车轮装置60滚动运动以及因副轮41的转动使车轮轴向移动时，减少副轮部件51的一部分对地面的冲击。本实施例的复合车轮装置特别适用于需使车轮倾斜的场合。
图11至图15示明本发明的第三实施例。
在本实施例中，在副轮支承部件切断面的两端上安装有橡胶之类的弹性部件。图12为本实施例中所用的副轮支承部件71，它包括将圆板状部件的一部分通过与直径方向平行之切断面72a切断后所得的切口圆板状部件72，以及沿此切口圆板状部件72外周上形成的轮圈73。轮圈73的与切断面72a相对之一端上设有与切口圆板状部件72之轴线相平行的、呈T形断面的导轨件76。在此轮圈73的两端上，以从切断面72a上突出的方式安装着具朝外扩大的倾斜面74a的边棱橡胶件74。而在切口圆板状部件72的两侧面上，则分别设有突出的副轮支承轴75，该轴75又分别于其中央设有带直线段的孔75a。副轮支承轴75则设置成与切口圆板状部件72相正交。
中空圆筒状副轮77则分别相对于副轮支承轴75，从切口圆板状部件72的两侧以可转动的方式嵌合于其上。分别嵌合于其副轮支承轴75上的副轮77，如图14所示，各设有接头保护件78。此种接头保护件78如图13所示，由按倾角θ形成之楔形板78a和与该板两侧面直交且突出设置的两短轴78b组成，此短轴78b所取外形能嵌合于副轮支承轴75之中央孔75a中。
接头保护件78要使其厚的一方朝向切口圆板状部件72之切断面72a的方向安装，组配成使邻接副轮支承部件71的副轮支承轴75经由接头保护件78的短轴78b作连续相接的状态。
给副轮77以回转支承的副轮支承部件71则与前述实施例相同，将导轨件76嵌插于沿圆形轮圈47之外周等节距形成的一批沟槽48中，构成图11所示的复合车轮装置70。
本实施例的复合车轮装置70当倾斜到超过规定的角度时，边棱橡胶件74便会与地面(或台面)接触。对副轮77的转动起到制动作用。亦即如图15所示，复合车轮装置70可在角度α内倾斜，一旦地面(或台面)Z的位置到达X的位置，边棱橡胶件74便开始与地面(台面)X接触。
在复合车轮装置70进一步倾斜而地面(或台面)位置从Z变化到Y位置期间，边棱橡胶件74便一面发生弹性变形，一面增大对副轮77转动的制动作用。
当复合车轮装置70继续倾斜而地面(或台面)的位置越过Y位置时，边棱橡胶件74的弹性变形达到极限，而副轮77即与地面(或台面)Y脱离。这样，便使复合车轮装置70停止移向因副轮77的转动而移动的方向，该方向是与复合车轮装置70的行进方向正交的。装置70之行进方向便停止移向与之正交的方向，之后，由于边棱橡胶件74和地面(或台面)Y接触，复合车轮装置70便朝向主轴转动方向移行。
当把本实施例之复合车轮装置70用于在倾斜面上行驶的体育或娱乐用具时，前述这种作用就会具有特别优越的效果。例如，将本实施例之复合车轮装置70安装于能置纳操作者一只脚的细长板件上而构成行走装置时，当准备好一对这样的行走装置，让操作者分别穿在脚上后于倾斜面上行走时，就能有穿上一般冰鞋的感觉，能够进行横移动作，并可控制行走速度与方向。
此外，本实施例的复合车轮装置70采用了接头保护件78对副轮支承轴75作两端支承的结构，因而副轮77可载承大的负荷。
图16至图22是本发明上述第三实施例的一种变更形式的例子。
在此实施例中，于副轮支承部件切断面的两端上安装有与第三实施例相同的橡胶一类弹性件。图17为本实施例中所用的副轮支承部件81，它包括将圆板状部件的一部分沿与径向相平行之切断面82a切断后所得的切口圆板状部件82，以及沿此切口圆板状部件82外周所形成的轮圈83。在轮圈83的和切断面82a相对的一端上安装有与切口圆板状部件82之轴线相平行的、断面呈T形的导轨件86。在轮圈83的两端上，以从切断面82a上突出的方式安装着具有朝外扩大而倾斜之倾斜面84a的边棱橡胶84。切口圆板状部件82的两侧面分别的角度θ朝导轨件86一侧倾斜，并在此两侧面外突地分别设置着其中开有孔85a的副轮支承轴85。在副轮支承轴85周围设有突起部87，用来以迷宫式密封的形式密封切口圆板件82与副轮88的间隙。此副轮支承轴85与突起部87分别以与切口圆板状部件82两侧面相正交的方式突出设置。
图18示明和副轮支承部件81组合使用的接头保护件89，后者与副轮支承部件81的形状大致相同，设有较副轮支承轴85短的连接轴85b来取代此副轮支承轴85。连接轴85b具有可嵌合于副轮支承轴85之中央孔85a中的形状。至于其它部分，凡属与图17中相同的均以同一数号标明，略去其说明。
中空圆筒状的副轮88如图19所示，形成有用于进行迷宫式密封的凹部88b。副轮88如图20至22所示，从副轮支承部件81的两端以可转动方式嵌合于副轮支承轴85上。通过将突起部87插入副轮88的凹部88b中，便可以形成迷宫式密封。对于嵌合有副轮88的副轮支承轴85，在它的中央孔85a中嵌合着连接轴85b，由此在它的上面安装接头保护件89。邻接的副轮支承部件81的副轮支承轴85，则经由接头保护件89的连接轴85b组成连续相接的状态。
给予辐轮88以旋转支承的副轮支承部件81以及接头保护件89，则与前述第二实施例相同，将导轨件86嵌插于轮圈47外周上等节距地形成的一批沟槽48中，继而将轮圈盖49安装于轮圈47之上，构成图16所示的复合车轮装置80。
本实施例的复合车轮装置80如同第三实施例那样，当倾斜量超过规定的角度值时，边棱橡胶件84就和地面(或台面)接触，发挥制止副轮88转动的作用。同时，在本实施例中，通过突起部87与副轮88之凹部88b相结合而形成了迷宫式的密封，这样就能防止异物从外部侵入副轮支承轴85与副轮88之间。
此外，由于使接头保护件89与副轮支承部件81作相互组合，能使为副轮支承部件81支承之副轮88的宽度比第三实施例中的大。
图23至图25示明了本发明的第四实施例。在此实施例的复合车轮装置90中并列地安装着一批(图示实施例中为三个)副轮91，此三个副轮91在副轮支承座92内按照以一部分突出的状态，安装成可绕支承轴93为中心面旋转，而副轮支承座92则等节距地配列于圆板状轮圈94的外周。
根据本实施例，由于副轮91是按多个在一起地并列配置，就可以加大轮子的宽度从而达到增大复合车轮装置90的负荷重量之目的。
图26至28示明本发明的第五实施例。在此实施例的复合车轮装置100之中，在其各个副轮之间配备上弹性的中介部，它所形成的圆周最外圈之直径基本上等于由所安装之全部副轮形成之最外周之圆的直径。
在本实施例中，在圆形轮圈47的外周上安装着由橡胶等弹性材料制成的盖体部件103，在盖体部件103的外周上沿圆周方向等间隔地设有一批开孔部分102，它们的宽度允许装设副轮101，两个开孔部分102之间则设置了备有多个沿径向的突起(在图26的例中，在居中和其左右两侧的共三个突起)104之中介部105。
此中介部105构成为，使沿圆周方向配列的各中介部居中之突起104连接形成之圆周，其直径大致与由沿圆周方向配置的所有副轮101形成之轮胎部分的圆周直径相等。
副轮101如图28所示，是由具有半圆筒形轮圈安装面111的副轮轴承110，以可旋转的方式将副轮101的一部分突出地支承于与此安装面相对一侧上。亦即在此副轮轴承110中设有与轮圈安装面同心的中空圆筒部112，在此中空圆筒112内经由轴承113例如是滚动轴承，支承于此副轮101之转动轴114的两端。
如图27所示，副轮轴承110装配成：在圆形轮圈47的外周面上，在中央部分充填有弹性橡胶部件116，而轮圈安装面111与中空圆筒部112则以盖体部件103的中介部105覆盖。至于此副轮轴承110安装到轮圈47中时，如图28所示，最好在安装副轮101后进行。
在本实施例的复合车轮装置100中，由于将副轮101的接地面与中介部105之中央突起104的接地面配置在基本上是同一圆周之上，因而在直进行驶时，副轮101与中介部105就交替的与地面接触。
这样，车轮装置100的转动就能圆滑地进行而减少行驶中的振动。此外，由于把作用于车轮装置100上的载荷分由副轮101与中介部105的两者负担，就可增大车轮装置100的载荷能力。
此外，本实施例的复合车轮装置100即使在行驶中有所倾斜，由于中介部105的突起104能随此倾斜作弹性变形，就不妨碍此车轮装置100作直进行驶以及朝与走向成正交的方向行驶。
最后，即令是此车轮装置倾斜超过了预定角度，由于中介部105之突起104的弹性变形，也不致与地面(或台面)发生过度的摩擦。

Claims (3)

1.一种复合车轮装置，该装置包括有；车轮支承机构(11)，该机构在外周上形成有圆形的轮圈(12)；多个副轮支承机构(71、81、110)，该机构沿半径朝外的方向被排列在上述的圆形轮圈上；多个副轮(77、88、101)，该副轮具有沿与上述圆形轮圈部的切线方向相同的方向延伸的轴(75、85、114)，该轴可转动地分别支承在上述副轮支承机构上；另外，由在圆周上装设的上述多个副轮构成轮胎；其特征在于：
上述副轮支承机构(71、81)在其两端部设置有弹性边棱部件(74、84)。
2.一种复合车轮装置，该装置包括有：车轮支承机构(11)，该机构在外周上形成有圆形的轮圈(12)；多个副轮支承机构(71、81、110)，该机构沿半径朝外的方向被排列在上述的圆形轮圈上；多个副轮(77、88、110)，该副轮具有沿与上述圆形轮圈部的切线方向相同的方向延伸的轴(75、85、114)，该轴可转动地分别支承在上述副轮支承机构上；另外，由在圆周上装设的上述多个副轮构成轮胎；其特征在于：
在相互邻接的上述副轮(101)之间，设置有弹性中介部件(105)，该弹性中介部件具有多个半径方向的突起(104)，上述中介部件(105)的最外周直径大致与由上述多个副轮(101)形成的轮胎的最外周直径相同。
3.如权利要求1所述的复合车轮装置，其特征在于：副轮支承机构(71)由相互以规定的角度倾斜而形成的两个倾斜面和分别突出设置在上述倾斜面上、在中央部具有开孔(75a)和副轮支承轴(75)构成，在相互邻接的两个副轮支承机构(71)之间设置有形成楔形截面形状的接头保护件(78)，该接头保护件具有分别与上述副轮支承轴(75)的中央开孔(75a)配合的两个短轴(78b)。
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