CN111152601A - 一种载人月球车弹性仿生步行轮 - Google Patents

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Abstract

一种载人月球车弹性仿生步行轮属航天技术领域，本发明的轮辐组中18个轮辐的连接板经螺栓螺帽分别与轮面组的左轮面组、中轮面组和右轮面组中轮面的底面固接，轮辐组中18个轮辐的支杆内端，按照轮面组的左轮面组、中轮面组和右轮面组中轮面的排列关系，固接于轮毂中轮毂轴的表面。本发明的滚动阻力小，通过性、平顺性好，负载能力强，可靠性高；采用弹簧钢板的环形轮面，受载时产生弹性变形，可增大轮壤接触面积，提高车轮牵引力，同时，弹性变形可吸能减震，提升乘坐舒适性，吸收的能量还可用于轮面恢复原状；设置在轮面表面的横向轮刺可提高月壤对车轮的推力，能提升车轮的牵引性能和爬坡性能。

Description

一种载人月球车弹性仿生步行轮
技术领域
本发明属航天技术领域，具体涉及一种载人月球车弹性仿生步行轮。
背景技术
随着月球探测活动的频繁，载人月球车的研究逐渐兴起。载人月球车不仅可以搭载月球探测的仪器，也可以作为航天员的交通工具,是月球探测的一个重要工具。车轮作为直接与月面接触的零件，起承载、驱动、转向等作用，是月面车辆最关键的部件之一。月球特殊的真空和辐射环境，使得橡胶充气轮胎不再适用。现有的月球车车轮，一般为小尺寸、轻载荷金属车轮，且多为刚性车轮，存在牵引性能差、缓冲性能差等缺点，不能满足载人月球车轮的技术要求。
仿生步行轮的运动研究表明，可以明显减小滚动阻力，提升通过能力。但是传统步行轮形成的跨步方案不是圆周滚动，不可避免的造成轮心的垂直波动，从而降低车辆的平顺性，使得传统步行轮的应用受到一定限制。
因此，需要开发一种新型载人月球车弹性仿生步行轮，以获得较好的通过能力，较大的负载能力，较小的滚动阻力，并且获得良好的乘坐舒适性。
发明内容
本发明的目的在于克服上述车轮的缺点和不足，设计一种结构简单、通过能力好、负载能力强且乘坐舒适性较好的载人月球车弹性仿生步行轮。
本发明由轮毂A、轮辐组B、轮面组C和螺栓螺帽组D组成，其中螺栓螺帽组D由72个螺栓螺帽组成；轮辐组B中18个轮辐的连接板5经螺栓螺帽组D的螺栓螺帽，分别与轮面组C的左轮面组E、中轮面组F和右轮面组G中轮面7的底面固接；轮辐组B中18个轮辐的支杆4内端，按照轮面组C的左轮面组E、中轮面组F和右轮面组G中轮面7的排列关系，固接于轮毂A中轮毂轴1的表面。
所述的轮毂A由轮毂轴1和法兰2组成，法兰2固接于轮毂轴1一端，法兰2上设有孔组Ⅰ3的6个孔，用于与传动轴连接。
所述的轮辐组B由18个轮辐组成，轮辐的结构完全相同，均由支杆4和连接板5组成，连接板5固接于支杆4外端，连接板5上设有孔组Ⅱ6的4个孔，用于连接轮面7。
所述的轮面组C由左轮面组E、中轮面组F和右轮面组G组成，左轮面组E、中轮面组F和右轮面组G各由结构完全相同的6个轮面7组成，轮面7为封闭环结构，轮廓由圆弧mn、直线np、圆弧pq、圆弧qr、直线rs、圆弧st、圆弧tu、直线uv、圆弧vw、圆弧wm顺序连接而成；其中：圆弧mn、圆弧pq、圆弧tu和圆弧vw的半径R1均为：20mm≦R1≤80mm；直线np和直线uv长度相等，且0mm≤np＝uv≤700mm；圆弧wm的半径R2为：300mm≤R2≤750mm；圆弧qr和圆弧st的半径均R3为：50≤R3≤700mm，直线rs的长度为：30mm≤rs≤650mm，直线rs距轮面弧心的距离h1为：50mm﹤h1﹤700mm；直线np与直线uv的夹角β为：30°≤β≤60°。
轮面7的顶面均布并固接有轮刺组8的3个轮刺，轮刺可以增大牵引力，提高车轮的通过能力，轮刺横截面为正方形，正方形边长a为：0﹤a﹤100mm。
轮面7的底面中心设有孔组Ⅲ9的4个孔，用于连接连接板5。
左轮面组E、中轮面组F和右轮面组G自左至右顺序排列，其中左轮面组E和右轮面组G的轮面平行设置，中轮面组F的轮面与左轮面组E和右轮面组G的轮面错位角θ2为30°，同一轮面组内相邻的的两个轮面夹角θ1为60°。
所述轮面组C的轮面材料为弹簧钢，以增大轮面的弹性；所述轮毂A和轮辐组B的轮辐的材料为铝合金，以便减轻车轮质量。
本发明工作原理及过程如下：
本发明提供一种载人月球车弹性仿生步行轮，车轮滚动时，环形均布的轮面组形成步行轮的跨步机制，步行轮滚动阻力小，越障能力强，通过性好，三组交错排列的轮面可以保证任意时刻都有轮面与月壤接触，有效的提升了步行轮的平顺性，轮面在载荷作用下产生弹性变形，增大了车轮与月壤的接触面积，可以减小沉陷，提高车轮牵引力。轮面的弹性变形可以吸收来自月面的冲击和振动，起到缓冲作用，有效提高乘坐舒适性，弹性轮面还可以储存能量，以恢复原状。
轮辐除支撑车辆载荷和传递扭矩外，还可以防止轮面过度变形而产生塑性变形，提高车轮的使用寿命。
均布在轮面上的横向轮刺可以增大月壤对车轮的推力，提高了车轮的牵引力和爬坡能力。
本发明的有益效果
本发明提供一种载人月球车弹性仿生步行轮，其优点是步行轮滚动阻力小，通过性好，三组轮面交错布置平顺性好，负载能力强，可靠性高。轮面采用弹簧钢板制成的环形轮面，当轮面受载时产生弹性变形，可以增大轮壤接触面积，提高车轮牵引力。同时，弹性变形可以吸能减震，提升乘坐舒适性，吸收的能量还可用于轮面恢复原状；设置在轮面表面的横向轮刺可以提高月壤对车轮的推力，能够提升车轮的牵引性能和爬坡性能。
附图说明
图1为载人月球车弹性仿生步行轮的结构示意图
图2为载人月球车弹性仿生步行轮的主视图
图3为轮毂A的结构示意图
图4为轮辐B的结构示意图
图5为轮面组C布置示意图
图6为轮面组C的结构示意图
图7为轮面7的结构示意图
图8为轮刺的结构示意图
其中：A.轮毂 B.轮辐组 C.轮面组 D.螺栓螺帽组 E.左轮面组 F.中轮面组 G.右轮面组 1.轮毂轴 2.法兰 3.孔组Ⅰ 4.支杆 5.支架 6.孔组Ⅱ 7.轮面 8.轮刺组9.孔组Ⅲ
具体实施方式
下面结合附图描述本发明。
如图1和图2所示，本发明由轮毂A、轮辐组B、轮面组C和螺栓螺帽组D组成，其中螺栓螺帽组D由72个螺栓螺帽组成；轮辐组B中18个轮辐的连接板5经螺栓螺帽组D的螺栓螺帽，分别与轮面组C的左轮面组E、中轮面组F和右轮面组G中轮面7的底面固接；轮辐组B中18个轮辐的支杆4内端，按照轮面组C的左轮面组E、中轮面组F和右轮面组G中轮面7的排列关系，固接于轮毂A中轮毂轴1的表面。
如图3所示，所述的轮毂A由轮毂轴1和法兰2组成，法兰2固接于轮毂轴1一端，法兰2上设有孔组Ⅰ3的6个孔。
如图4所示，所述的轮辐组B由18个轮辐组成，轮辐的结构完全相同，均由支杆4和连接板5组成，连接板5固接于支杆4外端，连接板5上设有孔组Ⅱ6的4个孔。
如图5至图8所示，所述的轮面组C由左轮面组E、中轮面组F和右轮面组G组成，左轮面组E、中轮面组F和右轮面组G各由结构完全相同的6个轮面7组成，
轮面7为封闭环结构，轮廓由圆弧mn、直线np、圆弧pq、圆弧qr、直线rs、圆弧st、圆弧tu、直线uv、圆弧vw、圆弧wm顺序连接而成；其中：圆弧mn、圆弧pq、圆弧tu和圆弧vw的半径R1均为：20mm≦R1≤80mm；直线np和直线uv长度相等，且0mm≤np＝uv≤700mm；圆弧wm的半径R2为：300mm≤R2≤750mm；圆弧qr和圆弧st的半径均R3为：50≤R3≤700mm，直线rs的长度为：30mm≤rs≤650mm，直线rs距轮面弧心的距离h1为：50mm﹤h1﹤700mm；直线np与直线uv的夹角β为：30°≤β≤60°。
轮面7的顶面均布并固接有轮刺组8的3个轮刺，轮刺横截面为正方形，正方形边长a为：0﹤a﹤100mm。
轮面7的底面中心设有孔组Ⅲ9的4个孔。
左轮面组E、中轮面组F和右轮面组G自左至右顺序排列，其中左轮面组E和右轮面组G的轮面平行设置，中轮面组F的轮面与左轮面组E和右轮面组G的轮面错位角θ2为30°，同一轮面组内相邻的的两个轮面夹角θ1为60°。
所述轮面组C的轮面材料为弹簧钢，所述轮毂A和轮辐组B的轮辐的材料为铝合金。

Claims (5)

1.一种载人月球车弹性仿生步行轮，其特征在于，由轮毂(A)、轮辐组(B)、轮面组(C)和螺栓螺帽组(D)组成，其中螺栓螺帽组(D)由72个螺栓螺帽组成；轮辐组(B)中18个轮辐的连接板(5)经螺栓螺帽组(D)的螺栓螺帽，分别与轮面组(C)的左轮面组(E)、中轮面组(F)和右轮面组(G)中轮面(7)的底面固接；轮辐组(B)中18个轮辐的支杆(4)内端，按照轮面组(C)的左轮面组(E)、中轮面组(F)和右轮面组(G)中轮面(7)的排列关系，固接于轮毂(A)中轮毂轴(1)的表面。
2.按权利要求1所述的载人月球车弹性仿生步行轮，其特征在于，所述的轮毂(A)由轮毂轴(1)和法兰(2)组成，法兰(2)固接于轮毂轴(1)一端，法兰(2)上设有孔组Ⅰ(3)的6个孔。
3.按权利要求1所述的载人月球车弹性仿生步行轮，其特征在于，所述的轮辐组(B)由18个轮辐组成，轮辐的结构完全相同，均由支杆(4)和连接板(5)组成，连接板(5)固接于支杆(4)外端，连接板(5)上设有孔组Ⅱ(6)的4个孔。
4.按权利要求1所述的载人月球车弹性仿生步行轮，其特征在于，所述的轮面组(C)由左轮面组(E)、中轮面组(F)和右轮面组(G)组成，左轮面组(E)、中轮面组(F)和右轮面组(G)各由结构完全相同的6个轮面(7)组成，轮面(7)为封闭环结构，轮廓由圆弧mn、直线np、圆弧pq、圆弧qr、直线rs、圆弧st、圆弧tu、直线uv、圆弧vw、圆弧wm顺序连接而成；其中：圆弧mn、圆弧pq、圆弧tu和圆弧vw的半径R1均为：20mm≦R1≤80mm；直线np和直线uv长度相等，且0mm≤np＝uv≤700mm；圆弧wm的半径R2为：300mm≤R2≤750mm；圆弧qr和圆弧st的半径均R3为：50≤R3≤700mm，直线rs的长度为：30mm≤rs≤650mm，直线rs距轮面弧心的距离h1为：50mm﹤h1﹤700mm；直线np与直线uv的夹角β为：30°≤β≤60°；轮面(7)的顶面均布并固接有轮刺组(8)的3个轮刺，轮刺横截面为正方形，正方形边长a为：0﹤a﹤100mm；轮面(7)的底面中心设有孔组Ⅲ(9)的4个孔；左轮面组(E)、中轮面组(F)和右轮面组(G)自左至右顺序排列，其中左轮面组(E)和右轮面组(G)的轮面平行设置，中轮面组(F)的轮面与左轮面组(E)和右轮面组(G)的轮面错位角θ2为30°，同一轮面组内相邻的的两个轮面夹角θ1为60°。
5.按权利要求1所述的载人月球车弹性仿生步行轮，其特征在于，所述轮面组(C)的轮面材料为弹簧钢，所述轮毂(A)和轮辐组(B)的轮辐的材料为铝合金。
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