CN1053621C - 可变外径车轮及装有此车轮的车辆 - Google Patents

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Abstract

一种可变外径车轮包括一在其圆周壁上具有四透孔的管子，一具有与透孔相对的隔膜的密封件装配管子上、形成车轮圆周面的一些滑块各自(彼此)装配于透孔中，滑块受压缩空气推动以扩大车轮外径的方向移动，而压缩空气则是从在车轴轴线方向所设有孔经隔膜而供给的。
当将压缩空气排出后，车轮外径减小且回复到原来尺寸。
具有可变外径车轮的车辆甚至在结冰、覆雪和不规则的道路上行驶也十分容易。

Description

可变外径车轮及装有此车轮的车辆
本发明涉及可变外径车轮，在可变外径车轮中，车轮的外径是可变的且涉及装有此可变外径车轮的车辆。
对于诸如装有用燃料工作的发动机的常用汽车和摩托车的车辆或没有发动机的自行车而言，防止相对于结冰的道路或覆雪道路的滑动和打滑事故的防范措施是通过使用带防滑轮刺的轮胎或链带轮胎来实现的。
在电动汽车中，为增加其运行效能，作为速度改变手段之一所考虑的是使车轮的外径加大。
作为使用象压缩空气那样的流体的可变外径，可推荐的有日本专利特许公开号55-156706和日本实用新型55-25551，在日本专利特许公告55-156706中建议使一些轮胎膨胀，在日本实用新型55-25551中提出一确定的联杆机构和联杆的进出装置是通过锥形凸轮所随动(不受约束)的。
另外，作为使用如压缩空气的流体的可变外径滚轮，例如，在日本专利特许公开3-20420和日本专利特许公开3-259843中所提到的滚轮，通过把流体(例如空气)供给予安装在回转轴上的管状和弹性压力室(包括若干压力室的组合)，使管状弹性体膨胀，而使滚轮的外径扩大。
但是，因为一些带防滑轮刺的轮胎引起矿石灰的污染，故它们对维护良好环境是不希望有的。在链带轮胎的情况下，对安装或拆卸都是麻烦的。
在日本实用新型55-25551中的可变外径车轮采用联杆机构和锥形凸轮且其用大量部件组成是很复杂的。因此，这需要花费许多组装时间且成为很昂贵的。
在通过供给流体而使轮胎和滚轮膨胀的结构中，倘若在膨胀状态和正常状态之间轮胎的外径变化率和管子的弹性是很大的，例如，即使它们是和橡胶一样的软的弹性体，反复受到变化率50％以上的膨胀，也会由于张力出现的高可能性而导致疲劳破坏。
在支承具有重荷的车体情况下，将采用高压流体，例如约5kgf/cm2的压缩空气。
既然这样，在现有技术的管式弹性件中，在膨胀时周面方向的变化量和张力变得相当大。
在使象橡胶那样的弹性材料膨胀的结构中，结构和抗疲劳次数受到限制，采用它们是十分困难的。
为了解决上述问题，根据本发明的可变外轻车轮具有通过诸如空气或油的所供流体的压力使若干径向布置的滑块组移动且使车轮的外径扩大的结构。
一车辆装有具有可变外径车轮的结构，在这些车轮中，外径是通过所供流体而加以改变的。
与带有防滑钉齿的轮胎的轮刺作用或链带轮胎的摩擦作用相当的轮子部分可对着结冰道路和覆雪道路加以推进。
对于除了结冰道路和覆雪道路以外的常规道路，车轮的外径可通过把与轮胎相应的橡胶件或塑料件安装在由具有上述轮刺或摩擦作用的材料制成的圆筒形表面(外周表面)上而加以扩大。
详细地说，可变外径车轮具有密封件被紧密地装配到侧壁上的结构，密封件具有对着设置在管子的圆筒形壁上的若干透孔的罐形弹性隔膜，透孔则是在管的圆筒形壁上形成的，各个形成车轮圆周表面的滑块分别装配于各个透孔中，因此，滑块能够在孔中滑动，密封件和管子气密地放置在车轴和两侧板之间，其中，该车轴具有一用于推压隔膜的供给流体孔，侧板则被安置在密封件和管子的两侧，而滑块通过来自以隔膜与车轴连通的回转式连轴器所供给的流体(例如，压缩空气)以扩大车轮外径的方向加以推压和移动。
在紧密封闭的管子内侧所设置的罐形隔膜由空心车轴的流体供给孔所供应的流体而形变成平板形。同时，穿入管子圆筒形壁上的孔和插入隔膜的罐形部的滑块从管子中推出。结果，位于径向安装的滑块顶部和构成车轮圆周表面的弧拱部分以规定的距离向外侧推动，使车轮具有所需的外径。
侧板将限定滑块的移动范围(上死点)。
在侧板的圆筒形壁(圆周壁)上附着有橡胶轮胎或含有橡胶管的轮胎以保持规定压力的流体。
在可变外径车轮中，管子里的压缩空气在常规道路上是在速度减慢状态下或在行驶状态下加以排放的，并且滑块通过环形盘簧或在车轮周面部分的凹槽中所设的一些橡胶环而被推回到密封件隔膜中的原位。结果，在滑块顶端上的弧拱部分形成一原先小直径的车轮。
图1是一根据本发明的典型实施例的装有可变外径车轮的车辆的侧视图；
图2是一包括图1所示车辆含有可变外径车轮的截面视图；
图3是一从切断线S1-S1方向所观察到的图2所示的可变外径车轮的截面视图；
图4是一在供给压缩空气状态下的图2所示的可变外径车轮的截面视图；
图5是一从切断线S2-S2方向所观察到的图4所示可变外径车轮的截面视图；
图6是一在图2所示的可变外径车轮中所含有密封件的截面视图；
图7是一图6所示的密封件的平面布置视图；
图8是一在图2所示的可变外径车轮中所包含的滑块的前视图；
图9是一在图2所示的可变外径车轮中所包含的滑块的平面布置图；
图10是一包括图1所示车辆的别一可变外径车轮沿车轴的轴线所作的截面视图；
图11是一包括图1所示车辆的又一可变外径车轮沿车轴的轴线所作的截面视图；
图12是一从切断线S3-S3的方向所观察到的图11所示可变外径车轮的截面视图；
图13是一在图11所示的可变外径车轮中所含有的滑块的前视图；
图14是一在图11所示的可变外径车轮中所包含的滑块的平面图。
图1是一装有根据本发明典型实施例的可变外径车轮的车辆的侧视图。构成四轮式汽车的机动车辆50通过滚珠轴承或由例如金属圆柱所构成的轴承、在车体底部的四个角近旁装有可变外径车轮100，因而，诸车轮可以转动。
可变外径车轮100的转动由迄今已使用的常用装置加以驱动。转动的动力通过使用诸如汽车油、酒精、氢气、天然气体等燃料的发动机、或蓄电池拖动电动机的装置、一齿轮联轴节和一车轴来加以传送。(在诸附图中都未示出)。
各个可变外径车轮100由空气供应源，例如一空气泵经过一阀门和一回转式空气联结器17供以压缩空气。在图1所示的实例中，四个可变外径车轮100通过一管子而彼此地连接，且由管子(图1中未示出)供给压缩空气。也可以使用油来替代空气。替代作为供气予可变外径车轮的一个管子，可用与空气泵连接的四个独立管子。
此外，作为一空气供给源，可以使用一以单机方式装到车辆上的动力压缩机，也可使用一常用的动力压缩机，一泵或一手动空气泵(如同一自行车泵)。
图2至9示出了根据本发明的典型实施例的可变外径车轮100的视图。管子1的圆筒形壁具有若干透孔，例如四个透孔每隔90°布置一透孔。管子1是由金属或诸如环氧树脂或纤维增强塑料(FRP)所制成的，且由数控车床的连续金属管的加工或树脂的注塑所形成的。
管子1在侧板2和3之间通过密封部件9的凸缘部分对两侧加以卡住。将侧板2和3的凸缘部分进行弯折，使得它们的截面形状象图2中所示的按ABC顺序的字母C。侧板2和3通常由金属板制成并通过压力加工成形，但它们也可用如FRP那样的树脂制成。
车轴4安置在管1的轴线上。侧板2和3通过盘形橡皮垫与和盘形垫保持件6、螺栓8加以气密地压紧住。在标记C所示的总共四个位置上(在车轴的上下部各两个位置)以垂直于图2的纸面方向将矩形抗转板13插入H切槽(不过，在附图中未示出横截面几乎呈椭圆形的部分)，并且通过螺栓8将矩形抗转板13和盘形垫保持件6一起固定于侧板2和3上。
根据螺栓8的压缩强度，盘形橡皮垫5的一部分以推压车轴4的方向从其周面突出，并起到密封作用。因此，车轴4的表面精加工是不必要的且实际上，甚至在拉制钢材的粗糙表面上仍保持充分的密封。
侧板2和3以及管子1通过密封件9的凸缘部分9c(在图6中，上部和下部)由螺栓7和螺母14加以气密地和完全地紧压住。
密封件9以图6和7所示的一个部件方式由诸如硅橡胶的模塑弹性材料、丁基橡胶的橡胶材料或软塑料构成。例如可通过注塑或喷射铸造法而压制成一个部件。
密封件9被紧密地装配入管子1中。密封件9由圆筒形筒身9D、透孔9B、隔膜9A、凸缘部9C和环形槽9E组成，如图6和7所示。
透孔9B被设置在面对管子1的圆筒形壁上所设的透孔12的四个位置上且滑块10的支承轴10A装配到透孔9B中，因此，支承轴10A可通过透孔9B平稳地滑动。隔膜9A在圆筒形筒身9D内形成一罐形止推。
在管子1的边缘上的环形槽9E和勾缝保护形凸缘部分9C由于用螺栓7和螺母14的抑制而使得在侧板2、管子1和侧板3之间能紧密密封。此外，密封件9的隔膜9A的形状可以是一可伸缩膜盒、一多面体或任何其它形体。
与滑块10的支承轴10A平稳地和紧密地固定的管子1的圆筒形壁上的透孔12是通过如图2所示的密封件9的隔膜9A加以紧密封闭的。
在图8和9中分别示出了滑块10的一前视图和一平面布置图。滑块10是以点对称方式设置的，以便沟槽10D处于弧形车轮周面部分10B之间。弧形车轮周面部分10B处在支承轴10A的末端且形成一车轮圆周面。用诸如FRB树脂把一些滑块10模塑成所需要的形状。它们可通过例如金属切削、压铸或注塑成形。
槽10F按每一规定的间隔设置，以增加其与地面接触的摩擦力和防止在结冰的道路上或覆雪道路上的滑移。可通过用塑料或橡胶制成的按点阵状埋置若干诸如防滑轮销那样的突出部件替代车轮周面部10B上的槽10F从而形成带防滑轮齿的轮胎。
橡胶衬垫、塑料(件)或橡胶(件)可装配在车轮周面部分10B上以增加摩擦力或吸收在地面上运转时的冲击和振动。
滑块10以点对称设置，因而使沟槽10D被置于弧形车轮周面部分10B之间，而该弧形车轮周面部分是位于支承轴10A的末端(端面)并构成车轮的圆周面。通过以点对称方式给弧形车轮周面部分提供规定偏移，滑块径向地定位于每隔90度的四个位置，可防止诸弧形车轮周面部分的相互干涉且在车轮外径扩大时也可形成连续的车轮周面部分。车轮周面部分10B的布置形状不限于点对称，而可将它们布置得象一字母表的字母Y或S，因此，它们可构成连续的。
橡胶环11安装在滑块10的沟槽10D中。橡胶环11具有同时朝着车轴4的轴线方向推压滑块10(在图2的典型实施例中为四件)且恢复到具有小车轮直径的原位的功能。就使滑块10恢复到原位的功能而论，可采用对隔膜9A产生负压的装置，即始点和终点连接的环形拉力盘簧或任何其它装置来替代橡胶环11。压缩空气按规定的定时信号通过回转式空气联接器17，车轴4的轴线上的盲孔15和一连接孔16供给予密封件9的圆筒形筒身9D。
图4中所示的和图5中用B所标注的密封件9的隔膜9A受压缩空气推动、从罐形形变到平板形，并把滑块10推出管子1之外。
由压缩空气所推动的滑块10的行程终点是滑块10的工作极点(上死点)，在此工作极点，滑块10的突出部分10C将分别撞击在侧板2和3的C形(钩形)凸缘部分2A和3A上。
诸车轮周面部分10B被推出管1之外部，以形成具有所需较大外径的圆周面，如图4和5所示。同时，它们扩张了装配在滑块10的构槽10D中的橡皮环11。
由橡胶制成的常用圆柱橡皮圈的压力阻力通常约2kgf/cm2且是很小的。
在本发明中，把2-5kgf/cm2的压缩空气供给予隔膜9A以支承车辆本身、人和载荷等。
在这种情况下，由软橡胶制成的隔膜9A形变成平板状且被推进入锐利的刃口或推进入小的缝隙中。在重复作用下，隔膜9A的软表面逐渐地剥落，最后，它的抗压强度降低且终于使隔膜9A爆裂。为了防止隔膜9A在高压下反复工作所导致的炸裂或破裂，支承轴10A的边缘部分可车制成具有如图8所示的圆角10E。
随着压缩空气的施加，隔膜9A的形变部分被推压到如同图5的圆A中所示的密封件9圆筒形筒身9D的内壁和支承轴10A的圆角10E上，而使密封件9的弯曲变形成为最小。
根据以上所述结构，本发明的隔膜9A在大于5kgf/cm2的空气压力作用下可实现2百万次工作循环以上的重复使用寿命。
如已经提到的，当车辆在结冰道路或覆雪道路上行驶后在常规道路上行驶时，推压隔膜9A的压缩空气是通过车轴4的压缩空气供给孔得以排放的。
根据密封件9内的空气压力的降低，诸支承轴10A通过橡皮环11的张力被推入管子1内，而回复到图2和3所示的原来状态，且车轮周面部分10B的圆周面(外径)变成小于侧板2和3的外径。
至于径向布置的滑块的可变外径车轮，可使用任何其它的变型。
图10是一包括图1所示车辆的可变外径车轮变型的横剖面视图，可变外径车轮200大体上十分类似于图3所示的可变外径车轮100。
一些不同点是侧板102和103的形状和围绕这些侧板的圆周面固定的轮胎104的结构，轮胎内含有橡胶管105。
侧板102和103引导四个滑块110且限制它们的移动距离。另外，车轮的周面部分设置类似于固定汽车轮胎的常用车轮的凹入部。所附着的轮胎是为了保护维持流体(通常为空气)规定压力的橡胶管。就侧板102和103，管105和轮胎104的形状而言，可使用类似于常用汽车的其它形状，仅附着有轮胎而没有管子的结构也可加以使用。
在图11、12、13和14示出了可变外径车轮的另一些典型实施例。该车轮包括一支承部件和若干滑块，支承部件在轴线上具有一流体供给孔和径向地位于支承部件的壁上并与流体供给孔连接的多个连接孔，滑块装配到各个透孔上以便能在孔中滑动且形成一车轮圆周表面，并且车轮具有一种构造，即使滑块通过流体供给孔供给的流体而被推动且按车轮外径增加的方向移动。
一与可变外径车轮100不同的可变外径车轮400是不设有密封件9。
在这些可变外径车轮100和400中，滑块和装配滑块的支承孔之间的间隙宽度是几十微米且在H7f6级别左右的装配状态中加以精加工。通过这种精加工，可让外径做得较小，而使得可变外径车轮做得更紧凑。
图11是一安装在空心车轴121的两个位置上的两可变外径车轮400的横剖面视图。图12是一在截面线S3-S3方向的横剖面视图且表示空气供给予空心车轴121和车轮外径扩大的状况。在图12中，环125的表示被省略。图13和14分别是滑块124的一前视图和一平面布置图。
参阅图11，具有在空心车轴121的轴线上将流体(例如空气)供给予车轴孔132的空心轴121的一端是通过塞子129加以封闭的，空心车轴121的另一端则装有一回转式空气联接器130，而具有规定压力的空气则供给予空心轴132。
空心轴121由轴承131加以支承，轴承则安装在空心转轴121的两端并具有一规定间距。
在图11中，为了方便起见，两个可变外径车轮之间的间距画得比车辆的实际间距小很多。
空心车轴121相对于每一可变外径车轮400在其壁上设置四个连接孔122，且每隔90°径向地设置一个，空心轴具有总数为八个的连接孔122。
在空心轴121上连接和固定有用于支承滑块124的主盘123。在图11中，在空心轴121上装配两个主盘123。在盘123设有四个面对每一连接孔122的透孔128，而每一透孔128通过每一连接孔122与车轴孔132连通。
滑块124被装入主盘123的每一透孔128内，因此，滑块124可平稳地在透孔128中滑动。图11中，主盘123安装有4个滑块124。滑块124包括类似于滑块10的一支承轴124A和一车轮周面部分124B。支承轴124A相对于透孔128具有规定的间隙(缝隙)且以约H7f6级别的配合状态装配到透孔128中。在围绕滑块124的支承轴124A的一个或两个位置(在图11中，一个位置)上装有一个或两个环125，以防止空气泄漏和灰尘。
通过车床加工或磨床加工使支承轴124A的表面精加工到接近镜面的光滑表面。但是，在滑块124由树脂或同类物质等制成时，可采用经改进表面粗糙度的压模而可省去滑块本身的整修加工。
滑块126以点对称方式提供两弧形车轮周面部分124B而在两车轮周面部分124B之间提供一沟槽124C，如图14所示。滑块124车轮周面部分124B的形状类似于滑块10的形状，张力盘簧126的功能和结构与橡皮环11相似。车轮外径的扩大也与可变外径车轮100的外径扩大相似，因此，有关的说明被省略。
在图11中，由两点破断线所显示的滑块124的位置表明车轮的外径通过压缩空气得到扩大的状况。
两安装在主盘123的两外侧上的侧板127限制了滑块124的冲程终点且防止滑块124的支承轴124A的转动。
当具有规定压力的空气供给入透孔128中后，侧板127侧限制由滑块124所决定的车轮圆周面的最大直径且防止滑块124从透孔128中落出。
与图10所示的可变外径车轮200相似，可采用的结构，其中有在构成可变外径车轮400的两侧板圆筒形(圆周)表面之外附装由橡胶或塑料制成的轮胎或含有充满具有规定压力流体的管子(未图示)的轮胎，并且具有减震作用和安全行驶功能。
在图11所示的可变外径车轮400中可使用任何其它保持滑块124的保持件的结构。例如，主盘123和侧板127以一整体方式制成的一保持结构、保持结构仅由侧板而无主盘所做成的，保持结构系由一主盘123、侧板127和空心车轴121以整体方式制成的结构。
作为本发明可变外径车轮中所包含的一些部件可采用诸如金属、树脂或它们的合成材料。对诸部件可使用如压铸、喷射铸造、压力加工或切削加工的任一制造手段。
把可变外径车轮用于农业车辆和车轮座(架)使其易于在不规则道路、不耐用道路或不同的阶梯高度上行驶以及易于把它们安装到带有发动机的汽车或电动汽车上。把它们用于电动汽车使得有可能无须诸如齿轮或流体(束流)那样的速度机构改变速度且提高行驶效率是可以做到的。
本发明的可变外径车轮具有十分简单的结构并不会对隔膜产生过量的张力。在隔膜从罐形形变成平板形时，仅出现少量的压力和小的变弯变形。因此，它相对于两百万个周期(循环)以上的重复作用和5kgf/cm2的压缩空气不会因为疲劳而破裂。
由于滑块的移动范围受到侧板的限制，因此，由滑块所决定的最大车轮外径始终是不变的而且与供给予隔膜的流体压强无关。
这样，具有可变外径车轮的车辆防止了在结冰或覆雪的道路上打滑而且不会因矿石灰尘而产生污染。把它们用于农业车辆和车轮架座使行驶容易而与道路表面状态无关。此外，把它们用于电动汽车可使行驶效率提高。因而，可提供一种具有简单的结构和良好的抗循环疲劳的可变外径车轮。
本发明可体现在其它具体形式中而不违背其精神或基本特点。因此，本实施例在各个方面都将被认为是说明性的而不是限制性的，本发明的范围由所附的权利要求加以表示而不用先前的说明表示，因而，出现于权利要求等效性含义和范围内的所有变化力图包含在其内。

Claims (4)

1.一种具有可变外径车轮的车辆，各车轮包括：
一支承件，它包括(1)一具有流体供给孔的轴，(2)密封固定在所述轴上的两侧板，以及(3)一安装在所述两侧板之间的管子，及径向地布置在管子的圆筒形壁上的若干透孔；
与所述透孔具有相同的数量且与所述透孔适配的滑块，所述滑块可在所述透孔中滑动且形成车轮周面部件；
其特征在于，还包括一安装在管子内侧的密封部件，它具有面对着所述管子的所述各透孔的隔膜；
所述密封部件和所述管子是通过将它们放在所述管子的两边缘和所述侧板之间而形成气密封；及
所述滑块由于流体并通过所述隔膜而按扩大所述可变外径车轮外径的方向移动。
2.按权利要求1所述的具有可变外径车轮的车辆，其特征在于，在所述侧板的径向圆筒面上安装有轮胎或者是含有橡胶管的轮胎。
3.按权利要求1或2所述的具有可变外径车轮的车辆，其特征在于，所述滑块含有以规定角度形成车轮周面部件的弧形部件，及与所述透孔适配的支承轴。
4.按权利要求3所述的具有可变外径车轮的车辆，其特征在于，所述车轮周面部件上具有橡胶或塑性材料。
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