Устройство для обеспечения многонаправленного движения

Изобретение относится к подвижным механическим устройствам, в частности к колесам. Устройство содержит корпус (13), имеющий, по меньшей мере, один вращающийся элемент, например шарик (12), частично расположенный в нем. Подшипниковые средства данного устройства включают ряд шариковых подшипников, расположенных в кольцевых дорожках качения, которые передают нагрузку тележки и т.п., прилагаемую к данному устройству, шарику (12), а также обеспечивают центрирование шарика (12). Тормозное средство, имеющее тормозную колодку, воздействует на верхний участок шарика (12) посредством винта или пружины для сопротивления вращательному движению шарика (12). Технический результат - облегчение многонаправленного движения устройства. 23 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к подвижным механическим устройствам, таким как колеса.

Предшествующий уровень техники

Проблема многих видов колес состоит в том, что они не способны выполнять многонаправленное движение. Например, поворотное колесо магазинной тележки, хотя технически и способно двигаться в различных направлениях, тем не менее, на практике часто бывает трудно перемещать тележку, толкая ее в желательном направлении.

Основная проблема вышеупомянутого поворотного колеса связана с тем, что тележку в большинстве случаев толкают перед собой, а не тянут за собой. Поскольку колесо фактически выполнено с возможностью вращения только в одной плоскости, его многонаправленное движение зависит от вращения вала, с которым оно соединено.

Подобным же образом шарнирные соединения часто ограничиваются движением в одной плоскости при прикреплении их к обычному шарниру.

Краткое описание изобретения

Согласно одному аспекту настоящего изобретения предложено устройство для обеспечения многонаправленного движения, содержащее корпус, имеющий, по меньшей мере, один главный ролик, расположенный внутри этого корпуса, по меньшей мере, одно подшипниковое средство, включающее в себя кольцевой элемент с множеством отверстий, в которых расположены опорные ролики для контактирования с верхней поверхностью одного или каждого главного ролика, а также центрирующее средство для предотвращения контакта между главным роликом и внутренней стенкой корпуса, и множество центрирующих роликов для контактирования с периферическим участком одного или каждого главного ролика, фиксирующее средство для удерживания центрирующих средств в корпусе в определенном месте вокруг одного или каждого главного ролика, а также тормозное средство для создания сопротивления вращению, по меньшей мере, одного главного ролика.

Предпочтительно, чтобы подшипниковое средство включало множество шариков или роликов.

Следует понимать, что термин "соединение" в данном случае включает в себя понятие переноса нагрузки от корпуса к ролику.

Предпочтительно, чтобы данное устройство содержало один единственный ролик.

Ролик может представлять собой сферический шариковый подшипник, или цилиндрический подшипник качения, или другой роликовый подшипник.

Предпочтительно, чтобы тормозное средство включало тормозной элемент, выполненный таким образом, чтобы при нажатии обеспечивать контакт с роликом.

Подшипниковое средство может включать в себя нажимное средство для поджимания тормозного элемента в заданном направлении.

Предпочтительно, чтобы тормозной элемент содержал тормозную колодку или что-либо подобное.

По меньшей мере, одно подшипниковое средство предпочтительно располагается значительно выше главного участка ролика.

Предпочтительно тормозной элемент расположен над средством роликового подшипника.

Тормозной элемент может иметь специальную конфигурацию, чтобы он мог войти в контакт с верхней поверхностью ролика.

Тормозное средство может быть использовано для изменения количества тормозной силы, приложенной к данному ролику.

Нажимное средство может быть использовано для приложения определенного количества силы тормозному средству.

Нажимное средство может содержать пружину.

Предпочтительно, чтобы подшипниковое средство включало в себя дорожку качения и множество расположенных там роликовых подшипников.

Тормозной элемент может быть направлен под воздействием нажимного средства через дорожку качения для контакта с роликом.

Предпочтительно, чтобы нажимное средство включало в себя ввинчивающийся элемент, который может проходить вертикально через верхнюю секцию корпуса.

Корпус предпочтительно включает в себя хвостовик и гнездо для ролика.

Ввинчивающийся элемент предпочтительно управляется горизонтальным винтом через боковую стенку корпуса.

Корпус может содержать трубчатый участок, образованный для размещения ролика.

Трубчатый участок предпочтительно имеет на своей внутренней поверхности область с множеством уступов.

Устройство предпочтительно включает в себя центрирующее средство для уменьшения фрикционного контакта между роликом и смежной ему периферийной внутренней поверхностью корпуса.

Центрирующее средство может содержать периферийную дорожку качения с множеством роликовых подшипников, имеющих такую конфигурацию, чтобы войти в контакт с периферическим участком поверхности ролика.

Предпочтительно, чтобы устройство включало в себя фиксирующее средство для удержания центрирующего средства в положении вокруг периферийного участка ролика.

Предпочтительно фиксирующее средство содержит пружинный кольцевой замок.

Корпус может включать в себя первый кольцевой участок, в котором размещено центрирующее средство.

Предпочтительно, чтобы корпус включал в себя второй участок, в котором размещено подшипниковое средство.

Предпочтительно второй кольцевой участок имеет меньший радиус, чем первый кольцевой участок.

Подшипниковое средство предпочтительно включает в себя кольцевой элемент, имеющий множество отверстий, в которых расположены опорные ролики для контактирования с верхней поверхностью одного или каждого ролика.

Этот один или каждый из опорных роликов может быть размещен в отверстии таким образом, чтобы часть его поверхности выступала вниз за внешнюю нижнюю поверхность кольцевого элемента.

Предпочтительно каждое отверстие имеет сужение в кольцевом элементе, имеющее диаметр, который уменьшается в размерах до минимума и который меньше ширины роликового подшипника, расположенного в нем.

Предпочтительно, чтобы каждый роликовый подшипник, расположенный в соответствующем отверстии, выступал наружу от верхней и нижней поверхностей кольцевого элемента.

Корпус предпочтительно имеет вертикальный вал, посредством которого установлено нажимное средство.

Корпус может содержать гнездо с удлиненным участком, проходящим аксиально от его верхней поверхности, и роликом, расположенным в его нижнем открытом участке поверхности.

Согласно альтернативному варианту воплощения устройство содержит множество роликов, каждый из которых имеет одно подшипниковое средство.

Предпочтительно, чтобы устройство содержало четыре ролика и чтобы каждый из них имел подшипниковое средство, контактирующее с его верхней поверхностью.

Предпочтительно устройство включает в себя центральное средство передачи силы с расположенными вокруг него равноудаленными роликами.

Устройство предпочтительно включает в себя периферическую дорожку качения с подшипниками, которые имеют такую конфигурацию, чтобы войти в контакт с внешними поверхностями роликов.

Центральное средство передачи силы может содержать приводной вал или шарик.

Каждый ролик может быть расположен в углубленной нише и ограничен вращением в пределах этой ниши.

Предпочтительно, чтобы ролик мог двигаться в любом направлении.

Предпочтительно, чтобы ролик обеспечивал универсальное движение устройства.

Предпочтительно, чтобы корпус содержал трубчатый рукав, расположенный вокруг вала.

Согласно другому варианту воплощения ролик имеет центральное отверстие, через которое проходит ось.

Устройство может включать в себя множество подшипниковых средств.

Предпочтительно устройство включает лево- и правосторонние подшипниковые средства.

Каждое лево- и правостороннее подшипниковое средство предпочтительно содержит кольцевой элемент, имеющий роликовые подшипники, расположенные на нем в равноудаленных друг от друга отверстиях.

Устройство предпочтительно включает в себя левое и правое центрирующие средства, расположенные на противоположных сторонах ролика.

Предпочтительно, чтобы тормозное средство располагалось над и/или под роликом.

Тормозное средство предпочтительно включает в себя пружину.

Ролик может быть цилиндрическим подшипником качения.

Согласно одному аспекту настоящего изобретения предлагается устройство, имеющее корпус с, по меньшей мере, одним роликом, расположенным, по меньшей мере, частично в пределах этого корпуса, по меньшей мере, одно подшипниковое средство для поддерживания нагрузки, устроенное таким образом, чтобы соединять, по меньшей мере, один ролик с корпусом, в котором, по меньшей мере, один ролик выполнен с возможностью вращения относительно корпуса, и тормозное средство для обеспечения сопротивления вращению, по меньшей мере, одного ролика.

Согласно другому аспекту настоящего изобретения предлагается устройство, имеющее корпус с, по меньшей мере, одним роликом, находящимся, по меньшей мере, частично в пределах корпуса, а также, по меньшей мере, одно подшипниковое средство для поддерживания нагрузки, устроенное таким образом, чтобы соединить, по меньшей мере, один ролик с корпусом, в котором, по меньшей мере, один ролик выполнен с возможностью вращения относительно корпуса с подшипниковым средством, включающим в себя множество роликов.

Предпочтительно, чтобы любое из вышеупомянутых устройств обладало одним или несколькими предпочтительными признаками, описанными выше.

Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения предлагается средство сцепления, имеющее устройство для обеспечения многонаправленного движения, включающее один или более из вышеперечисленных дополнительных признаков.

Согласно одному варианту воплощения предлагается велотренажер, имеющий устройство с цилиндрическим роликом и лево- и правосторонними подшипниковыми средствами.

Согласно дополнительному варианту воплощения предлагается устройство, имеющее узел, содержащий устройство согласно изобретению.

Согласно дополнительному варианту воплощения тормозное средство содержит электромагнит, который предназначен для того, чтобы наводить магнитное поле на корпус для ограничения или предотвращения движения ролика.

Следует понимать, что многонаправленное движение включает в себя вращательное движение, возвратно-поступательное движение, а также линейное движение.

Слова "включающий в себя", "имеющий", "состоящий из" следует понимать в неограничивающем смысле, то есть к описываемому устройству могут быть добавлены и другие признаки.

Краткое описание чертежей

Предпочтительные варианты воплощения настоящего изобретения будут далее описаны посредством только примеров со ссылкой на прилагаемые чертежи, в которых:

Фиг.1 - вид спереди в сечении устройства для обеспечения многонаправленного движения в соответствии с первым вариантом воплощения настоящего изобретения;

Фиг.2 - демонтированные компоненты устройства, показанного на фиг.1;

Фиг.3 - вид снизу устройства для обеспечения многонаправленного движения в соответствии со вторым вариантом воплощения настоящего изобретения;

Фиг.4 - вид сверху в сечении устройства для обеспечения многонаправленного движения в соответствии с третьим вариантом воплощения настоящего изобретения; и

Фиг.5 - угловая проекция устройство с фиг.4.

Подробное описание изобретения

На фиг.1 показано устройство для обеспечения многонаправленного движения, представленное в форме поворотного колеса 11. Это поворотное колесо состоит из сферического шарикоподшипника 12, расположенного внутри корпуса 13, имеющего форму перевернутой чашки, причем ее вершина переходит в вертикальный хвостовик 14.

Как показано на фиг.2, внутренняя часть корпуса 13 имеет осевой вал 15, проходящий через центр хвостовика 14, который открывается в нижнюю полусферическую камеру 16 для размещения ролика 12.

Полусферическая камера 16 включает в себя верхний углубленный круглый участок 17 для размещения дорожки качения 18. Этот круглый участок 17 коаксиален валу 15 и второму углубленному круглому участку 19, расположенному у входного отверстия камеры 16.

Второй углубленный круглый участок расположен приблизительно в экваториальной области 19 полусферической полости 16 и, следовательно, имеет намного большую ширину или диаметр, чем круглый участок 17.

Второй круглый участок 19 имеет такую конфигурацию, чтобы размещать большую дорожку качения и подшипники 20.

В данном варианте воплощения центральный вал 15 расширяется наружу на своем нижнем конце и входит в первый круглый участок 17.

Как показано на фиг.1, сферический шарик 12 расположен таким образом, что приблизительно меньшая область, чем половина площади его поверхности, выступает вниз за пределы корпуса 13.

Верхний участок шарика 12 находится под первой дорожкой качения и подшипниками 18 и способен двигаться в любом направлении относительно подшипников данной дорожки.

Вторая дорожка качения и подшипники 20, расположенные вокруг экваториальной области шарика 12, помогают обеспечивать центровку шарика 12 и предотвращают контакт поверхности шарика, смежной с внутренней стенкой корпуса 13, с этой стенкой.

Дорожка качения и подшипники 18 и 20 позволяют шарику 12 свободно двигаться с минимальным трением в любом направлении. Кроме того, они позволяют шарику 12 быть размещенным внутри корпуса 13, не контактируя с его внутренней поверхностью.

Если поворотное колесо, имеющее признаки устройства, показанные на фиг.1 и 2, использовать вместо существующего поворотного колеса, то, например, магазинная тележка могла бы двигаться в любом направлении с минимальным сопротивлением любой силе, прикладываемой к этой магазинной тележке.

Аналогично, если бы эти колеса использовались в ходильной раме для инвалида, то также было бы возможно подобное движение. В некоторых случаях, однако, желательно обеспечить, по меньшей мере, некоторое сопротивление движению, чтобы избежать не поддающегося контролю движения объекта, опирающегося на колеса.

Поэтому устройство включает тормозное средство, состоящее из вертикального штыря 21, проходящего сквозь вал 15. Нижний конец штыря 21 расширяется наружу и объединяется с тормозной колодкой 22 или ее эквивалентом на своей нижней поверхности. Когда элемент 21 движется вниз, тормозная колодка также совершает вынужденное движение вниз, проходя через дорожку качения и подшипники 18 и входя в контакт с верхней поверхностью шарика 12. В зависимости от интенсивности контакта между тормозной колодкой и шариком 12 к движению шарика 12 может быть применено сопротивление различной силы.

Тормозное средство может также быть расположено в другой части корпуса и может включать в себя более одного элемента 21. Кроме того, тормозная колодка может быть перемещаемой и входить в контакт с различными частями шарика 12.

Винтовой механизм может использоваться для того, чтобы изменить интенсивность контакта между тормозным средством и шариком 12. В альтернативном варианте воплощения тормозное средство может содержать пружину, которая заставляет элемент 21 опускаться и входить в контакт с шариком 12.

Согласно другому варианту воплощения в корпус или в вершину корпуса может быть включен электромагнит, чтобы наводить магнитное поле и тем самым предотвращать относительное вращение между подшипниками дорожек качения 18 и 20 и шариком 12.

Следует отметить, что дорожка качения 18 предпочтительно состоит из круглого плоского кольца с равноудаленными отверстиями, образованными для размещения роликовых подшипников. Каждое из отверстий предпочтительно сужается внутри так, что эти роликовые подшипники не могут полностью пройти через них. Таким образом, эти роликовые подшипники выступают за верхнюю и нижнюю поверхности круглого кольца и входят в контакт с верхней кольцевой поверхностью ролика 12 и нижней поверхностью верхнего компонента дорожки качения 18.

Также следует отметить, что нижняя дорожка качения 20 удерживается на своем месте пружинным кольцевым замком 23 или нижним бортиком, который можно привернуть в основание корпуса 13.

Во втором варианте воплощения настоящего изобретения, показанного на фиг.3, кольцевой корпус 30 имеет дорожку качения и подшипники 31 и включает в себя четыре равноудаленные друг от друга ролика 32, каждый из которых поддерживается сверху верхней дорожкой качения и подшипниками 34 таким же образом, как показано на фиг.1. Ведущий вал 34 расположен в центре корпуса, а шарики 32 ролика выполнены с возможностью вращения вокруг вала 34, но только внутри корпуса и дорожки качения 30, 31.

Внутренний вал 34 включает в себя зубья 35 и позволяет совершать или относительное вращение роликов 32 относительно вала 34, или управляемое движение, когда вал 34 сцепляется с частью внутреннего центрального отверстия 35, проходящего через центр корпуса 30. Из вышесказанного следует, что данный вариант воплощения имеет множество применений в машинах, где требуется сочлененное соединение между различными компонентами.

Третий вариант воплощения изобретения, показанный на фиг.4, имеет по существу сферический корпус, состоящий из верхнего полушария и нижнего полушария 42. Сферический ролик 43 размещен в корпусе 40 и имеет осевое отверстие 43, диаметрально сквозное и проходящее горизонтально по одной оси с горизонтальными отверстиями, проходящими через экваториальную область 44 корпуса 40. Корпус 40 включает в себя дорожки качения и подшипники 45, 46 на своей левой и правой стороне. Хотя эти дорожки качения установлены вертикально, они функционируют подобным способом, что и дорожки качения и подшипники 18 и 20 первого варианта воплощения изобретения.

Через центральное отверстие 43 и отверстия 44 проходит вал, на каждом конце имеющий педали.

Наверху и на основании корпуса находятся тормозные средства 47, 48, которые проходят через вертикальные валы в корпусе 40. Тормозные средства 47, 48 функционируют подобным способом, что и тормозное средство 21, показанное на фиг.1. Сила, приложенная в направлении вниз к тормозному средству 47 или вверх к тормозному средству 48, сообщает силу торможения шару 39, причем интенсивность этой силы торможения может быть отрегулирована в сторону увеличения или уменьшения, в зависимости от воздействия на каждую из педалей (не показано), что сказывается на легкости вращения шарика 39.

Из вышеупомянутого следует, что данное устройство, показанное на фиг.4, может быть использовано на велотренажере для управления величиной количество сопротивления вращению шарика 39.

Устройство может быть также модифицировано, как показано на фиг.5, где шарик заменен цилиндрическим подшипником 50, расположенным внутри корпуса 51. На фиг.5 показано единственное тормозное средство 53, которым можно управлять посредством вращения ручки управления 55, расположенной в центре руля 54 велосипеда, чтобы изменять силу торможения, прилагаемую к цилиндрическому роликовому подшипнику 50. Поэтому, используя педали 52, велосипедист способен обеспечить большее или меньшее сопротивление вращению роликового подшипника 50.

Принцип, используемый в варианте воплощения с фиг.4 и 5, одинаково применим и к другим средствам, таким как транспортные механизмы, в которых может быть применена тормозная сила для предотвращения вращения колес, причем с применением этой тормозной силы непосредственно к ролику, который обеспечивает движение.

Следует также понимать, что если здесь упомянута какая-либо предшествующая публикация, относящаяся к данной теме, то ссылка на нее не означает признание того, что данная публикация составляет часть общего знания в данной области в Австралии или в любой другой стране.

1. Устройство для обеспечения многонаправленного движения, содержащее корпус, имеющий, по меньшей мере, один главный ролик, расположенный внутри этого корпуса, причем корпус имеет форму перевернутой чашки, вершина которой переходит в вертикальный хвостовик, через центр которого проходит осевой вал в нижнюю камеру, включающую в себя верхний углубленный круглый участок для размещения дорожки качения, при этом верхний участок коаксиален второму углубленному круглому участку, расположенному у входного отверстия камеры, приблизительно в экваториальной области камеры с размещенной большой дорожкой качения и подшипниками, по меньшей мере, одно подшипниковое средство, включающее в себя кольцевой элемент с множеством отверстий, в которых расположены опорные ролики для контактирования с верхней поверхностью одного или каждого главного ролика, а также центрирующее средство для предотвращения контакта между главным роликом и внутренней стенкой корпуса и множество центрирующих роликов для контактирования с периферическим участком одного или каждого главного ролика, фиксирующее средство для удерживания центрирующих средств в корпусе в определенном месте вокруг одного или каждого главного ролика, а также тормозное средство для создания сопротивления вращению, по меньшей мере, одного главного ролика.

2. Устройство по п.1, в котором кольцевой элемент расположен над одним или каждым главным роликом.

3. Устройство по п.1, в котором множество опорных роликов расположено в отверстиях таким образом, что часть их поверхности выступает ниже указанного кольцевого элемента.

4. Устройство по п.1, в котором все опорные ролики расположены таким образом, что часть их поверхности выступает ниже кольцевого элемента.

5. Устройство по п.4, в котором тормозной элемент включает в себя тормозную колодку, расположенную над тормозным средством и имеющую такую конфигурацию, чтобы входить в контакт с верхней поверхностью, по меньшей мере, одного главного ролика.

6. Устройство по п.5, в котором тормозное средство выполнено с возможностью приведения посредством нажимного средства через кольцевой элемент в контакт с главным роликом.

7. Устройство по п.6, в котором нажимное средство включает в себя ввинчивающийся элемент, который управляется горизонтальным винтом через боковую стенку корпуса.

8. Устройство по п.1, в котором каждое отверстие имеет сцепление в кольцевом элементе, имеющее диаметр, который меньше ширины роликового подшипника, расположенного в нем.

9. Устройство по п.1, в котором фиксирующее средство ввинчено в основание корпуса.

10. Устройство по п.9, в котором центрирующее средство включает в себя периферическую дорожку качения с множеством центрирующих роликов, расположенных на ней, для введения в контакт с периферийным участком одного или каждого главного ролика.

11. Устройство по п.10, в котором фиксирующее средство включает в себя бортик, который можно ввернуть в основание корпуса.

12. Устройство по п.10, в котором фиксирующее средство включает в себя пружинный кольцевой замок.

13. Устройство по п.1, в котором центрирующее средство размещено в углубленном круглом участке корпуса, расположенном приблизительно в экваториальной области одного или каждого главного ролика.

14. Устройство по п.13, в котором главный ролик представляет собой сферический шарик.

15. Устройство по п.1, в котором тормозное средство включает тормозной элемент, который имеет такую конфигурацию, чтобы входить в контакт с, по меньшей мере, одним главным роликом.

16. Устройство по п.1, в котором корпус включает в себя трубчатый участок, имеющий области с множественными уступами на его внутренней поверхности, включая верхнюю область с уступами для размещения кольцевого элемента и нижнюю область с уступами для размещения центрирующего средства.

17. Устройство по п.1, включающее множество главных роликов, каждый из которых связан со своим подшипниковым средством.

18. Устройство по п.1, включающее центральное средство передачи силы с равноудаленными роликами, расположенными по кругу.

19. Устройство по п.1, включающее в себя периферическую дорожку качения с подшипниками, которые имеют такую конфигурацию, чтобы войти в контакт с внешними поверхностями множества главных роликов.

20. Устройство по п.19, в котором центральное средство передачи силы включает ведущий вал.

21. Устройство по п.1, в котором главный ролик выполнен с возможностью перемещения в любом направлении.

22. Устройство по п.1, включающее в себя множество подшипниковых средств.

23. Устройство по п.22, включающее в себя лево- и правосторонние подшипниковые средства.

24. Устройство по п.23, включающее в себя лево- и правосторонние центрирующие средства, расположенные на противоположных сторонах, по меньшей мере, одного ролика.