專利名稱：獨輪車的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種代步工具，尤其涉及一種獨輪車。
背景技術：
當今市場上的獨輪車產品主要有兩種:傳統(tǒng)獨輪車和新型自平衡獨輪車。傳統(tǒng)獨輪車是純機械獨輪車，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使獨輪車行走和停止，但在光滑或凹凸不平的路面上難以行走，爬坡能力差。因此該種獨輪車幾乎只能用于表演或娛樂健身?，F(xiàn)代的新型自平衡獨輪車，采用了陀螺儀、角度傳感器、方向控制器等先進技術，使得操作人員坐在上面隨時可以保持靜止平衡，并由電機驅動行走，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，并且制作復雜、成本高。

發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種齒輪齒條式獨輪車，這種獨輪車的車輪與地面接觸面積大，使得獨輪車在靜止或運動狀態(tài)下都能保持站立狀態(tài)。為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供了一種齒輪齒條式獨輪車，包括座椅、驅動裝置和車輪，所述車輪包括輪輻式大齒輪、若干個齒條塊、活動環(huán)；所述座椅與所述活動環(huán)固定連接，所述活動環(huán)與所述輪輻式大齒輪的輪轂活動連接；所述驅動裝置與所述輪輻式大齒輪的輪轂驅動連接；所述若干個齒條塊彼此連接環(huán)繞在所述輪輻式大齒輪上且與所述輪輻式大齒輪嚙合。采用齒輪齒條結構，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，使得獨輪車在靜止或運動狀態(tài)下都能保持站立狀態(tài)。作為本發(fā)明的進一步改進，所述齒條塊兩側各設有一塊齒條防脫擋板。作為本發(fā)明的進一步改進，所述齒條防脫擋板內側設有齒條防偏擋塊。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，亦能自動平鋪在路面上，實現(xiàn)了真正意義上的齒輪齒條嚙合運動，這樣，受路面狀況影響的只有履帶結構，齒輪體始終只是行駛在履帶內部，不受任何路況的影響。對路面要求低，爬坡能力好。作為本發(fā)明的進一步改進，所述獨輪車還包括轉向裝置，所述轉向裝置包括:齒條塊底部設有圓形盲孔，還設有從所述齒條塊側面軸線與所述圓形盲孔圓周相切的螺栓，所述圓形盲孔內置一活動圓塊，所述活動圓塊呈圓柱狀，一端設有環(huán)形凹槽，用于將活動圓塊固定在齒條塊的螺栓上且使活動圓塊可繞環(huán)形凹槽軸轉，活動圓塊高出齒條塊。采用“齒條塊和活動圓塊”組合，活動圓塊可與齒條塊相對軸轉，解決了由于特殊結構造成的轉向問題。作為本發(fā)明的進一步改進，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，圓弧直齒齒廓實現(xiàn)了嚙合分離運動過程中的平滑性。
作為本發(fā)明的進一步改進，所述輪輻式大齒輪的齒形寬度與齒條塊的齒形寬度相同，結構更緊密。作為本發(fā)明的進一步改進，所述活動環(huán)內設有滾珠，減少摩擦，有利于平衡。作為本發(fā)明的進一步改進，所述車輪還設有輪轂擋板，阻止灰塵進入輪轂。作為本發(fā)明的進一步改進，所述驅動裝置采用一對腳蹬桿，簡單、方便、環(huán)保。相較于現(xiàn)有技術，本發(fā)明的獨輪車，采用齒輪齒條結構，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，使得獨輪車在靜止或運動狀態(tài)下都能保持站立狀態(tài)，也對使用者沒有技術要求；采用“齒條塊和活動圓塊”組合解決了由于特殊結構造成的轉向問題；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，亦能自動平鋪在路面上，實現(xiàn)了真正意義上的齒輪齒條嚙合運動，這樣，受路面狀況影響的只有履帶結構，齒輪體始終只是行駛在履帶內部，不受任何路況的影響。對路面要求低，爬坡能力好。


圖1是本發(fā)明獨輪車立體剖視 圖2是本發(fā)明獨輪車立體結構分解示意 圖3是本發(fā)明獨輪車中齒條塊組合立體 圖4是本發(fā)明獨輪車中轉向裝置結構分解示意 圖5是本發(fā)明獨輪車中輪輻式大齒輪立體 圖6是本發(fā)明獨輪車中輪輻式大齒輪主視 圖7是本發(fā)明獨輪車中輪輻式大齒輪圓弧直齒齒廓放大 圖8是本發(fā)明獨輪車中活動環(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——活動圓塊
152——環(huán)形凹槽16--夕卜殼
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明做進一步說明。如圖1、圖2所示，本發(fā)明提供了一種獨輪車，其包括:座椅14根據需要制作成各種形狀、驅動裝置(圖中未示)如可設計為一對腳蹬桿13、車輪12，所述車輪12包括一個輪福式大齒輪126,將一根能和輪福式大齒輪126相哨合的長齒條切割分成若干個齒條塊123，每個齒條塊123通過銷軸首尾連接環(huán)繞在輪輻式大齒輪126上，形成一個齒條塊123組合成的齒條環(huán)(圖中未示)，長齒條其總長度大于輪輻式大齒輪126的最大周長。齒條塊123總體外形為塊狀，上方為若干個齒，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形成嚙合關系；齒條塊123前端為“凸”字形設計，后端則為“凹”字形設計。側面則打有通孔，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最終可連接成一個類似履帶的柔性齒條環(huán)。座椅14通過螺釘與活動環(huán)122固定連接，活動環(huán)122與輪輻式大齒輪126的輪轂1261活動連接，能相對轉動；腳蹬桿13采用兩根長螺栓和兩只螺母與輪輻式大齒輪126的輪轂1261固定，與活動環(huán)122能相對轉動，腳蹬桿13提供獨輪車運動的動力。當輪輻式大齒輪126壓立在某一個齒條塊123上時，緊隨該齒條塊123前、后一個齒條塊123因自重原因自動平鋪在路面上，使得輪輻式大齒輪126向前運動時，始終有三個齒條塊123平鋪在路面上，從而達到輪輻式大齒輪126始終在一根齒條上運動同樣的效果，使其運動過程穩(wěn)定。由于類履帶結構的采用，車輪12通過齒條塊123與地面接觸，接觸面積大且剛性好，所以該獨輪車無論在運動或靜止狀態(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，實現(xiàn)了車體與地面間接大接觸面接觸，這樣獨輪車才站立不倒。如圖1、圖2、 圖3所示，獨輪車在運動過程中，在軸向力的作用下，若干個齒條塊123組合成的齒條環(huán)會與輪輻式大齒輪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的兩側各設計一塊齒條防脫擋板124。齒條防脫擋板124形狀類似等腰三角形，三個角都倒成圓角，在三個角落處都開設有通孔，齒條塊123的兩側邊也開設有與齒條防脫擋板124相對應位置關系的兩個通孔，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,用于保證運動過程中齒輪齒條塊組合結構(即齒條環(huán))與輪輻式大齒輪126的相對穩(wěn)定，特別是轉彎的時候，抵消軸向的力，不至于由于轉向力造成輪輻式大齒輪126與齒條環(huán)(圖中未示)平面的相對位移。同時，齒條防偏擋塊125另一個重要作用在于，當齒條塊123經歷一次輪輻式大齒輪126的輪身壓過之后需要向上拉起時，卡在輪輻式大齒輪126的齒內緣上，起到一個拉起作用。如圖1、圖4所示，獨輪車在運動過程中，齒條塊123與地面接觸，接觸面積大，導致轉彎困難，所以在齒條塊123上設計了轉向裝置，使其輕松實現(xiàn)了轉向。轉向的實現(xiàn)關鍵在于活動圓塊151。當獨輪車需要轉向的時候，有一個活動圓塊151壓在地面，該活動圓塊151與地面相對靜止，但與該活動圓塊151上方的齒條塊123形成旋轉相對運動，從而實現(xiàn)了轉向。齒條塊123下方為一個圓形盲孔1231，作為活動圓塊151的放置空間，還有從側面軸線與圓形盲孔1231圓周相切的通孔，插入螺栓1232后可形成對活動圓塊151的活動型固定。安裝上活動圓塊151之后，齒條塊123與地面的接觸面積即是活動圓塊123的地面面積。同時，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，用于將活動圓塊151固定在齒條塊123上且使活動圓塊151可繞環(huán)形凹槽152軸轉動，即轉向時的相對運動。底面平整，裝于齒條塊123上之后，會略高出齒條塊123，作為轉向及運動過程中與地面接觸的部分。如圖2、圖5所示，所述獨輪車車輪主題部分，也是整個獨輪車車輪最大的一個零件為中心的輪輻式大齒輪126，采用的是一個輪輻式大齒輪126。輪輻式大齒輪126最外緣設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候使其與齒條塊123相對靜止，達到保持平穩(wěn)站立的效果；在車體運動的時候形成穩(wěn)定的運動副；輪輻式大齒輪126中心為中空結構，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動所需的動力。輪輻式大齒輪126中心結構邊緣為臺階式的設計，用于嵌入座椅的滾珠式類軸承承重結構；輪輻式大齒輪126中心結構與其邊緣之間為承力的板結構是最薄的部分，帶四個長孔，用于齒條塊123組合(如圖3所示)實現(xiàn)穩(wěn)定組合的連接螺栓空間；此外，輪輻式大齒輪123最內層材料上，設計了兩個通孔，用于使用長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，齒形的選擇尤為關鍵。由于齒輪之間存在較大的壓力，嚙合分離運動過程中的平滑性十分重要，所以采用復合運動特性，且可以實現(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構套裝在輪輻式大齒輪126輪轂兩側臺階結構上，其中包括一個活動環(huán)122和若干滾珠127?；顒迎h(huán)122設有容納滾珠127的空腔，輪輻式大齒輪126中心結構邊緣為臺階式的設計，用于嵌入座椅的滾珠式類軸承承重結構。組裝之后，活動環(huán)122與輪輻式大齒輪126臺階狀結構之間形成環(huán)形空腔，恰適合放入若干滾珠127，形成類似滾動軸承的結構，使得活動環(huán)122與臺階狀結構之間形成滾動摩擦副，實現(xiàn)了運動狀態(tài)下座椅與人的相對靜止，與車體的相對運動。如圖1、圖2所示，所述獨輪車完全通過人力實現(xiàn)其運行以及控制，因此，其動力裝置也相對簡單，驅動裝置采用一對腳蹬桿13。腳蹬桿13呈一個桿結構，通過螺栓螺帽安裝于輪輻式大齒輪126的通孔上，是力的傳遞機構。安裝方式為偏心式安裝。在力的傳遞過程中，受力點不在獨輪車的中央軸，而在一個半徑圓上，根據杠桿原理，力臂越長，使獨輪車運動起來更省力，操控起來更方便。為了防塵在腳蹬桿13和活動環(huán)122之間增設輪轂擋板121，通過腳蹬桿13的兩只螺栓與腳蹬桿13固定，與活動環(huán)122之間能相對轉動。如圖1、圖2所示，在車輪12兩側各設置有一外殼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，內圓直徑與輪輻式大齒輪126輪轂直徑相當，外殼16與輪輻式大齒輪126采用螺釘固定或者焊接固定。
以上內容是結合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進一步詳細說明，不能認定本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬于本發(fā)明的保護范圍。
權利要求
1.一種獨輪車，包括座椅、驅動裝置和車輪，其特征在于:所述車輪包括輪輻式大齒輪、若干個齒條塊、活動環(huán)；所述座椅與所述活動環(huán)固定連接，所述活動環(huán)與所述輪輻式大齒輪的輪轂活動連接；所述驅動裝置與所述輪輻式大齒輪的輪轂驅動連接；所述若干個齒條塊彼此連接環(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.根據權利要求1所述的獨輪車，其特征在于:所述齒條塊兩側各設有齒條防脫擋板。
3.根據權利要求2所述的獨輪車，其特征在于:所述齒條防脫擋板內側設有齒條防偏擋塊。
4.根據權利要求1所述的獨輪車，其特征在于:所述獨輪車還包括轉向裝置，所述轉向裝置包括:齒條塊底部設有圓形盲孔，還設有從所述齒條塊側面軸線與所述圓形盲孔圓周相切的螺栓，所述圓形盲孔內置一活動圓塊，所述活動圓塊呈圓柱狀，一端設有環(huán)形凹槽，用于將活動圓塊固定在齒條塊的螺栓上且使活動圓塊可繞環(huán)形凹槽軸轉，活動圓塊高出齒條塊。
5.根據權利要求1至4任一項所述的獨輪車，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.根據權利要求1至4任一項所述的獨輪車，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.根據權利要求1至4任一項所述的獨輪車，其特征在于:所述活動環(huán)內設有滾珠。
8.根據權利要求1至4任一項所述的獨輪車，其特征在于:所述車輪還設有輪轂擋板。
9.根據權利要求1至4任一項所述的獨輪車，其特征在于:所述驅動裝置采用一對腳蹬桿。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種獨輪車，屬于代步工具領域。該獨輪車包括座椅、驅動裝置和車輪，所述車輪包括輪輻式大齒輪、若干個齒條塊、活動環(huán)；所述座椅與所述活動環(huán)固定連接，所述活動環(huán)與所述輪輻式大齒輪的輪轂活動連接；所述驅動裝置與所述輪輻式大齒輪的輪轂驅動連接；所述若干個齒條塊彼此連接環(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構的采用，車輪通過齒條塊與地面接觸，接觸面積大且剛性好，無論在靜止或運動狀態(tài)下都可以站立不倒。此獨輪車可應用于野外或大中型工作場所作為代步工具。
文檔編號B62K1/00GK103204202SQ201310088910
公開日2013年7月17日 申請日期2013年3月20日 優(yōu)先權日2013年3月20日
發(fā)明者羅柏文, 何軍, 王朝輝, 李旦 申請人:湖南科技大學