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(shí)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(dá)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(shí)心輪胎使用價(jià)格昂貴的聚氨酯橡膠，可以用價(jià)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(shí)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。可受拉壓或只能受壓。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(shí)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(jì)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?？紤]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(jì)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(jì)算結(jié)果若滿足判別式即為真實(shí)解。下面用∑Ai表示A0+A1+…+Am-1，列出對0’點(diǎn)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(dá)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(xiàng)，是h’,h”的多項(xiàng)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?yàn)閯傄r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(jìn)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(bǔ)強(qiáng)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?yàn)閯傄r4邊緣呈連續(xù)弧線(圖8)；或者是因?yàn)樘ッ?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