專利名稱：彌合式爬樓車輪的制作方法
技術領域：
本發明屬機械制造領域，特別適用于階梯上、下的樓房及其他階梯場地。
隨著經濟建設的發展，樓房住戶愈益增多。較高樓層而無電梯的住戶，上樓費時費力，負重爬樓倍感困難。對于老、弱、病、殘者，獨立上、下樓梯尤為艱難。
階梯型曲線運動足防礙借助輔助手段完成上、下樓過程的因素，迄今尚無一種從實質上改變此種狀況的爬樓工具。本發明的目的正是從根本上將上、下樓梯的階梯型曲線運動轉化為直線型(趨近于直線)運動。利用本發明制成的爬樓工具，負載能力大，運行平穩，可給無電梯的較高樓層住戶的生活帶來很大方便。同時，也可用于樓房以外的階梯場地及殘疾人事業。
圖1為本發明基本結構圖；圖2至圖7為本發明基本原理圖；圖8為本發明爬樓原理圖；圖9、圖10為本發明帶有履帶的結構圖。
下面結合附圖對本發明的結構、原理等作詳細說明。
一、基本結構如圖1所示，本發明的輪周為曲線型。整個輪周的曲線由數個“單元曲線”構成。每個“單元曲線”從輪峰1始，依次由側輪周3、輪腋4和主輪周5構成。輪峰1經去掉端部后安裝輪峰小輪2。主輪周5安裝主輪周小輪6。
二、基本原理1、“單元曲線”數及半徑的確定如圖2所示，AB為階梯踏步高，BC為踏步寬。直線1經過A、C(反映樓梯傾斜度)。直線m平行于直線1且經過普通車輪7的輪心O。設普通車輪7與直線1相切于A，則半徑Op垂直于直線1(點p與A重合)。當普通車輪7自A沿直線1滾動爬升至C時，輪心O也沿直線m經O1、O2……O6移至O7，半徑Op和Og分別移至O1P1…O7P7和O1g1……O7g7位。半徑O7g7垂直于直線1。此時車輪7爬升了一個階梯。弧pg的長度恰等于線段AC長。弧pg(或P7g7)即為一個“單元曲線”所對應的弧。換言之，“單元曲線”所對應的弧的長度與直角三角形ABC的斜邊AC長相等。至于以pg弧長為標準將圓周分為幾等份(即“單元曲線”數應取多少)，應視實際需要而定。如果要求車輪半徑較大，則等分數較多。一般“單元曲線”數取6-8為宜(附圖中的“單元曲線”數取6)。
“單元曲線”數一經確定，圓的半徑也就隨之確定。例如，如果將圓等分為n份(即“單元曲線”數為n)，則圓的周長為n.AC。
則有2πr=nAC(r為半徑)r=nAC2π]]>=nAB2+BC22π]]>AB、BC為已知數(階梯踏步高、寬)，故r可求出。
2、主輪周原位曲線8的確定如圖2所示，當普通車輪7自A沿直線1滾動爬高至C時，爬升了一個階梯。輪心O也沿直線m經O1、O2……O6移至O7。直線1上的點A(與p重合)、a、b………C(與g7重合)為車輪7爬升過程中與直線1的切點，所以半徑Op、O1a、O2b……O7g7都是車輪7在相應位置的支撐半徑。a、b……f是線段AC上的任意點(為繪圖方便，令點a、c、d、e、f為線段AC的等分點)。O1a與階梯踏步高交于a′；O2b以′經過階梯踏步寬、高的交點B(即b與B重合)；O3c、O4d……O7g7分別與踏步寬BC交于c′、d′……C。由圖中可以看出，如果用O2b′、O3c′……O6f′取代O2b、O3c……O6f支撐普通車輪7，同樣能使輪心O沿直線m移動。換言之，就確保輪心O沿直線m移動而言，階梯踏步上的支撐點b′、c′……f′與直線1上的支撐點b、c……f是等效的。(不考慮a′的原因是雖然從理論上講可以用O1a′代替O1a支撐車輪，但由于O1a′與階梯踏步高AB間的夾角過小，所以O1a′易從支撐點a′打滑而失去支撐功能)根據以上所述，用幾何作圖法(或經計算作圖)便可確定點b′、c′……f′在圖3中的位置。即圖3中的Ob′、Oc′……Of′分別與圖2中的O2b′、O3c′……O6f′相對應。用曲線將圖3中的點b′、c′……g光滑連接，即為主輪周原位曲線8。
3、輪腋原位曲線9的確定如圖2所示，當普通車輪7在自A滾動爬升至C的過程中，階梯踏步高、寬的交點B與支撐半徑Op、O1a……O7g7間的距離sB、tB、……zB是確定的。這樣，支撐半徑Op、O1a……O7g7與經過B的相應的點之間的距離可在圖4中確定。例如，圖4中的半徑Of(與圖2中的O6f應)與經過B的相應的點B6之間的距離可這樣確定取fy等于bB(圖2)，以y為垂足作線段B6y垂直于Of，且B6y等于By(圖2)。則點B6即為所求作的點。同法可作出B1、B2……B7各點。用曲線將這些點光滑連接，再過點P作此曲線的切線，則切點w與踏步高、寬交點B之間的曲線即為輪腋原位曲線9。
4、側輪周3原初位置的確定如圖4所示，線段Pw即為側輪周3的原初位置。
5、輪峰小輪2的確定根據以上3、4所述，側輪周3原初位置被確定后，如果以階梯踏步高、寬的交點B及踏步寬BC上的點b′、c′、d′……f(而不是以直線1上的點b、c……f)作為車輪的支撐點，則在車輪自A至C的爬升過程中，當切點w至B后，B已不能沿原有軌跡與B7重合，而是沿切線wP移動，其結果必然使輪心O偏離直線m，這可由輪峰小輪2“糾錯”。
如圖5所示，當普通車輪7自A至C滾動爬升時，其與直線1的切點(A、a、b……f、C)與階梯踏步高AB的距離AA(重合)、aa1、bb1……ff1、CB是確定的。所以只要有一種能使aa1、bb1……ff1、CB不變的機制取代普通車輪7沿直線1滾動的機制，則可確保輪心O在經O1、O2……O6至O7的過程中不會偏離直線m。如圖5所示，當普通車輪7的輪心自O(此時車輪與直線1相切于A)移至O1時，車輪與直線1相切于a。切點a與階梯踏步高AB的距離aa1是確定的。同時，半徑OP移至O1P1位(半徑Og也移至O1g1位)。點α與a1重合；當普通車輪7的輪心移至O2時，車輪與直線1相切于b。切點b與AB的距離bb1是確定的。同時，半徑O1P1移至O2P2位(半徑O1g1也移至O2g2)。點β與b1重合。同理，當普通車輪7的輪心移至O3、O4……O7時，切點c、d……C與AB的距離cc1、dd1……CB是確定的。同時，半徑O2P2分別移至O3P3、O4P4……O7P7位，半徑O2g2分別移位至O3g3、O4g4……O7g7(g7與C重合)。相應地，點γ、δ……η與c1、d1……B重合。將點α、β……ξ移至相對于點P7的位置，可以看出，除點η外，其余各點呈弧形排列。如圖6所示，取其中有代表性的三個點(如α、γ、ξ)，分別作線段αξ、γξ的垂直平分線，交點o即為此弧所在圓的圓心。也就是說，從理論上講，輪峰小輪2的圓心應為o，半徑應為o至α(或γ、ξ)的距離。對于偏離較大的點η，可通過略為加大本發明所述車輪的半徑(即半徑的實際長度較理論值大3-5毫米)進行矯正。因為半徑加大后，輪峰小輪不會與點B接觸。(事實上，從點ξ至點η，本發明輪心位移不足10度。即使不矯正，輪心偏離直線m也只有數毫米。)在實際應用中，考慮到諸多因素，輪峰小輪2的大小、位置都要作適當調整。如圖6所示，當半徑處于Op位時(Op垂直于直線1)，輪峰小輪2應同時與階梯踏步高AB和踏步寬AD相切。所以其輪心o′只能在∠BAD的平分線ρ上。同時，要求輪峰小輪又盡可能與主輪周原位曲線相切(微微相交)。試驗表明，輪峰小輪2的半徑取25-35毫米為宜。按此原則安裝的輪峰小輪，可使本發明車輪在上、下樓梯過程中其輪心偏離直線m的數值降至最小(一般為數毫米。在實際操作中無偏離感)。輪峰小輪2的另一重要功能是保證本發明在非階梯場地的運行。
6、主輪周小輪6的確定主輪周小輪6的主要功能是變主輪周與階梯踏步寬的滑動磨擦為滾動磨擦。主輪周小輪的大小、數目及定位都應視具體需要而定。一般說來，每個主輪周安裝3個小輪即可(這樣即能使本發明車輪的輪心在上、下過程中偏離直線m的最大值不超過5毫米)。其分布位置如圖7所示輪腋與主輪周交界處1個，其余2個分布在主輪周。主輪周小輪的下緣原則上與主輪周原位曲線相切(圖7)。在階梯踏步高變化較大的情況下，主輪周小輪數量可酌情減少。
如圖7所示，主輪周小輪的半徑確定后，主輪周與主輪周原位曲線的距離及輪腋與輪腋原位曲線的距離也就隨之確定。
如圖7所示，輪腋曲線與Op的切點w′至p的線段即為側輪周所在部位。
根據以上描述，本發明的每一“單元曲線”與階梯呈互補關系，故稱本發明為彌合式爬樓車輪。如圖8所示，彌合式爬樓車輪自直線1上的點A(p、A重合且Op垂直于直線1)爬升的原理是當輪峰小輪2在力的作用下沿階梯踏步高AB滾動爬升時，主輪周小輪順次沿階梯踏步寬BC滾動前行(雖然從理論上講，每一小輪在滾動過程中都要導致本發明輪心偏離直線m，但由于每一小輪滾動的距離很有限，所以輪心偏離直線m的現象幾乎不能被覺察到)。當臨位的輪峰小輪與踏步寬BC、踏步高EC相切且Og垂直于直線1時，車輪爬升了一個階梯，輪心O幾未偏離直線m。隨著以上過程的不斷重復，車輪不斷爬升，直至終點。下樓梯的原理與上樓梯同，只是方向相反(車輪倒退運行)。
在要求運行過程特別平穩或使用發動機動力等條件下，本發明可采用履帶式結構(圖9、圖10)。其中履帶10可以是橡膠或其他材料；緊帶輪12通常在靠近輪腋的部位。動力輪11通過同軸的從動輪(未繪出)獲得發動機主動輪(未繪出)傳出的動力。
由以上描述可知，本發明的獨特功能在于從根本上將上、下樓梯的階梯型曲線運動轉化為直線型運動。安裝彌合式爬樓車輪的運載工具，負載能力大，運行平穩，可給無電梯的較高樓層住戶(尤其是老、弱、病、殘者)的生活帶來很大方便，同時也可用于樓房以外的階梯場地(特別是不便或在短期內無經濟能力修公路但可修階梯式道路的山區)。此外，本發明還可用于殘疾人事業(如用以制作可上、下階梯的殘疾人專用車等)。
權利要求
1.一種彌合式爬樓車輪，其輪周為曲線。整個輪周的曲線由數個“單元曲線”構成。每個“單元曲線”自輪峰1始，依次由側輪周3、輪腋4和主輪周5構成。輪峰處裝有輪峰小輪2；主輪周部位裝有主輪周小輪6。
2.根據權利要求1所說的彌合式爬樓車輪，其“單元曲線”數和車輪的半徑均根據階梯踏步寬、高，用數學方法確定。
3.根據權利要求1所說的彌合式爬樓車輪，其側輪周3、輪腋原位曲線9及輪腋4、主輪周原位曲線8及主輪周5均用幾何學方法確定。
4.根據權利要求3所說的側輪周3、輪腋4和主輪周5，其形狀可以根據具體需要作相應改變。
5.根據權利要求1所說的輪峰小輪2，其大小和位置可根據具體需要作適當調整。
6.根據權利要求1所說的主輪周小輪6，其大小、數量及位置都可根據具體情況作相應調整。
7.根據權利要求1所說的彌合式爬樓車輪，其觸地部位可以是履帶。履帶10可套繞一個“單元曲線”的輪峰小輪2和主輪周小輪6，也可套繞彌合式爬樓車輪的整個輪周。履帶10可以是橡膠，也可以是其他材料。
8.根據權利要求1所說的彌合式爬樓車輪，其大小可以通過安裝伸縮式輪峰小輪和主輪周小輪進行調節。
全文摘要
本發明公開了一種彌合式爬樓車輪,屬機械制造領域。該車輪的輪周為曲線,整個曲線由數個“單元曲線”構成。每一“單元曲線”自輪峰始,依次由側輪周、輪腋及主輪周構成。輪峰處裝有輪峰小輪,主輪周部位裝有主輪周小輪。輪峰小輪和主輪周小輪可被套繞履帶。該車輪的關鍵技術是根據幾何學原理所確定的“單元曲線”(尤其是主輪周)形狀及輪峰小輪、主輪周小輪的大小、位置。該車輪的獨特功能在于:從根本上將上、下樓梯的階梯型曲線運動轉化為直線型運動。
文檔編號B60B19/00GK1322635SQ0011291
公開日2001年11月21日 申請日期2000年5月9日 優先權日2000年5月9日
發明者王茂文 申請人:王茂文