一种异向变形轮履切换变体轮

本发明属于车辆行走机构，具体涉及一种异向变形轮履切换变体轮。

背景技术：

1、当前较为成熟的轮履切换变体轮存在以下几类问题，首先动力切换采用电磁结构或采用手动切换地盘，缺点在于此方式造成切换不稳定或切换耗时耗力问题；其次，变形采用连杆机构，缺点在于供力不足，受力不稳定，容易导致轮体易变形，安全性差的问题；再者，履式状态下多采用正三角结构，限制于轮体大小，接地面积小，接地比压大，无法适应部分复杂路面。

2、目前，对于在非铺装路面、救灾等非结构化复杂环境下作业的移动底盘，需要具备快速、灵活、环境适应能力强、机动性高等特点。以及重工车的路面转移，需要对不同地形的改变进行轮履切换以达到最高速率行进。但是，目前的轮履切换变体轮，尚难以满足这一需求。

技术实现思路

1、为了克服以上不足，本发明提供一种异向变形轮履切换变体轮，通过顶点位置液压缸支撑位置的非同向来增大顶点角度，扩展接地面积，降低接地比压，从而使车辆在复杂路面上获得更高的通过性。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

3、一种异向变形轮履切换变体轮，包括主轴、轮辐总成机构、轮辋总成机构、变换及张紧机构、链轮驱动机构、可切换传动机构；轮辐总成机构和链轮驱动机构安装在主轴上，轮辋总成机构与轮辐总成机构连接，轮辋总成机构的外圈通过多个承重轮组安装有履带，轮辋总成机构带动变换及张紧机构变形，从而使履带的截面形状在圆形与三角形之间进行变换并对履带的形状进行变换；可切换传动机构在复合轮的截面形状为圆形和三角形时分别传递轮式驱动齿轮和链轮驱动机构的旋转，从而驱动装置的行走。

4、进一步优化，所述轮辋总成机构包括两圈具有相同结构并左右对称设置的轮辋体和设置在其中间的内侧轮辋体，所述轮辋体和所述内侧轮辋体均由六个轮辋组件构成，复合轮的截面形状为三角形，靠近地面的两个轮辋组件较长且对称分布且两者之间通过固定轮辋进行连接，组成每圈轮辋体的上面还设置有其他四个轮辋组件，其结构均相同且两两通过固定轮辋进行连接，轮辋体和内侧轮辋体之间通过三根限位杆和三个链轮连接体连接，链轮连接体与固定轮辋进行配合；轮辐基板在每个轮辋组件内侧均设置有限位孔，限位孔的位置靠近限位杆，每个限位孔均与相对应的可动连杆进行配合；内侧轮辋体上还设置有多个承重轮轴，承重轮轴与主轴平行，承重轮轴贯穿轮辋体的两端分别安装有承重轮。

5、进一步优化，所述轮辐总成机构包括两个具有相同结构并且左右对称设置的轮辐体和设在其中间的轮副基板，两侧轮副板的三个顶点处均设有轮辐伸缩槽，与轮辐伸缩槽配合滑动设有轮辐伸缩杆，轮辐伸缩杆固定在外侧轮辋体的固定轮辋上，轮辐基板通过轴承空套在主轴上，且该轮辐基板中心设有轮式驱动齿轮，通过铰链分别固定三个液压缸的一端，液压缸的另一端通过铰链与中间轮辋基体的固定轮辋进行连接，当复合轮的截面形状为三角形，固定在下方两侧的两个液压缸行程一致且相对较长，两者之间角度较大；轮辐基板的三个顶点各固定有一组径向伸缩套，径向伸缩套的中心与液压缸的中心重合，该伸缩套下端固定在轮辐基板上，上端通过连接绳连接在中间轮辋基体的固定轮辋上，且与液压缸保持同步运动，轮辐基板上还设有通过铰链固定的三组可动连杆装置，每组都由两根可动连杆连接在轮辋体内侧的限位孔上，三组可动连杆装置组成与内侧轮辋体相接的三角形；当复合轮在圆形状态下运行时，两个轮辐体和中间的轮辐基板会随着主轴一块转动，整个复合轮一起随着滚动；当复合轮在履式状态下运行时，两个轮辐体和中间的轮辐基板相对地面保持相对静止，即履带将会带动整个车辆运动。

6、进一步优化，所述变换及张紧机构包括四个伸缩机构，每个伸缩机构的伸缩方向均与主轴相垂直，且当复合轮的截面形状为三角形，四个伸缩机构均对称分布在靠近地面的轮辐基板的两侧，与主轴中心和两侧液压缸处在同一条直线上；每个伸缩机构均通过固定轮辐固定在中间轮辐基板的板面上，伸缩机构主要包括一组对称分布的张紧轮、一组对称分布的发条弹簧和滑动导轨，每组张紧轮分别与一根链条进行配合，使链条始终紧紧保持在两个张紧轮之间，拉伸弹簧的两端分别固定在两个张紧轮的连接座上，且与张紧轮以及张紧轮的连接座一起沿着滑动导轨进行滑动。

7、进一步优化，所述链轮驱动机构包括两个具有相同结构并左右对称设置的链轮驱动齿轮和六个带动履带传动的驱动轮机构，其中链轮驱动齿轮带动链条传动，每个链轮驱动齿轮上均设有两排齿轮，当复合轮处于履式状态进行工作时，链条通过带动驱动齿轮进而带动驱动轮转动将动力传递给履带；六个带动履带传动的驱动轮机构中四个驱动轮机构设置在同一位置且包括驱动轮和驱动齿轮，另外两个驱动轮机构设置在履带变换为三角形形态时的顶点且仅包括驱动轮，当复合轮的截面形状为三角形时，四条链条分别分布在四个伸缩机构中间，驱动轮机构与主轴中心和两侧液压缸处在同一条直线上，链条通过带动驱动齿轮转动从而带动驱动轮转动；处于顶点的两个驱动轮机构与履带啮合且带动履带进行转动，六个驱动机构均通过链轮连接体对称分布在轮辋体的外侧。

8、进一步优化，所述可切换传动机构包括轮式驱动齿轮和两个以轮辐基板为对称轴镜像分布的单向传动体、双向传动体，轮式驱动齿轮用于在复合轮的截面形状为圆形时带动履带和轮辋基体同步旋转，轮式驱动齿轮通过轴承空套在主轴上且与轮辐基板固定连接，单向传动体和双向传动体均通过内侧凸起件在传动滑动槽内沿着主轴的方向直线滑动，单向传动体和双向传动体外侧还分布有一圈轴承，单向传动体和双向传动体在轴承中空转时轴承则保持不动，轴承外侧顶上通过铰链与两个连杆连接，连杆的另一端通过铰链与其中间设置的轮辋基体上的固定轮辋进行连接；当复合轮的截面形状为圆形时，正位时上端的液压缸处于拉伸状态，其通过铰链带动两个连杆进而带动主轴上的两个传动件向轮辐基板滑动，其中一个传动件可与轮辐基板上的轮式驱动齿轮啮合从而带动整个复合轮进行转动；当复合轮的截面形状为三角形时，复合轮始终处于正位状态，此时上端的液压缸处于收缩状态，其通过铰链带动两个连杆进而带动主轴上的两个传动件向两侧的链轮驱动齿轮滑动，两个传动件可与链轮驱动齿轮啮合从而带动整个链轮驱动机构进行转动，从而带动外侧的履带进行转动。

9、进一步优化，所述主轴靠近复合轮内侧设置有定位孔，当复合轮需要在履式状态下进行工作时，定位孔以及与相对应的定位杆配合使用并卡死，使复合轮停止旋转并始终保持正位状态，将轮式驱动齿轮的动力切换到链轮驱动机构，最后定位杆收回，复合轮即在履式状态下进行工作；与定位孔处于同一条直线上还设置有两段传动滑动槽，传动滑动槽与可切换传动机构中的单向传动体以及双向传动体进行配合，单向传动体以及双向传动体沿传动滑动槽进行直线滑动。

10、进一步优化，所述轮辐基板上安装有锁止机构，所述锁止机构为两个锁止器，每个锁止器包括两个锁止板，两个锁止板分别固定在轮辐基板一端的两侧上，并且中间设置有拉伸弹簧，两个锁止板的端部设有锁止钩，锁止钩的尖端朝向外侧。

11、进一步优化，两个所述锁止板的端部设有锁止钩，当复合轮的截面形状为圆形时，两个锁止板处于张开状态，使两个锁止板的锁止钩分别卡设至履带内齿的齿槽中，从而限制履带和轮辋体的相对旋转；当复合轮的截面形状为三角形时，两个锁止板的锁止钩处于闭合状态，使两个锁止板的锁止钩从履带的内齿中脱出，以便于履带相对于轮辋体进行旋转。

12、本发明的有益效果为：

13、1.本发明中轮辐的结构为三个轮辐板和一组可动连杆装置，其均匀间隔交错布置，使三个固定辐板和一组可动连杆装置能够配合安装三圈轮辋体，轮辋体上安装了两排承重轮，再通过三圈轮辋体上的一共六排承重轮配合安装履带，与现有的变体轮式行走装置相比结构更为合理，在复合轮变换为三角形时轮辋体、轮辐板和可动连杆装置配合形成多个三角形承力结构，不仅便于伸缩机构带动装置在圆形和三角形之间变换，也提升了装置在不同形态下的结构强度和稳定性，使本发明能够比现有的变体轮式行走装置更为平稳地行走，并且负重更大；

14、2.本发明在复合轮变换为三角形时，由于分布在三处的液压缸伸缩的状态不同，即为异向变形，使整个复合轮呈现下边边长，两边的边较短，因此减小了接地比压，使复合轮的稳定性增加，通过顶点位置液压缸支撑位置的非同向来增大顶点角度，扩展接地面积，降低接地比压，从而使车辆在复杂路面上获得更高的通过性；

15、3.本发明中在复合轮变换为三角形时，通过四个驱动轮机构带动履带旋转和两个驱动轮机构配合履带旋转，上述四个驱动轮机构由一个驱动轮和驱动齿轮组成，两个驱动轮机构未安装驱动齿轮，并且驱动轮为一侧敞开，在装置行走的过程中有利于污泥、石子等异物的及时排出，并且驱动轮与履带内齿之间的啮合关系要求较低，即使驱动销与污泥、石子等异物碰撞造成驱动销的表面出现凹坑等碰撞缺陷时也不会影响驱动轮与履带内齿的啮合，能够保证驱动轮在恶劣路况下与履带的良好啮合，而现有技术中采用的齿轮与履带内齿啮合传动的方式在恶劣路况下容易受到污泥、石子等异物的影响，一方面难以将污泥、石子等异物及时排出，容易造成污泥、石子等异物卡入齿轮和履带内齿之间的情况，另一方面由于齿轮传动的要求较高，导致齿轮与污泥、石子等异物碰撞造成齿轮的轮齿表面出现凹坑等碰撞缺陷时会较为严重的影响齿轮与履带内齿的啮合，因此本发明中通过驱动轮的结构形式避免了现有的变体轮式行走装置难以适应恶劣路况的问题，并且本发明的驱动轮从结构上比现有采用的齿轮更为简化，制造难度也比齿轮更低，能够降低成本；

16、4.本发明中在中间的轮辐基板上增加了随伸缩机构同步运动的张紧轮机构，当装置变换为三角形时，伸缩机构会向两侧滑动并推动张紧轮连接座和张紧轮向两侧运动，两个拉伸弹簧就能够配合张紧轮连接座呈现伸缩状态，使张紧轮的外周面与内部的链条保持贴合，从而在履带为三角形时起到对链条进行张紧的作用，避免了现有的变体轮式行走装置变换为三角形后，相对于轮辋体旋转的过程中由于缺少约束而导致链条齿轮容易松脱的问题；

17、5.本发明中在复合轮为圆形时通过液压缸与连杆带动双向中间传动与轮式驱动齿轮啮合从而就能带动圆形装置整体做车轮式滚动，而在履带为三角形时通过液压缸与连杆带动两个传动件与链轮驱动齿轮啮合从而带动履带转动做履式运动，便捷的实现了动力传输在圆形和三角形之间的切换，即便捷的实现了履带与轮辋同步旋转和履带相对轮辋旋转的两种不同的动力输出形式，与现有的变体轮式行走装置采用齿轮传动方式相比，本发明中的链传动可以在链轮的体积较小时实现较大的传动比，占用装置内部空间更小，并且现有的变体轮式行走装置在圆形和三角形之间变换时，相互啮合的主动齿轮和被动齿轮之间的中心距会出现变化，导致齿轮的啮合效率下降，使齿轮传动的效率和履带的旋转运动效率均发生下降；而本发明中由于采用的是链条传动，因此当装置在圆形和三角形之间变换导致主动链轮和被动链轮之间的中心距发生改变时，链条也能有效传递主轴的旋转动力，能够保证通过链条传动来带动驱动轮旋转的传动效率，就能保证履带的旋转运动效率，克服了传动机构的中心距变化对现有的变体轮式行走装置的不利影响；其中，本装置安装了链条约束机构，因此在伸缩机构进行伸缩运动时能够自动调节两个链约束轮向链条两侧运动的距离，使链条约束机构对链条的张紧约束作用能够与装置的形状变换自动适应，保证了对链条进行张紧约束的效果，从而有效保证链传动的效率；

18、6.本发明中在轮辋体之间设置了锁止机构，锁止机构从原理上利用了装置变形时履带与两个锁止板之间相对位置的必然变化关系，通过设置锁止板和锁止钩的结构，一方面在履带变换为圆形使履带的内齿靠近锁止机构运动后，保证锁止机构能够卡至履带内齿的齿槽，从而对履带产生阻力以限制履带和轮辋体的相对旋转，另一方面在复合轮变换为三角形时履带的内齿远离锁止板运动后，使两个锁止板的锁止钩能够从履带的内齿中脱出，保证在三角形时锁止板不会与履带内齿发生碰撞，从而使履带在三角形时能够相对于轮辋体自由旋转，因此，本发明通过锁止机构能够避免在圆形时履带和轮辋之间产生相对旋转的不利情况，保证履带在圆形时与轮辋、轮辐和主轴同步旋转，锁止机构的结构简单合理，成本极低，并且完全不会影响三角形时履带和轮辋之间的相对旋转，与现有的变体轮式行走装置相比做出了结构简单但效果极佳的改进；

19、7.本发明轮辐总成机构上设置有减小液压缸径向力的装置，当复合轮处于履式状态下运行时，由于液压缸的位置始终不变且紧贴着地面，但是由于液压缸的位置并不垂直于地面，因此其受径向力较大。我们设置的径向伸缩套在复合轮处于履式状态时始终包围在液压缸的周围，当液压缸受到较大的径向力时该径向伸缩套会分担来自液压缸的径向力，与现有的变体轮相比，其使用的液压缸与电动推杆受到来自地面的径向力较大，由于液压缸与电动推杆能承受较大的轴向力，而对径向力承受能力太弱，因此径向力会对液压缸与电动推杆造成较大的损伤，从而使整个车轮的瘫痪，而我们的装置减小了液压缸所受的径向力，从而使车辆运行更加平稳，更加安全。