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在胎面下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。
本專利目的是提供一種輪胎中周期變化的應(yīng)力幅度較小的免充氣輪子。
該目的是這樣達到的，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，因而周向剛度大，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)，不但增大輪胎著地面積，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。下面的實施例中，為了有足夠的下沉率，總是減小彈性體橡膠內(nèi)胎的法向剛度，非環(huán)形時做成m個橡膠彈簧，環(huán)形時做成中空的(圖8，12，15)、向下開口的或發(fā)泡的，使有效斷面積及體積都比普通實心輪胎小，減小滯后生熱也減輕自重。市售的聚氨酯自行車實心輪胎有效斷面積體積也較小，但它不是靠剛襯降低應(yīng)力，而是靠橡膠內(nèi)胎的高強度。(如果在下面的實施例中使用聚氨酯橡膠內(nèi)胎，則可進一步減輕自重，提高緩沖性能。)由于彈性體內(nèi)胎的應(yīng)力很小，因而不像現(xiàn)有自行車實心輪胎使用價格昂貴的聚氨酯橡膠，可以用價廉的天然、丁苯、順丁等橡膠。
剛襯也可以是束緊在環(huán)形橡膠內(nèi)胎上的周向拉伸模量較大的膠簾(帆)布環(huán)(類似充氣輪胎中的緩沖層，帶束層)或橡膠環(huán)，使輪胎周向剛度大?，F(xiàn)有技術(shù)實心輪胎可看作是帶橡膠環(huán)剛襯的輪胎。
本專利具體結(jié)構(gòu)由以下附圖及實例給出。

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11，狹剛襯的例。圖12，帶短內(nèi)胎的例。圖13，用于圖12的雙向縫合鉤。圖14，圖12A向圖。圖15，內(nèi)胎帶防磨包布。圖16，鋼襯環(huán)不連續(xù)。圖17，防滑補強層的螺栓連接。
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。放慮座標系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’r＝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+0.384，b＝{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，最后計算結(jié)果若滿足判別式即為真實解。下面用∑Ai表示A0+A1+...+Am-1，列出對O’點取矩，對Z，Y方向取合力的方程，當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O’叫星形分布(圖2，m＝4個星形分布的螺旋彈簧)，或不過中心O’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，是h’，h”的多項式。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4′。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、被剛襯4壓緊，如圖10剛襯對橡膠內(nèi)胎3有法向預(yù)壓力，或如圖11反包并卡在剛襯4上。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)是一分離的檔圈或如右側(cè)剛連在輪輞上。因為剛襯周向不可伸張，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。
下面的結(jié)構(gòu)可方便輪胎裝卸。1、當使用市售標準充氣力車輪胎的外胎5和輪輞2時(圖10右半，剛襯通過軟或硬邊胎圈23將內(nèi)胎3束緊在輪輞2上)，橡膠內(nèi)胎3最好不延伸到輪輞底部或槽25內(nèi)，外胎5和剛襯4橡膠內(nèi)胎3之間有間隙26，卸胎時剛絲圈17可部分滑到槽25底部，使另一部分高出輪輞連緣，從而卸出外胎的一個鋼絲圈17，使剛襯束緊力消失。2、圖7可著合在橡膠內(nèi)胎上的硬邊尼龍?zhí)ト?7可周向彈性伸長。3、當剛襯將橡膠內(nèi)胎3直接束緊在輪輞上，不需外胎包圍剛襯也有側(cè)向穩(wěn)固不從橡膠內(nèi)胎3滑脫時，如圖11嵌在橡膠內(nèi)胎3的凹槽內(nèi)，或剛襯和橡膠內(nèi)胎3粘接一體，這時外胎5可以如圖11沒有簾布層，因而沒有胎圈，但由于“胎圈”部位膠料有彈性，故仍視作軟邊胎圈，著合在輪輞2(圖11)或橡膠內(nèi)胎3上(參見圖7)，外胎的裝卸較易。也可將此結(jié)構(gòu)3的外胎5粘在剛襯4上，粘接后外胎5可以無胎圈，胎側(cè)(參見圖15)。4、圖7向下開口的橡膠內(nèi)胎3有利于內(nèi)胎自身的裝卸，因為將其一個立支24向右推到中央即可使剛襯束緊力消失。
為了使胎面5在剛襯4外側(cè)面左右端部不應(yīng)力集中，可以1、胎面5嵌在剛襯4朝外的凹槽里(圖6)；2、胎面5包在剛襯上時，剛襯4外側(cè)面端部是向兩旁連續(xù)下降的弧線(圖8)，外側(cè)面端部平直時，剛襯4寬度大于胎冠36寬度(圖15)或者，剛襯4寬度較小嵌在橡膠內(nèi)胎3上(圖11)。
圖11、15剛襯4有膠帆布外包層27，外包層27是膠帆布包疊或纏繞成型的(此成型術(shù)語參見自行車充氣硬邊外胎簾布筒的成型)，內(nèi)胎3和/或胎面可以粘連膠帆布外包層27上，或無外包層時直接粘在剛襯上使二者或三者一體。內(nèi)胎3兩下角還可粘接防磨包布34，防止內(nèi)胎被輪輞磨損(圖15)。圖16外包布27內(nèi)的剛襯環(huán)4可以是連續(xù)的，也可以是不連續(xù)，即斷開的，兩端可周向滑動。外包布27的成型也可以改為上下可分開分別粘連胎面5內(nèi)胎3的兩層膠帆布28，29(圖12)，在左右兩端“縫合”，可以用線繩縫合，也可以拉練縫合，還可以如圖12，13，14，上下膠帆布兩邊有類似充氣硬邊外胎胎圈鋼絲圈30，31，用周向均布的雙向鉤子32將鋼絲圈30，31鉤住。當剛襯4嵌入內(nèi)胎3(圖11)時鉤子32個數(shù)很少或沒有。兩外包層28，29的接縫37在右橡膠內(nèi)胎3的側(cè)上部，也可位于側(cè)中、下部，這時上下膠帆布層28，29的右側(cè)部分可以如圖15左側(cè)虛線，其中下膠帆布層29可以和防磨包布34，防滑補強層35(見下文說明)連成一體。
下面的結(jié)構(gòu)既可以防止或減小輪胎在輪輞上周向滑移，簡稱防滑移，又方便裝卸。結(jié)構(gòu)1、圖12，13，14中不連續(xù)的橡膠內(nèi)胎3最好分為長短懸殊的兩段3′，3″，有兩個間斷面38′，38″。內(nèi)胎3下端有周向不連續(xù)的防滑補強層35，該補強層只在接頭鉤子34處有一個間斷面，鉤子34位于短內(nèi)胎3′內(nèi)，雙向鉤子34鉤住補強層35兩端使之束緊在輪輞上不滑移，必要時補強層35下面有硬質(zhì)墊膠33。補強層35兩端還可用其他公知方法束緊連接。如圖17螺栓連接，兩端分別連接螺栓39和帶螺栓孔的擋板40，擰緊螺栓39上的螺母41。短內(nèi)胎3′與其上下兩邊的構(gòu)件，防滑補強層35和剛襯4剛襯外包層都不粘連(分體)。長內(nèi)胎3″和防滑層35用粘接，(或如圖15通過與之一體的防磨包布34側(cè)旁的剛襯外包層29，28把長內(nèi)胎3″包圍，或如圖15防滑層35′穿過長內(nèi)胎)等方法和長內(nèi)胎底部緊密吻合。也不會滑移，從而短內(nèi)胎3′及剛襯4，胎面5等均不會滑移。建議的卸胎步驟1、當短內(nèi)胎3′上有縫合線32時，拆除這些線，沿側(cè)向(即圖12A向)右推使其脫離輪胎主體，在主體兩側(cè)形成兩窗口且露出防滑層35的連接鉤34；2、卸去連接鉤34，防滑層35松開，即可將輪胎主體卸下。這種結(jié)構(gòu)使卸胎時不必拆除長內(nèi)胎3″上的縫合線，故長內(nèi)胎3″和胎面5也可以用圖15，或11的外包層27連接。結(jié)構(gòu)2橡膠內(nèi)胎3在斷面分為大小兩部分，標記為內(nèi)胎3和墊條22，墊條22中有位于輪輞凹槽內(nèi)的防滑層35(此處為不連續(xù)的鋼絲繩)穿過，可以塞緊在標準充氣硬邊外胎和一體式輪輞之間(圖10)或內(nèi)胎3和輪輞2之間(圖15)。內(nèi)胎3被剛襯通過胎圈23和墊條22(圖10)或通過墊條22(圖15)束緊在輪輞上。與結(jié)構(gòu)1相同，防滑層35兩端也用雙向鉤子鉤住使束緊在輪輞上，并帶動墊條22向斷面的右下方擠壓移動，使得圖15內(nèi)胎3中的鋼絲圈35′和圖10中左側(cè)胎圈鋼絲圈17產(chǎn)生周向拉伸力，成為防滑層。卸胎時拆去防滑層35端部的連接鉤，防滑層及剛襯中的束緊力都消失。不帶防滑層35，35′，塞緊墊條22也稍有防滑作用。結(jié)構(gòu)3，橡膠內(nèi)胎3粘在輪輞上和/或；輪輞是分體式(即可拆)，裝配后擠壓內(nèi)胎3底部使之束緊在輪輞上。結(jié)構(gòu)3是實心輪胎防滑現(xiàn)有技術(shù)。
上述說明中附圖的上下各表示輪胎外內(nèi)側(cè)。
權(quán)利要求
1.一種帶剛襯的輪子，包括彈性體內(nèi)胎，輪輞，其特征是還包括剛襯，內(nèi)胎在剛襯和輪輞之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述帶剛襯的輪子，其特征是，剛襯是鋼質(zhì)薄壁環(huán)或膠簾(帆)布環(huán)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述帶剛襯的輪子，其特征是，剛襯(4)和輪輞(2)之間可以有間隙(7)或重疊(6)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述帶剛襯的輪子，其特征是內(nèi)胎(3)外側(cè)或內(nèi)部有縱向縫隙(8)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述帶剛襯的輪子，其特征是剛襯(4)有一段平坦的底(15)，胎面(5)的設(shè)置為下列二者之一1、嵌在剛襯(4)朝外的凹槽里；2、包在剛襯(4)上。
6.根據(jù)權(quán)利要求2、3、4或5所述帶剛襯的輪子，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。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述帶剛襯的輪子，其特征是胎面(5)和剛襯(4)分體或一體，一體時粘在剛襯上或粘在剛襯的膠帆布外包層上；剛襯(4)是環(huán)形鋼彈簧且有下列特征之一、二或三1)、環(huán)是連續(xù)的或不連續(xù)的；2)、斷面兩端呈連續(xù)弧線；3)、斷面平直寬度大于或小于胎冠；4)有或沒有膠帆布外包層，膠帆布外包層的成型是用上下兩張膠帆布(28、29)覆蓋剛襯然后在邊緣縫合或者用膠帆布(27)包疊或纏繞剛襯；內(nèi)胎(3)是環(huán)形橡膠內(nèi)胎(3)且有特征下列之一或二1、發(fā)泡或不發(fā)泡的；2、向下開口或不開口(中空)；3、延伸或不延伸到輪輞底部或槽(25)內(nèi)，4、是天然、丁苯、順丁或聚氨酯橡膠；5、環(huán)是周向連續(xù)或不連續(xù)的(分為兩段)，斷面一體或分為兩部分；6、上端和剛襯(4)分體或一體；7、下端粘接輪輞，被分體式輪輞束緊或被與之緊密吻合并束緊在輪輞上的防滑周向補強層(35)束緊在輪輞上。
8.根據(jù)權(quán)利要求3，4，5或7所述帶剛襯的輪子，其特征是橡膠內(nèi)胎(3)被剛襯4用下列四種特征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)；上端與剛襯一體時，粘在剛襯上或粘在剛襯的帆布外包層上，分體時用下列結(jié)構(gòu)之一或二連接剛襯1、嵌在剛襯的槽(21)內(nèi)；2、反包并卡在剛襯(4)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)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶剛襯的輪子，其特征是剛襯是橡膠環(huán)，橡膠內(nèi)胎周向或斷面內(nèi)分為兩部分，帶有能束緊在輪輞上的防滑層(35)。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述帶剛襯的輪子，其特征是該結(jié)構(gòu)用于充氣輪胎的泄氣保用。
全文摘要
本發(fā)明涉及用較大彎曲剛度環(huán)形剛襯補強的免充氣輪子,胎面內(nèi)側(cè)的剛襯將外力分散經(jīng)鋼或橡膠彈簧內(nèi)胎傳到輪輞上。內(nèi)胎法向剛度小,可用普通橡膠做在中空、向下開口或發(fā)泡的,有效體積小,滯后生熱低。胎面和橡膠內(nèi)胎一體或分體,分體胎面嵌在剛襯中或用充氣輪胎結(jié)構(gòu)包在剛襯上。剛襯有平坦的底使胎面應(yīng)力分布較均勻,在剛襯端部無應(yīng)力集中。此外還用墊條、可周向伸張的硬邊胎圈等方法實現(xiàn)易于裝卸。
文檔編號B60C7/00GK1363476SQ0110511
公開日2002年8月14日 申請日期2001年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2001年1月9日
發(fā)明者崔世泰 申請人:崔世泰