重载自驱动全向轮及其设计方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN102310712A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN102310712A(43)申请公布日2012.01.11(21)申请号201110148362.1(22)申请日2011.06.03(71)申请人南京航空航天大学地址210016江苏省南京市白下区御道街29号(72)发明人韦红余黄翔陈文亮裘禄赵乐乐(74)专利代理机构南京经纬专利商标代理有限公司32200代理人叶连生(51)Int.Cl.B60B19/14(2006.01)权利要求书2页说明书7页附图5页(54)发明名称重载自驱动全向轮及其设计方法(57)摘要本发明涉及一种重载自驱动全向轮及其设计方法，属于全向轮技术领域。其全向轮体（121）由轮辐（1212）、沿圆周方向均匀分布在轮辐外圈的6-16个辊子心轴（1211）、安装在辊子心轴（1211）上的小辊子（1210）、两个使轮辐（1212）与辊子心轴（1211）定位的端盖（1214）组成，端盖（1214）与辊子心轴（1211）通过轴承（1213）连接，端盖（1214）与轮辐（1212）为固定连接；上述每个辊子心轴（1211）与传动轴（122）轴线空间所成夹角相等为30-60度，相邻小辊子在空间分布上具有重合度，所有小辊子（1210）组成的外廓包络面是一个与车轮的理论轮廓面重合圆柱面。本发明结构简单、运动平稳、承载能力强。CN10237ACCNN110231071202310713A权利要求书1/2页1.一种重载自驱动全向轮，包括全向轮体(121)、传动轴(122)、联轴器(123)、减速机(124)及伺服电机(125)，其特征在于：全向轮体(121)由轮辐(1212)、沿圆周方向均匀分布在轮辐外圈的6-16个辊子心轴(1211)、安装在辊子心轴(1211)上的小辊子(1210)、两个使轮辐(1212)与辊子心轴(1211)定位的端盖(1214)组成，端盖(1214)与辊子心轴(1211)通过轴承(1213)连接，端盖(1214)与轮辐(1212)为固定连接；每个辊子心轴(1211)与传动轴(122)轴线空间所成夹角相等为30-60度，相邻小辊子在空间分布上具有重合度，所有小辊子(1210)组成的外廓包络面是一个与车轮的理论轮廓面重合圆柱面。2.根据权利要求1所述的重载自驱动全向轮，其特征在于：小辊子(1210)为两端细中间粗的鼓形。3.根据权利要求1所述的重载自驱动全向轮，其特征在于：每个辊子心轴(1211)与传动轴(122)轴线空间所成夹角均为45°。4.根据权利要求1所述的重载自驱动全向轮的设计方法，其特征设计包括以下过程：第一、设计重载自驱动全向轮关键参数如下：a)全向轮半径R(mm)；b)全向轮宽度b(mm)；c)辊子最小端半径α(mm)；d)辊子最大半径rRol(mm)；e)偏置角η(rad)，即辊子轴线与轮子Z轴的夹角；f)辊子的数目n；g)辊子的长度L(mm)；h)车轮轴线方向上，辊子对应车轮的中心角θ(rad)；i)车轮轴线方向上，相邻辊子重合部分所对应车轮的中心角θt(rad)；j)辊子重合度ε，即辊子对应车轮的中心角θ与理论对应的中心角的比值；k)Δ车轮两端盖板的厚度(mm)；l)设车轮旋转时，一个辊子与地面的接触点所连成的曲线为曲线AB，其弦长即为辊子的长度L(mm)；m)设曲线AC为曲线AB在车轮轴线方向的投影，线AC的弦高和弦长分别为L1、L2(mm)；n)辊子在车轴方向截面的半径d；第二、全向轮各关键参数之间的关系：每个辊子对应的中心角θ：θ＝2π/n+θt式1辊子重合度ε：式2曲线AC的弦高L1：式32CCNN110231071202310713A权利要求书2/2页曲线AC弦长L2：式4辊子的长度L：L＝L2/sinη式5辊子最大半径rRol：rRol＝L1+α式6车轮宽度b：b＝(L+2αtanη)cosη+Δ式7辊子在车轴方向截面的半径d：式8式中：A＝cos2η+sin4η；B＝R-rRol；C＝2R-rRol；根据全向轮的基本特征，上述关键几何参数之间还需满足以下条件：1)由于全向轮的工作表面由安装在圆周上的所有辊子的轮廓组成，若其中一个或某几个辊子的轮廓沿车轮轴线方向的投影与理论圆周出现偏差，则所有辊子构成的将不是一个完整的圆，全向轮在运动过程中将产生振动，因此必须保证所有辊子在车轮轴线方向形成一个完整的圆，即必须满足：式92)全向轮正常运动时，圆周上的辊子是能够绕自身轴线自由转动的，因此，相邻辊子之间及辊子和中间轮毂之间都须有一定的间隙保证不发生干涉，即：式103)在运动的过程中辊子承受全向轮所有的重量，特别是当从一个辊子过渡到另一个辊子的瞬间，辊子承受的力最大，因此为了减小辊子承受的力，延长辊子寿命，在设计过程中应使全向轮辊