專利名稱：獨(dú)輪車的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種代步工具，尤其涉及一種獨(dú)輪車。
背景技術(shù)：
當(dāng)今市場(chǎng)上的獨(dú)輪車產(chǎn)品主要有兩種:傳統(tǒng)獨(dú)輪車和新型自平衡獨(dú)輪車。傳統(tǒng)獨(dú)輪車是純機(jī)械獨(dú)輪車，橡膠輪胎與地面接觸面積小、柔性大，操作人員坐在上面難以靜止平衡，需要一定的操作技巧和平衡能力才能驅(qū)使獨(dú)輪車行走和停止，但在光滑或凹凸不平的路面上難以行走，爬坡能力差。因此該種獨(dú)輪車幾乎只能用于表演或娛樂健身。現(xiàn)代的新型自平衡獨(dú)輪車，采用了陀螺儀、角度傳感器、方向控制器等先進(jìn)技術(shù)，使得操作人員坐在上面隨時(shí)可以保持靜止平衡，并由電機(jī)驅(qū)動(dòng)行走，可以作為代步工具和辦公用具，但是同樣存在路面要求苛刻、爬坡能力低等缺點(diǎn)，并且制作復(fù)雜、成本高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種齒輪齒條式獨(dú)輪車，這種獨(dú)輪車的車輪與地面接觸面積大，使得獨(dú)輪車在靜止或運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下都能保持站立狀態(tài)。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種齒輪齒條式獨(dú)輪車，包括座椅、驅(qū)動(dòng)裝置和車輪，所述車輪包括輪輻式大齒輪、若干個(gè)齒條塊、活動(dòng)環(huán)；所述座椅與所述活動(dòng)環(huán)固定連接，所述活動(dòng)環(huán)與所述輪輻式大齒輪的輪轂活動(dòng)連接；所述驅(qū)動(dòng)裝置與所述輪輻式大齒輪的輪轂驅(qū)動(dòng)連接；所述若干個(gè)齒條塊彼此連接環(huán)繞在所述輪輻式大齒輪上且與所述輪輻式大齒輪嚙合。采用齒輪齒條結(jié)構(gòu)，車體齒條塊與地面接觸，由于接觸面積大，接觸面材料剛性好，使得獨(dú)輪車在靜止或運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下都能保持站立狀態(tài)。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述齒條塊兩側(cè)各設(shè)有一塊齒條防脫擋板。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述齒條防脫擋板內(nèi)側(cè)設(shè)有齒條防偏擋塊。采用“齒條防脫擋板、齒條防偏擋塊和輪輻式大齒輪”組合使得齒條塊像履帶一樣穩(wěn)定的呈柔性的包裹固定在齒輪體上，亦能自動(dòng)平鋪在路面上，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的齒輪齒條嚙合運(yùn)動(dòng)，這樣，受路面狀況影響的只有履帶結(jié)構(gòu)，齒輪體始終只是行駛在履帶內(nèi)部，不受任何路況的影響。對(duì)路面要求低，爬坡能力好。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述獨(dú)輪車還包括轉(zhuǎn)向裝置，所述轉(zhuǎn)向裝置包括:齒條塊底部設(shè)有圓形盲孔，還設(shè)有從所述齒條塊側(cè)面軸線與所述圓形盲孔圓周相切的螺栓，所述圓形盲孔內(nèi)置一活動(dòng)圓塊，所述活動(dòng)圓塊呈圓柱狀，一端設(shè)有環(huán)形凹槽，用于將活動(dòng)圓塊固定在齒條塊的螺栓上且使活動(dòng)圓塊可繞環(huán)形凹槽軸轉(zhuǎn)，活動(dòng)圓塊高出齒條塊。采用“齒條塊和活動(dòng)圓塊”組合，活動(dòng)圓塊可與齒條塊相對(duì)軸轉(zhuǎn)，解決了由于特殊結(jié)構(gòu)造成的轉(zhuǎn)向問題。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述輪輻式大齒輪采用輪輻式圓弧直齒圓柱齒輪。輪輻式大齒輪最外緣的齒與齒條塊上的齒相互嚙合，圓弧直齒齒廓實(shí)現(xiàn)了嚙合分離運(yùn)動(dòng)過程中的平滑性。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述輪輻式大齒輪的齒形寬度與齒條塊的齒形寬度相同，結(jié)構(gòu)更緊密。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述活動(dòng)環(huán)內(nèi)設(shè)有滾珠，減少摩擦，有利于平衡。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述車輪還設(shè)有輪轂擋板，阻止灰塵進(jìn)入輪轂。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述驅(qū)動(dòng)裝置采用一對(duì)腳蹬桿，簡(jiǎn)單、方便、環(huán)保。相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的獨(dú)輪車，采用齒輪齒條結(jié)構(gòu)，車體齒條塊與地面接觸，由于接觸面積大，接觸面材料剛性好，使得獨(dú)輪車在靜止或運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下都能保持站立狀態(tài)，也對(duì)使用者沒有技術(shù)要求；采用“齒條塊和活動(dòng)圓塊”組合解決了由于特殊結(jié)構(gòu)造成的轉(zhuǎn)向問題；采用“齒條防脫擋板、齒條防偏擋塊和輪輻式大齒輪”組合使得齒條塊像履帶一樣穩(wěn)定的呈柔性的包裹固定在齒輪體上，亦能自動(dòng)平鋪在路面上，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的齒輪齒條嚙合運(yùn)動(dòng)，這樣，受路面狀況影響的只有履帶結(jié)構(gòu)，齒輪體始終只是行駛在履帶內(nèi)部，不受任何路況的影響。對(duì)路面要求低，爬坡能力好。


圖1是本發(fā)明獨(dú)輪車立體剖視 圖2是本發(fā)明獨(dú)輪車立體結(jié)構(gòu)分解示意 圖3是本發(fā)明獨(dú)輪車中齒條塊組合立體 圖4是本發(fā)明獨(dú)輪車中轉(zhuǎn)向裝置結(jié)構(gòu)分解示意 圖5是本發(fā)明獨(dú)輪車中輪輻式大齒輪立體 圖6是本發(fā)明獨(dú)輪車中輪輻式大齒輪主視 圖7是本發(fā)明獨(dú)輪車中輪輻式大齒輪圓弧直齒齒廓放大 圖8是本發(fā)明獨(dú)輪車中活動(dòng)環(huán)立體圖。
圖中各部件名稱如下:
12——車輪
121——輪轂擋板 122-活動(dòng)環(huán)
123——齒條塊
1231——圓形盲孔
1232——螺栓
124—齒條防脫擋板
125——齒條防偏擋塊
126——輪輻式大齒輪 1261——輪轂
127——滾珠
13—腳蹬桿
14——座椅
151——活動(dòng)圓塊
152——環(huán)形凹槽16--夕卜殼
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。如圖1、圖2所示，本發(fā)明提供了一種獨(dú)輪車，其包括:座椅14根據(jù)需要制作成各種形狀、驅(qū)動(dòng)裝置(圖中未示)如可設(shè)計(jì)為一對(duì)腳蹬桿13、車輪12，所述車輪12包括一個(gè)輪福式大齒輪126,將一根能和輪福式大齒輪126相哨合的長(zhǎng)齒條切割分成若干個(gè)齒條塊123，每個(gè)齒條塊123通過銷軸首尾連接環(huán)繞在輪輻式大齒輪126上，形成一個(gè)齒條塊123組合成的齒條環(huán)(圖中未示)，長(zhǎng)齒條其總長(zhǎng)度大于輪輻式大齒輪126的最大周長(zhǎng)。齒條塊123總體外形為塊狀，上方為若干個(gè)齒，齒的規(guī)格與中心的輪輻式大齒輪126的齒的規(guī)格相同，功能是與中心的輪輻式大齒輪126形成嚙合關(guān)系；齒條塊123前端為“凸”字形設(shè)計(jì)，后端則為“凹”字形設(shè)計(jì)。側(cè)面則打有通孔，后一片齒條塊123的前段插入前一片齒條塊123的后端凹槽，然后通過螺栓插入通孔連接，把若干齒條塊123最終可連接成一個(gè)類似履帶的柔性齒條環(huán)。座椅14通過螺釘與活動(dòng)環(huán)122固定連接，活動(dòng)環(huán)122與輪輻式大齒輪126的輪轂1261活動(dòng)連接，能相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)；腳蹬桿13采用兩根長(zhǎng)螺栓和兩只螺母與輪輻式大齒輪126的輪轂1261固定，與活動(dòng)環(huán)122能相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，腳蹬桿13提供獨(dú)輪車運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力。當(dāng)輪輻式大齒輪126壓立在某一個(gè)齒條塊123上時(shí)，緊隨該齒條塊123前、后一個(gè)齒條塊123因自重原因自動(dòng)平鋪在路面上，使得輪輻式大齒輪126向前運(yùn)動(dòng)時(shí)，始終有三個(gè)齒條塊123平鋪在路面上，從而達(dá)到輪輻式大齒輪126始終在一根齒條上運(yùn)動(dòng)同樣的效果，使其運(yùn)動(dòng)過程穩(wěn)定。由于類履帶結(jié)構(gòu)的采用，車輪12通過齒條塊123與地面接觸，接觸面積大且剛性好，所以該獨(dú)輪車無論在運(yùn)動(dòng)或靜止?fàn)顟B(tài)下都能夠站得穩(wěn)。形成如此大的接觸面的原因在于中心輪輻式大齒輪126與齒條塊123之間的嚙合連接，之后齒條塊123又與地面的大接觸面接觸，實(shí)現(xiàn)了車體與地面間接大接觸面接觸，這樣獨(dú)輪車才站立不倒。如圖1、圖2、 圖3所示，獨(dú)輪車在運(yùn)動(dòng)過程中，在軸向力的作用下，若干個(gè)齒條塊123組合成的齒條環(huán)會(huì)與輪輻式大齒輪126發(fā)生偏離或脫落，為防止這種情況的發(fā)生在齒條塊123的兩側(cè)各設(shè)計(jì)一塊齒條防脫擋板124。齒條防脫擋板124形狀類似等腰三角形，三個(gè)角都倒成圓角，在三個(gè)角落處都開設(shè)有通孔，齒條塊123的兩側(cè)邊也開設(shè)有與齒條防脫擋板124相對(duì)應(yīng)位置關(guān)系的兩個(gè)通孔，采用螺栓螺母固定齒條塊123和齒條防脫擋板124，兩塊相對(duì)的齒條防脫擋板124的另一邊也采用螺栓螺母相互固定。如圖2、圖3所示，齒條防脫擋板124的中間位置固定有一個(gè)齒條防偏擋塊125，齒條防偏擋塊125形狀為圓柱狀,用于保證運(yùn)動(dòng)過程中齒輪齒條塊組合結(jié)構(gòu)(即齒條環(huán))與輪輻式大齒輪126的相對(duì)穩(wěn)定，特別是轉(zhuǎn)彎的時(shí)候，抵消軸向的力，不至于由于轉(zhuǎn)向力造成輪輻式大齒輪126與齒條環(huán)(圖中未示)平面的相對(duì)位移。同時(shí)，齒條防偏擋塊125另一個(gè)重要作用在于，當(dāng)齒條塊123經(jīng)歷一次輪輻式大齒輪126的輪身壓過之后需要向上拉起時(shí)，卡在輪輻式大齒輪126的齒內(nèi)緣上，起到一個(gè)拉起作用。如圖1、圖4所示，獨(dú)輪車在運(yùn)動(dòng)過程中，齒條塊123與地面接觸，接觸面積大，導(dǎo)致轉(zhuǎn)彎困難，所以在齒條塊123上設(shè)計(jì)了轉(zhuǎn)向裝置，使其輕松實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)向。轉(zhuǎn)向的實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵在于活動(dòng)圓塊151。當(dāng)獨(dú)輪車需要轉(zhuǎn)向的時(shí)候，有一個(gè)活動(dòng)圓塊151壓在地面，該活動(dòng)圓塊151與地面相對(duì)靜止，但與該活動(dòng)圓塊151上方的齒條塊123形成旋轉(zhuǎn)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)向。齒條塊123下方為一個(gè)圓形盲孔1231，作為活動(dòng)圓塊151的放置空間，還有從側(cè)面軸線與圓形盲孔1231圓周相切的通孔，插入螺栓1232后可形成對(duì)活動(dòng)圓塊151的活動(dòng)型固定。安裝上活動(dòng)圓塊151之后，齒條塊123與地面的接觸面積即是活動(dòng)圓塊123的地面面積。同時(shí)，該處插入的螺栓1232也用于齒條防脫擋板124與齒條塊123的過盈連接；活動(dòng)圓塊151呈圓柱狀，一端有一圈環(huán)形凹槽152，凹槽截面為半圓形，用于將活動(dòng)圓塊151固定在齒條塊123上且使活動(dòng)圓塊151可繞環(huán)形凹槽152軸轉(zhuǎn)動(dòng)，即轉(zhuǎn)向時(shí)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。底面平整，裝于齒條塊123上之后，會(huì)略高出齒條塊123，作為轉(zhuǎn)向及運(yùn)動(dòng)過程中與地面接觸的部分。如圖2、圖5所示，所述獨(dú)輪車車輪主題部分，也是整個(gè)獨(dú)輪車車輪最大的一個(gè)零件為中心的輪輻式大齒輪126，采用的是一個(gè)輪輻式大齒輪126。輪輻式大齒輪126最外緣設(shè)有一圈特殊齒形的齒，寬度與齒條塊123相同，能與齒條塊123上的齒嚙合，通過這種穩(wěn)定嚙合在車體靜止的時(shí)候使其與齒條塊123相對(duì)靜止，達(dá)到保持平穩(wěn)站立的效果；在車體運(yùn)動(dòng)的時(shí)候形成穩(wěn)定的運(yùn)動(dòng)副；輪輻式大齒輪126中心為中空結(jié)構(gòu)，減小了車輪的自重，重心更容易掌控，易于使用者的控制以及減小運(yùn)動(dòng)所需的動(dòng)力。輪輻式大齒輪126中心結(jié)構(gòu)邊緣為臺(tái)階式的設(shè)計(jì)，用于嵌入座椅的滾珠式類軸承承重結(jié)構(gòu)；輪輻式大齒輪126中心結(jié)構(gòu)與其邊緣之間為承力的板結(jié)構(gòu)是最薄的部分，帶四個(gè)長(zhǎng)孔，用于齒條塊123組合(如圖3所示)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定組合的連接螺栓空間；此外，輪輻式大齒輪123最內(nèi)層材料上，設(shè)計(jì)了兩個(gè)通孔，用于使用長(zhǎng)螺栓連接與固定腳蹬桿13。如圖5、圖6、圖7所示，輪輻式大齒輪126最外緣的齒與齒條塊123上的齒相互嚙合，所以選用同一種齒形。由于功能的要求，齒形的選擇尤為關(guān)鍵。由于齒輪之間存在較大的壓力，嚙合分離運(yùn)動(dòng)過程中的平滑性十分重要，所以采用復(fù)合運(yùn)動(dòng)特性，且可以實(shí)現(xiàn)平滑過渡的圓弧齒廓最為優(yōu)；由于直齒圓柱齒輪的特性最為接近輪輻式齒輪的特性要求，所以可以選擇直齒圓柱齒輪；綜合以上考慮，所述輪輻式大齒輪126采用輪輻式圓弧直齒圓柱齒輪。如圖2、圖8所示，座椅14通過滾珠式類軸承承重結(jié)構(gòu)套裝在輪輻式大齒輪126輪轂兩側(cè)臺(tái)階結(jié)構(gòu)上，其中包括一個(gè)活動(dòng)環(huán)122和若干滾珠127?；顒?dòng)環(huán)122設(shè)有容納滾珠127的空腔，輪輻式大齒輪126中心結(jié)構(gòu)邊緣為臺(tái)階式的設(shè)計(jì)，用于嵌入座椅的滾珠式類軸承承重結(jié)構(gòu)。組裝之后，活動(dòng)環(huán)122與輪輻式大齒輪126臺(tái)階狀結(jié)構(gòu)之間形成環(huán)形空腔，恰適合放入若干滾珠127，形成類似滾動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu)，使得活動(dòng)環(huán)122與臺(tái)階狀結(jié)構(gòu)之間形成滾動(dòng)摩擦副，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下座椅與人的相對(duì)靜止，與車體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。如圖1、圖2所示，所述獨(dú)輪車完全通過人力實(shí)現(xiàn)其運(yùn)行以及控制，因此，其動(dòng)力裝置也相對(duì)簡(jiǎn)單，驅(qū)動(dòng)裝置采用一對(duì)腳蹬桿13。腳蹬桿13呈一個(gè)桿結(jié)構(gòu)，通過螺栓螺帽安裝于輪輻式大齒輪126的通孔上，是力的傳遞機(jī)構(gòu)。安裝方式為偏心式安裝。在力的傳遞過程中，受力點(diǎn)不在獨(dú)輪車的中央軸，而在一個(gè)半徑圓上，根據(jù)杠桿原理，力臂越長(zhǎng)，使獨(dú)輪車運(yùn)動(dòng)起來更省力，操控起來更方便。為了防塵在腳蹬桿13和活動(dòng)環(huán)122之間增設(shè)輪轂擋板121，通過腳蹬桿13的兩只螺栓與腳蹬桿13固定，與活動(dòng)環(huán)122之間能相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。如圖1、圖2所示，在車輪12兩側(cè)各設(shè)置有一外殼16，外殼16的形狀為園環(huán)狀，最大外圓直徑比車輪12外徑要小，內(nèi)圓直徑與輪輻式大齒輪126輪轂直徑相當(dāng)，外殼16與輪輻式大齒輪126采用螺釘固定或者焊接固定。
以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說明。對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種獨(dú)輪車，包括座椅、驅(qū)動(dòng)裝置和車輪，其特征在于:所述車輪包括輪輻式大齒輪、若干個(gè)齒條塊、活動(dòng)環(huán)；所述座椅與所述活動(dòng)環(huán)固定連接，所述活動(dòng)環(huán)與所述輪輻式大齒輪的輪轂活動(dòng)連接；所述驅(qū)動(dòng)裝置與所述輪輻式大齒輪的輪轂驅(qū)動(dòng)連接；所述若干個(gè)齒條塊彼此連接環(huán)繞在所述輪輻式大齒輪上且與所述輪輻式大齒輪嚙合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的獨(dú)輪車，其特征在于:所述齒條塊兩側(cè)各設(shè)有齒條防脫擋板。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的獨(dú)輪車，其特征在于:所述齒條防脫擋板內(nèi)側(cè)設(shè)有齒條防偏擋塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的獨(dú)輪車，其特征在于:所述獨(dú)輪車還包括轉(zhuǎn)向裝置，所述轉(zhuǎn)向裝置包括:齒條塊底部設(shè)有圓形盲孔，還設(shè)有從所述齒條塊側(cè)面軸線與所述圓形盲孔圓周相切的螺栓，所述圓形盲孔內(nèi)置一活動(dòng)圓塊，所述活動(dòng)圓塊呈圓柱狀，一端設(shè)有環(huán)形凹槽，用于將活動(dòng)圓塊固定在齒條塊的螺栓上且使活動(dòng)圓塊可繞環(huán)形凹槽軸轉(zhuǎn)，活動(dòng)圓塊高出齒條塊。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的獨(dú)輪車，其特征在于:所述輪輻式大齒輪采用輪福式圓弧直齒圓柱齒輪。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的獨(dú)輪車，其特征在于:所述輪輻式大齒輪的齒形寬度與齒條塊的齒形寬度相同。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的獨(dú)輪車，其特征在于:所述活動(dòng)環(huán)內(nèi)設(shè)有滾珠。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的獨(dú)輪車，其特征在于:所述車輪還設(shè)有輪轂擋板。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的獨(dú)輪車，其特征在于:所述驅(qū)動(dòng)裝置采用一對(duì)腳蹬桿。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種獨(dú)輪車，屬于代步工具領(lǐng)域。該獨(dú)輪車包括座椅、驅(qū)動(dòng)裝置和車輪，所述車輪包括輪輻式大齒輪、若干個(gè)齒條塊、活動(dòng)環(huán)；所述座椅與所述活動(dòng)環(huán)固定連接，所述活動(dòng)環(huán)與所述輪輻式大齒輪的輪轂活動(dòng)連接；所述驅(qū)動(dòng)裝置與所述輪輻式大齒輪的輪轂驅(qū)動(dòng)連接；所述若干個(gè)齒條塊彼此連接環(huán)繞在所述輪輻式大齒輪上且與所述輪輻式大齒輪嚙合。由于齒輪齒條嚙合類履帶結(jié)構(gòu)的采用，車輪通過齒條塊與地面接觸，接觸面積大且剛性好，無論在靜止或運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下都可以站立不倒。此獨(dú)輪車可應(yīng)用于野外或大中型工作場(chǎng)所作為代步工具。
文檔編號(hào)B62K1/00GK103204202SQ201310088910
公開日2013年7月17日 申請(qǐng)日期2013年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月20日
發(fā)明者羅柏文, 何軍, 王朝輝, 李旦 申請(qǐng)人:湖南科技大學(xué)