本發(fā)明涉及機(jī)械裝置及運(yùn)輸技術(shù)領(lǐng)域中的機(jī)動(dòng)車車輪，是一種自適應(yīng)多種地形氣缸調(diào)幅式機(jī)動(dòng)車車輪。

背景技術(shù)：

目前使用的車輪普遍由充氣橡膠輪胎及外層金屬圈組合構(gòu)成的車輪外層輪圈部分；向內(nèi)連接輻條或壓制、鑄造的金屬輪輻圈構(gòu)成的車輪輪輻部分；最后向內(nèi)連接與樞軸接駁的輪轂部分這三個(gè)主要部分組成，驅(qū)動(dòng)力由輪轂帶動(dòng)輪輻及外層輪圈作滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)。優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、滾動(dòng)摩擦力小、能吸收緩沖地面較小的坑凸不平而引發(fā)的顛簸震動(dòng)。因?yàn)橥鈱虞喨楣潭ǔ叽鐖A形，充氣橡膠輪胎在與路面接觸時(shí)只能發(fā)生有限的壓縮變形，與地面屬單支點(diǎn)小面積接觸，接觸摩擦力有限致使車輪抓地力有限，遇到凸出較大障礙易卡住別死繼而空轉(zhuǎn)打滑無法繼續(xù)前進(jìn)，導(dǎo)致的缺點(diǎn)為不能爬越連續(xù)階梯狀路面、遇到較大坑凸不平路面時(shí)顛簸震動(dòng)大或不能通過、遇到上下大坡度及濕滑泥濘地面時(shí)原地轉(zhuǎn)動(dòng)打滑也不能通過。當(dāng)這種車輪在兩輪左右并排布置如輪椅、助力車等應(yīng)用形式時(shí)，必須借助輔助輪加以支撐，運(yùn)行時(shí)增加了額外的摩擦阻力，消耗部分動(dòng)力，因輔助輪直徑均較小易引發(fā)并傳遞附加的顛簸震動(dòng)，并影響整車的越障及通過能力。有的應(yīng)用為增強(qiáng)越障能力，在兩輪之間附加配置了單履帶式爬越裝置，在應(yīng)用時(shí)需將原輪頂升并切換至履帶爬越模式，因是在兩輪中間布設(shè)，受空間所限該裝置寬度較窄且因頂升增加了高度，存在側(cè)翻風(fēng)險(xiǎn)不安全，又因其為單履帶勢(shì)必造成轉(zhuǎn)彎困難，裝置布設(shè)及操作繁復(fù)，實(shí)際應(yīng)用價(jià)值有限。1988年12月公開的專利號(hào)為CN88212089的組合式機(jī)動(dòng)車輛用車輪，是一種在普通充氣車輪旁邊同軸并排地增加了一個(gè)或多個(gè)梅花狀齒瓣車輪輪輻。齒瓣車輪輪輻由齒瓣、輪體、固定柱塞、復(fù)位彈簧、高壓介質(zhì)輸入管等組成。齒瓣通過高壓介質(zhì)和復(fù)位彈簧的作用可伸縮，所以能使組合式車輪達(dá)到在普通公路行駛由充氣車輪工作，齒瓣車輪空轉(zhuǎn)，在非公路下行駛時(shí)由齒瓣車輪工作充氣車輪空轉(zhuǎn)。由于受限于旁邊的原有充氣車輪空間占用，致使裝置伸縮空間有限導(dǎo)致越障能力受限，又因?yàn)槭峭ㄟ^車輪旋轉(zhuǎn)使梅花狀支點(diǎn)斷續(xù)支撐工作，造成顛簸劇烈舒適性差，也不能克服爬坡及濕滑泥濘地面的轉(zhuǎn)動(dòng)打滑現(xiàn)象，因此不能適用上述多地形路面的爬越通過，且裝置附加、切換繁雜，適用范圍改進(jìn)不大，實(shí)際應(yīng)用價(jià)值有限。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是克服背景技術(shù)的不足。根據(jù)不同地形路面，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單安全合理，能通過改變受力點(diǎn)處徑向尺寸調(diào)幅式改變外輪圈形狀的構(gòu)思自動(dòng)適配多種地形路面，根據(jù)不同地形路面控制改變外輪圈與路面的接觸形式，產(chǎn)生不同的抓地摩擦力，適應(yīng)不同地形路面動(dòng)力需求，若兩輪并排布置應(yīng)用時(shí)，兩輪分別正、反轉(zhuǎn)即可實(shí)現(xiàn)原地360度轉(zhuǎn)向，不需借助其它輔助裝置，自身即能翻越障礙并確保多種地形路面的通過能力，提升動(dòng)力能源利用率，通過由氣缸組成輪輻的構(gòu)思大幅緩沖并吸收路面的顛簸震動(dòng)保證輪轂處運(yùn)行平滑、平穩(wěn)保證舒適性，在實(shí)際應(yīng)用中操作、維護(hù)簡(jiǎn)單，安全、合理可靠。

本發(fā)明可分為三種運(yùn)動(dòng)學(xué)工況工作：第一種工況為在平整的硬基路面上以正常速度運(yùn)動(dòng)，這時(shí)車輪以單支撐點(diǎn)面與路面接觸，此時(shí)伸縮氣缸中充入足夠壓力的壓縮空氣與預(yù)張力彈簧一起產(chǎn)生最大伸出推力，使柔性鉸接橡膠輪圈飽滿圓潤(rùn)，與地面為單點(diǎn)面接觸，運(yùn)動(dòng)中主要表現(xiàn)為滾動(dòng)摩擦，需克服的摩擦力小運(yùn)動(dòng)阻力小動(dòng)力消耗最小，這與現(xiàn)有技術(shù)情況相近；第二種工況為坑凸不平自然路面、上下較大坡度及濕滑泥濘路面時(shí)以慢速運(yùn)動(dòng)，見圖1，此時(shí)伸縮氣缸中充入適量壓縮空氣與預(yù)張力彈簧一起產(chǎn)生一定伸出推力，車輪以多支撐點(diǎn)面形成適配地形的面與路面接觸，能產(chǎn)生較大的接觸摩擦力克服打滑現(xiàn)象保證通過能力；第三種工況為爬行翻越臺(tái)階形人工地形、凸凹較大自然地形時(shí)以低速運(yùn)動(dòng)，見圖2，此時(shí)伸縮氣缸中僅存少量壓縮空氣，主要由預(yù)張力彈簧產(chǎn)生推力，車輪能進(jìn)行較大徑向調(diào)幅，以使車輪柔性鉸接橡膠輪圈在各個(gè)受力點(diǎn)處自適應(yīng)地形形狀以多支撐點(diǎn)面連續(xù)與路面接觸，在大扭力輸出推動(dòng)下，產(chǎn)生多點(diǎn)接觸摩擦力克服卡死、打滑現(xiàn)象從而保證通過能力。

本發(fā)明車輪技術(shù)方案是，見圖1、圖2：車輪主要由外輪圈部分、中輪輻部分、內(nèi)輪轂部分這三個(gè)部分構(gòu)成。所述的輪圈部分技術(shù)方案是：多組繞銷軸套1-4鉸接連接且能繞鉸接點(diǎn)自由轉(zhuǎn)動(dòng)的橡膠輪面塊組合體首尾銜接組合構(gòu)成柔性鉸接鏈圈，每?jī)山M橡膠輪面塊組合體鉸接連接于輪輻部分的伸縮氣缸活塞桿2-2外端，且能繞鉸接點(diǎn)沿活塞桿的軸向自由轉(zhuǎn)動(dòng)，并隨伸縮氣缸活塞桿2-2的運(yùn)動(dòng)改變?cè)撎庢溔较虺叽缂靶螤?；所述的輪輻部分技術(shù)方案是：多組內(nèi)置預(yù)張力彈簧的伸縮氣缸2沿圓周均布組合構(gòu)成了輪輻部分，根據(jù)不同工況要求，控制氣缸內(nèi)沖入壓縮空氣壓力大小及有無，從而控制氣缸伸縮推力，達(dá)到改變?nèi)嵝糟q接鏈圈在徑向調(diào)幅的大小及形狀以適應(yīng)不同地面而產(chǎn)生不同接觸摩擦力的目的；所述的輪轂部分技術(shù)方案是：配置向外接駁動(dòng)力源及支撐點(diǎn)的接口，連接傳遞驅(qū)動(dòng)扭力，驅(qū)動(dòng)輪輻、輪圈運(yùn)動(dòng)，設(shè)置壓縮空氣接駁口連接外接氣源，設(shè)置機(jī)動(dòng)、空擋切換裝置，方便擴(kuò)展適用范圍。

下面敘述該技術(shù)方案運(yùn)用機(jī)械系統(tǒng)虛擬樣機(jī)軟件ADAMS進(jìn)行運(yùn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)分析后的效果:

ADAMS，即機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)自動(dòng)分析(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems)，該軟件是美國機(jī)械動(dòng)力公司(Mechanical Dynamics Inc.)(現(xiàn)已并入美國MSC 公司)開發(fā)的虛擬樣機(jī)分析軟件。ADAMS已經(jīng)被全世界各行各業(yè)的數(shù)百家主要制造商采用。

圖3、圖4虛擬背景參數(shù)：全場(chǎng)均施加9.8N/M重力加速度,全局坐標(biāo)系X、Y、Z分別為水平、垂直、屏幕三方向，單位：長(zhǎng)度為毫米；質(zhì)量為千克；力為牛頓；時(shí)間為秒；角度為度；頻率為赫茲。輪轂軸心施加垂直向下600N荷載，計(jì)算已考慮自重。圖3虛擬狀態(tài)為平地從靜止初始狀態(tài)起步加速到5秒的主要技術(shù)特征，從圖中可看出：0-1.6秒靜態(tài)起步時(shí)，氣缸無壓縮空氣僅有預(yù)張力彈簧的推力，柔性輪圈與地面為多點(diǎn)面接觸，摩擦阻力大，輪轂驅(qū)動(dòng)需求扭矩大；1.6-4秒隨著氣缸內(nèi)壓縮空氣沖入，輪圈逐漸飽滿圓潤(rùn)，摩擦阻力減小，所需扭矩急速減?。?秒后趨近正常行駛狀態(tài)，輪圈以單點(diǎn)面接觸，驅(qū)動(dòng)扭矩小且平穩(wěn)，這時(shí)與現(xiàn)有技術(shù)效果基本相近，從中還反應(yīng)出輪轂中心緩慢抬升及水平位移過程運(yùn)動(dòng)平滑不產(chǎn)生振動(dòng)諧波。圖4虛擬狀態(tài)為氣缸內(nèi)僅有少量壓縮空氣，由預(yù)張力彈簧產(chǎn)生主要推力狀態(tài)下，連續(xù)上、下爬越臺(tái)階狀態(tài)時(shí)見圖2的主要技術(shù)特征，柔性輪圈受力點(diǎn)處自適應(yīng)地面形狀進(jìn)行調(diào)幅式改變尺寸及形狀，體現(xiàn)為柔性輪圈以多點(diǎn)面形式與地面接觸，生成大的摩擦力保證了抓地力，平順了運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，能可靠傳遞扭矩保證通行，從圖中反應(yīng)出雖驅(qū)動(dòng)扭矩在作瞬時(shí)波動(dòng)起伏，但輪轂中心的垂直、水平位移曲線均很平滑、平穩(wěn)未產(chǎn)生振動(dòng)諧波，具備良好的舒適性及應(yīng)用前景。

附圖說明

圖1：本發(fā)明車輪進(jìn)行運(yùn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)分析中在平整路面模擬時(shí)的簡(jiǎn)化模型軸測(cè)圖。

圖2：本發(fā)明車輪進(jìn)行運(yùn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)分析中在連續(xù)臺(tái)階形路面模擬時(shí)的簡(jiǎn)化模型軸測(cè)圖。

圖3、圖4：運(yùn)用機(jī)械系統(tǒng)虛擬樣機(jī)軟件ADAMS進(jìn)行運(yùn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)分析產(chǎn)生的技術(shù)參數(shù)圖表。

圖5：本發(fā)明車輪具體實(shí)施方案時(shí)外側(cè)正立面裝配圖。

圖6：本發(fā)明車輪具體實(shí)施方案時(shí)輪圈部分的部分組件為表現(xiàn)裝配關(guān)系的裝配爆炸圖。

圖7：本發(fā)明車輪具體實(shí)施方案時(shí)輪輻部分的單套預(yù)張力伸縮氣缸正立面裝配圖。

圖8：本發(fā)明車輪具體實(shí)施方案時(shí)輪輻部分的單套預(yù)張力伸縮氣缸A-A全剖面裝配圖。

圖9：本發(fā)明車輪具體實(shí)施方案時(shí)輪轂部分的正立面裝配圖。

圖10：本發(fā)明車輪具體實(shí)施方案時(shí)輪轂部分的B-B旋轉(zhuǎn)剖面裝配圖。

具體實(shí)施方案

本發(fā)明車輪所述的輪圈部分具體實(shí)施技術(shù)方案是，見圖3、圖4：橡膠輪面塊1-1外表面壓制有凹槽防滑胎紋，其兩頭連接端分別設(shè)置為公、母搓牙形接口，橡膠輪面塊1-1下部?jī)啥嗽O(shè)置燕尾形凸出部卡接固定于兩片同樣帶燕尾卡槽的固定金屬基礎(chǔ)片1-2上，再由兩片限位金屬片1-3限位固定內(nèi)外兩邊位置構(gòu)成橡膠輪面塊裝配組合體，此組合體便于日常維護(hù)更換，由多組首尾銜接的橡膠輪面塊裝配組合體通過銷軸套1-4互相鉸接連接、鉚釘1-5限位鉚接固定形成柔性鏈圈，構(gòu)成的裝配組合體咬接口銜接連續(xù)、鏈圈整體外輪廓線平滑，每組橡膠輪面塊裝配組合體均能繞銷軸套1-4做正、負(fù)60度自由轉(zhuǎn)動(dòng)而不發(fā)生碰撞干涉，每?jī)山M橡膠輪面塊裝配組合體通過中間能自由轉(zhuǎn)動(dòng)的銷軸套1-4鉸接連接在連接頭1-6上，連接頭1-6螺紋固定于伸縮氣缸的活塞桿2-2的外端，由鎖緊螺母2-5定位并固定鎖緊，且每組均能沿活塞桿2-2軸向做正、負(fù)自由轉(zhuǎn)動(dòng)。

所述輪輻部分具體實(shí)施技術(shù)方案是，見圖3、圖5、圖6：輪輻部分由多組伸縮氣缸2、伸縮防塵套2-7、支撐圈5及鎖緊螺母5-1構(gòu)成。每組均由氣缸體2-1在兩端用密封圈以螺紋固定連接帶排氣孔2-3-1的上氣缸蓋2-3及限位在凹槽內(nèi)的O型防塵密封圈2-9、帶壓縮空氣接口孔2-4-1的下氣缸蓋2-4構(gòu)成氣缸體組件；活塞桿2-2及由螺母彈簧墊圈固定其上的活塞體2-8，限位在活塞體凹槽內(nèi)的耐磨導(dǎo)向套2-11、O型耐磨密封圈2-10，間隙配合套接在活塞桿上的防撞緩沖墊2-12、耐磨導(dǎo)向套2-13構(gòu)成活塞體組件；獨(dú)立內(nèi)置預(yù)張力彈簧2-6及鎖緊螺母2-5裝配組合構(gòu)成。通過活塞桿2-2外端鎖緊螺母2-5調(diào)整、固定連接頭1-6，支撐圈5通過鎖緊螺母5-1固定與上氣缸蓋2-3的外端,下氣缸蓋2-4螺紋固接于輪轂連接圈3-1沿圓周均布的控制位置孔3-1-2中，下氣缸蓋2-4的壓縮空氣接口孔2-4-1經(jīng)密封圈螺紋連接于配氣管環(huán)4的孔上。

所述的輪轂部分具體實(shí)施技術(shù)方案是，見圖3、圖7、圖8：輪轂組合體主要由以下構(gòu)件裝配組成：沿圓周均布多根支撐輻條3-1-1及沿圓周均布數(shù)目為氣缸組數(shù)相同的位置固定孔3-1-2的輪轂連接圈3-1，向內(nèi)通過配合連接軸承3-2固定在向外接駁支撐點(diǎn)的接駁盤3-3上，且通過圓周均布的至少三個(gè)定位銷3-1-6及3-3-2定位固定于接駁盤3-3上，根據(jù)結(jié)合傳動(dòng)盤3-4是選擇在機(jī)動(dòng)或空擋的不同位置，分別工作在同步于接駁盤3-3的轉(zhuǎn)動(dòng)并傳遞動(dòng)力或是繞軸承3-2做空轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的兩種模式，輪轂連接圈3-1的上端螺紋連接氣腔蓋3-6，配合密封O型圈3-6-1、3-6-2及密封圈3-6-3形成壓縮空氣分配氣腔3-1-4，通過沿圓周均布的多個(gè)通氣孔3-6-2聯(lián)通壓縮空氣管3-9，并通過其上圓周均布的孔3-1-3經(jīng)密封螺紋連接于配氣管環(huán)4的支管4-1上；接駁盤3-3通過圓周均布的多個(gè)螺紋孔3-3-1對(duì)外可靠鎖緊連接外接支架以傳遞支撐力；結(jié)合傳動(dòng)盤3-4通過上端外圓花鍵3-4-2配合連接于輪轂連接圈3-1的花鍵孔3-1-5中可做軸向移動(dòng)用來選擇下端擬合花鍵齒3-4-1是否擬合連接動(dòng)力輸入源的花鍵齒，做機(jī)動(dòng)與空擋切換；壓縮空氣分配氣腔蓋3-6經(jīng)密封圈螺紋固定在輪轂連接圈3-1上；機(jī)動(dòng)、空擋選擇旋鈕3-8通過螺紋連接在氣腔蓋3-6上，并可通過其左、右旋轉(zhuǎn)使下端環(huán)形槽3-8-1沿軸向上下移動(dòng)，帶動(dòng)嵌接其中的連接件3-7沿軸向上下移動(dòng)，由連接件3-7帶動(dòng)結(jié)合傳動(dòng)盤3-4沿軸向移動(dòng)；連接件3-7由沿圓周均布的至少三根連接桿及上端固定圓環(huán)件構(gòu)成，連接桿下端螺紋固定在結(jié)合傳動(dòng)盤3-4上，圓環(huán)件嵌接與氣腔蓋3-6的環(huán)形槽3-8-1中且只能沿徑向自由轉(zhuǎn)動(dòng)；壓縮空氣管3-9下端與外部氣源連接，上端經(jīng)軸承3-5配合固定于輪轂連接圈3-1中能自由轉(zhuǎn)動(dòng)，從而能不跟隨輪轂轉(zhuǎn)動(dòng)使自身固定不動(dòng)，上端內(nèi)孔配合在氣腔蓋3-6下端的外圓上并用雙道O形圈密封壓縮空氣。