КОЛЕСО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА Российский патент 1995 года по МПК B62D57/24 B60B19/00 B62B5/02 

Изобретение относится к движителям наземных безрельсовых транспортных средств, а именно к колесам транспортных средств повышенной проходимости, преимущественно самоходных инвалидных кресел.

Известны разнообразные колеса транспортных средств, содержащие диск со множеством роликов, равномерно расположенных по его окружности.

Они обеспечивают высокую маневренность транспортного средства на ровной местности, но не предназначены для движения по лестницам.

Требование проходимости по лестничным маршам предъявляется к инвалидным самоходным креслам и креслам-коляскам, а также к детским коляскам и к тележкам.

Большинство технических решений, направленных на повышение проходимости по лестницам, предусматривает наличие дополнительных движителей и пассивных (ведомых) колес, применяемых специально для этой цели и устанавливаемых в нерабочее положение при эксплуатации транспортного средства на ровной поверхности. Дополнительные элементы шасси существенно увеличивают габариты, массу и стоимость транспортного средства, снижают надежность и проходимость вне лестничных маршей.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является колесо транспортного средства, содержащее диск, по периферии которого выполнены равномерно распределенные по окружности радиальные пазы с плоскими параллельными, расположенными симметрично относительно оси диска передней и задней стенками, в которых установлены подшипниковые узлы для поддерживания роликов, оси которых расположены перпендикулярно к стенкам радиальных пазов, причем максимальный радиус передней стенки меньше расстояния до оси наиболее удаленной точки ролика с учетом максимальной статической радиальной деформации ролика.

Однако такие колеса плохо приспособлены для использования на инвалидных самоходных креслах-колясках, тележках и других транспортных средствах, предназначенных, в частности, для движения по лестничным маршам и местности с отдельными препятствиями. Недостатки их конструкции состоят, во-первых, в невозможности дополнительного усиления подшипниковых узлов подвески роликов с целью высокой допустимой нагрузки на них, так как это сопряжено с уменьшением высоты консольной части, необходимой для сцепления со ступенями лестницы (или бордюрным камнем), и соответственно с ухудшением проходимости. Во-вторых, конструкция способствует значительным деформациям (изгибу) консольной части ролика, взаимодействующего с краем (ребром) ступени в момент подъема колеса на очередную ступень, что ограничивает возможности уменьшения ширины и увеличения высоты его консольной части, что ухудшает проходимость. В-третьих, возможность вращения роликов при подъеме на ступень отрицательно сказывается на устойчивости прямолинейного движения по лестничному маршу и повышает вероятность соскальзывания колеса со ступени.

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является повышение нагрузочной способности, устойчивости и проходимости при движении по лестничным маршам.

Для этого в колесе транспортного средства, содержащем диск, по периферии которого выполнены равномерно распределенные по окружности радиальные пазы с плоскими параллельными, расположенными симметрично относительно оси диска передней и задней стенками, в которых установлены подшипниковые узлы для поддержания роликов, оси которых расположены перпендикулярно к стенкам радиальных пазов, причем максимальный радиус передней стенки меньше расстояния до оси наиболее удаленной точки ролика с учетом максимальной статической радиальной деформации ролика, радиус кромки задней стенки больше радиуса кромки передней стенки паза.

Кроме того, в колесе с перечисленными конструктивными признаками периферийные участки диска между пазами образованы пересечением двух плоскостей, расположенных параллельно оси диска, одна из которых расположена под прямым углом к задней стенке паза. Радиус кромки задней стенки каждого паза не более величины,
r_зmax= (0,15+0,5·a)1 cos -Δ где а ширина ролика, м;
n число роликов в составе колеса;
Δ максимальная статическая радиальная деформация ролика, м.

Задняя часть оси каждого ролика с задним подшипниковым узлом имеет больший диаметр, в сравнении с передней частью оси с передним подшипниковым узлом.

На чертеже изображено предлагаемое колесо, фрагмент вида спереди с местным разрезом, в совмещении со схемой взаимодействия колеса со ступенью лестницы.

Колесо транспортного средства содержит диск 1 со множеством роликов 2, равномерно распределенных по его окружности. При этом каждый ролик 2 установлен в радиальном пазу 3 посредством оси 4, перпендикулярной к стенкам паза 3. Возможность вращения ролика 2 обеспечена наличием зазоров между ним и стенками паза 3, а также подшипниковых узлов ( в общем случае): переднего 5 и заднего 6. В простейшем варианте подшипниковые узлы 5 и 6 образованы парами трения скольжения передняя часть 7 оси 4 диск 1 и задняя часть 8 оси 4 диск 1. В рекомендуемом варианте выполнения колеса задняя часть 8 оси 4 с подшипниковым узлом 6 выполнены большего диаметра в сравнении с аналогичными передними составляющими передней частью 7 оси 4 и передним подшипниковым узлом 5. Возможна установка роликов 2 в подшипниковых узлах 5 и 6 с возможностью осевого смещения (ролики плавающего типа).

Максимальные радиусы r_п и r_з соответственно передней и задней стенок паза 3 меньше (каждый) расстояния 0,5˙D до оси диска 1 наиболее удаленной точки ролика 2 с учетом максимальной статической радиальной деформации Δ ролика 2. При этом радиус кромки задней стенки больше радиуса кромки передней стенки паза 3:
r_п< r_з< 0,5˙D- Δ
Соответственно высота b_з меньше высоты b_п заднего и переднего торцов консольной части ролика 2. Рекомендуется выполнение устройства с максимальным значением r_з, т.е. с радиусом кромки задней стенки каждого паза 3 не более величины, м
r_зmax= (h+0,5·a)1 cos -Δ где R=0,15 м (высота стандартной ступени лестницы);
а ширина ролика 2, м;
n число роликов 2 в составе колеса.

Кроме того, в частном случае (см. чертеж) периферийные участки диска 1 между пазами образованы пересечением двух плоскостей, расположенных параллельно оси диска 1, одна из которых расположена под прямым углом μ_к к задней (передней) стенке паза 3.

Таким образом, контур диска 1 содержит выступы 9, образованные указанными плоскостями и стенками 10 и 11 пазов 3, с уклонами 12.

С позиций повышения проходимости по лестницам возможно и некоторое увеличение величин b_з, r_зmax и уменьшение угла μ_к, так как основные типоразмеры лестничных ступеней имеют скос вовнутрь (показано пунктиром на чертеже): μ_ст< 90^о. Однако указанное выше (предлагаемое) ограничение для r_зmax связано с обеспечением проходимости уступов вообще, в частности бордюрных камней и других отдельных препятствий, преодоления всех типов лестничных маршей. Иначе говоря, такое колесо более универсально.

Возможны другие варианты конкретного конструктивного выполнения колеса в рамках заявленной совокупности существенных признаков.

Колесо используется следующим образом.

При движении колеса по ровной твердой поверхности каждый ролик 2 в нижнем своем положении испытывает в основном радиальные деформации, не превышающие значения Δ и за счет соотношения r_з<0,5˙D-Δ выступы 9 не взаимодействуют с поверхностью: имеет место опора колеса на ролики.

При подъеме колеса задним ходом на ступень лестницы или на отдельное аналогичное препятствие (например, бордюpный камень) один из роликов 2, взаимодействующий своим передними (свободным) торцом с краем ступицы, нагружается (сила Р), разгружая при этом нижний ролик 2. Деформируясь и (или) смещаясь в осевом направлении (в варианте с плавающими роликами 2), ролик 2 выбирает зазор и упирается в диск 1 по крайней мере на участке его выступа 9. При этом сила Р воспринимается непосредственно диском 1, ролик 2 испытывает меньшие изгибные напряжения и деформации и частично разгружаются подшипниковые узлы 5 и 6. Вследствие этого и за счет увеличенного узла 8 и 6 возрастает нагрузочная (несущая) способность роликов 2 и подшипниковых узлов 5 и 6. При предлагаемом значении r_зmax имеет место оптимальная геометрия устройства: ролик 2 взаимодействует с краем ступени по всей поверхности переднего торца ролика 2 (высотой b_п), при этом диск 1 и колесо в целом подходят к ступени вплотную. Их беззазорное взаимодействие осуществляется по всей длине уклона 12 при μ_к= μ_ст=90^о.

При использовании предлагаемого колеса достигается технический результат в соответствии с поставленной задачей. При равных с прототипом значениях высоты b_п переднего торца ролика 2, взаимодействующего с краем ступени в момент подъема на нее колеса, и нагрузки на ролик при этом либо снижаются изгибные деформации, прежде всего, ролика 2 и улучшаются сцепление колеса со ступенью и проходимость по лестницам, либо снижаются требования к необходимой жесткости ролика 2, его максимальной ширине, габаритам подшипниковых узлов и предельно допустимой нагрузке на колесо (масса шасси и полезной нагрузки, аналогичные параметры). Повышение устойчивости движения по лестницам (стабилизация, предотвращение рыскания) достигается автоматическим стопорением роликов 2, передние торцы которых опираются о край ступени и диск 1, и переносам при этом нагрузки с консольной части ролика 2 на диск 1 через заднюю стенку 10 паза 3, минуя подшипниковые узлы 5 и 6.

Изобретение относится к конструктивным элементам колеса самоходного кресла. Сущность: содержит диск 1 и множество роликов 2, установленных в пазах 3 на периферии диска 1 на тангенциально ориентированных осях 4 в подшипниковых узлах 5 и 6 с возможностью вращения и взаимодействия со ступенями лестницы по крайней мере передними торцами и цилиндрическими образующими консольных своих частей. Диск 1 выполнен с радиальными выступами 9 в продолжение плоских задних торцов 10 пазов 3. При подъеме колеса задним ходом на ступень лестницы ролик 2, взаимодействующий передним торцом с краем ступени, под действием силы P деформируется и упирается в диск 1. Последний препятствует дальнейшей изгибной деформации ролика 2, частично разгружая подшипниковые узлы 5 и 6. В результате повышается нагрузочная способность, устойчивость и проходимость по лестницам. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. КОЛЕСО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА, содержащее диск, по периферии которого выполнены равномерно распределенные по окружности радиальные пазы с расположенными симметрично относительно оси диска плоскими параллельными передней и задней стенками, в которых установлены подшипниковые узлы для поддержания роликов, оси которых расположены перпендикулярно стенкам радиальных пазов, причем максимальный радиус передней стенки меньше расстояния до оси наиболее удаленной точки ролика с учетом максимальной статической радиальной деформации ролика, отличающееся тем, что радиус кромки задней стенки больше радиуса кромки передней стенки паза. 2. Колесо по п.1, отличающееся тем, что периферийные участки диска между пазами образованы пересечением двух плоскостей, расположенных параллельно оси диска, одна из которых расположена под прямым углом к задней стенке паза. 3. Колесо по п.1, отличающееся тем, что радиус кромки задней стенки каждого паза не более величины

где a ширина ролика, м;
n число роликов в колесе;
Δ максимальная статическая радиальная деформация ролика, м. 4. Колесо по п.1, отличающееся тем, что задняя часть оси каждого ролика с задним подшипниковым узлом выполнена большего диаметра, чем передняя часть оси с передним подшипниковым узлом.