RU2102250C1

RU2102250C1 - Variable geometry drive

Info

Publication number: RU2102250C1
Application number: RU96120825A
Authority: RU
Inventors: Виктор Павлович Орлов
Original assignee: Виктор Павлович Орлов
Priority date: 1996-10-16
Filing date: 1996-10-16
Publication date: 1998-01-20

Abstract

FIELD: transport engineering; cross-country vehicle driving wheel. SUBSTANCE: drive has hub installed for rotation relative to shaft. Axis of turning of hub on bushing rigidly secured on shaft is not parallel with shaft axis. Hub is installed for turning between disk-shaped driving members. Mating surfaces of members and hub are directed at angle to shaft axis so that hub turning axis is square to driving members which are coupled with hub by flexible members. EFFECT: enlarged operating capabilities. 2 cl, 5 dwg

Description

Изобретение может относится к транспортному машиностроению, конкретно к конструкции ведущего колеса вездехода. The invention may relate to transport engineering, and specifically to the design of the drive wheel of an all-terrain vehicle.

Известен колесный движитель, имеющий жестко закрепленные с цилиндрической опорной поверхностью и установленные наклонно к оси приводного вала колеса [1] При качении такое колесо на поверхности грунта оставляет синусоидальный след. В этом случае при взаимодействии колеса с грунтом появляются дополнительные (к силам трения) загребающие и выталкивающие силы, направленные назад и вверх по отношению к направлению движения. Этим достигается увеличение проходимости. Known wheel mover having rigidly fixed with a cylindrical supporting surface and mounted obliquely to the axis of the drive shaft of the wheel [1] When rolling such a wheel on the ground leaves a sinusoidal trace. In this case, when the wheel interacts with the soil, additional (to the friction forces) raking and pushing forces appear, directed back and up with respect to the direction of movement. This achieves an increase in patency.

Практическое применение таких движителей ограничено, так как связано не только с технологическим трудностями выполнения колеса эллипсообразной формы с цилиндрическим ободом и соответствующей формы резины колеса, но и эксплуатационными: из-за жесткой связи колеса, с приводным валом которого при движении с высокими (или нормальными) скоростями по твердой поверхности присутствуют повышенные динамические нагрузки между колесом и грунтом (как и должно быть при качении эллипса), ведущие к активному износу резины колеса. The practical application of such propulsors is limited, because it is associated not only with the technological difficulties of making an elliptical wheel with a cylindrical rim and the corresponding shape of the rubber of the wheel, but also with operational ones: because of the rigid connection of the wheel with the drive shaft of which is high (or normal) when driving speeds on a hard surface there are increased dynamic loads between the wheel and the ground (as it should be when rolling an ellipse), leading to active wear of the rubber of the wheel.

Прототипом является привод ведущего колеса, содержащий приводной вал, на котором установлена с возможностью вращения относительно приводного вала ступица колеса с диском и упругие элементы, связывающие вал с диском, а также жестко установлена втулка, образующая цилиндрической поверхности которой не параллельна оси вращения вала, а ось внутреннего отверстия ступицы, установленной на втулке, параллельна образующей цилиндрической поверхности втулки [2]
Привод обеспечивает достижение, состоящее в повышении тягово-сцепных свойств ведущего колеса при одновременной их автоматической регулировке.The prototype is a drive wheel drive, containing a drive shaft, on which the wheel hub with the disk and elastic elements connecting the shaft to the disk are mounted rotatably relative to the drive shaft, and a sleeve is rigidly mounted, forming a cylindrical surface which is not parallel to the axis of rotation of the shaft, and the axis The inner hole of the hub mounted on the sleeve is parallel to the generatrix of the cylindrical surface of the sleeve [2]
The drive provides an achievement consisting in increasing the traction and coupling properties of the drive wheel while simultaneously adjusting them automatically.

Основными недостатками этого привода является уменьшение проходимости и потеря управляемости колесом, потому что такое колесо при качении "восьмерит" по грунту (велосипедный термин), увеличивая сопротивления качению колеса на грунте и ступице, имеющей ось вращения не параллельную оси вращения приводного вала, и при этом оно не имеет жесткой или фрикционной связи с валом вообще, а в плоскости управления, т.е. в горизонтальной плоскости особенно, это делает колесо и не управляемым. The main disadvantages of this drive are the reduction in maneuverability and the loss of control over the wheel, because such a wheel “eights” along the ground when rolling (bicycle term), increasing the rolling resistance of the wheel on the ground and the hub having a rotation axis not parallel to the axis of rotation of the drive shaft, and it does not have a rigid or frictional connection with the shaft in general, but in the control plane, i.e. in the horizontal plane especially, this makes the wheel and not steered.

Техническим результатом предлагаемого привода является автоматическое увеличение проходимости без потери управляемости и сохранении автоматической регулировки повышения тягово-сцепных свойств ведущего колеса. The technical result of the proposed drive is to automatically increase throughput without loss of controllability and maintain automatic adjustment to increase the traction and coupling properties of the drive wheel.

Указанный результат достигается тем, что ступица на втулке установлена с возможностью провертывания между сопрягаемых плоскостей дискообразных ведущих элементов, направленными под углом к оси приводного вала, так, что ось внутреннего отверстия ступицы, установленной на втулке, перпендикулярна к этим плоскостям, связанными упругими элементами со ступицей, причем один из дискообразных ведущих элементов закреплен на приводном валу жестко, а другой
зацеплением вращения и подпирается другим упругим элементом с возможностью вдоль осевого перемещения и фиксации.This result is achieved by the fact that the hub on the sleeve is installed with the ability to rotate between the mating planes of the disk-shaped driving elements, angled to the axis of the drive shaft, so that the axis of the inner hole of the hub mounted on the sleeve is perpendicular to these planes connected by elastic elements with the hub moreover, one of the disk-shaped driving elements is fixed to the drive shaft rigidly, and the other
engagement of rotation and is supported by another elastic element with the possibility of axial movement and fixation.

Причем образующая цилиндрической поверхности ступицы, установленной на втулке, не параллельна, а диск с колесом закреплен на ступице нормально к оси вращения приводного вала. Moreover, the generatrix of the cylindrical surface of the hub mounted on the sleeve is not parallel, and the disk with the wheel is mounted on the hub normally to the axis of rotation of the drive shaft.

На фиг. 1 изображен схематический разрез привода; на фиг. 2 и 3 вид в плане и сбоку дискообразного ведущего элемента с упругими; на фиг. 4 и 5 - ступица (без диска) в плане и с боку. In FIG. 1 is a schematic sectional view of a drive; in FIG. 2 and 3 are a plan and side view of a disk-shaped drive member with elastic members; in FIG. 4 and 5 - the hub (without disk) in the plan and on the side.

Привод содержит колесо 1 с диском 2, приводной вал 3, ступицу 4, установленную с возможностью вращения относительно приводного вала 3, ось O₁-O₁ поворота которой на жестко закрепленной на валу 3 втулке 5 не параллельна оси O-O вала 3, и упругие элементы 6, связывающие диск колеса с валом. Ступица 4 размещена также с возможностью провертывания между дискообразных ведущих элементов 7 и 8, плоскости сопряжения которых со ступицей 4 направлены под углом к оси O-O вала так, что ось O₁-O₁ поворота ступицы 4 перпендикулярна к этим плоскостям, и которые связаны со ступицей 4 упругими элементами 6. Ведущий элемент 7 закреплен на валу 3 жестко, а 8 зацеплением вращения, например, по скользящей посадке на шпонке или шлицевым соединением и т.п. и подпирается другим упругим элементом 9 с возможностью вдоль осевого перемещения регулировочной гайкой 10 и фиксацией контргайкой 11.The drive contains a wheel 1 with a disk 2, a drive shaft 3, a hub 4 mounted for rotation relative to the drive shaft 3, the axis _of rotation O ₁ -O ₁ of which is fixed on the sleeve 3 fixed to the sleeve 3 is not parallel to the axis OO of the shaft 3, and elastic elements 6, connecting the wheel disk to the shaft. The hub 4 is also arranged to rotate between the disk-shaped driving elements 7 and 8, the interface planes of which with the hub 4 are directed at an angle to the axis OO of the shaft so that the axis O ₁ -O _{1 of} rotation of the hub 4 is perpendicular to these planes, and which are connected with the hub 4 by elastic elements 6. The driving element 7 is fixed to the shaft 3 rigidly, and 8 by a rotation engagement, for example, along a sliding fit on a key or spline connection, etc. and is supported by another elastic element 9 with the possibility along the axial movement of the adjusting nut 10 and fixing the lock nut 11.

При этом образующая цилиндрической поверхности ступицы 4, установленной на втулке 5, не параллельна, а диск 2 колеса 1 закреплен на ступице 4 нормально к оси O-O вращения приводного вала 3. In this case, the generatrix of the cylindrical surface of the hub 4 mounted on the sleeve 5 is not parallel, and the disk 2 of the wheel 1 is mounted on the hub 4 normally to the axis O-O of rotation of the drive shaft 3.

Работа привода осуществляется следующим образом. The operation of the drive is as follows.

Если усилия сопротивления качению колеса не вызывают реакции упругих элементов 6 и 9, то колесо катится как нормальное, известное. Когда указанные усилия бесконечно возрастают, то для их преодоления требуется повышение M_кр. на валу 3, а значит и на втулке 5 с дискообразными ведущими элементами 7 и 8, которые стремятся провернуться относительно заторможенного колеса в ступице 4, тогда фрикционная связь ослабляется и направление вектора нагрузки переводится плоскостями сопряжения дискообразных ведущих элементов 7 и 8 в плоскость, нормальную образующей втулки 5, т.е. на упругие элементы 6, при сжатии которых плоскость вращения колеса автоматически отклоняется от вертикали на некоторый угол α и тогда достижение технического результата происходит следующим образом.If the forces of rolling resistance of the wheel do not cause the reaction of the elastic elements 6 and 9, then the wheel rolls as normal, known. When these efforts infinitely increase, then to overcome them requires an increase in M _cr. on the shaft 3, and hence on the sleeve 5 with disk-shaped driving elements 7 and 8, which tend to turn relative to the braked wheel in the hub 4, then the friction coupling is weakened and the direction of the load vector is translated by the mating planes of the disk-shaped driving elements 7 and 8 into the plane normal to the generatrix bushings 5, i.e. on elastic elements 6, during compression of which the plane of rotation of the wheel automatically deviates from the vertical by a certain angle α, and then the technical result is achieved as follows.

Во-первых, качение колеса происходит по криволинейной синусоидальной формы траектории и к силам сцепления и трения между колесом и грунтом добавляется сила бокового сдвига призмы грунта. Так как в проекции на вертикальную плоскость наклоненное колесо дает эллипс, то в других точках траектории качения повышенное тяговое усилие реализуется за счет качения эллипса, связанного с изменением радиуса качения, т.е. расстояния от оси до грунта, обуславливая загребающий эффект, но только в вертикальной плоскости (этим достигается сохранение автоматической регулировки повышения тягово-сцепных свойств ведущего колеса). Во-вторых, автоматически отклоненная от вертикали на некоторый угол a плоскость вращения колеса вследствие наличия фрикционной связи (наряду с упругой с элементами 6) ступицы 4 с дискообразными ведущими элементами 7 и 8, последние автоматически осуществляют жесткую связь с валом 3 и в горизонтальной плоскости с такой же траекторией качения и поэтому (см. силу F на фиг.1) загребающими и выталкивающими, дополнительно к указанным выше, силами, направленными назад и вверх по отношению к направлению движения (автоматически увеличивая проходимость). Firstly, the wheel rolls along a curved sinusoidal shape of the trajectory and the lateral shear force of the soil prism is added to the adhesion and friction forces between the wheel and the ground. Since the inclined wheel gives an ellipse in the projection onto the vertical plane, then at other points of the rolling path, increased traction is realized due to the rolling of the ellipse associated with a change in the rolling radius, i.e. the distance from the axis to the ground, causing a raking effect, but only in the vertical plane (this ensures the preservation of the automatic adjustment of the increase of the traction and coupling properties of the drive wheel). Secondly, the plane of rotation of the wheel automatically deviated from the vertical by a certain angle a due to the presence of friction coupling (along with elastic with elements 6) of the hub 4 with disk-shaped driving elements 7 and 8, the latter automatically carry out rigid connection with the shaft 3 and in the horizontal plane with the same rolling path and therefore (see force F in figure 1) raking and pushing, in addition to the above, forces directed back and up with respect to the direction of movement (automatically increasing patency) .

При выполнении образующей цилиндрической поверхности ступицы 4, установленной на втулке 5 непараллельной, а диска 2 колеса 1, закрепленного жестко на ступице 4 нормально к оси O-O вращения приводного вала 3, увеличивается угол a до угла 2α отклонения плоскости вращения колеса от вертикали, увеличивая амплитуду криволинейного движения, значит и загребающих и выталкивающих сил в горизонтальной плоскости, т.е. увеличивается проходимость. При устранении нагрузки на сжатые упругие элементы 6 колесо обратным их действием автоматически устанавливается нормально. Третья особенность состоит в том, что ведущее колесо, обладая вышеуказанными свойствами, достигаемыми за счет осуществления упругой, фрикционной и одновременно жесткой связи с валом как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскостях, ничем не отличается в управлении от известного. Более того, указанные выше свойства колеса возможно использовать в потенциальном (тактическом) запасе, т.е. не пользоваться, если жестко закрепить (поджать) упругий элемент 9, то в этом случае свойства колеса ничем не отличаются от известного с нормальной геометрией качения. When forming the cylindrical surface of the hub 4 mounted on the hub 5 non-parallel, and the disk 2 of the wheel 1 fixed rigidly on the hub 4 normally to the axis OO of rotation of the drive shaft 3, the angle a increases to an angle 2 of the deviation of the plane of rotation of the wheel from the vertical, increasing the amplitude of the curved movement, which means raking and pushing forces in the horizontal plane, i.e. patency increases. When removing the load on the compressed elastic elements 6, the wheel by their reverse action is automatically installed normally. The third feature is that the drive wheel, possessing the above properties, achieved through the implementation of elastic, frictional and at the same time rigid coupling with the shaft in both vertical and horizontal planes, is no different in control from the known one. Moreover, the above wheel properties can be used in a potential (tactical) reserve, i.e. not to use, if the elastic element 9 is rigidly fixed (tightened), then in this case the properties of the wheel are no different from the known with normal rolling geometry.

Вездеход с приводом, каждое ведущее колесо которого автономно, оперативно и автоматически изменяет свои тягово-сцепные свойства и проходимость с нормальной управляемостью, по своему тактико-техническому уровню стоит выше известных аналогов. An all-terrain vehicle with a drive, each drive wheel of which autonomously, quickly and automatically changes its towing and coupling properties and maneuverability with normal controllability, in terms of its tactical and technical level is higher than its known analogues.

Claims

1. A variable geometry drive comprising a drive shaft on which a wheel hub with a disk and elastic elements connecting the shaft to the disk are mounted rotatably relative to the drive shaft, and a sleeve is rigidly mounted, forming a cylindrical surface which is not parallel to the axis of rotation of the shaft, and the axis of the inner hole of the hub mounted on the sleeve, parallel to the generatrix of the cylindrical surface of the sleeve, characterized in that the hub on the sleeve is installed with the possibility of turning between the mating x planes of disk-shaped driving elements directed at an angle to the axis of the drive shaft so that the axis of the inner hole of the hub mounted on the sleeve is perpendicular to these planes connected by elastic elements to the hub, one of the disk-shaped driving elements being fixed to the drive shaft and the other engagement of rotation and is supported by another elastic element with the possibility of axial movement and fixation.

2. The drive according to claim 1, characterized in that the generatrix of the cylindrical surface of the hub mounted on the sleeve is not parallel, and the disk with the wheel is mounted on the hub normally to the axis of rotation of the drive shaft.