專利名稱：一種適用于高精度大承載的全方位輪的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可以實(shí)現(xiàn)平面內(nèi)任意方向移動(dòng)的全方位輪。
技術(shù)背景
目前，國內(nèi)外研究的全方位輪機(jī)構(gòu)種類很多，其中以麥克納姆輪及其衍生車輪是比較成功和技術(shù)較為成熟的一種，也可以叫全向輪、萬向輪。這種全方位輪通常由主動(dòng)輪和被動(dòng)輥?zhàn)咏M成，前者主動(dòng)運(yùn)動(dòng)的同時(shí)后者能被動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)。
麥克納姆輪的輥?zhàn)虞喞€設(shè)計(jì)為空間等速螺旋線，而等速螺旋線屬于空間曲線，設(shè)計(jì)過程中需要將曲線近似為平面曲線，且該曲線無法參數(shù)化，只能以一系列點(diǎn)坐標(biāo)表示，因此在機(jī)械加工或其他成形工藝中，采用若干段圓弧近似。這些環(huán)節(jié)難免會(huì)引入誤差， 造成輥?zhàn)虞喞队扒€與理論圓出現(xiàn)微小偏差，車輪滾動(dòng)過程中尤其是快速滾動(dòng)過程中， 會(huì)產(chǎn)生周期性微小波動(dòng)。
美國國家發(fā)明專利US 6，394，203 Bl公開了一種用于萬向移動(dòng)叉車的全方位輪， 該全方位輪有一個(gè)剛性內(nèi)置輪轂，輪轂圓周上支撐著6個(gè)輥?zhàn)?，輥?zhàn)涌衫@自身軸線自由轉(zhuǎn)動(dòng)，輥?zhàn)优c車輪軸線成近似45°夾角，輥?zhàn)优c輪轂采用中心支撐、兩端懸臂結(jié)構(gòu)；輥?zhàn)右源怪庇谳S線的平面對(duì)稱剖分成兩半，每半個(gè)輥?zhàn)油ㄟ^2個(gè)角接觸軸承串在輥?zhàn)虞S上，軸承利用螺接在輥?zhàn)虞S上的螺母進(jìn)行消隙；這種結(jié)構(gòu)造成兩半輥?zhàn)又虚g有較大間隙，對(duì)應(yīng)輥?zhàn)优c地面的接觸線不連續(xù)，車輪滾動(dòng)過程中會(huì)產(chǎn)生周期性震動(dòng)；輥?zhàn)油ㄟ^輥?zhàn)虞S與輪轂進(jìn)行軸孔配合連接，為減小兩半輥?zhàn)娱g的過渡間隙，輥?zhàn)虞S與輪轂的軸孔配合面要求比較短，對(duì)這種中心支撐兩端懸臂的結(jié)構(gòu)來說，其強(qiáng)度和剛度相對(duì)較弱；車輪滾動(dòng)過程中，輥?zhàn)虞S與消隙螺母間產(chǎn)生很大軸向力，二者間配合螺紋的等效直徑小(螺紋牙細(xì))，對(duì)螺紋連接強(qiáng)度提出很高要求；另外，輥?zhàn)颖旧砑拜佔(zhàn)优c輪轂安裝一致性不好、結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，拆裝維修難度大。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種輥?zhàn)觾啥酥?、輪廓曲線不斷續(xù)、輥?zhàn)优c輪轂可精確定位和快速拆裝的全方位輪結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種適用于高精度大承載的全方位輪，包括輪轂、軸套、輥?zhàn)?、中心緊固件、圓周緊固件；輪轂的中心設(shè)有軸套，輥?zhàn)油ㄟ^圓周緊固件固定安裝在輪轂上，所有輥?zhàn)拥耐廨喞谳嗇灥妮S線方向上投影形成一個(gè)整圓；輥?zhàn)涌梢匝仄渥陨淼妮S線自由轉(zhuǎn)動(dòng)，輥?zhàn)拥耐廨喞孀鳛槿轿惠啙L動(dòng)時(shí)與地面的接觸面；所述的輥?zhàn)影ㄝ佇尽⑤佁?、輥?zhàn)虞S、軸承、輥?zhàn)佣ㄎ欢松w、輥?zhàn)酉抖松w、防松件；輥?zhàn)虞S為輥?zhàn)拥膶?duì)稱軸，輥芯和輥套均為紡錘形，所述的紡錘形從平面橢圓曲線上截取，輥?zhàn)虞S沿著輥芯的軸線穿過， 輥套粘接在輥芯的外側(cè)，軸承位于所述紡錘形的端部對(duì)輥?zhàn)虞S進(jìn)行支撐定位，所述紡錘形的左側(cè)端部的軸承外側(cè)固定安裝輥?zhàn)佣ㄎ欢松w，所述紡錘形的右側(cè)端部的軸承外側(cè)固定安裝輥?zhàn)酉抖松w，防松件位于輥?zhàn)佣ㄎ欢松w和輥芯，及輥?zhàn)酉抖松w和輥芯之間；輥?zhàn)虞S的軸肩與輪轂的卡槽端面凸臺(tái)定位。
所述的輥?zhàn)訑?shù)量為6 9個(gè)，輥?zhàn)优c車輪軸線成30° -60°夾角，輥?zhàn)优c輪轂兩端支撐，輥?zhàn)油廨喞€連續(xù)不間斷。
所述的輥芯內(nèi)含有起減重作用的空腔，輥芯兩端設(shè)有安裝軸承和輥?zhàn)佣ㄎ欢松w的軸承孔和內(nèi)螺紋孔。
所述的輥套的材料為聚氨酯或橡膠。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于
(1)本發(fā)明全方位輪采用輥?zhàn)觾啥酥畏绞剑佔(zhàn)虞S直接固定到輪轂上，簡(jiǎn)化了中間傳力環(huán)節(jié)；輥?zhàn)虞喞€即輥?zhàn)优c地面的接觸線連續(xù)、不間斷，車輪滾動(dòng)過程中不會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)。輥?zhàn)觾啥酥畏绞较鄬?duì)于中心支撐兩端懸臂方式，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛性更好、承載能力更高。輥芯采用等強(qiáng)度腔體設(shè)計(jì)，重量輕、結(jié)構(gòu)剛性好；輥?zhàn)虞S相對(duì)于輥?zhàn)咏M件安裝便捷、定位精度高、輥?zhàn)友b配一致性好；軸承采用面對(duì)面安裝方式，軸承內(nèi)圈利用輥?zhàn)虞S肩定位，外圈利用端蓋壓緊定位，端蓋通過外螺紋與輥芯進(jìn)行固定，對(duì)應(yīng)的等效螺紋直徑大(螺紋牙粗)，因此承受同樣的軸向載荷情況下，該結(jié)構(gòu)強(qiáng)度更高；
(2)輥?zhàn)优c輪轂具有非常高的定位精度，全方位輪滾動(dòng)過程中輥?zhàn)舆^渡平穩(wěn)、不產(chǎn)生軸向或圓周方向的竄動(dòng)，能夠嚴(yán)格保證輥?zhàn)虞喞队盀橐粋€(gè)整圓。并且每個(gè)輥?zhàn)泳瑟?dú)立更換，拆裝容易、維修性好；
(3)本發(fā)明的輥?zhàn)虞喞€采用橢圓曲線，橢圓曲線屬于平面曲線，給定橢圓弧的起點(diǎn)、終點(diǎn)及長(zhǎng)短軸尺寸，可直接數(shù)控加工，并嚴(yán)格保證輥?zhàn)虞喞队霸谝粋€(gè)圓上，該過程采用參數(shù)化設(shè)計(jì)，沒有曲線近似問題，可大大降低運(yùn)動(dòng)過程中全方位輪在高度方向的跳動(dòng)， 保證運(yùn)動(dòng)過程平穩(wěn)性和精度。
圖1為本發(fā)明的全方位輪結(jié)構(gòu)圖2為本發(fā)明的全方位輪輥?zhàn)虞喞€投影圖3為本發(fā)明的全方位輪7個(gè)輥?zhàn)咏M合輪廓圖4為本發(fā)明的輥?zhàn)咏Y(jié)構(gòu)圖及輥?zhàn)优c輪轂安裝關(guān)系圖5為本發(fā)明的輥?zhàn)佣嗣娑ㄎ?、軸向消隙結(jié)構(gòu)圖6為本發(fā)明的全方位輪的輪轂與軸套的定位組裝圖7為本發(fā)明的輥?zhàn)影惭b方式圖。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，本發(fā)明全方位輪主要包括輪轂1、軸套2、輥?zhàn)?、中心緊固件4、圓周緊固件5。輪轂1的中心設(shè)有軸套2，二者通過中心緊固件4連接，輥?zhàn)?通過圓周緊固件5 固定安裝在輪轂1上，所有輥?zhàn)?的外輪廓在輪轂1的軸線方向上投影形成一個(gè)整圓。輥?zhàn)?的數(shù)量根據(jù)輪轂1的直徑、車輪寬度、輥?zhàn)?的直徑，以及輥?zhàn)?與車輪軸線的空間夾角確定，本發(fā)明實(shí)施例中輥?zhàn)?的數(shù)量為7個(gè)，輥?zhàn)?的軸線與輪轂1的軸線成α = 45° 的夾角。輥?zhàn)?作為一個(gè)組件安裝到輪轂1上，輥?zhàn)?可以沿其自身的軸線自由轉(zhuǎn)動(dòng)，輥?zhàn)?3的外輪廓面作為全方位輪滾動(dòng)時(shí)與地面的接觸面。當(dāng)車輪滾動(dòng)過程中，與地面接觸的輥?zhàn)永@輥?zhàn)幼陨磔S線轉(zhuǎn)動(dòng)。
如圖2所示，曲線a位于輥?zhàn)虞S平面內(nèi)，曲線c位于車輪軸向投影面，兩平面夾角為α，曲線a為輥?zhàn)?的輪廓曲線包絡(luò)線，曲線b為曲線a在α夾角平面內(nèi)的投影，此處以虛線表示，曲線c為輥?zhàn)?在車輪軸向投影面形成的包絡(luò)圓，理論上曲線b、c完全重合。如前所述，曲線a為橢圓曲線，橢圓的短半軸η與曲線c的半徑r相同，根據(jù)半徑r和夾角α，可計(jì)算得到橢圓長(zhǎng)半軸m，輥?zhàn)拥妮喞€上任意點(diǎn)坐標(biāo)以(x，y)表示，滿足以下方程 r 2 2
W η2( 1m = n/. , n = r 、 /sina ‘
如圖3所示，全方位輪圓周布置7個(gè)輥?zhàn)?，此處隱藏其他結(jié)構(gòu)件，將輥?zhàn)优挪荚谲囕営行Э臻g內(nèi)，確保相鄰輥?zhàn)?與地面接觸時(shí)，輪廓曲線c過渡平穩(wěn)、不間斷，各輥?zhàn)娱g留有細(xì)小間隙可自由轉(zhuǎn)動(dòng)。根據(jù)全方位輪的輪轂直徑、輪寬、輥?zhàn)拥臄?shù)量、輥?zhàn)优c車輪軸線空間夾角、輥?zhàn)拥闹睆?，進(jìn)行輥?zhàn)訁?shù)設(shè)計(jì)。另外，為了確保全方位輪運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，減小輥?zhàn)舆^渡瞬間的作用力，延長(zhǎng)輥?zhàn)邮褂脡勖?，需保證輥?zhàn)拥倪B續(xù)運(yùn)動(dòng)比率系數(shù)ε >1，即與地面接觸的全部輥?zhàn)拥慕佑|線總長(zhǎng)與車輪圓周長(zhǎng)的比率> 1，換言之，對(duì)應(yīng)相鄰輥?zhàn)釉谲囕嗇S線上的投影的重合角度β > 0。
如圖4、圖7所示，全方位輪輥?zhàn)?與輪轂1的相對(duì)安裝關(guān)系，輥?zhàn)?作為一個(gè)獨(dú)立的組件裝配完成后，利用輥?zhàn)虞S34與輪轂的U形卡槽進(jìn)行圓周方向定位，利用輥?zhàn)虞S軸肩與輪轂卡槽端面凸臺(tái)進(jìn)行軸向定位。輪轂卡槽端面上設(shè)計(jì)有連接孔，圓周緊固件5穿過該孔將輥?zhàn)虞S與輪轂1固定。
如圖4、圖5所示，輥?zhàn)?包括輥芯33、輥套32、輥?zhàn)虞S34、軸承31、輥?zhàn)佣ㄎ欢松w 35、輥?zhàn)酉抖松w37、防松件36。輥?zhàn)虞S34為輥?zhàn)?的對(duì)稱軸，輥芯33和輥套32均為紡錘形，輥?zhàn)虞S；34沿著輥芯33的軸線穿過，輥套32粘接在輥芯33的外側(cè)，軸承31位于所述紡錘形的端部對(duì)輥?zhàn)虞S34進(jìn)行支撐定位，軸承采用面對(duì)面安裝，兩端基本對(duì)稱。紡錘形的左側(cè)端部的軸承31外側(cè)固定安裝輥?zhàn)佣ㄎ欢松w35，紡錘形的右側(cè)端部的軸承31外側(cè)固定安裝輥?zhàn)酉抖松w37，防松件36位于輥?zhàn)酉抖松w37和輥芯33之間。如圖fe所示，輥?zhàn)佣ㄎ欢松w35擰緊后端面貼合到輥芯33上，對(duì)軸承31的外圈進(jìn)行限位，內(nèi)圈利用輥?zhàn)虞S34 的軸肩定位。如圖恥所示，擰緊另一端的輥?zhàn)酉抖松w37后，利用輥?zhàn)酉抖松w37與輥芯33間的縫隙進(jìn)行軸承消隙處理，之后利用防松件36 (緊定螺釘)頂緊防松，緊定螺釘不得突出輥?zhàn)酉抖松w37，影響輥?zhàn)?相對(duì)于輪轂1的轉(zhuǎn)動(dòng)。
輥套32采用聚氨酯或橡膠等非金屬彈性耐磨材料，輥套32與輥芯33粘接在一體。輥芯33內(nèi)部設(shè)有減輕腔，兩端設(shè)計(jì)有軸承孔和螺紋孔，分別用于安裝軸承31和輥?zhàn)佣ㄎ欢松w35、輥?zhàn)酉抖松w37。
輥?zhàn)虞S34設(shè)計(jì)成階梯軸，利用輥?zhàn)虞S34與輪轂1的軸孔過渡配合進(jìn)行輥?zhàn)?的圓周方向定位，輥?zhàn)虞S34末端的軸肩與輪轂1凸臺(tái)進(jìn)行軸向定位，利用圓周緊固件5將二者進(jìn)行固定，這樣輥?zhàn)咏M件中的其他部分繞輥?zhàn)虞S34自由轉(zhuǎn)動(dòng)。
如圖6、圖7所示，全方位輥?zhàn)?與輪轂1的相對(duì)安裝關(guān)系，首先兩片獨(dú)立輪轂1 與軸套2利用象限定位銷6進(jìn)行圓周方向定位，并利用中心緊固件4組合成一體。之后按圖示垂直箭頭方向，將輥?zhàn)?安裝到輪轂1的U形卡槽內(nèi)，調(diào)整輥?zhàn)?可自由轉(zhuǎn)動(dòng)，不得發(fā)生竄動(dòng)。逐個(gè)安裝輥?zhàn)?，組合后的全方位輪如圖1所示。采用該連接方式，輥?zhàn)?與輪轂1之間沒有其他轉(zhuǎn)接機(jī)構(gòu)，簡(jiǎn)化了中間傳力環(huán)節(jié)，輥?zhàn)咏Y(jié)構(gòu)剛性好、承載能力高，并且可單獨(dú)拆換單個(gè)輥?zhàn)?，拆裝容易、維修性好。
本發(fā)明說明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知技術(shù)。
權(quán)利要求
1.一種適用于高精度大承載的全方位輪，其特征在于包括輪轂(1)、軸套O)、輥?zhàn)?(3)、中心緊固件G)、圓周緊固件(5)；輪轂⑴的中心設(shè)有軸套O)，輥?zhàn)?3)通過圓周緊固件(5)固定安裝在輪轂(1)上，所有輥?zhàn)?3)的外輪廓在輪轂(1)的軸線方向上投影形成一個(gè)整圓；輥?zhàn)覥3)可以沿其自身的軸線自由轉(zhuǎn)動(dòng)，輥?zhàn)覥3)的外輪廓面作為全方位輪滾動(dòng)時(shí)與地面的接觸面；所述的輥?zhàn)覥3)包括輥芯(33)、輥套(32)、輥?zhàn)虞S(34)、軸承(31)、 輥?zhàn)佣ㄎ欢松w(35)、輥?zhàn)酉抖松w(37)、防松件(36)；輥?zhàn)虞S(34)為輥?zhàn)?3)的對(duì)稱軸， 輥芯(33)和輥套(32)均為紡錘形，所述的紡錘形從平面橢圓曲線上截取，輥?zhàn)虞S(34)沿著輥芯(33)的軸線穿過，輥套(32)粘接在輥芯(33)的外側(cè)，軸承(31)位于所述紡錘形的端部對(duì)輥?zhàn)虞S(34)進(jìn)行支撐定位，所述紡錘形的左側(cè)端部的軸承(31)外側(cè)固定安裝輥?zhàn)佣ㄎ欢松w(35)，所述紡錘形的右側(cè)端部的軸承(31)外側(cè)固定安裝輥?zhàn)酉抖松w(37)，防松件(36)位于輥?zhàn)佣ㄎ欢松w(35)和輥芯(33)，及輥?zhàn)酉抖松w(37)和輥芯(33)之間；輥?zhàn)虞S(34)的軸肩與輪轂(1)的卡槽端面凸臺(tái)定位。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于高精度大承載的全方位輪，其特征在于所述的輥?zhàn)?3)的數(shù)量為6 9個(gè)，輥?zhàn)优c車輪軸線成30° -60°夾角，輥?zhàn)优c輪轂兩端支撐，輥?zhàn)油廨喞€連續(xù)不間斷。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種適用于高精度大承載的全方位輪，其特征在于所述的輥芯(33)內(nèi)含有起減重作用的空腔，輥芯(33)兩端設(shè)有安裝軸承(31)和輥?zhàn)佣ㄎ欢松w(3 的軸承孔和內(nèi)螺紋孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種適用于高精度大承載的全方位輪，其特征在于所述的輥套(3 的材料為聚氨酯或橡膠。
全文摘要
一種適用于高精度大承載的全方位輪，主要包括輪轂、軸套、輥?zhàn)?、緊固件等，輥?zhàn)油廨喞谳嗇炤S線方向上的投影形成一個(gè)整圓。輥?zhàn)又饕ㄝ佇?、輥套、輥?zhàn)虞S、軸承、輥?zhàn)佣ㄎ欢松w、輥?zhàn)酉抖松w、輥?zhàn)臃浪杉炔糠?。輥?zhàn)幼鳛橐粋€(gè)組件安裝到輪轂上，可繞輥?zhàn)虞S自由轉(zhuǎn)動(dòng)，便于輥?zhàn)优c輪轂的精密定位和快速拆裝。輥?zhàn)虞喞€設(shè)計(jì)為橢圓曲線，可嚴(yán)格保證輥?zhàn)虞喞队霸谝粋€(gè)圓上，并且橢圓曲線可直接數(shù)控加工，降低運(yùn)動(dòng)過程中全方位輪高度方向的跳動(dòng)，保證運(yùn)動(dòng)過程的平穩(wěn)性和精度。另外輥?zhàn)优c輪轂有軸向和圓周方向定位，定位環(huán)節(jié)采用一體化結(jié)構(gòu)，沒有額外的安裝誤差，輥?zhàn)又g過渡平穩(wěn)，輥?zhàn)优c輪轂連接環(huán)節(jié)少，全方位輪的可靠性高。
文檔編號(hào)B60B19/12GK102501726SQ20111041820
公開日2012年6月20日 申請(qǐng)日期2011年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月13日
發(fā)明者于龍岐, 劉凈瑜, 宗文波, 李廣榮, 楊輝, 王海峰, 盛君, 范洪濤, 藥星宇, 莫桂冬, 董禮港, 鄒丹, 韓建超, 馬燕生 申請(qǐng)人:北京衛(wèi)星制造廠