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CN108121254B - 一种电动换挡脚轮 - Google Patents

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CN108121254B CN201711494902.5A CN201711494902A CN108121254B CN 108121254 B CN108121254 B CN 108121254B CN 201711494902 A CN201711494902 A CN 201711494902A CN 108121254 B CN108121254 B CN 108121254B
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Jiangsu University
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Abstract

本发明提供一种电动换挡脚轮，包括滑环、套筒、轴承组件、支架、齿盘轴、齿座、齿盖、轮子A、轮子B、刹车板、挡板、压缩弹簧、盒组件和控制模块。其中盒组件包括盒座、盒盖、扭簧、大齿盘、塑料偏心轮、平键、连杆A、连杆B、连杆C、小齿轮、螺纹套筒、小轴承、轴承支架、n型导向轴和减速电机。本发明装置只需提供24V或者36V的直流电源作为动力源，通过控制减速电机开关按钮，实现对脚轮静止、万向和直行三个档位的任意切换。本发明结构紧凑，响应速度快，并且非常人性化，为以后各种医疗移动装置实现智能化提供了便捷之处。

Description

一种电动换挡脚轮
技术领域
本发明属于医用机械研究领域，具体涉及一种锥齿轮式电动换挡脚轮。
背景技术
据统计，全世界各行各业大约有150000种具有不同特点的脚轮，其应用非常广泛，这就促使人们不断的发明脚轮以应对不同领域的不同要求。现如今，随着科学技术的进步，人们开始渴望移动设备能够实现智能化操作，特别是在医疗器械领域。
目前，授权公告号为CN202656787 U的中国台湾的中控脚轮，其控制系统结构复杂，成本较高，零部件较多；为了方便医护人员，甚至的患者本身能力独立的操作病床、轮椅、急救车等设备，就需要装备在这些设备上的脚轮能够实现电动控制。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题提出一种解决方法，即一种全新的电动换挡脚轮，医护人员或者患者都能通过按钮，甚至是智能语音控制脚轮，从而实现装有该脚轮的移动设备实现静止、直行和万向三个功能。
本发明的技术方案是：一种电动换挡脚轮，包括滑环、套筒、轴承组件、支架、齿盘轴、齿座、齿盖、轮子A、轮子B、刹车板、挡板、弹性部件、盒组件和控制模块；
所述盒组件包括盒座、盒盖、扭簧、齿盘、偏心轮、连杆A、连杆B、连杆C、齿轮、螺纹套筒、轴承C、轴承支架、导向轴和减速电机；
所述滑环安装在套筒内，滑环下端面与套筒阶梯面接触；所述套筒的下端将轴承组件和支架铆接；所述齿盘轴下端穿过齿盖安装在齿座内，且可以上下移动；所述齿座和齿盖连接；所述齿盘轴的上端自下而上穿过套筒，并与套筒连接；所述齿座下端与连杆A的上端连接；所述连杆A可带动齿盖和齿座上下移动；
所述刹车板和挡板直接穿过支架上的L型槽并且呈轴对称，同时刹车板能在槽里面沿着轮径方向水平移动，所述刹车板和挡板之间设有弹性部件；所述刹车板两端距离轮子A和轮子B内侧分别设有间隙；所述轮铆钉将轮子A、第一轴承、限位套筒A、支架、限位套筒B、第二轴承和轮子B依次铆接；
所述齿盘装在盒座的台阶上，并可自由转动；所述扭簧嵌在齿盘台阶之间，扭簧的两个支撑面分别卡在台阶两侧；所述偏心轮与齿盘圆形台阶同心装配，另一端突出部分介于扭簧两个支撑面之间；所述连杆C和偏心轮连接；所述连杆A与连杆B转动连接，连杆B与连杆C转动连接；所述连杆A穿过盒座上端导轨，并且销钉A介于导轨的通孔槽之间随着连杆A上下滑动；所述减速电机直接装在盒座上，减速电机上的齿轮和齿盘啮合；轴承支架安装在盒座内；所述轴承支架上装有轴承，所述螺纹套筒一端和轴承内圈过盈配合，另一端通过筋条和齿轮连接；所述导向轴和螺纹套筒连接；所述盒座和盒盖连接；所述盒组件固定在支架上；
所述控制模块分别减速电机与和滑环电连接，通过控制减速电机开关，来控制轮子的直行、万向和静止。
上述方案中，所述滑环上半部分是定子端，下半部分是动子端；动子端的线束穿过齿盘轴和齿座，与减速电机连接；所述控制模块和定子端线束电连接，通过控制减速电机开关，来控制轮子的直行、万向和静止。
上述方案中，所述轴承组件包括轴承A、上轴承套、下轴承套和轴承B；
所述轴承A和上轴承套过盈配合连接，所述轴承B和下轴承套过盈配合连接；所述套筒外圈分别与轴承A、上轴承套、下轴承套和轴承B的内圈过盈配合；所述轴承A上端和套筒台阶连接，且通过套筒下端余量将轴承A、上轴承套、下轴承套、轴承B、套筒和支架连接。
上述方案中，所述套筒下端铆接余量为2～4mm。
上述方案中，所述轴承A为轴承51104；所述轴承B为轴承6903。
上述方案中，所述齿盘轴下端圆周面上均匀分布多个方形齿槽，与之对应的齿座内圆柱面上设有与齿槽对应大小的方形台阶；齿盘轴圆柱齿槽上端面设有方形阶梯面，与之对应的齿盖上设有与方形阶梯面同样大小的通孔槽。
上述方案中，所述导向轴为n型导向轴，所述刹车板上端开有两个方形槽，并且呈轴对称；所述导向轴的n型结构末端能够分别卡进方形槽内并带动刹车板移动。
上述方案中，所述控制模块为单片机或者PLC。
上述方案中，所述刹车板两端距离轮子A和轮子B内侧分别有0.3-0.5mm的间隙。
上述方案中，所述连杆C通过平键和偏心轮连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明所述的一种电动换挡脚轮，在步进电机上外接一个24V或者36V的电源，通过单片机或者PLC来控制电机的开关，最终医护人员或者病人通过开关按钮来实现病床或者轮椅的直行、万向和静止三个档位的任意切换。本发明结构紧凑，响应速度快，并且非常人性化，为以后各种医疗移动装置实现智能化提供了便捷之处。
附图说明
图1为本发明装置的爆炸立体示意图；
图2为本发明装置盒组件的爆炸立体示意图；
图3为本发明装置静止档位“0”的示意图；
图4为本发明装置直行档位“1”的示意图；
图5为本发明装置静止档位“2”的示意图；
图中：1-盒组件，2-轴承A，3-上轴承套，4-下轴承套，5-轴承B,6-支架，7-轮子A，8-第一轴承，9-限位套筒A，10-限位套筒B，11-套筒，12-刹车板，13-压缩弹簧，14-挡板，15-轮铆钉，16-轮子B，17-齿盖，18-齿盘轴，19-滑环，20-销钉，21-齿座，1.1-盒座，1.2-盒盖，1.3-扭簧，1.4-齿盘，1.5-偏心轮，1.6-平键，1.7-连杆A，1.8-销钉A，1.9-连杆B，1.10-销钉B，1.11-轴承C，1.12-连杆C，1.13-减速电机，1.14-齿轮，1.15-螺纹套筒，1.16-导向轴，1.17-轴承支架。
具体实施方式：
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于此。
图1和图2是本发明所述电动换挡脚轮的一种实施方式，所述电动换挡脚轮，包括滑环19、套筒11、轴承组件、支架6、齿盘轴18、齿座21、齿盖17、轮子A7、轮子B16、刹车板12、挡板14、压缩弹簧13、盒组件1和控制模块。其中盒组件1优选为塑料盒组件包括盒座1.1、盒盖1.2、扭簧1.3、齿盘、1.4、塑料的偏心轮1.5、平键1.6、连杆A1.7、连杆B1.9、连杆C1.12、齿轮1.14、螺纹套筒1.15、轴承C1.11、轴承支架1.17、导向轴1.16和减速电机1.13。
所述滑环19下端面与套筒11阶梯面接触，并通过特殊胶水黏合；所述滑环19上半部分是定子端，下半部分是动子端；动子端的线束可以穿过齿盘轴18和齿座21，并且进入塑料盒子和减速电机1.13连接；所述控制模块和定子端线束电连接，通过控制减速电机1.13组件的开关，来控制轮子的直行、万向和静止；所述控制模块为单片机或者PLC；所述轴承组件包括轴承A2、上轴承套3、下轴承套4和轴承B 5，其中轴承A和上轴承套3过盈配合连接，所述轴承B 5和下轴承套4过盈配合连接；所述套筒11外圈分别与轴承A2、上轴承套3、下轴承套4和轴承B 5的内圈通过过盈配合连接；所述轴承A2上端和套筒11台阶连接，且通过套筒11下端余量将轴承A2、上轴承套3、下轴承套4、轴承B 5、套筒11和支架6连接在一起；所述套筒11下端铆接余量为2～4mm；所述齿盘轴18下端是介于齿座21和齿盖17之间，并且可以上下移动；所述齿座21和齿盖17通过铆钉连接；所述齿盘轴18自下而上穿过套筒11，并通过定位销钉20和套筒11连接；所述齿座21下端开有一个方形槽，并且与连杆A1.7通过销钉连接；自此，连杆A1.7可以带动齿盖17和齿座21上下移动；所述齿盘轴18下端圆周面上均匀的分布16个方形齿槽，其深度为2mm，与之对应的齿座21内圆柱面上设有2个与齿槽对应大小方形台阶；圆柱齿槽上端面设有一个方形阶梯面，与之对应的齿盖17上设有与该阶梯面同样大小的通孔槽；所述齿盘轴18和齿座21在其中心处分别开有直径为4mm的通孔。
所述刹车板12和挡板14直接穿过支架6上的L型槽并且呈轴对称，同时刹车板12能在槽里面沿着轮径方向水平移动，所述刹车板12和挡板14之间装有一个压缩弹簧13；所述刹车板12上端开有两个方形槽，并且呈轴对称；所述导向轴1.16右端能够卡进方形槽内并带动刹车板12移动；所述方形槽长度比导向轴1.16右端厚度长3-4mm；所述刹车板12两端距离轮子A7和轮子B16内侧分别有0.3-0.5mm的间隙；所述轮铆钉将轮子A7、第一轴承6002、限位套筒A、支架6、限位套筒B、第二轴承6002和轮子B16依次铆接在一起。
所述齿盘1.4装在盒座1.1的圆形台阶上，并可以自由转动；所述扭簧1.3嵌在齿盘1.4台阶之间，扭簧1.3的两个支撑面分别卡在圆弧形台阶两侧，并始终处于受力状态；所述偏心轮1.5与齿盘1.4圆形台阶同心装配，另一端突出部分介于扭簧1.3两个支撑面之间；所述连杆C1.12通过平键1.6和偏心轮1.5连接；所述连杆组件之间通过两根销钉连接；所述连杆A1.7和连杆B1.9通过销钉A1.8连接并且沿着销钉A1.8相互转动，连杆B1.9和连杆C1.12通过销钉B1.10连接并且沿着销钉B1.10相互转动。
所述连杆A1.7穿过盒座1.1上端导轨，销钉A1.8介于导轨的通孔槽之间随着连杆A1.7上下滑动；所述减速电机1.13直接装在盒座1.1上，减速电机1.13上的齿轮和齿盘1.4完好啮合；所述轴承支架1.17上装有轴承，并通过螺钉固定在盒座1.1上；所述螺纹套筒1.15一端和轴承内圈过盈配合，另一端通过筋条和齿轮连接；所述导向轴1.16和螺纹套筒1.15通过螺纹连接；所述盒座1.1和盒盖1.2通过胶水固定；所述盒组件1通过四个螺钉固定在支架6上；所述盒座1.1和盒盖1.2为注塑件，上面所有特征包括通孔、导轨和阶梯凸台等均能保证各零配件准确定位安装，精确传动；所述导轨上设有一个方形通孔槽，导轨的一侧边设有上下分布的凹槽a和凹槽b；销钉B1.10可卡在凹槽a和凹槽b内。
本发明在步进电机上外接一个24V或者36V的电源，通过单片机或者PLC来控制电机的开关，最终医护人员或者病人通过开关按钮来实现病床或者轮椅的直行、万向和静止三个档位的任意切换。本发明结构紧凑，响应速度快，并且非常人性化，为以后各种医疗移动装置实现智能化提供了便捷之处。
本发明的工作过程：
如图3所示，当轮子处于“0”档位置时，此时齿盘轴18下端圆柱面上的方形齿槽正好能恰在齿座21内圆柱面上的两个方形台阶上，轮子不能转动；此时，销钉B1.10刚好进入盒座1.1导轨上的凹槽a，实现自锁；同时刹车板12在压缩弹簧13的作用下卡在轮子A7和轮子B16的梯形凹槽里面，此刻，压缩弹簧13处于最小压缩量，轮子完全静止。
当需要脚轮从“0”档切换到“1”档时，按下减速电机1.13开关，控制模块控制减速电机1.13转动一定角度后停止，齿盘1.4跟着转动，扭簧1.3受力，此时，扭簧1.3必然带动偏心轮1.5转动，进而带动连杆组件转动，销钉B1.10退出凹槽a，解除自锁，连杆A1.7带动齿座21和齿盖17向下运动，齿座21内圆柱面上的阶梯和齿盘轴18圆柱面上的方形齿槽脱离，轮子实现转动；同时，齿盘1.4带动齿轮1.14转动，进而螺纹套筒1.15转动，导向轴1.16实现直线运动，并带动刹车板12远离轮心，并且脱离轮子上的梯形凹槽。这样脚轮就处于万向状态，如图4所示位置。
当需要脚轮从“1”档切换到“2”档时，按下减速电机1.13开关，控制模块控制减速电机1.13转动一定角度后停止，齿盘1.4跟着转动，扭簧1.3受力，此时，扭簧1.3同样带动偏心轮1.5转动，进而带动连杆组件转动，销钉B1.10进入凹槽b，脚轮再次进入自锁状态，连杆A1.7带动齿座21和齿盖17进一步向下运动，齿盘轴18上的方形阶梯进入齿盘17上的方形通孔槽里面；同时，齿盘1.4带动齿轮1.14转动，进而螺纹套筒1.15转动，导向轴1.16实现直线运动，并带动刹车板12继续远离轮心，此时压缩弹簧13处于最大压缩量。这样脚轮就处于直行状态，如图5所示位置。
在上述所述的档位切换过程中，当齿盘轴18不能第一时间卡在齿座21内圆柱面的阶梯上或者进入齿盖17的方形通孔槽里面，扭簧1.3具有缓冲功能，保护零件不受挤压；同样，当刹车板12不能第一时间进入轮子的梯形槽里面，压缩弹簧13也具有缓冲功能，保护零件不受挤压。在脚轮处于万向状态下，滑环19能够很好的解决减速电机线束缠绕的问题。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种电动换挡脚轮，其特征在于，包括滑环(19)、套筒(11)、轴承组件、支架(6)、齿盘轴(18)、齿座(21)、齿盖(17)、轮子A(7)、轮子B(16)、刹车板(12)、挡板(14)、弹性部件、盒组件(1)和控制模块；
所述盒组件(1)包括盒座(1.1)、盒盖(1.2)、扭簧(1.3)、齿盘(1.4)、偏心轮(1.5)、连杆A(1.7)、连杆B(1.9)、连杆C(1.12)、齿轮(1.14)、螺纹套筒(1.15)、轴承C(1.11)、轴承支架(1.17)、导向轴(1.16)和减速电机(1.13)；
所述滑环(19)安装在套筒(11)内，滑环(19)下端面与套筒(11)阶梯面接触；所述套筒(11)的下端将轴承组件和支架(6)铆接；所述齿盘轴(18)下端穿过齿盖(17)安装在齿座(21)内，且可以上下移动；所述齿座(21)和齿盖(17)连接；所述齿盘轴(18)的上端自下而上穿过套筒(11)，并与套筒(11)连接；所述齿座(21)下端与连杆A(1.7)的上端连接；所述连杆A(1.7)可带动齿盖(17)和齿座(21)上下移动；
所述刹车板(12)和挡板(14)直接穿过支架(6)上的L型槽并且呈轴对称，同时刹车板(12)能在槽里面沿着轮径方向水平移动，所述刹车板(12)和挡板(14)之间设有弹性部件；所述刹车板(12)两端距离轮子A(7)和轮子B(16)内侧分别设有间隙；轮铆钉将轮子A(7)、第一轴承(8)、限位套筒A(9)、支架(6)、限位套筒B(10)、第二轴承和轮子B(16)依次铆接；
所述齿盘(1.4)装在盒座(1.1)的台阶上，并可自由转动；所述扭簧(1.3)嵌在齿盘(1.4)台阶之间，扭簧(1.3)的两个支撑面分别卡在台阶两侧；所述偏心轮(1.5)与齿盘(1.4)圆形台阶同心装配，另一端突出部分介于扭簧(1.3)两个支撑面之间；所述连杆C(1.12)和偏心轮(1.5)连接；所述连杆A(1.7)与连杆B(1.9)转动连接，连杆B(1.9)与连杆C(1.12)转动连接；所述连杆A(1.7)穿过盒座(1.1)上端导轨，并且销钉A(1.8)介于导轨的通孔槽之间随着连杆A(1.7)上下滑动；销钉B(1.10)可卡在导轨上下布置的凹槽内；所述减速电机(1.13)直接装在盒座(1.1)上，减速电机(1.13)上的齿轮和齿盘(1.4)啮合；轴承支架(1.17)安装在盒座(1.1)内；所述轴承支架(1.17)上装有轴承，所述螺纹套筒(1.15)一端和轴承内圈过盈配合，另一端通过筋条和齿轮(1.14)连接；所述导向轴(1.16)和螺纹套筒(1.15)连接；所述盒座(1.1)和盒盖(1.2)连接；所述盒组件(1)固定在支架(6)上；
所述控制模块分别减速电机(1.13)与和滑环(19)电连接，通过控制减速电机(1.13)开关，来控制轮子的直行、万向和静止；
所述滑环(19)上半部分是定子端，下半部分是动子端；动子端的线束穿过齿盘轴(18)和齿座(21)，与减速电机(1.13)连接；所述控制模块和定子端线束电连接，通过控制减速电机(1.13)开关，来控制轮子的直行、万向和静止；
所述轴承组件包括轴承A(2)、上轴承套(3)、下轴承套(4)和轴承B(5)；
所述轴承A(2)和上轴承套(3)过盈配合连接，所述轴承B(5)和下轴承套(4)过盈配合连接；所述套筒(11)外圈分别与轴承A(2)、上轴承套(3)、下轴承套(4)和轴承B(5)的内圈过盈配合；所述轴承A(2)上端和套筒(11)台阶连接，且通过套筒(11)下端余量将轴承A(2)、上轴承套(3)、下轴承套(4)、轴承B(5)、套筒(11)和支架(6)连接。
2.根据权利要求1所述的电动换挡脚轮，其特征在于，所述套筒(11)下端铆接余量为2～4mm。
3.根据权利要求1所述的电动换挡脚轮，其特征在于，所述轴承A(2)为轴承51104；所述轴承B(5)为轴承6903。
4.根据权利要求1所述的电动换挡脚轮，其特征在于，所述齿盘轴(18)下端圆周面上均匀分布多个方形齿槽，与之对应的齿座(21)内圆柱面上设有与齿槽对应大小的方形台阶；齿盘轴(18)圆柱齿槽上端面设有方形阶梯面，与之对应的齿盖(17)上设有与方形阶梯面同样大小的通孔槽。
5.根据权利要求1所述的电动换挡脚轮，其特征在于，所述导向轴(1.16)为n型导向轴，所述刹车板(12)上端开有两个方形槽，并且呈轴对称；所述导向轴(1.16)的n型结构末端能够分别卡进方形槽内并带动刹车板(12)移动。
6.根据权利要求1所述的电动换挡脚轮，其特征在于，所述控制模块为单片机或者PLC。
7.根据权利要求1所述的电动换挡脚轮，其特征在于，所述刹车板(12)两端距离轮子A(7)和轮子B(16)内侧分别有0.3-0.5mm的间隙。
8.根据权利要求1所述的电动换挡脚轮，其特征在于，所述连杆C(1.12)通过平键(1.6)和偏心轮(1.5)连接。
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