可切换运动形态并变换外形的非充气车轮及其变换方法与流程

1.本发明涉及一种新式非充气车轮设计，尤其涉及一种可切换运动形态并变换外形的非充气车轮及其变换方法。


背景技术：

2.传统充气车轮由于其充气局限性，在很多场合都无法使用，为此非充气车轮出现在大众视野，现有的非充气车轮都是在原先充气车轮的结构基础上去除充气结构，采用网面结构等替代充气结构，虽然能够有效防止爆胎等情况，但是由于传统车轮结构的局限性，在一些路况较差的场合仍然无法广泛使用。
3.反观另一种常见的驱动结构
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履带驱动，其通过性极佳，且同样不存在有爆胎等充气结构的缺点，但是其速度较慢，无法广泛运用到汽车上，只能针对特种汽车进行推广。
4.汽车的通过性是指在一定车载质量下，汽车能以足够高的平均车速通过各种坏路及无路地带和克服各种障碍的能力，要想加强汽车通过性，越障能力要保障，速度也要保证，因此需要对传统车轮结构进行改进。履带驱动需要保证接地面积，车轮滚动需要保证车轮为圆形（圆形最大减少滚动阻力），结合两点要求，结构的切换就是变形车轮的首要要求。现有的研究都有涉及到车轮变形，但是车轮变形后的动力驱动方式的切换也不可忽视。


技术实现要素：

5.本发明旨在车轮变形的同时改进其动力驱动方式，提供一种可切换运动形态并变换外形的非充气车轮及其变换方法。
6.本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：可切换运动形态并变换外形的非充气车轮，包括履带、支撑机构、形变机构、形变驱动机构、推式膜片弹簧离合器、以及动力传动机构；所述支撑机构包含第一至第二支撑三角框、第一至第三承重轮、以及第一至第三承重转轴，其中，所述第一、第二支撑三角框结构相同且平行设置；所述第一至第三承重转轴一一对应设置在第一、第二支撑三角框的三个顶点之间，均一端和所述第一支撑三角框垂直固连，另一端和所述第二支撑三角框垂直固连；所述第一至第三承重轮分别一一对应设置在所述第一至第三承重转轴上，能够自由转动；所述形变机构包含第一至第三形变单元；所述第一至第三形变单元结构相同，均包含第一至第四变形凸块、第一至第二铰接柱、第一至第四铰接杆、以及协同杆；所述第一至第四变形凸块结构相同，均包含第一圆弧面、第二圆弧面、第一侧面和第二侧面，其中，所述第一侧面、第二侧面平行设置；所述第一圆弧面、第二圆弧面开口相向且对称设置，第一圆弧面、第二圆弧面的两侧均分别和所述第一侧面、第二侧面垂直固连；所述第一圆弧面沿其长度方向设有t形滑槽；所述第二圆弧面的一端设有铰接环，且第二圆弧面上设有铰接点；
所述第一、第二变形凸块的在其铰接环处通过所述第一铰接柱铰接，第三、第四变形凸块在其铰接环处通过所述第二铰接柱铰接；所述第一、第二铰接杆的一端均和所述协同杆的一端铰接，另一端分别和所述第一、第二变形凸块的铰接点对应铰接；所述第三、第四铰接杆的一端均和所述协同杆的另一端铰接，另一端分别和所述第三、第四变形凸块的铰接点对应铰接；所述第一至第四铰接杆均垂直于所述协同杆；所述履带在其内壁两侧周向设有若干和所述t形滑槽相匹配的t形滑块；所述第一至第三变形单元周向均匀设置在所述履带内，其第一、第二变形凸块上的t形滑槽和履带内壁一侧的t形滑块相配合，第三、第四变形凸块上的t形滑槽和履带内壁另一侧的t形滑块相配合；所述支撑机构设置在履带内，其第一至第三承重轮均和所述履带内壁两侧t形滑块之间的部分相抵，且第一承重转轴和第一形变单元的第一、第二铰接柱同轴，第二承重转轴和第二形变单元的第一、第二铰接柱同轴，第三承重转轴和第三形变单元的第一、第二铰接柱同轴；所述第一至第三形变单元中第一至第四变形凸块均还设有和其t形滑槽相联通限位凹槽，所述限位凹槽内均设有电动伸缩杆和限位板；所述电动伸缩杆一端在限位凹槽内固定，另一端和所述限位板固连，用于控制限位板从限位凹槽内伸入t形滑槽中锁住履带内壁的t形滑块、或控制限位板从t形滑槽中缩入限位凹槽内使得t形滑块能够自由滑动；所述形变驱动机构包含三角板、第一至第三外固定杆、固定板、第一至第三内固定杆、电机、调整板、第一至第三滑杆、以及第一至第三联动杆；所述三角板设置在所述第一三角框远离第二三角框的一侧；所述第一至第三外固定杆均设置在所述三角板和第一三角框之间；第一至第三外固定杆的一端分别和第一三角框三条边对应固连，另一端均和所述三角板固连，使得三角板、第一三角框、第二三角框同轴；所述固定板为圆板，设置在所述三角板和所述第一三角框之间；所述第一至第三内固定杆周向均匀设置在所述三角板和固定板之间，均一端和所述三角板固连，另一端和所述固定板固连，使得固定板、三角板同轴；所述调整板包含基板以及第一至第三转动凸轮，其中，所述基板为圆板；所述第一至第三转动凸轮周向均匀设置在所述基板侧壁上；所述电机固定在所述固定板靠近三角板一侧的端面的中心，输出轴和所述调整板的中心同轴固连；所述调整板平行于所述三角板；所述三角板围绕调整板周向均匀设有第一至第三滑槽；所述第一至第三滑杆结构相同，一一对应设置在所述第一至第三滑槽内，能够自由滑动；所述第一至第三滑杆的内侧均和所述调整板的侧壁相抵，外侧分别和所述第一至第三变形单元的协同杆垂直固连；所述第一至第三滑杆上均设有铰接点；所述推式膜片弹簧离合器的飞轮外壁呈齿轮状，且推式膜片弹簧离合器的分离轴承的外壁上周向均匀设有三个铰接点；所述推式膜片弹簧离合器的飞轮位于所述第二三角框远离第一三角框的一侧，且推式膜片弹簧离合器的从动轴和所述固定板远离三角板的端面同轴固连；
所述第一至第三联动杆的一端分别和所述推式膜片弹簧离合器的分离轴承外壁的三个铰接点一一对应铰接，另一端分别和所述第一至第三滑杆上的铰接点一一对应铰接；所述动力传动机构包含第一至第三传动齿轮、第一至第三驱动齿轮、第一至第六转动轴承、以及第一至第三传动杆；所述第一三角框、第二三角框三条边的中点处均设有轴线平行于三角板轴线的轴承安装孔，所述第一至第三转动轴承分别一一对应设置在第一三角框的轴承安装孔，第四至第六转动轴承分别一一对应设置在第二三角框的轴承安装孔中，且第一、第四转动轴承同轴，第二、第五转动轴承同轴，第三、第六转动轴承同轴；所述第一驱动齿轮转轴的两端分别和所述第一、第四转动轴承的内圈同轴固连，第二驱动齿轮转轴的两端分别和所述第二、第五转动轴承的内圈同轴固连，第三驱动齿轮转轴的两端分别和所述第三、第六转动轴承的内圈同轴固连；所述履带内壁上周向均匀设有若干用于和所述第一至第三驱动齿轮相配合的齿孔；所述第一传动杆一端和所述第四转动轴承的内圈同轴固连，另一端和所述第一传动齿轮的转轴同轴固连；所述第二传动杆一端和所述第五转动轴承的内圈同轴固连，另一端和所述第二传动齿轮的转轴同轴固连；所述第三传动杆一端和所述第六转动轴承的内圈同轴固连，另一端和所述第三传动齿轮的转轴同轴固连；所述第一至第三传动齿轮周向均匀设置在所述推式膜片弹簧离合器的飞轮外，且第一至第三传动齿轮均和所述所述推式膜片弹簧离合器的飞轮啮合。
7.本发明还公开了一种该可切换运动形态并变换外形的非充气车轮的轮胎形态变换方法，包含以下过程：首先控制电机转动调整板，使得调整板的三个凸轮顶着第一至第三滑杆往外滑动，直至调整板的三个凸轮的尖部一一对应顶住第一至第三滑杆；一方面，第一至第三滑杆往外滑动时推动第一至第三形变单元的协同杆朝外运动，此时，第一至第三形变单元中的协同杆通过其第一至第四铰接杆使得其第一变形凸块和第二变形凸块绕第一铰接柱展开、第三变形凸块和第四变形凸块绕第二铰接柱展开，将履带撑起形成圆形，第一至第三驱动齿轮和履带内壁的齿孔不接触；另一方面，第一至第三滑杆往外滑动时通过第一至第三联动杆带动推式膜片弹簧离合器的分离轴承沿着其从动轴朝三角板方向运动，使得推式膜片弹簧离合器呈连动状态；然后控制第一至第三形变单元中第一至第四变形凸块内的电动伸缩杆伸长，锁死履带使得履带相对第一至第三形变单元不能移动；此时，可切换运动形态并变换外形的履带式非充气车轮呈轮胎形态，通过带动推式膜片弹簧离合器的飞轮即可带动整个轮胎转动。
8.本发明还公开了一种该可切换运动形态并变换外形的非充气车轮的履带形态变换方法，包含以下过程：首先控制电机转动调整板，使得调整板的三个凸轮之间的空隙分别对应第一至第三滑杆，此时，由于可切换运动形态并变换外形的履带式非充气车轮本身的自重，使得第一至第三形变单元中的第一变形凸块和第二变形凸块绕第一铰接柱收缩、第三变形凸块和第
四变形凸块绕第二铰接柱收缩，且第一至第三形变单元的协同杆推动第一至第三滑杆朝内滑动，此时，履带呈类三角状，履带内的齿孔和所述第一至第三驱动齿轮相配合；第一至第三滑杆朝内滑动时带动第一至第三联动杆运动，进而推动所述推式膜片弹簧离合器的分离轴承沿着其从动轴朝远离三角板的方向运动，使得推式膜片弹簧离合器呈不连动状态；然后控制第一至第三形变单元中第一至第四变形凸块内的电动伸缩杆缩短，使得履带能够相对第一至第三形变单元滑动；此时，可切换运动形态并变换外形的履带式非充气车轮呈履带形态，带动推式膜片弹簧离合器的飞轮转动时，能够通过第一至第三传动齿轮带动第一至第三驱动齿轮转动，进而驱动履带运动。
9.本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：1、本发明借由离合器动力中断的理念，将其运用到车轮上，目的是实现车轮滚动和履带驱动时驱动形式的转变，将推式膜片弹簧离合器的飞轮一侧与车轴连接，当变形为轮胎状态时，推式膜片弹簧离合器呈连动状态，推式膜片弹簧离合器充当轮毂带动整个车轮转动；当变形为履带状态时，推式膜片弹簧离合器呈不连动状态，飞轮充当动力齿轮带动履带运动；2、本发明的动力切换和变形仅依赖于一个电机，这样能保持运行同步性，减少因两个电机在电路实行上损耗的时间，实现变形和动力切换同时完成。
10.3、本发明一改常用车轮的结构方式，采用支撑机构和三角板承载车身质量，支撑机构呈三角形，三角形本身具有稳定性，压力分别加载到支撑机构和三角板总成分担了压力，提高了车轮的承载能力。
11.4、本发明驱动主动盘相比于离合器主动盘，齿轮替代了飞轮，虽然会增加损耗，但是实现了动力的切换。
附图说明
12.图1为本发明呈轮胎状态时的机构示意图；图2为本发明的结构爆炸示意图；图3为本发明中支撑机构的结构示意图；图4为本发明中形变机构的结构爆炸图；图5为中第一形变单元第一变形凸块的第一圆弧面上t形滑槽的结构示意图；图6为本发明中形变驱动机构的结构爆炸图；图7为本发明中调整板的结构示意图；图8为本发明中推式膜片弹簧离合器的结构示意图；图9为本发明中动力传动机构和支撑机构、推式膜片弹簧离合器相配合的结构示意图；图10为本发明呈履带状态时的结构示意图。
13.图中，1
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第一支撑三角框，2
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第二支撑三角框，3
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第一承重轮，4
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第一形变单元的第一变形凸块，5
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第一形变单元的第二变形凸块，6
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第一形变单元第一变形凸块的铰接环，7
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第一形变单元第一变形凸块第二圆弧面上的铰接点，8
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第一铰接杆，9
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第二铰接杆，10
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协同杆，11
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第一形变单元的第三变形凸块，12
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第一形变单元的第四变形凸块，13
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三角板，
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第一外固定杆，15
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固定板，16
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第一内固定杆，17
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电机，18
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调整板，19
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第一滑槽，20
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第一滑杆，21
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第一联动杆，22
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基板，23
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第一转动凸轮，24
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第二转动凸轮，25
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第三转动凸轮，26
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推式膜片弹簧离合器的分离轴承，27
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推式膜片弹簧离合器的从动轴，28
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推式膜片弹簧离合器的飞轮，29
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第一驱动齿轮，30
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第一传动齿轮，31
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第一传动杆。
具体实施方式
14.下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：本发明提供实例使本公开透彻且完整，充分表达本发明的结构涉及，附图中对各总成结构都进行了爆炸图处理。
15.如图1、图2所示，本发明公开了可切换运动形态并变换外形的非充气车轮，包括履带、支撑机构、形变机构、形变驱动机构、推式膜片弹簧离合器、以及动力传动机构；如图3所示，所述支撑机构包含第一至第二支撑三角框、第一至第三承重轮、以及第一至第三承重转轴，其中，所述第一、第二支撑三角框结构相同且平行设置；所述第一至第三承重转轴一一对应设置在第一、第二支撑三角框的三个顶点之间，均一端和所述第一支撑三角框垂直固连，另一端和所述第二支撑三角框垂直固连；所述第一至第三承重轮分别一一对应设置在所述第一至第三承重转轴上，能够自由转动；如图4所示，所述形变机构包含第一至第三形变单元；所述第一至第三形变单元结构相同，均包含第一至第四变形凸块、第一至第二铰接柱、第一至第四铰接杆、以及协同杆；所述第一至第四变形凸块结构相同，均包含第一圆弧面、第二圆弧面、第一侧面和第二侧面，其中，所述第一侧面、第二侧面平行设置；所述第一圆弧面、第二圆弧面开口相向且对称设置，第一圆弧面、第二圆弧面的两侧均分别和所述第一侧面、第二侧面垂直固连；所述第一圆弧面沿其长度方向设有t形滑槽，如图5所示；所述第二圆弧面的一端设有铰接环，且第二圆弧面上设有铰接点；所述第一、第二变形凸块的在其铰接环处通过所述第一铰接柱铰接，第三、第四变形凸块在其铰接环处通过所述第二铰接柱铰接；所述第一、第二铰接杆的一端均和所述协同杆的一端铰接，另一端分别和所述第一、第二变形凸块的铰接点对应铰接；所述第三、第四铰接杆的一端均和所述协同杆的另一端铰接，另一端分别和所述第三、第四变形凸块的铰接点对应铰接；所述第一至第四铰接杆均垂直于所述协同杆；所述履带在其内壁两侧周向设有若干和所述t形滑槽相匹配的t形滑块；所述第一至第三变形单元周向均匀设置在所述履带内，其第一、第二变形凸块上的t形滑槽和履带内壁一侧的t形滑块相配合，第三、第四变形凸块上的t形滑槽和履带内壁另一侧的t形滑块相配合；所述支撑机构设置在履带内，其第一至第三承重轮均和所述履带内壁两侧t形滑块之间的部分相抵，且第一承重转轴和第一形变单元的第一、第二铰接柱同轴，第二承重转轴和第二形变单元的第一、第二铰接柱同轴，第三承重转轴和第三形变单元的第一、第二铰接柱同轴；所述第一至第三形变单元中第一至第四变形凸块均还设有和其t形滑槽相联通限
位凹槽，所述限位凹槽内均设有电动伸缩杆和限位板；所述电动伸缩杆一端在限位凹槽内固定，另一端和所述限位板固连，用于控制限位板从限位凹槽内伸入t形滑槽中锁住履带内壁的t形滑块、或控制限位板从t形滑槽中缩入限位凹槽内使得t形滑块能够自由滑动；如图6所示，所述形变驱动机构包含三角板、第一至第三外固定杆、固定板、第一至第三内固定杆、电机、调整板、第一至第三滑杆、以及第一至第三联动杆；所述三角板设置在所述第一三角框远离第二三角框的一侧；所述第一至第三外固定杆均设置在所述三角板和第一三角框之间；第一至第三外固定杆的一端分别和第一三角框三条边对应固连，另一端均和所述三角板固连，使得三角板、第一三角框、第二三角框同轴；所述固定板为圆板，设置在所述三角板和所述第一三角框之间；所述第一至第三内固定杆周向均匀设置在所述三角板和固定板之间，均一端和所述三角板固连，另一端和所述固定板固连，使得固定板、三角板同轴；如图7所示，所述调整板包含基板以及第一至第三转动凸轮，其中，所述基板为圆板；所述第一至第三转动凸轮周向均匀设置在所述基板侧壁上；所述电机固定在所述固定板靠近三角板一侧的端面的中心，输出轴和所述调整板的中心同轴固连；所述调整板平行于所述三角板；所述三角板围绕调整板周向均匀设有第一至第三滑槽；所述第一至第三滑杆结构相同，一一对应设置在所述第一至第三滑槽内，能够自由滑动；所述第一至第三滑杆的内侧均和所述调整板的侧壁相抵，外侧分别和所述第一至第三变形单元的协同杆垂直固连；所述第一至第三滑杆上均设有铰接点；所述推式膜片弹簧离合器的飞轮外壁呈齿轮状，且推式膜片弹簧离合器的分离轴承的外壁上周向均匀设有三个铰接点，如图8所示；所述推式膜片弹簧离合器的飞轮位于所述第二三角框远离第一三角框的一侧，且推式膜片弹簧离合器的从动轴和所述固定板远离三角板的端面同轴固连；所述第一至第三联动杆的一端分别和所述推式膜片弹簧离合器的分离轴承外壁的三个铰接点一一对应铰接，另一端分别和所述第一至第三滑杆上的铰接点一一对应铰接；如图9所示，所述动力传动机构包含第一至第三传动齿轮、第一至第三驱动齿轮、第一至第六转动轴承、以及第一至第三传动杆；所述第一三角框、第二三角框三条边的中点处均设有轴线平行于三角板轴线的轴承安装孔，所述第一至第三转动轴承分别一一对应设置在第一三角框的轴承安装孔，第四至第六转动轴承分别一一对应设置在第二三角框的轴承安装孔中，且第一、第四转动轴承同轴，第二、第五转动轴承同轴，第三、第六转动轴承同轴；所述第一驱动齿轮转轴的两端分别和所述第一、第四转动轴承的内圈同轴固连，第二驱动齿轮转轴的两端分别和所述第二、第五转动轴承的内圈同轴固连，第三驱动齿轮转轴的两端分别和所述第三、第六转动轴承的内圈同轴固连；所述履带内壁上周向均匀设有若干用于和所述第一至第三驱动齿轮相配合的齿孔；所述第一传动杆一端和所述第四转动轴承的内圈同轴固连，另一端和所述第一传
动齿轮的转轴同轴固连；所述第二传动杆一端和所述第五转动轴承的内圈同轴固连，另一端和所述第二传动齿轮的转轴同轴固连；所述第三传动杆一端和所述第六转动轴承的内圈同轴固连，另一端和所述第三传动齿轮的转轴同轴固连；所述第一至第三传动齿轮周向均匀设置在所述推式膜片弹簧离合器的飞轮外，且第一至第三传动齿轮均和所述所述推式膜片弹簧离合器的飞轮啮合。
16.本发明还公开了一种该可切换运动形态并变换外形的非充气车轮的轮胎形态变换方法，包含以下过程：首先控制电机转动调整板，使得调整板的三个凸轮顶着第一至第三滑杆往外滑动，直至调整板的三个凸轮的尖部一一对应顶住第一至第三滑杆；一方面，第一至第三滑杆往外滑动时推动第一至第三形变单元的协同杆朝外运动，此时，第一至第三形变单元中的协同杆通过其第一至第四铰接杆使得其第一变形凸块和第二变形凸块绕第一铰接柱展开、第三变形凸块和第四变形凸块绕第二铰接柱展开，将履带撑起形成圆形，第一至第三驱动齿轮和履带内壁的齿孔不接触，如图1所示；另一方面，第一至第三滑杆往外滑动时通过第一至第三联动杆带动推式膜片弹簧离合器的分离轴承沿着其从动轴朝三角板方向运动，使得推式膜片弹簧离合器呈连动状态；然后控制第一至第三形变单元中第一至第四变形凸块内的电动伸缩杆伸长，锁死履带使得履带相对第一至第三形变单元不能移动；此时，可切换运动形态并变换外形的履带式非充气车轮呈轮胎形态，通过带动推式膜片弹簧离合器的飞轮即可带动整个轮胎转动。
17.本发明还公开了一种该可切换运动形态并变换外形的非充气车轮的履带形态变换方法，包含以下过程：首先控制电机转动调整板，使得调整板的三个凸轮之间的空隙分别对应第一至第三滑杆，此时，由于可切换运动形态并变换外形的履带式非充气车轮本身的自重，使得第一至第三形变单元中的第一变形凸块和第二变形凸块绕第一铰接柱收缩、第三变形凸块和第四变形凸块绕第二铰接柱收缩，且第一至第三形变单元的协同杆推动第一至第三滑杆朝内滑动，此时，履带呈类三角状，履带内的齿孔和所述第一至第三驱动齿轮相配合，如图10所示；第一至第三滑杆朝内滑动时带动第一至第三联动杆运动，进而推动所述推式膜片弹簧离合器的分离轴承沿着其从动轴朝远离三角板的方向运动，使得推式膜片弹簧离合器呈不连动状态；然后控制第一至第三形变单元中第一至第四变形凸块内的电动伸缩杆缩短，使得履带能够相对第一至第三形变单元滑动；此时，可切换运动形态并变换外形的履带式非充气车轮呈履带形态，带动推式膜片弹簧离合器的飞轮转动时，能够通过第一至第三传动齿轮带动第一至第三驱动齿轮转动，进而驱动履带运动。
18.本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
19.以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步
详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。