CN205588883U - 一种多边形车轮及其齿轮驱动机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多边形车轮及其齿轮驱动机构，公开了一种多边形车轮以及与其配合使用的齿轮驱动机构，两者配合可以抵消掉多边形车轮行进过程中上下方向的颠簸，同时保证传动比稳定，从而解决在泥泞道路上打滑的问题。

Description

一种多边形车轮及其齿轮驱动机构

技术领域

本实用新型涉及一种多边形车轮及其齿轮驱动机构。

背景技术

自从车轮被发明出来开始，一直到现在，车轮都是圆的，相对于其它形状，圆形在滚动时候的平顺性和驱动的传动比都是自然满足的。其它的形状由于滚动时候的颠簸，也被认为无法作为车轮使用，甚至出现在用于启发小学生智力的问答题里面“为什么车轮不能是三角形？”。然而圆形车轮也是有其固有的缺点：在泥泞的道路上，由于圆形的车轮没有棱角，常常出现打滑现象。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术，提出一种多边形车轮及其齿轮驱动机构，多边形车轮能够与驱动机构配合来抵消掉多边形车轮运动时上下方向的颠簸，同时保证传动比稳定。

技术方案：一种多边形车轮，所述多边形车轮包括n条圆弧形的边，每条边的弧度和弧长均相等，每条边的圆心角θ₁＝180°/n，n条边依次首尾连接构成封闭图形，每条边的弧拱朝向封闭图形的外侧，n取大于1的整数；所述多边形车轮的中心位于所述封闭图形中间，并到各条边连接点的距离相等。

进一步的，每条边的外围均增加一条外缘扩展段，每条外缘扩展段与对应边之间的厚度处处相等，相邻两条边对应的外缘扩展段的相邻端部通过圆弧段连接。

一种多边形车轮的齿轮驱动机构，包括驱动轴、曲柄轴、第一外齿轮、第一内齿轮、车轮轴、第二外齿轮以及第二内齿轮；其中，所述第一内齿轮固定在车架上，驱动轴穿过第一内齿轮的圆心并通过轴承固定在车架上；所述驱动轴通过曲柄连接曲柄轴，第一外齿轮通过轴承套接在曲柄轴中部并与所述第一内齿轮啮合，所述第一外齿轮与第一内齿轮的齿数比为1:2；所述第一外齿轮的端面上固定连接连杆的一端，所述连杆垂直曲柄轴，连杆的另一端固定连接车轮轴；所述车轮轴通过轴承固定在多边形车轮的中心点位置，第二内齿轮固定在多边形车轮的侧面，第二外齿轮固定在所述曲柄轴端部，第二外齿轮与第二内齿轮啮合，所述第二外齿轮与第二内齿轮的齿数比为(n-1):2n。

有益效果：本实用新型使用一类多边形代替圆形作为车轮，同时采用配合齿轮驱动机构使其可以像圆形轮子一样运动平稳而且传动比稳定，解决在泥泞道路上打滑的问题。

附图说明

图1为多边形车轮示意图；

图2为多边形车轮设计图；

图3为多边形车轮增加外缘扩展段的示意图；

图4为齿轮驱动机构结构图；

图5为仿真对比图；

图6为多边形车轮与齿轮驱动结构实例装配图；

图7为多边形车轮与齿轮驱动结构整体示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做更进一步的解释。

一种多边形车轮包括n条圆弧形的边，每条边的弧度和弧长均相等，每条边的圆心角θ₁＝180°/n，n条边依次首尾连接构成封闭图形，每条边的弧拱朝向封闭图形的外侧，n取大于1的整数。多边形车轮的中心位于封闭图形中间，中心到各条边连接点的距离相等。如图1所示，图中分别为n为2、3、4、5的多边形车轮示意图。

如图2所示，上述多边形车轮设可按下步骤设计得到：

步骤1)，确定第一条边：以O点为圆心，半径为r，并以θ₁＝180°/n为圆心角得到圆弧为第一条边；其中，A、B分别为圆弧的两个端点。

步骤2)，确定多边形车轮的中心点C：在圆心O到直线AB的垂线段上确定满足条件∠ACB＝360°/n的点为中心点C；并得到中心点C到端点A、B的距离均为l＝r/2cos(θ₁/2)。

步骤3)，确定剩余的n-1条边：将圆弧以中心点C为中心阵列n-1份，如图2中虚线所示，得到一个封闭的多边形车轮图形；其中，n为多边形的边数，n取大于1的整数，当n取不同数值时可以得到一系列多边形车轮的结构。

此时，多边形车轮中相邻两条边的连接处过于尖锐，如图3所示，还包括对得到的相邻两条边连接处所形成尖锐角的扩展圆角：首先，在每条边的外围均增加一条外缘扩展段，每条外缘扩展段与对应边之间的厚度处处相等，外缘扩展的厚度取值为0.1r～r；然后，将相邻两条边对应的外缘扩展段的相邻端部通过圆弧段连接。在多边形车轮的外面增加一圈外缘扩展段，使尖角部位变成圆角过渡；这个外缘扩展段宽度处处相等，保证了在增加了圆角以后，保持原有几何性能。

如图4所示为配合上述多边形车轮工作的齿轮驱动机构，包括驱动轴2、曲柄轴4、第一外齿轮5、第一内齿轮6、车轮轴8、第二外齿轮10以及第二内齿轮11。其中，第一内齿轮6固定在车架1上，驱动轴2穿过第一内齿轮6的圆心并通过轴承固定在车架1上，驱动轴2相对车架转动，给整个机构输入驱动力矩。驱动轴2通过曲柄3连接曲柄轴4，驱动轴转动时，曲柄轴随之做圆周运动。第一外齿轮5通过轴承套接在曲柄轴4中部并与第一内齿轮6啮合，第一外齿轮5可以相对曲柄轴转动；第一外齿轮5与第一内齿轮6的齿数比为1:2，保证了第一外齿轮5的转速与驱动轴2转速相反大小相同。第一外齿轮5的端面上固定连接连杆7的一端，连杆7垂直曲柄轴4，连杆7的另一端固定连接车轮轴8，连杆7能够与第一外齿轮5同轴转动。车轮轴8通过轴承固定在多边形车轮9的中心点C位置；第二内齿轮11固定在多边形车轮9的侧面，与多边形车轮同轴转动；第二外齿轮10固定在曲柄轴4端部，第二外齿轮10与第二内齿轮11啮合，第二外齿轮10与第二内齿轮11的齿数比为(n-1):2n，保证多边形车轮转速是驱动轴转速的1/n，且方向相反。

在图6和图7所示的实施例中，多边形车轮边数n＝3，整体的等效直径D＝r+2w＝678.73mm≈26.7英寸，与市面上常见的自行车轮直径接近，其中r＝484.81mm，w＝96.96mm，w为外缘扩展的厚度。

齿轮驱动机构的参数如下：所用齿轮均为正齿轮，无变位系数，模数为1.25mm。其中第一外齿轮5的齿数为20，分度圆直径25mm；第一内齿轮6的内齿轮1齿数40，分度圆直径50mm；第二外齿轮10的齿数20，分度圆直径25mm；第二内齿轮11的齿数为60，分度圆直径75mm。曲柄3的长12.5mm，连杆7长25mm。

整体传动比为-3:1，驱动轴转动方向和车轮方向相反。经过运动仿真，车轮运转平稳，符合预期，如图5所示。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (3)

1.一种多边形车轮，其特征在于：所述多边形车轮包括n条圆弧形的边，每条边的弧度和弧长均相等，每条边的圆心角θ₁＝180^°/n，n条边依次首尾连接构成封闭图形，每条边的弧拱朝向封闭图形的外侧，n取大于1的整数；所述多边形车轮的中心位于所述封闭图形中间，并到各条边连接点的距离相等。

2.根据权利要求1所述的一种多边形车轮，其特征在于：每条边的外围均增加一条外缘扩展段，每条外缘扩展段与对应边之间的厚度处处相等，相邻两条边对应的外缘扩展段的相邻端部通过圆弧段连接。

3.一种多边形车轮的齿轮驱动机构，其特征在于：包括驱动轴(2)、曲柄轴(4)、第一外齿轮(5)、第一内齿轮(6)、车轮轴(8)、第二外齿轮(10)以及第二内齿轮(11)；其中，所述第一内齿轮(6)固定在车架(1)上，驱动轴(2)穿过第一内齿轮(6)的圆心并通过轴承固定在车架(1)上；所述驱动轴(2)通过曲柄(3)连接曲柄轴(4)，第一外齿轮(5)通过轴承套接在曲柄轴(4)中部并与所述第一内齿轮(6)啮合，所述第一外齿轮(5)与第一内齿轮(6)的齿数比为1:2；所述第一外齿轮(5)的端面上固定连接连杆(7)的一端，所述连杆(7)垂直曲柄轴(4)，连杆(7)的另一端固定连接车轮轴(8)；所述车轮轴(8)通过轴承固定在多边形车轮(9)的中心点位置，第二内齿轮(11)固定在多边形车轮(9)的侧面，第二外齿轮(10)固定在所述曲柄轴(4)端部，第二外齿轮(10)与第二内齿轮(11)啮合，所述第二外齿轮(10)与第二内齿轮(11)的齿数比为(n-1):2n。