CN104175797A - 一种可变形轮机构 - Google Patents

Abstract

一种可变形轮机构，它是由轮毂部分、链轮组及旋转机构组成；轮毂部分中的半轴通过花键与固定在轮毂上的法兰相连，为整个变形轮提供前进的动力，变形套筒空套在半轴上并通过花键与链轮组中的主动链轮相连；链轮组中的各链轮通过腹板上相应的光孔固定位置；旋转机构均布在轮毂内侧，分别与从动链轮相对应；轮毂为主要支撑件，旋转机构中轮胎块承载地面作用力并传递到轮毂上。本发明是一种安全可靠、可安装调试、操作方便的非常规行走机构，通过车轮形态的改变来增大车轮与深松软地面的作用形式以提高地面对车辆驱动力，达到保证车辆在常规路面上行驶能力的同时提高车辆在深松软地面的通过性的技术要求。

Description

一种可变形轮机构

【技术领域】

本发明涉及一种可变形轮机构，具体来说，是指一种既能在公路上又能在深松软无硬底层的深淤泥地面中应用的行走机构，属于工程机械技术领域。

【背景技术】

地球陆地大约有50％的区域是车辆不能到达的地方。有一类属于深松软和无硬底层的深淤泥地面，如南方的部分水田、滩涂、湿地和沼泽等，动物和人类不借助交通工具难以在其中行动。

针对这个问题，人们设计了一些专用的非常规行走机构，这些行走装置首先要支承起车身，同时要提供驱动的牵引力。传统的轮型车辆在深松软地面容易打滑甚至于无法运动，无法实现这样的功能，而非常规行走机构由于在松软地面上有较强的适应性与通过性，可以用来解决这个问题。我国上世纪六十年代发明机耕船，其主要特点是利用船体底面支承重量浮于水田土表，而叶片驱动轮的叶片则插入土中产生驱动力推动船体在土表滑行，使浮与沉、滑行与驱动有机地结合在一起，其中的叶片轮即属于这方面的研究应用。

【发明内容】

1、发明目的：

本发明的目的是提供一种可变形轮机构，它是一种安全可靠、可安装调试、操作方便的非常规行走机构，通过车轮形态的改变来增大车轮与深松软地面的作用形式以提高地面对车辆驱动力，达到保证车辆在常规路面上行驶能力的同时提高车辆在深松软地面的通过性的技术要求。

2、技术方案：

本发明所采用的技术方案是：本发明一种可变形轮机构，是由轮毂部分、链轮组及旋转机构组成。它们之间的位置连接关系是：轮毂部分中的半轴通过花键与固定在轮毂上的法兰相连，为整个变形轮提供前进的动力，变形套筒空套在半轴上并通过花键与链轮组中的主动链轮相连，链轮组中的各链轮通过腹板上相应的光孔固定位置，旋转机构均布在轮毂内侧，分别与从动链轮相对应。轮毂为主要支撑件，旋转机构中轮胎块承载地面作用力并传递到轮毂上。

所述轮毂部分包括半轴、变形套筒、调整垫片、法兰、锁紧螺母、轮毂、腹板、内盖、外盖、孔用弹簧挡圈及油封；它们之间的位置连接关系是：半轴为整个机构的动力输入，其上空套有变形套筒；半轴与法兰通过花键连接，一端用锁紧螺母轴向固定，另一端通过半轴花键尾部台阶轴向定位，调整垫片用来调节变形套筒与法兰间的间隙大小，保证变形套筒可在半轴上转动；法兰通过四组螺栓及垫片组合固定在轮毂外盖上；轮毂两侧分别有轮毂内盖及轮毂外盖，分别通过六组螺钉及弹簧垫片固定在轮毂上；腹板为圆盘形状，连接在轮毂内部相应位置，其上有与蜗杆位置对应的六个光孔，另有三个均布的减重孔，腹板中间的套筒为半轴及变形套筒提供支撑；孔用弹簧挡圈及油封置于内盖中。该轮毂外表面为球形状，以保证轮胎块转动过程中与轮毂外表面保持接触，内部有与腹板对应的突起，方便其连接，两侧面有台阶，分别与内盖及外盖配合。

所述链轮组包括主动链轮、滚子链、从动链轮及张紧机构。它们之间的位置连接关系是：主动链轮通过变形套筒一端上的花键与之相连，保持同步转动，其一端通过轮毂的腹板轴向定位，另一端通过法兰轴向定位；六个从动链轮与主动连轮通过滚子链相连，其间有两组张紧机构，每个从动链轮通过平键与对应的蜗杆连接，通过弹簧挡圈轴向定位，与蜗杆同步转动。该张紧机构由张紧轮、张紧轮转轴及张紧轮偏心套筒组成，张紧轮偏心套筒通过内设的腰孔套在张紧轮转轴上，张紧轮空套在张紧轮偏心套筒上，可在其上自由转动，轴向通过螺母、平垫及弹簧垫片组合限制位置。转动张紧轮转轴，通过腰孔的配合带动张紧轮偏心套筒转动，从而改变张紧轮位置，调节链条张紧度。

所述旋转机构包括蜗轮蜗杆、固定块、轮胎骨架、轮胎块及限位装置，旋转机构共有六组，位置及连接方式相同，其中在对称的两个轮胎骨架上设有限位装置。它们之间的位置连接关系是：蜗杆通过腹板上对应的光孔定位，一端通过蜗杆上的轴肩与腹板相配合轴向定位，另一端通过固定块轴向定位；蜗轮蜗杆保持啮合，蜗轮与轮胎骨架通过花键连接，用双螺母轴向锁定，固定块连接在轮毂上，为蜗轮、蜗杆及轮胎骨架提供定位；带有弧形板结构的轮胎骨架套在固定块上对应的套筒中，并可在其中转动，其中对称的两个轮胎骨架上设有限位螺栓，限制轮胎骨架转动角度极限值；轮胎块包裹在轮胎骨架上，与之一体，承载重力并与地面相互作用，轮胎块的转动使得变形轮在有轮缘和无轮缘之间变换。该限位装置由轮胎骨架、定位螺栓、挡块组成，定位螺栓安装在轮胎骨架一端接近端面处，轮胎骨架上有相应光孔，定位螺栓两端通过螺母固定位置，挡块连接在腹板上，轮胎骨架转动到预定极限转动角度时碰撞挡块，停止转动。调节定位螺栓的伸出长度可以调整轮胎块的极限转动角度。该轮胎骨架为焊接结构，下部套在固定块的套筒上，一端通过花键与蜗轮相固定，轴向通过双螺母及固定块端面固定，上部为轮胎块的支撑，当蜗轮转动时，轮胎骨架与其同步转动，从而使轮胎块转动。固定块上部的套筒与轮胎骨架相配合，轮毂上有与套筒向对应的孔，固定块通过套筒底部的台肩轴向定位并与轮毂连接固定，下部用来固定蜗轮蜗杆。该轮胎块由橡胶制成，其两端面倾斜以避免两相邻轮胎块在转动过程中的干涉。

其中，轮胎块的外径为640mm，端面倾斜角度为20度。

其中，轮毂直径为310mm。

本发明的工作原理及工况简介如下：

在公路等常规硬路面上行驶时，车轮保持无轮缘状态，不变形，行驶原理与常规车轮相同。在进入深松软地面如沼泽、滩涂中行驶时，驱动变形套筒相对半轴转动，由于主动链轮与变形套筒同步而从动轮链轮与轮毂及半轴同步，所以此时主动链轮与从动链轮差速转动，又因为主动链轮通过滚子链与六组从动链轮相连，所以此时主动链轮将驱动从动链轮转动，从而带动与之相连的蜗杆同步转动。因为蜗轮和蜗杆保持啮合，所以蜗杆的转动将驱动蜗轮及轮胎骨架转动，从而实现轮胎块的旋转，即轮胎变形。变形后轮胎块与松软地面有剪切作用，大大提高驱动力，避免常规车轮在深松软地面上的无效滑转。

在将要驶出深松软地面驶入常规路面时，使变形套筒相对半轴反向转动，则变形车轮开始变形，方向与上述展开过程相反，即轮胎块反向转动，车轮收回到初始状态，此时行驶原理与常规车轮相同。

3、本发明优点及功效在于：

(1)多地面行驶。变形轮除能在常规硬地面上行驶外，还具有在深松软特殊地面上行驶的能力。通过变形机构，使车轮能在有轮缘及无论缘两种状态间自由转换，提高了车辆的适应能力。

(2)机构可靠。变形轮采用具有自锁性的蜗轮蜗杆，即只能通过变性机构驱动蜗杆转动来使轮胎块转动，而不能逆向传动，从而使轮胎块变形后能保持在指定位置。

(3)操作方便。因为蜗轮蜗杆的大传动比，只需用较小的驱动力就可以驱动变形套筒相对半轴转动，完成变性动作，只要反向驱动就可逆向变形回到初始状态。

(4)应用前景广阔。与不同车辆及属具配合，可以广泛适应于海边、滩涂等作业环境，可用于农业养殖、抢险救援、两栖登陆等方面。

【附图说明】

图1a是变形轮外观图。

图1b是变形轮展开图。

图2是变形轮机构装配图。

图3是轮毂部分结构图。

图4是链轮组结构图。

图5是张紧机构结构图。

图6是旋转机构结构图。

图7a是旋转机构变形前结构图。

图7b是旋转机构变形后结构图。

图8是限位装置结构图。

图9是轮胎骨架结构图。

图10是固定块结构图。

图11是轮胎块外形图。

图中序号说明如下：

1-轮毂部分       2-链轮组         3-旋转部分           101-半轴

102-变形套筒     103-调整垫片     104-法兰             105-锁紧螺母

106-轮毂         107-腹板         108-外盖             109-内盖

110-孔用弹簧挡圈 111-油封         201-主动链轮         202-滚子链

203a-从动链轮a   203b-从动链轮b   203c-从动链轮c       203d-从动链轮d

203e-从动链轮e   203f-从动链轮f   204a-张紧轮a         204b-张紧轮b

205a-张紧轮转轴a 205b-张紧轮转轴b 206a-张紧轮偏心套筒a 206b-张紧轮偏心套筒b

301a-蜗杆a       301b-蜗杆b       301c-蜗杆c           301d-蜗杆d

301e-蜗杆e       301f-蜗杆f       302a-蜗轮a           302b-蜗轮b

302c-蜗轮c       302d-蜗轮d       302e-蜗轮e           302f-蜗轮f

303a-固定块a     303b-固定块b     303c-固定块c         303d-固定块d

303e-固定块e   303f-固定块f   304a-轮胎骨架a 304b-轮胎骨架b

304c-轮胎骨架c 304d-轮胎骨架d 304e-轮胎骨架e 304f-轮胎骨架f

305a-限位螺栓a 305b-限位螺栓b 306a-挡块a     306b-挡块b

307a-轮胎块a   307b-轮胎块b   307c-轮胎块c   307d-轮胎块d

307e-轮胎块e   307f-轮胎块f

【具体实施方式】

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明：

如图1a-b所示，本发明一种可变形轮机构，是由轮毂部分1、链轮组2及旋转机构3组成。轮毂部分1中半轴101通过花键与固定在轮毂106上的法兰104相连，为整个变形轮提供前进的动力，变形套筒102空套在半轴101上并通过花键与链轮组2中主动链轮201相连，链轮组2中从动链轮203a-f分别通过腹板107上相应的光孔固定位置，旋转机构3共有六组，均布在轮毂106内侧，分别与从动链轮203a-f相对应。轮毂106为主要支撑件，旋转机构3中轮胎块307a-f承载地面作用力并传递到轮毂106上。

如图2、3所示，轮毂部分1包括半轴101、变形套筒102、调整垫片103、法兰104、锁紧螺母105、轮毂106、腹板107、外盖108、内盖109、孔用弹簧挡圈110及油封111。半轴101为整个机构的动力输入，其上空套有变形套筒102；半轴101与法兰104通过花键连接，一端用锁紧螺母105轴向固定，另一端通过半轴101花键尾部台阶轴向定位，调整垫片103用来调节变形套筒102与法兰104间的间隙大小，保证变形套筒102可在半轴101上转动；法兰104通过四组螺栓及垫片组合固定在轮毂的外盖108上；轮毂106两侧分别有外盖108及内盖109，分别通过六组螺钉及弹簧垫片固定在轮毂106上；腹板107为圆盘形状，焊接在轮毂106内相应位置，其上有与蜗杆301a-f对应的六个光孔，另有三个均布的减重孔，腹板107中间的套筒为半轴101及变形套筒102提供支撑。

如图3所示，轮毂106外表面为球形，以保证轮胎块转动过程中与轮毂外表面保持接触，内部有与腹板107对应的突起，方便其焊接，两侧面台阶，分别与内盖109及外盖108配合。

如图4所示，链轮组2包括主动链轮201、滚子链202、从动链轮203a-f及张紧机构的张紧轮204a-b、张紧轮转轴205a-b、张紧轮偏心套筒206a-b。主动链轮201通过变形套筒102一端上的花键与之相连，保持同步转动，一端通过腹板107轴向定位，一端通过法兰104轴向定位；从动链轮203a-f与主动连轮201通过滚子链202相连，其间有两组张紧机构；六组链轮完全相同，以从动链轮203a为例，从动链轮203a通过平键与对应的蜗杆301a连接，通过弹簧挡圈轴向定位，与蜗杆301a同步转动，其他五组从动链轮定位及连接方式与从动链轮203a同。

如图5所示，以张紧轮204a的张紧机构为例说明，张紧机构由张紧轮204a、张紧轮转轴205a及张紧轮偏心套筒206a组成，张紧轮偏心套筒206a通过内部的腰孔套在张紧轮转轴205a上，张紧轮204a空套在张紧轮偏心套筒206a上，可在其上自由转动，轴向通过螺母、平垫及弹簧垫片组合限制位置。转动张紧轮转轴205a，通过腰孔的配合带动张紧轮偏心套筒206a转动，从而改变张紧轮204a位置，调节链条张紧度。

如图6、7a-b、8所示，旋转机构3包括蜗杆301a-f、蜗轮302a-f、固定块303a-f、轮胎骨架304a-f、轮胎块307a-f及限位装置的限位螺栓305a-b和挡块306a-b。旋转机构共有六组，位置及连接方式相同，其中在轮胎骨架304a及304d上设有限位装置。

以轮胎骨架304a的旋转机构为例说明，蜗杆301a通过腹板107上对应的光孔定位，一端通过蜗杆301a上的轴肩与腹板107相配合轴向定位，另一端通过固定块303a轴向定位；蜗杆301a与蜗轮302a保持啮合，蜗轮302a与轮胎骨架304a通过花键连接，用双螺母轴向锁定，固定块303a焊接在轮毂106上，为蜗杆301a、蜗轮302a及轮胎骨架304a提供定位；轮胎骨架304a套在固定块303a上对应的套筒中，并可在其中转动，其下端上装有限位螺栓305a，限制轮胎骨架转动角度极限值；轮胎块307a包裹在轮胎骨架304a上，与之一体，承载重力并与地面相互作用，轮胎块307a的转动使得变形轮在有轮缘和无轮缘之间变换。

如图8所示，限位装置由轮胎骨架304a、限位螺栓305a、挡块306a组成，限位螺栓305a安装在轮胎骨架304a一端接近端面处，轮胎骨架304a上有相应光孔，限位螺栓305a两端通过螺母固定位置，挡块306a焊接在腹板107上，轮胎骨架304a转动到预定极限转动角度时碰撞挡块306a，停止转动。调节限位螺栓305a的伸出长度可以调整轮胎块307a的极限转动角度。

如图9所示，轮胎骨架304a为焊接而成，下部套在固定块306a的套筒上，一端通过花键与蜗轮302a相固定，轴向通过双螺母及固定块306a端面固定，上部为轮胎块307a的支撑，当蜗轮302a转动时，轮胎骨架304a与其同步转动，从而使轮胎块307a转动。

如图10所示，固定块303a上部的套筒与轮胎骨架304a相配合，轮毂106上有与套筒相对应的孔，固定块303a通过套筒底部的台肩轴向定位并与轮毂106焊接固定，下部用来固定蜗杆301a和蜗轮302a。

如图11所示，轮胎块307a由橡胶制成，其两端面倾斜以避免两相邻轮胎块在转动过程中的干涉。

具体实施方式：

在公路等常规硬路面上行驶时，车轮保持无轮缘状态，不变形，行驶原理与常规车轮相同。

在进入深松软地面如沼泽、滩涂中行驶时，驱动变形套筒102相对半轴101转动，由于主动链轮201与变形套筒102同步而从动轮链轮203a-f与轮毂101及半轴101同步，所以此时主动链轮201与从动链轮203a-f差速转动，又因为主动链轮201通过滚子链202与六组从动链轮203a-f相连，所以此时主动链轮201将驱动从动链轮203a-f转动，从而带动与之相连的蜗杆301a-f同步转动。因为蜗轮302a-f和蜗杆301a-f保持啮合，所以蜗杆301a-f的转动将驱动蜗轮302a-f及轮胎骨架304a-f转动，从而实现轮胎块307a-f的旋转，即轮胎变形。变形后轮胎块307a-f与松软地面有剪切作用，大大提高驱动力，避免常规车轮在深松软地面上的无效滑转。

在将要驶出深松软地面驶入常规路面时，使变形套筒102相对半轴101反向转动，则变形车轮开始变形，方向与上述展开过程相反，即轮胎块307a-f反向转动，车轮收回到初始状态，此时行驶原理与常规车轮相同。

Claims (3)

1.一种可变形轮机构，其特征在于：它是由轮毂部分、链轮组及旋转机构组成；轮毂部分中的半轴通过花键与固定在轮毂上的法兰相连，为整个变形轮提供前进的动力，变形套筒空套在半轴上并通过花键与链轮组中的主动链轮相连；链轮组中的各链轮通过腹板上相应的光孔固定位置；旋转机构均布在轮毂内侧，分别与从动链轮相对应；轮毂为主要支撑件，旋转机构中轮胎块承载地面作用力并传递到轮毂上；

所述轮毂部分包括半轴、变形套筒、调整垫片、法兰、锁紧螺母、轮毂、腹板、内盖、外盖、孔用弹簧挡圈及油封；半轴为整个机构的动力输入，其上空套有变形套筒；半轴与法兰通过花键连接，一端用锁紧螺母轴向固定，另一端通过半轴花键尾部台阶轴向定位，调整垫片用来调节变形套筒与法兰间的间隙大小，保证变形套筒能在半轴上转动；法兰通过四组螺栓及垫片组合固定在轮毂外盖上；轮毂两侧分别有轮毂内盖及轮毂外盖，分别通过六组螺钉及弹簧垫片固定在轮毂上；腹板为圆盘形状，连接在轮毂内部相应位置，其上有与蜗杆位置对应的六个光孔，另有三个均布的减重孔，腹板中间的套筒为半轴及变形套筒提供支撑；孔用弹簧挡圈及油封置于内盖中；该轮毂外表面为球形状，以保证轮胎块转动过程中与轮毂外表面保持接触，内部有与腹板对应的突起，方便其连接，两侧面有台阶，分别与内盖及外盖配合；

所述链轮组包括主动链轮、滚子链、从动链轮及张紧机构；主动链轮通过变形套筒一端上的花键与之相连，保持同步转动，其一端通过轮毂的腹板轴向定位，另一端通过法兰轴向定位；六个从动链轮与主动连轮通过滚子链相连，其间有两组张紧机构，每个从动链轮通过平键与对应的蜗杆连接，通过弹簧挡圈轴向定位，与蜗杆同步转动；该张紧机构由张紧轮、张紧轮转轴及张紧轮偏心套筒组成，张紧轮偏心套筒通过内设的腰孔套在张紧轮转轴上，张紧轮空套在张紧轮偏心套筒上，能在其上自由转动，轴向通过螺母、平垫及弹簧垫片组合限制位置；转动张紧轮转轴，通过腰孔的配合带动张紧轮偏心套筒转动，从而改变张紧轮位置，调节链条张紧度；

所述旋转机构包括蜗轮蜗杆、固定块、轮胎骨架、轮胎块及限位装置，旋转机构共有六组，位置及连接方式相同，其中在对称的两个轮胎骨架上设有限位装置；蜗杆通过腹板上对应的光孔定位，一端通过蜗杆上的轴肩与腹板相配合轴向定位，另一端通过固定块轴向定位；蜗轮蜗杆保持啮合，蜗轮与轮胎骨架通过花键连接，用双螺母轴向锁定，固定块连接在轮毂上，为蜗轮、蜗杆及轮胎骨架提供定位；带有弧形板结构的轮胎骨架套在固定块上对应的套筒中，并能在其中转动，其中对称的两个轮胎骨架上设有限位螺栓，限制轮胎骨架转动角度极限值；轮胎块包裹在轮胎骨架上，与之一体，承载重力并与地面相互作用，轮胎块的转动使得变形轮在有轮缘和无轮缘之间变换；该限位装置由轮胎骨架、定位螺栓、挡块组成，定位螺栓安装在轮胎骨架一端接近端面处，轮胎骨架上有相应光孔，定位螺栓两端通过螺母固定位置，挡块连接在腹板上，轮胎骨架转动到预定极限转动角度时碰撞挡块，停止转动；调节定位螺栓的伸出长度能调整轮胎块的极限转动角度；该轮胎骨架为焊接结构，下部套在固定块的套筒上，一端通过花键与蜗轮相固定，轴向通过双螺母及固定块端面固定，上部为轮胎块的支撑，当蜗轮转动时，轮胎骨架与其同步转动，从而使轮胎块转动；固定块上部的套筒与轮胎骨架相配合，轮毂上有与套筒向对应的孔，固定块通过套筒底部的台肩轴向定位并与轮毂连接固定，下部用来固定蜗轮蜗杆；该轮胎块由橡胶制成，其两端面倾斜以避免两相邻轮胎块在转动过程中的干涉。

2.根据权利要求1所述的一种可变形轮机构，其特征在于：该轮毂直径为310mm。

3.根据权利要求1所述的一种可变形轮机构，其特征在于：该轮胎块的外径为640mm，端面倾斜角度为20度。