專利名稱：彈性車輪的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明用于汽車或其它機動車中的車輪裝置。
現(xiàn)有汽車和其它機動車的車輪是由輪胎、輪輞、輪輻和輪轂等部件組成。由于輪輞、輪輻和輪轂是剛性元件，因此，對于剛性輪輻來說，這種車輪可示為剛性車輪。在汽車行駛中，為緩和沖擊，除了采用彈性的沖氣輪胎外，還采用了如鋼板彈簧(屬于非獨立懸架)或螺旋彈簧(多數(shù)屬于獨立懸架)等彈性元件，此外，還設(shè)有減振器，使受到?jīng)_擊后轉(zhuǎn)為彈性振動中的振幅迅速衰減。由上述彈性元件、減振器以及保證彈性元件振動軌跡的導(dǎo)向機構(gòu)組成現(xiàn)有汽車的懸架。無論是非獨立懸架還是獨立懸架，其振動軌跡都是豎直方向，因而現(xiàn)有汽車懸架主要是承受來自地面垂直方向的沖擊，而對汽車起動、制動以及其它方向上的沖擊載荷不能得到緩和。由于這些不能得到緩和的沖擊作用，使得現(xiàn)有汽車產(chǎn)生的應(yīng)力遠高于正常行駛中的應(yīng)力，零部件承受的高應(yīng)力需加大其尺寸及體積，零部件體積的加大導(dǎo)致增大汽車質(zhì)量，即增加汽車自重，而汽車自重的增加需要加大動力、消耗更多的燃油，因此，大大提高了制造成本和使用費用。同時大量燃油廢氣會加重環(huán)境污染，各種沖擊載荷會降低制動穩(wěn)定性、操作穩(wěn)定性以及行駛安全性。這些沖擊作用的存在，是導(dǎo)致上述系列重要問題的主要因素。
本發(fā)明的目的是設(shè)計出一種彈性車輪(具有彈性輪輻的車輪)來代替現(xiàn)有汽車或其它機動車中的剛性車輪，緩和汽車起動、制動以及其它外界各種沖擊載荷，降低各零部件應(yīng)力，減輕汽車自重，節(jié)約燃油，增大動力性，提高行駛安全性，改善環(huán)境污染，同時省去現(xiàn)有汽車的懸架系和制動系統(tǒng)中的防抱裝置，從而大大降低了制造成本和使用費用。
彈性車輪是由彈性實心輪胎、輪輞、彈性輪輻和輪轂等部件組成。彈性輪輻是由圓錐螺旋彈簧和兩個鎖緊套組成，兩個螺旋方向相反的圓錐螺旋彈簧大端對扣，且與兩個鎖緊套連接成碟狀彈性輪輻。

圖1a、圖1b、圖1c和圖1d分別示出圓柱螺旋彈簧和圓錐螺旋彈簧上端受到橫向力P作用下，且在有、無正壓力N壓縮情況下，其變形后，上端軸心偏離原軸心距離分別為L1、L2、L3和L4。圓柱螺旋彈簧L1最大，圓錐螺旋彈簧L4最小，所以，壓縮后的圓錐螺旋彈簧穩(wěn)定性最好，可以承受較大的橫向載荷。圖2示出圓錐螺旋彈簧大端對扣壓縮呈碟狀(圖中實線所示)，即構(gòu)成碟狀彈性輪輻，虛線是由代表汽車重力載荷P作用下彈性輪輻變形后所產(chǎn)生的，O為原碟狀彈性輪輻軸心(輪輞軸心)，O1為變形后碟狀彈性輪輻軸心(輪轂軸心)，兩大端接觸面為碟狀彈性輪輻對稱平面。由于載荷P位于垂直于碟狀彈性輪輻軸心的圓截面上，根據(jù)圓心對稱性，指向軸心載荷P可位于圓截面中任何方向上，作用在輪輻上的載荷是等價的。圖3中，Q圓是輪轂軸心O1在汽車重力載荷P作用下車輪滾動中繞輪輞軸心O所行成的軌跡，OO1為Q圓軌跡半徑。彈性車輪在裝配到汽車上時與該車前進方向有關(guān)，從汽車后端向車頭看去，碟狀彈性輪輻對稱面的左邊為左旋圓錐螺旋彈簧，右邊為右旋圓錐螺旋彈簧。由于汽車彈性元件移至彈性車輪的輪輻中，因而可省去懸架系。該車非簧載質(zhì)量僅為彈性實心輪胎、輪輞和部分彈性輪輻等元件之和，比剛性車輪汽車非簧載質(zhì)量(按獨立懸架比較)減小一倍以上，簧載質(zhì)量(除去懸架系)則相應(yīng)增加制動器、輪轂、半軸或外半軸、轉(zhuǎn)向節(jié)或等角速萬向節(jié)等部件，因而簧載質(zhì)量與非簧載質(zhì)量比值比剛性車輪中的比值大一倍以上。懸架系的省去，使車身和車架與傳動系和車橋構(gòu)成一個剛性整體，其質(zhì)心也有所降低。
按彈簧結(jié)構(gòu)形狀不同可分為承受不同形式載荷的多種類型彈簧，碟狀彈性輪輻有其特殊形狀結(jié)構(gòu)，能用于承受壓縮、扭轉(zhuǎn)以及垂直于其軸心的橫向載荷等多種功能。圖4a和圖4b分別示出汽車起動和汽車制動時輪轂與輪輞之間彈性輪輻所受相反方向的扭轉(zhuǎn)情況。汽車起動時，輪轂順著汽車前進時車輪滾動方向旋轉(zhuǎn)，輪輞并沒有馬上轉(zhuǎn)動，兩者產(chǎn)生相對轉(zhuǎn)動，碟狀彈性輪輻蓄能擴張(圓錐螺旋彈簧的直徑增大)產(chǎn)生動力矩M，并帶動輪輞逐漸加速轉(zhuǎn)動，然后碟狀彈性輪輻在彈性恢復(fù)力作用下釋放能量，待其恢復(fù)原狀后，輪輞停止加速，汽車起動完畢。從碟狀彈性輪輻蓄能到釋放結(jié)束，彈性車輪整個加速時間遠比剛性車輪加速時間為長，因而，彈性車輪能夠緩和汽車起動時的扭矩沖擊載荷(圖4a)。同理，汽車制動時，彈性車輪能夠緩和汽車制動時的慣性力矩(圖4b)。只是輪轂因制動停止轉(zhuǎn)動，輪輞在慣性力矩作用下繼續(xù)轉(zhuǎn)動，碟狀彈性輪輻緊縮(圓錐螺旋彈簧直徑減小)，產(chǎn)生阻力矩M，使輪輞逐漸減速。同時，與汽車車架連接一體的輪轂軸心在慣性力的作用下向前位移O1O2，因而，彈性車輪緩和了制動前沖慣量。在圖5中彈性車輪受到地面坡坎沖擊，N為沖擊點反力，F(xiàn)為摩擦力，R為沖擊點全反力，全反力R與力臂OD產(chǎn)生阻力矩M，逐漸減低彈性車輪轉(zhuǎn)速，同時，輪轂軸心O1在慣量作用下沿反力N作用線平移至O2，從而消耗掉地面坡砍沖擊載荷。OO2是OO1與O1O2的位移矢量和，其長度比OO1距離長，其方向是任意的。因此，彈性車輪完全能夠緩和位于汽車縱向?qū)ΨQ平面內(nèi)任何方向的碰幢沖擊。如果汽車受到正面沖幢，它將立刻減速乃至停止前進，輪輞在慣性力作用下繼續(xù)轉(zhuǎn)動，輪輞軸心在超過輪轂軸心一段距離后車輪停止轉(zhuǎn)動，因而汽車前沖慣量得到了緩和。而輪軸及輪轂在慣性力矩的作用下仍繼續(xù)轉(zhuǎn)動，輪輞與輪轂產(chǎn)生相對轉(zhuǎn)動，碟狀彈性輪輻蓄能擴張，隨后釋放能量，產(chǎn)生阻力矩，使輪轂逐漸減速，從而汽車前沖慣性力矩得到了緩和。如果汽車受到后面沖幢，上述過程情況與此相反，緩和效果相同。彈性車輪中壓縮預(yù)緊后的碟狀彈性輪輻軸向剛性較大，但在一定程度上仍能緩和來自汽車兩側(cè)的沖幢。由于彈性車輪能夠緩和汽車制動沖擊載荷，從而可以防止制動跑偏、側(cè)滑等不安全因素，所以，該車可以省去制動系統(tǒng)中的防抱裝置。
具有彈性車輪的汽車，在行駛中，會產(chǎn)生三個方向振動和三個角振動縱向振動、橫向振動、垂直振動和橫向角振動、縱向角振動、偏轉(zhuǎn)振動，如慣性力矩引起的車輪扭轉(zhuǎn)振動產(chǎn)生縱向振動、慣性力引起的輪輞軸心與輪轂軸心之間的位移差產(chǎn)生的縱向角振動、由該車左右兩輪輞軸心豎直高度差產(chǎn)生的橫向角振動以及由該車左右兩輪輞軸心縱向長度差產(chǎn)生的偏轉(zhuǎn)振動等，其剛性整體部分(簧載質(zhì)量)如懸置于彈性車輪中，所以，該車可稱作懸浮式汽車。由于組成彈性輪輻的圓錐螺旋彈簧具有非線性變載剛性自衰減特性，不會產(chǎn)生共振現(xiàn)象，其振幅衰減較快，因此，彈性車輪振動振幅較小。又由于該車簧載質(zhì)量與非簧載質(zhì)量比值比剛性車輪中的比值大一倍以上，因此，具有彈性車輪的汽車振動頻率較低。
考慮到彈性車輪上下裝卸以及充氣輪胎使用維護上的不便，彈性車輪輪胎可采用彈性實心輪胎，該輪胎由兩部分組成外胎(19)和內(nèi)充實心彈性材料(20)。
具有彈性車輪的懸浮式汽車能夠緩和汽車起動、制動以及其它外界各種沖擊載荷，使自身抵抗能力大為提高，因此，其車身、車架、傳動系、車橋等各零部件所需應(yīng)力尺寸相應(yīng)減小，從而導(dǎo)致該車自重大為降低。該車質(zhì)量的減小，可提高其動力性和燃料經(jīng)濟性，同時節(jié)省燃油，改善環(huán)境污染。該車能夠防止制動跑偏、側(cè)滑等不安全因素，從而提高了制動穩(wěn)定性。該車振動振幅和振動頻率都較小，從而提高了行駛平順性。該車剛性整體部分質(zhì)心的降低，可提高操作穩(wěn)定性。制動穩(wěn)定性、操作穩(wěn)定性以及自身抵抗能力的提高，可進一步提高行駛安全性。由于各零部件體積減小相應(yīng)大量節(jié)省了原材料以及懸架系和防抱裝置的省去，使得該車制造成本大為降低。而彈性實心輪胎的采用更使懸浮式汽車的使用維護簡便可行。
本發(fā)明有如下附圖圖1，圓柱螺旋彈簧和圓錐螺旋彈簧受力時上端軸心偏移示意圖。
圖2，碟狀彈性輪輻承受載荷變形示意圖。
圖3，彈性車輪輪轂軸心相對輪輞軸心運動軌跡示意圖。
圖4，汽車起動、制動時彈性輪輻所受扭轉(zhuǎn)示意圖。
圖5，彈性車輪承受地面坡坎沖擊受力示意圖。
圖6，前驅(qū)轉(zhuǎn)向彈性車輪裝配示意圖。其中1-內(nèi)半軸，2-橋殼，3-等角速萬向節(jié)，4-主銷，5-輪轂，6-外半軸，7-外側(cè)套盤，8-螺栓，9-右旋圓錐螺旋彈簧，10-小鎖套，11-大鎖套，12-輪輞，13-左旋圓錐螺旋彈簧，14-內(nèi)側(cè)套盤。
圖7，彈性車輪局部放大圖。其中15-定位鍵，16-臺形銷釘，17-彈簧墊圈。
圖8，后驅(qū)彈性雙式車輪示意圖。其中18-連接輪圈。
圖9，彈性實心輪胎示意圖。其中19-外胎，20-彈性材料。
實施例大鎖緊套由內(nèi)側(cè)套盤(14)與大鎖套(11)固接或連成一體，小鎖緊套由外側(cè)套盤(7)與小鎖套(10)固接或連成一體，大、小鎖緊套通過螺栓(8)將左、右旋圓錐螺旋彈簧(13，9)壓縮成碟狀。為避免圓錐螺旋彈簧與鎖緊套之間周向滑動，大、小鎖緊套根部各有一臺形錐面(圖7a)，左、右旋圓錐螺旋彈簧被壓縮時，其套在錐面上的小端彈簧絲脹開，以增大它們之間的周向摩擦力，左、右旋圓錐螺旋彈簧小端彈簧絲緊并磨平，使得它們之間接觸均勻。內(nèi)側(cè)套盤(14)內(nèi)徑應(yīng)稍大于輪轂(5)外側(cè)盤直徑。
輪輞(12)內(nèi)壁在與碟狀彈性輪輻接觸處有一寬度為兩個圓錐螺旋彈簧絲直徑的內(nèi)環(huán)槽，左、右旋圓錐螺旋彈簧(13，9)最大端彈簧絲嵌入其中，以保證彈性輪輻與輪輞(12)之間的軸向定位。為避免因受到扭轉(zhuǎn)縮小圓錐螺旋彈簧大端直徑而造成碟狀彈性輪輻沿內(nèi)環(huán)槽滑動，內(nèi)環(huán)槽底面相距180°處左、右邊分別開有一鍵槽(圖7b)，嵌入與左、右旋圓錐螺旋彈簧(13，9)大端彈簧絲頭部外圓面固接的定位鍵(15)，以保證彈性輪輻與輪輞之間的周向定位。為便于彈性車輪上下裝卸，彈性輪輻內(nèi)側(cè)與輪轂的連接不必固定死，可將彈性輪輻內(nèi)側(cè)套盤(14)套入均布在輪轂(5)內(nèi)側(cè)盤上六個臺形銷釘(16)中(圖7c)，其橫向朝外側(cè)位移是自由的，但位于右邊的右旋圓錐螺旋彈簧能夠承受這一方向載荷。
對于貨車中的雙式車輪，可通過連接輪圈(18)將兩輪合成一個彈性車輪(圖8)。
權(quán)利要求
1.一種車輛彈性車輪，由彈性實心輪胎、輪輞、彈性輪輻和輪轂等部件組成，其特征在于，彈性輪輻由左、右旋圓錐螺旋彈簧(13，9)大端對扣被大、小鎖緊套壓縮連接組成，其形呈碟狀。
2.根據(jù)權(quán)力要求1所述的彈性車輪，其特征在于，大鎖緊套由內(nèi)側(cè)套盤(14)與大鎖套(11)固接或連成一體，小鎖緊套由外側(cè)套盤(7)與小鎖套(10)固接或連成一體，大、小鎖緊套根部各有一臺形錐面。
3.根據(jù)權(quán)力要求1所述的彈性車輪，其特征在于，輪輞(12)內(nèi)壁在與碟狀彈性輪輻接觸處有一寬度為兩個圓錐螺旋彈簧絲直徑的內(nèi)環(huán)槽，內(nèi)環(huán)槽底面相距180°處左、右邊分別開有一鍵槽，左、右旋圓錐螺旋彈簧大端彈簧絲頭部外圓面固接定位鍵(15)。
4.根據(jù)權(quán)力要求1所述的彈性車輪，其特征在于，輪轂內(nèi)側(cè)盤上均布六個臺形銷釘(16)。
5.根據(jù)權(quán)力要求1所述的彈性車輪，其特征在于，彈性實心輪胎由外胎(19)和彈性材料(20)兩部分組成。
全文摘要
一種用于汽車或其它機動車上的彈性車輪，其彈性車輻通過壓縮鎖緊呈碟狀，具有承受壓縮、扭轉(zhuǎn)、橫向力等多種載荷的特殊形狀結(jié)構(gòu)，能夠緩和車輛起動、制動以及其它外界沖擊載荷，減小了各零部件應(yīng)力尺寸，因而，減輕了自重，提高了動力性、燃料經(jīng)濟性以及行駛安全性等多種性能，同時，節(jié)省材料，降低油耗以及省去懸架和防抱裝置，從而大大降低了制造成本和使用費用。
文檔編號B60B9/00GK1113859SQ9410685
公開日1995年12月27日 申請日期1994年6月18日 優(yōu)先權(quán)日1994年6月18日
發(fā)明者劉祖川 申請人:劉祖川