CN110539811B - 一种可实现轮式与履带式状态相互转换的履带轮 - Google Patents

Abstract

本发明是一种可实现轮式与履带式状态相互转换的履带轮，包括定长履带、驱动装置，驱动装置包括保持架和驱动制动总成，保持架包括内固定支架和外可动支架，外可动支架还包括支撑板、小齿轮伸缩杆和大齿轮伸缩杆；外可动支架和内固定支架间连接有辅助支撑杆；驱动制动总成包括中心驱动齿轮、履带驱动大齿轮和履带驱动小齿轮，中心驱动齿轮固定在内固定支架左右两侧之间，履带驱动大齿轮固定在大齿轮伸缩杆左右两侧之间，履带驱动小齿轮固定在小齿轮伸缩杆左右两侧之间，履带驱动大齿轮和履带驱动小齿轮分别与定长履带相啮合。本发明能够根据路况改和地形的不同改变状态，综合提高滚动性，载重性，稳定性，及时性，进一步增强实用性。

Description

一种可实现轮式与履带式状态相互转换的履带轮

技术领域

本发明属于车辆行走技术领域，具体涉及一种可实现轮式与履带式状态相互转换的履带轮。

背景技术

履带轮是一种轮履一体式行驶机构，通过行驶机构形状的变化，实现轮式与履带式的转换，其主要用于改善行驶机构与地面的接地情况，即在平坦硬质路面上以轮式状态行驶来提高行驶速度，在崎岖软质路面上以履带式状态行驶来提高通过性。

目前国内已授权的几种与轮履一体式行驶机构相关并且有代表性专利包括：一种可实现轮式与履带式状态相互转换的履带轮授权公告号为CN 105882774 B，其结构主要特点为保持架变形，驱动制动总成驱动履带旋转，该机构设计载重性、变形稳定性及时性都较好，但由于在轮式状态中心轴安装偏心，所以不具有滚动性能；除此以外，还有一种轮履转换机构授权公告号为CN 202358210 U，其结构主要特点为可变径驱动齿轮，其由于载重结构外设，所以载重性较好，但是由于其齿轮变径过程不具有连续性，所以其若使用自动变形装置变形时，机构变形稳定性和及时性较差。

轮履一体式行驶机构仍处于探索阶段，主要限制因素有结构设计导致的载重能力弱，控制技术导致的变形不稳定，传感技术导致的变形不及时等问题。因此针对载重性、变形稳定性、及时性和滚动性四个问题，提出一种新型可转换轮式状态与履带式状态的履带轮。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可切换轮履负重轮，以解决现有技术中导致的上述多项缺陷或缺陷之一。

为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的:

本发明是一种可实现轮式与履带式状态相互转换的履带轮，包括：驱动轴定长履带，保持架，驱动制动总成，单向轴承，执行器，诱导支重轮，其特征在于：

驱动轴安装于保持架和驱动制动总成的中心位置，分别用于对驱动履带轮轮式状态滚动和履带轮履带式状态旋转提供动力；

定长履带实现与地面的接触，承载车重，通过诱导支重轮的压迫与地面相作用，提供驱动车辆行驶的力；

保持架左右对称设置在驱动制动总成的两侧，保持架包括内固定支架和外可动支架，外可动支架还包括小齿轮伸缩杆，大齿轮伸缩杆和支撑板，其均匀布置在内固定支架的外周上，外可动支架和内固定支架之间连接有用于使定长履带转换状态的执行器和用于辅助定长履带转换状态的辅助支撑杆，小齿轮伸缩杆，大齿轮伸缩杆，辅助支撑杆和支撑板形成小齿轮伸缩杆旋转副、大齿轮伸缩杆旋转副、固定支架外侧旋转副、支撑板内侧旋转副，小齿轮伸缩杆滑动副、大齿轮伸缩杆滑动副，小齿轮伸缩杆旋转副固定在小齿轮伸缩杆上，大齿轮伸缩杆旋转副固定在大齿轮伸缩杆上，固定支架外侧旋转副固定在内固定支架上，支撑板内侧旋转副固定在支撑板上，小齿轮伸缩杆滑动副安装在内固定支架中，大齿轮伸缩杆滑动副安装于内固定支架中；

驱动制动总成包括中心驱动齿轮、履带驱动大齿轮和履带驱动小齿轮，以上共组成两种各三组且与驱动轴轴向平行的轮组，分别呈120°三向布置，安装在左右两侧保持架的之间，中心驱动齿轮固定在内固定支架左右两侧之间，履带驱动大齿轮固定在大齿轮伸缩杆左右两侧之间，履带驱动小齿轮固定在小齿轮伸缩杆左右两侧之间，履带驱动大齿轮和履带驱动小齿轮分别与定长履带相啮合，用于驱动定长履带；

单向轴承安装在内固定支架和驱动轴之间，用于连接保持架与驱动轴传递载荷，并且用于切换驱动轴动力输入位置，从而实现履带轮的行驶状态的变化；单向轴承可以根据实际受力等环境因素影响沿轴向增设；

执行器包括小齿轮执行器和大齿轮执行器，用于驱动保持架的变形，以及实现对保持架变形后的位置锁定；当驱动轴正向转动时，单向轴承卡死，带动履带轮整体正向滚动；当驱动轴反向转动时，单向轴承转动，带动履带正向旋转；

诱导支重轮安装于支撑板外侧用于在轮式状态与履带式状态转换时，起到导向和稳定定长履带的作用，利于履带轮状态转换的完成，此外还用于承载车重，并将车重传递给与地面接触的定长履带，最终传递给地面；车重不同时，诱导支重轮的数量也可能不同，具体数量可根据实际使用情况进行设计，在支撑板外沿上增设；

履带轮保持架状态转换时，大齿轮执行器沿滑动副F伸缩，以支撑点D为旋转中心，给小齿轮执行器施加一个沿滑动副E伸缩缩的力矩，使小齿轮执行器伸缩，从而实现轮式或履带式的状态转换；

履带轮共有三种行走状态，包括：

保持架处于轮式状态，驱动轴正向转动从而带动履带轮整体正向滚动；

保持架处于轮式状态，驱动轴反向转动从而带动定长履带2旋转正向前进；

保持架处于履带式状态，驱动轴反向转动从而带动定长履带旋转正向前进。

本发明的进一步改进在于：所述保持架为数排。

本发明的进一步改进在于：执行器为不带动力限位滑轨或液压缸或电动缸或气动缸以及其它可以伸缩的执行器。

本发明的有益效果是：本发明设计的履带轮能够根据路况和地形的不同改变行驶状态，即遇到平坦硬质路面时采用轮式行驶状态，减少磨耗，加快行驶速度；遇到崎岖软质路面时变形为三角形履带行驶状态，增加接地面积，从而提高行驶稳定性；

与其他履带轮相比，此车轮结构布置均匀，提高履带轮的滚动性；且变形后的三角履带结构组成若干个稳定三角形，提高履带轮的载重性；轮履状态转换过程连续且变形距离小，提高履带轮变形稳定性；由于采用执行器为液压伸缩机构，变形控制时延较小，提高履带轮变形的及时性。

附图说明

图1为本发明具体实施方式履带轮的原理示意图。

图2为本发明具体实施方式履带轮在轮式行走状态的示意图。

图3为本发明具体实施方式履带轮在履带式行走状态的示意图。

图4为本发明具体实施方式履带轮在轮式行走状态结构示意图。

图5为本发明具体实施方式履带轮在履带式行走状态结构示意图。

图6为本发明具体实施方式履带轮在轮式行走状态保持架示意图。

图7为本发明具体实施方式履带轮在履带式行走状态保持架示意图。

图8为本发明具体实施方式轮式行走状态驱动制动总成结构示意图。

图9为本发明具体实施方式履带式行走状态驱动制动总成结构示意图。

图10为本发明具体实施方式履带轮在轮式行走状态运动副示意图。

图11为本发明具体实施方式履带轮在履带式行走状态运动副示意图。

图12为本发明具体实施方式单向轴承安装位置示意图。

图13为本发明具体实施方式执行器安装位置示意图。

其中:驱动轴1，定长履带2，保持架3，内固定支架301，小齿轮伸缩杆302，大齿轮伸缩杆303，辅助支撑杆304，支撑板305，驱动制动总成4，中心驱动齿轮401，履带驱动大齿轮402，履带驱动小齿轮403，单向轴承5，执行器6，小齿轮执行器601，大齿轮执行器602，诱导支重轮7。

具体实施方式

为使本发明的目的，内容和优点更加清晰，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”，“下”，“左”，“右”，“顶”，

“底”，“内”，“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”，“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”，“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体的连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

本发明是一种可实现轮式与履带式状态相互转换的履带轮，通过控制执行器的伸缩，使保持架变形，从而实现履带轮两种状态的相互转换，参照图2，图3，图6，图7，图8，图9，图10，图11所示， ，可实现轮式与履带式状态相互转换的履带轮包括：驱动轴1定长履带2，保持架3，驱动制动总成4，单向轴承5，执行器6，诱导支重轮7，所述驱动轴1安装于保持架3和驱动制动总成4的中心位置，分别用于对驱动履带轮轮式状态滚动和履带轮履带式状态旋转提供动力；所述定长履带2实现与地面的接触，承载车重，通过所述诱导支重轮7的压迫与地面相作用，提供驱动车辆行驶的力；

如图6所示，所述保持架3左右对称设置在驱动制动总成4的两侧，所述保持架3包括内固定支架301和外可动支架，外可动支架还包括小齿轮伸缩杆302，大齿轮伸缩杆303和支撑板305，其均匀布置在内固定支架301的外周上，外可动支架和内固定支架301之间连接有用于使定长履带转换状态的执行器和用于辅助定长履带转换状态的辅助支撑杆304，辅助支撑杆304为弹性支撑杆，从而提高履带轮的减振能力，如图10-11所示，小齿轮伸缩杆302，大齿轮伸缩杆303，辅助支撑杆304和支撑板305形成小齿轮伸缩杆旋转副A、大齿轮伸缩杆旋转副B、固定支架外侧旋转副C、支撑板内侧旋转副D，小齿轮伸缩杆滑动副E、大齿轮伸缩杆滑动副F，保持架3为采用非理想杠杆结构，辅助支撑杆304为活动铰接，旨在减少小齿轮伸缩杆302和大齿轮伸缩杆303的变形量，且拥有同等的变形效果，小齿轮伸缩杆旋转副固定在小齿轮伸缩杆302上，大齿轮伸缩杆旋转副固定在大齿轮伸缩杆303上，固定支架外侧旋转副固定在内固定支架301上，支撑板内侧旋转副固定在支撑板305上，小齿轮伸缩杆滑动副安装在内固定支架301中，大齿轮伸缩杆滑动副安装于内固定支架301中；保持架3为数排，具体数目根据载重判断，

如图8所示，所述驱动制动总成4包括中心驱动齿轮401、履带驱动大齿轮402和履带驱动小齿轮403，驱动制动总成4有两种三组与驱动轴1轴向平行，分别呈120°三向布置，安装在左右两侧保持架3的之间，中心驱动齿轮401固定在内固定支架301左右两侧之间，履带驱动大齿轮402固定在大齿轮伸缩杆303左右两侧之间，履带驱动小齿轮403固定在小齿轮伸缩杆302左右两侧之间，履带驱动大齿轮402和履带驱动小齿轮403分别与定长履带2相啮合，用于驱动定长履带2的旋转，同时起到托带轮的作用，以及实现定长履带2的制动停转，抑制定长履带2在行驶过程中的振动幅度

如图12所示，所述单向轴承5安装在所述内固定支架301和驱动轴1之间，用于连接保持架3与驱动轴1传递载荷，并且用于切换驱动轴1动力输入位置，从而实现履带轮的行驶状态的变化；所述单向轴承5可以根据实际受力等环境因素影响沿轴向增设；

如图12-13所示，所述执行器6包括小齿轮执行器601和大齿轮执行器602，用于驱动保持架3的变形，以及实现对保持架3变形后的位置锁定；执行器6固定于小齿轮伸缩杆302和大齿轮伸缩杆303内部呈120°三向布置，另一端安装于内固定支架301的空腔中，起到了支承并约束履带轮结构的作用，用于实现对保持架3进行轮履两种状态转换变形的控制。此外，通过预设收缩限度，起到张紧轮的作用，用于保障适宜的张紧度，从而利于防止履带松脱，当驱动轴正向转动时，单向轴承卡死，带动履带轮整体正向滚动；当驱动轴反向转动时，单向轴承转动，带动履带正向旋转；所述执行器6为不带动力限位滑轨或液压缸或电动缸或气动缸以及其它可以伸缩的执行器；

如图2所示，所述诱导支重轮7安装于支撑板305外侧用于在轮式状态与履带式状态转换时，起到导向和稳定定长履带2的作用，利于履带轮状态转换的完成，此外还用于承载车重，并将车重传递给与地面接触的定长履带2，最终传递给地面；车重不同时，诱导支重轮7的数量也可能不同，具体数量可根据实际使用情况进行设计，在支撑板305外沿上增设；

履带轮保持架3状态转换时，大齿轮执行器602沿滑动副F伸缩，以支撑点D为旋转中心，给小齿轮执行器601施加一个沿滑动副E伸缩缩的力矩，使小齿轮执行器601伸缩，从而实现轮式或履带式的状态转换；

履带轮共有三种行走状态，包括：

保持架3处于轮式状态，驱动轴1正向转动从而带动履带轮整体正向滚动；

保持架3处于轮式状态，驱动轴1反向转动从而带动定长履带2旋转正向前进；

保持架3处于履带式状态，驱动轴1反向转动从而带动定长履带2旋转正向前进。

基于上述实施例的结构，该履带轮的具体运动方案为：

如图1和图13所示，履带轮从轮式状态转换为履带式状态保持架3的变形过程是：大齿轮执行器602沿滑动副F伸出，以支撑点D为旋转中心，给小齿轮执行器601施加一个沿滑动副E收缩的力矩，使小齿轮执行器601收缩，当保持架3完全变为履带式状态时，大齿轮执行器602停止动作；特别地，该过程为连续变化过程，在此期间定长履带2仍然可以低速旋转；参照图1，图12所示，履带轮从履带式状态转换为轮式状态的过程为逆过程。

对于履带轮的驱动制动总成4，参照图8所示，轮式行走状态，中心驱动齿轮401与履带驱动大齿轮402相啮合，与履带驱动小齿轮403相脱离；参照图9所示，履带式行走状态，中心驱动齿轮401与履带驱动大齿轮402相脱离，与履带驱动小齿轮403相啮合。

参照图1所示，履带轮在轮式状态下的行走方式分为两种：第一种为保持架3处于轮式状态，驱动轴1正向转动从而带动履带轮整体正向滚动；第二种为保持架3处于轮式状态，驱动轴1反向转动从而带动定长履带2旋转正向前进。参照图1所示，履带轮在履带式状态下的行走方式为保持架3处于履带式状态，驱动轴1反向转动从而带动定长履带2旋转正向前进。

基于上述实施例的结构，也可以引出其它不同的履带轮变形结构，具体为：

根据不同的实际情况，保持架3可以由双排改为多排，本实施例中设计成双排结构，且为多组杠杆结构，形成3组120°布置的执行器8，从而实现更稳定的变形以及更大负重的承载。

根据不同的实际情况，单向轴承5可以根据实际受力等环境因素影响沿轴向增设，本实施例中仅安装两个单向轴承。

根据不同的实际情况，执行器6可以是不带动力限位滑轨，液压缸，电动缸，或气动缸，以及其它可以伸缩的执行器；本实施列中，小齿轮执行器601不带驱动力，可简易理解为一个限位滑轨，大齿轮执行器602则带驱动力。

根据不同的实际情况，诱导支重轮7可根据实际载重增大在支撑板305外沿上增设，本实施例中，诱导支重轮7在每单个支重板305各安装两个。

本实施例中，辅助支撑杆304分别与支撑板305和保持架3相铰接，使其在支撑板305收缩过程中，辅助支撑杆304与保持架3之间的角度，围绕支撑板内侧旋转副D缩小，从而减小执行器6的伸缩量，以减小变形时间，此外，本实施例中的辅助支撑杆304具有一定的伸缩量，从而使得辅助支撑杆304与保持架3之间的角度，围绕架侧旋转副C缩小的更加快速，从而进一步减小执行器8的伸缩量，以减小变形时间，特别的本实施例中辅助支撑杆304具有的伸缩量，赋予其一定的弹性，实现更好的减振效果。

本发明的以上实例仅仅是对本发明优选实施方法的说明，并非对本发明进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，对本发明技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (3)

1.一种可实现轮式与履带式状态相互转换的履带轮，包括：驱动轴（1）、 定长履带（2）、保持架（3）、驱动制动总成（4）、单向轴承（5）、执行器（6）、诱导支重轮（7），其特征在于：

所述驱动轴（1）安装于保持架（3）和驱动制动总成（4）的中心位置，分别用于对驱动履带轮轮式状态滚动和履带轮履带式状态旋转提供动力；

所述定长履带（2）实现与地面的接触，承载车重，通过所述诱导支重轮（7）的压迫与地面相作用，提供驱动车辆行驶的力；

所述保持架（3）左右对称设置在驱动制动总成（4）的两侧，所述保持架（3）包括内固定支架（301）和外可动支架，外可动支架还包括小齿轮伸缩杆（302），大齿轮伸缩杆（303）和支撑板（305），其均匀布置在内固定支架（301）的外周上，外可动支架和内固定支架（301）之间连接有用于使定长履带转换状态的执行器和用于辅助定长履带转换状态的辅助支撑杆（304），小齿轮伸缩杆（302），大齿轮伸缩杆（303），辅助支撑杆（304）和支撑板（305）形成小齿轮伸缩杆旋转副、大齿轮伸缩杆旋转副、固定支架外侧旋转副、支撑板内侧旋转副，小齿轮伸缩杆滑动副、大齿轮伸缩杆滑动副，小齿轮伸缩杆旋转副固定在小齿轮伸缩杆（302）上，大齿轮伸缩杆旋转副固定在大齿轮伸缩杆（303）上，固定支架外侧旋转副固定在内固定支架（301）上，支撑板内侧旋转副固定在支撑板（305）上，小齿轮伸缩杆滑动副安装在内固定支架（301）中，大齿轮伸缩杆滑动副安装于内固定支架（301）中；

所述驱动制动总成（4）包括中心驱动齿轮（401）、履带驱动大齿轮（402）和履带驱动小齿轮（403），以上共组成两种各三组且与驱动轴（1）轴向平行的轮组，分别呈120°三向布置，安装在左右两侧保持架（3）的之间，中心驱动齿轮（401）固定在内固定支架（301）左右两侧之间，履带驱动大齿轮（402）固定在大齿轮伸缩杆（303）左右两侧之间，履带驱动小齿轮（403）固定在小齿轮伸缩杆（302）左右两侧之间，履带驱动大齿轮（402）和履带驱动小齿轮（403）分别与定长履带（2）相啮合，用于驱动定长履带（2）；

所述单向轴承（5）安装在所述内固定支架（301）和驱动轴（1）之间，用于连接保持架（3）与驱动轴（1）传递载荷，并且用于切换驱动轴（1）动力输入位置，从而实现履带轮的行驶状态的变化；

所述执行器（6）包括小齿轮执行器（601）和大齿轮执行器（602），用于驱动保持架（3）的变形，以及实现对保持架（3）变形后的位置锁定；

所述诱导支重轮（7）安装于支撑板（305）外侧用于在轮式状态与履带式状态转换时，起到导向和稳定定长履带（2）的作用，利于履带轮状态转换的完成，此外还用于承载车重，并将车重传递给与地面接触的定长履带（2），最终传递给地面；

履带轮保持架（3）状态转换时，大齿轮执行器（602）沿滑动副F伸缩，以支撑点D为旋转中心，给小齿轮执行器（601）施加一个沿滑动副E伸缩缩的力矩，使小齿轮执行器（601）伸缩，从而实现轮式或履带式的状态转换；

履带轮共有三种行走状态，包括：

保持架（3）处于轮式状态，驱动轴（1）正向转动从而带动履带轮整体正向滚动；

保持架（3）处于轮式状态，驱动轴（1）反向转动从而带动定长履带（2）旋转正向前进；

保持架（3）处于履带式状态，驱动轴（1）反向转动从而带动定长履带（2）旋转正向前进。

2.根据权利要求1所述一种可实现轮式与履带式状态相互转换的履带轮，其特征在于：所述保持架（3）为数排。

3.根据权利要求1所述一种可实现轮式与履带式状态相互转换的履带轮，其特征在于：执行器（6）为液压缸或电动缸或气动缸。

Images