CN113968101B - 一种适用于可变直径轮的异形组合弹簧 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于可变直径轮的异形组合弹簧，包括若干片连接外轮单元和中心轮毂的、构成弹性轮辐的弹簧板体，每个弹簧板体由若干结构、材质相同的单元弹簧片层层贴合而成，弹簧板体的板宽方向平行于可变直径轮轴向，每个弹簧板体一端固定连接中心轮毂，并使其另一端抵靠并相切于外轮单元的内圆表面；弹簧板体包括波纹板部和平滑板部组成，平滑板部抵靠外轮单元的内圆表面，波纹板部固定连接中心轮毂并作为弹簧板体的主体部分，弹簧板体设有数条钢索，每条钢索沿弹簧板体长度方向活动穿接所有凹槽。弹簧板体能产生更大的弹性变形而不产生材料屈服，其减震效果好。

Description

一种适用于可变直径轮的异形组合弹簧

技术领域

本发明涉及弹簧技术领域，具体来说，是一种适用于可变直径轮的弹簧。

背景技术

可变直径轮通过柔顺变径机构来实现可变直径轮的直径变化，即依靠机构中柔性单元的变形产生运动，可避开磨损，润滑，密封等问题，具有重量轻的优点。在现有技术中，柔顺变径机构采用的柔性单元是具有集中柔顺特性的柔顺铰链，例如公开号为CN101503044的发明专利申请公开了一种适用于可变直径轮的机液联动变径轮架。集中柔顺机构的不足主要体现在：机构构型来源于刚体机构，即用柔性铰链替换刚性铰链，变径范围受到柔性铰链的制约，极大限制了其构型范围，毕竟刚性只是柔性的一种特殊情况；此外，具有柔顺铰链的可变直径轮属于单轮脚承载，在变径轮滚动行走(尤其是张开状态)时，主要是单个轮腿在承载受力，因此来自地面的力和力矩都会集中作用到接触地面的轮腿，导致接地轮腿中的柔顺铰链受力状况恶劣，故这种变径轮的承载能力较小。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于可变直径轮的异形组合弹簧，可提高可变直径轮的承载能力，而且与现有的柔顺铰链相比，弹簧板体能产生更大的弹性变形而不产生材料屈服，其减震效果好。

本发明的目的是这样实现的：一种适用于可变直径轮的异形组合弹簧，包括若干片连接外轮单元和中心轮毂的、构成弹性轮辐的弹簧板体，每个弹簧板体设为狭长的圆角矩形板结构，所述弹簧板体的板宽方向平行于可变直径轮轴向，每个弹簧板体一端固定连接中心轮毂，设车轮前进方向为前，所述弹簧板体受载后顺其长度方向整体向后弯曲，使得弹簧板体缠绕于中心轮毂，使其另一端抵靠并相切于外轮单元的内圆表面；

所述弹簧板体由波纹板部和平滑板部组成，所述平滑板部抵靠外轮单元的内圆表面，所述波纹板部固定连接中心轮毂并作为弹簧板体的主体部分；

从可变直径轮轴向视角观察，所述波纹板部呈现为波纹状且设有若干沿弹簧板体长度方向排列的凹槽，所述凹槽基于弹簧板体向其内表面法向的方向折弯形成下凹结构，每个凹槽平行于车轮轴向且在轴向上贯通；

所述弹簧板体设有若干沿其长度方向排列于弹簧板体板宽中央的中央开口；

所述弹簧板体设有数条钢索，每条钢索沿弹簧板体长度方向活动穿接所有凹槽，所述钢索两端均固定有限位件，两限位件分别抵触弹簧板体的首尾凹槽的外壁。

本发明的有益效果在于：

通过单元弹簧片层层相贴组合为一个弹簧板体的方式可保证每片大变形的强度要求前提下，可控制叠加数量或厚度，以提高组合弹簧整体刚度，同时保留了弹簧一定的柔性变形能力(柔顺性)；弹簧板体可以作为可变直径轮的弹性轮辐，在变径轮改变直径时作为柔顺机构的柔性单元，通过其变形实现轮径变化，可避开密封、润滑等问题，而在变径轮承载时作为柔性轮辐结构起到承重和减震作用；因此，该弹簧能解决轮辐材料屈服极限、机构柔顺性及承载能力的协调问题。

附图说明

图1是本发明在受压载时弯曲的状态示意图。

图2是基于图1状态的另一视角立体示意图。

图3是基于图1状态的侧向视角示意图。

图4是可变直径轮的示意图。

图5是可变直径轮的剖视图。

具体实施方式

下面结合附图1-5和具体实施例对本发明进一步说明。为了便于描述，设车轮前进方向为前(非倒车情况)。

如图1、2所示，一种适用于可变直径轮的异形组合弹簧，包括若干片连接外轮单元和中心轮毂8的、构成弹性轮辐的弹簧板体9，每个弹簧板体9设为狭长的圆角矩形板结构，弹簧板体9的板宽方向平行于可变直径轮轴向，每个弹簧板体9一端固定连接中心轮毂8，弹簧板体9以固定连接中心轮毂8的短边为准向后弯曲，不阻碍可变直径轮的正常前进滚动，并使其另一端抵靠并相切于外轮单元的内圆表面。

上述弹簧板体9由波纹板部和平滑板部组成，平滑板部抵靠外轮单元的内圆表面，波纹板部固定连接中心轮毂8并作为弹簧板体9的主体部分。

从可变直径轮轴向视角观察，波纹板部呈现为波纹状且设有若干沿弹簧板体9长度方向排列的凹槽2，凹槽2基于弹簧板体9向其内表面法向的方向折弯形成下凹结构，凹槽2为向外开口的V形槽，且其底部为圆弧段，其开口侧两边均为圆弧倒角7，每个凹槽2平行于车轮轴向且在轴向上贯通，从而在具有一定机械强度的同时，在有限安装空间内，凹槽2相当于增加了可变形长度，可提高弹簧板体9的柔性变形能力。

上述弹簧板体9设有若干沿其长度方向排列于弹簧板体9板宽中央的中央开口4。中央开口4与凹槽2一一对应，且中央开口4处于凹槽2长度方向的中间位置。中央开口4的轮廓为长圆孔状，中央开口4的长度方向平行于弹簧板体9的长边。从弹簧板体9外侧面观察，中央开口4的两端均超出凹槽2。中央开口4可以起到调控弹簧板体9的柔性变形能力的作用，可以根据具体要求选择中央开口4的形状、尺寸、位置。

上述弹簧板体9设有数条钢索5，每条钢索5沿弹簧板体9长度方向活动穿接所有凹槽2，钢索5两端均固定有限位件6，两限位件6分别抵触弹簧板体9的首尾凹槽2的外壁。上述弹簧板体9开设有若干位于凹槽2的穿过孔3，按钢索5的数量所有穿过孔3分为数组，每一组穿过孔3沿弹簧板体9长度方向排列并对应一条钢索5，所有穿过孔3以弹簧板体9板宽中央为准，对称布置为两组，相当于分处中央开口4的两侧位置。

穿过孔3为长圆孔，且其长度方向平行于弹簧板体9的长度方向，钢索5活动穿配穿过孔3并沿穿过孔3长度方向偏移活动，在弹簧板体9弯曲、舒展过程中，钢索5可以在穿过孔3内沿其长度方向活动，限定钢索5的活动范围。如图3所示，由于每根钢索5两端处均固定连接有用于限定其轴端位置的、防止钢索5脱离弹簧板体9的限位件6，限位件6可以设为固定套接钢索5的金属套，也可以是夹头之类的零件，在弹簧板体9弯曲到一定程度时，两个限位件6紧紧地抵靠弹簧板体9的内侧面，并分别抵靠首尾两个凹槽2的外壁，从而防止钢索5沿其轴向窜动。

在弹簧板体9受载产生长度方向的弯曲时，达到某个变形极限后，钢索5也会产生张紧现象，钢索5能够对弹簧板体9的形变产生一定的抑制作用，在保持弹簧板体9弹性性能的同时使其具有足够的机械强度，不会产生过度弯曲的现象。

在弹簧板体9的波纹板部中，所有与凹槽2错开的部分均开设有减重孔10，减重孔10可以是椭圆形或圆形，以便控制弹簧板体9的自重。

上述弹簧板体9由若干结构、材质相同的单元弹簧片1层层贴合而成，单元弹簧片1由弹簧钢制成，从而协调弹簧板体9的机械强度、刚度和柔性变形能力。

本实施例在具体应用时，如图4、5所示，外轮单元由若干片弧形的橡胶轮脚11组成，在变径状态下，上述若干片橡胶轮脚11沿周向分开，以使外轮单元的实际外径增大，能够满足在复杂地面上进行平稳行驶的要求。

本实施例仅仅是一个优选应用例，可以考虑将弹簧板体9装配于其他类型的车轮。

弹簧板体9的数量等于橡胶轮脚11的数量，针对每个弹簧板体9：

每个弹簧板体9对应两个橡胶轮脚11；

以向前驾驶的方向为前，弹簧板体9的平滑板部末端通过至少两个锁定件15(螺钉)固定连接后方橡胶轮脚11的内表面的内腹板12，内腹板12与橡胶轮脚11的内表面连为一体；

弹簧板体9的平滑板部内表面滚动接触前方橡胶轮脚11内槽的内安装架13的支撑销轴14，其中，内安装架13固定连接内腹板12，支撑销轴14转动连接内安装架13，在行驶过程中，支撑销轴14在弹簧板体9的平滑板部内表面上滚动，限定弹簧板体9的平滑板部的弯曲程度。

以上是本发明的优选实施例，本领域普通技术人员还可以在此基础上进行各种变换或改进，在不脱离本发明总的构思的前提下，这些变换或改进都应当属于本发明要求保护范围之内。

Claims (8)

1.一种适用于可变直径轮的异形组合弹簧，包括若干片连接外轮单元和中心轮毂(8)的、构成弹性轮辐的弹簧板体(9)，其特征在于：每个弹簧板体(9)设为狭长的圆角矩形板结构，所述弹簧板体(9)的板宽方向平行于可变直径轮轴向，每个弹簧板体(9)一端固定连接中心轮毂(8)，设车轮前进方向为前，所述弹簧板体(9)顺其长度方向整体向后弯曲，使其另一端抵靠并相切于外轮单元的内圆表面；

所述弹簧板体(9)由波纹板部和平滑板部组成，所述平滑板部抵靠外轮单元的内圆表面，所述波纹板部固定连接中心轮毂(8)并作为弹簧板体(9)的主体部分；

从可变直径轮轴向视角观察，所述波纹板部呈现为波纹状且设有若干沿弹簧板体(9)长度方向排列的凹槽(2)，所述凹槽(2)基于弹簧板体(9)向其内表面法向的方向折弯形成下凹结构，每个凹槽(2)平行于车轮轴向且在轴向上贯通；

所述弹簧板体(9)设有若干沿其长度方向排列于弹簧板体(9)板宽中央的中央开口(4)；

所述弹簧板体(9)设有数条钢索(5)，每条钢索(5)沿弹簧板体(9)长度方向活动穿接所有凹槽(2)，所述钢索(5)两端均固定有限位件(6)，两限位件(6)分别抵触弹簧板体(9)的首尾凹槽(2)的外壁。

2.根据权利要求1所述的一种适用于可变直径轮的异形组合弹簧，其特征在于：所述凹槽(2)为向外开口的V形槽，且其底部为圆弧段，其开口侧两边均为圆弧倒角(7)。

3.根据权利要求1所述的一种适用于可变直径轮的异形组合弹簧，其特征在于：所述弹簧板体(9)开设有若干位于凹槽(2)的穿过孔(3)，按钢索(5)的数量所有穿过孔(3)分为数组，每一组穿过孔(3)沿弹簧板体(9)长度方向排列并对应一条钢索(5)，所述穿过孔(3)为长圆孔，且其长度方向平行于弹簧板体(9)的长度方向，所述钢索(5)活动穿配穿过孔(3)并沿穿过孔(3)长度方向偏移活动。

4.根据权利要求3所述的一种适用于可变直径轮的异形组合弹簧，其特征在于：所述中央开口(4)与凹槽(2)一一对应，且所述中央开口(4)处于凹槽(2)长度方向的中间位置，所有穿过孔(3)以弹簧板体(9)板宽中央为准，对称布置为两组。

5.根据权利要求4所述的一种适用于可变直径轮的异形组合弹簧，其特征在于：所述中央开口(4)的轮廓为长圆孔状，所述中央开口(4)的长度方向平行于弹簧板体(9)的长边。

6.根据权利要求5所述的一种适用于可变直径轮的异形组合弹簧，其特征在于：从弹簧板体(9)外表面观察，所述中央开口(4)的两端均超出凹槽(2)。

7.根据权利要求1所述的一种适用于可变直径轮的异形组合弹簧，其特征在于：在所述弹簧板体(9)的波纹板部中，所有与凹槽(2)错开的部分均开设有减重孔(10)。

8.根据权利要求1-7中任意一项所述的一种适用于可变直径轮的异形组合弹簧，其特征在于：所述弹簧板体(9)由若干结构、材质相同的单元弹簧片(1)层层贴合而成，所述单元弹簧片(1)由弹簧钢制成。