КОЛЕСО ПОВЫШЕННОЙ ПРОХОДИМОСТИ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2003 года по МПК B60B9/00 B62D57/02 

Изобретение относится к области транспортного машиностроения и может быть использовано в ходовой части транспортного средства повышенной проходимости.

Известно колесо повышенной проходимости, содержащее установленную на приводном валу ступицу и охватывающий ее упругий обод, соединенный с ней кривошипными рычагами /1/.

У этого колеса плохая приспособляемость к местности из-за того, что форма обода задается только весом транспортного средства. Кроме того, данное колесо работает только в одном режиме.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является колесо повышенной проходимости, содержащее снабженную приводом ступицу с кривошипными рычагами и охватывающий ступицу упругий обод, включающий гибкий кольцевой элемент, который с помощью упругой ленты соединен с кривошипными рычагами ступицы, а ступица состоит из многозвенного параллелограмного механизма, вращаемого двумя расположенными один в другом валами, за счет чего упругий обод принимает эллиптическую форму /2/.

Однако у этого колеса есть ряд существенных недостатков. Сложный его привод создает определенные трудности для практической реализации. Кроме того, такое колесо по своей кинематической структуре не позволяет менять его геометрию, например эллиптическую форму на форму круглую и/или наоборот.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое решение, является создание колеса, позволяющего получить высокие эксплуатационные качества при движении транспортного средства независимо от дорожных условий, в частности при движении вездехода на автомобильных дорогах.

Поставленная задача решается за счет получения технического результата, который заключается в упрощении конструкции колеса и возможности изменения его геометрии в зависимости от дорожных условий.

Указанный технический результат достигается тем, что у колеса повышенной проходимости, содержащем снабженную приводом ступицу с кривошипными рычагами и охватывающий ступицу упругий обод, соединенный тягами с кривошипными рычагами, особенностью является то, что в ступице с возможностью вращения установлено соосно с нею центральное колесо и равнорасположенные по окружности входящие в зацепление с центральным колесом и жестко соединенные с кривошипными рычагами сателлиты, а для обеспечения возможности блокировки центрального колеса со ступицей она снабжена устройством блокировки. Устройство, обеспечивающее возможность блокировать центральное колесо со ступицей, состоит из подвижного вдоль оси шлицевого вала, который в одном из крайних положений с помощью шлицов соединяет центральное колесо со ступицей, а в другом крайнем положении разъединяет их.

По другому варианту исполнения колеса повышенной проходимости технический результат достигается тем, что ступица дополнительно снабжена устройством, обеспечивающим возможность формирования упругого обода эллиптической и/или круглой форм, при этом для формирования упругого обода эллиптической формы каждый кривошипный рычаг устанавливается относительно предыдущего со смещением по фазе на угол α=360^o/n, где n - число кривошипных рычагов, а для придания ободу круглой формы кривошипные рычаги устанавливаются таким образом, чтобы точки их соединения с упругим ободом находились на равном удалении от оси вращения ступицы. Устройство, обеспечивающее возможность формирования упругого обода эллиптической и/или круглой форм, состоит из подвижного вдоль оси шлицевого вала, который установлен в шлицах центрального колеса, выполненного из двух подвижных в окружном направлении частей, одна из которых находится в зацеплении с одним рядом четырех равнорасположенных по окружности сателлитов, а другая часть другим рядом также четырех равнорасположенных по окружности сателлитов, при этом в одном из крайних положений шлицевой вал соединяет между собою обе части центрального колеса, а в другом крайнем положении разъединяет их, причем в этом положении шлицевой вал выполнен с возможностью вращения.

Предлагаемое колесо повышенной проходимости представляет собою не сложную, но надежную в работе и технологичную в изготовлении конструкцию, т. к. использован планетарный механизм при формировании обода упругой формы. Оно обладает возможностью эффективно преодолевать все категории грунтов, встречающихся в условиях бездорожья, а для движения транспортного средства по автомобильным дорогам упругий обод колеса формируется из эллиптической формы в круглую и после блокировки центрального колеса со ступицей колесо по изобретению работает в режиме стандартных автомобильных колес.

На фиг.1 дана кинематическая схема колеса; на фиг.2 - вид А на фиг.1; на фиг. 3 - вид Б на фиг.1; на фиг.4 изображен пример исполнения устройства для блокировки центрального колеса со ступицей и для изменения геометрии колеса.

Колесо по изобретению включает упругий обод 1, ступицу 2, закрепленную на балке 3, и приводной вал 4.

Внутри ступицы 2 расположено центральное колесо 5 с возможностью вращения и на валах 6 восемь равнорасположенных по окружности сателлитов 7. Последние находятся в зацеплении с центральным колесом 5 и расположены в два ряда, по четыре сателлита в каждом ряду.

Четыре равнорасположенных по окружности вала 6 выполнены с правым выходом наружу и четыре равнорасположенных по окружности вала 6 выполнены с левым выходом, при этом валы с левым выходом смещены по окружности на 45^o относительно валов с правым выходом. На выходных концах валов 6 выполнены кривошипные рычаги 8, которые свободными концами с помощью тяг 9 соединены с упругим ободом 1. При установке каждого последующего кривошипного рычага 8 относительно предыдущего со смещением по фазе на угол 45^o, как это показано на фиг. 2 и 3, упругий обод 1 принимает эллиптическую форму.

При установке кривошипных рычагов 8, расположенных с правой стороны (см. фиг. 3), по схеме расположения кривошипных рычагов 8, расположенных с левой стороны (см. фиг. 2), все точки соединения тяг 9 с кривошипными рычагами 8 располагаются на одинаковом расстоянии от оси вращения ступицы 2 и в результате этого упругий обод 1 принимает круглую форму.

В статике эллиптического колеса приходящаяся масса груза на ступицу 2 через гибкие связи 9, расположенные на верхней половине колеса, передается на упругий обод 1. Большая часть груза воспринимается тягами 9, расположенными в зоне малой оси эллипса. Под действием приходящейся массы груза большая ось эллипса расположена параллельно опорной поверхности грунта. При вращении ступицы 2 приводным валом 4 против часовой стрелки сателлиты 7 за счет обкатывания колеса 5 вращают кривошипные рычаги 8 против часовой стрелки. Кривошипные рычаги 8, расположенные в нижней половине колеса с левой стороны, с помощью тяг 9 подтягивают ступицу в сторону движения, а кривошипные рычаги 8, расположенные в верхней половине колеса с правой стороны, подтягивают упругий обод 1 в сторону движения ступицы. Таким образом, крутящий момент приводного вала 4 реализуется на передвижение с помощью пары сил. При исполнении пары центральное колесо-сателлит с передаточным числом, равным двум, центральное колесо 5 не вращается, а только совершает колебательные движения в ту или другую сторону в зависимости от характера изменения профиля местности. При передаточном числе пары центральное колесо-сателлит менее двух центральное колесо вращается в сторону, противоположную вращению ступицы. При передаточном числе, равном единице, центрального колесо вращается с угловой скоростью вращения ступицы, но в противоположную сторону. При передаточном числе, равном более двух, центральное колесо вращается в сторону вращения ступицы.

На фиг.4 изображен пример исполнения устройства для блокировки центрального колеса 5 со ступицей 2 и для изменения геометрии упругого обода 1. Чтобы стало возможным менять геометрию колеса с помощью такого устройства, центральное колесо 5 выполнено из двух вращающихся относительно друг друга частей, одна из которых находится в зацеплении с правым рядом сателлитов 7, другая с левым. Внутри шлицевых отверстий центрального колеса 5 и ступицы 2 установлен подвижный в осевом направлении шлицевой вал 10, который выполнен с возможностью занимать три позиции. На первой позиции шлицевой вал 10 блокирует между собою ступицу 2 с центральным колесом 5. Блокировка применяется при движении транспорта на колесах круглой формы и при движении на эллиптических колесах для преодоления рыхлых, сыпучих и т.п. грунтов, а также при движении в жидкой среде на плаву. При расположении шлицевого вала 10 на второй позиции ступица 2 и центральное колесо 5 между собою разблокированы. В это время колесо работает в гусеничном режиме. Вращение колеса осуществляется при расположении большой оси эллипса параллельно поверхности движения. Радиус качения по сравнению с радиусом качения при круглой форме колеса удваивается. Гусеничный режим используется главным образом для преодоления грунтов с низкой несущей способностью. Третья позиция шлицевого вала используется для изменения геометрии колеса.

Формирование упругого обода 1 из круглой формы в эллиптическую осуществляется следующим образом.

Колесо устанавливают таким образом, чтобы кривошипные рычаги 8 внутреннего ряда сателлитов 7 были расположены по схеме, как это показано на фиг.2. Затем шлицевой вал 10 выводят на третью позицию. В это время он будет соединен только с наружной частью центрального колеса 5. Далее путем его поворота против часовой стрелки кривошипные рычаги 8 наружного ряда сателлитов 7 устанавливают по схеме, как это показано на фиг.3. Затем шлицевой вал 10 возвращают на первую или вторую позицию в зависимости от дорожных условий, которые определяют режим работы колеса.

Для формирования упругого обода 1 из эллиптической формы в круглую колесо устанавливают так же, как и в первом случае, таким образом, чтобы кривошипные рычаги 8 внутреннего ряда сателлитов 7 были расположены по схеме, показанной на фиг.2. Шлицевой вал 10 после его установки на третью позицию поворачивают по часовой стрелке на угол α=360^o/in; где - i передаточное отношение центрального колеса 5 к сателлиту 7, а n - число кривошипных рычагов 8 в одном ряду сателлитов 7. При описываемом примере исполнения устройства, обеспечивающего изменение геометрии упругого обода 1, число сателлитов 7 в одном ряду может быть равно только четырем. Поэтому, при передаточном числе i= 2 шлицевой вал 10 нужно повернуть на угол α=45^o. Затем центральное колесо 5 блокируется со ступицей 2 путем установки шлицевого вала 10 на первую позицию.

Данное изобретение, включающее указанные отличительные признаки в сочетании с другими признаками, изложенными в формуле, позволяет создавать высокоэффективные транспортные средства, которые принципиально отличаются от известных наземных средств передвижения и обладают высокими эксплуатационными качествами как в условиях бездорожья, так и на автомобильных дорогах. Для движения транспортных средств по бездорожью колеса по изобретению формируют эллиптической формы. В зависимости от условий бездорожья эллиптическое колесо может работать в двух режимах - в гусеничном и колесном. В случае передвижения по грунтам с низкой несущей способностью работу эллиптического колеса переводят на гусеничный режим путем разблокирования центрального колеса со ступицей. В это время большая ось эллипса расположена параллельно поверхности движения. Радиус качения колеса по сравнению этого же колеса круглой формы удваивается. Соответственно удельное давление на грунт находится на уровне гусеничных машин. В случае преодоления рыхлых, сыпучих и т. п. грунтов, а также движения в жидкой среде на плаву работа эллиптического колеса переводится на колесный режим путем блокировки ступицы с центральным колесом. Вращение эллиптического колеса осуществляется вместе с осями эллипса. При работе эллиптического колеса в таком режиме взаимодействует в отличие от известных колесных и гусеничных движителей с окружающей средой объемно. Поэтому резко растет тяга на передвижение. Более того, чтобы передвигаться по воде на плаву, нет необходимости транспортное средство оборудовать специальным движителем.

Перевод колеса эллиптической формы в круглое осуществляется для движения транспортного средства по автомобильным дорогам. В это время эксплуатационные качества того же транспортного средства находятся на уровне автомобиля на арочных шинах.

Источники информации
1. Патент 3779616 США, кл. 305-19, 1973 г.

2. Авторское свидетельство 747745 СССР, кл. В 60 В 9/00, 1980 г. (прототип).

Использование: в транспортном машиностроении в качестве ходовой части транспортных средств высокой проходимости. Обеспечивает возможность транспортным средствам эффективно преодолевать бездорожье независимо от характера грунтов и профиля местности. Сущность изобретения: колесо состоит из ступицы с приводом и упругого обода, которые соединены между собой кривошипными рычагами, выполненными в ступице. Ступица выполнена в виде планетарного механизма, состоящего из равнорасположенных по окружности группы жестко связанных кривошипными рычагами сателлитов, находящихся в зацеплении с центральным колесом. Для преодоления слабонесущих грунтов колесо имеет эллиптическую форму и работает в гусеничном режиме. При этом большая часть эллипса расположена параллельно поверхности движения. Для преодоления выступающих препятствий большая часть эллипса устанавливается под определенным углом к поверхности движения, создавая таким образом по подобию гусеничного движителя угол въезда. Для преодоления рыхлых, сыпучих и т.п. грунтов, а также для движения в жидкой среде на плаву колесо работает как в шагающем режиме. В это время колесо вращается вместе с осями эллипса. Для длительного пробега транспортного средства по твердым дорогам колесо переводится в круглую форму и работает в режиме обычного колеса. Технический результат изобретения: упрощение конструкции колеса, возможность путем изменения его геометрии и режима работы оптимизировать параметры к конкретным дорожным условиям. 2 с. и 2 з.п.ф-лы, 4 ил.

1. Колесо повышенной проходимости, содержащее снабженную приводом ступицу с кривошипными рычагами и охватывающий ступицу упругий обод, соединенный тягами с кривошипными рычагами, отличающееся тем, что в ступице с возможностью вращения установлено соосно с нею центральное колесо и равнорасположенные по окружности входящие в зацепление с центральным колесом и жестко связанные с кривошипными рычагами сателлиты, ступица снабжена устройством, обеспечивающим возможность блокировки центрального колеса со ступицей. 2. Колесо повышенной проходимости по п.1, отличающееся тем, что устройство, обеспечивающее возможность блокировки центрального колеса со ступицей, состоит из подвижного вдоль оси шлицевого вала, который в одном из крайних положений с помощью шлицов соединяет центральное колесо со ступицей, а в другом крайнем положении разъединяет их. 3. Колесо повышенной проходимости, содержащее снабженную приводом ступицу с кривошипными рычагами и охватывающий ступицу упругий обод, соединенный тягами с кривошипными рычагами, отличающееся тем, что в ступице с возможностью вращения установлено соосно с нею центральное колесо и равнорасположенные по окружности входящие в зацепление с центральным колесом и жестко связанные с кривошипными рычагами сателлиты, ступица снабжена устройством, обеспечивающим возможность блокировки центрального колеса со ступицей, и дополнительно снабжена устройством, обеспечивающим возможность формирования упругого обода эллиптической или круглой форм, при этом для формирования упругого обода эллиптической формы каждый кривошипный рычаг установлен относительно предыдущего со смещением по фазе на угол α=360^o/n, где n - число кривошипных рычагов, а для придания ободу круглой формы кривошипные рычаги установлены так, чтобы точки их соединения с упругим ободом располагались на одинаковом расстоянии от оси вращения ступицы. 4. Колесо повышенной проходимости по п.3, отличающееся тем, что устройство, обеспечивающее возможность формирования упругого обода эллиптической или круглой форм, состоит из подвижного вдоль оси шлицевого вала, который установлен в шлицах центрального колеса, выполненного из двух подвижных в окружном направлении частей, одна из которых находится в зацеплении с одним рядом четырех равнорасположенных по окружностям сателлитов, а другая часть с другим рядом также четырех равнорасположенных по окружности сателлитов, при этом в одном из крайних положений шлицевой вал соединяет между собою обе части центрального колеса, а в другом крайнем положении разъединяет их, причем в этом положении шлицевой вал выполнен с возможностью вращения.