Ведущее колесо малогабаритного транспортного средства
SMALL VEHICLE DRIVE WHEEL

Изобретение относится к транспортному машиностроению и может быть использовано при проектировании и производстве малогабаритных механических транспортных средств, в том числе инвалидных колясок, предназначенных для передвижения по горизонтальным, наклонным и ступенчатым поверхностям, включая лестницы.
При рассмотрении технической литературы выявлен ряд конструктивных решений, относящихся к указанной проблематике.
Известно шасси для передвижения по различным опорным поверхностям с колесно-шаговыми движителями, каждое из колес которого выполнено в виде закрепленных на ступице опор, оснащенных башмаками и выполненных с возможностью изменения своей длины для возможности перемещения по лестничным маршам различного размера; каждый из колесно-шаговых движителей состоит из трех опор, закрепленных на общем валу симметрично относительно оси вращения вала и наклонно друг к другу, образуя боковые ребра воображаемой пирамиды; вал расположен под углом к опорной поверхности таким образом, чтобы опорной поверхности касались не более двух опор от каждого колесно-шагового движителя одновременно, закреплен с возможностью поперечных движений и кинематически связан с закрепленным на шасси компенсатором колебаний (патент на изобретение RU 2626285, кл. B62D 57/02, B62D 57/032, опубл. 15.08.2017 г., бюл. №23)
Недостатками используемых в данном шасси колес являются:
сложность конструкции, обусловленная необходимостью применения устройства для компенсации колебаний шасси при обеспечении плавности его хода при движении по горизонтальным и наклонным поверхностям;
сложность перемещения шасси по поверхностям, не имеющим твердого покрытия (например, по грунтовой поверхности), вызванная высокой удельной нагрузкой от опор на эти поверхности.
Известно шагающее колесо транспортного средства содержащее жестко связанную с валом многогранную ступицу, по периметру которой равномерно распределены цилиндры, в каждом из которых размещены соосные опорный и демпфирующий поршни, башмаки, закрепленные на опорных поршнях, и перепускные клапаны, распределительные клапаны, дополнительные поршневые цилиндры, что позволяет создать автоматический режим регулирования давления текучей среды, заливаемой в замкнутую систему (патент на изобретение RU 2092368, кл. B62D 57/032, B62D 57/024, опубл. 10.10.1997 г.).
Недостатками данного колеса являются:
ограниченные возможности для применения колеса при спуске по лестницам;
сложность перемещения шасси по поверхностям, не имеющим твердого покрытия, вызванная высокой удельной нагрузкой от опор на эти поверхности.
Известно транспортное средство, каждое из колес которого выполнено с волнообразной и/или зигзагообразной опорной круговой поверхностью и/или со снабженной штырями торцевой стороной опорной круговой поверхностью колеса, закреплено на оси, связанной шарнирно со втулкой, расположенной внутри ступицы колеса, с возможностью вращения и с возможностью поворота продольной плоскости колеса относительно оси колеса на определенный угол в зависимости от места контакта опорной поверхности колеса с профилем препятствия (дороги) (патент на изобретение RU 2537208, кл. В62В 5/02, B62D 57/024, A61G 5/0, опубл. 27.12.2014 г, бюл. №36).
Недостатками используемых в данном транспортном средстве колес являются:
ограниченные возможности для применения колеса при движении по узким проходам, а также по лестницам, имеющим длину гипотенузы треугольника, катетами которого выступают глубина и высота лестничной ступени, равной величине шага волнообразной опорной поверхности колеса или шага торцевой стороны опорной круговой поверхности колеса, снабженной штырями, или превышающей ее;
необходимость уменьшения полезной ширины транспортного средства для обеспечения беспрепятственного изменения угла продольной плоскости каждого колеса относительно его оси.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является многофункциональное кресло-коляска, каждое из опорных колес которого способно принимать форму «звезды», обеспечивающую режим перемещения по плоской поверхности, а также по лестничным пролетам и ступеням различных типов; каждое колесо связано с отдельным валом, а на его оси установлен червячный редуктор; способ перевода колеса из вида «колесо» в вид «звезда» выполнен в виде специального исполнительного механизма: диска с зубьями, при поворачивании которого, тяги, прикрепленные к диску и к лопастям, стягивают свободные концы лопастей к центру, преобразовывая колесо в «звезду» (патент на изобретение RU 2611875, кл. A61G 5/00, опубл. 01.03.2017 г., бюл. №7).
Недостатками используемых в данном многофункциональном кресле-коляске опорных колес являются:
сложность конструкции, обусловленная необходимостью оснащения каждого опорного колеса несколькими (по числу «лучей» «звезды») подвижными элементами, выполненными в виде специальных металлических лопастей с резиновым покрытием, и таким же количеством специальных тяг для раскрытия и сворачивания лопастей при изменении формы колеса;
ограниченные возможности для применения опорных колес при передвижении по поверхностям, не имеющим твердого покрытия (например, по грунтовой поверхности), поскольку попадание грунта между лопастью и «лучом» «звезды» будет затруднять работу специального исполнительного механизма при преобразовании колеса в форму «звезды» или препятствовать такому преобразованию;
ограниченные возможности для применения колеса при спуске по лестницам.
Задача, решаемая в изобретении, заключается в устранении указанных недостатков путем применения технического решения, обеспечивающего простоту и надежность эксплуатации ведущего колеса транспортного средства при его передвижении как по горизонтальным и наклонным поверхностям с твердым и грунтовым покрытиями, так и по ступенчатым поверхностям, включая лестницы.
Технический результат изобретения заключается в разработке конструкции ведущего колеса, реализующей его вращательную и шагающую функции при передвижении как по горизонтальным и наклонным поверхностям с твердым и грунтовым покрытиями, так и по ступенчатым поверхностям, включая лестницы, как при подъеме, так и спуске по ним.
Поставленная задача решается, а технический результат достигается в результате того, что, согласно изобретению, ведущее колесо малогабаритного транспортного средства содержит подвижно соединенную с ведущим валом посредством подшипников ступицу, выполненную в форме «звезды» с тремя равномерно распределенными по окружности «лучами», на конце каждого из которых подвижно закреплена ось с жестко установленными на ней двумя опорными колесами и ведомым зубчатым шкивом, снабженным при помощи зубчатого приводного ремня подвижной связью с ведущим зубчатым шкивом и попарно распределенными вокруг зубчатого шкива направляющими роликами, которые подвижно установлены на ступице на равном удалении от зубчатого шкива с возможностью регулирования натяжения зубчатого приводного ремня, прижимную полумуфту с жестко присоединенной к ней втулкой, ступичную полумуфту, жестко присоединенную к ступице со стороны, обращенной к прижимной полумуфте, которая закреплена на валу с возможностью осевого перемещения при помощи подвижно установленного на валу прижимного стакана, к которому подвижно прикреплен прижимной рычаг, втулка выполнена с равномерно распределенными по ее окружности продольными прорезями, в каждой из которых размещен жестко закрепленный на валу упор, пружины, один концов каждой из которых закреплен в верхней части упора, а другой конец прикреплен к прижимной полумуфте с возможностью удержания втулки в положении, при котором прижимная полумуфта находится на максимальном удалении от ступичной полумуфты, ограниченном длиной выполненных во втулке продольных прорезей.
Изобретение поясняется фиг. 1-7.
На фиг. 1 изображено ведущее колесо транспортного средства при его передвижении по горизонтальным и наклонным поверхностям, вид спереди.
На фиг. 2 изображено ведущее колесо транспортного средства при его передвижении по ступенчатым поверхностям, вид спереди.
На фиг. 3 изображено ведущее колесо транспортного средства в разрезе, вид сбоку.
На фиг. 4 изображено ведущее колесо транспортного средства в разрезе при его передвижении по ступенчатой поверхности, вид сбоку (фаза I).
На фиг. 5 изображено ведущее колесо транспортного средства в разрезе при его передвижении по ступенчатой поверхности, вид сбоку (фаза II).
На фиг. 6 изображена прижимная полумуфта.
На фиг. 7 изображена полумуфта ступицы.
На фиг. 1-7 применены следующие обозначения:
1 - ступица;
2 - подшипники;
3 - ведущий вал;
4 - опорное колесо;
5 - ось;
6 - ведущий зубчатый шкив;
7 - ведомый зубчатый шкив;
8 - зубчатый приводной ремень;
9 - прижимная полумуфта;
10 - втулка;
11 - ступичная полумуфта;
12 - упор;
13 - пружина;
14 - прижимной стакан;
15 - прижимной рычаг;
16 - направляющий ролик;
17 - радиальный выступ сцепления.
Ведущее колесо малогабаритного транспортного средства работает следующим образом.
Во внутренней полости первой по отношению к приводному механизму (не показан) ведущего вала 3 половины ступицы 1, в вершинах каждого из трех ее «лучей», размещают предварительно установленные на осях 5 ведомые зубчатые шкивы 7, затем попарно устанавливают направляющие ролики 16 с соблюдением следующих расстояний:
от центра оси (не показана) каждого из пары направляющих роликов 16 до центра ступицы 1  равном:
1
где r - радиус ведущего зубчатого шкива 6, м;
от центра оси (не показана) каждого из пары направляющих роликов 16 до линии, соединяющей центр ступицы 1 с центром отверстия оси 5 ведомого зубчатого шкива 7  равном:
2
где r - радиус направляющего ролика 17, м.
Требуемое расстояние между центрами ближайших осей 5 в «трехлучевой» форме «звезды» ступицы 1  определяют по формуле:
a
где  - глубина лестничной ступени, м;
b - высота лестничной ступени, м.
С учетом действующих строительных норм, расстояние  принимают равным 0,4÷0,6 м.
Требуемую длину «лучей» «звезды» ступицы 1  определяют по формуле:
Ведущий зубчатый шкив 6 и ведомые зубчатые шкивы 7 выполняют с одинаковыми радиусами и одинаковым числом зубьев. К внешней поверхности первой по отношению к приводному механизму (не показан) ведущего вала 3 половины ступицы 1 жестко присоединяют ступичную полумуфту 11. Ступичную муфту сцепления 11 и прижимную муфту сцепления 9 выполняют с одинаковыми внешними диаметрами и одинаковыми равномерно распределенными по окружности радиальными выступами сцепления 17.
На ведущий вал 3 устанавливают прижимной стакан 14 с подвижно закрепленным на нем прижимным рычагом 15, втулку 10 с жестко присоединенной к ней прижимной полумуфтой 9. Через каждую из трех равномерно распределенных по окружности втулки 10 прорезей (не показаны) устанавливают и жестко закрепляют на ведущем валу 3 упоры 12, на верхнем конце каждого упора 12 закрепляют один конец пружины 13, а второй ее конец закрепляют на прижимной полумуфте 9. Затем на ведущем валу 3 жестко закрепляют первый по отношению к приводному механизму (не показан) ведущего вала 3 подшипник 2, на котором жестко закрепляют первую по отношению к приводному механизму (не показан) ведущего вала 3 половину ступицы 1, а также на ведущем валу 3 жестко закрепляют ведущий зубчатый шкив 6 и второй подшипник 2. На ведущий зубчатый шкив 6 и ведомые зубчатые шкивы 7 устанавливают зубчатый приводной ремень 8, регулируя его натяжение при помощи направляющих роликов 16. На втором подшипнике 2 жестко закрепляют вторую половину ступицы 1 и присоединяют ее к первой по отношению к приводному механизму (не показан) ведущего вала 3 половине ступицы 1. На краях каждой оси 5 жестко закрепляют опорные колеса 4.
При движении по горизонтальным и наклонным поверхностям с твердым и грунтовым покрытиями вращающий момент от ведущего вала 3 через ведущий зубчатый шкив 6 и зубчатый приводной ремень 8, проходящий между направляющими роликами 16, передают на ведомые зубчатые шкивы 7 и далее, через оси 5, - на опорные колеса 4. При этом, за счет удерживающей силы пружин 13, прижимную полумуфту 9 фиксируют в положении, ограниченном упорами 12, при котором она не находится в сцеплении со ступичной полумуфтой 11, в результате чего крутящий момент на ступицу 1 не передается.
При движении по ступенчатым поверхностям, включая лестницы, как при подъеме, так и спуске по ним, под воздействием прижимного рычага 15 прижимной стакан 14 перемещает втулку 10 с прижимной полумуфтой 9 в соприкосновение со ступичной полумуфтой 11, вращающий момент от ведущего вала 3 через упоры 12, втулку 10 и радиальные выступы сцепления 17, выполненные в прижимной полумуфте 9 и ступичной полумуфте 11, передается на ступицу 1, которая переходит во вращательное движение на подшипниках 2. В результате выполняется шаговое перемещение ведущего колеса малогабаритного транспортного средства.
Таким образом, в результате реализации предложенного технического решения обеспечивается выполнение вращательной и шагающей функций ведущего колеса малогабаритного транспортного средства при его передвижении как по горизонтальным и наклонным поверхностям с твердым и грунтовым покрытиями, так и по ступенчатым поверхностям, включая лестницы, как при подъеме, так и спуске по ним.