CN108210184B - 一种三挡可变速手推轮椅 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种三挡可变速手推轮椅，包括两个通过交叉收支架(102)连接在一起的车架(103)，两个车架(103)之间设有靠背(104)、坐垫(105)和挡腿(106)；每个车架(103)上设有前轮(107)和后轮(108)，后轮(108)内侧设有手推圈(109)，手推圈(109)和后轮(108)之间通过三挡变速箱(101)连接；所述三挡变速箱(101)通过变速线(110)与车架(103)上固定的变速器(111)相连。本发明可以实现三挡调速，从而可以提高轮椅使用的机动性和自主性，而且变速调节稳定、方便、不易故障。

Description

一种三挡可变速手推轮椅
技术领域
本发明涉及一种三挡可变速手推轮椅，属于可变速手推轮椅技术领域。
背景技术
轮椅是助老、助残服务系统中的一项基本代步工具。目前市场上的可变速轮椅主要包括手推轮椅和电动轮椅两大类。现阶段，我国电动轮椅由于受到经济发展水平和维修、携带方面等因素的制约，其发展具有一定的局限性。手推轮椅由于其具有结构牢固、维修简便、价格低廉、携带方便等优点，一直以来是广大消费者的首选。需要注意的是，手推轮椅主要依靠人力推动前进，要求使用者具有良好的上肢支配能力。但是一般老年人和肢体残障人士的身体机能有所衰退或不全，而儿童和妇女的上肢支配能为有限，另外对于短期使用轮椅患者其上肢适应时间受限，再加上室外不同场地、不同坡度的影响，大大限制了使用者的输出效率。目前国际上研发的便携式手推轮椅变速机构主要是借鉴变速自行车的原理，通过变速齿轮、传动链条及杠杆来实现轮椅的活动范围及达到使用者省力的效果。但其忽略了一个常见且至关重要的因素，即掉链问题，使用者多为老年人和肢体残障人士,一旦发生吊链，使用者在无法获得外界援助的情况下只能受困。
因此，设计一种能够多挡变速手推轮椅，对于机能衰退的老年人，机能缺失的残障人士，上肢力量不足的儿童和妇女，以及中短期需要使用轮椅患者，不仅能满足使用者出行需求，提高使用者行动自主性和机动性，而且还能通过在一定行程内减少推行时间从而降低对使用者上肢造成损伤的风险，具有重大的现实意义和实用价值。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种三挡可变速手推轮椅。本发明可以实现三挡调速，从而可以提高轮椅使用的机动性和自主性，而且变速调节稳定、方便、不易故障。
本发明的技术方案：一种三挡可变速手推轮椅，其特点是：包括两个通过交叉收支架连接在一起的车架，两个车架之间设有靠背、坐垫和挡腿；每个车架上设有前轮和后轮，后轮内侧设有手推圈，手推圈和后轮之间通过三挡变速箱连接；所述三挡变速箱通过变速线与车架上固定的变速器相连。
前述的三挡可变速手推轮椅中，所述三挡变速箱包括固定轴，固定轴上固定有车轮输出齿轮，车轮输出齿轮与所述后轮相固定；车轮输出齿轮外均匀分布有多个与其啮合的内行星齿轮，每个内行星齿轮外侧均分别啮合有第一外行星齿轮，所有外行星齿轮均啮合在同一个车轮输入齿轮内，车轮输入齿轮与所述手推圈固定；所述内行星齿轮和第一外行星齿轮设置在同一个行星轮架上；所述行星轮架通过第一轴承与固定轴转动连接；所述行星轮架上在远离车轮输出齿轮的一侧设有轴套，轴套通过第二轴承与固定轴转动连接；轴套上，从靠近车轮输出齿轮的一侧开始，依次设有二挡架、一挡架和三挡架；一挡架上设有变挡器；二挡架外侧设有轮齿，轮齿外侧啮合有与第一外行星齿轮同轴固定的第二外行星齿轮，二挡架外侧还设有二挡定位凸起；所述第二外行星齿轮上设有与一挡架上的止转插销相配合的止转槽；变挡器上设有分别用于与二挡定位凸起和三挡架相抵的二挡限位块和三挡限位块。
前述的三挡可变速手推轮椅中，所述三挡架和一挡架之间设置有限位弹簧，变挡器上连接有用于使变挡器在固定轴轴向移动的变速线；当变速线处于松弛状态，限位弹簧将一挡架向车轮输出齿轮一侧挤压，使一挡架的止转插销插入第二外行星齿轮的止转槽，从而第二外行星齿轮、第一外行星齿轮、内行星齿轮均无法转动，行星轮架与车轮输入齿轮同步转动，车轮输入齿轮和车轮输出齿轮传动比为1:1，即一挡。
前述的三挡可变速手推轮椅中，所述一挡架上设有防止变挡器脱出的销钉，当变速线收紧时，变挡器带动一挡架外移，一挡架的止转插销脱离第二外行星齿轮的止转槽，变挡器的二挡限位块移动至与二挡定位凸起相抵，使二挡架无法转动；车轮输入齿轮转动时，第二外行星齿轮在二挡架外侧滚动，迫使行星轮架自转，同时第二外行星齿轮也依次带动内行星齿轮和车轮输出齿轮转动，车轮输入齿轮和车轮输出齿轮传动比取决于车轮输入齿轮、二挡架和车轮输出齿轮的齿数关系，即二挡。
前述的三挡可变速手推轮椅中，所述当变速线继续收紧时，变挡器的三挡限位块移动至与三挡架相抵，二挡限位块脱离至与二挡定位凸起相抵位置，行星轮架无法转动；车轮输入齿轮转动时，依次带动第一外行星齿轮、内行星齿轮和车轮输出齿轮转动，车轮输入齿轮和车轮输出齿轮传动比取决于车轮输入齿轮和车轮输出齿轮的齿数关系，即三挡。
前述的三挡可变速手推轮椅中，所述行星轮架的轴套表面设置有轴向的销钉滑槽，一挡架上设有与销钉滑槽对应的销钉，使得一挡架在移动式始终保持与行星轮架同步转动，一挡架的止转插销能对准止转槽。
前述的三挡可变速手推轮椅中，所述变挡器包括套设在一挡架上的连接环，连接环上设有连接臂，连接臂端部两侧分别设有二挡限位块和三挡限位块，且三挡限位块顶部设有伸入变档器固定架内的拉臂。
前述的三挡可变速手推轮椅中，所述行星轮架上设有与其垂直的三挡插槽，三挡架插设在三挡插槽内。
前述的三挡可变速手推轮椅中，所述车架上设有脚踏。
与现有技术相比，本发明通过在手推圈和后轮之间设置了三挡变速箱，使得手推圈的相同输入速度可以实现三种后轮输出速度，可以让使用者根据众多主观因素(如不同性别、不同年龄、不同使用时长等)和客观因素(如不同行程距离、不同坡度、迎风背风等)选择不同档位来操控手推轮椅，大大提高了使用者的行动自主性和机动性；通常情况下，使用者出行的路程距离是客观存在并不为人的意识而变化的。在中高速档的情况下，使用者还能通过在一定行程内减少推行时间从而降低对使用者上肢造成损伤的风险，具有重大的现实意义和实用价值。
本发明在车轮输出齿轮和车轮输入齿轮设置行星轮架和带轮齿的二挡架组成两套可联动的行星齿轮传动系统，并利用变挡器分别限制行星轮架、二挡架、行星齿轮的转动，实现输入输出的传动比调节，至少可以完成3种传动比，方便地实现3挡调节。本发明在结构上为简单的齿轮啮合方式，在变挡动作时，故障率较低，且操作也十分方便。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明三挡变速箱的爆炸结构原理图；
图3为本发明三挡变速箱的组装结构示意图；
图4为图3的背面视图；
图5为本发明的实施例的一挡状态示意图；
图6为本发明的实施例的二挡状态示意图；
图7为根据本发明的实施三挡状态示意图；
图8为实施例中止转插销的结构示意图。
附图标记：101-三挡变速箱，102-交叉收支架，103-车架，104-靠背，105-坐垫，106-挡腿，107-前轮，108-后轮，109-手推圈，110-变速线，111-变速器，112-脚踏，1-变档器固定架，2-变挡器，2.1-二挡限位块，2.2-三挡限位块，2.3-连接环，2.4-连接臂，2.5-拉臂，3-限位弹簧，4-一挡架，4.1-止转插销，5-三挡架，6-二挡架，6.1-轮齿，6.2-二挡定位凸起，7.1-第一外行星齿，7.2-第二外行星齿，8-行星轮架，8.1-轴套，8.2-销钉滑槽，8.3-三挡插槽，9-内行星齿轮，10-车轮输出齿轮，11-车轮输入齿轮，12-固定轴。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
实施例。一种三挡可变速手推轮椅，结构如图1所示，包括两个通过交叉收支架102连接在一起的车架103，两个车架103之间设有靠背104、坐垫105和挡腿106；每个车架103上设有前轮107和后轮108，后轮108内侧设有手推圈109，手推圈109和后轮108之间通过三挡变速箱101连接；所述三挡变速箱101通过变速线110与车架103上固定的变速器111相连。变速器11可使用变挡自行车用的变速线多级收紧装置。车架103上还设有脚踏112靠背104、坐垫105和挡腿106挡腿为透气性布，通过螺丝固定在车架103上；脚踏112为高强度塑料。
三挡变速箱101的结构如图2至4所示：包括固定轴12，固定轴12上固定有车轮输出齿轮10，车轮输出齿轮10与所述后轮108相固定；车轮输出齿轮10外均匀分布有多个与其啮合的内行星齿轮9，每个内行星齿轮9外侧均分别啮合有第一外行星齿轮7.1，所有外行星齿轮7均啮合在同一个车轮输入齿轮11内，车轮输入齿轮11与所述手推圈109固定；所述内行星齿轮9和第一外行星齿轮7.1设置在同一个行星轮架8上；所述行星轮架8通过第一轴承13.1与固定轴12转动连接；所述行星轮架8上在远离车轮输出齿轮10的一侧设有轴套8.1，轴套8.1通过第二轴承13.2与固定轴12转动连接；轴套8.1上，从靠近车轮输出齿轮10的一侧开始，依次设有二挡架6、一挡架4和三挡架5；一挡架4上设有变挡器2；二挡架6外侧设有轮齿6.1，轮齿6.1外侧啮合有与第一外行星齿轮7.1同轴固定的第二外行星齿轮7.2，二挡架6外侧还设有二挡定位凸起6.2；所述第二外行星齿轮7.2上设有与一挡架4上的止转插销4.1相配合的止转槽；止转插销4.1形状可为与止转槽相匹配的方形或三角形。为了防止第二外行星齿轮7.2因转动，在止转插销4.1与止转槽发生错位时，无法第一之间完成插入止转，本发明可以使用如图8所示的结构：所述止转插销4.1包括一个中空销体410，中空销体410侧壁均匀分布有小窗，小窗内设有卡块411，中空销体410内设有伸缩柱412，伸缩柱412上端为圆锥形，下端为半球形；所述卡块411外侧一端为圆弧面，内侧一端形状与伸缩柱412的圆锥面相匹配，且所有卡块411的内侧一端通过复位弹簧413，用于进行复位。止转槽可为圆形槽，槽内通过顶部弧形的分隔块分成数量与卡块411相同的止挡位；中空销体410外径要小于止转槽。当止转插销4.1插入止转槽时，一开始中空销体410很容易插入止转槽，但两者不能卡住，在进一步向内插入过程中，伸缩柱412抵住槽底后向内缩，进而向外顶出卡块411使其与止转槽的止挡位卡紧，两者完成卡接，第二外行星齿轮7.2便无法转动。
变挡器2上设有分别用于与二挡定位凸起6.2和三挡架5相抵的二挡限位块2.1和三挡限位块2.2。所述三挡架5和一挡架4之间设置有限位弹簧3，变挡器2上连接有用于使变挡器2在固定轴12轴向移动的变速线。所述行星轮架8的轴套8.1表面设置有轴向的销钉滑槽8.2，一挡架4上设有与销钉滑槽8.2对应的销钉，使得一挡架4在移动式始终保持与行星轮架8同步转动，一挡架4的止转插销4.1能对准止转槽。所述变挡器2包括套设在一挡架4上的连接环2.1，连接环2.3上设有连接臂2.4，连接臂2.4端部两侧分别设有二挡限位块2.1和三挡限位块2.2，且三挡限位块2.2顶部设有伸入变档器固定架1内的拉臂2.5。所述行星轮架8上设有与其垂直的三挡插槽8.3，三挡架5插设在三挡插槽8.3内。所述一挡架4上设有防止变挡器2脱出的销钉。
本发明的变挡原理：
1、一挡切换。
当变速线处于松弛状态，限位弹簧3将一挡架4向车轮输出齿轮10一侧挤压，使一挡架4的止转插销4.1插入第二外行星齿轮7.2的止转槽，从而第二外行星齿轮7.2、第一外行星齿轮7.1、内行星齿轮9均无法转动，行星轮架8与车轮输入齿轮11同步转动，车轮输入齿轮11和车轮输出齿轮10传动比为1:1。二挡限位块上应设置一挡槽，在一挡状态时，二挡定位凸起6.2对应在一挡槽内，以保证二挡架能正常转动。
2、二挡切换。
当变速线收紧时，变挡器2带动一挡架4外移，一挡架4的止转插销4.1脱离第二外行星齿轮7.2的止转槽，变挡器2的二挡限位块2.1移动至与二挡定位凸起6.2相抵，使二挡架6无法转动；车轮输入齿轮11转动时，第二外行星齿轮7.2在二挡架6外侧滚动，迫使行星轮架8自转，同时第二外行星齿轮7.2也依次带动内行星齿轮9和车轮输出齿轮10转动，车轮输入齿轮11和车轮输出齿轮10传动比取决于车轮输入齿轮11、二挡架6和车轮输出齿轮10的齿数关系。设车轮输入齿轮11、和二挡架6车轮输出齿轮10的齿数分别为Z3、Z2、Z1；
首先算车轮输入齿轮、第二外行星齿轮和二挡架组成一套行星齿轮传动系统，这个系统中车轮输入齿轮为齿圈，二挡架为太阳轮，在二挡状态时，二挡架固定(相当于太阳轮固定)，齿圈与太阳轮的齿数比为α＝Z3/Z2，根据特性方程式：n1+αn2-(1+α)n3＝0(式中n1、n2和n3分别为太阳轮、齿圈和行星架的转速，n1＝0)。根据公式可以计算出齿圈与行星架的速度比n2：n3＝(1+α)/α,
而在车轮输入齿轮、第二外行星齿轮和车轮输出齿轮10组成的行星齿轮传动系统中，车轮输出齿轮10为太阳轮(设其转速为n4)，齿圈与太阳轮的齿数比为β＝Z3/Z1,根据特性方程式：n4+βn2-(1+β)n3＝0,可计算得到最后的输入输出比为n2：n4＝(1+α)/[(1+β)α-(1+α)β]。本是实施例中可将其设置为1.8，用于中速挡。
3、三挡切换。
所述当变速线继续收紧时，变挡器2的三挡限位块2.2移动至与三挡架5相抵，二挡限位块2.1脱离至与二挡定位凸起6.2相抵位置，行星轮架8无法转动；车轮输入齿轮11转动时，依次带动第一外行星齿轮7.1、内行星齿轮9和车轮输出齿轮10转动，车轮输入齿轮11和车轮输出齿轮10传动比取决于车轮输入齿轮11和车轮输出齿轮10的齿数关系。设车轮输出齿轮和车轮输入齿轮齿数分别为Z1和Z3，则输入输出传动比为Z1/Z3，本是实施例可将Z1/Z3设置成1:3，达到高速挡。

Claims (8)

1.一种三挡可变速手推轮椅，其特征在于：包括两个通过交叉收支架(102)连接在一起的车架(103)，两个车架(103)之间设有靠背(104)、坐垫(105)和挡腿(106)；每个车架(103)上设有前轮(107)和后轮(108)，后轮(108)内侧设有手推圈(109)，手推圈(109)和后轮(108)之间通过三挡变速箱(101)连接；所述三挡变速箱(101)通过变速线(110)与车架(103)上固定的变速器(111)相连；所述三挡变速箱(101)包括固定轴(12)，固定轴(12)上固定有车轮输出齿轮(10)，车轮输出齿轮(10)与所述后轮(108)相固定；车轮输出齿轮(10)外均匀分布有多个与其啮合的内行星齿轮(9)，每个内行星齿轮(9)外侧均分别啮合有第一外行星齿轮(7.1)，所有外行星齿轮(7)均啮合在同一个车轮输入齿轮(11)内，车轮输入齿轮(11)与所述手推圈(109)固定；所述内行星齿轮(9)和第一外行星齿轮(7.1)设置在同一个行星轮架(8)上；所述行星轮架(8)通过第一轴承(13.1)与固定轴(12)转动连接；所述行星轮架(8)上在远离车轮输出齿轮(10)的一侧设有轴套(8.1)，轴套(8.1)通过第二轴承(13.2)与固定轴(12)转动连接；轴套(8.1)上，从靠近车轮输出齿轮(10)的一侧开始，依次设有二挡架(6)、一挡架(4)和三挡架(5)；一挡架(4)上设有变挡器(2)；二挡架(6)外侧设有轮齿(6.1)，轮齿(6.1)外侧啮合有与第一外行星齿轮(7.1)同轴固定的第二外行星齿轮(7.2)，二挡架(6)外侧还设有二挡定位凸起(6.2)；所述第二外行星齿轮(7.2)上设有与一挡架(4)上的止转插销(4.1)相配合的止转槽；变挡器(2)上设有分别用于与二挡定位凸起(6.2)和三挡架(5)相抵的二挡限位块(2.1)和三挡限位块(2.2)。
2.根据权利要求1所述的三挡可变速手推轮椅，其特征在于：所述三挡架(5)和一挡架(4)之间设置有限位弹簧(3)，变挡器(2)上连接有用于使变挡器(2)在固定轴(12)轴向移动的变速线(110)；当变速线(110)处于松弛状态，限位弹簧(3)将一挡架(4)向车轮输出齿轮(10)一侧挤压，使一挡架(4)的止转插销(4.1)插入第二外行星齿轮(7.2)的止转槽，从而第二外行星齿轮(7.2)、第一外行星齿轮(7.1)、内行星齿轮(9)均无法转动，行星轮架(8)与车轮输入齿轮(11)同步转动，车轮输入齿轮(11)和车轮输出齿轮(10)传动比为1:1。
3.根据权利要求2所述的三挡可变速手推轮椅，其特征在于：所述一挡架(4)上设有防止变挡器(2)脱出的销钉，当变速线(110)收紧时，变挡器(2)带动一挡架(4)外移，一挡架(4)的止转插销(4.1)脱离第二外行星齿轮(7.2)的止转槽，变挡器(2)的二挡限位块(2.1)移动至与二挡定位凸起(6.2)相抵，使二挡架(6)无法转动；车轮输入齿轮(11)转动时，第二外行星齿轮(7.2)在二挡架(6)外侧滚动，迫使行星轮架(8)自转，同时第二外行星齿轮(7.2)也依次带动内行星齿轮(9)和车轮输出齿轮(10)转动，车轮输入齿轮(11)和车轮输出齿轮(10)传动比取决于车轮输入齿轮(11)、二挡架(6)和车轮输出齿轮(10)的齿数关系。
4.根据权利要求3所述的三挡可变速手推轮椅，其特征在于：所述当变速线(110)继续收紧时，变挡器(2)的三挡限位块(2.2)移动至与三挡架(5)相抵，二挡限位块(2.1)脱离至与二挡定位凸起(6.2)相抵位置，行星轮架(8)无法转动；车轮输入齿轮(11)转动时，依次带动第一外行星齿轮(7.1)、内行星齿轮(9)和车轮输出齿轮(10)转动，车轮输入齿轮(11)和车轮输出齿轮(10)传动比取决于车轮输入齿轮(11)和车轮输出齿轮(10)的齿数关系。
5.根据权利要求2所述的三挡可变速手推轮椅，其特征在于：所述行星轮架(8)的轴套(8.1)表面设置有轴向的销钉滑槽(8.2)，一挡架(4)上设有与销钉滑槽(8.2)对应的销钉，使得一挡架(4)在移动式始终保持与行星轮架(8)同步转动，一挡架(4)的止转插销(4.1)能对准止转槽。
6.根据权利要求1所述的三挡可变速手推轮椅，其特征在于：所述变挡器(2)包括套设在一挡架(4)上的连接环(2.1)，连接环(2.3)上设有连接臂(2.4)，连接臂(2.4)端部两侧分别设有二挡限位块(2.1)和三挡限位块(2.2)，且三挡限位块(2.2)顶部设有伸入变档器固定架(1)内的拉臂(2.5)。
7.根据权利要求1所述的三挡可变速手推轮椅，其特征在于：所述行星轮架(8)上设有与其垂直的三挡插槽(8.3)，三挡架(5)插设在三挡插槽(8.3)内。
8.根据权利要求1所述的三挡可变速手推轮椅，其特征在于：所述车架(103)上设有脚踏(112)。
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