CN112848792A - 一种轮履复合式可重构车轮 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种轮履复合式可重构车轮，涉及车轮技术领域，包括变形机构、支撑机构、驱动机构和动力源，支撑机构包括两个侧轮毂，驱动机构包括主动轴、中心轮毂、切换组件和驱动组件，一个侧轮毂、切换组件、中心轮毂、动力源和另一个侧轮毂依次套设于主动轴上，切换组件用于切换主动轴与中心轮毂的连接状态；变形机构包括两个对称设置的变形组件和多个第一支撑杆，各侧轮毂上安装有一个变形组件，两个变形组件远离侧轮毂的一端由第一支撑杆连接，驱动组件用于通过带动第一支撑杆移动使得变形组件变形和复位，使其具备了轮式和履带式行走机构的优点，实现了车辆在平整坚实路面较高的动力性和多障碍路面较高通过性的兼容，对环境的适应能力较强。

Description

一种轮履复合式可重构车轮

技术领域

本发明涉及车轮技术领域，特别是涉及一种轮履复合式可重构车轮。

背景技术

随着人们对美好生活需要的提高，汽车不仅是代步工具，每逢闲暇，郊游踏青，遇上非铺装路面的几率大大增加。平整坚实路面上车辆要具有良好的经济性和动力性，而在松软路面要具有良好的越障性和通过性，这就对车辆有了更高的要求。汽车中的行走机构通常有轮式、履带式和支腿等形式。轮式行走机构的应用最为广泛，技术较为成熟，制造成本低，但是对地面的依赖性较强，越障和爬坡易受限，平坦路面更能让其高速灵活性能得以发挥；无论路面状况如何，履带式行走机构都可以自铺路面供自己行驶，其越野、越障性能显著，但是经济性较弱，可见，传统的行走机构较难满足复杂路况的行驶要求。

发明内容

为解决以上技术问题，本发明提供一种轮履复合式可重构车轮，具备了轮式和履带式行走机构的优点，实现了车辆在平整坚实路面较高的动力性和多障碍路面较高通过性的兼容，对环境的适应能力较强。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种轮履复合式可重构车轮，包括变形机构、支撑机构、驱动机构和动力源，所述支撑机构包括两个侧轮毂，所述驱动机构包括主动轴、中心轮毂、切换组件和驱动组件，一个所述侧轮毂、所述切换组件、所述中心轮毂、所述动力源和另一个所述侧轮毂依次套设于所述主动轴上，所述驱动组件安装于所述中心轮毂上，所述侧轮毂与所述主动轴转动连接，所述动力源固定于所述主动轴上，所述动力源用于为所述驱动组件和所述切换组件提供动力，所述切换组件用于切换所述主动轴与所述中心轮毂的连接状态；所述变形机构包括两个对称设置的变形组件和多个第一支撑杆，各所述侧轮毂上安装有一个所述变形组件，两个所述变形组件远离所述侧轮毂的一端由所述第一支撑杆连接，多个所述第一支撑杆沿所述主动轴的周向分布，所述第一支撑杆与所述主动轴相互平行，多个所述第一支撑杆与所述驱动组件连接，所述驱动组件用于通过带动所述第一支撑杆移动使得所述变形组件变形和复位。

优选地，所述第一支撑杆设置为三个，所述变形组件包括三个沿所述侧轮毂周向均匀分布的变形部件，所述变形部件包括第一变形杆、连接铰链、两个第二变形杆和两个拨片，所述第一变形杆一端与所述侧轮毂连接，所述第一变形杆另一端与所述连接铰链铰接，所述连接铰链远离所述第一变形杆一端的两侧分别铰接有两个所述第二变形杆，各所述第二变形杆远离所述连接铰链的一端铰接有一个所述拨片，两个所述变形部件中相邻的两个所述拨片通过一个所述第一支撑杆铰接。

优选地，所述驱动组件包括多个沿所述中心轮毂周向均匀分布的第一直线驱动部件，各所述第一直线驱动部件远离所述中心轮毂的一端与一个所述第一支撑杆固定连接，所述第一直线驱动部件与所述动力源连接。

优选地，所述第一直线驱动部件为液压缸，所述液压缸的活塞杆端部设置有一个圆环，所述圆环固定套设于所述第一支撑杆上。

优选地，所述中心轮毂与所述主动轴之间存在空隙，所述切换组件包括内齿圈、主动齿轮和第二直线驱动部件，所述内齿圈固定于所述中心轮毂远离所述动力源的一侧，所述主动轴远离所述动力源的一侧设置有键，所述主动齿轮套设于所述主动轴上，所述主动齿轮内壁上设置有与所述键相匹配的键槽，所述主动齿轮能够与所述内齿圈相啮合，所述第二直线驱动部件与所述动力源连接，所述第二直线驱动部件用于驱动所述主动齿轮沿所述主动轴滑动。

优选地，所述动力源为液压泵，所述第二直线驱动部件为液压伸缩杆，所述液压伸缩杆能够与所述主动齿轮相接触，所述切换组件还包括回位弹簧和弹簧座，所述弹簧座固定于所述主动轴远离所述动力源的一端，所述回位弹簧套设于所述主动轴上，且所述回位弹簧设置于所述主动齿轮和所述弹簧座之间。

优选地，所述支撑机构还包括多个第二支撑杆，两个所述变形组件中对称设置的两个所述拨片通过多个所述第二支撑杆连接。

优选地，还包括两个轴承，所述主动轴的两端分别通过一个所述轴承转动安装于一个所述侧轮毂中。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明提供的轮履复合式可重构车轮，包括变形机构、支撑机构、驱动机构和动力源，驱动机构包括主动轴、中心轮毂、切换组件和驱动组件，切换组件用于切换主动轴与中心轮毂的连接状态；变形机构包括两个对称设置的变形组件和多个第一支撑杆，驱动组件用于通过带动第一支撑杆移动使得变形组件变形，通过切换组件和驱动组件使得轮履复合式可重构车轮能够在轮式状态和履带式状态进行转换，这种结合的方式具备了轮式和履带式行走机构的优点，在正常的平顺路面上行驶时，切换至轮式行走方式，以保持良好的动力性和经济性；在陡坡、沟壑等多障路面上行驶时，则切换至履带行走方式，以改善越野越障通过能力，从而实现了车辆在平整坚实路面较高的动力性和多障碍路面较高通过性的兼容，同时避免了结构不紧凑、占用空间大的弊端，可用于多种路况，无论是日常行驶，还是灾区救援、战场行进等复杂环境，对环境的适应能力较强，极大地提高了车轮的适用范围。

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为本发明提供的轮履复合式可重构车轮的立体图；

图2为本发明提供的轮履复合式可重构车轮中驱动机构的立体图；

图3为本发明提供的轮履复合式可重构车轮中变形机构的立体图；

图4为本发明提供的轮履复合式可重构车轮的侧向剖视图；

图5为本发明提供的轮履复合式可重构车轮处于轮式状态的主视图；

图6为本发明提供的轮履复合式可重构车轮处于履带式状态的主视图；

图7为本发明提供的轮履复合式可重构车轮中变形机构的原理图。

附图标记说明：100、轮履复合式可重构车轮；1、主动轴；2、中心轮毂；3、侧轮毂；4、动力源；5、第一直线驱动部件；6、第一支撑杆；7、第二支撑杆；8、第一变形杆；9、连接铰链；10、第二变形杆；11、拨片；12、内齿圈；13、主动齿轮；14、键；15、轴承；16、回位弹簧；17、弹簧座；18、圆环。

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。

本发明的目的是提供一种轮履复合式可重构车轮，具备了轮式和履带式行走机构的优点，实现了车辆在平整坚实路面较高的动力性和多障碍路面较高通过性的兼容，对环境的适应能力较强。

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。

如图1-图4所示，本实施例提供一种轮履复合式可重构车轮100，包括变形机构、支撑机构、驱动机构和动力源4，支撑机构包括两个侧轮毂3，驱动机构包括主动轴1、中心轮毂2、切换组件和驱动组件，一个侧轮毂3、切换组件、中心轮毂2、动力源4和另一个侧轮毂3依次套设于主动轴1上，驱动组件安装于中心轮毂2上，侧轮毂3与主动轴1转动连接，动力源4固定于主动轴1上，动力源4用于为驱动组件和切换组件提供动力，切换组件用于切换主动轴1与中心轮毂2的连接状态，具体地，通过控制切换组件使得在主动轴1能够或者不能带动中心轮毂2转动的两种状态转换；变形机构包括两个对称设置的变形组件和多个第一支撑杆6，各侧轮毂3上安装有一个变形组件，两个变形组件远离侧轮毂3的一端由第一支撑杆6连接，多个第一支撑杆6沿主动轴1的周向分布，第一支撑杆6与主动轴1相互平行，多个第一支撑杆6与驱动组件连接，驱动组件用于通过带动第一支撑杆6移动使得变形组件变形和复位，具体地，变形是指由轮式状态转换为履带式状态，复位是指由履带式状态转换为轮式状态。

本实施例中通过切换组件和驱动组件使得轮履复合式可重构车轮100能够在轮式状态和履带式状态进行转换，这种结合的方式具备了轮式和履带式行走机构的优点。具体地，当车轮处于轮式状态时，通过控制切换组件使得主动轴1能够带动中心轮毂2转动，进而带动驱动组件、变形机构和两个侧轮毂3转动，使得整个车轮做旋转运动；当轮式状态转换为履带式状态时，通过控制切换组件使得主动轴1不再能带动中心轮毂2转动，同时，通过驱动组件向外伸出带动第一支撑杆6移动，进而带动变形机构变形为履带式状态，车轮做平动。

如图3和图7所示，第一支撑杆6设置为三个，变形组件包括三个沿侧轮毂3周向均匀分布的变形部件，变形部件包括第一变形杆8、连接铰链9、两个第二变形杆10和两个拨片11，第一变形杆8一端与侧轮毂3连接，具体地，第一变形杆8固定或铰接于侧轮毂3周边，第一变形杆8另一端与连接铰链9铰接，连接铰链9远离第一变形杆8一端的两侧分别铰接有两个第二变形杆10，各第二变形杆10远离连接铰链9的一端铰接有一个拨片11，两个变形部件中相邻的两个拨片11通过一个第一支撑杆6铰接。

如图2所示，驱动组件包括多个沿中心轮毂2周向均匀分布的第一直线驱动部件5，第一直线驱动部件5固定或铰接于中心轮毂2周边，本实施例中的第一直线驱动部件5设置为三个，沿周向间隔120°均匀分布，各第一直线驱动部件5远离中心轮毂2的一端与一个第一支撑杆6固定连接，第一直线驱动部件5与第一支撑杆6相互垂直，第一直线驱动部件5与动力源4连接。动力源4为第一直线驱动部件5提供动力，使其能够带动第一支撑杆6移动，进而使得铰接于第一支撑杆6一端的两个拨片11旋转，并带动第二变形杆10运动使得车轮变形。

于本具体实施例中，第一直线驱动部件5为液压缸，液压缸的活塞杆端部设置有一个圆环18，圆环18固定套设于第一支撑杆6上。

具体地，中心轮毂2与主动轴1之间存在空隙，切换组件包括内齿圈12、主动齿轮13和第二直线驱动部件，内齿圈12固定于中心轮毂2远离动力源4的一侧，主动轴1远离动力源4的一侧设置有键14，主动齿轮13套设于主动轴1上，主动齿轮13内壁上设置有与键14相匹配的键槽，通过键14与键槽相配合使得主动轴1转动时能够带动主动齿轮13旋转，主动齿轮13能够与内齿圈12相啮合，第二直线驱动部件与动力源4连接，第二直线驱动部件用于驱动主动齿轮13沿主动轴1滑动，具体地，第二直线驱动部件从中心轮毂2与主动轴1的间隙部分穿过以推动主动齿轮13。

于本具体实施例中，动力源4为液压泵，第二直线驱动部件为液压伸缩杆，液压伸缩杆能够与主动齿轮13相接触，即液压伸缩杆与主动齿轮13不连接，仅推动主动齿轮13端面使其进行轴向移动。如图4所示，切换组件还包括回位弹簧16和弹簧座17，弹簧座17固定于主动轴1远离动力源4的一端，且弹簧座17设置于远离动力源4的侧轮毂3的内侧，回位弹簧16套设于主动轴1上，且回位弹簧16设置于主动齿轮13和弹簧座17之间。处于履带式状态时，液压伸缩杆处于伸出状态，使得主动齿轮13由内齿圈12中脱出，并压缩回位弹簧16，当需要转换为轮式状态时，液压泵泄压，使得液压伸缩杆收缩复位，不再对主动齿轮13施加推力，此时主动齿轮13在回位弹簧16作用下朝向内齿圈12运动并与其相啮合，此时主动轴1能够带动主动齿轮13和中心轮毂2转动。

如图1所示，支撑机构还包括多个第二支撑杆7，两个变形组件中对称设置的两个拨片11通过多个第二支撑杆7连接。具体地，对称的两个拨片11通过三个第二支撑杆7连接，即第二支撑杆7共设置有十八个，十八个第二支撑杆7沿周向均匀分布。

本实施例中还包括两个轴承15，主动轴1的两端分别通过一个轴承15转动安装于一个侧轮毂3中。

具体地轮式状态和履带式状态的转换过程为：如图5所示，当可重构车轮处于轮式状态时，主动齿轮13与中心轮毂2的内齿圈12相啮合，并将驱动转矩传递至中心轮毂2，中心轮毂2通过液压缸与第一支撑杆6相连，由第一支撑杆6联动拨片11与第二支撑杆7运动使得车轮做旋转运动。如图6所示，当车轮处于三角履带模式时，主动齿轮13在液压伸缩杆的推动下沿轴向移动，退出与中心轮毂2的啮合，即不传递驱动转矩，同时液压缸作用，将第一支撑杆6推出，车轮转换为三角履带模式，车轮做平动。结束越障时，车轮退出履带模式，液压泵泄压，液压缸带动第一支撑杆6和变形机构复位，主动齿轮13在回位弹簧16的作用下反向轴向移动，重新与中心轮毂2的内齿圈12啮合，车轮回复到轮式旋转运动状态，履带可依靠自身弹性吸附于车轮外壁上。由于可重构车轮在圆形状态下做旋转运动，在履带模式下做平动，考虑到制动系统布置在车轮内部的不便，将制动系统安装于可重构车轮与悬架之间。

由此可知，本实施例中所提出的轮履复合式可重构车轮100结构并非车轮和履带的简单拼合，而是通过巧妙的结构设计和组合，在保证行走机构一定的体积和质量的情况下，使其自身可在轮-履之间相互转换，这种结合的方式具备了轮式和履带式行走机构的优点，圆形轮式行走机构具有灵活高速的特点，三角履带模式行走机构在爬坡越障方面性能优异，能够有效地应对各种路面状况，同时避免了结构不紧凑、占用空间大的弊端。

在正常的平顺路面上行驶时，切换至轮式行走方式，以保持良好的动力性和经济性；在陡坡、沟壑等多障路面上行驶时，则切换至履带行走方式，以改善越野越障通过能力，从而实现了车辆在平整坚实路面较高的动力性和多障碍路面较高通过性的兼容，能够灵活有效地应用于各种复杂路面，无论是日常行驶，还是灾区救援、战场行进等复杂环境，具体地，不仅是民用，可重构车轮在社会生活和抢险救灾领域也有广阔的应用空间。例如：森林火灾救援中，救援车开赴到灾区前，主要以速度较高的轮式机构前进，进入救援地点后，地形复杂且可能没有道路，若这时可变形为履带式结构，不仅能够适应各种地形情况，提高越障能力，救援效率也得到了大幅提高，可见，本实施例中的轮履复合式可重构车轮100对环境的适应能力较强，极大地提高了车轮的适用范围，也将使无人平台的行驶作业效率得以提高。

本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种轮履复合式可重构车轮，其特征在于，包括变形机构、支撑机构、驱动机构和动力源，所述支撑机构包括两个侧轮毂，所述驱动机构包括主动轴、中心轮毂、切换组件和驱动组件，一个所述侧轮毂、所述切换组件、所述中心轮毂、所述动力源和另一个所述侧轮毂依次套设于所述主动轴上，所述驱动组件安装于所述中心轮毂上，所述侧轮毂与所述主动轴转动连接，所述动力源固定于所述主动轴上，所述动力源用于为所述驱动组件和所述切换组件提供动力，所述切换组件用于切换所述主动轴与所述中心轮毂的连接状态；所述变形机构包括两个对称设置的变形组件和多个第一支撑杆，各所述侧轮毂上安装有一个所述变形组件，两个所述变形组件远离所述侧轮毂的一端由所述第一支撑杆连接，多个所述第一支撑杆沿所述主动轴的周向分布，所述第一支撑杆与所述主动轴相互平行，多个所述第一支撑杆与所述驱动组件连接，所述驱动组件用于通过带动所述第一支撑杆移动使得所述变形组件变形和复位。

2.根据权利要求1所述的轮履复合式可重构车轮，其特征在于，所述第一支撑杆设置为三个，所述变形组件包括三个沿所述侧轮毂周向均匀分布的变形部件，所述变形部件包括第一变形杆、连接铰链、两个第二变形杆和两个拨片，所述第一变形杆一端与所述侧轮毂连接，所述第一变形杆另一端与所述连接铰链铰接，所述连接铰链远离所述第一变形杆一端的两侧分别铰接有两个所述第二变形杆，各所述第二变形杆远离所述连接铰链的一端铰接有一个所述拨片，两个所述变形部件中相邻的两个所述拨片通过一个所述第一支撑杆铰接。

3.根据权利要求1所述的轮履复合式可重构车轮，其特征在于，所述驱动组件包括多个沿所述中心轮毂周向均匀分布的第一直线驱动部件，各所述第一直线驱动部件远离所述中心轮毂的一端与一个所述第一支撑杆固定连接，所述第一直线驱动部件与所述动力源连接。

4.根据权利要求3所述的轮履复合式可重构车轮，其特征在于，所述第一直线驱动部件为液压缸，所述液压缸的活塞杆端部设置有一个圆环，所述圆环固定套设于所述第一支撑杆上。

5.根据权利要求1所述的轮履复合式可重构车轮，其特征在于，所述中心轮毂与所述主动轴之间存在空隙，所述切换组件包括内齿圈、主动齿轮和第二直线驱动部件，所述内齿圈固定于所述中心轮毂远离所述动力源的一侧，所述主动轴远离所述动力源的一侧设置有键，所述主动齿轮套设于所述主动轴上，所述主动齿轮内壁上设置有与所述键相匹配的键槽，所述主动齿轮能够与所述内齿圈相啮合，所述第二直线驱动部件与所述动力源连接，所述第二直线驱动部件用于驱动所述主动齿轮沿所述主动轴滑动。

6.根据权利要求5所述的轮履复合式可重构车轮，其特征在于，所述动力源为液压泵，所述第二直线驱动部件为液压伸缩杆，所述液压伸缩杆能够与所述主动齿轮相接触，所述切换组件还包括回位弹簧和弹簧座，所述弹簧座固定于所述主动轴远离所述动力源的一端，所述回位弹簧套设于所述主动轴上，且所述回位弹簧设置于所述主动齿轮和所述弹簧座之间。

7.根据权利要求2所述的轮履复合式可重构车轮，其特征在于，所述支撑机构还包括多个第二支撑杆，两个所述变形组件中对称设置的两个所述拨片通过多个所述第二支撑杆连接。

8.根据权利要求1所述的轮履复合式可重构车轮，其特征在于，还包括两个轴承，所述主动轴的两端分别通过一个所述轴承转动安装于一个所述侧轮毂中。

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