CN108674091A - 一种万向球承重轮 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种万向球承重轮，包括固定架、主球和安装结构体；固定架包括至少三个轴承架，所有轴承架安装有心轴，并使这些心轴在一个水平面上按正多边形的结构均匀分布；每一个轴承架的心轴中心都安装有一个可以自由转动的辊筒结构；所有轴承架通过轴承架安装座固定在安装结构体下方，并架设在主球上，每一个辊筒结构的外圆柱面都与主球顶面相接触，且所有辊筒结构的轴心始终位于主球赤道位置以上；主球底部接触地面。与现有万向球承重轮相比，本发明的万向球承重轮具有重载、耐用、设计寿命周期内免维护、适用范围广等优点。

Description

一种万向球承重轮

技术领域

本发明属于机械工程元件技术领域，具体涉及一种万向球承重轮。

背景技术

万向轮是指安装在较重的运输车或者产品上或支脚上，能在动载或者静载中水平360度旋转的轮子，多安装在各种轻型家具、工具、短程运输车及设备上，起到承载和灵活运输的作用。

通常的万向球用于轻载场合，不能承受重负荷，且多用于多个组合，承受从上向下的重力，易损坏且寿命短。也有少量向下作用的专用万向球，其受力结构仍为刚性大球，加上一组小滚球的结构，通常用在地面平整且整洁的室内场合或其他人工修整过的场地，对于平整度低的地面则容易颠簸，受到冲击载荷影响寿命。

例如中国专利《万向球座》(申请号97207554、申请日97.1.31，授权公告号CN2294180Y)公开了一种万向球，其缺点有：A.滚珠(一组小滚球)运动轨迹不规则，各个滚珠和大球的磨损状态不一致。B.垂直于主球滚动方向(比作地球转动，滚动趋势线平面和球形相交的圆周定义为赤道)，通过球心的两端处(两个极点位置处)的滚珠，和主球相对转动线速度为0，称为运动死点。C.刚性主球配合刚性滚珠、刚性外壳，要求运动平面的平整度高，容易卡死、运动部件之间不易润滑，实际工程应用价值小。D.由于上述原因，传统的万向球承重能力相对较低，多数成组用于自动输送设备各种辊筒输送机、皮带输送机之间的整理环节，或者自动化设备的上料调整平台。

还有一种用于地面的无动力万向轮，其原理是支撑轮子的垂直轴可以通过轴承周向转动360度变化方向。其缺点是，如果垂直轴到地面投影和轮子与地面接触点(区域)重合，会有不转动的死区，滚动摩擦变为滑动摩擦，阻力大为增加且轮子局部过度磨损。如果轮子和地面接触点与垂直轴不重合，则实际支撑点的位置相对于载荷的重心位置在这个偏置范围内随机变化，在多个从动轮承载的方案下，会有不均匀磨损导致运动不稳定的情况。

因此，现有的工程应用的轮子，需要满足多种不同的技术要求时，需求用不同的部件分别实现各个独立的功能，比如普通轮子其灵活转动依赖轴承，支撑由轮辐或者一体形轮毂实现，对地面的摩擦、部分弹性依赖外侧的轮胎。缺少一种重载、耐用的万向球承重轮。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种万向球承重轮，避免无定向运动，进一步能稳定长期承受重负荷，且用于平整度低的地面，大幅度减少运动载体的牵引力。

本发明所采用的技术方案是，一种万向球承重轮，包括固定架、主球和安装结构体；固定架包括至少三个轴承架，所有轴承架安装有心轴，并使这些心轴在一个水平面上按正多边形的结构均匀分布；每一个轴承架的心轴中心都安装有一个可以自由转动的辊筒结构；所有轴承架通过轴承架安装座固定在安装结构体下方，并架设在主球上，每一个辊筒结构的外圆柱面都与主球顶面相接触，且所有辊筒结构的轴心始终位于主球赤道位置以上；主球底部接触地面。

该方案的原理是：对于固定直径的圆，可以通过与其外侧相切的另外两个圆定位。从而一个向下安装、不考虑转弯的轮子，可以在不需要轮轴的情况下，通过两个固定的轴承定位并转动。速度是矢量，向任意方向的转动的速度，可以分解为两个不同方向上支撑的速度，从而万向转动可以用分布在正多边形棱边上的辊筒结构的不同转动速度来支持。因此，主球的支撑由分布在正多边形上的一组辊筒提供，辊筒相对于主球的位置固定，避免了无定向运动。另外，辊筒结构作为独立小单元内部摩擦阻力低，可以非常灵活的转动且便于维护，以便在主球转动使保持对主球的良好支撑，减小主球转动的阻力。固定架的主要作用是支撑和连接轴承架，轴承架至少有三个，也可以是四个或者多个。

本发明的特点还在于：

进一步地，该万向球承重轮辊筒结构形成多层分布，每层辊筒结构都均匀分布在一个水平面上，以便辊筒的外形能最好地贴合大球的应变区域，且多组辊筒结构组合的设计能保证各个方向的运动支撑，更加便于主球在下方承受来自上方的重力，可以在体积增加不大的情况下，通过增设一组辊筒来承受更大的负荷。

进一步地，该万向球承重轮还可以增加包括至少三个位于主球下部的限位辊筒结构，限位辊筒结构也安装在轴承架上，并通过轴承架安装座固定在安装结构体上；所有限位辊筒结构在一个水平面上均匀分布，其轴心位于主球赤道线下方，限位辊筒结构底部不接触地面。辊筒结构和限位辊筒结构形成包围主球的框架结构，可以避免在完全自由状态下(例如无承载的搬运过程中)主球可以从上方辊筒支撑结构中自由地拿出，脱离整体结构。起到了对主球限位的作用，避免自由状态下主球掉出来。实际运动中，限位辊筒不受力。

进一步地，上述辊筒结构或限位辊筒结构内部包括至少一个安装在心轴上的轴承，轴承与轴承架之间也设有挡圈，防止轴承与轴承架之间摩擦损耗。若有多个轴承，轴承之间也设有挡圈。

进一步地，该万向球承重轮还包括限位筒，限位筒为下端收口的环形筒体结构，限位筒上端固定在安装结构体上，下端环形曲面收口至小于主球直径。限位筒对主球形成限位，可以避免主球掉出来，其目的和下部限位辊筒相同。

进一步地，限位筒下端铆接环形刷或环形铲，刷毛或铲前端接触主球球壁，用于在主球滚动时，去掉主球上从地面上粘附力的脏污异物。

进一步地，辊筒结构的外圆柱面为中间内凹、两端凸出的曲面，使主球受力负载更均衡。

进一步地，主球由刚性内层壳体及外层包胶组成。本发明主球采用不完全刚性设计，比常规万向球的金属主球能承受更多缓冲，可以承受相对平整度较差、但经过硬化的水泥平整地面等工业环境或存储库房的地面环境。

进一步地，主球外层包胶表面均匀分布有沟槽，用于包容小型颗粒杂物及必要的排水，以便在相对恶劣的环境下能正常工作。

进一步地，辊筒结构的外圆柱体外壁涂覆有自润滑塑料膜，避免某个辊筒处于和运动方向垂直时(此时相对运动的线速度最小)的摩擦力突增；或者用作辊筒或者轴承意外抱死、失效时摩擦阻力不至于突增导致过度局部磨损。

与现有技术相比，本发明的有益效果是，1)本发明主球包胶结构整体上不是完全刚性设计，比常规万向球的金属主球能承受更多缓冲，可以承受相对平整度较差、但经过硬化的水泥平整地面等工业环境或存储库房的地面环境、相当于轮胎，避免主球的快速磨损和变形。2)辊筒结构代替钢珠避免无定向运动，便于用润滑脂润滑，且润滑脂不直接和主球接触。3)多组辊筒结构组合的设计能保证各个方向的运动支撑，更加便于主球在下方承受来自上方的重力，因此可承受更多的负荷，可用于物流车、自动引导车、安装调整机构等大型设备中。4)便于根据承载力、安装尺寸、运动部件尺寸等进行标准化设计成系列产品满足各种工况使用。总而言之，本发明的万向球承重轮具有重载、耐用、设计寿命周期内免维护、适用范围广等优点。

附图说明

图1是本发明万向球承重轮的结构示意图；

图2是本发明辊筒结构的一种示意图；

图3是本发明辊筒结构的第二种示意图；

图4是本发明辊筒结构的第三种示意图；

图5是本发明主球的结构示意图；

图6是本发明固定架和限位辊筒结构示意图；

图7是本发明限位筒和尼龙刷结构示意图；

图8是本发明环形尼龙刷的立体示意图；

图9是本发明环形尼龙刷的剖面图；

图10是本发明固定架的另一种组合示意图。

图中，1.固定架，2.主球，3.安装结构体，4.轴承架，5.心轴，6.辊筒结构，7.轴承，8.挡圈，9.轴承架安装座，10.螺栓，11.弹性材料，12.内层壳体，13.外层包胶，14.螺纹，15.螺钉螺母，16.沟槽，17.限位辊筒结构，18.限位筒，19.环形尼龙刷，20.环形刷毛，21.环形钣金支架，22.轴向开孔。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但本发明并不限于这些实施方式。

本发明万向球承重轮的一种结构如图1所示，包括固定架1、主球2和安装结构体3三个主要部分。固定架1包括一组(四个)“U”形凸耳轴承架4(最简结构可以把U形简化为L形，但受力不如U形，仅用作示意)，每个轴承架4的末端安装有心轴5。四个心轴5的延长线能组成一个虚拟的正四边形的水平框架，每一个心轴中心都安装有一个可以自由转动的辊筒结构6。该辊筒结构如图2-4所示，辊筒结构6的外圆柱面是直筒形曲面，其内部包括两个安装在心轴上的轴承7(可以是普通深沟球轴承或者滚针轴承，图中为深沟球轴承，最简化情况可以把辊筒简化为一个轴承)。辊筒结构6的外圆柱面以及轴承7外圈涂覆有特氟龙或PEEK等自润滑塑料膜。两个轴承之间、以及轴承与轴承架之间均设有挡圈8。四个轴承架4共同安装于轴承架安装座9上，轴承架安装座9再通过螺栓10固定在安装结构体3上，使得辊筒结构6位于安装结构体3下方。安装结构体3的具体结构根据该承重轮在车体结构上的安装方式来设计，可以通过水平面或者垂直面的联接安装到车体上。轴承架安装座9和安装结构体3直接填塞有弹性材料11，如橡胶垫。主球2位于固定架1下方，其底部接触地面，顶部表面与固定架上四个辊筒结构的外圆柱面相接触，形成固定架架设在主球上的结构，并且四个辊筒结构的轴心始终位于主球赤道位置以上，见图1。

主球如图3所示，由刚性内层壳体12及外层包胶13组成。刚性内层壳体12为两片独立分开后拼合的结构，通过自身的内外螺纹14连接或辅助的螺栓螺母15连接(图中上半部分显示螺栓螺母连接结构，下半部分显示螺纹连接结构代表两种方案，并非同时使用两种方式)，连接后测量其平衡并进行调整；然后用钢丝悬挂在模具中进行注胶(或者在模具中用顶杆定位注胶以便得到主球外侧均匀的橡胶厚度)。注胶后再次进行平衡检测并修正。外层包胶采用聚氨酯或其他耐磨橡胶材料，且聚氨酯表面均匀分布有沟槽16。

本发明万向球承重轮的固定架还可以为多层结构，如图6所示，固定架包括上下两组“U”形凸耳轴承架，两组轴承架都位于主球赤道线上方。上面一组轴承架4包括四个“U”形凸耳轴承架，每个轴承架末端的心轴组成一个正四边形的水平框架，每一个心轴上都安装一个的辊筒结构。下面一组轴承架4包括六个“U”形凸耳轴承架，六个心轴组成一个正六边形的水平框架，每一个心轴上都安装一个辊筒结构。两组轴承架都通过轴承架安装座固定在安装结构体上。

该万向球承重轮还包括四个限位辊筒结构17，见图6，限位辊筒结构与上述辊筒结构相同，也安装在“U”形凸耳轴承架上，也通过轴承架安装座固定在安装结构上。四个限位辊筒结构在水平面上均匀分布，限位辊筒结构轴心都位于主球赤道线下方，且辊筒结构底部不接触地面。

主球2位于固定架的两层辊筒结构与限位辊筒结构之间的区域，主球底部接触地面，主球在运动过程中，其顶部始终与固定架的两层辊筒结构的外圆柱面相接触，且固定架的两层辊筒结构的轴承接受来自主球的力。但主球下部与限位辊筒结构的外圆柱面不接触，限位辊筒结构起对主球限位的作用。

为了适应不同尺寸的心轴，凸耳轴承架的两个“U”形悬臂上分别设置不同孔径的孔，可以让心轴从不同的直径处穿过，也便于更换不同大小的主球。

该万向球承重轮外部还设有限位筒18，见图1、7，限位筒18为下端收口的环形筒体结构，在装好主球后，限位筒上端通过螺钉安装到轴承架安装座9上，限位筒下端环形曲面收口至小于主球直径，对主球形成限位，可以避免主球掉出来。限位筒下端铆接环形尼龙刷19，如图8、9所示，尼龙刷主要是由固定(夹着)刷毛的环形钣金支架21和环形刷毛20组成。钣金支架弯成环形以便于用铆接的方式装在限位筒外壳上，一排刷毛向上并接触主球球壁，用于在主球滚动时，去掉主球上从地面上粘附力的脏污异物。限位筒18筒体上开设轴向开孔22，在保持该支架强度的前提下，便于排除异物，并且便于观察主球的磨损状态。

本发明的万向球承重轮还可以有其他结构变化，例如，辊筒结构或限位辊筒结构内的轴承可以是一个或多个(如图2-4)；辊筒结构的外圆柱面也可以是中间内凹、两端凸出的曲面，主球受力负载更均衡；辊筒结构也可以直接采用轴承(如图3、4)；固定架的辊筒结构的层数和每层的个数可以根据实际情况改变(如图10中为5个)，每层至少均匀分布有三个。限位辊筒结构的数量也至少均匀分布有三个。主球上还可以设置防尘盖，防尘盖固定在轴承架安装座底部；环形尼龙刷也可以更换为环形铲，铲前端接触主球球壁。总之，

本发明以上描述只是部分示例，但是本发明并不局限于上述结构。

Claims (10)

1.一种万向球承重轮，其特征在于，包括固定架、主球和安装结构体；固定架包括至少三个轴承架，所有轴承架安装有心轴，并使这些心轴在一个水平面上按正多边形的结构均匀分布；每一个轴承架的心轴中心都安装有一个可以自由转动的辊筒结构；所有轴承架通过轴承架安装座固定在安装结构体下方，并架设在主球上，每一个辊筒结构的外圆柱面都与主球顶面相接触，且所有辊筒结构的轴心始终位于主球赤道位置以上；主球底部接触地面。

2.根据权利要求1所述的万向球承重轮，其特征在于，还包括至少三个位于主球下部的限位辊筒结构，限位辊筒结构也安装在轴承架上，并通过轴承架安装座固定在安装结构体上；所有限位辊筒结构在一个水平面上均匀分布，其轴心位于主球赤道线下方，限位辊筒结构底部不接触地面。

3.根据权利要求1所述的万向球承重轮，其特征在于，所述辊筒结构形成多层分布，每层辊筒结构都均匀分布在一个水平面上。

4.根据权利要求1或2所述的万向球承重轮，其特征在于，所述辊筒结构或限位辊筒结构内部包括至少一个安装在心轴上的轴承，轴承之间设有挡圈，轴承与轴承架之间也设有挡圈。

5.根据权利要求1所述的万向球承重轮，其特征在于，还包括限位筒，限位筒为下端收口的环形筒体结构，限位筒上端固定在安装结构体上，下端环形曲面收口至小于主球直径。

6.根据权利要求5所述的万向球承重轮，其特征在于，所述限位筒下端铆接环形刷或环形铲，刷毛或铲前端接触主球球壁。

7.根据权利要求1所述的万向球承重轮，其特征在于，所述辊筒结构的外圆柱面为中间内凹、两端凸出的曲面。

8.根据权利要求1所述的万向球承重轮，其特征在于，所述主球由刚性内层壳体及外层包胶组成，所述刚性内层壳体为两片独立分开后拼合的结构。

9.根据权利要求8所述的万向球承重轮，其特征在于，所述主球外层包胶表面均匀分布有沟槽。

10.根据权利要求1所述的万向球承重轮，其特征在于，所述轴承架安装座和安装结构体之间设有弹性材料。