專利名稱:帶剛襯的輪子的制作方法
本專利涉及輪子,尤其是用高模量骨架作襯里的免充氣輪子。
背景技術(shù):
有CN1216738A。
通常免充氣輪子裝配實心輪胎,由于法向力牽引力等都集中在輪胎接地處附近,輪胎中周期變化的應(yīng)力幅度較大,因而輪胎滯后生熱大,能耗大。
本專利目的是提供滯后生熱小的輪子。
該目的是這樣達到的,在胎面內(nèi)側(cè)有圓環(huán)形剛襯,通常是固態(tài)鋼質(zhì)薄壁構(gòu)件,在圓環(huán)平面內(nèi)彎曲剛度較大,能將接地處胎面受到的力在比接地面積大得多的范圍內(nèi)傳給充當(dāng)彈性體內(nèi)胎的螺旋鋼彈簧或橡膠彈簧,使內(nèi)胎應(yīng)力幅度減小,分布較均勻,滯后生熱減小。另外因剛襯在輪胎橫斷面內(nèi)可視為不變形的,剛襯和胎面的接觸面中包括一段較平坦(未必是直線)的底15(圖6),不但增大印跡面積,抓著力,側(cè)向防滑性,還可以使胎面中的應(yīng)力沿(圖6)水平方向分布趨于均勻,減小胎面滯后生熱損失。
應(yīng)力分布均勻減少滯后熱的理論依據(jù)是,各種應(yīng)力分布都滿足平衡方程(應(yīng)力的線性方程),其中均勻分布的應(yīng)力使滯后熱(正比于應(yīng)力平方的體積分)最小。
由于彈性體內(nèi)胎的應(yīng)力很小,因而不像現(xiàn)有自行車實心輪胎使用價格昂貴的聚氨酯橡膠,可以用價廉的天然、丁苯、順丁等橡膠,使免充氣自行車輪胎真正普及。
本專利具體結(jié)構(gòu)由以下附圖及實例給出。
圖1,鋼彈簧內(nèi)胎輪子A-A剖面(參見圖2)。圖2,周向均布m=4個鋼彈簧的輪子側(cè)視示意圖。圖3、推導(dǎo)用圖。圖4,用于充氣輪胎作泄氣保用。圖5,周向螺形均布四個鋼彈簧。圖6,含橡膠內(nèi)胎輪子斷面圖。圖7,輪子含硬邊外胎。圖8,輪子含軟邊外胎。圖9,內(nèi)胎含m個橡膠彈簧。圖10,帶墊條的例。
圖2輪子包括輪輞2,剛襯4,二者之間的彈簧內(nèi)胎3,其A-A剖面如圖1。彈簧上下支承圈被螺栓13螺母14,異形墊圈對11,11’不可轉(zhuǎn)動地(或可轉(zhuǎn)動,或一個不可一個可轉(zhuǎn)動)固定在輪輞及剛襯的支承面上??墒芾瓑夯蛑荒苁軌?。輪輞可拆,包括用螺栓13螺母14連接的輪輞2及擋板2’。橡膠胎面5在剛襯4外側(cè),二者的連接可應(yīng)用現(xiàn)有技術(shù)中實心輪胎在輪輞上的裝配方法。這種原理也可用于腳輪抗震及設(shè)置在充氣輪胎內(nèi)使之泄氣保用(圖4)。下面是計算。假設(shè)剛襯絕對剛體,輪子受法向力Q,水平力Fx=Qφ,φ牽引系數(shù),Q是額定負(fù)荷的k倍,k是安全系數(shù)。剛襯有法向位移h,水平位移htgγ,轉(zhuǎn)角β。考慮座標(biāo)系ZOY,Z和法向夾γ角。圖3,在角α處彈簧端有軸向位移h’=(h/cosγ)cosα,徑向位移h”=Rβ+(h/cosγ)sinα,R是彈簧系有效半徑,據(jù)彈簧手冊,彈簧軸向剛度F’=Gd4/(8D3n),G剪切模量,d簧絲直徑。D中徑,n有效圈數(shù);徑向剛度F’=C-1F’,C是軸徑向剛度比。因而彈簧端受軸向力F’h’,徑向力F’rh”,彎矩0.5F’rh”(H-h’),其中因子C-1在α∈(-α0,α0),α0=arccos(Hcosγ/(bh))時為0,表示徑向已失穩(wěn),徑向剛度為零,在α∈(α0,2π-α0)時為a-1(1-bhcosα/(Hcosγ)),徑向未失穩(wěn)。其中a=0.295(H/D)2+0.384b={1.3[(1+4.29(D/H)2)0.5-1]}-1,令r=2π/m,αi=α+ir,i=0,1…m-1,用αi替換各式中的α,相應(yīng)的量附加下標(biāo)i,如h’i=(h/cosγ)cosαi,h”i=Rβ+(h/cosγ)sinαi,得到各彈簧作用在剛襯上的力,這些力與外力Q,φQ平衡,因部分彈簧失穩(wěn)的求解較繁,為便于計算,假設(shè)所有彈簧均不失穩(wěn),即有判別式α0=0或bh<Hcosγ,最后計算結(jié)果若滿足判別式即為真實解。下面用∑Ai表示A0+A1+…+Am-1,列出對0’點取矩,對Z,Y方向取合力的方程,當(dāng)m為大于3的整數(shù)時有φQR=∑Ci-1F’hi”(R-0.5(H-h’i))=ma-1F’Rβ[R-0.5H-0.5bH-1(h/cosγ)2]…(1);Qcosγ+φQsinγ=∑(F’h’icosαi+c1-1F’h”isinαi)=0.5(1+a-1)mF’h/cosγ…(2);-Qsinγ+φQcosγ=∑(C-1iF’h”icosαi-F’h’isinαi)=-0.5a-1F’mRβb(h/Hcosγ)…(3);三式右邊無α出現(xiàn),說明不是回轉(zhuǎn)體的m個彈簧作內(nèi)胎3產(chǎn)生的變形γ,h、β與α無關(guān),等同于在輪輞2剛襯4之間均勻連續(xù)分布一層回轉(zhuǎn)體形的彈性體(如圖6,橡膠)作內(nèi)胎3產(chǎn)生的變形。
未加載時鋼彈簧軸線可以過中心0’叫星形分布(圖2,m=4個星形分布的螺旋彈簧),或不過中心0’叫螺形分布(圖5)。彈簧兩端在支承面12上的連接可以是不可轉(zhuǎn)動的,或可轉(zhuǎn)動的,只要代入不同的a、b表達式。圖1中的檔板2’也可以不要。前文中H是彈簧有效工作高度。另外當(dāng)彈簧本身及兩端支承異常,包括彈簧是橡膠的(即將圖2中彈簧都改為橡膠的,其局部如圖9,相應(yīng)的A-A剖面參見圖6),這時位移h’,h”在彈簧中產(chǎn)生的力可以表示成h’,h”的泰勒級數(shù),作為近似只取前幾項,是h’,h”的多項式。類似的推導(dǎo)也表明只要彈簧數(shù)大于某整數(shù)也使輪子變形軸對稱。當(dāng)內(nèi)胎是軸對稱回轉(zhuǎn)體環(huán)狀的橡膠內(nèi)胎3時(參見專利CN2251501Y中的例),斷面也如圖6。剛襯4可以不是絕對剛體,而是一環(huán)形彎曲鋼彈簧3’。橡膠內(nèi)胎3下端被剛襯4直接束緊在輪輞2上,貼合輪輞2,中間可以有縫隙8(圖1在兩側(cè))供法向壓縮后橫向膨脹。上端用以下四種方法與剛襯4連接使輪子有側(cè)向剛性。1、嵌在剛襯的深槽21內(nèi)。2、粘接在剛襯上,或如圖10剛襯對橡膠內(nèi)胎3有法向預(yù)壓力,此預(yù)壓力產(chǎn)生摩擦力防止剛襯側(cè)移。3、用充氣輪胎外胎將剛襯4和橡膠內(nèi)胎3包圍起來(圖7、8),胎體簾線子午向或斜向,胎圈硬邊(圖7,只畫出一半)或軟邊(圖8)。硬邊胎圈的骨架圈17是鋼絲圈,尼龍圈等。軟邊時骨架圈改為膠芯。胎圈和輪輞2有間隙7,胎側(cè)還可繼續(xù)向下延伸使骨架圈17位于輪輞左右兩邊的外側(cè)的位置17”或內(nèi)側(cè)的位置17’,但不著合輪輞。4、令方法3中胎圈著合輪輞上,因而胎側(cè)段簾線16將剛襯和輪輞相連(這時橡膠內(nèi)胎3可以不要)。與同規(guī)格真正充氣輪胎相比著合面20到上沿的高度18較小,到下槽底的高度19較大,便于裝卸橡膠內(nèi)胎3(圖7)。著合面20在左右兩邊的內(nèi)側(cè)(圖7),也可在外側(cè)。對于半硬質(zhì)膠芯17(圖8),著合面20可以如左側(cè)是一分離的擋圈或如右側(cè)剛連在輪輞上。因為剛襯周向不可伸張,其內(nèi)部的橡膠內(nèi)胎3變形力不會作用到剛襯外的外胎簾布層16和骨架圈17上。簾布層骨架圈的力是保持外胎胎面包圍貼合剛襯并產(chǎn)生側(cè)向剛度,遠(yuǎn)小于真正用于充氣輪胎時充氣內(nèi)壓和外載荷產(chǎn)生的力。故外胎與輪輞2可以借用市售充氣輪胎與輪輞。還可用網(wǎng)線16代替圖8中的簾線16連接輪輞剛襯(圖6),網(wǎng)線16可以密度較稀類似自行車輪輞幅條的密度。四方法中,1只適用于剛襯彎曲剛度很大,即槽21較深(圖6),不適用于槽21較淺(圖7、8,圖7有兩層剛襯4)的例子。圖6深槽21的寬度小,可使輪子彈性好;但橡膠內(nèi)胎發(fā)泡或如圖9是非回轉(zhuǎn)體形的m個橡膠彈簧時也可以是大寬度槽。圖7淺槽21寬度大。較小的間隙7(圖6、7)及剛襯和輪輞有重疊段6(圖1)可增加側(cè)向剛度。當(dāng)使用同參數(shù)現(xiàn)有市售標(biāo)準(zhǔn)充氣力車軟或硬邊輪胎(如W/o37-590)的外胎和(一體式)輪輞時,橡膠內(nèi)胎3的下端還可以通過胎圈23或胎圈23墊條22束緊在輪輞2上(圖10),墊條22環(huán)形,材料為橡膠,工程塑料,鋼等,設(shè)置在左胎圈23外側(cè)和輪輞左著合面的內(nèi)側(cè),墊條22沿左上方向卸去后束緊力消失,等同于充氣輪胎把氣放掉,可方便地裝拆外胎等;反之塞緊墊條22,使墊條22,胎圈23,橡膠內(nèi)胎3被剛襯束緊,等同于輪胎充氣輪子進入使用狀態(tài)。墊條22也可以在周向只是一段圓弧,方便了輪胎裝卸。橡膠內(nèi)胎3最好不延伸到輪輞底部或槽25內(nèi),利于自身的裝卸。在兩胎圈處都沒有墊條22且鋼絲圈17不可伸張時,剛襯4(有一段較平坦底15,參見圖6,用于增大印跡減少胎面滯后生熱)將橡膠內(nèi)胎3和左右胎圈23束緊在輪輞上,用下列二法裝卸1、橡膠內(nèi)胎向下開口(參見圖7),帶兩立支24,卸時將左立支24彈性變形到輪輞槽25處使左側(cè)束緊力消失。2、外胎5和剛襯4橡膠內(nèi)胎3之間有間隙26,外胎簾布層無張力(圖10間隙26在剛襯4外側(cè)),卸胎時束緊力不消失,間隙26使鋼絲圈17能滑到槽25底部。橡膠內(nèi)胎3直接貼合輪輞2(圖6,8)時也可設(shè)置墊條22。向下開口的橡膠內(nèi)胎3可和剛襯4粘連一體,也可和剛襯4充氣外胎結(jié)構(gòu)5粘連一體,后者補強圈17不需要而退化,為簡便仍將其視作充氣輪胎結(jié)構(gòu)包圍內(nèi)胎。關(guān)于圖7提到的“胎圈骨架圈17是尼龍圈”的含意是尼龍圈裝胎時可彈性伸張(圖7因而無圖10所示間隙26);圖7骨架圈17不著合輪輞上,但可著合橡膠內(nèi)胎3外側(cè),或像直、鈞、軟邊胎那樣著合剛襯上。胎面5不嵌在剛襯4朝外的凹槽里,而是包在剛襯4上時,接地處胎面應(yīng)力在剛襯4邊緣也不出現(xiàn)突變,是因為剛襯4邊緣呈連續(xù)弧線(圖8);或者是因為胎面5接地印跡寬度小于剛襯4寬度使剛襯4邊緣不受力(圖10)。
權(quán)利要求
1.一種輪子結(jié)構(gòu),包括彈性體內(nèi)胎,輪輞,其特征是還包括有較大彎曲剛度的剛襯,內(nèi)胎在剛襯和輪輞之間,外力經(jīng)剛襯均勻化后作用在內(nèi)胎上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輪子結(jié)構(gòu),其特征是,剛襯(4)和輪輞(2)之間可以有間隙(7)或重疊(6)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述輪子結(jié)構(gòu),其特征是內(nèi)胎(3)外側(cè)或內(nèi)部有縱向縫隙(8)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輪子結(jié)構(gòu),其特征是胎面(5)設(shè)置在剛襯(4)朝外的凹槽里,或包在剛襯4上,剛襯(4)有一段平坦的底(15)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4所述的輪子結(jié)構(gòu),其特征是內(nèi)胎是整數(shù)m>3個星形或螺形分布的鋼螺旋彈簧,彈簧的兩支承圈都不可轉(zhuǎn)動,或一個可轉(zhuǎn)動一個不可轉(zhuǎn)動,或兩個都不可轉(zhuǎn)動地與輪輞剛襯相連;或整數(shù)個橡膠彈簧。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的輪子結(jié)構(gòu),其特征是該結(jié)構(gòu)用于充氣輪胎的泄氣保用。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的輪子結(jié)構(gòu),其特征是內(nèi)胎(3)是環(huán)形橡膠內(nèi)胎(3)和/或環(huán)形鋼彈簧(3′),橡膠內(nèi)胎(3)是下列之一或二1、發(fā)泡或不發(fā)泡的;2、向下開口或不開口;3、延伸或不延伸到輪輞底部或槽(25)內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求2,3,4或7所述輪子結(jié)構(gòu),其特征是橡膠內(nèi)胎(3)下端被剛襯4用下列四種方法之一或二束緊在輪輞上,1、直接,2、通過墊條(22),3、通過充氣輪胎軟或硬邊胎圈,4、通過充氣輪胎軟或硬邊胎圈和其外側(cè)的墊條(22);上端用下述四法之一或二連接剛襯;1、嵌在剛襯的槽(21)內(nèi);2、粘接在剛襯上,或剛襯對橡膠內(nèi)胎(3)有預(yù)壓力;3、用充氣輪胎外胎將剛襯和橡膠內(nèi)胎(3)包圍起來,該充氣輪胎胎體簾線子午向或斜向,胎圈硬或軟邊,和輪輞(2)有間隙(7)或延伸到輪輞左右兩邊的外側(cè)或內(nèi)側(cè),不著合輪輞,著合或不著合在橡膠內(nèi)胎(3)剛襯(4)之一上,與橡膠內(nèi)胎剛襯間有或沒有間隙(26);4、用網(wǎng)線或充氣輪胎胎體簾線(16)連接剛襯和輪輞,充氣輪胎胎圈著合在輪輞上,有橡膠內(nèi)胎(3)時與充氣輪輞相比,硬邊著合面(20)到上沿高度(18)較小和/或到下槽底的高度(19)較大,軟邊輪輞兩著合面(20)是分離的檔圈和/或剛連在輪輞上的部分,外胎和橡膠內(nèi)胎(3)剛襯(4)之間有或沒有間隙(26)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種輪子,包括輪輞2,有較大彎曲剛度的環(huán)狀剛襯4,在輪輞2和剛襯4間作內(nèi)胎的鋼或橡膠彈簧。由于剛襯將外力分散使得內(nèi)胎應(yīng)力幅度很小,輪子的緩沖性特別好。
文檔編號B60C7/00GK1300674SQ0011699
公開日2001年6月27日 申請日期2000年7月4日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月23日
發(fā)明者崔世泰 申請人:崔世泰