专利名称：一种适用于可变直径轮的组合弹簧变径轮架的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种轮架结构，更特别地说，是指一种适用于可变直径轮的组合弹簧 变径轮架。
背景技术：
可变直径轮是一种通过轮径张开或合拢可实现在无轮缘和有轮缘车轮间变换的 轮子。该可变直径轮一般包括变径驱动单元、变径传动单元、轮架和外覆件(如橡胶胎块、 轮脚块)。可变直径轮是一种能够适应多种不同地面环境(如沼泽、滩涂、沙地等松软地面 和浙清路、水泥路等硬质路面)、且具有高通过性的多栖行走轮子。可变直径轮可广泛应用 于军、民用全地域车辆、移动机器人和各种特殊装备移动平台的行走机构，如沙漠车、滩涂 车辆、探险机器人、太空巡视探测车等。在不同地面环境下运行时，通过控制轮径的变化，可变直径轮可在有轮缘和无轮 缘车轮之间转换。如在松软地面上，可变直径轮呈张开状，成为无轮缘车轮，能够提高通过 性，减少滚动阻力，增加驱动力；如在硬质地面上，可变直径轮呈合拢状，成为有轮缘车轮， 能够提高车轮的平顺性和行驶速度。可变直径轮的轮径的变化是通过变径驱动单元输出转矩，并经变径传动单元传递 至轮架上，由轮架带动外覆件张开或合拢来实现轮子直径可变。
发明内容
本发明的目的是提供一种适用于可变直径轮的组合弹簧变径轮架，该组合弹簧变 径轮架通过B轮毂相对于A轮毂和C轮毂转动一定角度下，同时带动弹性变径件在B轮毂 圆周方向上产生转动，使弹性变径件张开或合拢，从而实现可变直径轮的轮径可变。本发明是一种适用于可变直径轮的组合弹簧变径轮架，该轮架由三个轮毂和六个 弹性变径件组成；三个轮毂是指A轮毂、B轮毂和C轮毂；六个弹性变径件是指结构相同的 A弹性变径件、B弹性变径件、C弹性变径件、D弹性变径件、E弹性变径件、F弹性变径件。 三个轮毂的排列顺序是在轮心线上顺次排布为A轮毂、B轮毂和C轮毂。弹性变径件与轮 毂的安装采用心形弹簧件实现。三个轮毂为同心圆，六个弹性变径件是以同心圆的圆心均 勻布置在轮毂的外缘上。A弹性变径件包括有轮脚簧片、T形支撑板、U形支撑板、A心形弹簧、B心形弹簧和 C心形弹簧；其中，A心形弹簧、B心形弹簧和C心形弹簧的结构相同。A弹性变径件的安装 关系为T形支撑板的一端安装在轮脚簧片的A侧板上，T形支撑板的另一端安装在A心形 弹簧的A活动连接板面上；U形支撑板的连体端安装在轮脚簧片的B侧板上，U形支撑板的A支臂端安装在B 心形弹簧的B活动连接板面上，U形支撑板的B支臂端安装在C心形弹簧的C活动连接板面上；A心形弹簧的A静止连接板面安装在B轮毂的L斜凸台上；B心形弹簧的B静止连接板面安装在A轮毂的A斜凸台上；C心形弹簧的C静止连接板面安装在C轮毂的M斜凸台上。本发明的一种适用于可变直径轮的组合弹簧变径轮架的优点在于(1)弹性变径件上除了 T形支撑板和U形支撑板不具有弹性功能外，轮脚簧片和三 个心形弹簧能够根据变径轮架的张开与合拢的轮径比进行张开与合拢变化。在受到变径转 矩作用时，组合布置安装的心形变径弹簧的可张开角度的弹性范围更大，易实现安装在弹 性轮架上的轮脚块张开或合拢。(2)弹性轮架采用弹性变径弹簧与刚性支撑板相结合的结构设计，使得整体轮架 的重量得到轻量化，既易于变径，又增强了侧向支撑刚度，且便于加工制造，维修方便。(3)轮架采用弹簧薄钢板结构，完全避免活动铰链联接，去除了摩擦副，不用采取 密封和润滑措施，使结构更加紧凑，大大增加了可靠性；(4)采用轮脚弹簧板上安装橡胶块，而非充气轮胎或者履带等轮子结构，改变了常 规轮子结构，提出了一种由液压与机械联动使轮径变换的步行车轮新模式。(5)由本发明的组合弹簧变径轮架与橡胶轮脚块(外覆件)、变径机构(变径驱动 单元)、变径传动单元装配组合而成的轮子可在有轮缘和无轮缘车轮之间转换，兼具了常规 车轮与步行轮的优点，避免了常规车轮发生漏气、爆胎等现象，并可提高轮子的松软路面通 过性和硬路面的行驶平顺性。(6)本发明设计的组合弹簧变径轮架采用避免摩擦运动副的弹性弹簧轮毂设计， 无需要润滑和密封的环节，增加了装置的可靠性，提高了轮子的性能。
图1是本发明组合弹簧变径轮架的结构图。图IA是图1的后视图。图IB是图1的分解图。图2是本发明A弹性变径件的分解图。图3是本发明组合弹簧变径轮架的合拢示意图。图4是本发明A弹性变径件在轮架张开状态时的结构图。图5是本发明A弹性变径件在轮架合拢状态时的结构图。图6是本发明A弹性变径件中弹性件从合拢至张开的结构图。图中 1.A弹性变径件 11.轮脚簧片 111. A侧板112. B侧板 113.A斜面 114.B斜面 115.顶面 12. T形支撑板 13. U形支撑板 131. A支臂端 132. B支臂端 133.连体端 14. A心形弹簧141. A静止连接板面 142. A活动连接板面15. B心形弹簧 151. B静止连接板面 152. B活动连接 板面16. C心形弹簧 161. C静止连接板面 162. C活动连接板面2. B弹性 变径件 3. C弹性变径件 4. D弹性变径件 5. E弹性变径件 6. F弹性变径件7. A轮 毂 71. A斜凸台 72. B斜凸台 73. C斜凸台 74. D斜凸台75. E斜凸 台 76. F斜凸台 8. B轮毂 81. G斜凸台 82. H斜凸台83. I斜凸台84. J斜凸台 85. K斜凸台 86. L斜凸台9. C轮毂91. M斜凸台 92. N
斜凸台 93.0斜凸台94. P斜凸台95. Q斜凸台 96. R斜凸台
具体实施例方式下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明。本发明是一种适用于可变直径轮的组合弹簧变径轮架，该轮架由轮毂和弹性变径 件组成，弹性变径件与轮毂的安装采用心形弹簧实现。弹性变径件在B轮毂相对于A轮毂 和C轮毂转动一定角度下完成张开或合拢，从而实现可变直径轮的轮径变化。参见图1、图1A、图IB所示，本发明的轮架由三个轮毂和六个弹性变径件组成；三 个轮毂是指A轮毂7、B轮毂8和C轮毂9 ；六个弹性变径件是指结构相同的A弹性变径件 UB弹性变径件2、C弹性变径件3、D弹性变径件4、E弹性变径件5和F弹性变径件6。所 述三个轮毂的排列顺序是在轮心线上顺次排布为A轮毂7、B轮毂8和C轮毂9。A弹性变 径件1、B弹性变径件2、C弹性变径件3、D弹性变径件4、E弹性变径件5和F弹性变径件 6按照顺时针方向依次排布在轮毂的外缘。(一 )弹性变径件参见图2所示，A弹性变径件1包括有轮脚簧片11、T形支撑板12、U形支撑板13、 A心形弹簧14、B心形弹簧15和C心形弹簧16 ；其中，A心形弹簧14、B心形弹簧15和C心 形弹簧16的结构相同；轮脚簧片11为一体加工成型件，其两端分别设计成心形弹簧结构，即A侧板111 与A斜面113形成一个心形弹簧，且夹角β = 30度 50度(参见图4所示)；B侧板112 与B斜面114形成另一个心形弹簧，且夹角β =30度 50度(参见图4所示)；轮脚簧 片11的顶面115、A斜面113和B斜面114用于橡胶轮脚块的安装，轮脚簧片11的A侧板 111用于与T形支撑板12的一端通过螺钉与螺母连接；轮脚簧片11的B侧板112用于与U 形支撑板13的连体端133通过螺钉与螺母连接；U形支撑板13上设有A支臂端131、B支臂端132和连体端133 ；A弹性变径件1的安装关系为T形支撑板12的一端安装在轮脚簧片11的A侧板111上，T形支撑板12的另一 端安装在A心形弹簧14的A活动连接板面142上；U形支撑板13的连体端133安装在轮脚簧片11的B侧板112上，U形支撑板13 的A支臂端131安装在B心形弹簧15的B活动连接板面152上，U形支撑板13的B支臂 端132安装在C心形弹簧16的C活动连接板面162上；A心形弹簧14的A静止连接板面141安装在B轮毂8的L斜凸台86上；B心形弹簧15的B静止连接板面151安装在A轮毂7的A斜凸台71上；C心形弹簧16的C静止连接板面161安装在C轮毂9的M斜凸台91上；在本发明中，三个心形弹簧(Α心形弹簧14、Β心形弹簧15、C心形弹簧16)分别与 A弹性变径件1和三个轮毂(A轮毂7、B轮毂8和C轮毂9)上的斜凸台(A斜凸台71、L斜 凸台86、M斜凸台91)之间的连接采用螺钉安装在螺纹孔(设置在三个轮毂的斜凸台上) 实现。在本发明中，根据A弹性变径件1与三个轮毂(A轮毂7、B轮毂8、C轮毂9)的装配关系，以及公开的说明书附图，可以依次类推得到B弹性变径件2、C弹性变径件3、D弹 性变径件4、E弹性变径件5和F弹性变径件6分别与三个轮毂(A轮毂7、B轮毂8、C轮毂 9)上斜凸台的装配关系。B弹性变径件2的A心形弹簧的A静止连接板面安装在B轮毂8的G斜凸台81上， B弹性变径件2的B心形弹簧的A静止连接板面安装在A轮毂7的B斜凸台72上，B弹性 变径件2的C心形弹簧的A静止连接板面安装在C轮毂9的N斜凸台92上。C弹性变径件3的A心形弹簧的A静止连接板面安装在B轮毂8的H斜凸台82上， C弹性变径件3的B心形弹簧的A静止连接板面安装在A轮毂7的C斜凸台73上，C弹性 变径件3的C心形弹簧的A静止连接板面安装在C轮毂9的0斜凸台93上。D弹性变径件4的A心形弹簧的A静止连接板面安装在B轮毂8的I斜凸台83上， D弹性变径件4的B心形弹簧的A静止连接板面安装在A轮毂7的D斜凸台74上，D弹性 变径件4的C心形弹簧的A静止连接板面安装在C轮毂9的P斜凸台94上。E弹性变径件5的A心形弹簧的A静止连接板面安装在B轮毂8的J斜凸台84上， E弹性变径件5的B心形弹簧的A静止连接板面安装在A轮毂7的E斜凸台75上，E弹性 变径件5的C心形弹簧的A静止连接板面安装在C轮毂9的Q斜凸台95上。F弹性变径件6的A心形弹簧的A静止连接板面安装在B轮毂8的K斜凸台85 上，F弹性变径件6的B心形弹簧的A静止连接板面安装在A轮毂7的F斜凸台76上，F弹 性变径件6的C心形弹簧的A静止连接板面安装在C轮毂9的R斜凸台96上。( 二)轮毂参见图IB所示，在本发明中，A轮毂7、B轮毂8和C轮毂9沿连心线放置，且A轮 毂7、B轮毂8和C轮毂9安装在CN101486295A公开的变径机构上，对于本发明设计的轮架 可以套装在如CN 101486295A公开的径机构上，但这不是唯一模式。B轮毂8相对于A轮毂 7和C轮毂9转动，从而实现了轮架的张开或合拢。A轮毂7的中心设有通孔，A轮毂7的外缘上均布有六个结构相同的斜凸台(A斜 凸台71、B斜凸台72、C斜凸台73、D斜凸台74、E斜凸台75、F斜凸台76)。B轮毂8的中心设有通孔，B轮毂8的外缘上均布有六个结构相同的斜凸台(G斜 凸台81、H斜凸台82、I斜凸台83、J斜凸台84、K斜凸台85、L斜凸台86)。C轮毂9的中心设有通孔，C轮毂9的外缘上均布有六个结构相同的斜凸台(M斜 凸台91、N斜凸台92、0斜凸台93、P斜凸台94、Q斜凸台95、R斜凸台96)。本发明是一种适用于可变直径轮的组合弹簧变径轮架，定义如图1所示的状态为 自然状态(即轮架为张开状态)，其变径实施过程如下张开至合拢状态由于A轮毂7和C轮毂9静止不转动，B轮毂8传递过来的转矩 作用下，所有弹性变径件则沿逆时针方向转至合拢(参见图3所示)，此时的A弹性变径件 的结构为图5所示。合拢至张开状态由于A轮毂7和C轮毂9静止不转动，B轮毂8传递过来的转矩 作用下，所有弹性变径件则沿顺时针方向转至张开(参见图1所示)，此时的A弹性变径件 的结构为图4所示。在合拢至张开的变径过程中，参见图4、图6所示，三个心形弹簧(A心形弹簧14、 B心形弹簧15、C心形弹簧16)上的活动连接板面与静止连接板面接触，且接触角α = 60度，同时轮脚簧片11上存在的两个夹角β =44度。在本发明中，根据变径轮架的张开与 合拢的轮径比(轮架张开时的直径与轮架合拢时的直径的比值，一般为1. 2 1. 8)，心形弹 簧上的活动连接板面与静止连接板面的接触可以设计为45度 75度，轮脚簧片上的夹角 可以设计为30度 50度。在张开至合拢的变径过程中，参见图5、图6所示，三个心形弹簧(Α心形弹簧14、Β 心形弹簧15、C心形弹簧16)上的活动连接板面张开的开度α ‘ = 81. 5度，同时轮脚簧片 上的夹角张开的开度为β' =42度。在本发明中，根据变径轮架的张开与合拢的轮径比， 心形弹簧上的活动连接板面张开的开度范围为75度 120度，轮脚簧片上的夹角张开的开 度范围为35度 60度。同理可得，其余五个弹性变径件上的心形弹簧和轮脚簧片的张开开度与A弹性变 径件相同，并一起保持同步张开或合拢，从而使整套组合弹簧变径轮架同步张开或合拢，使 对应安装的轮脚张开组成离散不连续的轮子或收缩合拢成完整的圆形轮子，可使轮子在有 轮缘和无轮缘车轮之间转换，从而实现车轮直径的可变，增强轮子对不同地面环境的适应 能力，使轮子具有一定弹性来缓冲来自路面的冲击作用，提高轮子的通过性和和行驶平顺 性，从而使安装有采用本发明的可变直径轮的行走机构的机动性、通过性和行驶平顺性等 得以改进和提高。
权利要求
一种适用于可变直径轮的组合弹簧变径轮架，其特征在于该轮架由三个轮毂和六个弹性变径件组成，弹性变径件与轮毂的安装采用心形弹簧实现；弹性变径件的张开或合拢，从而实现可变直径轮的轮径变化；三个轮毂是指A轮毂(7)、B轮毂(8)和C轮毂(9)；所述三个轮毂的排列顺序是在轮心线上顺次排布为A轮毂(7)、B轮毂(8)和C轮毂(9)；B轮毂(8)相对于A轮毂(7)和C轮毂(9)转动，从而实现了轮架的张开或合拢；A轮毂(7)的中心设有通孔，A轮毂(7)的外缘上均布有六个结构相同的A斜凸台(71)、B斜凸台(72)、C斜凸台(73)、D斜凸台(74)、E斜凸台(75)、F斜凸台(76)；B轮毂(8)的中心设有通孔，B轮毂(8)的外缘上均布有六个结构相同的G斜凸台(81)、H斜凸台(82)、I斜凸台(83)、J斜凸台(84)、K斜凸台(85)、L斜凸台(86)；C轮毂(9)的中心设有通孔，C轮毂(9)的外缘上均布有六个结构相同的M斜凸台(91)、N斜凸台(92)、O斜凸台(93)、P斜凸台(94)、Q斜凸台(95)、R斜凸台(96)；六个弹性变径件是指结构相同的A弹性变径件(1)、B弹性变径件(2)、C弹性变径件(3)、D弹性变径件(4)、E弹性变径件(5)和F弹性变径件(6)；A弹性变径件(1)、B弹性变径件(2)、C弹性变径件(3)、D弹性变径件(4)、E弹性变径件(5)和F弹性变径件(6)按照顺时针方向依次排布在三个轮毂的外缘；A弹性变径件(1)包括有轮脚簧片(11)、T形支撑板(12)、U形支撑板(13)、A心形弹簧(14)、B心形弹簧(15)和C心形弹簧(16)；其中，A心形弹簧(14)、B心形弹簧(15)和C心形弹簧(16)的结构相同；轮脚簧片(11)为一体加工成型件，其两端分别设计成心形弹簧结构，即A侧板(111)与A斜面(113)形成一个心形弹簧，且夹角β＝30度～50度；B侧板(112)与B斜面(114)形成另一个心形弹簧，且夹角β＝30度～50度；轮脚簧片(11)的顶面(115)、A斜面(113)和B斜面(114)用于橡胶轮脚块的安装，轮脚簧片(11)的A侧板(111)用于与T形支撑板(12)的一端通过螺钉与螺母连接；轮脚簧片(11)的B侧板(112)用于与U形支撑板(13)的连体端(133)通过螺钉与螺母连接；U形支撑板(13)上设有A支臂端(131)、B支臂端(132)和连体端(133)；A弹性变径件(1)的安装关系为T形支撑板(12)的一端安装在轮脚簧片(11)的A侧板(111)上，T形支撑板(12)的另一端安装在A心形弹簧(14)的A活动连接板面(142)上；U形支撑板(13)的连体端(133)安装在轮脚簧片(11)的B侧板(112)上，U形支撑板(13)的A支臂端(131)安装在B心形弹簧(15)的B活动连接板面(152)上，U形支撑板(13)的B支臂端(132)安装在C心形弹簧(16)的C活动连接板面(162)上；A心形弹簧(14)的A静止连接板面(141)安装在B轮毂(8)的L斜凸台(86)上；B心形弹簧(15)的B静止连接板面(151)安装在A轮毂(7)的A斜凸台(71)上；C心形弹簧(16)的C静止连接板面(161)安装在C轮毂(9)的M斜凸台(91)上；根据A弹性变径件(1)与A轮毂(7)、B轮毂(8)、C轮毂(9)的装配关系，依次类推得到B弹性变径件(2)、C弹性变径件(3)、D弹性变径件(4)、E弹性变径件(5)和F弹性变径件(6)分别与A轮毂(7)、B轮毂(8)、C轮毂(9)上斜凸台的装配关系为B弹性变径件(2)的A心形弹簧的A静止连接板面安装在B轮毂(8)的G斜凸台(81)上，B弹性变径件(2)的B心形弹簧的A静止连接板面安装在A轮毂(7)的B斜凸台(72)上，B弹性变径件(2)的C心形弹簧的A静止连接板面安装在C轮毂(9)的N斜凸台(92)上；C弹性变径件(3)的A心形弹簧的A静止连接板面安装在B轮毂(8)的H斜凸台(82)上，C弹性变径件(3)的B心形弹簧的A静止连接板面安装在A轮毂(7)的C斜凸台(73)上，C弹性变径件(3)的C心形弹簧的A静止连接板面安装在C轮毂(9)的O斜凸台(93)上；D弹性变径件(4)的A心形弹簧的A静止连接板面安装在B轮毂(8)的I斜凸台(83)上，D弹性变径件(4)的B心形弹簧的A静止连接板面安装在A轮毂(7)的D斜凸台(74)上，D弹性变径件(4)的C心形弹簧的A静止连接板面安装在C轮毂(9)的P斜凸台(94)上；E弹性变径件(5)的A心形弹簧的A静止连接板面安装在B轮毂(8)的J斜凸台(84)上，E弹性变径件(5)的B心形弹簧的A静止连接板面安装在A轮毂(7)的E斜凸台(75)上，E弹性变径件(5)的C心形弹簧的A静止连接板面安装在C轮毂(9)的Q斜凸台(95)上；F弹性变径件(6)的A心形弹簧的A静止连接板面安装在B轮毂(8)的K斜凸台(85)上，F弹性变径件(6)的B心形弹簧的A静止连接板面安装在A轮毂(7)的F斜凸台(76)上，F弹性变径件(6)的C心形弹簧的A静止连接板面安装在C轮毂(9)的R斜凸台(96)上。
2.根据权利要求1所述的适用于可变直径轮的组合弹簧变径轮架，其特征在于张开 至合拢状态由于A轮毂(7)和C轮毂(9)静止不转动，B轮毂(8)传递过来的转矩作用下， 所有弹性变径件则沿逆时针方向转至合拢。
3.根据权利要求1所述的适用于可变直径轮的组合弹簧变径轮架，其特征在于合拢 至张开状态由于A轮毂(7)和C轮毂(9)静止不转动，B轮毂(8)传递过来的转矩作用下， 所有弹性变径件则沿顺时针方向转至张开。
4.根据权利要求1所述的适用于可变直径轮的组合弹簧变径轮架，其特征在于在合 拢至张开的变径过程中，A弹性变径件(1)中的A心形弹簧(14)、B心形弹簧(15)、C心形弹 簧(16)上的活动连接板面与静止连接板面接触，且接触角α =60度，同时轮脚簧片(11) 上存在的两个夹角β = 44度。
5.根据权利要求1所述的适用于可变直径轮的组合弹簧变径轮架，其特征在于在张 开至合拢的变径过程中，A弹性变径件(1)中的A心形弹簧(14)、B心形弹簧(15)、C心形 弹簧(16)上的活动连接板面张开的开度α ‘ = 81. 5度，同时轮脚簧片上的夹角张开的开 度为β ‘ =42度。
全文摘要
本发明公开了一种适用于可变直径轮的组合弹簧变径轮架，该轮架由轮毂和弹性变径件组成，弹性变径件与轮毂的安装采用心形弹簧实现。该组合弹簧变径轮架通过B轮毂相对于A轮毂和C轮毂转动一定角度下，同时带动弹性变径件在B轮毂圆周方向上产生转动，使弹性变径件张开或合拢，从而实现可变直径轮的轮径可变。本发明轮架采用弹簧钢板结构，完全避免活动铰链联接，去除了摩擦副，不用采取密封和润滑措施，使结构更加紧凑，大大增加了可靠性。
文档编号B60B9/02GK101954834SQ20101024600
公开日2011年1月26日 申请日期2010年8月5日 优先权日2010年8月5日
发明者刘杰, 姚圣卓, 崔莹, 徐国艳, 药小江, 陈新波, 高峰 申请人:北京航空航天大学