轮子制造技术

本发明专利技术公开了一种在轮辋和轮辐（或轮毂）间按严格分析计算设置ｍ个金属螺旋拉压弹簧，螺旋扭转弹簧或扭杆弹簧的轮子，金属弹簧系和充气或免充气轮胎串联或并联，轮胎气压较低，包括加厚或钢环壳做的带束层，扁平比较小，根据计算和推断，轮子的平顺性，包容性，弹性，滚动阻力，等主要指标都接近或优于充气轮胎，包括子午线轮胎，但结构工艺简单，成本低。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
轮子本专利技术涉及轮子，尤其装配车辆、用金属弹簧产生弹性的轮子。通常的轮子如果是实心轮胎，弹性很差；如果是充气轮胎占据的空间较大。本专利技术的目的是提供一种轮子，不充气时有较好的弹性；充气时占据较小空间。    本专利技术的目的是这样达到的，在可视为绝对刚体的轮辋和轮辐(或轮毂)之间设置了m(＞2)个金属(钢)弹簧，它们可使轮子有较好的弹性，并且占据较小的空间。根据本说明书下面用数学和结构力学导出的分圆三角函数周向和的平顺性原理(简称“平顺性原理”)设计的这m个弹簧使轮子有平顺性。即轮子行驶不颠簸。由于金属弹簧无滞后，故滚动阻力小。由于弹簧可以有很大的变形，车辆可以不要悬挂弹簧，弹簧可以是矩形或圆形螺旋拉伸压缩弹簧，两端和支承体(轮辋，轮辐或轮毂)固定连接或铰连。也可以是扭转弹簧或扭杆弹簧，由于轮胎主要用于产生必要的印痕和接地压力分布，所以胎高很小，高宽比可以在0.2以下，充气压力也可以很低，并且还可以改为充水、油等不可压缩液体。本专利技术具体结构由以下附图及实例给出。图1、轮子A-A剖面图(参见图3)。图2、下面弹簧受拉的轮子。图3、轮子侧视示意图局部。图4、螺旋弹簧受轴向力、径向力、力矩时变形分析。图5、图10的A-A剖面。图6、螺旋弹簧端部的旋套固定。图7、轮子受侧向力的变形。图8、弹簧杆结构。图9、轮胎包括若干横向排列的充气胶管。图10、轮子有四个弹簧杆。图11、弹簧轴线在外端与轮子径向夹θ角。图12、使用普通充气轮胎的轮子。图13、弹簧杆19在轮子中的变形分析。图14、扭杆弹簧的设置之一。图15、扭杆弹簧的设置之二。图16、扭杆弹簧在轮子中的变形。图17、横向排列的胶管之间不充满胶料。图18、带束层23’是硬壳型。图19、胎体23做成拱型。图20、接地中心处胎体水平壁与轮辋4相切，间隙28消失。图1、3轮子包括m(＝4)个沿轮子径向设置的金属(钢)圆柱(或矩形柱)拉压螺旋弹簧3，簧丝断面圆形(也可以矩形)。弹簧沿周向均布，即m等分轮子圆周。弹簧端圈直径较小，外端圈用端圈附件(螺钉9，螺母10，垫圈13(最好表面刻槽，增加吻合面))与轮辋4固定连接。内端圈用同样方法与轮辐2连接，轮辐2用螺钉12与轮毂11连接。内端圈也可直接固连轮毂11。轮辋4可以是可卸的，包括用螺钉8固定的挡圈7。也可以按图2使轮辋4内径小于轮-->辐2外径。这种结构按后面的计算轮子侧向刚度较大。将轮辋4，弹簧3、轮辐2组成的结构叫万向弹簧(详见后面)，它占据的空间较小。图11弹簧(轴线)3也可以在外端与自由状态的轮子径向夹θ角。当弹簧端圈直径不变时，垫圈13可以改为图6中旋套14，旋套14还可分为两部分16、17(图8)。16是旋盖；17是旋塞。旋盖和旋塞可以只要其中之一。所述各种端圈附件结构改变后可使端圈和支承体(轮辋等)铰连。以图6为例，卸下螺钉9，螺母10，把轮辐2与旋套14弹簧3分开。然后把螺钉9螺母10反向(螺钉头放在旋套14内)拧紧在旋套上，并使螺钉9延伸一段增长杆21(见图8)，当杆21用销子15与支承体铰连时，端圈即与该支承体铰连。两端圈都可以铰连各自的支承体，当弹簧高径比大时，两螺钉9的头部可延伸为导向筒和导向杆18。弹簧与带两延伸杆21的端圈附件一起叫做弹簧杆19(图8)。两销子中心距1叫弹簧杆的长。图10是四个弹簧杆19铰连在轮辋4轮辐2之间的轮子。图1的弹簧3也可将一端改为铰连的。轮子上的m个两端铰连的弹簧杆19也可以改为m个扭簧件(图14、15)。扭簧件是臂24长为lsinθ6的扭转螺旋弹簧(或扭杆弹簧)与长为lcosθ6的连杆26组成的，连杆26一端铰连轮辋4，另一端铰连扭簧本体25(图14)或臂24(图15)，图14中的扭簧臂24再铰连轮辐2。图15中的扭簧本体25铰连轮辐2(即扭杆轴线位置相对轮辐2是固定的。扭杆两端都铰连在轮辐2上)。连杆26在外端与轮子径向夹θ角(图16)。必要时可以有辅助机构使扭杆不受或少受弯矩，只受扭矩。扭杆断面可以是圆形矩形或叠片，叠片的有阻尼作用。对于全部所述的万向弹性元件都可以在轮辋与轮辐间设置阻尼。下面对万向弹簧(也是一种轮子)作计算分析。下端固定上端自由的悬臂螺旋弹簧，上端受弯矩M，径向力Fr，轴向力F(图4，轴向力为拉力，若为压力F为负值，弹簧用当量杆表示)的变形分析如下。其中D是弹簧中径，d是簧丝直径。n是有效圈数。H是工作高度，Ho是自由高度，E是弹性模量，G是剪切弹性模量，μ是泊松比，B＝HEA/[4(2+μ)]是当量弯曲刚度，S＝HEA/D2是当量剪切刚度，F’＝Gd4/(8D3n)是轴向拉压刚度。图4把弹簧看作当量杆，变形前的横截面加载后有弯曲产生的转角λ，剪切产生的截面相对杆中心线的转角φ，设截面距下端距离x，受轴力F，剪切力-Fλ+Fr，弯矩-Fy+M+Fr(H-x)，φ＝(-Fλ+Fr)/S，dλ/dx＝[-Fy+M+Fr(H-x)]/B，dy/dx＝-(φ+λ)＝-(1-F/S)λ-Fr/S。由以上各式有微分方程d2y/dx2-(F/B)(1-F/S)y＝-(1-F/S)[M+Frr(H-x)]/B。令q2＝(F/B)(1-F/S)。F＞0时q是正实数；F＜0时是虚数q＝|q|i。此方程的解为y＝C1Sinh qx+C2Cosh qx+[M+Fr(H-x)]/F。由边界条件x＝0，λ＝0；x＝H，y＝0，有C1＝(Fr/Fq)(1-F/S)；C2＝(-Fr/Fq)(1-F/S)tanhqH-(M/F)SechqH。上端径向变形fr＝y|x＝H＝(FrH/F)[1-tanhqH/(qH)]+FrH/S+(M/F)(1-SechqH)；角变形γ＝λ|x＝H＝(1-F/S)-1[-(Fr/F)(1-F/S)(1-sechqH)-(Mq/F)tanhqH]...(2)。令η1＝3(qH-tanhqH)/(qH)3，η2＝2(1-SechqH)/(qH)2，η3＝tanhqH/(qH)，...(1)。ξ1＝η1(1-F/S)，ξ2＝η2(1-F/S)。η(泛指η1，η2等)叫轴力影响系数，都是实变函数，因令|qH|＝v，当F是拉力时v＝qH，η1＝3(v-tanhv)/v3，η2＝2(1-sechv)/v2，η3＝tanhv/v。当F是压力时，iv＝qH，η1＝3(tanv-v)/v3，η2＝2(1-secv)/v2，η3＝tanv/v。于是上述变形(2)式为，fr＝FrH3ξ1/(3B)+FrH η3/S+MH2ξ2/(2B)，γ＝-FrH2ξ2/(2B)-MHη3/B。令u＝q2H2，当u＝-π2/4时η＝无穷大径向失稳，当u＝0时，η都等于1。如果近似取η1＝η2＝η3＝η，1-F/S＝1，上述变形为fr＝[FrH3(3B)-1(1+3BH-2S-1)+MH2(2B)-1]η，γ＝-[FrH2(2B)-1+MH/B]η。可-->见η是轴力F对变形的影响。将(2)式对Fr，M解出有。Fr＝2B[Δ(1+μ)HD2]-1(2+μ)(frη3-0.5γHξ2)，M＝2(2+μ)B[Δ(1+μ)HD2]-1{[H2ξ1/3+0.25(2+μ)-1D2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种轮子，包括轮毂、轮辋（４），其特征是在轮毂和轮辋（４）之间设置了ｍ个金属弹簧（３）。

【技术特征摘要】
1、一种轮子，包括轮毂、轮辋(4)，其特征是在轮毂和轮辋(4)之间设置了m个金属弹簧(3)。2、根据权利要求1所述的轮子，其特征是所述弹簧数m是按照分圆三角函数周向和的平顺性原理或一般平顺性原理设置的。3、根据权利要求2所述的轮子，其特征是所述弹簧是矩形或圆柱形螺旋拉伸压缩弹簧，簧丝断面圆形或矩形，一个端圈和轮辋固定或铰连接，另一端圈和轮辐固定或铰连接，自由状态时弹簧轴线在外端与轮子径向夹θ角，θ＝0或θ≠0。4、根据权利要求3所述的轮子，其特征是弹簧端部附件包括螺钉(9)，螺母以及垫圈，旋套，旋盖，旋塞的之一或之二；螺钉(9)的螺钉头一端延伸或不延伸为导向筒或导向杆(18)，另一端延伸或不延伸为带销孔的杆(21)。5、根据权利要求2所述的轮子，其特征是所述弹簧是扭转螺旋弹簧或扭杆弹簧，它们通过连杆(26)与轮辋4相连；自由状态时连杆(26)在外端与轮子径向夹θ角，θ＝0或θ≠0；具体设置为下列二者之一，一、臂(24)铰链轮辐或轮毂，扭簧或扭杆本体用连杆(26)与轮辋(4)相连；二、扭簧或扭杆轴线固定在轮辐或轮毂上，臂(24)用连杆(26)和轮辋(4)相连。6、...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔世泰，
申请(专利权)人：崔世泰，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]