一種新型全方位移動(dòng)輪的研制

楊芳 蘇向東 范貞

摘 要：輪子是車子的“腳”，輪胎是車子的“鞋”。一雙靈活的“腳”，就能賦予車更靈動(dòng)的生命力。而此次我們將要探索走近的是一種新型全方位移動(dòng)輪的研究與制作，該新型作品面對(duì)多種應(yīng)用領(lǐng)域的需求，對(duì)輪子靈活性的需求及獨(dú)特的外觀進(jìn)行創(chuàng)新性的設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)是對(duì)現(xiàn)有常見(jiàn)的輪子進(jìn)行大量次數(shù)的分析改進(jìn)，而制作成型的一種新型可全方位移動(dòng)的輪子，該產(chǎn)品是結(jié)合受力及理論分析和試驗(yàn)研究綜合考慮之下而完成的一種新型全方位移動(dòng)輪。

關(guān)鍵詞：車；新型全方位移動(dòng)輪；外觀；靈活性

目前我國(guó)輪子形式比較單一，靈活性較差。在生活領(lǐng)域的應(yīng)用中，為了提高箱子靈活性又發(fā)明了萬(wàn)向輪式旅行箱，這些旅行箱對(duì)行駛環(huán)境路況具有很大要求，這使得旅行箱在各種環(huán)境下使用特別不便，給很多人增添了煩惱。有一部分“手推車”使用三腳輪，這樣輪子的功能被擴(kuò)展了，除了可以在平地上推動(dòng)，還能夠完成“爬樓梯”這樣高難度的“動(dòng)作”。除了在我們身邊的生活中有需求這樣多功能輪子的拓展，在遙遠(yuǎn)的太空領(lǐng)域中也同樣需要這樣一雙靈活的“腳”，如太空小車就需要這樣的“腳”，可以在細(xì)砂碎石的路況下完成勘測(cè)工作，在不同的路況中來(lái)回穿梭，行動(dòng)自如。

在以上問(wèn)題可以說(shuō)明，靈活“腳”對(duì)一輛車的重要性。新型的車輪可使車輛的使用范圍更加廣泛，因此，可見(jiàn)設(shè)計(jì)一種新型全方位移動(dòng)輪子，對(duì)于擴(kuò)展車的使用范圍的重要性。

1 新型全方位移動(dòng)輪的研究目的

這種新型全方位移動(dòng)輪能滿足多種應(yīng)用領(lǐng)域的各種靈活性需要，應(yīng)用范圍要廣，適用性要大。例如：新型汽車領(lǐng)域，太空小車領(lǐng)域，機(jī)器人領(lǐng)域及行李箱等都需要靈活輪子的領(lǐng)域。此輪子不但擁有萬(wàn)向輪的靈活特點(diǎn)，還可以適應(yīng)凹凸不平的沙粒路面，進(jìn)行輕松全方位移動(dòng)，大大增加了輪子承載體的適應(yīng)性及靈活性，使一些靠人力移動(dòng)的車不再是“硬拖”“硬拉”“硬拽”，給人們以便捷，高效的生活，而對(duì)于一些非人力驅(qū)動(dòng)的車，可以大大提升其運(yùn)動(dòng)的靈活性及對(duì)路況的適應(yīng)性。

2 研究的內(nèi)容及解決方法

在新型全方位移動(dòng)輪的研制過(guò)程中，主要研究的內(nèi)容包括：合理設(shè)計(jì)輪轂形狀；小輪個(gè)數(shù)分布及偏轉(zhuǎn)角度；達(dá)到靈活性的前提下，對(duì)輪子簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，達(dá)到輕便，節(jié)省材料及增加靈活的特點(diǎn)；小輪支架與輪轂連接處采用一定角度旋轉(zhuǎn)的設(shè)計(jì)，增加其全方位移動(dòng)的特點(diǎn)；主要針對(duì)奇數(shù)個(gè)小輪分布進(jìn)行方案研究等。

在研究的過(guò)程中也存在了許多問(wèn)題，研究者也采取了相應(yīng)的解決措施：結(jié)構(gòu)上的設(shè)計(jì)問(wèn)題，采用“整體大輪，邊緣小輪”的設(shè)計(jì)理念，主要針對(duì)輪轂形狀，小輪個(gè)數(shù)分布及小輪偏轉(zhuǎn)角度設(shè)計(jì)的合理性及整體設(shè)計(jì)的協(xié)調(diào)性問(wèn)題。對(duì)其解決方法是對(duì)整體進(jìn)行受力分析及選擇穩(wěn)定的數(shù)學(xué)幾何圖形來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并參考相關(guān)具體實(shí)例數(shù)據(jù)進(jìn)行具體分析；材料選擇的合理性問(wèn)題.采取的解決方法是不同領(lǐng)域可根據(jù)需要選擇不同的材料，具體材料通過(guò)試驗(yàn)和數(shù)據(jù)綜合進(jìn)行解決的 ；細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)和3D技術(shù)制作等問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)輪子的全方位移動(dòng)的功能，并將此新型全方位移動(dòng)輪應(yīng)用在多種科技領(lǐng)域，如生活用品領(lǐng)域，航天領(lǐng)域，汽車領(lǐng)域及機(jī)器人領(lǐng)域等，滿足多種領(lǐng)域?qū)喿屿`活性的需求，其實(shí)物制作和細(xì)節(jié)很重要。采用的相應(yīng)的解決方法是切實(shí)地利用3D打印技術(shù)并進(jìn)行實(shí)踐制作，部分細(xì)節(jié)問(wèn)題與相關(guān)技術(shù)人員共同分析。

3 新型全方位移動(dòng)輪結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)介紹

新型全方位移動(dòng)輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：采用“整體大輪，邊緣小輪”的設(shè)計(jì)理念，主要針對(duì)輪轂形狀，小輪個(gè)數(shù)分布及小輪偏轉(zhuǎn)角度進(jìn)行試驗(yàn)分析，將各個(gè)方向上的力合理的利用其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分布到各個(gè)方向上去，關(guān)于整輪和小輪尺寸的設(shè)計(jì)及整體的比例問(wèn)題，試驗(yàn)人員進(jìn)行了多次的實(shí)驗(yàn)并找到了相對(duì)合理的比例及尺寸。其輪轂側(cè)面采用“I”型設(shè)計(jì)，其正面采用正多邊形設(shè)計(jì)，邊緣小輪支架采用拱形設(shè)計(jì)，輪轂內(nèi)部采用較穩(wěn)定且承受能力較強(qiáng)的“圓形孔”設(shè)計(jì)，此設(shè)計(jì)可以減輕輪子本身重量，間接增加其靈活度。通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，小輪的偏轉(zhuǎn)角度為45度時(shí)，整體“大輪”更穩(wěn)定。其小輪的制作輪廓采用圓弧形且材料及形狀采用多種類型設(shè)計(jì)，目的是能適用于多種地面環(huán)境且使用時(shí)改變方向更加方便靈活。這種新型全方位移動(dòng)輪的制作是利用CATIA軟件進(jìn)行三維設(shè)計(jì)，并結(jié)合3D打印技術(shù)進(jìn)行制作。在實(shí)際應(yīng)用中，材料的最終選擇可以根據(jù)不同需求選擇合適材料，從而實(shí)現(xiàn)輪子的全方位移動(dòng)功能。

4 新型全方位移動(dòng)輪的創(chuàng)新之處

此種新型全方位移動(dòng)輪未來(lái)的發(fā)展方向應(yīng)面向多個(gè)領(lǐng)域，如生活用品領(lǐng)域，航天領(lǐng)域，汽車領(lǐng)域及機(jī)器人領(lǐng)域等，它的創(chuàng)新之處包括：新型全方位移動(dòng)輪將單輪與萬(wàn)向輪的特點(diǎn)很融洽的相結(jié)合；新型全方位移動(dòng)輪將改變?nèi)藗冊(cè)小败嚨哪_”認(rèn)識(shí)觀念，一改傳統(tǒng)車輪的固有形態(tài)；其輪子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)依據(jù)“分力”的力學(xué)理論基礎(chǔ)，給輪子的設(shè)計(jì)帶來(lái)了新的研制和發(fā)展思路；其外形結(jié)構(gòu)上的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，整體外形新穎，改變傳統(tǒng)輪子的固有圓形外觀；采用3D打印科技技術(shù)，在制作方面引領(lǐng)科技前沿，并帶動(dòng)新興科技的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)多個(gè)科技領(lǐng)域的應(yīng)用，提升“車”技術(shù)的快速發(fā)展，給人們以便捷，先進(jìn)的生活品質(zhì)，同時(shí)也推動(dòng)汽車行業(yè)，乃至航天事業(yè)的進(jìn)步。

5 結(jié)語(yǔ)

新型全方位移動(dòng)輪的投入使用，將會(huì)把車子的“腳”帶進(jìn)一個(gè)新的科技高度，它的使用將在未來(lái)科技領(lǐng)域展開(kāi)一個(gè)新的篇章，我們也期待它技術(shù)發(fā)展的成熟，從而造福于全人類，乃至全宇宙。

參考文獻(xiàn)：

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[3] 濮良貴.機(jī)械設(shè)計(jì)第九版.高等教育出版社，2013.

項(xiàng)目名稱：遼寧省省級(jí)大創(chuàng)項(xiàng)目資助（項(xiàng)目編號(hào)：201510144025）

作者簡(jiǎn)介：

楊芳（1994-），女，遼寧鞍山人，本科，交通運(yùn)輸專業(yè)；

蘇向東（1971-），男，遼寧沈陽(yáng)人，教師；

范貞（1993-），男，遼寧北票人，本科，車輛工程專業(yè)。