CN111572272A - 一种新型轮履复合式变结构轮 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型轮履复合式变结构轮，包括驱动轴(1)、伸缩变形机构(2)、齿轮传动机构(3)和橡胶履带(4)，其中：伸缩变形机构与齿轮传动机构均安装在驱动轴上；驱动轴，用于传递外部车辆发动机输入的动力，带动整个轮履复合式变结构轮轮体转动；齿轮传动机构包含两个类行星齿轮组，分别安装在轮履复合式变结构轮轮体的前后两侧；橡胶履带，紧箍在轮履复合式变结构轮轮体的外侧，用于在轮式与履带式两种状态之间变形切换后行驶。本发明可以实现在行进中车轮形状在圆形和近似三角形中相互转换，让移动底盘在非铺装路面、救灾等非结构化复杂环境下作业时，具备快速、灵活、环境适应能力强、机动性高等特点。
Description
技术领域
本发明涉及移动底盘技术领域，特别是涉及一种新型轮履复合式变结构轮，可根据需要实现轮履转换，用于复杂地形环境下需要随时变换行走方式的移动底盘中。
背景技术
当前，较为成熟的轮履移动底盘有轮履组合式和轮履可更换式两种，其中，轮履组合式的移动底盘，具有轮式和履带式两套系统，能兼顾轮式与履带式的优点，但是结构臃肿、庞大，不够紧凑；而轮履可更换式的移动底盘，采用可更换履带轮，可以全地形越野、行走，且振动小，噪声低，缺点在于底盘更换比较麻烦，需要较长时间，而且车辆需要随身携带可更换的履带轮，因此增加了能耗，安全性也较差。
目前，对于在非铺装路面、救灾等非结构化复杂环境下作业的移动底盘，需要具备快速、灵活、环境适应能力强、机动性高等特点。但是，目前的轮履移动底盘，尚难以满足这一需求。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的缺陷，提供一种新型轮履复合式变结构轮。
为此，本发明提供了一种新型轮履复合式变结构轮，包括驱动轴、伸缩变形机构、齿轮传动机构和橡胶履带，其中：
伸缩变形机构与齿轮传动机构均安装在驱动轴上；
驱动轴，用于传递外部车辆发动机输入的动力，为伸缩变形机构提供伸缩变形的驱动力，以及为齿轮传动机构的转动提供动力；
齿轮传动机构包含两个类行星齿轮组，分别安装在轮履复合式变结构轮轮体的前后两侧；
橡胶履带，紧箍在轮履复合式变结构轮轮体的外侧，用于在驱动轴、伸缩变形机构和齿轮传动机构的作用下，在轮式与履带式两种状态之间变形切换，并通过与外部地面摩擦产生驱动力而实现行驶运动。
其中，伸缩变形机构，包括一个轮心固定体和三个相同的伸缩变形组合部分；
轮心固定体的中心位置，设置有驱动轴；
轮心固定体的外侧，沿着圆周方向，等间隔分布有三个相同的伸缩变形组合部分；
每个伸缩变形组合部分包含一个液压缸组件、一个连接杆、两个可动支架、两个连接杆齿轮、四个支撑杆、两个第一连接销和两个第二连接销；
其中，每个可动支架为前后对称结构，包括两个相互平行的支架片；
两个支架片前后间隔分布，并且两个支架片之间，通过多个纵向分布的支架杆相连接；
每个支架杆的纵向中间位置，固定装配有一个支架滚动轮；
对于每个伸缩变形组合部分，两个可动支架相近的一侧，连接在一个纵向分布的连接杆的前后两端。
其中，每个支架片沿圆弧边开有多个小孔；
支架杆穿过小孔安装在两个支架片之间。
其中，轮心固定体的外侧四周，等间隔安装有三个伸缩变形组合部分具有的三个液压缸组件，用来为轮履复合式变结构轮的轮体变形提供液压驱动力；
对于每个伸缩变形组合部分，其中每个液压缸组件的末端安装在连接杆的中段。
其中，对于每个伸缩变形组合部分，每个可动支架包括的两个支架片内侧端中部，分别通过一个纵向分布的第一连接销固定连接；
每个第一连接销的前后两端，分别铰接有一个支撑杆的外侧末端；
轮心固定体的四周外侧前后边缘，在与每个支撑杆相对应的位置，分别设置有一个定位凸块；
每个支撑杆的内侧末端，分别与一个定位凸块相铰接；
位于轮心固定体前后边缘的、位于同一直线上的两个定位凸块之间，通过一个第二连接销相连接，第二连接销同时作为铰接轴使用；
连接杆的前后两端，分别安装有一个连接杆齿轮；
连接杆齿轮位于可动支架的内侧方向。
其中，齿轮传动机构包括两个类行星齿轮组，分别安装在轮履复合式变结构轮轮体的前后两侧；
两个类行星齿轮组，分别安装在驱动轴的前后两端；
其中，每个类行星齿轮组包括一个主动齿轮、三个从动齿轮和一个齿轮架；
主动齿轮安装在齿轮架的中央；
驱动轴的一端，与主动齿轮通过花键相连接；
齿轮架包括沿着周向等间隔分布的三个支撑臂；
支撑臂为径向走向；
三个从动齿轮，分别安装在齿轮架的三个支撑臂的末端且与主动齿轮相啮合。
其中，齿轮架的形状，呈“人”字形。
其中，橡胶履带为环形，其四周内侧面为履带内面；
履带内面的形状为齿形；
履带内面，与伸缩变形结构中的连接杆上的连接杆齿轮相啮合。
其中，本发明提供的新型轮履复合式变结构轮，其包括以下的工作模式：
一、当轮履复合式变结构轮处于轮式状态下，驱动轴驱动轮体转动，此时伸缩变形机构与齿轮传动机构均随驱动轴转动，轮体呈“圆形”；
二、在轮履复合式变结构轮的轮体进行轮履变换时，液压缸组件提供液压动力，推动连接杆及安装在其上零件沿轮体的径向向外伸出，从而使轮体由“圆形”变为“类三角形”，此时通过手动离合的方式产生轴向力，将齿轮传动机构推入到三角履带轮体的内部，使得齿轮传动机构上的从动齿轮与连接杆上的连接杆齿轮啮合，这样车辆的动力便通过车辆的驱动轴传输到齿轮传动机构的主轮齿轮上，再通过齿轮啮合传动，将动力依次传递给从动齿轮、连接杆齿轮，最终传递至最外侧的橡胶履带上；
其中，在可动支架上装配的支架滚动轮，用来支撑橡胶履带，此时变结构轮为履带式运动；
三、当轮履复合式变结构轮的轮体由履带式变为轮式时，驱动轴在轴向力的作用下沿轴向运动，使得齿轮传动机构上的从动齿轮与连接杆齿轮脱离啮合，并且驱动轴重新与轮心固定体实现花键连接，接着液压缸组件提供动力，将连接杆及安装在其上的零件沿轮体径向向内拉回，从而使得轮履复合式变结构轮轮体的形状，由“类三角形”变为“圆形”，进而驱动轴可驱动轮体转动，变结构轮即可变为轮式运动。
由以上本发明提供的技术方案可见，与现有技术相比较，本发明提供了一种新型轮履复合式变结构轮，其结构设计科学，用于复杂地形环境下需要随时变换行走方式的移动底盘中，本发明利用履带周长不变、轮体结构变化原理，实现在行进中车轮形状在圆形和近似三角形中相互转换，可根据需要实现轮履转换，让移动底盘在非铺装路面、救灾等非结构化复杂环境下作业时，具备快速、灵活、环境适应能力强、机动性高等特点，具有重大的生产实践意义。
附图说明
图1为本发明提供的一种新型轮履复合式变结构轮，在履带式状态下的整体结构示意图；
图2为本发明提供的一种新型轮履复合式变结构轮，在轮式状态下的各零部件组成状态示意图；
图3为本发明提供的一种新型轮履复合式变结构轮中，伸缩变形机构的组成结构示意图；
图4为本发明提供的一种新型轮履复合式变结构轮中，伸缩变形机构的部分结构组成示意图；
图5为本发明提供的一种新型轮履复合式变结构轮中，可动支架的组成结构示意图；
图6为本发明提供的一种新型轮履复合式变结构轮中，齿轮传动机构的组成结构示意图；
图7为本发明提供的一种新型轮履复合式变结构轮中，橡胶履带的结构示意图；
图中：1为驱动轴，2为伸缩变形机构，3为齿轮传动机构，4为橡胶履带，5为轮心固定体；
6为液压缸组件，7为支撑杆，81为第一连接销，82为第二连接销，9为可动支架，10为连接杆；
11为支架片，12为支架杆，13为支架滚动轮，14为连接杆齿轮，15为从动齿轮；
16为主动齿轮，17为齿轮架，18为履带内面。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。
参见图1至图7，本发明提供了一种新型轮履复合式变结构轮，用于复杂地形环境下需要随时变换行走方式的移动底盘中，可根据需要实现轮履转换，具体包括驱动轴1、伸缩变形机构2、齿轮传动机构3和橡胶履带4，其中：
伸缩变形机构2与齿轮传动机构3均安装在驱动轴1上；
驱动轴1，用于传递外部车辆发动机(例如越野车发动机)输入的动力，带动整个轮履复合式变结构轮轮体转动，具体用于为伸缩变形机构2提供伸缩变形的驱动力，以及为齿轮传动机构3的转动提供动力；
齿轮传动机构3包含两个类行星齿轮组，分别安装在轮履复合式变结构轮轮体的前后两侧；
橡胶履带4，紧箍在轮履复合式变结构轮轮体的外侧，用于在驱动轴1、伸缩变形机构2和齿轮传动机构3的作用下，在轮式与履带式两种状态之间变形切换，并通过与外部地面摩擦产生驱动力而实现行驶运动。
在本发明中，具体实现上，伸缩变形机构2，包括一个轮心固定体5和三个相同的伸缩变形组合部分；
轮心固定体5的中心位置，设置有驱动轴1；
轮心固定体5的外侧，沿着圆周方向，等间隔分布有三个相同的伸缩变形组合部分；
每个伸缩变形组合部分包含一个液压缸组件6、一个连接杆10、两个可动支架9、两个连接杆齿轮14、四个支撑杆7、两个第一连接销81和两个第二连接销82；
其中，每个可动支架9为前后对称结构，包括两个相互平行的支架片11；
两个支架片11前后间隔分布，并且两个支架片11之间，通过多个纵向分布的支架杆12(例如四个)相连接；
每个支架杆12的纵向中间位置，固定装配有一个支架滚动轮13；
对于每个伸缩变形组合部分，两个可动支架9相近的一侧，连接在一个纵向分布的连接杆10的前后两端。
具体实现上，每个支架片11沿圆弧边开有多个小孔；
支架杆12穿过小孔安装在两个支架片11之间。
具体实现上，轮心固定体5的外侧四周，等间隔安装有三个伸缩变形组合部分具有的三个液压缸组件6，用来为轮履复合式变结构轮的轮体变形提供液压驱动力；
对于每个伸缩变形组合部分，其中每个液压缸组件6的末端安装在连接杆10的中段。
具体实现上，三个伸缩变形组合部分具有的三个液压缸组件6，三者中心线的夹角为120°。
具体实现上，对于每个伸缩变形组合部分，每个可动支架9包括的两个支架片11内侧端中部，分别通过一个纵向分布的第一连接销81固定连接；
每个第一连接销81的前后两端，分别铰接有(即可转动的连接)一个支撑杆7的外侧末端；
轮心固定体5的四周外侧前后边缘，在与每个支撑杆7相对应的位置，分别设置有一个定位凸块50；
每个支撑杆7的内侧末端，分别与一个定位凸块50相铰接(即可旋转的连接)；
位于轮心固定体5前后边缘的、位于同一直线上的两个定位凸块5之间，通过一个第二连接销82相连接，第二连接销82同时作为铰接轴使用；
具体实现上，连接杆10的前后两端，分别安装有一个连接杆齿轮14；
连接杆齿轮14位于可动支架9的内侧方向；
需要说明的是，在本发明中，对于伸缩变形机构2，可动支架9与其内侧方向的支撑杆7通过第一连接销81铰接在一起，以降低可动支架9撑开或回收过程的阻力，提高灵活性。
同时，对于伸缩变形机构2，在支架片11随连接杆10沿轮体的径向向外伸出过程中，要与橡胶履带4之间有足够大的接触面积，并且在可动支架9上装有维持形状的支架滚动轮13，以增大其与橡胶履带4的接触面积，支架滚动轮13的材质为质量较轻的硬质尼龙；
具体实现上，可动支架9的外轮廓形状为圆弧形，上面开有小孔，并通过支架杆12连接在一起。
需要说明的是，具体实现上，伸缩变形机构2中，支撑杆7的一端通过第二连接销82与轮心固定体5的外侧相铰接，另一端通过第一连接销81与可动支架9相铰接。为保证在轮履变换时，可动支架9能稳定伸缩，将与其连接的支撑杆12两端均设计为双层对称结构。
在本发明中，具体实现上，齿轮传动机构3包括两个类行星齿轮组，分别安装在轮履复合式变结构轮轮体的前后两侧；
具体实现上，两个类行星齿轮组，分别安装在驱动轴1的前后两端；
其中，每个类行星齿轮组包括一个主动齿轮16、三个从动齿轮15和一个齿轮架17；
主动齿轮16安装在齿轮架17的中央；
驱动轴1的一端，与主动齿轮16通过花键相连接；
齿轮架17包括沿着周向等间隔分布的三个支撑臂170；
支撑臂170为径向走向；
三个从动齿轮15，分别安装在齿轮架17的三个支撑臂170的末端且与主动齿轮16相啮合。
具体实现上，齿轮架17的形状，呈“人”字形。
需要说明的是，两个类行星齿轮组均安装在驱动轴1上，驱动轴1一直与主动齿轮16通过花键相连接，从而能够为主动齿轮16的转动提供动力，可在变结构轮的履带式运动状态下，完成动力传递。
在本发明中，具体实现上，橡胶履带4为环形，其四周内侧面为履带内面18；
履带内面18的形状为齿形；
履带内面18，与伸缩变形结构2中的连接杆10上的连接杆齿轮14相啮合。
在本发明中，需要说明的是，驱动轴1主要用来传递动力，以带动整个轮体转动，其上一部分有花键，可在轴向力作用下沿轴向运动；驱动轴1与齿轮传动机构3时刻保持花键连接；其中，在轮式状态下，驱动轴1与伸缩变形机构2也通过花键连接，能够驱动伸缩变形机构2转动，而在履带式状态下，驱动轴1经轴向力调整后，仅穿过伸缩变形机构2，并不驱动其转动。
需要说明的是，对于本发明提供的一种新型轮履复合式变结构轮，其轮履变换特征为：三个液压缸组件6展开支撑起三个连接杆10，手动将齿轮传动机构3依靠手动离合方式而施加在驱动轴1上的轴向力，推入到三角履带轮体内部，此时可将动力传递到橡胶履带4上；此时车轮展开呈三角形，驱动轴1带动主动齿轮16转动，进而依次带动从动齿轮15、连接杆齿轮14、橡胶履带4转动，实现履带式运动。
为了更加清楚地理解本发明的技术方案，下面说明本发明的工作原理和工作模式。
一、当轮履复合式变结构轮处于轮式状态下，驱动轴1驱动轮体转动，即在此时伸缩变形机构2与齿轮传动机构3均随驱动轴1转动，轮体呈“圆形”，如图2所示，而此时，橡胶履带4所发挥的作用与一般车轮的轮胎类似。
二、在轮履复合式变结构轮的轮体进行轮履变换时，液压缸组件6提供液压动力，推动连接杆10及安装在其上零件沿轮体的径向向外伸出，从而使轮体由“圆形”变为“类三角形”，如图1所示，此时可以通过手动离合的方式产生轴向力，将齿轮传动机构3推入到三角履带轮体的内部，使得齿轮传动机构3上的从动齿轮15与连接杆10上的连接杆齿轮14啮合，这样车辆的动力(发动机的动力)便通过车辆的驱动轴1传输到齿轮传动机构3的主轮齿轮16上，再通过齿轮啮合传动，将动力依次传递给从动齿轮15、连接杆齿轮14，最终传递至最外侧的橡胶履带4上。
此时，在轮体的可动支架9上装配的垂直于可动支架9的支架滚动轮13，可用来支撑橡胶履带4，此时变结构轮为履带式运动。
三、当轮履复合式变结构轮的轮体由履带式变为轮式时，驱动轴1在轴向力的作用下沿轴向运动，使得齿轮传动机构3上的从动齿轮15与连接杆齿轮14脱离啮合，并且驱动轴1重新与轮心固定体5实现花键连接，接着液压缸组件6提供动力，将连接杆10及安装在其上的零件沿轮体径向向内拉回，从而使得轮履复合式变结构轮轮体的形状，由“类三角形”变为“圆形”，进而驱动轴1可驱动轮体转动，变结构轮即可变为轮式运动。
综上所述，与现有技术相比较，本发明提供的一种新型轮履复合式变结构轮，其结构设计科学，用于复杂地形环境下需要随时变换行走方式的移动底盘中，本发明利用履带周长不变、轮体结构变化原理，实现在行进中车轮形状在圆形和近似三角形中相互转换，可根据需要实现轮履转换，让移动底盘在非铺装路面、救灾等非结构化复杂环境下作业时，具备快速、灵活、环境适应能力强、机动性高等特点，具有重大的生产实践意义。
以上所述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 (9)
1.一种新型轮履复合式变结构轮，其特征在于，包括驱动轴(1)、伸缩变形机构(2)、齿轮传动机构(3)和橡胶履带(4)，其中：
伸缩变形机构(2)与齿轮传动机构(3)均安装在驱动轴(1)上；
驱动轴(1)，用于传递外部车辆发动机输入的动力，为伸缩变形机构(2)提供伸缩变形的驱动力，以及为齿轮传动机构(3)的转动提供动力；
齿轮传动机构(3)包含两个类行星齿轮组，分别安装在轮履复合式变结构轮轮体的前后两侧；
橡胶履带(4)，紧箍在轮履复合式变结构轮轮体的外侧，用于在驱动轴(1)、伸缩变形机构(2)和齿轮传动机构(3)的作用下，在轮式与履带式两种状态之间变形切换，并通过与外部地面摩擦产生驱动力而实现行驶运动。
2.如权利要求1所述的新型轮履复合式变结构轮，其特征在于，伸缩变形机构(2)，包括一个轮心固定体(5)和三个相同的伸缩变形组合部分；
轮心固定体(5)的中心位置，设置有驱动轴(1)；
轮心固定体(5)的外侧，沿着圆周方向，等间隔分布有三个相同的伸缩变形组合部分；
每个伸缩变形组合部分包含一个液压缸组件(6)、一个连接杆(10)、两个可动支架(9)、两个连接杆齿轮(14)、四个支撑杆(7)、两个第一连接销(81)和两个第二连接销(82)；其中，每个可动支架(9)为前后对称结构，包括两个相互平行的支架片(11)；
两个支架片(11)前后间隔分布，并且两个支架片(11)之间，通过多个纵向分布的支架杆(12)相连接；
每个支架杆(12)的纵向中间位置，固定装配有一个支架滚动轮(13)；
对于每个伸缩变形组合部分，两个可动支架(9)相近的一侧，连接在一个纵向分布的连接杆(10)的前后两端。
3.如权利要求2所述的新型轮履复合式变结构轮，其特征在于，每个支架片(11)沿圆弧边开有多个小孔；
支架杆(12)穿过小孔安装在两个支架片(11)之间。
4.如权利要求2所述的新型轮履复合式变结构轮，其特征在于，轮心固定体(5)的外侧四周，等间隔安装有三个伸缩变形组合部分具有的三个液压缸组件(6)，用来为轮履复合式变结构轮的轮体变形提供液压驱动力；
对于每个伸缩变形组合部分，其中每个液压缸组件(6)的末端安装在连接杆(10)的中段。
5.如权利要求2所述的新型轮履复合式变结构轮，其特征在于，对于每个伸缩变形组合部分，每个可动支架(9)包括的两个支架片(11)内侧端中部，分别通过一个纵向分布的第一连接销(81)固定连接；
每个第一连接销(81)的前后两端，分别铰接有一个支撑杆(7)的外侧末端；
轮心固定体(5)的四周外侧前后边缘，在与每个支撑杆(7)相对应的位置，分别设置有一个定位凸块(50)；
每个支撑杆(7)的内侧末端，分别与一个定位凸块(50)相铰接；
位于轮心固定体(5)前后边缘的、位于同一直线上的两个定位凸块(5)之间，通过一个第二连接销(82)相连接，第二连接销(82)同时作为铰接轴使用；
连接杆(10)的前后两端，分别安装有一个连接杆齿轮(14)；
连接杆齿轮(14)位于可动支架(9)的内侧方向。
6.如权利要求5所述的新型轮履复合式变结构轮，其特征在于，齿轮传动机构(3)包括两个类行星齿轮组，分别安装在轮履复合式变结构轮轮体的前后两侧；
两个类行星齿轮组，分别安装在驱动轴(1)的前后两端；
其中，每个类行星齿轮组包括一个主动齿轮(16)、三个从动齿轮(15)和一个齿轮架(17)；
主动齿轮(16)安装在齿轮架(17)的中央；
驱动轴(1)的一端，与主动齿轮(16)通过花键相连接；
齿轮架(17)包括沿着周向等间隔分布的三个支撑臂(170)；
支撑臂(170)为径向走向；
三个从动齿轮(15)，分别安装在齿轮架(17)的三个支撑臂(170)的末端且与主动齿轮(16)相啮合。
7.如权利要求6所述的新型轮履复合式变结构轮，其特征在于，齿轮架(17)的形状，呈“人”字形。
8.如权利要求5所述的新型轮履复合式变结构轮，其特征在于，橡胶履带(4)为环形，其四周内侧面为履带内面(18)；
履带内面(18)的形状为齿形；
履带内面(18)，与伸缩变形结构(2)中的连接杆(10)上的连接杆齿轮(14)相啮合。
9.如权利要求6至8中任一项所述的新型轮履复合式变结构轮，其特征在于，其包括以下的工作模式：
一、当轮履复合式变结构轮处于轮式状态下，驱动轴(1)驱动轮体转动，此时伸缩变形机构(2)与齿轮传动机构(3)均随驱动轴(1)转动，轮体呈“圆形”；
二、在轮履复合式变结构轮的轮体进行轮履变换时，液压缸组件(6)提供液压动力，推动连接杆(10)及安装在其上零件沿轮体的径向向外伸出，从而使轮体由“圆形”变为“类三角形”，此时通过手动离合的方式产生轴向力，将齿轮传动机构(3)推入到三角履带轮体的内部，使得齿轮传动机构(3)上的从动齿轮(15)与连接杆(10)上的连接杆齿轮(14)啮合，这样车辆的动力便通过车辆的驱动轴(1)传输到齿轮传动机构(3)的主轮齿轮(16)上，再通过齿轮啮合传动，将动力依次传递给从动齿轮(15)、连接杆齿轮(14)，最终传递至最外侧的橡胶履带(4)上；
其中，在可动支架(9)上装配的支架滚动轮(13)，用来支撑橡胶履带(4)，此时变结构轮为履带式运动；
三、当轮履复合式变结构轮的轮体由履带式变为轮式时，驱动轴(1)在轴向力的作用下沿轴向运动，使得齿轮传动机构(3)上的从动齿轮(15)与连接杆齿轮(14)脱离啮合，并且驱动轴(1)重新与轮心固定体(5)实现花键连接，接着液压缸组件(6)提供动力，将连接杆(10)及安装在其上的零件沿轮体径向向内拉回，从而使得轮履复合式变结构轮轮体的形状，由“类三角形”变为“圆形”，进而驱动轴(1)可驱动轮体转动，变结构轮即可变为轮式运动。
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