CN114103550A - 一种适用于全向车的转向驱动轮系 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种适应于全向车的转向驱动轮系，包括分别被转向装置以及驱动装置带动转向以及转动的全向轮，所述全向轮为圆锥形车轮并且其圆锥形周向外表面与地面接触。本发明采用锥形结构的全向车轮行驶，外观新颖。转向机构承载能力强，能够实现车轮绕固定轴360度转向。

Description

一种适用于全向车的转向驱动轮系

技术领域

本发明属于全向转动车轮领域，具体涉及一种适应于全向车的转向驱动轮系。

背景技术

在现代化工业中，提倡快速、高效、可靠，提倡将人从繁重、简单的工作中解放出来，用机器替代部分人的劳动。特种车辆如转载车、叉车、AGV车等便是基于此研发生产而来的，它们是工业物流体系中的重要设备，主要储运各类物料，为系统柔性化、集成化、高效运行提供了重要的保证，在产品生产领域应用十分广泛。它们可根据仓储货位要求、生产工艺流程等改变而灵活配置。特种车辆如转载车、叉车、AGV小车等，由于工作环境的限制，车辆需要在狭小空间中灵活运行，甚至能够实现原地转向。因此特种车辆需具有大负载、小半径转弯、斜行及原地转向等功能，同时考虑该类特种车辆的使用工况，车轮需能够显著降低车辆在转弯过程中车轮对地面、涂层、轮胎等的磨损。现有的常见的特种车辆如转载车、叉车、AGV车转向不够灵活，需要较大的转向空间，在使用中受到限制。

发明内容

本发明提供一种适应于全向车的转向驱动轮系。

本发明的目的是以下述方式实现的：一种适应于全向车的转向驱动轮系，包括分别被转向装置以及驱动装置带动转向以及转动的全向轮，所述全向轮为圆锥形车轮并且其圆锥形周向外表面与地面接触。

所述转向装置包括固定在车体上的空心轴，所述空心轴外表面通过第一转向轴承连接被第一驱动机构带动转动的转向驱动件，所述转向驱动件下端固定连接车轮安装座，所述车轮安装座内部空心，所述车轮安装座内通过第三传动轴承转动连接倾斜设置的轮轴，所述轮轴上固定设置所述全向轮，所述驱动装置包括被第二驱动机构带动转动的传动轴，所述传动轴穿过所述空心轴到达所述车轮安装座的内部空间，所述传动轴与所述车轮安装座之间通过第一传动轴承连接并上下限位；所述传动轴下端通过齿轮传动机构带动所述轮轴转动。

所述齿轮传动机构包括固定设置在所述传动轴下端的伞齿轮以及固定设置在所述轮轴下端的轴头，所述轴头背面设置与所述伞齿轮配合的一圈齿槽，所述伞齿轮转动带动所述轴头转动，所述轴头转动带动所述传动轴转动。

所述轴头外表面包括二层圆柱结构，二层圆柱的直径从上到下逐渐减小；所述轴头的从上开始第二层圆柱外圆周面与所述车轮安装座的内壁表面之间设置第二传动轴承；所述车轮安装座上与所述第二传动轴承上表面对应的位置设置定位面对所述第二传动轴承进行定位；所述轴头的最上层圆柱的下表面与所述第二传动轴承上表面接触。

所述轮轴底部连接所述全向轮，所述全向轮通过圆周分布的轮毂螺栓与所述轴头相连，所述车轮安装座上位于所述全向轮背面的一侧固定设置轮毂盖。

所述第一传动轴承上下两端设置限位机构对所述传动轴进行上下限位：所述车轮安装座上设置第一轴承孔，所述第一轴承孔下端面的孔径小于所述第一传动轴承的外径，所述第一轴承孔对所述第一传动轴承的下表面限位；所述第一传动轴承的上表面接触所述空心轴的下端面，所述空心轴下端面对所述轴承上表面进行限位。

所述转向驱动件为涡轮，所述第一驱动机构为转向电机通过转向减速器带动的转向蜗杆，所述蜗杆与所述转向驱动件啮合带动所述转向驱动件转动；所述转向蜗杆一端设置转向编码器。

所述第二驱动机构包括驱动电机，所述驱动电机连接驱动减速器，所述驱动减速器的输出轴与所述传动轴连接并传递扭矩动力给所述传动轴。

所述全向轮包括轮辋以及轮胎，所述轮辋外形为圆锥形结构、内部中空，所述轮辋周向外表面设置外形为圆锥形的轮胎，所述轮胎通过浇筑在所述轮辋上同时实现轮胎成型以及安装在所述轮辋上或者所述轮胎通过机加工成型安装在所述轮辋上。

本发明的有益效果是：本发明提出一种适用于全向车转向驱动轮系，采用锥形结构的全向车轮行驶，外观新颖。转向机构承载能力强，能够实现车轮绕固定轴360度转向。本发明的锥形全向车轮中轮辋轮胎一体化，该锥形车轮结构紧凑，负载能力大。在360度转弯过程中能显著降低轮胎与地面之间的滑动摩擦力，降低轮胎的磨损及对路面的破坏。

附图说明

图1是本发明转向驱动轮系示意图。

图2是图1的另一侧视图。

图3是转向驱动轮系省略第二驱动机构的示意图。

图4是图3的A-A项视图。

图5是全向轮示意图。

其中，1是空心轴、2是第一转向轴承、3是全向轮、4是转向驱动件、5是车轮安装座、6是第三传动轴承、7是轮轴、8是传动轴、9是第一传动轴承、10是伞齿轮、11是轴头、12是第二传动轴承、13是轮毂螺栓、14是轮毂盖、15是轮毂盖支座、16是转向电机、17是转向减速器、18是转向蜗杆、19是转向编码器、20是驱动电机、21是驱动减速器、22是第一驱动外壳、23是车体、24是蜗杆轴承、25是蜗杆固定弹簧、26是蜗杆固定架、30是轮辋、31是轮胎、32是车轮安装面。

具体实施方式

以下将结合附图以及具体实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员可以根据上述本发明的内容做出一些非本质的改进和调整。在本发明中，除非另有明确的规定和限定，本申请使用的技术术语应当为本发明所述技术人员所理解的通常意义。术语“相连”“连接”“固定”“设置”等应做广义理解，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；可以是机械连接、也可以是电连接。除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”或者“上方”或者“上面”等可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”或“下方”或“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。诸如第一、第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另外一个实体或者操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

如图1-5所示，一种适应于全向车的转向驱动轮系，包括分别被转向装置以及驱动装置带动转向以及转动的全向轮3，其特征在于：所述全向轮3为圆锥形车轮并且其圆锥形周向外表面与地面接触。

所述转向装置包括固定在车体23上的空心轴1，所述空心轴1外表面通过第一转向轴承2连接被第一驱动机构带动转动的转向驱动件4，所述转向驱动件4下端固定连接车轮安装座5，所述车轮安装座5内部空心，所述车轮安装座5内通过第三传动轴承6转动连接倾斜设置的轮轴7，所述轮轴7上固定设置所述全向轮3，所述驱动装置包括被第二驱动机构带动转动的传动轴8，所述传动轴8穿过所述空心轴1到达所述车轮安装座5的内部空间，所述传动轴8与所述车轮安装座5之间通过第一传动轴承9连接并上下限位；所述传动轴8下端通过齿轮传动机构带动所述轮轴7转动。

进一步的，所述齿轮传动机构包括固定设置在所述传动轴8下端的伞齿轮10以及固定设置在所述轮轴7下端的轴头11，所述轴头11背面设置与所述伞齿轮10配合的一圈齿槽，所述伞齿轮10转动带动所述轴头11转动，所述轴头11转动带动所述传动轴8转动。

具体的，所述轴头11外表面包括二层圆柱结构，二层圆柱的直径从上到下逐渐减小；所述轴头11的从上开始第二层圆柱外圆周面与所述车轮安装座5的内壁表面之间设置第二传动轴承12；所述车轮安装座5上与所述第二传动轴承12上表面对应的位置设置定位面对所述第二传动轴承12进行定位；所述轴头11的最上层圆柱的下表面与所述第二传动轴承12上表面接触。此处，所述车轮安装座5上的定位面是通过在所述车轮安装座5上设置不同孔径的孔实现的，所述定位面处的孔径小于与所述第二传动轴承12接触部分的孔径，从而形成所述定位面。所述轴头11通过所述第二传动轴承12进行定位，所述第二传动轴承12压紧所述轴头11使得所述轴头11与所述伞齿轮10啮合稳固。所述伞齿轮10在所述传动轴8上也设置轴肩垫圈止动环等常用的定位机构。所述轮轴7和所述轴头11之间可以通过平键连接并进行圆周方向的定位。所述轮轴7上设置轴肩对所述轴头11上端进行限位。所述轮轴7下端外表面设置螺纹，轮轴7下端设置螺帽压紧并定位所述轴头11下表面。

所述轴头11轴向定位后，所述轮轴7也实现轴向定位。另外，在所述轴头11和所述车轮安装座5之间设置第二传动轴承12后，所述轮轴7和所述轴头11等驱动部件始终与所述车轮安装座5以及所述转向驱动件4等转向机构的部件保持一定的角度。

所述全向轮3通过圆周分布的轮毂螺栓13与所述轴头11相连，所述车轮安装座5上位于所述全向轮3背面的一侧固定设置轮毂盖14。所述轴头11的机构类似法兰盘，所述轴头11总共包括三层圆柱。所述全向轮3与所述轮轴7以及所述轴头11固定。所述轮毂盖14与所述车轮安装座5固定，固定方式是在所述车轮安装座5上固定轮毂盖支座15，所述轮毂盖14通过螺钉与所述轮毂盖支座15固定。

所述第一传动轴承9上下两端设置限位机构对所述传动轴8进行上下限位：所述车轮安装座5上设置第一轴承孔，所述第一轴承孔下端面的孔径小于所述第一传动轴承9的外径，所述第一轴承孔对所述第一传动轴承9的下表面限位；所述第一传动轴承9的上表面接触所述空心轴1的下端面，所述空心轴1下端面对所述轴承上表面进行限位。通过对第一传动轴承9限位对所述传动轴8的上下位置进行限位，第一传动轴承9本身对所述传动轴8的轴向进行限位，从而使得所述传动轴8位置不变，只能绕自身轴线转动。

所述转向驱动件4为涡轮，所述第一驱动机构为转向电机16通过转向减速器17带动的转向蜗杆18，所述蜗杆与所述转向驱动件4啮合带动所述转向驱动件4转动；所述转向蜗杆18一端设置转向编码器19。所述转向编码器19为角度编码器，可以检测所述蜗杆转动的角度，从而计算出所述轮系转向的角度。所述转向蜗杆18通过蜗杆轴承24、蜗杆固定弹簧25、以及蜗杆固定架26等连接，使得所述转向蜗杆18只能进行旋转运动。

其中，所述第二驱动机构可以包括驱动电机20，所述驱动电机20连接驱动减速器21，所述驱动减速器21的输出轴与所述传动轴8连接并传递扭矩动力给所述传动轴8。所述驱动减速器21可以是现有常用结构，比如涡轮蜗杆传动机构，只要能实现减速以及传递动力的功能就可以。所述驱动电机20和所述驱动减速器21通过螺栓连接成一个整体，并且通过螺栓固定在车体23上。当然，第一驱动机构和第二驱动机构可以是别的现有的驱动机构。

进一步的，所述全向轮3包括轮辋30以及轮胎31，所述轮辋30外形为圆锥形结构、内部中空，所述轮辋30周向外表面设置外形为圆锥形的轮胎31，所述轮胎31通过浇筑在所述轮辋30上同时实现轮胎31成型以及安装在所述轮辋30上。其中，所述轮毂是高压压铸的方式浇筑而成，或者通过机加工成型。外形为圆锥形，外面套的轮胎31也为圆锥形。轮胎31选用橡胶或聚氨酯材质，可适当的减小地面不平整造成对车辆的冲击；轮胎31通过胶粘或通过模具直接浇筑于轮辋30之上。轮胎31内有车轮安装面32，通过车轮安装面32固定在所述车轮安装座5之上。本发明的圆锥形车轮中轮辋30轮胎31一体化，该圆锥形车轮结构紧凑，负载能力大。在转弯过程中能显著降低轮胎31与地面之间的滑动摩擦力，降低轮胎31的磨损及对路面的破坏。

在具体的机构中，所述空心轴1外固定套设第一驱动机构的第一驱动外壳22，所述第一驱动外壳22固定在所述车体23上，从而使得与之固定的空心轴1也固定在机架上。所述车轮安装座5的上端为圆柱形，下端为倾斜设置的圆锥形，圆柱以及圆锥内部空心可以使得所述传动轴8通过，并且给足内部安装所述轮轴7以及所述齿轮传动机构的空间。所述第一转向轴承2、第有传动轴承9、第二传动轴承12、第三传动轴承6可以是锥形滚子轴承。

本发明的转向驱动轮系垂直安装于车体23上，其车体23上的安装平面与转向驱动桥固定板或车体23平行，因此锥形车轮绕减速机中轴进行旋转转向。由于锥形车轮与转向驱动减速机输出端均存在一定的角度，因此锥形车轮与地面接触面积外缘为一个抛物线，在车轮转向过程中，靠近转向中心的轮胎31半径较小、远离转向中心的轮胎31半径较大，因此相较于传统舵轮等转向时，显著降低轮胎31与地面之间的滑动摩擦力，降低轮胎31的磨损及对路面的破坏。

具体实施时：需要驱动的时候：所述第二驱动机构启动，带动所述传动轴8转动，所述传动轴8带动所述伞齿轮10转动，所述伞齿轮10带动所述轴头11以及所述轮轴7以及所述圆锥形的所述全向轮3转动。所述轮轴7转动设置在所述车轮安装座5上，所述车轮安装座5不转动。

需要转向的时候；所述第一驱动机构启动，所述转向蜗杆18带动所述转向驱动件4转动一定的角度，所述车轮安装座5随着所述转动驱动件转动。所述车轮安装座5带动其上的所述全向轮3以及齿轮传动机构等一起转动一定的角度。

需要说明的是，描述中使用的术语比如“中心”“横向”“纵向”“长度”“宽度”“厚度”“高度”“前”“后”“左”“右”“上”“下”“竖直”“水平”“顶”“底”“内”“外”“轴向”“径向”“周向”“顺时针”“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或者暗示所指的装置或者原件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作。因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，而不是全部的实施方式，本发明的保护范围并不局限于此。以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。应当指出，对于本领域的及任何熟悉本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明整体构思和本发明的原理的精神的前提下，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，及作出的若干改变和改进，这些也应该视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种适应于全向车的转向驱动轮系，包括分别被转向装置以及驱动装置带动转向以及转动的全向轮，其特征在于：所述全向轮为圆锥形车轮并且其圆锥形周向外表面与地面接触。

2.根据权利要求1所述一种适应于全向车的转向驱动轮系，其特征在于：所述转向装置包括固定在车体上的空心轴，所述空心轴外表面通过第一转向轴承连接被第一驱动机构带动转动的转向驱动件，所述转向驱动件下端固定连接车轮安装座，所述车轮安装座内部空心，所述车轮安装座内通过第三传动轴承转动连接倾斜设置的轮轴，所述轮轴上固定设置所述全向轮，所述驱动装置包括被第二驱动机构带动转动的传动轴，所述传动轴穿过所述空心轴到达所述车轮安装座的内部空间，所述传动轴与所述车轮安装座之间通过第一传动轴承连接并上下限位；所述传动轴下端通过齿轮传动机构带动所述轮轴转动。

3.根据权利要求2所述一种适应于全向车的转向驱动轮系，其特征在于：所述齿轮传动机构包括固定设置在所述传动轴下端的伞齿轮以及固定设置在所述轮轴下端的轴头，所述轴头背面设置与所述伞齿轮配合的一圈齿槽，所述伞齿轮转动带动所述轴头转动，所述轴头转动带动所述传动轴转动。

4.根据权利要求3所述一种适应于全向车的转向驱动轮系，其特征在于：所述轴头外表面包括二层圆柱结构，二层圆柱的直径从上到下逐渐减小；所述轴头的从上开始第二层圆柱外圆周面与所述车轮安装座的内壁表面之间设置第二传动轴承；所述车轮安装座上与所述第二传动轴承上表面对应的位置设置定位面对所述第二传动轴承进行定位；所述轴头的最上层圆柱的下表面与所述第二传动轴承上表面接触。

5.根据权利要求4所述一种适应于全向车的转向驱动轮系，其特征在于：所述轮轴底部连接所述全向轮，所述全向轮通过圆周分布的轮毂螺栓与所述轴头相连，所述车轮安装座上位于所述全向轮背面的一侧固定设置轮毂盖。

6.根据权利要求1所述一种适应于全向车的转向驱动轮系，其特征在于：所述第一传动轴承上下两端设置限位机构对所述传动轴进行上下限位：所述车轮安装座上设置第一轴承孔，所述第一轴承孔下端面的孔径小于所述第一传动轴承的外径，所述第一轴承孔对所述第一传动轴承的下表面限位；所述第一传动轴承的上表面接触所述空心轴的下端面，所述空心轴下端面对所述轴承上表面进行限位。

7.根据权利要求2-6任一所述一种适应于全向车的转向驱动轮系，其特征在于：所述转向驱动件为涡轮，所述第一驱动机构为转向电机通过转向减速器带动的转向蜗杆，所述蜗杆与所述转向驱动件啮合带动所述转向驱动件转动；所述转向蜗杆一端设置转向编码器。

8.根据权利要求2-6任一所述一种适应于全向车的转向驱动轮系，其特征在于：所述第二驱动机构包括驱动电机，所述驱动电机连接驱动减速器，所述驱动减速器的输出轴与所述传动轴连接并传递扭矩动力给所述传动轴。

9.根据权利要求1-6任一所述一种适应于全向车的转向驱动轮系，其特征在于：所述全向轮包括轮辋以及轮胎，所述轮辋外形为圆锥形结构、内部中空，所述轮辋周向外表面设置外形为圆锥形的轮胎，所述轮胎通过浇筑在所述轮辋上同时实现轮胎成型以及安装在所述轮辋上或者所述轮胎通过机加工成型安装在所述轮辋上。

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