带刚衬的轮子制造技术

本发明专利技术涉及一种轮子，包括轮辋２，有较大弯曲刚度的环状刚衬４，在轮辋２和刚衬４间作内胎的钢或橡胶弹簧。由于刚衬将外力分散使得内胎应力幅度很小，轮子的缓冲性特别好。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
带刚衬的轮子本专利涉及轮子，尤其是用高模量骨架作衬里的免充气轮子。
技术介绍
有CN1216738A。通常免充气轮子装配实心轮胎，由于法向力牵引力等都集中在轮胎接地处附近，轮胎中周期变化的应力幅度较大，因而轮胎滞后生热大，能耗大。本专利目的是提供滞后生热小的轮子。该目的是这样达到的，在胎面内侧有圆环形刚衬，通常是固态钢质薄壁构件，在圆环平面内弯曲刚度较大，能将接地处胎面受到的力在比接地面积大得多的范围内传给充当弹性体内胎的螺旋钢弹簧或橡胶弹簧，使内胎应力幅度减小，分布较均匀，滞后生热减小。另外因刚衬在轮胎横断面内可视为不变形的，刚衬和胎面的接触面中包括一段较平坦(未必是直线)的底15(图6)，不但增大印迹面积，抓着力，侧向防滑性，还可以使胎面中的应力沿(图6)水平方向分布趋于均匀，减小胎面滞后生热损失。应力分布均匀减少滞后热的理论依据是，各种应力分布都满足平衡方程(应力的线性方程)，其中均匀分布的应力使滞后热(正比于应力平方的体积分)最小。由于弹性体内胎的应力很小，因而不像现有自行车实心轮胎使用价格昂贵的聚氨酯橡胶，可以用价廉的天然、丁苯、顺丁等橡胶，使免充气自行车轮胎真正普及。本专利具体结构由以下附图及实例给出。图1，钢弹簧内胎轮子A-A剖面(参见图2)。图2，周向均布m=4个钢弹簧的轮子侧视示意图。图3、推导用图。图4，用于充气轮胎作泄气保用。图5，周向螺形均布四个钢弹簧。图6，含橡胶内胎轮子断面图。图7，轮子含硬边外胎。图8，轮子含软边外胎。图9，内胎含m个橡胶弹簧。图10，带垫条的例。-->图2轮子包括轮辋2，刚衬4，二者之间的弹簧内胎3，其A-A剖面如图1。弹簧上下支承圈被螺栓13螺母14，异形垫圈对11，11’不可转动地(或可转动，或一个不可一个可转动)固定在轮辋及刚衬的支承面上。可受拉压或只能受压。轮辋可拆，包括用螺栓13螺母14连接的轮辋2及挡板2’。橡胶胎面5在刚衬4外侧，二者的连接可应用现有技术中实心轮胎在轮辋上的装配方法。这种原理也可用于脚轮抗震及设置在充气轮胎内使之泄气保用(图4)。下面是计算。假设刚衬绝对刚体，轮子受法向力Q，水平力Fx=Qφ,φ牵引系数，Q是额定负荷的k倍，k是安全系数。刚衬有法向位移h，水平位移htgγ，转角β。考虑座标系ZOY,Z和法向夹γ角。图3，在角α处弹簧端有轴向位移h’=(h/cosγ)cosα，径向位移h”=Rβ+(h/cosγ)sinα，R是弹簧系有效半径，据弹簧手册，弹簧轴向刚度F’=Gd4/(8D3n)，G剪切模量，d簧丝直径。D中径，n有效圈数；径向刚度F’=C-1F’，C是轴径向刚度比。因而弹簧端受轴向力F’h’，径向力F’rh”，弯矩0.5F’rh”(H-h’)，其中因子C-1在α∈(-α0,α0),α0=arccos(Hcosγ/(bh))时为0，表示径向已失稳，径向刚度为零，在α∈(α0,2π-α0)时为a-1(1-bhcosα/(Hcosγ))，径向未失稳。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替换各式中的α，相应的量附加下标i，如h’i=(h/cosγ)cosαi,h”i=Rβ+(h/cosγ)sinαi,得到各弹簧作用在刚衬上的力，这些力与外力Q,φQ平衡，因部分弹簧失稳的求解较繁，为便于计算，假设所有弹簧均不失稳，即有判别-->式α0=0或bh＜Hcosγ，最后计算结果若满足判别式即为真实解。下面用∑Ai表示A0+A1+…+Am-1，列出对0’点取矩，对Z，Y方向取合力的方程，当m为大于3的整数时有：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)；三式右边无α出现，说明不是回转体的m个弹簧作内胎3产生的变形γ,h、β与α无关，等同于在轮辋2刚衬4之间均匀连续分布一层回转体形的弹性体(如图6，橡胶)作内胎3产生的变形。未加载时钢弹簧轴线可以过中心0’叫星形分布(图2,m=4个星形分布的螺旋弹簧)，或不过中心0’叫螺形分布(图5)。弹簧两端在支承面12上的连接可以是不可转动的，或可转动的，只要代入不同的a、b表达式。图1中的档板2’也可以不要。前文中H是弹簧有效工作高度。另外当弹簧本身及两端支承异常，包括弹簧是橡胶的(即将图2中弹簧都改为橡胶的，其局部如图9，相应的A-A剖面参见图6)，这时位移h’,h”在弹簧中产生的力可以表示成h’,h”的泰勒级数，作为近似只取前几项，是h’,h”的多项式。类似的推导也表明只要弹簧数大于某整数也使轮子变形轴对称。当内胎是轴对称回转体环状的橡胶内胎3时(参见专利CN2251501Y中的例)，断面也如图6。刚衬4可以不是绝对刚体，而是一环形弯曲钢弹簧3’。橡胶内胎3下端被刚衬4直接束紧在轮辋2上，贴合轮辋2，中间可以有缝隙8(图1在两侧)供法向压缩后横向膨胀。上端用以下四种方法与刚衬4连接使轮子有侧向刚性。1、嵌在刚衬的深槽21内。2、粘接在刚衬上，或如图10刚衬对橡胶内胎3有法向预压力，此预压力产生摩擦力防止刚衬侧移。3、用充气轮胎外胎将刚衬4和橡胶内胎3包围起来(图7、8)，胎体帘线子午向或斜向，胎圈硬边(图7，只画出一半)或软边(图8)。硬边胎圈的骨架圈17是钢丝圈，尼龙圈等。软边时骨架圈改为胶芯。胎圈和轮辋2有间隙7，胎侧还可继续向下延伸使骨架圈17位于轮辋左右两边的外侧的位置17”或内侧的位置17’，但不着合轮辋。4、令方法3中胎圈着合轮辋上，因而胎侧段帘线16将刚衬和轮辋相连(这时橡胶内胎3可以不要)。与同规格真正充气轮胎相比着合面20到上沿的高度18较小，到下槽底的高度19较大，便于装卸橡胶内胎3(图7)。着合面20在左右两边的内侧(图7)，也可在外侧。-->对于半硬质胶芯17(图8)，着合面20可以如左侧是一分离的挡圈或如右侧刚连在轮辋上。因为刚衬周向不可伸张，其内部的橡胶内胎3变形力不会作用到刚衬外的外胎帘布层16和骨架圈17上。帘布层骨架圈的力是保持外胎胎面包围贴合刚衬并产生侧向刚度，远小于真正用于充气轮胎时充气内压和外载荷产生的力。故外胎与轮辋2可以借用市售充气轮胎与轮辋。还可用网线16代替图8中的帘线16连接轮辋刚衬(图6)，网线16可以密度较稀类似自行车轮辋幅条的密度。四方法中，1只适用于刚衬弯曲刚度很大，即槽21较深(图6)，不适用于槽21较浅(图7、8，图7有两层刚衬4)的例子。图6深槽21的宽度小，可使轮子弹性好；但橡胶内胎发泡或如图9是非回转体形的m个橡胶弹簧时也可以是大宽度槽。图7浅槽21宽度大。较小的间隙7(图6、7)及刚衬和轮辋有重叠段6(图1)可增加侧向刚度。当使用同参数现有市售标准充气力车软或硬边轮胎(如W/o37-590)的外胎和(一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种轮子结构，包括弹性体内胎，轮辋，其特征是还包括有较大弯曲刚度的刚衬，内胎在刚衬和轮辋之间，外力经刚衬均匀化后作用在内胎上。

【技术特征摘要】
CN 1999-12-23 99252235.81、一种轮子结构，包括弹性体内胎，轮辋，其特征是还包括有较大弯曲刚度的刚衬，内胎在刚衬和轮辋之间，外力经刚衬均匀化后作用在内胎上。2、根据权利要求1所述的轮子结构，其特征是，刚衬(4)和轮辋(2)之间可以有间隙(7)或重叠(6)。3、根据权利要求1所述轮子结构，其特征是内胎(3)外侧或内部有纵向缝隙(8)。4、根据权利要求1所述的轮子结构，其特征是胎面(5)设置在刚衬(4)朝外的凹槽里，或包在刚衬4上，刚衬(4)有一段平坦的底(15)。5、根据权利要求1、2、3或4所述的轮子结构，其特征是内胎是整数m＞3个星形或螺形分布的钢螺旋弹簧，弹簧的两支承圈都不可转动，或一个可转动一个不可转动，或两个都不可转动地与轮辋刚衬相连；或整数个橡胶弹簧。6、根据权利要求5所述的轮子结构，其特征是该结构用于充气轮胎的泄气保用。7、根据权利要求4所述的轮子结构，其特征是内胎(3)是环形橡胶内胎(3)和/或环形钢弹簧(3′)，橡胶内胎(3)是下列之一或二：1、发泡或不发泡的；2...

【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]