专利名称：球形结构的车的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种外部轮廓呈球形结构的车，特别是车身安装在球形车轮内部，且只有一个球形车轮支承车身，并能完成前进(倒车)和转向等正常行驶功能的车。
背景技术：
目前应用于生活中的车，不论是机动车还是人力车，模型车还是玩具车及其它娱乐方面用的车，通常都采用二轮、三轮、四轮及多个车轮的结构，这样，虽然保证了车的驱动、转向及行驶时的稳定性，但其驱动装置、转向装置和车身结构都非常复杂，车的自重也较大。
为解决以上问题，通常的做法是提高相关零部件的加工精度，或采用更优良的材料，以及从其它加工工艺方面的改进来进行，由于整车未能进行结构性的改进，因而也只能是局步的、某一方面的问题的解决。
发明内容
本发明的目的是提供一种只以一个空心球壳为车轮(即球形车轮)的车，其车身(包括驱动装置、转向装置、车架等全部零部件)都置于球形车轮内部，因而该车从外廓上来看，完全是一个圆球。本发明虽然只有一个车轮，但却能独立完成对车身的支承、前进(倒车)和转向等正常行驶功能，且稳定性较好，该车同时具有结构简单、紧凑，操作灵活，成本低等特点，特别适用于模型、玩具、娱乐及其它特殊用途。
本发明的目的是这样实现的在空心圆球壳(球形车轮)内，一根轮轴的两端固定在球形车轮的内壁上，轮轴的轴线通过球形车轮的球心，且轴线与水平道路平行，驱动桥套装在轮轴上，并且可以绕轮轴的轴线转动，驱动桥上固联有一摆动轴，摆动轴的轴线与轮轴的轴线相垂直，同时也平行于水平道路，车架则象一个吊篮悬挂在摆动轴上，动力装置、控制装置及其它相关部件则安装在车架上，(以下将车架及其上的所有安装部件的总和简称为车体)。车体可以同驱动桥一起绕轮轴的轴线前后转动，同时车体也可以绕摆动轴的轴线左右摆动。通常情况下，车体的质量是行走装置(包括球形车轮、轮轴和驱动桥及三者上面固联部件，以下简称行走装置)质量的5-20倍。而车体又是悬挂在摆动轴上的，因而整个球形车的重心点的位置低于球形车轮的球心，而车体自身的重心点的位置更低，在合理布置车体中的零部件的条件下，其重心点的位置通常离水平地面的高度不到球形车轮的直径的四分之一。在静止状态下，该球形车的结构类似于一个不倒翁，球形车轮与水平地面的接触点、车体的重心点和球心在同一条垂直线上。当车体在动力的驱动下绕轮轴的轴线转动一定角度(通常在0°-90°之间)，这时球形结构的车则类似于偏离平衡位置的不倒翁，球形车轮则会向车体转动的方向(即前进方向)滚动，以重新回到平衡位置。由于车体连续向前转动，车体重心点到球心的连线与垂直线始终保持一定的角度范围(0°-90°之间)。这时整个球形车类似于一个始终达不到平衡的不倒翁，球形车轮也就不断向前滚动，从而完成整车的直线前进。同样，该车后退(倒车)时的原理相同。当车需要向右转弯时，通过转向装置使车体向右侧转动一定角度(角度介于0°-90°之间)，这时球形车轮向前的直线滚动则变成同时既向前又向右的滚动，球形车的运动路线变为一条向右转的曲线。保持车体向右侧转动的角度不变，车体绕轮轴转动的速度不变，这时，球形结构的车向右转的路线变成一个半径相同的圆。样车实验结果表明，在转弯时速低于5公里/小时的情况下，球形结构的车的最小转弯半径小于球形车轮的直径，转弯非常灵活。同样，球形结构的车左转弯的原理也如此。
本发明由于只需要一个球形车轮就能完成正常驱动、转弯等功能，因而整车的行走装置非常简单，并且整个车身全部置于球形车轮内部，同时车架采用悬挂式结构，从而使整车结构简单、紧凑、自重小、操作灵活。球形车轮自身就是一个封闭式的结构，也就很容易实现整车的全密封，从而提高了该车的防尘、防水性能。该车应用于模型、玩具、娱乐及其它用途方面，更具有娱乐性、趣味性和实用性。
本发明的具体结构由以下无线遥控球形结构的车的实施例及其附图详细说明。
图1 是本发明处于静止状态时的结构示意图。
图2 是图1的左视图的示意图(只画出球形车轮、轮轴、驱动桥、车架、摆动轴、重心点、水平道路，其余未画出)。
图3 是本发明直线前进时的示意图。
图4 是本发明右转弯时的示意图。
图中 1、球形车轮 2、驱动桥 3、轮轴齿轮 4、轮轴5、驱动齿轮 6、摆动轴 7、摆动齿轮 8、转向齿轮9、转向轴10、转向杆 11、车架 12、转向控制装置13、重心点 14、驱动控制装置 15、水平道路
16、传动轴17、驱动轴
具体实施例方式参见附图，球形车轮(1)由壁厚均匀的空心球壳组成，轮轴(4)的两端固联在球形车轮(1)上，轮轴(4)的轴线通过球形车轮(1)的球心且与水平道路(15)平行，注轮轴(4)在图2和图4中均采用简化画法轮轴齿轮(3)固联在轮轴(4)上，驱动桥(2)套在轮轴(4)上，并可绕轮轴(4)的轴线转动，驱动桥(2)上固联摆动轴(6)，其轴线与轮轴(4)的轴线垂直，且平行于水平道路(15)，车架(11)则悬挂在摆动轴(6)上，车架(11)可绕摆动轴(6)的轴线左右摆动，(见图2双点划线所示)，摆动轴(6)的一端固联摆动齿轮(7)。驱动控制装置(14)由无线遥控接收器、电池组、电动机、减速器构成(图中未详细画出)，该装置固联在车架(11)上，动力由减速器输出轴→万向节→传动轴(16)→万向节→驱动轴(17)→驱动齿轮(5)，驱动齿轮(5)与轮轴齿轮(3)相啮合(见图1)。当传动轴(16)正向或反向转动时，驱动桥(2)和车体即车架(11)和车架(11)上安装的各种零部件的总和，以下简称车体就会一起绕轮轴(4)的轴线向前或向后转动(见图1、图3)。传动轴(16)由两段同心的周向固定，轴向可移动的轴通过花键或滑动平键联接而成，传动轴(16)的长短可伸缩，以保证转弯时动力的传递。转向控制装置(12)由电动机和减速器构成，也固联在车架(11)上，电源来自电池组，控制命令也来自遥控接收器，其动力由转向控制装置(12)的减速器输出轴→联轴器→转向杆(10)→联轴器→转向轴(9)→转向齿轮(8)，转向齿轮(8)与摆动齿轮(7)相啮合。该转向动力的输出轴可按遥控指令指定的角度正向或反向旋转，从而使悬挂在摆动轴(6)上的车体绕摆动轴(6)的轴线向左或向右转动相应的角度(角度通常在0°-90°之间)，参见图2双点划线部分和图4。
该球形结构的车在直线行驶前的静止状态中，其车体的重心点(13)位于球形车轮(1)的球心和车轮与水平地面(15)的接触点的垂直连线上(以下简称垂直线)，车体的质量通常是行走装置的质量的5-20倍，重心点(13)的位置低于球形车轮的球心的位置。这时整个车类似于一个平衡状态的不倒翁。当传动轴(16)正向转动(见图1箭头所示)从而带动驱动桥(2)及车体绕轮轴(4)的轴线向前转动一定角度(0°-90°之间)到图3所示的位置时，静止状态时的力的平衡被破坏，车体的重心点(13)的重力成为一个使球形车轮(1)向相反方向转动的作用力，且随着转动角度(在0°-90°之间)的增加，其作用力也越大，当该力的作用大于球形车轮(1)向前滚动的阻力时，球形车轮(1)就开始向前滚动，这样，传动轴(16)连续转动，球形车轮(1)也就不断向前滚动，从而完成整车的前进。在设计驱动控制装置(14)的动力输出时，在球形车轮(1)固定不动的条件下，当输出最大扭矩时，该扭矩使车体相对垂直线能转动的最大角度应小于90°，以保证在车起步时车体不会绕轮轴(4)连续360°旋转，从而导致球形车轮(1)只在原地前后摆动，不能正常起步、行驶。反之，球形结构的车后退(倒车)时的原理也如此。
同样道理，当转向杆(10)反向旋转(见图1箭头所示)一定角度时，则会使车体绕摆动轴(6)向右转动一定角度(通常在0°-90°之间)，到图2双点划线所示位置时，球形车轮(1)在向前滚动的同时也会向右偏转，达到如图(4)所示的状态，这时轮轴(4)的轴线便与水平道路(15)形成一个0°-90°之间的夹角，保持车体重心点(13)相对摆动轴(6)转过的角度不变(见图4)，前进的速度相同，这时球形车轮向前滚动的路线就形成一个向右转的半径相同的圆，这就是球形结构的车右转弯的原理。样车实验结果表明，在转弯时速低于5公里/小时的情况下，球形结构的车的最小转弯半径小于球形车轮的直径，转弯非常灵活。同样，左转弯时的原理也如此。
权利要求
1.一种球形结构的车，该车有驱动控制装置(14)和转向控制装置(12)，其特征是此种结构的车只有一个球形车轮(1)，车身各部件置于球形车轮(1)内部，该车的外廓则完全是一个圆球；轮轴(4)的轴线经过球形车轮(1)的球心，摆动轴(6)的轴线与轮轴(4)的轴线垂直，车体悬挂在摆动轴(6)上，车体可绕摆动轴(6)的轴线转动，车体也可以和驱动桥(2)一起绕轮轴(4)的轴线转动。
2.根据权利要求1所述的球形结构的车，其特征是在静止状态下，车体的重心点(13)的位置低于球形车轮(1)的球心。
3.根据权利要求1所述的球形结构的车，其特征是球形车轮(1)起步及正常行驶时，车体的重心点(13)到球形车轮球心的连线与垂直线始终保持一定的角度范围(0°-90°之间)。
4.根据权利要求1所述的球形结构的车，其特征是球形结构的车向左(向右)转弯时，车体相对摆动轴(6)向左(向右)转过的角度介于0°-90°之间。
全文摘要
本发明涉及一种外部轮廓呈球形结构的车，该车只有一个车轮支承车身，并能完成正常行驶功能。该车的车身置于球形车轮内，轮轴的两端固联在球形车轮上，轮轴的轴线经过球形车轮的球心。驱动桥则套在轮轴上，摆动轴固联在驱动桥上，车体则悬挂在摆动轴上，摆动轴的轴线与轮轴的轴线垂直。当车体和驱动桥一起绕轮轴向前(向后)转动一定角度(与垂直线的夹角在0°－90°之间)时，球形结构的车则前进(后退)。当车体绕摆动轴向左或向右摆动一定角度(0°－90°之间)，该车则向左或向右转弯。该车应用于模型、玩具、娱乐等方面，有较强的娱乐性和趣味性。
文档编号A63G29/00GK1530156SQ0311391
公开日2004年9月22日 申请日期2003年3月14日 优先权日2003年3月14日
发明者张辉伦 申请人:张辉伦