自转向复合轮的制作方法

1.本实用新型涉及转向轮技术领域，尤其涉及在行径转轴不发生角度偏转的前提下实现转向的转向轮，具体涉及自转向复合轮。


背景技术：

2.转向轮是结构性装置利用滚轮移动转向时不可或缺的结构性构件，现有的结构性装置转向结构根据转向原理不同可以大致分为两种：一种是转向轮转向，常见的如摩托车、汽车等利用轮子移动的工具；另一种是差速转向，常见的代表结构是履带行径结构装置，如坦克、挖掘机等工程机械。
3.针对差速转向一般不能够适用于大多数移动装置，由于其需要克服转向侧巨大的摩擦力，因此需要消耗极大的内能，但其优势相较于普通转向轮而言具有固定的结构，在结构的强度、稳定性和空间占用上具有明显优势。普通转向轮需要单独设置驱动轮子转向的转向机构和稳定机构，同时还需要预留轮子在转向极限范围内的空间，这使得在空间占用和转向结构上会更加复杂。
4.基于上述现有技术，当应用场景需要同时具备转向、小空间占用和稳定结构设计时，采用现有技术则难以做到，为此，需要设计一种自转向轮子，在结构不发生偏转变化的前提下实现自主转向。


技术实现要素：

5.常规转向需要将轮子转动所围绕的行径轴进行角度偏转，从而满足轮子按照偏转后的角度实现行径，转向轮的角度通常不会超过45
°
，将转向角度偏转方向定义在x-y平面坐标系中可以看作是x轴方向的向量和y轴方向的的向量复合的向量方向，也就是说，在90
°
以内的任何方向均可以通过不同的x轴方向的向量与y轴方向的向量复合而成获得的向量所在方向指示。基于上述原理，扩展到空间坐标系中同样适用，为此特完成本发明创造，以解决背景技术中装置移动转向问题，具体地本技术提供自转向复合轮，能够实现整个轮子在滚动行径过程中整体结构不发生任何角度变化而实现有效转向，实现了结构稳定性、转向灵活性和空间紧凑性的多方面兼容。
6.为了达到上述目的，本技术所采用的技术方案为：
7.自转向复合轮，包括至少一个组成自转向复合轮的复合机构，所述复合机构包括作为自转向复合轮结构骨架的支撑机构和用于转向的多个转轮；所述支撑机构的至少一个端面上设置有行径轴，多个转轮以行径轴的轴心为圆心均匀分布在支撑机构的外周侧且位于同一个或者相互平行的多个贯穿所述行径轴的径向平面内，任一个转轮均与所述支撑机构转动连接。
8.结构及原理阐述：
9.复合机构是组成自转向复合轮的结构单元，一个自转向复合轮根据实际应用场景的不同可以选择一个复合机构承担，也可以选择多个，例如两个或者三个复合机构交错同
轴连接成一体结构形成支撑性更好的自转向复合轮。
10.当处于非转向状态时，复合轮作为轮子行径时围绕行径轴旋转，与地面接触的是转轮的外边缘，旋转的方式可以是主动的，也可以是被动的，行径方式的应用场景与现有的轮子无异。在整个行径过程中，若受力绝对的平衡，那么转轮自身是不会发生转动的，此时转轮相较于行径轴而言是处于公转状态，不存在自转状态。值得说明的是，由于本技术提供的复合轮与地面接触的是转轮的外边缘，而转轮为多个离散的分布在作为复合轮骨架的支撑机构上，因此，及时将转轮与地面接触的外边缘设置成以行径轴为圆心的圆弧状，但相邻两个转轮之间的间隙与地面接触时为两点接触，那么在高速转动时会不可避免的产生振动，这种情况在单个符合机构承担整个复合轮时尤为明显，若采用两个复合机构交错同轴安装会将上述问题降低最少%，甚至完全消除。鉴于上述结构带来的振动，根据实际应用场景可以选择不同数量的复合机构，当然，若使用场景为低速，那么上述振动影响从实际使用而言则可以忽略不计。
11.当处于转向状态时，相较于非转向状态而言，当复合轮受到侧向力后，即复合轮受到的合外力方向与行径轴之间的角度并不完全垂直时，那么此时与地面接触的转轮则在进行公转的同时也会发生自转，从而实现了自适应的自转向。值得说明的是，整个复合轮在转向过程中，其结构并不会发生任何变更，行径轴的角度不会发生一丝一毫的偏转，仅仅是转轮在公转的同时发生自转，至此，结合转轮的公转和自转复合实现自适应转向。
12.为了更好的实现转轮的自转，同时满足正常非转向的转动，优选地，所述支撑机构上以行径轴为中心射线分布有多个支臂，任一支臂的两端均设置有用于安装所述转轮的转向轴，所述转轮与相邻两个支臂上的转向轴转动连接。
13.为了改善转轮的受力状态，同时确保转轮处于良好的转动连接状态，优选地，所述转轮内设置有套管，所述套管的两端分别与相邻像个支臂上的转向轴转动连接。
14.作为本技术的优选设计方案，自转向复合轮由两个复合机构组成，两个所述复合机构通过设置在支撑机构的接触端上的插接机构连接成一体结构，两个支撑机构的相背离端均设置有所述行径轴。两个复合机构上的转轮优选采用交错安装，使得在径向圆周上相邻两个转轮的投影间的间隙更小，甚至相交，从而消除因转轮的外边缘不能完全覆盖复合轮外圆周而产生间隙振动的问题。
15.再进一步优选，所述插接机构包括至少一个设置在其中一个支撑机构上的定位孔，以及设置在相对侧支撑机构上与所述定位孔相适应的插销。所述插接机构还包括设置在其中一个支撑机构上的定位轴，以及设置在相对侧支撑机构上与所述定位轴相适应的避让结构。值得说明的是，本技术提供的插接结构只是较为灵活的连接方式中的其中一种，当确定应用场景的前提下，本领域技术人员利用本技术已经公开的技术内容，亦可以采用其他插接结构设计，只要能够阻止两个同轴设置的支撑机构发生相对转动即可；甚至直接将两个支撑机构采用现有的一切可用的固定连接或者可拆卸固定连接方式亦可实现，在此不做一一赘述，但无论采用何种连接方式，只要最终实现该上述两个支撑机构的同轴连接实现复合轮由两个甚至更多的复合机构组成均应正当的纳入本技术所概述的范畴内。
16.作为优选设置之一，任一所述复合机构包含4-10个所述转轮。
17.作为另一优选设置，位于相邻两个支臂上的转向轴为一体结构。
18.有益效果：
19.本技术提供的自转向复合轮通过在复合轮的支撑机构上设置多个转轮，当合外力与复合轮的行径轴垂直时，转轮相较于行径轴转动，只发生公转，则不产生转向效果；当合外力与复合轮的行径轴不垂直时，转轮在公转的同时而产生自适应自转，实现行径过程中同时转向的效果。
20.本技术提供的自转向复合轮能够实现整个轮子在滚动行径过程中整体结构不发生任何角度变化而实现有效转向，实现了结构稳定性、转向灵活性和空间紧凑性的多方面兼容。
附图说明
21.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
22.图1是本技术采用两个复合机构进行同轴安装时的结构轴测图。
23.图2是图1的分离状态图。
24.图3是单个复合机构的轴测图。
25.图4是图3的爆炸图。
26.图5是图1（两个复合机构组成）的主视图。
27.图6是图5在进行旋转行径时的原理图。
28.图7是单个复合机构作为复合轮的主视图。
29.图8是图7在旋转行径时的原理图。
30.图9是图3的主视图。
31.图中：1-复合机构；2-支撑机构；3-定位孔；4-定位轴；5-支臂；6-转向轴；7-转轮；8-行径轴；9-套管。
具体实施方式
32.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
33.因此，以下对在附图中提供的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
34.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
35.在本技术的描述中，需要说明的是，若出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描
述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。此外，本技术的描述中若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
36.此外，本技术的描述中若出现术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
37.在本技术的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
38.实施例1：
39.结合说明书附图1-图3所示的自转向复合轮，包括至少一个组成自转向复合轮的复合机构1，所述复合机构1包括作为自转向复合轮结构骨架的支撑机构2和用于转向的多个转轮7；所述支撑机构2的至少一个端面上设置有行径轴8，多个转轮7以行径轴8的轴心为圆心均匀分布在支撑机构2的外周侧且位于同一个或者相互平行的多个贯穿所述行径轴8的径向平面内，任一个转轮7均与所述支撑机构2转动连接。
40.结构及原理阐述：
41.复合机构1是组成自转向复合轮的结构单元，一个自转向复合轮根据实际应用场景的不同可以选择一个复合机构1承担，也可以选择多个，例如两个或者三个复合机构1交错同轴连接成一体结构形成支撑性更好的自转向复合轮。
42.当处于非转向状态时，复合轮作为轮子行径时围绕行径轴8旋转，与地面接触的是转轮7的外边缘，旋转的方式可以是主动的，也可以是被动的，行径方式的应用场景与现有的轮子无异。在整个行径过程中，若受力绝对的平衡，那么转轮7自身是不会发生转动的，此时转轮7相较于行径轴而言是处于公转状态，不存在自转状态。值得说明的是，由于本技术提供的复合轮与地面接触的是转轮7的外边缘，而转轮7为多个离散的分布在作为复合轮骨架的支撑机构2上，因此，及时将转轮7与地面接触的外边缘设置成以行径轴8为圆心的圆弧状，但相邻两个转轮7之间的间隙与地面接触时为两点接触，那么在高速转动时会不可避免的产生振动，这种情况在单个符合机构1承担整个复合轮时尤为明显，若采用两个复合机构1交错同轴安装会将上述问题降低最少50%，甚至完全消除。鉴于上述结构带来的振动，根据实际应用场景可以选择不同数量的复合机构1，当然，若使用场景为低速，那么上述振动影响从实际使用而言则可以忽略不计。具体地，以单个复合机构1承担整个复合轮为例，结合图7和图8所示，转轮7与地面接触的外边缘距离行径轴8的半径r与相邻两个转轮7外边缘连线h距离行径轴8轴心距离l之差越大时，则复合轮在旋转过程中与地面之间产生的振动将会越明显；反之，则振动越轻微。以两个复合机构1以交错的方式同轴安装为例，结合说明书附图5和图6所示，相邻两个转轮7外边缘连线h的长度明显缩短，转轮7与地面接触的外边缘距离行径轴8的半径r与相邻两个转轮7外边缘连线h距离行径轴8轴心距离l相近，那么产生的振动频率明显增高，但是振幅将明显降低，当h为0时，振幅为0，振动消失。因此，本领域技术人员可以根据本实施例公开的技术内容，针对实际应用场景而灵活设置转轮7的数量、长
度及排布方式，以达到理想效果。由于相同原理的启示下，能够设计出技术无限种可行方案，在此不做一一列举。
43.当处于转向状态时，相较于非转向状态而言，当复合轮受到侧向力后，即复合轮受到的合外力方向与行径轴之间的角度并不完全垂直时，那么此时与地面接触的转轮7则在进行公转的同时也会发生自转，从而实现了自适应的自转向。值得说明的是，整个复合轮在转向过程中，其结构并不会发生任何变更，行径轴8的角度不会发生一丝一毫的偏转，仅仅是转轮7在公转的同时发生自转，至此，结合转轮7的公转和自转复合实现自适应转向。
44.实施例2：
45.为了更好的适应当前已知的大多数应用场景，本实施例在实施例1的基础上，进一步结合说明书附图1-图9所示的自转向复合轮，进一步在结构上进行优化，具体如下：
46.为了更好的实现转轮7的自转，同时满足正常非转向的转动，优选地，所述支撑机构2上以行径轴8为中心射线分布有多个支臂5，任一支臂5的两端均设置有用于安装所述转轮7的转向轴6，所述转轮7与相邻两个支臂5上的转向轴6转动连接。
47.为了改善转轮7的受力状态，同时确保转轮7处于良好的转动连接状态，优选地，所述转轮7内设置有套管9，所述套管9的两端分别与相邻像个支臂5上的转向轴6转动连接。
48.作为本技术的优选设计方案，自转向复合轮由两个复合机构1组成，两个所述复合机构1通过设置在支撑机构2的接触端上的插接机构连接成一体结构，两个支撑机构2的相背离端均设置有所述行径轴8。两个复合机构1上的转轮7优选采用交错安装，使得在径向圆周上相邻两个转轮7的投影间的间隙更小，甚至相交，从而消除因转轮7的外边缘不能完全覆盖复合轮外圆周而产生间隙振动的问题。
49.再进一步优选，所述插接机构包括至少一个设置在其中一个支撑机构2上的定位孔3，以及设置在相对侧支撑机构2上与所述定位孔3相适应的插销。所述插接机构还包括设置在其中一个支撑机构2上的定位轴4，以及设置在相对侧支撑机构2上与所述定位轴4相适应的避让结构。值得说明的是，本技术提供的插接结构只是较为灵活的连接方式中的其中一种，当确定应用场景的前提下，本领域技术人员利用本技术已经公开的技术内容，亦可以采用其他插接结构设计，只要能够阻止两个同轴设置的支撑机构2发生相对转动即可；甚至直接将两个支撑机构2采用现有的一切可用的固定连接或者可拆卸固定连接方式亦可实现，在此不做一一赘述，但无论采用何种连接方式，只要最终实现该上述两个支撑机构2的同轴连接实现复合轮由两个甚至更多的复合机构1组成均应正当的纳入本技术所概述的范畴内。
50.作为优选设置之一，任一所述复合机构1包含4-10个所述转轮7。
51.作为另一优选设置，位于相邻两个支臂5上的转向轴6为一体结构。
52.以上所述仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。