CN111658351B - 一种无极调节传动比的手动轮椅 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无极调节传动比的手动轮椅。现有的手动轮椅爬坡十分费力；本发明包括椅架、手摇车轮组件和无级变速器。两个手摇车轮组件分别设置在椅架底部的两侧。手摇车轮组件包括主车轮、手轮圈、管状轮轴和驱动转轴。管状轮轴支承在椅架底部。主车轮与管状轮轴的外端固定。驱动转轴与管状轮轴同轴设置，并构成转动副。手轮圈与驱动转轴的外端固定。所述的无级变速器共有两个。两个无级变速器与两个手摇车轮组件分别对应，实现驱动转轴与管状轮轴的传动比的无极调节。本发明将现有技术中固定在一起的车轮和手轮圈分离为相互转动，并通过设置无级变速器来调节车轮与手轮圈的传动比，便于使用者根据自身的力量大小和当前的路况调节传动比。

Description

一种无极调节传动比的手动轮椅
技术领域
本发明属于手动轮椅技术领域，具体涉及一种无极调节传动比的手动轮椅。
背景技术
根据世界银行的统计资料，2019年中国已是人口老龄化国家排行榜第十位，老龄人口占比高达11％，老龄人口数高达2.46亿，失能及半失能的老龄人口高达4000万，目前我国老年人人数持续增长，残疾人数量居高不下，轮椅的出现为两类人群带来极大便利，但随着其使用率的增加，一个严重的问题便显现了出来——轮椅的操作费力，手动上坡比较困难。为提高轮椅的便利性，现在发明了电动轮椅，轮椅使用者操作更加便利，上坡不再是问题，也为使用者节省了很多力气。
但电动轮椅的价格在2000到10000不等，约是普通轮椅的3倍左右。部分轮椅使用者对电动轮椅的需求不存在必要性，但在使用轮椅爬坡时，又十分费劲，所以会面临是否要花费3倍价钱来解决上坡问题。目前已有应对这种情况的发明专利诞生，比如CN201520004697.X号专利，其应用的就是一种棘轮链式变速器，能够像变速自行车一样实现变速，然而这种链式棘轮变速器最大的缺陷是容易掉链子，对链条要求质量很高，而且其变速效果会随着时间而降低，会出现最大挡最小档掉速问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种无极调节传动比的手动轮椅。
本发明一种无极调节传动比的手动轮椅，包括椅架、手摇车轮组件和无级变速器。两个手摇车轮组件分别设置在椅架底部的两侧。手摇车轮组件包括主车轮、手轮圈、管状轮轴和驱动转轴。管状轮轴支承在椅架底部。主车轮与管状轮轴的外端固定。驱动转轴与管状轮轴同轴设置，并构成转动副。手轮圈与驱动转轴的外端固定。所述的无级变速器共有两个。两个无级变速器与两个手摇车轮组件分别对应，连接对应手摇车轮组件内的管状轮轴与驱动转轴，实现驱动转轴与管状轮轴的传动比的无极调节。
作为优选，所述的无级变速器包括驱动轮、传动轴、从动轮、弹簧和传动带。传动轴支承在椅架的底部。传动轴与管状轮轴传动连接。驱动轮安装在对应的驱动转轴上；从动轮安装在传动轴上。驱动轮和从动轮结构相同，均包括两个锥形单边轮；两个锥形单边轮相对且间隔设置，且相对面均呈圆台面状。两个锥形单边轮的间距可调。
作为优选，驱动轮的其中一个锥形单边轮与驱动转轴固定，另一个锥形单边轮与驱动转轴构成滑动副。从动轮的其中一个锥形单边轮均与传动轴固定，另一个锥形单边轮与传动轴构成滑动副。传动带连接驱动轮与从动轮；驱动轮与从动轮中，能够滑动的锥形单边轮位于相反侧。驱动转轴上套置有弹簧；弹簧的一端均与驱动转轴固定，另一端抵住驱动轮中能够滑动的锥形单边轮的外侧面。
作为优选，本发明一种无极调节传动比的手动轮椅还包括调节传动组件。所述的调节传动组件包括调节转轴、滑块和连接杆。水平设置的调节转轴支承在椅架的底部。调节转轴上设置有旋向相反的两段螺纹。两个滑块上均固定有螺母。两个螺母与调节转轴上旋向相反的两段螺纹分别构成螺旋副。两根连接杆的一端与两个滑块分别固定。两个连接杆的另一端均固定有变速推动环。两个变速推动环与两根驱动转轴分别构成圆柱副。两个变速推动环分别抵住两个从动轮中能够滑动的那个锥形单边轮。
作为优选，驱动轮的两个锥形单边轮均与驱动转轴构成滑动副。从动轮的两个锥形单边轮均与传动轴构成滑动副。每根驱动转轴上各套置有两根弹簧；两根弹簧的相背端均与驱动转轴固定，另一端分别抵住驱动轮的相背侧面。
作为优选，本发明一种无极调节传动比的手动轮椅还包括调节传动组件。所述的调节传动组件包括调节转轴、滑块和连接杆。水平设置的调节转轴支承在椅架的底部。所述的调节转轴上设置有依次排列的四段螺纹。任意两段相邻的螺纹均旋向相反。滑块共有四个；四个滑块上均固定有螺母。四个螺母与调节转轴上的四段螺纹分别构成螺旋副。四个滑块两两一组，分为两个滑块组。两个滑块组的对称面与两个无级变速器的对称面重合。四根连接杆的一端与四个滑块分别固定。四根连接杆的另一端均固定有变速推动环。同一组的两个变速推动环与对应的驱动转轴构成圆柱副。同一组的两个变速推动环分别抵住对应从动轮的两个侧面。
作为优选，本发明一种无极调节传动比的手动轮椅还包括调速手柄。所述的调节传动组件还包括锥齿轮。调速手柄设置在椅架的其中一个扶手处，且与椅架构成公共轴线竖直设置的转动副。两个锥齿轮与调速手柄的底端、调节转轴的一端分别固定。两个锥齿轮啮合。
作为优选，所述的变速推动环与对应的驱动轮之间设置有平面轴承。
作为优选，所述的手轮圈位于车轮的外侧。
作为优选，本发明一种无极调节传动比的手动轮椅还包括辅助轮。所述的辅助轮采用万向轮，安装在椅架的底部。
本发明具有的有益效果是：
1、本发明将现有技术中固定在一起的车轮和手轮圈分离为相互转动，并通过设置无级变速器来调节车轮与手轮圈的传动比，便于使用者根据自身的力量大小和当前的路况调节传动比。
2、本发明可以有效解决使用者上坡费力问题，为老年人残疾人带来极大方便。由于使用了无级变速原理，结构中没有链式结构，所以并不存在掉链子问题。
附图说明
图1为本发明实施例1的整体结构示意图；
图2为本发明实施例1隐藏椅架的俯视示意图；
图3为本发明实施例1中无级变速器及调节传动组件的装配示意图。
图4为本发明实施例2隐藏椅架的俯视示意图；
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步说明。
实施例1
如图1和2所示，一种无极调节传动比的手动轮椅，包括椅架1、辅助轮、手摇车轮组件、无级变速器2、调速手柄3和调节传动组件4。椅架1上设置有坐垫、靠背和两个扶手。手摇车轮组件分别设置在椅架1底部的两侧。手摇车轮组件包括主车轮5、手轮圈6、管状轮轴7和驱动转轴8。管状轮轴7支承在椅架1底部的一侧。主车轮5与管状轮轴7的外端固定。驱动转轴8穿过管状轮轴7的中心孔，与管状轮轴7构成同轴的转动副。手轮圈6与驱动转轴8的外端同轴固定。手轮圈6位于车轮的外侧面。辅助轮采用万向轮，安装在椅架1的底部，用于辅助支撑。两个手摇车轮组件内的管状轮轴7同轴设置。
如图2和3所示，无级变速器2共有两个。两个无级变速器2与两个手摇车轮组件分别对应，用于连接对应手摇车轮组件内的管状轮轴7与驱动转轴8，并无极调节传动比。无级变速器2包括驱动轮2-1、传动轴2-2、从动轮2-3、弹簧2-4、传动带2-5和链传动组件2-6。传动轴2-2支承在椅架1的底部。驱动轮2-1安装在对应的驱动转轴8上；从动轮2-3安装在传动轴2-2上。驱动轮2-1和从动轮2-3结构相同，均包括两个锥形单边轮；两个锥形单边轮相对且间隔设置，且相对面均呈圆台面状。两个锥形单边轮的间距可调。其中一个锥形单边轮均与驱动转轴8或传动轴2固定，另一个锥形单边轮均与驱动转轴8或传动轴2构成滑动副。
传动带2-5连接驱动轮2-1与从动轮2-3；无论驱动轮2-1还是从动轮2-3，传动带2-5均搭在两个锥形单边轮的圆台面上，从而实现无极调速；驱动轮2-1与从动轮2-3中，能够滑动的锥形单边轮位于相反侧。由于驱动轮2-1与从动轮2-3能够滑动的锥形单边轮位于相反侧，故当传动比变化时，传动带2-5能够自动找准。驱动转轴8上套置有弹簧2-4；弹簧2-4的一端均与驱动转轴8固定，另一端抵住驱动轮2-1中能够滑动的锥形单边轮的外侧面。弹簧2-4对驱动轮2-1内的能够滑动的锥形单边轮施加弹力，使得驱动轮2-1内的两个锥形单边轮有间距减小的趋势。
当驱动轮2-1和从动轮2-3中，驱动轮2-1内的两个锥形单边轮间距增大，从动轮2-3的两个锥形单边轮间距减小时，则驱动轮2-1到从动轮2-3的传动比减小；驱动轮2-1内的两个锥形单边轮间距减小，从动轮2-3的两个锥形单边轮间距增大时，则驱动轮2-1到从动轮2-3的传动比增大。链传动组件2-6包括链条和两个链轮；两个链轮与对应的传动轴2-2、管状轮轴7固定。两个链轮通过链条连接。
根据无级变速器2原理，设变速器驱动轮2-1传动半径为R，从动轮2-3传动半径为r。人工转动手轮圈6，手轮圈6的动力传动到无级变速器2的驱动轮2-1；再将驱动轮2-1再将动力通过传动带2-5传递给从动轮2-3，传动带对驱动轮2-1和从动轮2-3的摩擦力均为Ff。当输入转速为v0，输入转矩为M0＝Ff×R时，输出转速v＝v0×R/r；输出转矩M＝M0×r/R＝Ff×r。由此看出，当无级变速器2传动比减小(驱动轮2-1内两个锥形单边轮间距增大,驱动轮2-1传动半径R减小，从动轮2-3传动半径r增大)时，输出转速减小，输出转矩增大，轮椅驱动变慢且变省力。反之，则轮椅驱动变快且变费力。
在无级变速器2的作用下，手轮圈6与主车轮5的传动比能任意调节，对于力量较小的的使用者，可以选择调小传动比，使得轮椅的驱动更加省力(传动比减小，输出扭矩增大)；对于力量较大的的使用者，可以选择调大传动比，使得轮椅的驱动更加快速(传动比增大，输出扭矩减小)；同理，上坡时调小传动比，使得轮椅的驱动更加省力；平路时调大传动比，使得轮椅的驱动更加快速。
调速手柄3设置在椅架1的其中一个扶手处，且与椅架1构成公共轴线竖直设置的转动副。调节传动组件4包括锥齿轮4-1、调节转轴4-2、滑块4-4和连接杆4-5。水平设置的调节转轴4-2支承在椅架1的底部。两个锥齿轮4-1与调速手柄3的底端、调节转轴4-2的一端分别固定。两个锥齿轮4-1啮合。调节转轴4-2的中部同轴固定有旋向相反的两段螺纹4-3。两个滑块4-4均与椅架1构成沿水平方向滑动的滑动副。两个滑块4-4上均固定有螺母。两个螺母与调节转轴4-2上旋向相反的两段螺纹分别构成螺旋副。两根连接杆4-5的一端与两个滑块4-4分别固定。两个连接杆4-5的另一端均固定有变速推动环。两个变速推动环的对称面与两个无级变速器2的对称面重合。两个变速推动环与两根驱动转轴8分别构成圆柱副，即变速推动环能够沿着驱动转轴8的轴线滑动，但不随驱动转轴8转动。两个变速推动环分别抵住两个从动轮2-3中能够滑动的那个锥形单边轮的外侧面。从而推动该锥形单边轮滑动，调节从动轮2-3内两个锥形单边轮的间距。变速推动环与对应的驱动轮2-1之间设置有平面轴承，能够避免变速推动环阻挡驱动轮2-1的转动。
当调速手柄3正转时，两个滑块4-4在两段螺纹4-3的驱动下相背滑动，两个变速推动环各自向外推动对应的驱动轮2-1，使得驱动轮2-1内两个锥形单边轮的间距减小，使得无级变速器2的传动比增大。当调速手柄3反转时，两个滑块4-4在两段螺纹4-3的驱动下相向滑动，两个变速推动环各自向内松开驱动轮2-1，由于从动轮2-3处设有弹簧2-4，故驱动轮2-1在传动带2-5的拉动下两个锥形单边轮的间距增大，使得无级变速器2的传动比减小。
实施例2
如图4所示，本实施例与实施例1的区别在于：
1、驱动轮2-1、从动轮2-3中，两个锥形单边轮均与驱动转轴8或传动轴2构成滑动副。每根驱动转轴8上各套置有两根弹簧2-4；两根弹簧2-4的相背端均与驱动转轴8固定，另一端分别抵住驱动轮2-1的相背侧面；两根弹簧2-4对驱动轮2-1内的两个锥形单边轮施加弹力，使得驱动轮2-1内的两个锥形单边轮有间距减小的趋势。
2、调节转轴4-2上设置有依次排列的四段螺纹4-3。任意两段相邻的螺纹4-3均旋向相反。滑块4-4共有四个；四个滑块4-4均与椅架1构成沿水平方向滑动的滑动副。四个滑块4-4上均固定有螺母。四个螺母与调节转轴4-2上的四段螺纹4-3分别构成螺旋副。四个滑块4-4两两一组，分为两个滑块组。两个滑块组的对称面与两个无级变速器2的对称面重合。四根连接杆4-5的一端与四个滑块4-4分别固定。四根连接杆4-5的另一端均固定有变速推动环。四个变速推动环两两一组，分为两个变速推动环组。两个变速推动环组与两个无级变速器2分别对应。同一组的两个变速推动环与对应的驱动转轴8构成圆柱副，即变速推动环能够沿着驱动转轴8的轴线滑动，但不随驱动转轴8转动。同一组的两个变速推动环分别抵住对应从动轮2-3的两个侧面。变速推动环与对应的从动轮2-3之间设置有平面轴承，能够避免变速推动环阻挡从动轮2-3的转动。
当调速手柄3正转时，同一组的两个滑块4-4在对应的螺纹4-3的驱动下相向滑动，同一组的两个变速推动环使得驱动轮2-1内两个锥形单边轮的间距减小，使得无级变速器2的传动比增大。当调速手柄3反转时，同一组的两个滑块4-4在对应的螺纹4-3的驱动下相背滑动，同一组的两个变速推动环使得驱动轮2-1内两个锥形单边轮的间距增大，使得无级变速器2的传动比减小。

Claims (8)

1.一种无极调节传动比的手动轮椅，包括椅架、手摇车轮组件和无级变速器；其特征在于：两个手摇车轮组件分别设置在椅架底部的两侧；手摇车轮组件包括主车轮、手轮圈、管状轮轴和驱动转轴；管状轮轴支承在椅架底部；主车轮与管状轮轴的外端固定；驱动转轴与管状轮轴同轴设置，并构成转动副；手轮圈与驱动转轴的外端固定；所述的无级变速器共有两个；两个无级变速器与两个手摇车轮组件分别对应，连接对应手摇车轮组件内的管状轮轴与驱动转轴，实现驱动转轴与管状轮轴的传动比的无极调节；
所述的无级变速器包括驱动轮、传动轴、从动轮、弹簧和传动带；传动轴支承在椅架的底部；传动轴与管状轮轴传动连接；驱动轮安装在对应的驱动转轴上；从动轮安装在传动轴上；驱动轮和从动轮结构相同，均包括两个锥形单边轮；两个锥形单边轮相对且间隔设置，且相对面均呈圆台面状；两个锥形单边轮的间距可调。
2.根据权利要求1所述的一种无极调节传动比的手动轮椅，其特征在于：还包括调节传动组件；所述的调节传动组件包括调节转轴、滑块和连接杆；水平设置的调节转轴支承在椅架的底部；调节转轴上设置有旋向相反的两段螺纹；两个滑块上均固定有螺母；两个螺母与调节转轴上旋向相反的两段螺纹分别构成螺旋副；两根连接杆的一端与两个滑块分别固定；两个连接杆的另一端均固定有变速推动环；两个变速推动环与两根驱动转轴分别构成圆柱副；两个变速推动环分别抵住两个从动轮中能够滑动的那个锥形单边轮。
3.根据权利要求1所述的一种无极调节传动比的手动轮椅，其特征在于：驱动轮的两个锥形单边轮均与驱动转轴构成滑动副；从动轮的两个锥形单边轮均与传动轴构成滑动副；每根驱动转轴上各套置有两根弹簧；两根弹簧的相背端均与驱动转轴固定，另一端分别抵住驱动轮的相背侧面。
4.根据权利要求1所述的一种无极调节传动比的手动轮椅，其特征在于：还包括调节传动组件；所述的调节传动组件包括调节转轴、滑块和连接杆；水平设置的调节转轴支承在椅架的底部；所述的调节转轴上设置有依次排列的四段螺纹；任意两段相邻的螺纹均旋向相反；滑块共有四个；四个滑块上均固定有螺母；四个螺母与调节转轴上的四段螺纹分别构成螺旋副；四个滑块两两一组，分为两个滑块组；两个滑块组的对称面与两个无级变速器的对称面重合；四根连接杆的一端与四个滑块分别固定；四根连接杆的另一端均固定有变速推动环；同一组的两个变速推动环与对应的驱动转轴构成圆柱副；同一组的两个变速推动环分别抵住对应从动轮的两个侧面。
5.根据权利要求2或4所述的一种无极调节传动比的手动轮椅，其特征在于：还包括调速手柄；所述的调节传动组件还包括锥齿轮；调速手柄设置在椅架的其中一个扶手处，且与椅架构成公共轴线竖直设置的转动副；两个锥齿轮与调速手柄的底端、调节转轴的一端分别固定；两个锥齿轮啮合。
6.根据权利要求2或4所述的一种无极调节传动比的手动轮椅，其特征在于：所述的变速推动环与对应的驱动轮之间设置有平面轴承。
7.根据权利要求1所述的一种无极调节传动比的手动轮椅，其特征在于：所述的手轮圈位于车轮的外侧。
8.根据权利要求1所述的一种无极调节传动比的手动轮椅，其特征在于：还包括辅助轮；所述的辅助轮采用万向轮，安装在椅架的底部。
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