Поворотная вилка ведущего колеса транспортного средства Российский патент 2024 года по МПК B60K17/30 B62D5/00 

Изобретение относится к транспортным средствам, а именно к устройствам рулевого управления, в частности к самоходным транспортным средствам, и может быть использовано в качестве рулевого управления транспортного средства, обеспечивающего управление электромотором при бесконечном повороте колеса, например, электромобиля, в качестве катального аттракциона в парках отдыха, например, игрового электромобиля на автодромах, для езды по дорогам с большой загруженностью и бездорожью, в велосипедах и веломобилях, в качестве электрического транспорта на производстве, благодаря повышенной маневренности, обеспечивающей улучшенную проходимость.

Известно транспортное средство для аттракционов по авторскому свидетельству СССР №1461652, кл. B60K 17/30, 1989 г., содержащее раму, рулевое управление, связанный с ними с возможностью кругового вращения в горизонтальной плоскости передний ведущий мост, закрепленный на раме двигатель, трансмиссию и движители в виде двух передних колес. Два передних управляемых колеса соединены между собой через дифференциал, ступицы их смонтированы на подшипниках на трубах картера дифференциала, а передний мост выполнен в виде вертикальной трубы с присоединенной к ней в нижней части картером дифференциала, установленной на подшипниках в кондукторе, прикрепленном к раме, при этом связь переднего моста с рулевым управлением осуществлена от установленного на трубе ведомого звена передачи от рулевого управления, кроме того, трансмиссия снабжена центральной передачей, проходящим через трубу вертикальным валом и предохранительной фрикционной муфтой, последовательно соединяющими корпус дифференциала с валом двигателя.

Однако, устройство, обеспечивающее возможность кругового вращения передних колес рулевого управления в горизонтальной плоскости, необходимую маневренность на площадке аттракциона и относительную проходимость по дорогам, представляет собой сложную конструкцию, в которой двигатель располагают на неподвижной раме и передачу вращения осуществляют через два угловых редуктора, что значительно усложняет всю трансмиссию и создает дополнительный поворотный момент при передаче вращения на колесо. Такая вышеописанная конструкция с дифференциалом не позволяет транспортному средству двигаться, если одно из ведущих колес будет вывешено на препятствии, не имея сцепления с поверхностью дороги.

Известно устройство рулевого управления для мотор-колесного транспортного средства по патенту Российской Федерации №2753938, кл. B62D 5/00, 2021 г., принятое заявителем за прототип. Оно содержит рулевой вал, вилки мотор-колес, рулевую трубу. Каждая из вилок мотор-колес включает в себя два амортизатора с пружинами, съемно закрепленными на поперечине с рулевой трубой, на которой закреплен зубчатый шкив для ременной передачи. Ниже уровня пола кузова или рамы транспортного средства установлен фальшпол, между которыми размещена ось рулевого редуктора, на которой закреплен рулевой шкив ременной передачи. Между кузовом или рамой и фальшполом расположен центральный шкив, на который поступает вращательное движение от рулевого шкива ременной передачи, далее с центрального шкива посредством ремней движение поступает на каждый зубчатый шкив, расположенный на рулевой трубе, который в свою очередь вращает вилку с расположенным в ней мотор-колесом.

Данная конструкция является экологически чистой, имеет все, независимые колеса, малый вес, увеличенную грузоподъемность, вилка которой вместе с находящимися в ней колесом-мотором, как и вилка переднего колеса велосипеда, может вращаться на 360 градусов.

Но, так как, такая вилка имеет консольную опору, то радиальное усилие на ось вращения в районе колеса имеет ограниченное значение и при превышении нагрузки ось может согнуться или сломаться. У такой вилки все усилия воспринимают два радиально-упорных подшипника. В данной конструкции не раскрыт еще один очень важный момент: каким образом осуществляют управление мотор-колесом или электромотором, в случае его использования, а также подключение электромотора к электропитанию, которое обеспечивает вилке свободное вращение на 360 градусов, не запутывая и не обрывая провода питания и управления.

Технической проблемой при создании поворотной вилки ведущего колеса транспортного средства является устранение или, по меньшей мере, снижение усилий на ось вилки в горизонтальном направлении.

Поставленная проблема решается тем, что в предлагаемом решении поворотная вилка ведущего колеса транспортного средства, содержащая стойки, соединенные между собой поперечиной, ось поворота вилки, размещенную на поперечине и соединенную с рулевым колесом, ось вращения колеса с установленным на ней ведущим колесом, снабжена упорным кольцом и опорными роликами, а колесо выполнено ведущим и снабжено приводом, причем упорное кольцо охватывает поворотную вилку и выполнено с возможностью установки на раме транспортного средства, а опорные ролики размещены на диске и установлены в вилке с возможностью качения по внутренней поверхности упорного кольца.

Кроме того, привод ведущего колеса выполнен в виде электромотора и гибкого бесконечного элемента, причем электромотор размещен в вилке над ведущим колесом и закреплен на стойке вилки, а гибкий бесконечный элемент охватывает выходной вал электромотора и ось вращения ведущего колеса с возможностью передачи вращательного движения на ведущее колесо.

Кроме того, опорные ролики установлены равномерно по окружности диска с возможностью вращения вокруг вертикальной оси.

Кроме того, приводные элементы привода вращения ведущего колеса подобраны с возможностью использования этих элементов с разным передаточным отношением.

Кроме того, по окружности диска установлены опорные ролики в количестве не менее трех.

Кроме того, поворотная вилка выполнена с возможностью установки мотор-колеса.

Кроме того, для обеспечения возможности полного кругового поворота вилки ось поворота вилки выполнена полой, внутри которой размещены провода для питания и управления электромотором, а для передачи напряжения на провода питания и управления электромотором на раме транспортного средства неподвижно установлен щеточный узел, причем провода прикреплены к токосъемным кольцам, установленным с возможностью вращения вместе с вилкой.

Технический результат от использования предлагаемого изобретения заключается в том, что заявленная конструкция позволяет значительно снизить нагрузки на поворотную ось, разложив их, нагрузки, на элементы конструкции предлагаемой поворотной вилки, так в горизонтальном направлении огромные усилия вилка воспринимает за счет использования упорного кольца, вертикальную силу в предлагаемой вилке воспринимает центральный подшипник, а радиальную силу от колеса воспринимает не поворотная ось, а опорные ролики, опирающиеся на упорное кольцо, тем самым обеспечив легкий поворот ведущего колеса бесконечно на 360 градусов в любую сторону.

На фиг. 1 изображена поворотная вилка ведущего колеса транспортного средства в сборе с ведущим колесом, рулевым управлением и приводом вращения ведущего колеса, общий вид;

На фиг. 2 - поворотная вилка общий вид, вид спереди;

На фиг. 3 - вид А на фиг. 2, поворотаая вилка в сборе с ведущим колесом, с центральным подшипником, установленным на оси поворота вилки, с круговой рулевой рейкой, и соединение рулевого колеса с круговой рулевой рейкой, вид слева;

На фиг. 4 изображено сечение Б-Б на фиг. 2, взаимное расположение диска с опорными роликами и упорного кольца, закрепленного на раме транспортного средства; полая ось поворота вилки, полость которой предназначена для размещения проводов питания и управления электромотором; центральный подшипник, в котором установлена ось поворота вилки; щеточный узел и токосъемные коллекторные кольца.

Поворотная вилка ведущего колеса транспортного средства содержит стойки вилки 1 и 2, соединенные между собой поперечиной 3, ось 4 поворота поворотной вилки, размещенную на поперечине 3 и соединенную с рулевым колесом 5 рулевого управления, а также ось 6 вращения колеса с установленным на ней ведущим колесом 7.

В состав рулевого управления входят рулевое колесо 5, соединенное рулевым валом 8 с круговой рулевой рейкой 9, которая установлена на оси 4 поворота вилки и жестко связана с поперечиной 3 с целью поворота вилки, а ось 4 поворота вилки размещена на центральном подшипнике 10, установленном на поперечине 3 для облегчения поворота поворотной вилки и восприятия части вертикальной нагрузки, предназначенной для воздействия на поворотную ось 4.

При этом ось 4 поворота поворотной вилки выполнена полой для обеспечения возможности полного кругового поворота вилки, так как внутри полой оси размещены силовые провода питания и провода управления приводным двигателем, которые могли бы препятствовать этому свободному повороту, а для передачи напряжения на провода питания и управления электромотором 11, который использован в качестве приводного двигателя, на раме 12 транспортного средства неподвижно установлен щеточный узел 13. Причем упомянутые провода прикреплены к токосъемным коллекторным кольцам 14, установленным на поперечине 3 с возможностью вращения вместе с вилкой.

Поворотная вилка снабжена упорным кольцом 15 и опорными роликами 16, а колесо 7 выполнено ведущим и снабжено приводом.

Причем упорное кольцо 15 охватывает поворотную вилку и выполнено с возможностью установки на раме 12 транспортного средства. А опорные ролики 16 размещены на диске 17 и установлены в опорной вилке с возможностью качения по внутренней поверхности упорного кольца 15. Диск 17 закреплен внутри опорной вилки. При этом опорные ролики 16 установлены горизонтально и размещены равномерно по окружности диска 17 и с возможностью вращения вокруг вертикальной оси. Минимальное количество опорных роликов 16, устанавливаемых по окружности диска 17, должно быть не менее трех. Чем больше опорных роликов 16, тем большую силу, воздействующую на поворотную вилку, они могут выдержать.

Привод ведущего колеса 7 выполнен в виде электромотора 11 и гибкого бесконечного элемента 18, например, в виде цепи или ремня. Причем электромотор 11 размещен в поворотной вилке над ведущим колесом 7 и закреплен на одной из стоек вилки, а гибкий бесконечный элемент 18 охватывает выходной вал 19 электромотора 11 и ось 6 вращения ведущего колеса 7, на которой установлена звездочка 20, с целью передачи вращательного движения на ведущее колесо 7. Приводные элементы привода вращения ведущего колеса 7: диаметр выходного вала 19 электромотора И, диаметр звездочки 20 и длина гибкого бесконечного элемента 18, подобраны с возможностью использования этих элементов с разным передаточным отношением и использовать разные электромоторы 11, чего нельзя сделать с мотор-колесом.

В такой поворотной вилке можно также использовать и мотор-колесо, если его характеристики будут совпадать с техническим заданием разрабатываемого транспортного средства, а также возможно использование специализированного колеса разработанного конкретно для данного транспортного средства.

Данная поворотная вилка воспринимает большие нагрузки в горизонтальном направлении за счет использования в своей конструкции упорного кольца 15. Вертикальную нагрузку воспринимает центральный подшипник 10, который установлен на поперечине 3, а радиальную силу от колеса воспринимает не поворотная ось 4 поворотной вилки, в отличие от прототипа, а опорные ролики 16, опирающиеся на внутреннюю поверхность упорного кольца 15, закрепленного на раме 12 транспортного средства. В таком случае, воспринимаемые поворотной вилкой нагрузки, во многом зависят от стойкости центрального подшипника 10 и опорных роликов 16, которые не только берут на себя значительную часть передаваемых на ось 4 поворота поворотной вилки нагрузок, но и исключают ее поломку и обеспечивают ей, вилке, свободное вращение на 360 градусов, а провода, проходящие в полости 21 полой оси поворота вилки, не мешают полному вращению вилки.

Поворотная вилка ведущего колеса транспортного средства работает следующим образом.

Водитель, сидящий в транспортном средстве, включает электромотор 11 и, начиная движение, рулевым колесом 5 направляет средство с места парковки (остановки, стоянки).

Поворот колеса 7 осуществляют с помощью круговой рулевой рейки 9, таким образом, чтобы можно было установить токосъемные коллекторные кольца 14 для питания электромотора 11 и управления им. Блок управления (контроллер) может находиться внутри вилки или на раме 12 транспортного средства, все зависит от устройства электромотора 11. Например, для управления коллекторного мотора достаточно двух силовых проводов, а для управления бесколлекторного BLDC-мотор потребуется не менее трех проводов. Это обеспечат токосъемные кольца 14 коллекторов и графитные щетки щеточного узла 13.

Для этого рулевое колесо 5, воздействуя на ось 4 поворота поворотной вилки через круговую рулевую рейку 9, которая жестко связана с поперечиной 3, поворачивает вилку в сторону, вправо или влево, выезда. При этом опорные ролики 16 обкатываются по внутренней поверхности упорного кольца 15, неподвижно закрепленного на раме 12 транспортного средства, а стойки вилки 1 и 2, на оси 6 вращения колеса которой установлено ведущее колесо 7, поворачивают его на нужный угол вокруг оси 4 поворота поворотной вилки, установленной на центральном подшипнике 10, который используют для облегчения поворота и восприятия вертикальной нагрузки.

При подаче напряжения на электромотор, электромотор 11 посредством привода, а именно, гибкого бесконечного элемента 18 и звездочки 20, снятый с выходного вала 19 крутящий момент, передает как вращательное движение на ведущее колесо 7, за счет чего транспортное средство начинает движение.

При необходимости совершить поворот, водитель осуществляет вращение рулевого колеса 5 в нужную сторону. Это вращение передается через ось 4 поворота поворотной вилки и контакта опорных роликов 16 с внутренней поверхностью упорного кольца 15. Вращением рулевого колеса 5 водитель может осуществлять равноценный поворот в любую сторону, а также перемещение задним ходом. При необходимости остановки водитель выключает электромотор 11 и транспортное средство останавливается.

Использование предлагаемого технического решения позволило значительно снизить нагрузки на поворотную ось поворотной вилки, разложив их на элементы конструкции предлагаемой вилки, так в горизонтальном направлении большие усилия поворотная вилка воспринимает за счет использования упорного кольца, вертикальную силу в предлагаемой поворотной вилке воспринимает центральный подшипник, а радиальную силу от колеса воспринимает не поворотная ось, а опорные ролики, опирающиеся на упорное кольцо, тем самым, обеспечив легкий поворот ведущего колеса бесконечно на 360 градусов в любую сторону.

Предложенную заявителем поворотную вилку ведущего колеса транспортного средства за ее возможное универсальное использование на транспортных средствах различного назначения не только в качестве катального аттракциона в парках отдыха и игрового электромобиля на автодромах, в велосипедах и веломобилях, можно назвать колесным модулем управляемым транспортного средства.

Изобретение относится к области машиностроения. Поворотная вилка ведущего колеса транспортного средства, содержащая стойки, соединенные между собой поперечиной, ось поворота вилки, размещенную на поперечине и соединенную с рулевым колесом, ось вращения колеса с установленным на ней ведущим колесом, снабжена упорным кольцом и опорными роликами, причем упорное кольцо охватывает поворотную вилку и выполнено с возможностью установки на раме транспортного средства, а опорные ролики размещены на диске и установлены в вилке с возможностью качения по внутренней поверхности упорного кольца. Кроме того, опорные ролики установлены равномерно по окружности диска с возможностью вращения вокруг вертикальной оси. Кроме того, по окружности диска установлены опорные ролики в количестве не менее трех. Достигается снижение усилий на ось вилки в горизонтальном направлении. 6 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Поворотная вилка ведущего колеса транспортного средства, содержащая стойки, соединенные между собой поперечиной, ось поворота вилки, размещенную на поперечине и соединенную с рулевым колесом, ось вращения колеса с установленным на ней ведущим колесом, отличающаяся тем, что она снабжена упорным кольцом и опорными роликами, а колесо выполнено ведущим и снабжено приводом, причем упорное кольцо охватывает поворотную вилку и выполнено с возможностью установки на раме транспортного средства, а опорные ролики размещены на диске и установлены в вилке с возможностью качения по внутренней поверхности упорного кольца.

2. Поворотная вилка по п. 1, отличающаяся тем, что привод ведущего колеса выполнен в виде электромотора и гибкого бесконечного элемента, причем электромотор размещен в вилке над ведущим колесом и закреплен на стойке вилки, а гибкий бесконечный элемент охватывает выходной вал электромотора и ось вращения ведущего колеса с возможностью передачи вращательного движения на ведущее колесо.

3. Поворотная вилка по п. 1, отличающаяся тем, что опорные ролики установлены равномерно по окружности диска с возможностью вращения вокруг вертикальной оси.

4. Поворотная вилка по п. 1, отличающаяся тем, что приводные элементы привода вращения ведущего колеса подобраны с возможностью использования этих элементов с разным передаточным отношением.

5. Поворотная вилка по п. 1, отличающаяся тем, что по окружности диска установлены опорные ролики в количестве не менее трех.

6. Поворотная вилка по п. 2, отличающаяся тем, что она выполнена с возможностью установки мотор-колеса.

7. Поворотная вилка по п. 1, отличающаяся тем, что для обеспечения возможности полного кругового поворота вилки ось поворота вилки выполнена полой, внутри которой размещены провода для питания и управления электромотором, а для передачи напряжения на провода питания и управления электромотором на раме транспортного средства неподвижно установлен щеточный узел, причем провода прикреплены к токосъемным кольцам, установленным с возможностью вращения вместе с вилкой.