CN108656858A - 一种轮子及具有该轮子的行走装备 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种轮子，其轮毂用于与行走装备的转轴适配，多个弹性支撑件周向均布于轮毂的外周表面，弹性支撑件的本体向外延伸形成端部外圆弧段，多个弹性支撑件的外圆弧段周向依次间隔设置，且具有同心且等径的外凸圆孤面；且弹性支撑件具有受力形变区域和受力位变区域，配置为：其受力形变区域位于本体中段，运动过程受外力产生的形变应力方向与轮毂转动的切线方向趋于一致，以在形变应力释放时形成推动轮毂转动的作用力；外圆弧段为所述受力位变区域，可随形变的产生位移。本方案将传统刚性结构转化为刚柔并济结构，并取消外胎，可获得良好行走性能，并能够有效规避恶劣使用环境对轮子使用寿命的影响。本发明还提供一种具有该轮子的行走设备。

Description

一种轮子及具有该轮子的行走装备

技术领域

本发明涉及机械车轮技术领域，具体涉及一种轮子及具有该轮子的行走装备。

背景技术

众所周知，传统的轮子注重滚动的连贯性，其通过环形封闭的刚性轮圈获得滚动摩擦力。现有轮子大多由轮圈与轮毂、轮辐和罩装于轮圈外周的外胎构成，其中，轮毂通过轮辐与轮圈构成一刚性圆盘形结构，并通过外胎吸收承载过程中的冲击与振动载荷。

现有自动车或机动车的外胎主要包括两种结构形式，一种是充气橡胶轮胎，另一种是实心的橡胶或硅橡胶外胎。受其材质的限制，行驶过程中温度升高明显时，将直接影响使用安全和寿命；在条件比较恶劣的情况下容易漏气、爆胎或损坏，而导致无法行驶，环境适应性较差。

有鉴于此，亟待另辟蹊径针对轮子结构进行优化设计，以有效克服橡胶外胎所存在上述缺陷。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种结构优化的轮子，将传统刚性结构转化为刚柔并济结构，并取消外胎，在获得良好行走性能的基础上，能够有效规避恶劣使用环境对轮子使用寿命的影响。

本发明提供的轮子，包括轮毂和多个弹性支撑件，所述轮毂用于与行走装备的转轴适配，多个弹性支撑件周向均布于所述轮毂的外周表面，所述弹性支撑件的本体向外延伸形成端部外圆弧段，多个所述弹性支撑件的外圆弧段周向依次间隔设置，且具有同心且等径的外凸圆孤面；且所述弹性支撑件具有受力形变区域和受力位变区域，配置为：其受力形变区域位于本体中段，且运动过程受外力产生的形变应力方向与所述轮毂转动的切线方向趋于一致，以在所述形变应力释放时形成推动所述轮毂转动的作用力；所述外圆弧段为所述受力位变区域，可随所述形变的产生位移。

优选地，所述弹性支撑件整体呈朝向第一方向弯曲的趋势设置，所述第一方向与所述轮子的转动方向相反。

优选地，每个所述弹性支撑件的所述外圆弧段延伸至其弯曲方向相邻所述弹性支撑件的形变区域的径向外侧。

优选地，所述弹性支撑件的所述外圆弧段的与其本体连接位置处具有周向伸出的外凸部。

优选地，所述轮毂包括：内环部，用于与行走装备的转轴适配；外环部，外周表面与多个所述弹性支撑件相连；和多个内弹性支撑部，周向均布于所述内环部和所述外环部之间；且所述内弹性支撑部具有受力形变区域，所述内弹性支撑部的受力形变区域的刚度大于所述弹性支撑件的受力形变区域的刚度。

优选地，所述内环部和多个所述内弹性支撑部集成为一体，并可与所述外环部可拆卸连接；所述轮子还包括可选适配件，所述可选适配件可与所述外环部可拆卸连接，且具有适配另一行走装备的转动部件的接口。

优选地，所述弹性支撑件的受力形变区域由其本体回转盘绕或者迂回折弯形成，所述内弹性支撑部的受力形变区域由其本体回转盘绕或者迂回折弯形成。

优选地，所述外圆弧段的外凸圆孤面开设有插槽，所述插槽内可插装固定设置：防滑块，其外表面具有防滑结构；或者防陷板，其可在两个工作位置间切换，并配置为：位于第一工作位置的所述防陷板可内置于所述插槽内，位于第二工作位置的所述防陷板可外置于所述插槽，且其板体外沿轴向伸出于所述外圆弧段的两侧。

优选地，所述轮子还包括橡胶包覆层，所述橡胶包覆层覆盖多个所述弹性支撑件，且外部轮廓整体呈连续的圆盘状。

本发明还提供一种具有前述轮子的行走装备。

与现有技术相比，本发明改变传统轮子由轮与轮圈构成的圆盘形结构，将其由较为刚性结构转化为刚柔并济结构，并由此提供一种取消了外胎的轮子。本方案中，多个弹性支撑件周向均布于轮毂的外周表面，该弹性支撑件的本体向外延伸形成端部外圆弧段，各弹性支撑件的外圆弧段周向依次间隔设置，且具有同心且等径的外凸圆孤面，也即，运动过程中与路面接触的部位；同时，在弹性支撑件的本体中段形成受力形变区域，且可其在外力作用下可产生的形变，该形变应力方向与轮毂转动的切线方向趋于一致，从而在释放形变储能时形成推动轮毂转动的辅助作用力；此过程中，外圆弧段为受力位变区域，可随所述形变的产生位移，受压内收或释放回位。应用本方案，具有下述有益技术效果：

首先，本方案中周向均布弹性支撑件的设置，在轮子运动过程，一方面可通过结构自身几何形态的弹性应变，即可以直接吸收轮子滚动运动中产生的冲击与振动能量，获得较好的避振效果；同时其形变应力方向与轮毂转动的切线方向趋于一致，该形变应力回弹矢量大部分与轮毂切线方向一致，在结构弹性应变的释放过程，该分能量可为为轮子的旋转提供助力，也即，转换为转动力矩作有用功的能量与指向推动轮殻转动的切线方向的载荷脉冲幅程度成正比，从而可通过更加吻合障碍物所需作用力的再分配，提升通过障碍物的能力。此外，较大幅度的弹性应变可形成的更多承载的接触面积，提升防陷落的能力，提高在松软路况的通过性。如此设置，本方案提供的轮子具有刚柔并济的能力，有效兼顾了行走装备的避振效果以及通过性能的提升。

其次，每个弹性支撑件的外圆弧段延伸至其弯曲方向相邻弹性支撑件的形变区域的径向外侧；由此，有序分布的端部外圆弧段，与相邻弹性支撑件的交错布置，使得轮子滚动过程形成更加可靠的脉冲式连续转动，进一步提高其运动稳定性。

第三，在本发明的优选方案中，每个弹性支撑件的外圆弧段的与其本体连接位置处具有周向伸出的外凸部，相邻两个外圆弧段间隔设置形成非连贯的开口区域，在障碍物的挤压下张开后可夹抵障碍物，进一步提升通过阻碍物的能力。

第四，在本发明的另一优选方案中，其轮毂具有周向均布的多个内弹性支撑部，每个内弹性支撑部具有受力形变区域，且内弹性支撑部的受力形变区域的刚度大于弹性支撑件的受力形变区域的刚度。由此，针对承载过程的冲击与振动载荷，形成两级冲击载荷的吸收，特别是可吸收紧急制动或者车辆剧烈起伏过程形成的较大冲击载荷。

第五，在本发明的又一优选方案中，轮毂的内环部和内弹性支撑部集成为一体，与外环部为可拆卸连接；并采用可选适配件进行连接替换，通过该选适配件上的接口与另一行走设备的转动部件连接，即可应用于不同的使用情境，具有较好的可适应性。

第六，优选在外圆弧段的外凸圆孤面开设有插槽，该插槽内可插装固定设置特殊路况选配件，例如防滑块或防陷板。实际使用时，冰雪路况下可将具有防滑表面结构的防滑块插装于外圆弧段上，由此通过摩擦系数的增大提高其防滑性能；松软路况下可将可伸出切换工作位置的防陷板插装于外圆弧段上，由此可通过其板体外伸达成增加接地面积，而进一步提高在松软路况的通过性。

最后，优选该轮子还包括覆盖外周弹性支撑件橡胶包覆层，外部轮廓整体呈连续的圆盘状，也就是说，间隙(开口)由柔性材料进行衔接，轮子外观呈传统轮子的圆盘状，滚动过程中外圈连贯，进一步提高其运转平稳性。

附图说明

图1为实施例一所述轮子的立体示意图；

图2为实施例一所述轮子的正视图；

图3示出了所述轮子的使用状态示意图；

图4示出了弹性支撑件受力形变区域的另一种方式；

图5为实施例二所述轮子的另一使用状态的装配关系示意图；

图6为实施例二所述拆掉轮毂内环和内弹性支撑部的轮子示意图；

图7为实施例二所述可选适配件的示意图；

图8为实施例三所述轮子的示意图；

图9为实施例四所述轮子的示意图；

图10为图9的F-F剖面图；

图11为另外一种功能模块防陷板的使用状态示意图。

图中：

轮毂1、内环部11、内弹性支撑部12、外环部13、可选适配件14、接口141、减重孔142、弹性支撑件2、外圆弧段21、外凸部22、插槽23、防滑块24、防滑钉25、防陷板26、橡胶包覆层3、通孔31。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

实施例一：

请参见图1和图2，其中，图1为本实施例所述轮子的立体示意图，图2为该轮子的正视图。

该轮子主要包括用于与行走装备的转轴(图中未示出)适配的轮毂1和弹性支撑件2，多个弹性支撑件2周向均布于轮毂1的外周表面。这里，多个弹性支撑件2兼具传统轮子的轮辐和轮圈的功能，并基于其自身刚柔并济的能力取消了外胎。

如图所示，弹性支撑件2的本体向外延伸形成端部外圆弧段21，多个弹性支撑件1的外圆弧段21周向依次间隔设置，相邻两个外圆弧段形成非连贯的开口区域A。且各外圆弧段21具有同心且等径的外凸圆孤面，构成与该轮子承载滚动过程中的接地部位。具体地，每个弹性支撑件均具有受力形变区域B和受力位变区域C，配置为：其受力形变区域C位于本体中段，运动过程受外力产生的形变应力方向与所述轮毂转动的切线方向趋于一致，如图3中箭头D所示，以形成推动轮毂1转动的辅助作用力；外圆弧段21为受力位变区域C，可随受力形变区域C形变的产生位移，受压形变时向内位移，释放形变时向外位移。图3示出了本实施例所述轮子的使用状态示意图，图中虚线所示为相应位置处弹性支撑件1的姿态。该轮子的弹性应变幅度可大于传统轮胎的弹性应变幅度，提高通行低摩擦系数路面(冰雪)能力；同时，可提升防陷落的能力，进一步提高在松软路况的通过性。

这里，“受力形变区域”是指滚动过程承载受力发生弹性变形的区域，“受力位变区域”是指滚动过程随形变区域的形变而发生位置变化的区域，理论上，该“受力位变区域”不发生形变，该区域基于材料特征而产生的微量形变相对于“受力形变区域”的形变量可忽略不计。需要说明的是，“受力形变区域”和“受力位变区域”的表达仅用于清楚示明本方案的作用机理，应当理解，上述两区域的表达并非构成对相应工作区域的绝对划分限制。

具体地，该弹性支撑件1的受力形变区域B由其本体回转盘绕形成，类似于穿越式弹簧结构；也可以如图4中所示，采用由其本体迂回折弯的方式形成受力形变区域B，只要满足形变储能并可在释能过程中提供转动驱动力的功能需要均在本申请请求保护的范围内。

为了进一步优化其通过性能，该弹性支撑件2整体呈朝向第一方向弯曲的趋势设置，该第一方向与轮子的转动方向相反。结合图3所示，该趋势设置弹性支撑件2使其在运动过程中接地更加顺畅。进一步地，每个弹性支撑件2的外圆弧段21延伸至其弯曲方向相邻弹性支撑件2的形变区域的径向外侧，也就是说，一个弹性支撑件2外圆弧段21位于与其相邻的另一弹性支撑件2的形变区域B的径向外侧，有序分布的端部外圆弧段，与相邻弹性支撑件的交错布置，使得轮子滚动过程形成更加可靠的脉冲式连续转动，进一步提高其运动稳定性。

如图所示，弹性支撑件2的外圆弧段21的与其本体连接位置处具有周向伸出的外凸部22。相邻两个外圆弧段21间隔设置形成非连贯的开口区域A，在障碍物的挤压下张开后可夹抵障碍物，或者该外凸部22还可以如图3所示搭抵台阶状路面障碍，从而进一步提升通过阻碍物的能力。

为了进一步吸收紧急制动或者车辆剧烈起伏过程形成的较大冲击载荷，该轮毂1可以包括用于与行走装备的转轴适配的内环部11、外环部13，和置于内环部11和外环部13之间的多个内弹性支撑部12。

如图所示，外环部13外周表面与多个弹性支撑件1相连，多个内弹性支撑部12周向均布于内环部11和外环部13之间；且内弹性支撑部12具有受力形变区域E，该内弹性支撑部12的受力形变区域E的刚度大于弹性支撑件1的受力形变区域B的刚度。由此，针对承载过程的冲击与振动载荷，形成两级冲击载荷的吸收，也就是说，冲击振动首先由弹性支撑件1的受力形变区域B吸收，当该区域的形变吸能接近饱合状态时，则内弹性支撑部12的受力形变区域E启用吸能，特别是可吸收紧急制动或者车辆剧烈起伏过程形成的较大冲击载荷。

同样地，内弹性支撑部12的受力形变区域E可以由其本体回转盘绕形成，也可以由其本体迂回折弯形成。

此外，本方案提供的轮子构件可以采用铝合金或高强度塑料制成。

实施例二：

本方案与实施例一的区别在于，针对轮毂结构的变化及可选适配件14的增设，由此可适用于另一行走设备的临时代行功能。请参见图5，该图示出了本实施例所述轮子另一使用状态装配关系示意图，为了清楚示出本实施与实施例一的区别和联系，图中相同功能构件采用相同标记进行示明。

具体地，该内环部11和多个内弹性支撑部12集成为一体，并可与外环部13可拆卸连接，例如螺纹连接或卡合连接；也即，内环部11和内弹性支撑部12可自外环部13上拆卸下来，其中，可选适配件14也可与外环部13可拆卸连接，同样采用螺纹连接或卡合连接，且可选适配件14具有适配另一行走装备的转动部件的接口141，例如汽车的车轮轮毂。如图5所示，将可选适配件14与外环部13进行替换组装后，组装有可选适配件14后的轮子可以适用于故障汽车车轮，即可具备短程的临时代行功能。

当然，为了最大限度地控制产品自重，可选适配件14上可以开设有周向均布的多个减重孔142。

实施例三：

本方案与实施例一或实施例二的区别在于，该轮子增设有橡胶包覆层3，该橡胶包覆层3覆盖多个弹性支撑件2，且外部轮廓整体呈连续的圆盘状，形成整体包覆。请参见图8，该图为本方案所述轮子的示意图，为了清楚示出本实施与实施例一、二的区别和联系，图中相同功能构件采用相同标记进行示明。

也就是说，间隙(开口)由柔性材料进行衔接，轮子外观呈传统轮子的圆盘状，即，圆盘结构的刚柔并济特性由弹性骨架与高弹性包覆材料构成，在滚动过程中外圈连贯，进一步提高其运转平稳性。这里，橡胶包覆层3可以选择发泡硅橡胶等材料，具体可根据需要辅以不同色彩或图案，提高用户体验。

同样地，为了美观和控制自重，弹性支撑件2间的橡胶包覆层3上可以开设有周向均布的多个通孔31。

实施例四：

本方案与实施例一或实施例二的区别在于，弹性支撑件2的外圆弧段21的结构变化及路况选配模块的增设。请参见图9，该图为本方案所述轮子的示意图，为了清楚示出本实施与实施例一、二的区别和联系，图中相同功能构件采用相同标记进行示明。

如图所示，外圆弧段21的外凸圆孤面开设有插槽23，该插槽23内可插装固定设置防滑块24，防滑块24的外表面具有防滑结构。请一并参见图10，该图为图9的F-F剖面图。

结合图10所示，该防滑块2一端可插装于外圆弧段21插槽23中，并形成防脱的限位固定副，另一端外表面的防滑结构可以为图中所示的防滑钉25，也可以为该外表面设置的网状防滑凸棱，只要能够增加运动过程的滚动摩擦系数均可。

此外，还可以采用可插装于插槽23内的其他功能模块，例如防陷板26，在特殊路况下可作为行走设备的防滑、防陷辅助轮使用。

如图11所示，该图示出了功能模块防陷板的使用状态。该防陷板26可在两个工作位置间切换，并配置为：位于第一工作位置的防陷板26可内置于插槽23内，位于第二工作位置的防陷板26可外置于插槽(图中未示出，可卷置于槽内)。如图所示，该防陷板26的板体外沿轴向伸出于外圆弧段21的两侧。松软路况下可将可伸出切换工作位置的防陷板26插装于外圆弧段上，由此可通过其板体外伸达成增加接地面积，而进一步提高在松软路况的通过性。

除前述实施例提供的轮子外，本实施方式还提供一种应用前述轮子的行走装备。该行走装备可以为自行车或机动车。应当理解，行走装备的其他功能部分非本申请的核心发明点所在，本领域技术人员可以基于现有技术实现，故本文不再赘述。

需要说明的是，图中所示轮子的弹性支撑件及轮毂的内弹性支撑部均为六个示例性说明，不失一般性，弹性支撑件及内弹性支撑部可以根据不同设备的具体要求设置为其他复数个，而非局限于图中所示的数量。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种轮子，其特征在于，包括：

轮毂，用于与行走装备的转轴适配；和

多个弹性支撑件，周向均布于所述轮毂的外周表面，所述弹性支撑件的本体向外延伸形成端部外圆弧段，多个所述弹性支撑件的外圆弧段周向依次间隔设置，且具有同心且等径的外凸圆孤面；且

所述弹性支撑件具有受力形变区域和受力位变区域，配置为：其受力形变区域位于本体中段，且运动过程受外力产生的形变应力方向与所述轮毂转动的切线方向趋于一致，以在所述形变应力释放时形成推动所述轮毂转动的作用力；所述外圆弧段为所述受力位变区域，可随所述形变的产生位移。

2.根据权利要求1所述的轮子，其特征在于，所述弹性支撑件整体呈朝向第一方向弯曲的趋势设置，所述第一方向与所述轮子的转动方向相反。

3.根据权利要求2所述的轮子，其特征在于，每个所述弹性支撑件的所述外圆弧段延伸至其弯曲方向相邻所述弹性支撑件的形变区域的径向外侧。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的轮子，其特征在于，所述弹性支撑件的所述外圆弧段的与其本体连接位置处具有周向伸出的外凸部。

5.根据权利要求4所述的轮子，其特征在于，所述轮毂包括：

内环部，用于与行走装备的转轴适配；

外环部，外周表面与多个所述弹性支撑件相连；和

多个内弹性支撑部，周向均布于所述内环部和所述外环部之间；且

所述内弹性支撑部具有受力形变区域，所述内弹性支撑部的受力形变区域的刚度大于所述弹性支撑件的受力形变区域的刚度。

6.根据权利要求5所述的轮子，其特征在于，所述内环部和多个所述内弹性支撑部集成为一体，并可与所述外环部可拆卸连接；所述轮子还包括可选适配件，所述可选适配件可与所述外环部可拆卸连接，且具有适配另一行走装备的转动部件的接口。

7.如权利要求5所述的轮子，其特征在于，所述弹性支撑件的受力形变区域由其本体回转盘绕或者迂回折弯形成，所述内弹性支撑部的受力形变区域由其本体回转盘绕或者迂回折弯形成。

8.如权利要求1所述的轮子，其特征在于，所述外圆弧段的外凸圆孤面开设有插槽，所述插槽内可插装固定设置：

防滑块，其外表面具有防滑结构；或者

防陷板，其可在两个工作位置间切换，并配置为：位于第一工作位置的所述防陷板可内置于所述插槽内，位于第二工作位置的所述防陷板可外置于所述插槽，且其板体外沿轴向伸出于所述外圆弧段的两侧。

9.如权利要求1所述的轮子，其特征在于，所述轮子还包括橡胶包覆层，所述橡胶包覆层覆盖多个所述弹性支撑件，且外部轮廓整体呈连续的圆盘状。

10.一种具有权利要求1至9中任一项所述轮子的行走装备。