切线式轮子悬挂系统技术方案

一种新颖的轮子悬挂机械，可以广泛应用于低速运输设备。此悬挂系统中的近乎垂直的摇臂可将行进中遇到的地面的凹凸转化为平滑的斜坡从而减少冲击。它并非基于任何形式的减震弹簧，它的结构简单而可靠。它将重心放在与没有悬挂系统时一样低的位置，同时却增加了轮子越过较大的障碍物的能力。如下２０个声明，６５幅图。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
1．专利技术背景此专利技术优先权由编号为60/082,558的美国专利预申请文件声明。日期是1998年4月21日，名称为″小轮子克服大障碍的轮子悬挂系统″。这个申请也是基于同一个专利技术者的美国专利封存文件。文件号为1997年的429340,432511,429548,429131,428843,427754,428048；以及1998年的442273,438665,444981,444459,441661,437590,437273,436836,436693,436206,436035,435779,435671,430641,431767,432317,434741,429977,429722。此专利技术与轮子悬挂系统有关。常规的轮子悬挂系统很大的增强了轮子这种古老的专利技术的功能，对于在不平的路面行驶，可以使轮子运载的物体减少震动，而轮子重心的移动却不平。轮子与其载体的间距可变，从而当轮子遇到障碍物时，间距收缩使轮子克服障碍，同时保持载体的动量不变，这样就不可避免地抬高了轮子所载物体的重心。而在某些情况下(例如，轮式旱冰鞋)，是有很大缺陷的。并且轮子与其所载物体距离的收缩要求轮子与其所载物体以弹性材料连结，这就增加了其复杂性和花费，并在某些应用中减低了可靠性和稳定性，甚至给所载物体带来一定的震动。本专利技术引入了一种本质上全新的轮子悬挂机构，与常规悬挂相反，新系统中轮子与所载物体的间距在常规之下并不会收缩，那意味着物体的重心可以与不用悬挂系统一样低，使物体具有最大的稳定性。并且本新式悬挂系统可以不必需要任何形式的弹性材料(例如弹簧)，因而新系统结构简单，可靠，不会给物体带来震动。本专利技术克服了常规悬挂系统带来的回弹，可以应用于所有形式的低速装置，如自行车，拖车，踏板车，旱冰鞋，滑板，滚轴溜冰，轮椅，婴儿步行车，马车，玩具等，及一些工业应用。2．专利技术叙述最好使用一个例子来阐明本专利技术的基本机械原理。在下面的小节中，我们用自行车前轮作为一个简化模型来描述本新型悬挂系统，阐明其物理背景。2.1切线式悬挂系统(简称TS)的概念附图说明图1-3是TS应用于自行车前轮的不同角度视图。图1所示为前轮轴2可以安装在两个摇臂1上。图2是装备有TS的自行车前轮的前视图。注意，这两个摇臂的另一端在结点3连结于前叉并可旋转，并且连结3因为框架的重量低于轮轴2。轮5可绕轴2旋转。图3是同一个装置的侧视图。注意，摇臂1垂直与地面，并且轮子与摇臂的连结比前叉与摇臂的连结高。(此摇臂的位置称为正常位置)。在实际设计里，连结3应该更精巧以具有扭转刚性。摇臂1应能绕连结点3前后双向旋转至少90度。(若更大将是有害的，必须予以限制)。2.2 TS的物理背景图4-6显示了一个无任何悬挂系统的自行车前轮怎样越过障碍。图6顶部的曲线显示了框架随时间运动的轨迹。注意曲线中有一个转折，意味着当轮子触及障碍物时动量有一个跳跃，因而有一个冲击作用在框架上，引起动量的跳跃变化。更精确的说，轨迹随时间的导数是速度向量函数轨迹曲线中的转折点意味着速度向量有一个跳跃，从而导致转折点处有无穷大的加速度向量，即速度随时间的导数。图7-10显示了TS怎样消除冲击震动。图7显示了一个正向凸起障碍运动的装备有TS的自行车前轮。图中顶部的线条显示了框架的运动轨迹。图8显示了轮子接触凸起障碍的瞬间。注意，轮子在A点接触地面，在B点接触障碍物。图9显示，因为轮子相对于框架和骑车人而言很轻，它此时停住了，而框架却在摇臂的限制下向前向上平滑的移动。图9中顶部的曲线显示了框架随时间运动的轨迹。当摇臂摆向B点位置时(我们叫它关键时刻，并且把经过A点和轮心及经过B点和轮心的直线在轮心形成的角叫关键角)，摇臂作用在轮轴的力将开始使轮子移动越过凸起障碍，如图10所示。图10顶部的曲线显示了框架运动的全程轨迹。与图6中曲线不同的是，此曲线是连续光滑的，因而在整个过程中没有冲击作用在框架上。注意，图6和图9曲线所示动量方向在过障碍物前后是一样的。这样就告诉我们，TS在理论上不会引起″过冲击″。在现实中，图6的动量方向改变要大一些，因为冲击应起了较大的能量损失。那就是为什么当装备有TS的自行车骑行在不平的路面上时，骑车人会感到很平稳。图11-14显示了TS遇到凹陷障碍时怎样减少振动(本例中它在低速运动中完全消除了振动)。图11显示了装备TS的轮子向凹陷障碍移动。图12显示了当轮子接触凹陷的边A时，它(和框架)将绕A向下旋转，直至它触及地B，如图13所示。然后轮子将暂时停住，而框架在摇臂的限制下绕轮轴继续向前移动。图14显示当摇臂移向正常位置时，轮子将又开始随着框架移动。注意，图14顶部的曲线显示了框架在全过程的运动轨迹，它是连续光滑变化的，因而没有冲击(在低速时)。图63描述了TS系统与无TS系统的比较。拥有TS，人们将感到路面上的凸起或凹坑象平滑斜坡一样。2.3旋转阻力补偿切线悬挂系统(简称CTS)和旋转阻力超补偿切线悬挂系统(简称SCTS)因为在接触障碍物前，为了消除振动摇臂需处于正常位置，有时最好是绕节点3从框架产生一个力矩作用于摇臂上(例如节点在摇臂和框架之间)，当装有TS的轮子在平滑的水平面移动时，此阻力足以能够平衡由旋转阻力产生的力矩，使摇臂在此时处于正常位置。拥有力矩以达到上述目的的TS就定义为CTS。图15、16显示了一个不同状态下的装备有CTS的轮子。图15显示了自由载荷的状态。在此例中，力矩由弹簧6产生。注意，摇臂因为此力矩而向前倾斜。图16显示了在受载荷且恒速运行于光滑的水平面时同样的原理。注意，因为载荷和旋转阻力，摇臂处于正常位置，以准备越过凸起或凹陷障碍。此力矩应随着作用于轮子上的载荷而调整，以形成CTS，因为旋转阻力决定于载荷及路面和轴承阻力系数。如果我们稍为增加CTS上的力矩，我们就得到了SCTS。图15、17显示了不同状态下的装有SCTS的轮子。图15显示了自由载荷状态。图17显示了在承受载荷并恒速运行于光滑水平表面的同样原理。注意，因为弹簧比CTS中的强，即使承受载荷和旋转阻力，摇臂也不能处于正常位置，而是向前倾斜一点。SCTS的优点在于轮子有一点向上的自由度(如图17所示)，当遇到微小的路面起伏时它具有常规悬挂系统的优点。当路上的障碍大于轮子的向上自由度时，TS的性能就开始起作用。3．应用于独立轮子图18是一个CTS应用于自行车前轮的例子。注意，前叉有一个向前的弹簧钩7。拉簧6连结轮轴2和挂钩7形成构成CTS的力矩，你可以看到，在载荷下，以常速运行于平面8时，摇臂处于正常位置。图19是CTS应用于自行车前轮的另一个例子。注意摇臂有一个向后的弹簧钩7。拉簧6连挂钩7和前叉提供CTS力矩。这两个例子的差异在于当摇臂处于正常位置时，力矩的变化率随着摇臂的转动而不同。另一方面，此两例对路面颠簸的敏感度不同。图20-22是一个SCTS应用于自行车前轮的例子。图23是一个CTS应用于自行车前轮的例子。注意弹簧由另一个位置所产生的力矩。这个位置允许轮子更自由的前后摇动。图24是装备有TS的童车侧视图。图26是此童车的前视图。图25是此童车的尾视图。图27是TS应用于自行车前轮的另一个不同方式(侧视图，另一面对称于它)。注意，轮轴通过摇臂连结前叉，在此例中，摇臂是压缩振动吸收器，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种轮式悬挂装置，其特征在于它包含有框架和一些承重轮及摇臂，其中（１）至少一个上述轮子的轴，于一侧连接着一个上述摇臂的上端，或在轮子两侧连接着一对等长摇臂的上端，（２）所说的轮子能够绕自身的轴旋转，或所说的摇臂枢轴连结所说的轴，（３）框架枢轴连结着摇臂的低端，（４）每个所说的摇臂能够绕其与轮子的连接处旋转，并能绕其与框架的连接处，在与轮子旋转面平行的平面上转动，（５）当具有此悬挂系统的装置停止或以匀速移动于光滑的平面时，每个所说的摇臂与地面基本垂直。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘英杰，
申请(专利权)人：刘英杰，
类型：发明
国别省市：45[中国|广西]