CN114312132B - 一种适用于可变直径轮的螺旋传动机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于可变直径轮的螺旋传动机构，将可变直径轮的轮毂部分分为同轴的外轮毂和内轮毂，该机构还包括：外花键圆筒；同轴固定安装在外花键圆筒内部的内螺纹圆筒，内螺纹圆筒套配设于半轴上的螺纹段；内花键圆筒，内花键圆筒同轴固定安装在内轮毂之内，内花键圆筒内腔的花键槽与外花键圆筒外周壁的凸出花键相啮合；在未变径状态下锁止、在变径时动作的空心液压千斤顶。在变径状态下，空心液压千斤顶的活塞杆驱使外花键圆筒向外侧轴向偏移，使内螺纹圆筒的螺纹孔相对于螺纹段旋转，以带动外花键圆筒、内花键圆筒、内轮毂相对于外轮毂旋转，使所有弹簧板沿可变直径轮的径向收缩，驱使所有橡胶轮脚相互靠拢，以形成一个完整的外轮。

Description

一种适用于可变直径轮的螺旋传动机构

技术领域

本发明涉及传动机构技术领域，具体来说，是一种适用于可变直径轮的螺旋传动机构。

背景技术

一般来说，可变直径轮需要两个动力来源，它们通过变径传动机构传递给弹性轮辐，一个动力用来驱动变径轮的滚动，另一个动力则用来驱动弹性轮辐的变形从而产生轮脚的径向运动实现改变车轮直径的目的，因此，变径传动机构属于两自由度机构，从而实现运动的合成与分解。此外，变径传动机构还需要具有自锁能力，平常处于自锁状态，此时变径轮以不变的直径在路面行走，当自锁机构打开后，则可以实现车轮直径变化。传统的变径传动机构，例如公开号为CN101486295A的发明专利，公开了一种适用于可变直径轮的变径机构，其需要配置三个轮毂、三组行星轮系以及摆动油缸来实现上述功能，结构较为复杂，导致工作可靠性差，寿命降低。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于可变直径轮的螺旋传动机构，满足车轮驱动和变径的双重功能需求。

本发明的目的是这样实现的：一种适用于可变直径轮的螺旋传动机构，包括：

可变直径轮，其包括与半轴同轴固定的轮毂部分，以及外轮，以及连接轮毂部分和外轮的弹性轮辐结构；

设为可变直径轮的驱动轴的半轴，所述半轴的轴线与轮轴线重合；

其中，所述可变直径轮的轮毂部分分为同轴的外轮毂和内轮毂，所述外轮毂和内轮毂均为空心的圆轮状结构，所述内轮毂处于外轮毂内腔中，所述外轮毂外缘设有若干沿周向均布的活动开口；

所述外轮分为若干弧形的橡胶轮脚；

设车辆的前进方向为前，所述弹性轮辐结构由若干片狭长矩形的、向后弯曲的弹簧板组成，所述弹簧板的数量等于橡胶轮脚的数量，每个弹簧板的板宽方向平行于轮轴线，每个弹簧板的一端固定在内轮毂的外缘，每个弹簧板活动穿过外轮毂外缘的活动开口，每个弹簧板均对应两个橡胶轮脚，每个弹簧板的另一端固定连接后一个橡胶轮脚的内壁，每个弹簧板的内板面与前一个橡胶轮脚内壁的内固定架的滚轴滚动配合；

该螺旋传动机构还包括：

整体为圆筒结构的、与轮轴线同轴的外花键圆筒，所述外花键圆筒外周壁设有若干环绕其中心轴线均布的若干凸出花键；

同轴固定安装在外花键圆筒内部的内螺纹圆筒，所述内螺纹圆筒内腔设为螺纹孔，并套配设于半轴上的螺纹段；

整体为圆筒结构的、与轮轴线同轴的内花键圆筒，所述内花键圆筒同轴固定安装在内轮毂之内，所述内花键圆筒内腔设有若干环绕其中心轴线均布的若干花键槽，所述内花键圆筒内腔的花键槽与外花键圆筒外周壁的凸出花键相啮合，且可在轴向上进行相对移动；

在未变径状态下锁止、在变径时动作的空心液压千斤顶，所述空心液压千斤顶中间为圆柱状的活塞杆，其外部为圆形的缸筒，所述空心液压千斤顶的活塞杆具有沿其中心轴线在轴向上贯穿其中的中心孔，所述半轴同轴活动穿配所述中心孔，所述空心液压千斤顶的缸筒一端固定连接车架；

其中，所述空心液压千斤顶的缸筒外周壁与外轮毂、内轮毂同轴转动连接，所述空心液压千斤顶的活塞杆同轴转动地连接外花键圆筒；

在初始状态下，所有橡胶轮脚在周长方向上相互分开，以使外轮处于最大直径的状态；

在变径状态下，所述空心液压千斤顶的活塞杆驱使外花键圆筒向外侧轴向偏移，使所述内螺纹圆筒的螺纹孔相对于螺纹段旋转，以带动外花键圆筒、内花键圆筒、内轮毂相对于外轮毂旋转，使所有弹簧板沿可变直径轮的径向收缩，驱使所有橡胶轮脚相互靠拢，以形成一个完整的外轮。

进一步地，所述半轴一端设为动力输入端，所述半轴另一端设为与外轮毂同轴固定连接的固定端法兰。

进一步地，所述可变直径轮配置有用于对外轮毂进行制动的制动器。

本发明的有益效果在于：

1、能够在行驶过程中灵活地驱使可变直径轮进行轮径的变化，以缩小可变直径轮的直径为例，在此状态下，传动路线有三条：一是从半轴直接传递动力到外轮毂；二是从半轴传递动力到与其螺旋副连接的内螺纹圆筒，然后利用外花键圆筒将动力传递到与其花键连接的、固定于内轮毂的内花键圆筒；三是空心液压千斤顶的活塞杆轴向移动，内螺纹圆筒由于受到空心液压千斤顶的活塞杆的推动，内螺纹圆筒沿半轴轴向移动，同时带动外花键圆筒的花键在内花键圆筒的花键槽中进行轴向移动，与此同时，内螺纹圆筒的转动方向与半轴相同，但转速比半轴快，也即内螺纹圆筒能够相对于半轴产生一定角度的旋转，内轮毂转速比外轮毂快，同时，内轮毂带动所有弹簧板沿可变直径轮的径向收缩，驱使所有橡胶轮脚相互靠拢，以形成一个完整的外轮；

2、在可变直径轮中由弹簧板承受压载，能够在变径状态下具有良好的承载能力，同时能够在复杂表面滚动时具有良好的柔性变形能力，使其能在复杂的表面(地球表面或其他行星表面)进行平稳的滚动，能够适应松软的路面，增高了越障能力，能够灵活地在圆轮和张开轮之间切换，使得可变直径轮能解决移动平台在公路等硬路面的良好平顺性与沙漠等松软地面的高通过性之间的矛盾，能实现全地域行走，是一种新型高通过性和大承载能力非充气轮胎。

附图说明

图1是本发明的原理概念图。

图2是轮毂部分的主视图。

图3是图2中A-A剖视图。

图4是外轮在圆轮或最小轮径状态下的结构示意图。

图5是外轮在最大轮径状态下的结构示意图。

图6是外轮在圆轮或最小轮径状态下的立体示意图。

图7是外轮在最大轮径状态下的立体示意图。

图8是基于半轴的动力输入端视角的轮毂部分的立体结构示意图。

图9是基于半轴的固定端法兰视角的轮毂部分的立体结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图1-9和具体实施例对本发明进一步说明。设车辆的前进方向为前。

如图1-9所示，一种适用于可变直径轮的螺旋传动机构，包括：

可变直径轮，其包括与半轴1同轴固定的轮毂部分，以及外轮，以及连接轮毂部分和外轮的弹性轮辐结构；

设为可变直径轮的驱动轴的半轴1，所述半轴1的轴线与轮轴线重合。

其中，可变直径轮的轮毂部分分为同轴的外轮毂2和内轮毂4，外轮毂2和内轮毂4均为空心的圆轮状结构，内轮毂4处于外轮毂2内腔中，外轮毂2外缘设有若干沿周向均布的活动开口2a。

上述外轮分为若干弧形的橡胶轮脚11。

设车辆的前进方向为前，上述弹性轮辐结构由若干片狭长矩形的、向后弯曲的弹簧板3组成，弹簧板3的数量等于橡胶轮脚11的数量，每个弹簧板3的板宽方向平行于轮轴线，每个弹簧板3的一端固定在内轮毂4的外缘，每个弹簧板3活动穿过外轮毂2外缘的活动开口2a，每个弹簧板3均对应两个橡胶轮脚11，每个弹簧板3的另一端固定连接后一个橡胶轮脚11的内壁，每个弹簧板3的内板面与前一个橡胶轮脚11内壁的内固定架14的滚轴15滚动配合。

该螺旋传动机构还包括：

整体为圆筒结构的、与轮轴线同轴的外花键圆筒6，外花键圆筒6外周壁设有若干环绕其中心轴线均布的若干凸出花键；

同轴固定安装在外花键圆筒6内部的内螺纹圆筒7，内螺纹圆筒7内腔设为螺纹孔，并套配设于半轴1上的螺纹段1b，本实施例中，采用的螺纹结构为多线程螺纹；

整体为圆筒结构的、与轮轴线同轴的内花键圆筒5，内花键圆筒5同轴固定安装在内轮毂4之内，内花键圆筒5内腔设有若干环绕其中心轴线均布的若干花键槽，内花键圆筒5内腔的花键槽与外花键圆筒6外周壁的凸出花键相啮合，且可在轴向上进行相对移动；

在未变径状态下锁止、在变径时动作的空心液压千斤顶12，空心液压千斤顶12中间为圆柱状的活塞杆，其外部为圆形的缸筒，空心液压千斤顶12的活塞杆具有沿其中心轴线在轴向上贯穿其中的中心孔，半轴1同轴活动穿配所述中心孔，空心液压千斤顶12的缸筒一端固定连接车架。

其中，空心液压千斤顶12的缸筒外周壁与外轮毂2、内轮毂4同轴转动连接，空心液压千斤顶12的活塞杆同轴转动地连接外花键圆筒6；

在初始状态下，所有橡胶轮脚11在周长方向上相互分开，以使外轮处于最大直径的状态。

在变径状态下，空心液压千斤顶12的活塞杆驱使外花键圆筒6向外侧轴向偏移，使内螺纹圆筒7的螺纹孔相对于螺纹段1b旋转，以带动外花键圆筒6、内花键圆筒5、内轮毂4相对于外轮毂2旋转，使所有弹簧板3沿可变直径轮的径向收缩，驱使所有橡胶轮脚11相互靠拢，以形成一个完整的外轮。

上述半轴1一端设为动力输入端，半轴1另一端设为与外轮毂2同轴固定连接的固定端法兰1a。

该螺旋传动机构还设有轴承一8，空心液压千斤顶12的活塞杆通过轴承一8同轴转动地连接外花键圆筒6内周壁；还设有轴承二9，空心液压千斤顶12的缸筒通过轴承二9与内轮毂4同轴转动连接；还设有轴承三10，空心液压千斤顶12的缸筒通过轴承三10与外轮毂2同轴转动连接。

上述活动开口2a设为条形孔，且其长度方向平行于轮轴线，活动开口2a的长度尺寸大于弹簧板3的板宽尺寸。

可变直径轮配置有用于对外轮毂2进行制动的制动器13。

本申请的工作状态分为如下三种：

所有橡胶轮脚11在周长方向上相互分开，以使外轮处于最大直径的状态，可以在复杂的地面上稳定地滚动，内轮毂4和外轮毂2同步转动，此时，空心液压千斤顶12处于锁止状态(也即不能轴向移动)，因此内螺纹圆筒7只能跟随半轴1同向同速转动。此时，传动路线有两条：一是从半轴1直接传递动力到与其固定连接的外轮毂2；二是从半轴1传递动力到与其螺旋副连接的内螺纹圆筒7，由于内螺纹圆筒7与外花键圆筒6相互固定，因此，外花键圆筒6将动力传递到与其花键连接的、且固定于内轮毂4内的内花键圆筒5，从而实现内轮毂4和外轮毂2的同向同速转动，并且与半轴1保持同向同速转动的状态；

处于变径状态时，内轮毂4相对于外轮毂2产生一定角度的旋转，使所有弹簧板3沿可变直径轮的径向收缩，驱使所有橡胶轮脚11相互靠拢，以形成一个完整的外轮，此时，传动路线有三条：一是从半轴1直接传递动力到外轮毂2；二是从半轴1传递动力到与其螺旋副连接的内螺纹圆筒7，然后利用外花键圆筒6将动力传递到与其花键连接的、固定于内轮毂4的内花键圆筒5；三是空心液压千斤顶12的活塞杆轴向移动(如图3所示为从右到左的伸出方向)，在右侧极限位置的内螺纹圆筒7由于受到空心液压千斤顶12的活塞杆的推动，内螺纹圆筒7沿半轴1轴向移动，带动外花键圆筒6的花键在内花键圆筒5的花键槽中进行轴向移动，与此同时，根据右手定则(右旋螺纹副)，内螺纹圆筒7的转动方向与半轴1相同，但转速比半轴1快，也即内螺纹圆筒7能够相对于半轴1产生一定角度的旋转，内轮毂4转速比外轮毂2快，同时，内轮毂4带动所有弹簧板3沿可变直径轮的径向收缩；

如果要使得可变直径轮再次回归到初始状态，也即所有橡胶轮脚11在周长方向上相互分开，以使外轮处于最大直径的状态，则可驱使空心液压千斤顶12的活塞杆从左向右收缩，最终使内轮毂4逆向旋转一定角度，分开所有弹簧板3，所有橡胶轮脚11在周长方向上相互分开，从而扩大轮径；

在处于制动状态时，此时，空心液压千斤顶12锁止(不能轴向移动)，因此螺旋副上的内螺纹圆筒7只能跟随半轴1同向同速转动。传动路线有两条：一是制动力矩从外轮毂2直接传递到与其固定连接的半轴1；二是制动力矩从半轴1传递到与其螺旋副连接的内螺纹圆筒7，然后外花键圆筒6将制动力矩传递到与其花键连接的、固定于内轮毂4的内花键圆筒5，从而实现内轮毂4和外轮毂2的同步制动；制动器13只要制动外轮毂2，即可同步制动半轴1，通过内螺纹圆筒7与半轴1连接的内轮毂4也受到同步的制动作用。

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，比如弹簧板3的结构，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 (7)

1.一种适用于可变直径轮的螺旋传动机构，包括：

可变直径轮，其包括与半轴(1)同轴固定的轮毂部分，以及外轮，以及连接轮毂部分和外轮的弹性轮辐结构；

设为可变直径轮的驱动轴的半轴(1)，所述半轴(1)的轴线与轮轴线重合；

其特征在于，其中，所述可变直径轮的轮毂部分分为同轴的外轮毂(2)和内轮毂(4)，所述外轮毂(2)和内轮毂(4)均为空心的圆轮状结构，所述内轮毂(4)处于外轮毂(2)内腔中，所述外轮毂(2)外缘设有若干沿周向均布的活动开口(2a)；

所述外轮分为若干弧形的橡胶轮脚(11)；

设车辆的前进方向为前，所述弹性轮辐结构由若干片狭长矩形的、向后弯曲的弹簧板(3)组成，所述弹簧板(3)的数量等于橡胶轮脚(11)的数量，每个弹簧板(3)的板宽方向平行于轮轴线，每个弹簧板(3)的一端固定在内轮毂(4)的外缘，每个弹簧板(3)活动穿过外轮毂(2)外缘的活动开口(2a)，每个弹簧板(3)均对应两个橡胶轮脚(11)，每个弹簧板(3)的另一端固定连接后一个橡胶轮脚(11)的内壁，每个弹簧板(3)的内板面与前一个橡胶轮脚(11)内壁的内固定架(14)的滚轴(15)滚动配合；

该螺旋传动机构还包括：

整体为圆筒结构的、与轮轴线同轴的外花键圆筒(6)，所述外花键圆筒(6)外周壁设有若干环绕其中心轴线均布的若干凸出花键；

同轴固定安装在外花键圆筒(6)内部的内螺纹圆筒(7)，所述内螺纹圆筒(7)内腔设为螺纹孔，并套配设于半轴(1)上的螺纹段(1b)；

整体为圆筒结构的、与轮轴线同轴的内花键圆筒(5)，所述内花键圆筒(5)同轴固定安装在内轮毂(4)之内，所述内花键圆筒(5)内腔设有若干环绕其中心轴线均布的若干花键槽，所述内花键圆筒(5)内腔的花键槽与外花键圆筒(6)外周壁的凸出花键相啮合，且可在轴向上进行相对移动；

在未变径状态下锁止、在变径时动作的空心液压千斤顶(12)，所述空心液压千斤顶(12)中间为圆柱状的活塞杆，其外部为圆形的缸筒，所述空心液压千斤顶(12)的活塞杆具有沿其中心轴线在轴向上贯穿其中的中心孔，所述半轴(1)同轴活动穿配所述中心孔，所述空心液压千斤顶(12)的缸筒一端固定连接车架；

其中，所述空心液压千斤顶(12)的缸筒外周壁与外轮毂(2)、内轮毂(4)同轴转动连接，所述空心液压千斤顶(12)的活塞杆同轴转动地连接外花键圆筒(6)；

在初始状态下，所有橡胶轮脚(11)在周长方向上相互分开，以使外轮处于最大直径的状态；

在变径状态下，所述空心液压千斤顶(12)的活塞杆驱使外花键圆筒(6)向外侧轴向偏移，使所述内螺纹圆筒(7)的螺纹孔相对于螺纹段(1b)旋转，以带动外花键圆筒(6)、内花键圆筒(5)、内轮毂(4)相对于外轮毂(2)旋转，使所有弹簧板(3)沿可变直径轮的径向收缩，驱使所有橡胶轮脚(11)相互靠拢，以形成一个完整的外轮。

2.根据权利要求1所述的一种适用于可变直径轮的螺旋传动机构，其特征在于：所述半轴(1)一端设为动力输入端，所述半轴(1)另一端设为与外轮毂(2)同轴固定连接的固定端法兰(1a)。

3.根据权利要求1所述的一种适用于可变直径轮的螺旋传动机构，其特征在于：还设有轴承一(8)，所述空心液压千斤顶(12)的活塞杆通过轴承一(8)同轴转动地连接外花键圆筒(6)内周壁。

4.根据权利要求3所述的一种适用于可变直径轮的螺旋传动机构，其特征在于：还设有轴承二(9)，所述空心液压千斤顶(12)的缸筒通过轴承二(9)与内轮毂(4)同轴转动连接。

5.根据权利要求4所述的一种适用于可变直径轮的螺旋传动机构，其特征在于：还设有轴承三(10)，所述空心液压千斤顶(12)的缸筒通过轴承三(10)与外轮毂(2)同轴转动连接。

6.根据权利要求1所述的一种适用于可变直径轮的螺旋传动机构，其特征在于：所述活动开口(2a)设为条形孔，且其长度方向平行于轮轴线，所述活动开口(2a)的长度尺寸大于弹簧板(3)的板宽尺寸。

7.根据权利要求1所述的一种适用于可变直径轮的螺旋传动机构，其特征在于：所述可变直径轮配置有用于对外轮毂(2)进行制动的制动器(13)。

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