专利名称：万向轮的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种滚动机械，尤其是力线直接通过触地点的万向轮。
现在生活中所使用的万向轮以及查询中国专利所有关于万向轮的文献，本实用新型技术中相关技术是发明人公告号为CN2062289U，申请号为89218306·3所述的《无轴万能万向轮》，其主要原理是通过壳体上的局部位置上相对固定的主、副轨道的有机配合，使得球轮在变向前进中始终可以获得从副轨道中传递入主轨道的滚珠，其中部分承力的滚珠与球轮和壳体之间的相对运动为纯滚动。但其有两方面因为其结构本身而无法免除的弊病首先，在万向轮运动过程中，凡是与球轮前进方向构成直角的主轨道中承力的滚珠，其与球轮和壳体之间的相对运动不能实现纯滚动而是滑动；同时，凡与球轮前进方向不完全一致而是成一定角度的主轨道，其中的滚珠与球轮之间、与壳体之间的相对运动不能实现纯滚动，而是滚动兼滑动。这必然使万向轮内部摩擦和各部件的磨损不能降到最低程度，从而缩短万向轮的寿命；并且也影响万向轮滚动和变向的灵活性。其次，由于主、副轨道及轨道之间的空隙的必然存在并且均位于球轮面相对处，只有主轨道中的滚珠承受压力，这种结构本身必然使压力只能在这部分滚珠上相对集中地分布，因而滚珠上压强较大，故磨损也就较快，从而使万向轮寿命缩短。
本实用新型的目的是(1)提供一种万向轮，其任意一枚与球轮面接触并受到球轮压力的滚珠，在球轮任意变向前进时，始终保持同球轮之间的相对运动为纯滚动；(2)提供一种在承受与现有技术同等压力下滚珠上的压强相对较小的万向轮；(3)进而提供与制动装置组合，与新增的球轮、壳体及外连件组合，与减少摩擦的摩擦轮组合的万向轮，以及同时与制动装置，与新增的球轮、壳体、外连件或者与摩擦轮这三部分中两部分或三部分组合的万向轮。
为实现上述目的，本实用新型采用的方案是在同类万向轮的壳体腔内的球轮面相对处设置一个核体，绕核体的壁面与壳体的内壁、壳内的球轮面之间的夹层状的空腔构成滚珠层腔体，滚珠布于其中；核体上与壳内的球轮面相对应的部位是一当单层的滚珠吻合地夹压于核体和壳内的球轮面之间时与球轮面同球心的凹面，此凹面与壳内其相对的球轮面之间构成压力区，滚珠层腔体中除压力区外的其余部分夹层状空腔构成非压力区；位于压力区内承力的滚珠为受压珠，位于非压力区内的滚珠为自由珠；非压力区所在的壳体壁到其相对的核体壁的距离大于滚珠直径；非压力区所在核体与其相对的壳体之间有传力柱使二者吻合地固定连接；在非压力区中有减小传力柱对游动中的自由珠的阻力的导向分珠体；万向轮结构中有使壳体、核体、滚珠、球轮、导向分珠体等各部件到位的结构；当球轮受到从核体通过受压珠传来的一定压力和另一方向的一定力的共同作用而滚动并带动受压珠滚动时，自由珠在受压珠传出的力或地球重力或二者合力这几种力统称－－游动力的作用下运动，进而全部滚珠始终随球轮的任意变向前进－－万向运动而在滚珠层腔体中绕与球轮的不定轴线平行的位于核体上的相应的不定轴线沿核体表面先后从压力区进入非压力区，其中部分滚珠在导向分珠体引导下绕过传力柱，全部滚珠再先后进入压力区，滚珠滚动或移动并形成循环；其中，全部承力的受压珠与壳内的球轮面之间、与核体凹面之间的相对运动始终为纯滚动。
上述方案同制动装置组合，构成一种万向轮。该制动装置的止动舌从核体上的凹面内的凹孔腔的口中伸出进入压力区以阻止受压珠的滚动而制动。
以上方案作为支持球轮万向运动的装置－－万向体，与新增的球轮和壳体及处连件组合，构成又一种万向轮。
上列各种万向轮方案同不承担核体方向传来的压力而只纯粹减小球轮在其前进的反向侧与壳体壁间直接接触部位摩擦阻力的轮子－－摩擦轮组合，再构成一种万向轮。摩擦轮及其安置的情况为沿球轮球心所在的平面而此平面垂直于通过球轮心和球轮触地点所在的直线，在与球轮相套的壳体内壁上安装数目不少于3枚的且均匀地绕球轮排列的、其固定轴线位于该平面上的摩擦轮，球轮球心在任一摩擦轮的全部直径所在的平面的延展平面上，且摩擦轮与球轮面吻合相接。这种结构的摩擦轮与球轮之间的相对运动始终为纯滚动，因而摩擦阻力小，灵活性强。
上述方案中核体、球轮面、核体凹面、传力柱及其之间相对位置，滚珠层腔体和滚珠到位的结构的优选方案是核体上的凹面为圆形，其圆心在通过球轮心和球轮触地点的直线上；核体上同凹面相背的另一面为凸状结构，当核体绕通过凹面圆心和球轮心的直线为轴旋转时，任一垂直于轴的核体截面均为圆形，并且核体上凸状结构的凸状边线在单位距离内角度变化尽可能地小，从而使核体的凸状结构的表面形成柔缓过渡的曲面，以减少其对游动的自由珠的阻力；壳体腔内的球轮面积尽可能接近于球轮总面积的一半，核体上凹面面积接近于其相对的球轮面面积，以增大承力面积，减小单位滚珠上的压强；自由珠所在的非压力区滚珠层腔体的厚度略大于滚珠直径，恰好容下单层排列的滚珠，且其厚度均匀；传力柱是位于核体凸状结构凸顶部的一根柱体，其柱心直线通过核体上的凹面的圆心和球轮心；万向轮上使滚珠到位结构是位于壳体上的一个孔，滚珠由此进出滚珠层腔体，孔上带有与孔及壳内壁面走向均吻合的塞子，此孔与塞子统称为孔塞体。
上述方案中导向分珠体有三种结构(1)导向分珠体是当传力柱在保证承担一定压力条件下尽可能细的圆柱状结构体，当滚珠循环游动传力柱时，圆柱结构便于滚珠绕柱而过。(2)导向分珠体由与圆柱状的传力柱吻合相套并可绕其灵活旋转的环状体、较短的锲状或锥状体和较长的锲状或锥状体组成，上述两锲状或锥状体底部分别固定连接于环状体直径两端的外环面上，锲腰或锥腰与环状体外环面相切，两锲尖或锥尖的指向同绕传力柱的滚珠层腔体的走向相吻合。当自由珠在游动力作用下绕核体游动循环，同时推动导向分珠体的短锲尖或锥尖和长锲尖或锥尖，在杠杆平衡力的作用下使较短的锲尖或锥尖始终迎向后来的自由珠群体，从而使得自由珠群体沿短尖两侧分流而过。(3)导向分珠体由换向柱和换向腔体组成，换向柱由传力柱和与其紧邻的核体上的长颈瓶状结构构成，换向腔体由绕换向柱周围的当万向轮在静止直立状态受地球重力作用下不允许滚珠进入的滚珠层腔体构成。当球轮前进时其前进方向侧的压力区内与自由珠相邻接的受压珠传递出的游动力使同侧的自由珠沿力线上升，其中部分自由珠进入换向腔体，同时位于球轮前进反向侧的自由珠在重力和球轮转动的共同作用下，不断进入压力区而减少，从而在球轮前进方向侧的换向腔体内的自由珠与球轮前进反向侧的自由珠之间形成落差，当落差不断达到一定程度时，地球重力使换向腔体中的部分自由珠不断落入球轮前进反向侧的滚珠层腔体的自由珠上，这样，滚珠在游动力作用下在滚珠层腔体的压力区和非压力区中形成循环；该导向分珠体正面避开了传力柱的阻力，达到导向分流的目的。
上述方案中制动装置的两种具体结构，其共有的部件是凹孔腔、弹簧卡、止动舌、弹簧体、牵引绳、导绳件和固着体；制动装置两种具体结构的部件共有结构关系是凹孔腔一端出口位于核体上的凹面内，另一端出口位于壳体外壁上；止动舌吻合地位于凹孔之中并能自由地伸出和缩入凹孔腔，其指向于核体上的凹面内的出口一端止动舌的舌头呈锥尖状，弹簧卡固定地位于凹孔腔中；弹簧体一头与凹孔腔中的弹簧卡吻合相接，另一端与止动舌吻合相接；牵引绳一端与止动舌连接，另一端穿过弹簧体从壳体外壁上的凹孔腔的出口引出，其再穿过导绳件后与固着体连接；导绳件由牵引绳从中穿过的孔和物体固定连接的脚构成；固着体由相互扣合的子体和母体组成，其中之一与牵引绳相连，另一部分则同物体固定连接，拉紧或放松牵引绳时，固着体的子体或母体同相应位置上与物体固定连接的母体或子体相扣合。制动装置两种具体结构的区别特征是(1)弹簧体位于凹孔腔内弹簧卡到核体上凹面内的凹孔腔的出口之间，当紧拉牵引绳头时，止动舌受牵引绳拉动而使弹簧体压缩，并使止动舌随之隐退入凹孔腔之中；当放松牵引绳头时，弹簧体随之伸展并将止动舌尖从核体凹面内的凹孔腔口顶出进入滚珠层腔体的压力区中，从而达到使万向轮制动的目的。(2)弹簧体位于核体上凹面内的凹孔腔出口到弹簧卡的走向的延伸段上，在止动舌于凹孔腔中运动的轨道中途，凹孔腔以岔道结构形式直通壳体外壁上的凹孔腔口；牵引绳连接于止动舌底；当牵引绳处于松弛状态时，止动舌被弹簧体压入凹孔腔中；当拉动牵引绳时，止动舌压缩弹簧体并从核体凹面的凹孔腔口顶出止动舌尖进入滚珠层腔体的压力区中。
本实用新型有如下积极效果(1)由于上述方案使得万向轮内的任意一枚滚珠在滚珠层腔体中的任一位置上，随球轮前进及方向的改变而相应地改变其运动及方向，且位于球轮面上承力的任意一枚滚珠与球轮间、与核体凹面之间的相对运动均为纯滚动，这就使得摩擦磨损降到最低，从而延长万向轮的寿命；(2)本实用新型万向轮的壳内球轮面由于密布滚珠，从而使承力面积大为增加，故每枚滚珠上受到的压力相对减小，万向轮因此更加耐磨，寿命延长；(3)由于承力的滚珠与球轮面之间、与核体凹面之间的相对运动完全实现了纯滚动，所以其擦阻力小，故本实用新型万向轮的滚动和换向的灵活性强；(4)本实用新型与制动装置组合，使万向轮的运动更便于控制；(5)以本实用新型作支持球轮万向运动的装置－－万向体，其与新增的球轮、壳体和外连件构成一种新型万向轮，适于大型车辆上特殊用轮；(6)本实用新型与摩擦轮组合，使万向轮运动更加灵活。
图1为本实用新型万向轮的基本结构示意图；图2为本实用新型万向轮的运动情况示意图；图3为本实用新型万向轮在采用权利要求3的导向分珠体的情况下的结构示意图；图4为本实用新型万向轮在采用权利要求4的导向分珠体的情况下的结构示意图；图5为本实用新型万向轮在采用权利要求5的导向分珠体的情况下的结构示意图；图6为与本实用新型万向轮组合的权利要求6或7和权利要求6或8的制动装置的共有部件示意图；图7、图8分别为本实用新型万向轮与权利要求6或7的制动装置组合的情况下，制动装置处于不止动和止动两种状态的示意图；图9、
图10分别为本实用新型万向轮与权利要求6或8的制动装置组合的情况下，制动装置处于不止动和止动两种状态的示意图；
图11为本实用新型万向轮与权利要求9的摩擦轮组合的示意
图12、13是以本实用新型万向轮作为的万向体与新增的壳体、球轮、外连件及与摩擦轮组合的示意图。
如
图1所示，本实用新型万向轮由球轮1、壳体5、滚珠层腔体8、滚珠3、核体2、传力柱4、核体凹面6、导向分珠体10、使滚珠到位的装置9和外连件7组成。
如图2所示，本实用新型万向轮含有压力区11、非压力区12、受压珠13和自由珠14；当球轮滚动时，受压珠13在压力区11中呈纯滚动；自由珠14沿核体表面绕核体游动；受压珠13不断从压力区11进入非压力区12成为自由珠14，自由珠14不断从非压力区12进入压力区11而成为受压珠13，所有滚珠在滚珠层腔体中形成循环。
如图3所示，本实用新型万向轮采用权利要求3的导向分珠体15。
如图4所示，本实用新型万向轮采用权利要求4的导向分珠体16。
如图5所示，本实用新型万向轮采用权利要求5的导向分珠体，此导向分珠体由换向柱17和换向腔体18组成。
如图6所示，本实用新型万向轮采用权利要求6或7和6或8的制动装置由凹孔腔19、止动舌20、弹簧体22、弹簧卡21、牵引绳23、导绳件24、固着体的母体25和固着体的子体26组成。
如
图11所示，本实用新型万向轮与摩擦轮27组合。
如
图12所示，以本实用新型万向轮作为万向体28再与新增的壳体、球轮和外连件及摩擦轮组合成一种新型万向轮。
权利要求1.一种万向轮，由球轮、无数枚等大的但直径远小于球轮直径的滚珠和壳体组成，壳体的部分内壁和与其吻合相邻的那部分球轮面构成壳体腔将滚珠包裹于其中，而球轮的另一部分球面与壳体吻合相套并从壳体内露出部分的球轮球面于壳外，壳体上有同其他物体相连接的部件--外连件，在球轮滚动的作用下，滚珠在壳体腔内呈现出受到球轮力和不受球轮力两种状态，并在这两种状态间循环，从而支持球轮的万向运动；万向轮结构中，可以有制动装置和减小球轮在其前进反向侧同壳体内壁间摩擦阻力的装置；其特征在于在壳体腔内的球轮面相对处设置一个核体，绕核体的壁面与壳体的内壁、壳内的球轮面之间的夹层状的空腔构成滚珠层腔体，滚珠布于其中；核体上与壳内的球轮面相对应的部位是一当单层的滚珠吻合地夹压于核体和壳内的球轮面之间时与球轮面同球心的凹面，此凹面与壳内其相对的球轮面之间构成压力区，滚珠层腔体中除压力区外的其余部分夹层状空腔构成非压力区；位于压力区内承力的滚珠为受压珠，位于非压力区内的滚珠为自由珠；非压力区所在的壳体内壁到其相对的核体壁的距离大于滚珠直径；非压力区所在的核体与其相对的壳体之间有传力柱使二者吻合地固定连接；在非压力区中有减小传力柱对游动中的自由珠的阻力的导向分珠体；万向轮结构中有使壳体、核体、滚珠、球轮、导向分珠体等各部件到位的结构。
2.根据权利要求1所述的万向轮，其特征在于核体上的凹面为圆形，其圆心在通过球轮心和球轮触地点的直线上；核体上同凹面相背的另一面为凸状结构，当核体绕通过凹面圆心和球轮心的直线为轴旋转时，任一垂直于轴的核体截面均为圆形，并且核体上凸状结构的凸状边线在单位距离内的角度变化尽可能地小，从而使核体的凸状结构的表面形成柔缓过渡的曲面；壳体腔内的球轮面积尽可能接近于球轮总面积的一半，核体上凹面面积接近于其相对的球轮面面积；自由珠所在的非压力区滚珠层腔体的厚度略大于滚珠直径，恰好容下单层排列的滚珠，且其厚度均匀；传力柱是位于核体凸状结构凸顶部的一根柱体，其柱心直线通过核体上的凹面圆心和球轮心；万向轮上使滚珠到位的结构是位于壳体上的一个孔，滚珠由此进出滚珠层腔体，孔上带有与孔及壳内壁面走向均吻合的塞子，孔与塞子统称为孔塞体。
3.根据权利要求1或2所述的万向轮，其特征在于该导向分珠体是当传力柱在保证承担一定压力条件下尽可能细的圆柱状结构体。
4.根据权利要求1或2所述的万向轮，其特征在于该导向分珠体由与圆柱状的传力柱吻合相套并可绕其灵活旋转的环状体、较短的锲状或锥状体和较长的锲状或锥状体组成，上述两锲状或锥状体的底部分别固定连接于环状体直径两端的外环面上，锲腰或锥腰与环状体外环面相切，两锲尖或锥尖的指向同绕传力柱的滚珠层腔体的走向相吻合。
5.根据权利要求1或2所述的万向轮，其特征在于该导向分珠体由换向柱和换向腔体组成，换向柱由传力柱和与其紧邻的核体上的长颈瓶状结构构成，换向腔体由绕换向柱周围的当万向轮在静止直立状态受地球重力作用下不允许滚珠进入的滚珠层腔体构成。
6.根据权利要求1至5中任一方案所述的万向轮，其特征在于；该制动装置由凹孔腔、弹簧卡、止动舌、弹簧体、牵引绳、导绳件和固着体组成；凹孔腔口一端在核体上的凹面内，另一端口位于壳体外壁上；止动舌吻合地位于凹孔腔之中并能自由地伸出和缩入凹孔腔，其位于核体上的凹面内的出孔一端的舌头呈锥尖状；弹簧卡固定地位于凹孔腔中；弹簧体一头与凹孔腔中的弹簧卡吻合相接，另一端与止动舌吻合相接；牵引绳一端与止动舌连接，另一端穿过弹簧体从壳体外壁上的凹孔腔口引出，其再穿过导绳件后与固着体连接；导绳件由牵引绳从中穿过的孔和与物体固定连接的脚构成；固着体由相互扣合的子体和母体组成，其中之一与牵引绳相连，另一部分则同物体固定连接；拉紧或放松牵引绳时，绳头的固着体的子体或母体同相应位置的与物体固定连接的母体或子体相扣合；该制动装置的止动舌从核体上的凹面内的凹孔腔的口中伸出进入压力区以阻止受压珠的滚动而制动。
7.根据权利要求6所述的万向轮，其特征在于弹簧体位于凹孔腔内弹簧卡到核体上凹面内的凹孔腔口之间。
8.根据权利要求6所述的万向轮，其特征在于弹簧体位于核体上凹面内的凹孔腔口到弹簧卡的走向的延伸段上，在止动舌于凹孔腔中运动的轨道中途，凹孔腔以岔道结构形式直通壳体外壁上的凹孔腔口；牵引绳连接于止动舌底。
9.根据权利要求1至8中任一方案所述的万向轮，其特征在于减小球轮在其前进反向侧同壳体内壁间摩擦阻力的装置，是沿球轮球心所在的平面而此平面垂直于通过球轮心和球轮触地点所在的直线，在与球轮相套的壳体内壁上安装数目不少于3枚的且均匀地绕球轮排列的，其固定轴线位于该平面上的摩擦轮，球轮球心在任一个摩擦轮的全部直径所在的平面的延展平面上且摩擦轮与球轮面吻合相接。
专利摘要本实用新型提供了一种在高承载下灵活耐磨、使用寿命长的万向轮。通过在万向轮壳体内设置一核体及绕核体并内含滚珠的夹层状的滚珠层腔体，在滚珠层腔体中分为压力区和非压力区，滚珠在压力区和非压力区之间循环，且滚珠在滚珠层腔体中绕与球轮的不定轴线平行的位于核体上的相应的不定轴线沿核体表面滚动或移动，从而支持球轮实现万向运动；凡与壳内的球轮面相接触并承力的滚珠与球轮之间的相对运动完全实现了纯滚动。
文档编号B60B33/00GK2105420SQ91214560
公开日1992年5月27日 申请日期1991年5月31日 优先权日1991年5月31日
发明者谢中全 申请人:谢中全