多向球轮型装置的制作方法

本实用新型涉及一种滚动装置，并且更具体地，涉及一种改进的多向球轮型装置。本实用新型还涉及一种用于制造滚动球装置的方法，以及用于组装和安装滚动球装置的简单且安全的方法。

背景技术：

通常，滚动装置广泛用于诸如椅子和桌子的家具、婴儿车或童车、超市有轨电车、和玩具、以及行李箱、袋子、背包等等。

可在现有技术的文献中找到球轮类滚动装置的实例，诸如以徐海康的名义提交的且于2005年11月09日公布的题为“竖直通用脚轮(Vertical Universal Caster)”的中国专利文献CN 2,739,021中公开的装置。该中国现有技术文献公开了一种滚动装置，该滚动装置具有主滚动球和副滚动球的两个环，该环具有不同的直径并且被两部分式结构件包围。上结构件具有两个凹槽以配合两个环。装置还具有支撑结构，该支撑结构被固定到待安装的物体。

然而，在中国专利文献CN 2,739,021中教导的装置具有一些缺点。首先，该装置的部件的组装复杂，这是因为球的环均配合至相同且唯一的上结构件。此外，其与待使用的物体的附接是完全在外部的，从而致使装置非常大。

以罗伯特塞拉斯(Robert Sellars)的名义在于2006年5月18日公布并于2009年8月25日授权的美国专利7,578,028中公开了题为“用于提供多向运动的装置(Device for providing multi-directional movement)”的现有技术滚动装置的另一实例。文献US 7,578,028公开了一种用于提供多向运动的装置，其包括两部分式外壳，该两部分式外壳包围主滚动球以及副滚动球或球滚动件的两个环。该装置的构件在顶部彼此堆叠，并且副滚动球位于由壳体的内壁限定的凹入区域中。

此外，在美国专利7,578,028中公开的装置还没涉及仅是在顶部彼此堆叠构件，不提供所有部件之间合适的相互作用，使滚动装置容易出故障并在使用中锁定。

同样地，如在现有技术文献CN 2,739,021的滚动装置的情况下，由于将在美国专利7,578,028中示出的装置固定至待使用的物体完全是在外部的，因此滚动装置将不那么紧凑。

巴西专利申请BR 10 2014 012724-0公开了一种多向滚动装置，其包括下结构件和上结构件以及被下结构件和上结构件包围的主滚动球，下结构件和上结构件中的每一个均具有至少一个凹槽或凹入区域，以接收滚动球的包围环。巴西专利申请BR 10 2014 012724-0还涉及一种用于组装滚动装置的方法。然而，巴西专利申请中教导的现有技术滚动装置不以给定小于62°的接触角的方式工作，从而使得难以将装置安装到需要较小的角度测斜水平的物体中。

因此，考虑到最先进的脚轮装置的限制和/或缺点，本发明人已设计出一种具有更好的性能的新型滚动球装置，且不具有已知的多向运动装置的限制。

本实用新型的具有能够使得整体上显著减小支撑结构的尺寸的结构构造，这是因为使保持较大的球的两个滚动环为更近的布置。简而言之， 下滚动环围绕靠近其中心的区域中的主滚动球，虽然仍能够使得将主滚动球保持在装置内，并且同时增大结构的基部与地面之间的距离，从而优化其之间的接触角。

更具体地，本实用新型提供主滚动球与地面之间的接触角小于62°，优选地，小于50°。这一特征允许将装置安装在需要较小的角度倾斜水平的装置中，诸如，行李箱。

因此，通过最优化整体结构并且更具体地通过滚动球的环的新颖位置获得了本实用新型相对于最先进技术的优点，其在主球与地面之间提供更好的接触角，接触角从62°降低至50°，或更小。由于接触角较小，在滚动系统上支撑的物体(例如，行李箱)可更加倾斜，而在涉及结构的主球与地面之间没有摩擦力。

技术实现要素：

本实用新型涉及一种改进的多向球轮型装置，该多向球轮型装置包括下结构件和上结构件，下结构件和上结构件中的每一个均具有：至少一个凹槽以接受包围的滚动球的环(所谓的轴承环)；以及由下结构件和上结构件包围的主滚动球(还被称为主球面滚子)，其中下滚动环在更靠近其中心的区域中围绕主滚动球，同时仍使得能够将主滚动球保持在装置内，并且同时，增大结构的基部与地面之间的距离，从而优化其与地面的接触角。优选地，所提及的凹槽是连续凹槽，并且非常优选地，凹槽周向周方向围绕主滚动球的至少一个部分延伸。优选地，下结构件和上结构件中的至少一个被设计成一体件。优选地，下结构件和上结构件形成接触面，该接触面优选在几何平面中延伸。在另一优选的实施方式中，包括将下结构件固定至上结构件的固定装置。优选地，下滚动环具有比上滚动环更大的直径。优选地，下滚动环的直径和上滚动环的直径为1:1、1至1:2的关系。优选地，下滚动环形成第一几何平面并且上滚动环形成第二几何平面，其中优选地，这些平面相对于彼此平行，并且其中最优选地，这些平面之间 的距离小于主滚动球的直径，优选地，小于主滚动球的直径的90％，优选地，小于主滚动球的直径的80％，优选地，小于主滚动球的直径的70％。优选地，这些平面之间的距离大于主滚动球的直径的10％，优选地，大于主滚动球的直径的20％，优选地，大于主滚动球的直径的30％。

此外，本实用新型涉及一种用于安装改进的滚动球系统(所谓的球轮)的方法。

本实用新型的一个目的提供一种更加紧凑的多向滚动球装置，从而需要较小的空间以将装置配合至待移动的物体。

本实用新型的另一目的是提供一种多向滚动球装置，其可容易并安全组装并且在使用中避免发生故障和锁定。

本实用新型的又一目的是提供一种多向滚动球装置，其可迅速组装并需要很少的部件或构件以产生改进的滚动。

本实用新型的主要目的在于多向滚动装置的构造，该多向滚动装置使得能在在所有轴线上进行360°的内滚动，从而允许由装置支撑的载荷在所有方向上的自由位移。

根据本实用新型的一个实施方式，多向滚动装置基于装置的预期使用而支撑重量在80kg到150kg内变化的载荷，而不会引起滚动系统故障或损坏。

根据本实用新型的另一实施方式，计算多向滚动球装置的表面与基部之间的距离，从而使装置的整个尺寸最小化，以便为其适用性提供法向角。

根据本实用新型的可选实施方式，多向滚动装置具有用于制动并用于固定或保持待支撑的载荷的一体式安全系统。其中，该安全装置可被设计为夹紧系统，该夹紧系统防止主球相对于下结构件和上结构件的旋转。优 选地，至少在结构件上形成用于主滚动球的接收空间，该接收空间适于容纳主滚动球的体积的至少40％，优选地，主滚动球的体积的至少50％，并且最优选主滚动球的体积的至少60％。

通过提供一种多向滚动装置实现本实用新型的目的，该多向滚动装置包括：下结构件(基部)；上结构件(壳体)；主滚动球，该主滚动球被下结构件和上结构件包围；该下结构件具有至少一个下凹槽(凹入区域)；该上结构件具有至少一个上凹槽(凹入区域)；副滚动球的至少一个环被配合在至少一个下凹槽内；副滚动球的至少一个下环和一个上环配合到其相应下结构件和上结构件内，其中，副滚动球的每个环是包围的一组副球。

通过提供一种用于安装实用新型的多向滚动装置的方法进一步实现上述目的。

本实用新型提供了一种多向球轮型装置，其中，所述多向球轮型装置包括：下结构件；滚动球的至少一个下环；上结构件；滚动球的至少一个上环；以及主滚动球，其中，所述主滚动球被所述上结构件和所述下结构件包围；所述下结构件具有至少一个下凹槽以及开口，所述滚动球的所述下环插入所述至少一个下凹槽中，所述开口的直径小于所述主滚动球的直径，并且所述主滚动球的一部分通过所述开口接触地面；所述上结构件具有至少一个上凹槽以及腔体，所述滚动球的所述上环插入所述至少一个上凹槽中，所述主滚动球布置在所述腔体中。

进一步地，所述滚动球的所述下环和所述上环每个均包括包封的一组副滚动球和/或使所述副滚动球固定的薄带。

进一步地，所述薄带具有所述环的形状且具有一预设尺寸，和/或其中，在完成所述多向球轮型装置的安装程序之后，所述薄带由于所述多向球轮型装置的滚动而分解。

进一步地，能使所述多向球轮型装置的倾斜度为60°或以下并且优选地50°或以下的角度。

进一步地，所述副滚动球的所述下环的直径小于所述主滚动球的直径。

进一步地，所述副滚动球的所述上环的直径小于所述主滚动球的直径。

进一步地，所述副滚动球的所述下环的直径和所述副滚动球的所述上环的直径彼此不同。

进一步地，所述副滚动球的所述下环的直径大于所述副滚动球的所述上环的直径。

进一步地，所述副滚动球彼此之间具有的距离大于所述副滚动球的直径的10％，优选地，大于所述副滚动球的直径的20％，并且最优选地大于所述副滚动球的直径的30％。。

进一步地，所述一组副滚动球中的每个球均具有相同的尺寸。

进一步地，所述副滚动球中的每一个均由相同的材料制成。

进一步地，所述主滚动球和/或所述副滚动球由具有低摩擦系数的轻质材料制成。

进一步地，所述材料选自包含钨、铝、碳钢合金以及甚至一些非金属材料的一组材料。。

进一步地，所述多向球轮型装置被设计为无润滑剂的。

进一步地，当所述多向球轮型装置的倾斜角减小时，所述多向球轮型装置与所述多向球轮型装置待配合的物体的边缘之间的距离增大。

附图说明

通过下文结合附图的描述将更好地理解本实用新型，在附图中：

图1表示多向滚动球装置1的立体图，尤其示出了主滚动球1.1，该主滚动球与装置的表面和在下环1.2和上环1.3内较小的球1.21、1.31的表面直接接触。

图2表示多向滚动球装置的立体图，尤其示出了球的下环1.2和上环1.3。

图3a和图3b分别详细地示出了下环1.2和上环1.3，在下环和上环中存在较小的球1.21,1.31。这些球的环是致使主滚动球1.1与装置的内壁之间接触的滚动环，从而使得能够在所有轴线上旋转360°。

图4具体地示出了下结构件1.4，该下结构件包括下部(基部)，其用于布置主滚动球1.1以及包括较小的球1.21的滚动球1.2的下环两者。

图5具体地示出了上结构件1.5，该上结构件包括上半部分(壳体)，上半部分，其用于布置滚动球1.3的上环，起到间接支撑主滚动球1.1的作用。

图6是多向滚动球装置1的前视图，示出其内部细节，尤其分别示出了下结构件和上结构件1.4、1.5的凹槽1.41、1.51，该凹槽容纳环1.2、1.3。

图7a和图7b示出了包括与滚动球1.2的下环耦接且与插入中央开口1.42中的主滚动球1.1耦解的下结构件1.4的组件(set)的配合，在待与多向滚动球装置1配合的物体中使用该组件。

图8是多向滚动球装置1在组装之后的前视图。

图9a和图9b示出了不同的多向球轮类系统的两个立体图，一个表示现有技术，另一个表示本实用新型。本实用新型的滚动球装置的不同运动了示出通过本文中公开并要求保护的滚动球装置相对于现有技术其他装置的改进所引起的具有较高斜率的优势。图9a中示出的滚动球装置是现有技术的装置的实例，其中，最大倾斜角是62°。不同地，从图9b的滚动球装置中，可以注意到根据本实用新型的滚动球装置的部件的新颖布置和新型形状允许达到50°或者甚至更小的角度。

图10a和图10b分别是如所安装的多向滚动球装置1的俯视立体图和仰视立体图。

必须理解本实用新型的多向滚动球装置1及其在附图中示出的相应部分仅是本文要求保护的物体的一个实施方式的实例，而并非旨在限制本实用新型的保护范围。

具体实施方式

图1和图2示出了多向滚动装置1，其包括下结构件1.4和上结构件1.5。该下结构件和上结构件包围主滚动球1.1。下结构件和上结构件1.4、1.5中的每一个在其内表面具有至少一个凹槽1.41、1.51以接收下副滚动球和上副滚动球1.2、1.3。

图3分别示出了包括副滚动球1.21、1.31的下环和上环1.2、1.3。如在图4、图5及图6中示出的，这些环中的每一个必须配合至其相应结构件1.4、1.5的至少一个凹槽1.4、1.5。

副滚动球1.2、1.3的环致使在所有轴线上以360°转动，从而使得由多向滚动装置1支撑的载荷能够在所有方向上自由运动。优选地，副滚动球1.21、1.31具有相同的尺寸并且它们由相同的材料制成。用于制造轴承 或滚子(也称为滚动件)的材料的特性确定将会发生的摩擦的延伸，这是影响其耐久性的主要因素。轴承或滚子(也称为滚动件)优选地由具有低摩擦系数的轻材料制成，诸如，钨、铝、碳钢合金甚至一些非金属材料，这些材料根据预期的使用来选择。

根据本实用新型的优选实施方式，薄胶带将球1.21、1.31粘成环状。胶带的作用是将球保持在一起，从而便于安装。在完成安装过程之后，胶带由于装置的滚动而分解。可用于这一目的的材料的非限制性实例是蔬菜纸。优选地，在使用中，副滚动球不被球保持架保持。然而，还能够设置这样的球保持架，该球保持架允许副滚动球围绕彼此偏离的至少两个旋转轴线旋转。

如从图3a、图3b可以理解，环1.2、1.3通过包围副滚动球1.21、1.31而被构造。包围或包裹确保副滚动球被保持在一预设位置，从而当环插入凹槽1.41、1.51中时防止其发生位移。当使用多向滚动装置1时，副滚动球的环的包围由于副滚动球1.21、1.31与主滚动球1.1的环之间的摩擦力而断裂和/或分解。

附图1至10清楚地示出了所要求保护的装置如何工作。简而言之，主滚动球1.1的表面与副滚动球1.21、1.31的表面进入接触。因此，副滚动球的环1.2、1.3分别在主滚动球1.1与下结构件和上结构件1.4、1.5的内壁之间执行接触。这些内壁可能是硬化结构。这样的环1.2、1.3被插入下结构件和上结构件1.4、1.5的相应的内凹槽1.41、1.51中。

如在图4中可更好注意到，下结构件1.4包括用于固定下环1.2的凹槽1.41。此外，下结构件1.4包括中央开口1.42，该中央开口的直径小于主滚动球1.1的直径，使得主滚动球定位在下结构件1.4上，从而允许主滚动球1.1与多向滚动装置将会在其上滑动的表面接触。直径小于主滚动球1.1的直径的开口1.42进一步防止主滚动球被完全插入多向滚动装置1内。

如从图5中可更好注意到，上结构件1.5包括凹槽1.51以配合上环1.3。此外，该上结构件具有包围主滚动球1.1的腔体1.52，使得主滚动球1.1能够与多向滚动装置将会在其上进入接触的表面接触，。

在图6中清楚地示出了分别接收环1.2、1.3的凹槽1.41、1.51。

从图7a和图7b中，还应注意多向滚动装置1的结构件1.4、1.5之间的耦接以及其与将要配合至的物体的耦接的非限制性实例。例如，可通过配合、铆接、螺纹连接或粘合进行耦接。

使用现有的孔1.43、1.53通过配合装置或者通过螺纹连接/铆接可将上结构件1.5连接至下结构件1.4。因此，下结构件和上结构件1.4、1.5起到间接支撑的作用以接收主滚动球1.1。

通常，例如，多向滚动装置1可配合的物体是诸如椅子和桌子的家具、婴儿车或童车、购物手推车、和玩具，以及行李箱、袋子、背包等等。在固定之后，下结构件1.4接收副滚动球1.2的位于至少一个内凹槽1.42中的环。然后，主滚动球1.1布置在下结构件1.4内，并且其将与副滚动球1.2的环接触。随后，如在图8中可看到的，进行上结构件1.5的安装。主滚动球1.1布置在腔体1.52中，随后包围多向滚动装置1。当包围时，主滚动球1.1接触副滚动球1.2、1.3的两个环。

图8示出了主滚动球1.1与其他部件之间是如何相互作用，其包括本装置的结构。

应注意的是，待使用多向滚动装置的物体的表面与滚动装置的基部之间的距离必须被设计成使得待用于制造该装置的所有构件的整体尺寸最小化，以及使得在多向滚动装置1待配合的物体的使用期间允许更合适的角度。

例如，当多向滚动装置1配合至行李箱时，该装置必须使物体能够倾斜，而不会不利地改变其性能。因此，滚动装置的倾斜角越小，装置与装置所配合的物体的边缘之间的间隙必须越大。

关于主滚动球1.1与地面之间的接触角，已知的是，在与地面没有摩擦的前提下，接触角越小，则物体的斜率可越大。根据本实用新型的主要实施方式，副滚动球的环1.2、1.3的位置提供从50°至60°，并且优选地，50°或以下的更好的接触角。

例如，根据本实用新型设计的每个多向滚动装置1均能够支撑高达80kg的载荷或者甚至更大的载荷，而不会引起滚动装置系统的任何锁定。

该多向滚动装置1具有允许其可与现有技术中示出的其他装置区分开的特性，并且进一步展现很多其他优点，诸如，以功能且安全的方式布置在下结构件和上结构件1.4、1.5的球或轴承/滚子的系统，副滚动球的环1.2、1.3相对于主滚动球1.1的创新的位置使得相对于装置所配合的物体且在主滚动球1.1与地面之间的接触角可小于60°，甚至可小于50°。

此外，在进行多次计算机模拟和评估之后，发明人已验证与已可用的其他类似装置相比所要求保护的滚动装置1的功能性优点。一些优点如下：

-装置结构与地面之间较小的接触角：

这个优点主要归因于从下结构件1.4的基部拿开的主滚动球1.1的中心的创新的位置，从而显著减小接触角(在与地面不具有摩擦的情况下装置的最大斜率)。此外，下结构件1.4的维度或尺寸的变化以及环1.2、1.3的创新位置还优化接触角。

-具有优化尺寸的设计和布置。该变化使得能够做出结构改进，并明显减轻装置的重量：

由于对上结构件1.5进行修改，具体地去除锐角或边缘来实现这些优点，这使得整个结构的力可以更好地分步，并且进一步消除安装装置的表面可能的破坏。装置的总长度减小，但装置的高度增加，以优化其机械效率。明显地，装置及其相应部件可根据不同用途改变尺寸，从而保持相同的尺寸比例。

-部件更少并且构件简单，并且因此，维护成本较低、组装成本较低、与供应商有关的灵活性较大，并且由于用于多个目的使用相同的部件而容易维护；

应当清楚地理解可以根据不同用途、装置必须支撑的载荷、以及物体将滑动的地面(表面)的类型使用不同类型的材料用于制造装置的不同部件。

此外，根据本实用新型，公开了一种用于配合多向球轮型装置1的部件的方法，方法包括以下步骤：

a)将副滚动球的下环1.2插入下结构件1.4的至少一个凹槽或凹入区域1.41中；

b)将在步骤a中得到的包括下结构件1.4和副滚动球的下环1.2的组件固定至装置1待安装的物体；

c)将主滚动球1.1配合至在步骤b中得到的结构；

d)将副滚动球1.3的上环插入上结构件1.5的至少一个凹槽或凹入区域1.51中；

e)将在步骤d中得到的包括上结构件1.5和副滚动球的上环1.3的组件对准固定孔固定至待安装有装置1的物体；以及

f)提供下结构件1.4与上结构件1.5的互锁，通过两个固定元件(诸如，铆钉类元件)固定至待安装有装置1的物体。

应当理解到，本文中公开实用新型的变化、修改及改变对本领域技术人员而言将是显而易见的，并且在不背离如所附权利要求及其等同物包含的本实用新型及其等同物的精神和范围的情况下进行这些变化、修改及改。