专利名称：独轮车的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种代步工具，尤其涉及一种独轮车。
背景技术：
当今市场上的独轮车产品主要有两种:传统独轮车和新型自平衡独轮车。传统独轮车是纯机械独轮车，橡胶轮胎与地面接触面积小、柔性大，操作人员坐在上面难以静止平衡，需要一定的操作技巧和平衡能力才能驱使独轮车行走和停止，但在光滑或凹凸不平的路面上难以行走，爬坡能力差。因此该种独轮车几乎只能用于表演或娱乐健身。现代的新型自平衡独轮车，采用了陀螺仪、角度传感器、方向控制器等先进技术，使得操作人员坐在上面随时可以保持静止平衡，并由电机驱动行走，可以作为代步工具和办公用具，但是同样存在路面要求苛刻、爬坡能力低等缺点，并且制作复杂、成本高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种齿轮齿条式独轮车，这种独轮车的车轮与地面接触面积大，使得独轮车在静止或运动状态下都能保持站立状态。为了解决上述技术问题，本发明提供了一种齿轮齿条式独轮车，包括座椅、驱动装置和车轮，所述车轮包括轮辐式大齿轮、若干个齿条块、活动环；所述座椅与所述活动环固定连接，所述活动环与所述轮辐式大齿轮的轮毂活动连接；所述驱动装置与所述轮辐式大齿轮的轮毂驱动连接；所述若干个齿条块彼此连接环绕在所述轮辐式大齿轮上且与所述轮辐式大齿轮啮合。采用齿轮齿条结构，车体齿条块与地面接触，由于接触面积大，接触面材料刚性好，使得独轮车在静止或运动状态下都能保持站立状态。作为本发明的进一步改进，所述齿条块两侧各设有一块齿条防脱挡板。作为本发明的进一步改进，所述齿条防脱挡板内侧设有齿条防偏挡块。采用“齿条防脱挡板、齿条防偏挡块和轮辐式大齿轮”组合使得齿条块像履带一样稳定的呈柔性的包裹固定在齿轮体上，亦能自动平铺在路面上，实现了真正意义上的齿轮齿条啮合运动，这样，受路面状况影响的只有履带结构，齿轮体始终只是行驶在履带内部，不受任何路况的影响。对路面要求低，爬坡能力好。作为本发明的进一步改进，所述独轮车还包括转向装置，所述转向装置包括:齿条块底部设有圆形盲孔，还设有从所述齿条块侧面轴线与所述圆形盲孔圆周相切的螺栓，所述圆形盲孔内置一活动圆块，所述活动圆块呈圆柱状，一端设有环形凹槽，用于将活动圆块固定在齿条块的螺栓上且使活动圆块可绕环形凹槽轴转，活动圆块高出齿条块。采用“齿条块和活动圆块”组合，活动圆块可与齿条块相对轴转，解决了由于特殊结构造成的转向问题。作为本发明的进一步改进，所述轮辐式大齿轮采用轮辐式圆弧直齿圆柱齿轮。轮辐式大齿轮最外缘的齿与齿条块上的齿相互啮合，圆弧直齿齿廓实现了啮合分离运动过程中的平滑性。
作为本发明的进一步改进，所述轮辐式大齿轮的齿形宽度与齿条块的齿形宽度相同，结构更紧密。作为本发明的进一步改进，所述活动环内设有滚珠，减少摩擦，有利于平衡。作为本发明的进一步改进，所述车轮还设有轮毂挡板，阻止灰尘进入轮毂。作为本发明的进一步改进，所述驱动装置采用一对脚蹬杆，简单、方便、环保。相较于现有技术，本发明的独轮车，采用齿轮齿条结构，车体齿条块与地面接触，由于接触面积大，接触面材料刚性好，使得独轮车在静止或运动状态下都能保持站立状态，也对使用者没有技术要求；采用“齿条块和活动圆块”组合解决了由于特殊结构造成的转向问题；采用“齿条防脱挡板、齿条防偏挡块和轮辐式大齿轮”组合使得齿条块像履带一样稳定的呈柔性的包裹固定在齿轮体上，亦能自动平铺在路面上，实现了真正意义上的齿轮齿条啮合运动，这样，受路面状况影响的只有履带结构，齿轮体始终只是行驶在履带内部，不受任何路况的影响。对路面要求低，爬坡能力好。
图1是本发明独轮车立体剖视 图2是本发明独轮车立体结构分解示意 图3是本发明独轮车中齿条块组合立体 图4是本发明独轮车中转向装置结构分解示意 图5是本发明独轮车中轮辐式大齿轮立体 图6是本发明独轮车中轮辐式大齿轮主视 图7是本发明独轮车中轮辐式大齿轮圆弧直齿齿廓放大 图8是本发明独轮车中活动环立体图。
图中各部件名称如下:
12——车轮
121——轮毂挡板 122-活动环
123——齿条块
1231——圆形盲孔
1232——螺栓
124—齿条防脱挡板
125——齿条防偏挡块
126——轮辐式大齿轮 1261——轮毂
127——滚珠
13—脚蹬杆
14——座椅
151——活动圆块
152——环形凹槽16--夕卜壳
具体实施例方式下面结合附图对本发明做进一步说明。如图1、图2所示，本发明提供了一种独轮车，其包括:座椅14根据需要制作成各种形状、驱动装置(图中未示)如可设计为一对脚蹬杆13、车轮12，所述车轮12包括一个轮福式大齿轮126,将一根能和轮福式大齿轮126相哨合的长齿条切割分成若干个齿条块123，每个齿条块123通过销轴首尾连接环绕在轮辐式大齿轮126上，形成一个齿条块123组合成的齿条环(图中未示)，长齿条其总长度大于轮辐式大齿轮126的最大周长。齿条块123总体外形为块状，上方为若干个齿，齿的规格与中心的轮辐式大齿轮126的齿的规格相同，功能是与中心的轮辐式大齿轮126形成啮合关系；齿条块123前端为“凸”字形设计，后端则为“凹”字形设计。侧面则打有通孔，后一片齿条块123的前段插入前一片齿条块123的后端凹槽，然后通过螺栓插入通孔连接，把若干齿条块123最终可连接成一个类似履带的柔性齿条环。座椅14通过螺钉与活动环122固定连接，活动环122与轮辐式大齿轮126的轮毂1261活动连接，能相对转动；脚蹬杆13采用两根长螺栓和两只螺母与轮辐式大齿轮126的轮毂1261固定，与活动环122能相对转动，脚蹬杆13提供独轮车运动的动力。当轮辐式大齿轮126压立在某一个齿条块123上时，紧随该齿条块123前、后一个齿条块123因自重原因自动平铺在路面上，使得轮辐式大齿轮126向前运动时，始终有三个齿条块123平铺在路面上，从而达到轮辐式大齿轮126始终在一根齿条上运动同样的效果，使其运动过程稳定。由于类履带结构的采用，车轮12通过齿条块123与地面接触，接触面积大且刚性好，所以该独轮车无论在运动或静止状态下都能够站得稳。形成如此大的接触面的原因在于中心轮辐式大齿轮126与齿条块123之间的啮合连接，之后齿条块123又与地面的大接触面接触，实现了车体与地面间接大接触面接触，这样独轮车才站立不倒。如图1、图2、 图3所示，独轮车在运动过程中，在轴向力的作用下，若干个齿条块123组合成的齿条环会与轮辐式大齿轮126发生偏离或脱落，为防止这种情况的发生在齿条块123的两侧各设计一块齿条防脱挡板124。齿条防脱挡板124形状类似等腰三角形，三个角都倒成圆角，在三个角落处都开设有通孔，齿条块123的两侧边也开设有与齿条防脱挡板124相对应位置关系的两个通孔，采用螺栓螺母固定齿条块123和齿条防脱挡板124，两块相对的齿条防脱挡板124的另一边也采用螺栓螺母相互固定。如图2、图3所示，齿条防脱挡板124的中间位置固定有一个齿条防偏挡块125，齿条防偏挡块125形状为圆柱状,用于保证运动过程中齿轮齿条块组合结构(即齿条环)与轮辐式大齿轮126的相对稳定，特别是转弯的时候，抵消轴向的力，不至于由于转向力造成轮辐式大齿轮126与齿条环(图中未示)平面的相对位移。同时，齿条防偏挡块125另一个重要作用在于，当齿条块123经历一次轮辐式大齿轮126的轮身压过之后需要向上拉起时，卡在轮辐式大齿轮126的齿内缘上，起到一个拉起作用。如图1、图4所示，独轮车在运动过程中，齿条块123与地面接触，接触面积大，导致转弯困难，所以在齿条块123上设计了转向装置，使其轻松实现了转向。转向的实现关键在于活动圆块151。当独轮车需要转向的时候，有一个活动圆块151压在地面，该活动圆块151与地面相对静止，但与该活动圆块151上方的齿条块123形成旋转相对运动，从而实现了转向。齿条块123下方为一个圆形盲孔1231，作为活动圆块151的放置空间，还有从侧面轴线与圆形盲孔1231圆周相切的通孔，插入螺栓1232后可形成对活动圆块151的活动型固定。安装上活动圆块151之后，齿条块123与地面的接触面积即是活动圆块123的地面面积。同时，该处插入的螺栓1232也用于齿条防脱挡板124与齿条块123的过盈连接；活动圆块151呈圆柱状，一端有一圈环形凹槽152，凹槽截面为半圆形，用于将活动圆块151固定在齿条块123上且使活动圆块151可绕环形凹槽152轴转动，即转向时的相对运动。底面平整，装于齿条块123上之后，会略高出齿条块123，作为转向及运动过程中与地面接触的部分。如图2、图5所示，所述独轮车车轮主题部分，也是整个独轮车车轮最大的一个零件为中心的轮辐式大齿轮126，采用的是一个轮辐式大齿轮126。轮辐式大齿轮126最外缘设有一圈特殊齿形的齿，宽度与齿条块123相同，能与齿条块123上的齿啮合，通过这种稳定啮合在车体静止的时候使其与齿条块123相对静止，达到保持平稳站立的效果；在车体运动的时候形成稳定的运动副；轮辐式大齿轮126中心为中空结构，减小了车轮的自重，重心更容易掌控，易于使用者的控制以及减小运动所需的动力。轮辐式大齿轮126中心结构边缘为台阶式的设计，用于嵌入座椅的滚珠式类轴承承重结构；轮辐式大齿轮126中心结构与其边缘之间为承力的板结构是最薄的部分，带四个长孔，用于齿条块123组合(如图3所示)实现稳定组合的连接螺栓空间；此外，轮辐式大齿轮123最内层材料上，设计了两个通孔，用于使用长螺栓连接与固定脚蹬杆13。如图5、图6、图7所示，轮辐式大齿轮126最外缘的齿与齿条块123上的齿相互啮合，所以选用同一种齿形。由于功能的要求，齿形的选择尤为关键。由于齿轮之间存在较大的压力，啮合分离运动过程中的平滑性十分重要，所以采用复合运动特性，且可以实现平滑过渡的圆弧齿廓最为优；由于直齿圆柱齿轮的特性最为接近轮辐式齿轮的特性要求，所以可以选择直齿圆柱齿轮；综合以上考虑，所述轮辐式大齿轮126采用轮辐式圆弧直齿圆柱齿轮。如图2、图8所示，座椅14通过滚珠式类轴承承重结构套装在轮辐式大齿轮126轮毂两侧台阶结构上，其中包括一个活动环122和若干滚珠127。活动环122设有容纳滚珠127的空腔，轮辐式大齿轮126中心结构边缘为台阶式的设计，用于嵌入座椅的滚珠式类轴承承重结构。组装之后，活动环122与轮辐式大齿轮126台阶状结构之间形成环形空腔，恰适合放入若干滚珠127，形成类似滚动轴承的结构，使得活动环122与台阶状结构之间形成滚动摩擦副，实现了运动状态下座椅与人的相对静止，与车体的相对运动。如图1、图2所示，所述独轮车完全通过人力实现其运行以及控制，因此，其动力装置也相对简单，驱动装置采用一对脚蹬杆13。脚蹬杆13呈一个杆结构，通过螺栓螺帽安装于轮辐式大齿轮126的通孔上，是力的传递机构。安装方式为偏心式安装。在力的传递过程中，受力点不在独轮车的中央轴，而在一个半径圆上，根据杠杆原理，力臂越长，使独轮车运动起来更省力，操控起来更方便。为了防尘在脚蹬杆13和活动环122之间增设轮毂挡板121，通过脚蹬杆13的两只螺栓与脚蹬杆13固定，与活动环122之间能相对转动。如图1、图2所示，在车轮12两侧各设置有一外壳16，外壳16的形状为园环状，最大外圆直径比车轮12外径要小，内圆直径与轮辐式大齿轮126轮毂直径相当，外壳16与轮辐式大齿轮126采用螺钉固定或者焊接固定。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
权利要求
1.一种独轮车，包括座椅、驱动装置和车轮，其特征在于:所述车轮包括轮辐式大齿轮、若干个齿条块、活动环；所述座椅与所述活动环固定连接，所述活动环与所述轮辐式大齿轮的轮毂活动连接；所述驱动装置与所述轮辐式大齿轮的轮毂驱动连接；所述若干个齿条块彼此连接环绕在所述轮辐式大齿轮上且与所述轮辐式大齿轮啮合。
2.根据权利要求1所述的独轮车，其特征在于:所述齿条块两侧各设有齿条防脱挡板。
3.根据权利要求2所述的独轮车，其特征在于:所述齿条防脱挡板内侧设有齿条防偏挡块。
4.根据权利要求1所述的独轮车，其特征在于:所述独轮车还包括转向装置，所述转向装置包括:齿条块底部设有圆形盲孔，还设有从所述齿条块侧面轴线与所述圆形盲孔圆周相切的螺栓，所述圆形盲孔内置一活动圆块，所述活动圆块呈圆柱状，一端设有环形凹槽，用于将活动圆块固定在齿条块的螺栓上且使活动圆块可绕环形凹槽轴转，活动圆块高出齿条块。
5.根据权利要求1至4任一项所述的独轮车，其特征在于:所述轮辐式大齿轮采用轮福式圆弧直齿圆柱齿轮。
6.根据权利要求1至4任一项所述的独轮车，其特征在于:所述轮辐式大齿轮的齿形宽度与齿条块的齿形宽度相同。
7.根据权利要求1至4任一项所述的独轮车，其特征在于:所述活动环内设有滚珠。
8.根据权利要求1至4任一项所述的独轮车，其特征在于:所述车轮还设有轮毂挡板。
9.根据权利要求1至4任一项所述的独轮车，其特征在于:所述驱动装置采用一对脚蹬杆。
全文摘要
本发明提供了一种独轮车，属于代步工具领域。该独轮车包括座椅、驱动装置和车轮，所述车轮包括轮辐式大齿轮、若干个齿条块、活动环；所述座椅与所述活动环固定连接，所述活动环与所述轮辐式大齿轮的轮毂活动连接；所述驱动装置与所述轮辐式大齿轮的轮毂驱动连接；所述若干个齿条块彼此连接环绕在所述轮辐式大齿轮上且与所述轮辐式大齿轮啮合。由于齿轮齿条啮合类履带结构的采用，车轮通过齿条块与地面接触，接触面积大且刚性好，无论在静止或运动状态下都可以站立不倒。此独轮车可应用于野外或大中型工作场所作为代步工具。
文档编号B62K1/00GK103204202SQ201310088910
公开日2013年7月17日 申请日期2013年3月20日 优先权日2013年3月20日
发明者罗柏文, 何军, 王朝辉, 李旦 申请人:湖南科技大学