CN111674200A - 周向平移式四杆机构变形轮 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种周向平移式四杆机构变形轮，包括驱动机构和联动单元体；驱动机构包括动力驱动部和相位驱动部；动力驱动部包括动力套筒轴和动力齿轮，动力套筒轴安装在动力轮毂上，动力齿轮安装在动力套筒轴的末端；相位驱动部包括相位法兰、相位轴和相位齿轮，相位轴与相位法兰连接，相位法兰与相位轮毂连接，相位齿轮安装在相位轴的末端；联动单元体包括动力辐、轮缘、连杆和相位辐；轮缘两端分别与动力辐和连杆铰接，连杆末端与相位辐铰接；动力辐与动力轮毂固定连接，相位辐与相位轮毂固定连接。本发明提供的周向平移式四杆机构变形轮，结构简单、轻巧，滚动和变形便于控制，越障性能高。

Description

周向平移式四杆机构变形轮
技术领域
本发明涉及运输工具技术领域，特别是涉及一种周向平移式四杆机构变形轮。
背景技术
现有车轮通常为圆形车轮，不具有变形的功能，在各种地面行驶都只能保持同一形状，对于复杂路面如沙石、松软、泥泞、废墟等却难以行使。为了提高机动车越障性能，各种各样结构的行进机构应用而生，如履带式、多轮式、超大轮式、径向变形式等。但是履带式、多轮式、超大轮式这些行进机构，无论什么路况均是以固定形式存在，无法根据路况进行调节。径向变形式行进机构虽然可以根据路况进行调解，但是其结构过于复杂，越障性能有限。此外，中国专利公开号为：CN107225909A，专利名称为：一种变形车轮及传动装置中的变形轮，虽然也公开了一种变形轮，但是存在变形轮部结构笨重，驱动构件受力较差的缺点。
发明内容
为解决上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种周向平移式四杆机构变形轮，能够根据不同路况进行调节，具有较强的越障性能。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种周向平移式四杆机构变形轮，包括驱动机构和联动单元体；
所述驱动机构包括动力驱动部和相位驱动部；所述动力驱动部包括动力轮毂、动力套筒轴和动力齿轮，所述动力套筒轴固定安装在所述动力轮毂上，所述动力齿轮固定安装在所述动力套筒轴的末端；所述相位驱动部包括相位轮毂、相位法兰、相位轴和相位齿轮，所述相位轴与所述相位法兰固定连接，所述相位法兰与所述相位轮毂固定连接，所述相位齿轮固定安装在所述相位轴的末端；所述相位轮毂安装在所述动力轮毂外侧，所述相位轮毂与所述动力轮毂间隙配合；
所述联动单元体包括动力辐、轮缘、连杆和相位辐；所述轮缘两端分别与所述动力辐和所述连杆铰接，所述连杆末端与所述相位辐铰接；所述动力辐与所述动力轮毂固定连接，所述相位辐与所述相位轮毂固定连接。
优选的，所述动力轮毂上开设有台阶孔，所述相位法兰安装在所述台阶孔内，所述相位法兰与所述动力轮毂间隙配合。
优选的，所述动力套筒轴和所述动力轮毂均套设在所述相位轴上，所述动力套筒轴和所述动力轮毂均与所述相位轴间隙配合。
优选的，所述动力套筒轴上套设有套筒，所述套筒两侧分别设置有第一轴承和第二轴承，所述第一轴承和第二轴承均套设在所述动力套筒轴上。
优选的，所述动力套筒轴上设置有台肩，所述动力套筒轴上套设有卡环，所述第一轴承和第二轴承位于所述卡环与台肩之间；所述第一轴承通过所述台肩轴向定位，所述第二轴承通过所述套筒轴向定位，所述第二轴承通过所述卡环轴向固定。
优选的，所述动力辐设置在所述相位轮毂两侧，所述动力辐端面与所述相位轮毂端面间隙配合。
优选的，所述连杆为弓形结构，所述连杆一端开设有第一凹槽，所述第一凹槽外侧槽壁与所述轮缘铰接，所述连杆另一端设置有与所述第一凹槽相适配的凸台；所述凸台上开设有第二凹槽，所述相位辐安装在所述第二凹槽中，所述相位辐与所述凸台铰接。
优选的，所述联动单元体的数量为六个。
本发明公开了以下技术效果：本发明提供的周向平移式四杆机构变形轮，结构简单、轻巧，滚动和变形便于控制；联动单元体各构件均以铰支链形式连接，只承受轴向力，受力合理，稳定性好，越障性能高，可应用于野外作业或农业田埂轻载机动车方面及机器人探险领域。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明周向平移式四杆机构变形轮的结构示意图；
图2为图1中沿A-A方向的剖面图；
图3为联动单元体的主视图；
图4为联动单元体的俯视图；
图5为本发明圆轮滚动时的结构示意图；
图6为本发明变形轮滚动时的结构示意图；
图7为本发明的工作原理图；
图8为连杆的结构示意图；
图9为本发明圆轮滚动时相位辐与连杆的状态图；
图10为本发明变形轮滚动时相位辐与连杆的状态图；
其中，1动力辐、2轮缘、3连杆、3-1第一凹槽、3-2凸台、3-3第二凹槽、4相位辐、5螺钉、6相位齿轮、7顶丝、8动力齿轮、9螺钉、10销钉、11销钉、12销钉、13相位轮毂、14动力轮毂、15螺钉、16相位轴、17螺钉、18相位法兰、19螺钉、20动力套筒轴、21第一轴承、22套筒、23第二轴承、24卡环。
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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明提供一种周向平移式四杆机构变形轮，包括驱动机构和联动单元体，联动单元体的数量为六个；所述驱动机构包括动力驱动部和相位驱动部；所述动力驱动部包括动力轮毂14、动力套筒轴20和动力齿轮8，所述动力套筒轴20通过螺钉9固定安装在所述动力轮毂14上，所述动力齿轮8通过顶丝7固定安装在所述动力套筒轴20的末端；所述相位驱动部包括相位轮毂13、相位法兰18、相位轴16和相位齿轮6，所述相位轴16与所述相位法兰18通过螺钉17固定连接，所述相位法兰18与所述相位轮毂13通过螺钉19固定连接，所述相位齿轮6通过螺钉5固定安装在所述相位轴16的末端，所述相位轮毂13安装在所述动力轮毂14外侧，所述相位轮毂13与所述动力轮毂14间隙配合；所述联动单元体包括动力辐1、轮缘2、连杆3和相位辐4；轮缘2一端与销钉11过盈配合、另一端与销钉12过盈配合；连杆3一端与销钉10间隙配合、另一端与销钉11间隙配合；动力辐与销钉12间隙配合；相位辐与销钉10过盈配合；所述动力辐1与所述动力轮毂14通过螺钉15固定连接，所述相位辐4与所述相位轮毂13固定连接。
进一步优化方案，所述动力轮毂14上开设有台阶孔，所述相位法兰18安装在所述台阶孔内，所述相位法兰18与所述动力轮毂14间隙配合。
进一步优化方案，所述动力套筒轴20和所述动力轮毂14均套接在所述相位轴16上，所述动力套筒轴20和所述动力轮毂14均与所述相位轴16间隙配合。
进一步优化方案，所述动力套筒轴20上套设有套筒22，所述套筒22两侧分别设置有第一轴承21和第二轴承23，所述第一轴承21和第二轴承23均套设在所述动力套筒轴20上；所述动力套筒轴20上设置有台肩，所述动力套筒轴20上套设有卡环24，所述第一轴承21和第二轴承23位于所述卡环24与台肩之间；所述第一轴承21通过所述台肩轴向定位，所述第二轴承23通过所述套筒22轴向定位，所述第二轴承23通过所述卡环24轴向固定。
进一步优化方案，所述动力辐1设置在所述相位轮毂13两侧，所述动力辐1端面与所述相位轮毂13端面间隙配合。
进一步优化方案，所述连杆3为弓形结构，所述连杆3一端开设有第一凹槽3-1，所述第一凹槽3-1外侧槽壁与所述轮缘2铰接，所述连杆3另一端设置有与所述第一凹槽3-1相适配的凸台3-2；所述凸台3-2上开设有第二凹槽3-3，所述相位辐4安装在所述第二凹槽3-3中，所述相位辐4与所述凸台3-2铰接。
本发明提供的周向平移式四杆机构变形轮，动力采用两个步进电机控制，分别用于动力驱动和相位驱动。圆轮滚动时，动力驱动步进电机带动动力齿轮8驱动动力套筒轴20、动力轮毂14、动力辐1以某一恒定转速转动，通过销钉12带动轮缘2一端以同样的转速运行。相位驱动电机带动相位齿轮6驱动相位轴16、相位轴16法兰、相位轮毂13、相位辐4、连杆3以同一恒定转速转动，通过销钉11带动轮缘2的另一端以同一恒定转速转动，此时圆轮正常滚动。变形轮滚动时，动力驱动步进电机转速不变，相位驱动电机相对于动力驱动步进电机超前转动γ角，相位驱动电机带动相位齿轮6驱动相位轴16、相位法兰18、相位轮毂13、相位辐4超前动力辐1γ角，在连杆3另一端的作用下通过销钉11带动轮缘2另一端向外摆动γ角，形成变形轮滚动。
图7为变形轮工作原理，在圆轮滚动时，变形轮6个联动单元体同步运动，每一单元体由轮缘2、动力辐1、相位辐4及连杆3组成等边四边形OABC，图7a所示，轮缘2BC所受的正压力合力N指向圆心，车轮扭矩M完全由轮缘2的摩擦力承担，车轮扭矩M＝F*r，最大扭矩Mmax＝[Fm]*r，F为轮缘2表面所受摩擦力，[Fm]为轮缘2表面所受最大摩擦力。在变形轮滚动时，当相位辐4OA摆动γ角，通过连杆3AB驱动轮缘2BC绕C点同样摆动γ角，图7b所示，此时路面对轮缘2的正压力N不通过圆心，该正压力对车轮具有一定的反作用扭矩，车轮扭矩M＝F*r+NL，最大扭矩Mmax＝[Fm]*r+NL>[Fm]*r。由此可见变形后的车轮最大扭矩可提升ΔMmax≈NL，因此越障能力得以提高。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种周向平移式四杆机构变形轮，其特征在于，包括驱动机构和联动单元体；
所述驱动机构包括动力驱动部和相位驱动部；所述动力驱动部包括动力轮毂(14)、动力套筒轴(20)和动力齿轮(8)，所述动力套筒轴(20)固定安装在所述动力轮毂(14)上，所述动力齿轮(8)固定安装在所述动力套筒轴(20)的末端；所述相位驱动部包括相位轮毂(13)、相位法兰(18)、相位轴(16)和相位齿轮(6)，所述相位轴(16)与所述相位法兰(18)固定连接，所述相位法兰(18)与所述相位轮毂(13)固定连接，所述相位齿轮(6)固定安装在所述相位轴(16)的末端；所述相位轮毂(13)安装在所述动力轮毂(14)外侧，所述相位轮毂(13)与所述动力轮毂(14)间隙配合；
所述联动单元体包括动力辐(1)、轮缘(2)、连杆(3)和相位辐(4)；所述轮缘(2)两端分别与所述动力辐(1)和所述连杆(3)铰接，所述连杆(3)末端与所述相位辐(4)铰接；所述动力辐(1)与所述动力轮毂(14)固定连接，所述相位辐(4)与所述相位轮毂(13)固定连接。
2.根据权利要求1所述的周向平移式四杆机构变形轮，其特征在于：所述动力轮毂(14)上开设有台阶孔，所述相位法兰(18)安装在所述台阶孔内，所述相位法兰(18)与所述动力轮毂(14)间隙配合。
3.根据权利要求1所述的周向平移式四杆机构变形轮，其特征在于：所述动力套筒轴(20)和所述动力轮毂(14)均套设在所述相位轴(16)上，所述动力套筒轴(20)和所述动力轮毂(14)均与所述相位轴(16)间隙配合。
4.根据权利要求1所述的周向平移式四杆机构变形轮，其特征在于：所述动力套筒轴(20)上套设有套筒(22)，所述套筒(22)两侧分别设置有第一轴承(21)和第二轴承(23)，所述第一轴承(21)和第二轴承(23)均套设在所述动力套筒轴(20)上。
5.根据权利要求4所述的周向平移式四杆机构变形轮，其特征在于：所述动力套筒轴(20)上设置有台肩，所述动力套筒轴(20)上套设有卡环(24)，所述第一轴承(21)和第二轴承(23)位于所述卡环(24)与台肩之间；所述第一轴承(21)通过所述台肩轴向定位，所述第二轴承(23)通过所述套筒(22)轴向定位，所述第二轴承(23)通过所述卡环(24)轴向固定。
6.根据权利要求1所述的周向平移式四杆机构变形轮，其特征在于：所述动力辐(1)设置在所述相位轮毂(13)两侧，所述动力辐(1)端面与所述相位轮毂(13)端面间隙配合。
7.根据权利要求1所述的周向平移式四杆机构变形轮，其特征在于：所述连杆(3)为弓形结构，所述连杆(3)一端开设有第一凹槽(3-1)，所述第一凹槽(3-1)外侧槽壁与所述轮缘(2)铰接，所述连杆(3)另一端设置有与所述第一凹槽(3-1)相适配的凸台(3-2)；所述凸台(3-2)上开设有第二凹槽(3-3)，所述相位辐(4)安装在所述第二凹槽(3-3)中，所述相位辐(4)与所述凸台(3-2)铰接。
8.根据权利要求1所述的周向平移式四杆机构变形轮，其特征在于：所述联动单元体的数量为六个。
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