CN105252985B

CN105252985B - 悬架机构、麦克纳姆轮悬架组件及麦克纳姆轮架车

Info

Publication number: CN105252985B
Application number: CN201510563268.0A
Authority: CN
Inventors: 刘奇; 贾延奎; 荆慧强; 张国栋; 贺建华; 郭巍
Original assignee: China Academy of Launch Vehicle Technology CALT; Beijing Institute of Space Launch Technology
Current assignee: China Academy of Launch Vehicle Technology CALT; Beijing Institute of Space Launch Technology
Priority date: 2015-09-07
Filing date: 2015-09-07
Publication date: 2018-02-09
Anticipated expiration: 2035-09-07
Also published as: CN105252985A

Abstract

本发明提供了一种悬架机构、麦克纳姆轮悬架组件及麦克纳姆轮架车。本发明提供的悬架机构，其包括基座(1)，在所述基座(1)上可转动地连接有轴承座(2)，在所述轴承座(2)上可转动地连接有水平设置的导向杆(3)，所述导向杆(3)可活动地连接在所述基座(1)上，在所述导向杆(3)上套有弹簧(4)，所述弹簧(4)的两端分别与所述导向杆(3)和所述基座(1)相连。本发明提供的悬架机构能够尽可能地降低架车的高度，轴承座和基座之间可以相对转动，同时弹簧可在轴承座和基座之间可间接地传力和缓冲。

Description

悬架机构、麦克纳姆轮悬架组件及麦克纳姆轮架车

技术领域

本发明涉及悬架及架车，尤其涉及采用了麦克纳姆轮的架车及其悬架。

背景技术

在对某些产品进行吊装、支撑、转运、对接的过程中，需要使用架车。架车需要具有足够的刚强度，以确保产品在停放时能够安全、可靠地停放。另外，为了对产品进行转运，架车也需要具备一定的移动能力，特别是在转运厂房空间尺寸较小的情况下，架车需要具有平面内3个自由度，即在不改变自身位姿的情况下，架车可在平面内的任意方向上进行移动，包括前后移动、左右移动和原地旋转运动，即具备“全向移动”能力。为了实现架车的全向移动，目前一共有两种方式：一种是利用普通车轮辅以特殊设计的机械结构实现，该方式的缺点是，架车在做非连续曲线运动时需要停车并重新定向，操作繁琐费时；另一种则是利用特殊车轮实现，目前国内外常见的有麦克纳姆轮(mecanum wheel)、球轮、连续切换轮和正交轮系等，其中，麦克纳姆轮由于技术成熟、承载能力强、控制较简单，其实用及产品化程度均较高。

若架车采用麦克纳姆轮，则可以实现全向移动功能，但发明人发现目前该类型的架车普遍存在以下几点问题：

1、目前麦克纳姆轮的主要应用范围包括民用叉车和轮椅，它们承载的都是小吨位物体，由于产品结构尺寸和载荷的限制，现有的麦克纳姆轮架车不具备直接应用于大吨位支撑领域的条件；

2、现有的麦克纳姆轮架车一般不具备悬架***，行驶平顺性差，更重要的是，由于不能为每个麦克纳姆轮提供预置推力以保证每个轮子始终与地面接触，导致麦克纳姆轮架车在爬坡、越障等过程中存在运动失控的风险；

3、在其他领域中，目前采用弹簧作为缓冲元件的悬架***，其弹簧一般沿高度方向布置，由于车高的限制，且弹簧尺寸和行程较小，不能够满足麦克纳姆轮架车在空载、满载情况下均具备足够越沟越障能力的要求。

因此，需要设计一种悬架机构，使其尽可能地不增加架车的车高，同时能实现麦克纳姆轮和车体之间的传力和缓冲，提高架车的行驶平顺性，降低运动失控的风险。

发明内容

本发明目的在于提供一种能够尽可能地不增加车高、可实现传力和缓冲的悬架机构，并相应地提供一种带有该悬架机构的麦克纳姆轮悬架组件及一种麦克纳姆轮架车。

为了实现上述目的，本发明提供了一种悬架机构，其包括基座，在所述基座上可转动地连接有轴承座，在所述轴承座上可转动地连接有水平设置的导向杆，所述导向杆可活动地连接在所述基座上，在所述导向杆上套有弹簧，所述弹簧的两端分别与所述导向杆和所述基座相连。

优选地，其中所述导向杆和所述弹簧的个数可以均为两个。

优选地，其中所述基座可以包括导向杆连接板，在所述导向杆连接板上设有导向杆连接孔，所述导向杆穿设在所述导向杆连接孔中并可在所述导向杆连接孔中摆动。

进一步地，其中所述导向杆连接孔的直径可以自所述导向杆连接孔的两端向所述导向杆连接孔的中部逐渐变小。

进一步地，其中在所述导向杆上可以设有抵接件，所述弹簧的两端分别与所述抵接件和所述导向杆连接板相抵，在所述导向杆上还设有限位部件，所述导向杆连接板位于所述弹簧和所述限位部件之间。

进一步地，其中所述限位部件可以包括螺纹连接在所述导向杆上的螺母。

进一步地，其中所述螺母的个数可以为两个。

优选地，其中所述基座可以包括两个侧板，所述导向杆和所述弹簧位于所述两个侧板之间，在所述侧板上设有轴承座连接耳，在所述轴承座上设有基座连接耳和导向杆连接耳，所述基座连接耳通过销轴与所述轴承座连接耳铰接，所述导向杆连接耳通过销轴与所述导向杆铰接。

本发明还提供了一种麦克纳姆轮悬架组件，其包括任一上述的悬架机构，在所述悬架机构的所述轴承座内安装有转轴，在所述转轴上连接有麦克纳姆轮和电机。

本发明还提供了一种麦克纳姆轮架车，其包括多个如上述的麦克纳姆轮悬架组件，所述的麦克纳姆轮悬架组件的所述基座固定在车架上。

本发明提供的上述悬架机构的主要有益效果在于，其在轴承座与基座之间采用了两种连接结构，第一种连接结构使轴承座可以相对于基座转动，第二种连接结构使得当轴承座相对于基座转动时，弹簧的弹力会在轴承座和基座之间间接地实现传力和缓冲。另外由于弹簧水平设置，因此该悬架机构在竖直方向上所占的高度较小，能够尽可能地降低架车的高度。

另外，本发明提供的上述麦克纳姆轮悬架组件和上述麦克纳姆轮架车，其能够承接本发明悬架机构的上述优点，可尽可能地降低架车的高度，同时提高架车的行驶平顺性，且移动过程中可为轮子提供预制推力，保证其在越沟、越障时始终与地面保持接触，避免运动失控。

附图说明

图1为带有本发明悬架机构的麦克纳姆轮悬架组件的立体示意图；

图2为图1的右视图；

图3为图2中A区域内的局部放大图；

图4为图1的主视图；

图5为图1的俯视图；

图6为本发明悬架机构的越沟越障原理示意图。

附图标号说明：

1-基座；11-导向杆连接板；111-导向杆连接孔；12-侧板；121-轴承座连接耳；13-车架连接板；2-轴承座；21-基座连接耳；22-导向杆连接耳；3-导向杆；31-抵接件；32-限位部件；321-螺母；322-垫圈；4-弹簧；5-麦克纳姆轮；6-电机；7-车架；8-地面。

具体实施方式

下面结合附图对本发明悬架机构、麦克纳姆轮悬架组件及麦克纳姆轮架车的实施例进行详细描述。

如图1至图5所示，本发明悬架机构的实施例，其包括基座1，在基座1上可转动地连接有轴承座2，在轴承座2上可转动地连接有水平设置的导向杆3，导向杆3可活动地连接在基座1上，在导向杆3上套有弹簧4，弹簧4的两端分别与导向杆3和基座1相连。

本发明悬架机构的实施例，其在轴承座2与基座1之间采用了两种连接结构，一种是轴承座2与基座1可转动地连接，另一种是轴承座2通过导向杆3和弹簧4与基座1间接地连接，第一种连接结构使轴承座2可以相对于基座1转动，第二种连接结构使得当轴承座2相对于基座1转动时，弹簧4的弹力会在轴承座2和基座1之间间接地实现传力和缓冲，因此采用了本悬架机构的架车能够提高行驶平顺性，且移动过程中可为轮子提供预制推力，保证其在越沟、越障时始终与地面保持接触，避免运动失控。由于导向杆3水平设置，因此弹簧4也是水平而非竖直设置的，所以该悬架机构在竖直方向上所占的高度较小，能够尽可能地降低架车的高度，使得架车符合车高限制。

在使用本实施例时，可利用轴承座2安装麦克纳姆轮5，并将基座1固定到架车的车架7上。为便于理解，在此进一步对本发明悬架机构的工作原理进行说明，如图6所示，其为本发明悬架机构的越沟越障原理示意图，根据前面的说明可知：轴承座2可相对于基座1转动，因此当麦克纳姆轮5在地面8上行走时，麦克纳姆轮5也可以相对于车架7摆动；而弹簧4会在轴承座2和基座1之间传力和缓冲，因此弹簧4也会间接地在麦克纳姆轮5和车架7之间传力和缓冲。所以，无论是在越沟时，还是在越障时，弹簧4均能够为麦克纳姆轮5提供预制推力，使麦克纳姆轮5始终保持与地面8接触，以此来提高架车行驶的平顺性，避免运动失控。

进一步地，在本实施例中，导向杆3和弹簧4的个数均为两个，这样本实施例实际上就采用了并联双簧结构，相比采用单个弹簧4，并联双簧结构能够降低对弹簧4的性能要求，同时能使整个悬架机构的结构更加紧凑，这种结构适用于支撑大吨位的产品。由于架车在空载、满载状态下的质量存在一定差别，因此对于大吨位的架车，要使架车空载、满载状态均具有足够越沟越障能力，则必须保证弹簧4的工作行程足够大，以覆盖空载至满载范围内的全部状态，采用并联双簧结构更易满足大吨位架车对弹簧的性能要求。以某大吨位产品的麦克纳姆轮架车为例，已知架车空载质量为2.2t，满载质量为4.2t(其中待承载产品的质量为2t)，任务书要求麦克纳姆轮架车需具备±10mm的越沟越障能力，结合本实施例的结构和具体设计出的尺寸，经过计算，弹簧在空载、满载状态下均需要具备不少于±10.4mm的伸缩量，通过设计计算，发明人选取弹簧4的工作行程为30mm。在空载状态下，单个弹簧4的作用力为F_min＝2750N，压缩量为f_min≈11.3mm，此时弹簧4具备伸缩不小于11.3mm(空载状态弹簧载荷至自由长度)的能力，大于所需的10.4mm，因此，空载时悬架机构具备±10mm越沟越障能力；在满载状态下，单个弹簧4的作用力为F_max＝9500N，压缩量为f_n≈40.3mm，此时弹簧4具备伸缩不小于16.1mm(满载状态弹簧载荷至强度极限)的能力，大于所需的10.4mm，因此，满载时悬架机构具备±10mm越障能力。

为了使导向杆3可活动地连接在基座1上，具体地，在本实施例中，基座1包括导向杆连接板11，在导向杆连接板11上设有导向杆连接孔111，导向杆3穿设在导向杆连接孔111中并可在导向杆连接孔111中摆动，这种只需在基座1上打孔即可实现可活动连接的结构十分简单，易于制造和装配。导向杆连接孔111的形状满足使导向杆3可在导向杆连接孔111中摆动即可，这样当弹簧4的长度发生变化时，导向杆3不仅可以在导向杆连接孔111中进退，而且导向杆3还可以绕其与导向杆连接孔111的接触点转动以避免结构卡滞。优选地，本实施例中，导向杆连接孔111的直径自导向杆连接孔111的两端向导向杆连接孔111的中部逐渐变小(可以理解为导向杆连接孔111的孔壁面不是圆柱面，而是凸向孔中心轴线的曲面)。值得一提的是，本实施例中的导向杆连接孔111是一种优选的可活动连接方式，除了图中所示的连接结构之外，还可以采用图中未示出的其他结构来实现导向杆3与基座1之间的可活动连接，例如，可以在基座1上连接一个关节轴承，使导向杆3穿设在该关节轴承中，这样也可以实现当导向杆3在关节轴承中进退伸缩的同时，导向杆3也可相对于基座1摆动。

具体地，在本实施例中，在导向杆3上设有抵接件31，弹簧4的两端分别与抵接件31和导向杆连接板11相抵，在导向杆3上还设有限位部件32，导向杆连接板11位于弹簧4和限位部件32之间，这样限位部件32可起到防止导向杆3从导向杆连接板11上脱落出来的作用，而且本实施例中的弹簧4实际上是压缩弹簧，压缩弹簧的两端只需要与物体相抵即可实现其“连接”作用，本实施例利用弹簧4两端分别与抵接件31和导向杆连接板11直接相抵的结构实现弹簧4的传力和缓冲，相比采用拉伸弹簧来说，本实施例的结构和装配过程也更加简单。具体地，抵接件31可以是与导向杆3为一体结构的环形板，也可以是焊接在导向杆3上的挡块，或者是螺纹连接在导向杆3上的螺母等，而限位部件32也可以采用与抵接件31相同或相似的结构。

优选地，在本实施例中，限位部件32包括螺纹连接在导向杆3上的螺母321，这里采用螺母321作为限位部件，通过调节螺母321在导向杆3上的位置可以调整弹簧4的预紧力，使得弹簧4达到规定的预紧状态，便于本发明悬架机构的装配和调试。进一步地，螺母321的个数优选为两个，这里采用双螺母结构可以达到防止螺母321松动的技术效果，若将两个螺母321中位于内侧的螺母321称为“内螺母”，将位于外侧的螺母321称为“外螺母”，则在装配时，可以先旋紧内螺母，使弹簧4达到规定的预紧状态，然后拧紧外螺母使其贴紧内螺母，通过控制内螺母、外螺母的拧紧力矩(如设置内螺母的拧紧力矩为150N﹒m，外螺母的拧紧力矩为200N﹒m)，使其具备在运输振动环境中的防松能力。为了与螺母321配合，进一步地，限位部件32还可以包括垫圈322，垫圈322位于导向杆连接板11和螺母321之间。

为了实现轴承座2和基座1及导向杆3之间的可转动连接，在本实施例中，基座1包括两个侧板12，导向杆3和弹簧4位于两个侧板12之间，在侧板12上设有轴承座连接耳121，在轴承座2上设有基座连接耳21和导向杆连接耳22，基座连接耳21通过销轴与轴承座连接耳121铰接，导向杆连接耳22通过销轴与导向杆3铰接，这里通过两个侧板12将导向杆3和弹簧4包围在内，使得悬架机构的结构紧凑，通过各连接耳和销轴实现转动连接，结构简单。为了便于将基座1固定到车架7上，如图2所示，具体地，基座1可以包括车架连接板13，在车架连接板13上设有螺栓孔，这样可以利用螺栓将车架连接板13固定到车架7上。

本发明上述实施例提供的悬架组件具备独立的功能，因此其可以作为单独的产品进行生产和销售，另外，其也可以与麦克纳姆轮和架车中的其他部件组装成麦克纳姆轮悬架组件或麦克纳姆轮架车，因此本发明还要求保护相应的麦克纳姆轮悬架组件和麦克纳姆轮架车。具体地，对于麦克纳姆轮悬架组件，其包括任一上述实施例的悬架机构，在悬架机构的轴承座2内安装有转轴(图中未标出)，在转轴上连接有麦克纳姆轮5和电机6。对于麦克纳姆轮架车，其包括多个前述的麦克纳姆轮悬架组件，麦克纳姆轮悬架组件的基座1固定在车架7上。

下面进一步对本发明麦克纳姆轮架车涉及的装配过程进行举例说明。

在装配本发明麦克纳姆轮架车时，可以首先将两个弹簧4分别套在两个导向杆3上，然后将导向杆3穿入基座1的导向杆连接板11上的导向杆连接孔111中，垫上垫圈322，通过拧紧两个螺母321使弹簧4安装在基座1上，形成并联双弹簧的基本结构；

然后将基座1上的车架连接板13通过螺栓固定到车架7的底部，将麦克纳姆轮5、电机6等安装到轴承座2上，再将轴承座2的两个基座连接耳21分别与基座1的两个侧板12上的轴承座连接耳121通过销轴连接，最后将轴承座2的两个导向杆连接耳22分别与两个导向杆3通过销轴连接，即完成麦克纳姆轮架车单个悬架机构的安装。

本发明的悬架机构属于独立悬架***，对于有多个麦克纳姆轮5的架车，只需分别将每个悬架机构安装完毕即可。在使用架车时，将架车直接放置在地面上即为空载状态，将产品装载于架车上即为满载状态，悬架机构在安装完并调整至预紧状态后，即可自动适应空满载状态的变化。通过电机6带动麦克纳姆轮5转动，可以实现麦克纳姆轮架车的全向移动功能，移动过程中由悬架机构为每个麦克纳姆轮5提供预制推力，保证其在越沟、越障时始终与地面保持接触，避免运动失控。

综上所述，本发明提供的上述技术方案至少具备以下特点：

1、采用水平布置的并联双弹簧结构，实现麦克纳姆轮和车体之间传力和缓冲，同时可以降低车高尺寸。

2、通过弹簧行程设计，使得架车在空载至满载状态范围内均具备足够的越沟越障能力。

3、通过采用双螺母连接固定方式，使架车在调节弹簧预紧力时操作简便，在运输时防松可靠。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种悬架机构，其特征在于，包括基座(1)，在所述基座(1)上可转动地连接有轴承座(2)，在所述轴承座(2)上可转动地连接有水平设置的导向杆(3)，所述导向杆(3)可活动地连接在所述基座(1)上，在所述导向杆(3)上套有弹簧(4)，所述弹簧(4)的两端分别与所述导向杆(3)和所述基座(1)相连，所述导向杆(3)和所述弹簧(4)的个数均为两个；

所述基座(1)包括导向杆连接板(11)，在所述导向杆连接板(11)上设有导向杆连接孔(111)，所述导向杆(3)穿设在所述导向杆连接孔(111)中并可在所述导向杆连接孔(111)中摆动，所述导向杆连接孔(111)的直径自所述导向杆连接孔(111)的两端向所述导向杆连接孔(111)的中部逐渐变小,在所述导向杆(3)上设有抵接件(31)，所述弹簧(4)的两端分别与所述抵接件(31)和所述导向杆连接板(11)相抵，在所述导向杆(3)上还设有限位部件(32)，所述导向杆连接板(11)位于所述弹簧(4)和所述限位部件(32)之间；

所述基座(1)包括两个侧板(12)，所述导向杆(3)和所述弹簧(4)位于所述两个侧板(12)之间，在所述侧板(12)上设有轴承座连接耳(121)，在所述轴承座(2)上设有基座连接耳(21)和导向杆连接耳(22)，所述基座连接耳(21)通过销轴与所述轴承座连接耳(121)铰接，所述导向杆连接耳(22)通过销轴与所述导向杆(3)铰接。

2.根据权利要求1所述的悬架机构，其特征在于，所述限位部件(32)包括螺纹连接在所述导向杆(3)上的螺母(321)。

3.根据权利要求2所述的悬架机构，其特征在于，所述螺母(321)的个数为两个。

4.一种麦克纳姆轮悬架组件，其特征在于，包括权利要求1至3中任一权利要求所述的悬架机构，在所述悬架机构的所述轴承座(2)内安装有转轴，在所述转轴上连接有麦克纳姆轮(5)和电机(6)。

5.一种麦克纳姆轮架车，其特征在于，包括多个如权利要求4所述的麦克纳姆轮悬架组件，所述的麦克纳姆轮悬架组件的所述基座(1)固定在车架(7)上。