Мотор-колесо

Предлагаемая полезная модель относится к конструкции подвески колесных транспортных средств, в том числе робототехнических, а также к конструкции мотор-колесо. Конструкция содержит привод вращения, размещенный на ободе колеса, а также подвеску и привод поворота колеса, размещенные внутри колесного диска.
Из уровня техники известны различные варианты конструкций подвески и привода вращения, размещаемых внутри колеса.
В патенте США № 6,113,119 описана конструкция колеса с интегрированной в него подвеской. К недостаткам конструкции можно отнести отсутствие в ее составе привода поворота колеса.
В патенте США № 7,287,611 предлагается система размещения двигателя внутри колеса. Двигатель соединяется с неподрессоренной частью транспортного средства с помощью демпфирующего механизма. В состав демпфирующего механизма входит множество амортизаторов. Недостатком данной конструкции является отсутствие привода поворота колеса, а также излишнее усложнение конструкции для уменьшения колебаний привода вращения колеса, конструкция которого в настоящее время не нуждается в отдельном демпфировании.
В патенте США № 8,746,383 предложено несколько конструкций мотор-колесо без ступицы с разными приводами вращения колеса и его поворота. В частности, в данном патенте рассматривается система подвески, расположенная внутри колеса и содержащая, по меньшей мере, две вертикальные направляющие, две монтажные скобы, закрепленные на диаметрально противоположных позициях на ободе колеса, к которому присоединена система подвески. В состав системы также входит, по меньшей мере, один амортизатор, а также по одной пружине на каждой вертикальной направляющей. Кроме того, предлагаемая система подвески включает привод вращения колеса на базе электрического шагового двигателя. Обод колеса состоит из внутреннего, среднего и внешнего колец. Электрический шаговый двигатель располагается в ободе колеса таким образом, что статор двигателя установлен на внутреннем кольце обода, а ротор - на среднем кольце обода. Один из вариантов реализации патента № 8,746,383 предполагает установку на мотор – колесо рулевого управления, состоящего из полукруглой шестерни, концы которой закреплены по сторонам поворотного кулака. Поворот колеса осуществляется за счет передачи высокого крутящего момента на полукруглую шестерню от шагового электродвигателя. Шаговый электродвигатель соединен с полукруглой шестерней через зубчатое коническое зацепления. В качестве другого варианта рулевого управления предложен вариант поворота колеса с помощью электрического или гидравлического привода.
Рассмотренная конструкция мотор-колесо является наиболее близкой к заявляемой конструкции и выбрана в качестве прототипа.
Одним из недостатков прототипа является недостаточный крутящий момент, передаваемый механизмом поворота колеса. Этот факт затрудняет использование транспортных средств, оснащенных мотор-колесами такой конструкции, в неблагоприятных дорожных условиях, когда для поворота колеса необходимо преодолевать дополнительное сопротивление.
Недостатком рулевого управления на базе электрического или гидравлического привода является значительная неравномерность сил относительно центрального шкворня при повороте колеса в разные стороны.
Кроме того, известная конструкция не позволяет совместить привод поворота колеса с подвеской, что позволило бы увеличить ход подвески и повысить проходимость транспортного средства.
Задачей настоящей полезной модели является разработка конструкции мотор-колесо с улучшенными характеристиками, благодаря которым будут устранены недостатки известных конструкций.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является значительное повышение проходимости транспортного средства и улучшение гашения колебаний подвески при проезде неровностей.
Для достижения технического результата предлагается в мотор-колесе, содержащем, по меньшей мере, два кронштейна, закрепленных на диаметрально противоположных позициях внутри колесного диска, систему подвески, размещенную внутри колесного диска, закрепленную на указанных кронштейнах и содержащую амортизатор, первую и вторую пружины и электродвигатель привода вращения мотор-колеса, закрепленный на его ободе, систему подвески конструктивно объединить с приводом поворота колеса.
Привод поворота колеса предлагается выполнить из первого и второго стаканов, цилиндра, втулки, электромотора привода поворота колеса и корпуса электромотора привода поворота колеса.
Каждый из стаканов имеет фланец в основании, причем внешний диаметр фланца превышает внешний диаметр стакана. Основания стаканов неподвижно закрепляются на кронштейнах таким образом, чтобы стаканы располагались один напротив другого.
Нижний конец цилиндра заводится внутрь первого стакана, а верхний конец внутрь второго стакана, при этом по всей длине внутреннего диаметра первого и второго стаканов и по всей длине внешнего диаметра цилиндра располагаются шлицы прямобочной формы таким образом, что цилиндр и первый и второй стаканы образуют шлицевое соединение.
Посередине цилиндра установлена втулка, на которую надет моментный электромотор привода поворота колеса, причем указанный электромотор установлен в корпусе, имеющем выходной фланец, с помощью которого система подвески конструктивно объединена с приводом поворота колеса.
Амортизатор размещается внутри цилиндра, причем шток амортизатора может закрепляться на любом из двух кронштейнов.
Первая пружина установлена на ходе сжатия, а вторая пружина установлена на ходе отбоя. Пружины устанавливают таким образом, что первая пружина одним концом упирается во фланец первого стакана, а другим концом - в нижнюю часть корпуса электромотора привода поворота колеса, а вторая пружина одним концом упирается во фланец второго стакана, а другим концом - в верхнюю часть корпуса электромотора привода поворота колеса
Общий вид системы подвески, конструктивно объединенной с приводом поворота мотор-колеса в соответствии с настоящей полезной моделью, представлен на Фиг. 1. На Фиг. 2 изображена конструкция привода поворота колеса. Цифрами на рисунках обозначены
1 - электромотор привода вращения колеса;
2 - обод колеса;
3 - колесный диск;
4 – кронштейн;
5 – цилиндр;
6, 7 - первый и второй стаканы;
8 – втулка;
9 - электромотор привода поворота колеса;
10 - корпус электромотора привода поворота колеса;
11 - вторая пружина;
12 – первая пружина;
13 – шток амортизатора.
Одним из важнейших элементов системы подвески колеса транспортного средства в соответствии с настоящей полезной моделью является конструкция привода поворота колеса. Поворот колеса осуществляется за счет передачи крутящего момента от электромотора привода поворота колеса 9 на шлицевое соединение цилиндра 5, первого стакана 6 и второго стакана 7. Шлицы прямобочной формы, расположенные по всей длине цилиндра 5, первого стакана 6 и второго стакана 7, позволяют передавать высокий крутящий момент. Высокий крутящий момент позволяет поворачивать колесо при движении транспортного средства в неблагоприятных дорожных условиях, когда по сторонам от колеса существует дополнительное сопротивление.
Как видно из описания, привод поворота колеса располагается соосно с осью поворота колеса. Это позволяет совместить привод поворота колеса с системой подвески и увеличить тем самым ход подвески.
Транспортное средство, оснащенное колесами с подвеской предлагаемой конструкции, конструктивно объединенной с приводом поворота колеса, отличается высокой проходимостью и может преодолевать значительные дорожные неровности. Увеличение проходимости достигается за счет увеличенного хода подвески, а также высокого крутящего момента, передаваемого приводом поворота колеса. Кроме того, расположение внутри колеса привода вращения, привода поворота и подвески позволяет устанавливать колеса предлагаемой конструкции на транспортное средство таким образом, что все они будут независимы друг от друга. Такое транспортное средство отличается повышенной проходимостью и маневренностью.
Исходя из описанных технических свойств, колеса с подвеской предлагаемой конструкции могут устанавливаться, например, на планетоходах, а также других транспортных средствах, предназначенных для движения по пересеченной местности в сложных дорожных условиях.