CN109624603A - 一种具有齿轮传动转换结构的变形车轮 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有齿轮传动转换结构的变形车轮，主要由轮毂，活动轮辋单元和伸缩轮辐单元组成，活动轮辋单元由弧形内框和弧形外框通过销轴及滑槽孔的滑动连接，活动轮辋单元通过头尾连接的串联方式构成轮辋结构；轮毂的弧面设有卡槽；伸缩轮辐单元包括固定框，滑动套筒，减震弹簧和减震杆，减震弹簧和减震杆套在滑动套筒内，滑动套筒通过轨轮卡在固定框内，减震杆卡在弧形外框内，固定框通过卡板卡在轮毂的卡槽内；门型滑框卡接梯形连接板，梯形连接板设有大齿轮和小齿轮，小齿轮与滑动套筒上的齿轮槽齿接。本发明构造了一种圆周向和径向均可变形的变形车轮，其变形灵活性高，变形恢复能力强，能够适应上下楼、越障等多种地形，适合推广使用。

Description

一种具有齿轮传动转换结构的变形车轮

技术领域

本发明涉及轮椅车轮技术领域，尤其涉及一种具有齿轮传动转换结构的变形车轮。

背景技术

普通轮椅不具备攀爬阶梯和越野越障功能，大大限制了其使用范围。因而，国内外的技术人员提出了很多爬楼越障的特殊轮椅，相关装置及专利的种类很多，主要包括履带式、轮组式及多足式等三大类，其功能及应用特点也是各有利弊。

如履带式轮椅在转弯时，钢圈履带对地面损害很大；多足式轮椅在行走时，各个车轮（或支撑脚）对地面压力比较均匀，但椅座随车轮（或支撑脚）起伏颠簸，乘坐者的重心不断改变，舒适度较差；轮组式轮椅在平整路面无障碍环境下行驶性能很好，但上下楼梯或越障时，重心变化起伏较大，会使乘坐者感到不适。

以上轮椅在越障时的舒适度及安全性不仅体现在轮椅的悬架结构，轮椅轮的不可变形性也是导致轮椅颠簸的重要因素。

履带式车轮能够适应各种坑洼地形，但其钢圈履带对地面损害很大，爬楼时易打滑，安全性较低；针对此，专利CN 108403318 A 提出了“一种可爬楼梯的变形车轮”，其采用外轮毂和内轮毂通过滑槽滑销滑动连接的轮毂结构，外轮毂连接固定式轮辐，内轮毂连接可动式轮辐，越障或爬楼时两个轮缘的活动端收拢或展开，从而使车轮适应爬楼的起伏；但在受压时，其轮辐无法收缩或伸长，各个轮辐的受压情况不一致，在一个轮毂越障后，其上的轮辐无法迅速恢复，导致轮毂也无法迅速恢复成圆形，造成行走障碍，有时甚至需要手动辅助恢复。

因此，设计一种能随地形变化而变形、同时越障过后轮圈又能迅速恢复滚动的轮椅轮很有必要，这一点也是轮椅领域的重要攻关课题之一。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种具有齿轮传动转换结构的变形车轮。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种具有齿轮传动转换结构的变形车轮，主要由轮毂，活动轮辋单元和伸缩轮辐单元组成，活动轮辋单元包括弧形外框和弧形内框，弧形外框的横断面为门框形，弧形外框弧面的一端设有U形缺口，弧形外框的平面设有滑槽孔和两个销孔，弧形内框套接在弧形外框的内部，弧形内框的平面也设有滑槽孔和一个销孔，弧形内框的一端设有凸块，凸块的平面也设有一个销孔，凸块的尺寸小于U形缺口的内径；弧形内框和弧形外框通过销轴及滑槽孔的滑动连接，其中一个弧形内框的销孔通过销轴卡接在其中一个弧形外框的滑槽孔中，同时其中一个弧形外框的一个销孔通过销轴卡接在其中一个弧形内框的滑槽孔中，其中一个弧形外框的另一个销孔与另一个弧形内框的销孔通过销轴卡接，相邻的活动轮辋单元通过头尾连接的串联方式构成轮辋结构；

轮毂的中心为动力轴，轮毂的弧面设有卡槽，卡槽的两侧壁也设有销孔；

伸缩轮辐单元包括固定框，滑动套筒，减震弹簧和减震杆，固定框由卡板，底板和两个对称的门型滑框组成，卡板和门型滑框分别位于底板的两侧，卡板通过销轴卡接在卡槽内；滑动套筒的封闭端通过销轴卡接有轨轮，轨轮架设在门型滑框的内框滑道上，滑动套筒的两外壁设有对称的齿轮槽，减震杆套接在滑动套筒的开口端，减震杆靠近滑动套筒的一端垫有减震弹簧，减震杆远离滑动套筒的一端也设有销孔，减震杆通过销轴卡接在弧形外框的销孔上；

门型滑框上也设有销孔，两个门型滑框通过销轴卡接有梯形连接板，梯形连接板上设有一个大齿轮和两个小齿轮，两个小齿轮通过大齿轮齿合连接，小齿轮的中轴卡接在门型滑框上的销孔内，小齿轮与齿轮槽齿合连接，相邻的伸缩轮辐单元通过梯形连接板依次串联连接。

优选地，销轴的尺寸略小于销孔的内径，销轴均采用松紧螺母进行封端。

优选地，轨轮的截面为凸形，轨轮远离滑动套筒的一端为凸端，轨轮的凸端与门型滑框滑动连接。

优选地，轨轮和门型滑框的材质均为高强度耐磨合金钢，轨轮与门型滑框的接触面经过光滑处理。

优选地，销轴和滑槽孔的接触面经过光滑处理。

优选地，减震弹簧具体为压缩弹簧。

优选地，大齿轮和小齿轮的齿轮比范围为2:1-10:1。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明采用弧形外框和弧形内框通过销轴及滑槽结构构成可伸缩的活动轮辋单元，相邻活动轮辋单元通过销轴连接且均可绕销轴旋转，采用固定框、滑动套筒、减震弹簧和减震杆通过轨轮及滑轨结构构成可伸缩的伸缩轮辐单元，相邻伸缩轮辐单元之间通过梯形连接板上的齿轮齿合连接，构成一种圆周向和径向均可变形的变形车轮，其变形灵活性高，变形恢复能力强，能够适应上下楼、越障等多种地形，适合大范围推广使用；同时齿轮结构将颠簸产生的压力均匀地分布在车轮的各个部位上，使起伏较小，提高车轮的减震效果，装在轮椅上提高了轮椅的舒适度。

附图说明

图1为本发明提出的一种具有齿轮传动转换结构的变形车轮的结构示意图；

图2为本发明提出的一种具有齿轮传动转换结构的变形车轮的装配图；

图3为本发明提出的一种具有齿轮传动转换结构的变形车轮的行走变形示意图；

图4为本发明提出的一种具有齿轮传动转换结构的变形车轮的齿轮转向示意图；

图5为本发明提出的一种具有齿轮传动转换结构的变形车轮爬台阶过程中活动轮辋单元的变形示意图。

图中：1轮毂、2弧形外框、3弧形内框、4U形缺口、5滑槽孔、6销孔、7凸块、8销轴、9动力轴、10卡槽、11固定框、12滑动套筒、13减震弹簧、14减震杆、15卡板、16门型滑框、17轨轮、18齿轮槽、19梯形连接板、20大齿轮、21小齿轮。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

参照图1-5，一种具有齿轮传动转换结构的变形车轮，主要由轮毂1，活动轮辋单元和伸缩轮辐单元组成，活动轮辋单元包括弧形外框2和弧形内框3，弧形外框2的横断面为门框形，弧形外框2弧面的一端设有U形缺口4，弧形外框2的平面设有滑槽孔5和两个销孔6，弧形内框3套接在弧形外框2的内部，弧形内框3的平面也设有滑槽孔5和一个销孔6，弧形内框3的一端设有凸块7，凸块7的平面也设有一个销孔6，凸块7的尺寸小于U形缺口4的内径；其中一个弧形内框3的销孔6通过销轴8卡接在其中一个弧形外框2的滑槽孔5中，同时其中一个弧形外框2的一个销孔通过销轴8卡接在其中一个弧形内框3的滑槽孔5中，其中一个弧形外框2的另一个销孔与另一个弧形内框3的销孔6通过销轴8卡接，相邻的活动轮辋单元通过头尾连接的串联方式构成轮辋结构；轮毂1的中心为动力轴9，轮毂1的弧面设有卡槽10，卡槽10的两侧壁也设有销孔6；伸缩轮辐单元包括固定框11，滑动套筒12，减震弹簧13和减震杆14，固定框11由卡板15，底板和两个对称的门型滑框16组成，卡板15和门型滑框16分别位于底板的两侧，卡板15通过销轴8卡接在卡槽10内；滑动套筒12的封闭端通过销轴8卡接有轨轮17，轨轮17架设在门型滑框16的内框滑道上，滑动套筒12的两外壁设有对称的齿轮槽18，减震杆14套接在滑动套筒12的开口端，减震杆14靠近滑动套筒12的一端垫有减震弹簧13，减震杆14远离滑动套筒12的一端也设有销孔6，减震杆14通过销轴8卡接在弧形外框2的销孔6上；门型滑框16上也设有销孔6，两个门型滑框16通过销轴8卡接有梯形连接板19，梯形连接板19上设有一个大齿轮20和两个小齿轮21，两个小齿轮21通过大齿轮20齿合连接，小齿轮21的中轴卡接在门型滑框16上的销孔6内，小齿轮21与齿轮槽18齿合连接，相邻的伸缩轮辐单元通过梯形连接板19依次串联连接。

参照图1-3，销轴8的尺寸略小于销孔6的内径，销轴8均采用松紧螺母进行封端，方便各部件连接后，均可自由绕销轴8旋转，提高变形车轮的灵活性。

参照图2，轨轮17的截面为凸形，轨轮17远离滑动套筒12的一端为凸端，轨轮17的凸端与门型滑框16滑动连接，轨轮17和门型滑框16的材质均为高强度耐磨合金钢，轨轮17与门型滑框16的接触面经过光滑处理，轨轮17类似于火车轮卡在固定框11的门型滑框16上，滑动与滚动结合，便于滑动套筒12在固定框11自由伸缩，从而使任一伸缩轮辐单元可相对独立的伸缩，提高变形车轮的变形幅度。

参照图1-3，销轴8和滑槽孔5的接触面经过光滑处理，便于弧形内框3在弧形外框2内滑行，这就意味着活动轮辋单元可以伸长或收缩，从而任一活动轮辋单元在越障过程中均可自由伸缩，同时相邻的活动轮辋单元之间可绕销轴8旋转，进一步提高车轮变形的幅度，从而提高越障的高度。

参照图1-3，减震弹簧13具体为压缩弹簧，越障时相邻的伸缩轮辐单元一个伸长、另一个收缩，各级伸缩轮辐单元相互传递弹性势能，各级伸缩轮辐单元的减震弹簧13都处于压缩状态，越障以后，压缩式弹簧自动回复，从而使各级伸缩轮辐单元恢复原长，从而使变形车轮恢复原状，提高车轮变形的恢复能力。

参照图1-4，大齿轮20和小齿轮21的齿轮比范围为2:1-10:1，可根据车轮的尺度自由调整齿轮比，以保证变形的灵活性及恢复力。

本发明的零配件装配示例：

1）活动轮辋单元的组装：弧形内框A凸块上的一个销孔标记为A1，弧形内框A上另一个销孔标记为A2，弧形外框a上U形缺口附近的销孔标记为a1，另一个销孔标记为a2，弧形外框b上U形缺口附近的销孔标记为b1，另一个销孔标记为b2；

弧形内框A套在弧形外框a内，且弧形内框A凸块伸出弧形外框a外，A2通过销轴8卡在弧形外框a的滑槽孔5中，a2通过销轴8卡在弧形内框A的滑槽孔5中，弧形内框A在弧形外框a内自由滑动，从而构成一个可自由收缩的活动轮辋单元，相邻的活动轮辋单元通过头尾连接的串联方式构成车轮的轮辋结构；A1、b1及减震杆14上的销孔由一个销轴穿接而成，从而将活动轮辋单元与伸缩轮辐单元连接。

2）伸缩轮辐单元的组装：减震杆14一端与活动轮辋单元连接，另一端与减震弹簧13一起填到滑动套筒12内，滑动套筒12通过一端的四个轨轮17卡接在固定框11的门型滑框16上，两个门型滑框16之间夹住梯形连接板19，同时使梯形连接板19上的小齿轮21与滑动套筒12外壁的齿轮槽18齿合连接，固定框11的卡板15通过销轴8卡接在轮毂1的卡槽10内，从而完成伸缩轮辐单元与轮毂1的连接。

3）相邻的伸缩轮辐单元之间通过梯形连接板19固定连接，齿轮连接方式为齿轮槽18-小齿轮21-大齿轮20-小齿轮21-齿轮槽18，如图4所示。由图4可知，当一个伸缩轮辐单元向轮毂1方向收缩时，其相邻的伸缩轮辐单元向轮辋方向伸长，从而完成受力的传递。

本发明的工作原理：遇障碍时，将与障碍物接触的活动轮辋单元受到的压力，即此活动轮辋单元向上倾斜变形，压力转换为减震弹簧13的弹性力，推动对应的伸缩轮辐单元向轮毂1方向收缩，在齿轮传递作用下，相邻的伸缩轮辐单元向轮辋方向伸长，推动另一个活动轮辋单元向下倾斜变形，同时这个减震弹簧13也受到压力，也存储一部分弹性力，所以以上过程不仅仅只是活动轮辋单元的变形传递过程及伸缩轮辐单元的伸缩传递过程，也是弹性力的依次传递过程。如图3及图5所示，当一个活动轮辋单元遇障碍物提升时，此活动轮辋单元向上倾斜的伸长，对应的伸缩轮辐单元也收缩，前后相邻的两个伸缩轮辐单元都向下倾斜的伸长，前后相邻的两个活动轮辋单元均伸长，利于前后相邻的两个活动轮辋单元离地更加近直至着地，也就是说，一处活动轮辋单元遇到障碍物，相邻两处活动轮辋单元都着地，从而将一处活动轮辋单元所述的压力均匀分布到附近两处，形成类似履带式的行走方式，同时由于减震弹簧13的存在，此变形容易收缩，从而使本发明适用于上下楼、越障等各种地形，但同时本发明对地压力远远小于履带式车轮对地的压力，提高了本发明的应用范围。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种具有齿轮传动转换结构的变形车轮，其特征在于，主要由轮毂（1），活动轮辋单元和伸缩轮辐单元组成，所述活动轮辋单元包括弧形外框（2）和弧形内框（3），所述弧形外框（2）和弧形内框（3）的横断面为门框形，所述弧形外框（2）弧面的一端设有U形缺口（4），所述弧形外框（2）的平面设有滑槽孔（5）和两个销孔（6），所述弧形内框（3）套接在弧形外框（2）的内部，所述弧形内框（3）的平面也设有滑槽孔（5）和一个销孔（6），所述弧形内框（3）的一端设有凸块（7），所述凸块（7）的平面也设有一个销孔（6），所述凸块（7）的尺寸小于U形缺口（4）的内径；其中一个所述弧形内框（3）的销孔（6）通过销轴（8）卡接在其中一个弧形外框（2）的滑槽孔（5）中，同时其中一个弧形外框（2）的一个销孔通过销轴（8）卡接在其中一个所述弧形内框（3）的滑槽孔（5）中，其中一个弧形外框（2）的另一个销孔与另一个所述弧形内框（3）的销孔（6）通过销轴（8）卡接，相邻的所述活动轮辋单元通过头尾连接的串联方式构成轮辋结构；

所述轮毂（1）的中心为动力轴（9），所述轮毂（1）的弧面设有卡槽（10），所述卡槽（10）的两侧壁也设有销孔（6）；

所述伸缩轮辐单元包括固定框（11），滑动套筒（12），减震弹簧（13）和减震杆（14），所述固定框（11）由卡板（15），底板和两个对称的门型滑框（16）组成，所述卡板（15）和门型滑框（16）分别位于底板的两侧，所述卡板（15）通过销轴（8）卡接在卡槽（10）内；所述滑动套筒（12）的封闭端通过销轴（8）卡接有轨轮（17），所述轨轮（17）架设在门型滑框（16）的内框滑道上，所述滑动套筒（12）的两外壁设有对称的齿轮槽（18），所述减震杆（14）套接在滑动套筒（12）的开口端，所述减震杆（14）靠近滑动套筒（12）的一端垫有减震弹簧（13），所述减震杆（14）远离滑动套筒（12）的一端也设有销孔（6），所述减震杆（14）通过销轴（8）卡接在弧形外框（2）的销孔（6）上；

所述门型滑框（16）上也设有销孔（6），两个所述门型滑框（16）通过销轴（8）卡接有梯形连接板（19），所述梯形连接板（19）上设有一个大齿轮（20）和两个小齿轮（21），两个小齿轮（21）通过大齿轮（20）齿合连接，所述小齿轮（21）的中轴卡接在门型滑框（16）上的销孔（6）内，所述小齿轮（21）与齿轮槽（18）齿合连接，相邻的所述伸缩轮辐单元通过梯形连接板（19）依次串联连接。

2.根据权利要求1所述的一种具有齿轮传动转换结构的变形车轮，其特征在于，所述销轴（8）的尺寸略小于销孔（6）的内径，所述销轴（8）均采用松紧螺母进行封端。

3.根据权利要求1所述的一种具有齿轮传动转换结构的变形车轮，其特征在于，所述轨轮（17）的截面为凸形，所述轨轮（17）远离滑动套筒（12）的一端为凸端，所述轨轮（17）的凸端与门型滑框（16）滑动连接。

4.根据权利要求1或3所述的一种具有齿轮传动转换结构的变形车轮，其特征在于，所述轨轮（17）和门型滑框（16）的材质均为高强度耐磨合金钢，所述轨轮（17）与门型滑框（16）的接触面经过光滑处理。

5.根据权利要求1所述的一种具有齿轮传动转换结构的变形车轮，其特征在于，所述销轴（8）和滑槽孔（5）的接触面经过光滑处理。

6.根据权利要求1所述的一种具有齿轮传动转换结构的变形车轮，其特征在于，所述减震弹簧（13）具体为压缩弹簧。

7.根据权利要求1所述的一种具有齿轮传动转换结构的变形车轮，其特征在于，所述大齿轮（20）和小齿轮（21）的齿轮比范围为2:1-10:1。