專利名稱：彈性傳遞式節(jié)能車輪裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是一種利用彈性碰撞動量傳遞原理制造出的一種新型彈性傳遞式節(jié)能車輪裝置，屬一般車輛技術(shù)領(lǐng)域。
眾所周知，現(xiàn)在國內(nèi)外一般車輛所使用的車輪裝置是由外緣輪胎、車輪金屬骨架、車軸等組成。其特點(diǎn)是車軸在車輪的中心位置上，車軸與整個車輪中心呈相對不移動的剛性連接。車輪在運(yùn)行中產(chǎn)生的主要滾動阻力是由于外胎變形，使輪胎材質(zhì)里引起彈性遲滯所造成的。滾動阻力隨著運(yùn)動速度的增加而增大，在到達(dá)一定速度時形成“駐波”現(xiàn)象。另外，道路凹凸的沖擊使?jié)L動阻力隨運(yùn)動速度的增加而增大。“駐波”現(xiàn)象產(chǎn)生的原因是由于車輛在高速行駛時，車輪外胎在離開與地面接觸表面后來不及從輪胎變形扭曲中立即恢復(fù)回來，“駐波”的形成大大增大能量的消耗。輪胎充氣壓力高時，車輪輪胎的變形小，滾動阻力也小。但通過凹凸路面時，胎面的變形功增大，懸架和車身的振動也大，影響汽車的平順性和構(gòu)件的強(qiáng)度。增加輪胎的氣壓可以減小滾動阻力，但通過凹凸路面時又增大了“路面響應(yīng)”，影響汽車的平順性和構(gòu)件強(qiáng)度。所以，對特定的地面條件，相對存在一種最適宜的充氣壓力。
我們知道汽車的滾動阻力取決于路面的性質(zhì)和所裝輪胎的材質(zhì)、結(jié)構(gòu)等等。目前無法建造出理想平坦的路面，也無法制造出無彈性遲滯的車輪輪胎。所以，輪胎變形彈性遲滯的能量損失、道路凹凸沖擊造成的能量損失和為克服沖擊帶來的振動所采用的彈簧減振器內(nèi)摩擦引起的能量損失，至今無法克服。
現(xiàn)有的車輪裝置存在一些問題，至今尚未更好解決，影響汽車的性能。
針對汽車車輪裝置及在運(yùn)行中存在的尚未解決的這些問題。本實(shí)用新型的目的是推出一種采用在車輪金屬骨架和車軸之間增加導(dǎo)向系統(tǒng)和充氣氣包組的彈性傳遞式節(jié)能車輪裝置，以減小車輛運(yùn)行中的能量損失。這種新的彈性傳遞式節(jié)能車輪裝置由充氣氣包組包裹車軸或支撐車軸與車身重量，使車軸與車輪金屬骨架分為兩部分，通過充氣氣包組，使兩者彈性連接起來。它可以使汽車在行駛時，在受沖擊的過程中，將通過凹凸路面的沖擊滾動阻力，轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏玫膭恿?，從而降低汽車的總滾動阻力，降低發(fā)動機(jī)的輸出功率，提高其舒適性、平穩(wěn)性，達(dá)到節(jié)能和消除振動的目的。
本實(shí)用新型所涉及的彈性傳遞式節(jié)能車輪裝置(


圖1)是由外緣輪胎(1)、車輪金屬骨架(2)、充氣氣包組(3)、車軸(4)、導(dǎo)向系統(tǒng)(5)、滾動軸承(6)、傳動系統(tǒng)(7)組成。外緣輪胎(1)為充氣壓力很高的高彈性體，與車輪金屬骨架(2)相連。外緣輪胎(1)和車輪金屬骨架(2)靠滾動軸承(6)與導(dǎo)向系統(tǒng)(5)滾動連接。外緣輪胎(1)和車輪金屬骨架組成一個整體，可以繞導(dǎo)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)動。車輪金屬骨架(2)與傳動系統(tǒng)(7)相連，連接方式為緊固連接。車軸(4)的垂直導(dǎo)向環(huán)面與導(dǎo)向系統(tǒng)左端面滑動配合。充氣氣包組(3)在導(dǎo)向系統(tǒng)(5)內(nèi)，把車軸包裹或支撐在中間，使導(dǎo)向系統(tǒng)與車軸分為兩部分，形成導(dǎo)向系統(tǒng)與車軸彈性連接。
導(dǎo)向系統(tǒng)(圖2)由帽形軸套(13)和無軌道導(dǎo)向軸承組成。無軌道導(dǎo)向軸承由兩個圓滾動面(14)、滾球組(15)和片形螺旋彈簧(16)組成。片形螺旋彈簧(16)的中心處為環(huán)狀，包裹滾球組，可以使?jié)L球組在空載時自動回到中心位置上。滾球組由多個滾球組成，可以增大接觸面積。導(dǎo)向系統(tǒng)位于滾動軸承(6)和充氣氣包組(3)之間，左端面與車軸垂直導(dǎo)向環(huán)面靠無軌道導(dǎo)向軸承滾動摩擦配合，使車軸(4)與整個車輪在運(yùn)動中保持互相垂直，起導(dǎo)向作用。
帽形軸套(圖3)，形如帽狀，內(nèi)圓側(cè)有氣包溝槽，溝槽數(shù)量與氣包數(shù)相等。端面上均勻分布著無軌道導(dǎo)向軸承，其數(shù)量為3組以上，每組在端面兩邊各一個。端面內(nèi)環(huán)圈呈橢圓或圓形偏心形狀，其右側(cè)與車軸相切，用來限制車軸相對車輪的后位移(運(yùn)動方向?yàn)榍埃粗疄楹?。其工作過程當(dāng)車輪在受沖擊時，帽形軸套(13)相對車軸(4)中的垂直導(dǎo)向環(huán)面作平動，無軌道導(dǎo)向軸承中的滾球組(15)在圓滾動面(14)內(nèi)作無軌道運(yùn)動，減小摩擦阻力，使車輪與車軸保持垂直。
充氣氣包組是由一個或多個橡膠等材料制成的氣包組成的一個整體。由于充氣氣包組氣包的數(shù)量不同，所以導(dǎo)向系統(tǒng)中的帽形軸套與充氣氣包組的結(jié)構(gòu)有所不同。下面通過幾種形式說明其結(jié)構(gòu)的變化。
5個氣包組成的充氣氣包組(圖4)由5個直徑不同或相同的圓柱形氣包相互連通組成的一個整體充氣氣包組。氣包與氣包之間的氣體相通，氣壓相等。5個氣包之間靠橡膠管(8)相接通。氣包并排排列在導(dǎo)向系統(tǒng)中的帽形軸套(13)內(nèi)，把車軸包裹或支撐在中間。氣包在帽形軸套內(nèi)可以是間隙配合，氣包的截面呈圓形。也可以是過盈配合，氣包的截面呈橢圓形。導(dǎo)向系統(tǒng)與車軸靠充氣氣包組彈性連接在一起。
1個氣包組成的充氣氣包組(圖6)形狀象一個小輪胎，小輪胎與帽形軸套配合為間隙配合。車軸(4)與小輪胎(即充氣氣包組)緊固在一起，可在帽形軸套內(nèi)自由轉(zhuǎn)動。
3個氣包組成的充氣氣包組(圖7)是由3個不同或相同直徑的圓柱形氣包相互連通組成的。連通方式與5個氣包的連通方式相同。導(dǎo)向系統(tǒng)中的幅形軸套(13)內(nèi)側(cè)溝槽數(shù)與氣包數(shù)相同。氣包在帽形軸套中可以是間隙配合，氣包的截面呈圓形。也可以是過盈配合，氣包的截面呈橢圓形。
9個氣包組成的充氣氣包組(圖8)是由9個相同或不同直徑的圓柱形氣包連通組成。連通方式與5個氣包的連通方式相同。氣包在帽形軸套中為過盈配合，氣包截面呈橢圓形。
車軸被充氣氣包組包裹，車軸結(jié)構(gòu)的不同使其截面變化形式可分為圓形、菱形和多邊形三種，下面分別說明。
截面呈圓形的車軸(見圖8)被充氣氣包組(3)包裹，充氣氣包組與車軸(4)的配合為過盈或間隙配合，車軸(4)可以自由轉(zhuǎn)動。車軸(4)與導(dǎo)向系統(tǒng)接觸處有垂直導(dǎo)向圓環(huán)面。它的工作過程當(dāng)車輪受沖擊時，車軸靠氣包的變形在氣包表面滾動，形成偏心。
截面呈菱形的車軸(見圖7)被充氣氣包組包裹，充氣氣包組(3)與車軸(4)的配合為過盈配合，車軸不能轉(zhuǎn)動。車軸與導(dǎo)向系統(tǒng)接觸處有垂直導(dǎo)向圓環(huán)面。它的工作過程當(dāng)車輪受沖擊時，車軸靠氣包的變形擠壓形成偏心。
截面呈多邊形的車軸(圖5)由滾動小軸(9)、滾球(10)、主軸套(11)和主軸(12)組成(實(shí)際是一個圓形車軸和菱形車軸的組合體)。滾動小軸(9)靠滾球(10)與主軸滾動摩擦。主軸套、主軸上有軌道溝槽，滾球布滿整個軌道溝槽，滾動小軸(9)可以自由轉(zhuǎn)動。整個車軸的截面形狀為左右對稱、頂部尖、中間大、下部圓的多邊形狀。整個車軸被充氣氣包組(3)包裹，充氣氣包組(3)與車軸(4)的配合為過盈或間隙配合，車軸(4)與導(dǎo)向系統(tǒng)接觸處有垂直導(dǎo)向圓環(huán)面。它的工作過程當(dāng)車輪受沖擊時，車軸靠氣包的變形在氣包表面滾動，形成偏心。
傳動系統(tǒng)(圖9)是一個圓環(huán)狀十字滑塊聯(lián)軸器，由一個圓環(huán)狀端面上開有凹槽的大直徑半聯(lián)軸器(17)、一個圓環(huán)狀端面上開有凹槽并在環(huán)面上有兩個滑桿的中間盤(18)和一個圓環(huán)狀環(huán)面上有兩個滑桿的小直徑半聯(lián)軸器(19)組成。3個圓環(huán)直徑不等，相互十字交叉組合在一起，形成一個圓環(huán)狀十字滑塊聯(lián)軸器。半聯(lián)軸器(17)與車輪金屬骨架(2)相連，連接方式為緊固連接。另一個半聯(lián)軸器(19)與傳動齒輪固定在一起，套在車軸上，與車軸滑動配合。這樣，就實(shí)現(xiàn)了軸中心線有偏移扭矩傳動的作用。
車輪的工作過程車輛在堅硬路面行駛時，當(dāng)車輪與地面無沖擊時，靠車輪外緣輪胎(1)的高氣壓來減小車胎胎面的變形量，使?jié)L動阻力系數(shù)下降，從而減小滾動阻力；當(dāng)運(yùn)行車輛通過凹凸路面時，車輪胎面受很大的沖擊，外緣輪胎(1)的胎面變形到胎面恢復(fù)彈起在一瞬間完成；胎面變形時，路面作用于輪胎的功變?yōu)樘ッ孀冃文軆Υ嬖谳喬?nèi)；胎面恢復(fù)時，胎面的變形能通過充氣氣包組(3)傳遞給車軸(4)；在胎面恢復(fù)傳遞能量這一時刻(車軸支撐著車身重量)，由于車軸、車身的慣性，車軸要偏離整個車輪中心位置，即偏離車輪金屬骨架中心，車軸在前，整個車輪中心在后(運(yùn)動方向相同為前，反之為后)；由于這個偏心，車輪外緣輪胎傳遞給車軸的力的方向就會變成一個向前的推力，同時也改變了整個車身的振動，起到了消除振動的作用；傳遞給車軸的力再傳遞給整個車輪，使車輪整體向前滾動。整個過程在瞬間完成，實(shí)現(xiàn)了沖擊滾動阻力變?yōu)橛杏脛恿Φ霓D(zhuǎn)變，從而使總滾動阻力大大降低。
圖1為車輪裝置中心線剖面示意圖。圖中，1—外緣輪胎，2—車輪金屬骨架，3—充氣氣包組，4—車軸，5—導(dǎo)向系統(tǒng)，6—滾動軸承，7—傳動系統(tǒng)。
圖2為導(dǎo)向系統(tǒng)中的帽形軸套端面與車軸垂直導(dǎo)向環(huán)面配合及無軌道導(dǎo)向軸承結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，4—車軸，13—帽形軸套，14—圓滾動面，15—滾球組，16—片形螺旋彈簧。
圖3為帽形軸套、無軌道導(dǎo)向軸承分布和帽形軸套端面內(nèi)環(huán)橢圓圈位置的示意圖。圖中，4—車軸，13—帽形軸套，15—滾球組，16—片形螺旋彈簧。
圖4為5個氣包相連的充氣氣包組、車軸及帽形軸套結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，3—充氣氣包組，4—車軸，8—橡膠管，13—帽形軸套，15—滾球組，16—片形螺旋彈簧。
圖5為截面呈多邊形車軸結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，9—滾動小軸，10—滾球，11—主軸套，12—主軸。
圖6為1個氣包組成的充氣氣包組、車軸和帽形軸套結(jié)構(gòu)的示意圖。圖中，3—充氣氣包組，4—車軸，13—帽形軸套。
圖7為3個氣包組成的充氣氣包組、車軸和帽形軸套結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，3—充氣氣包組，4—車軸，13—帽形軸套。
圖8為9個氣包組成的充氣氣包組、車軸和帽形軸套結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，3—充氣氣包組，4—車軸，13—帽形軸會。
圖9為圓環(huán)狀十字滑塊聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)圖。圖中，17—大直徑半聯(lián)軸器，18—中間盤，19—小直徑半聯(lián)軸器。
本實(shí)用新型提供了一個理想的車輪裝置，它可以使車輛行駛的滾動阻力大大降低，從而降低發(fā)動機(jī)的輸出功率，提高車輛的經(jīng)濟(jì)性、舒適性和平穩(wěn)性，是發(fā)展“綠色”汽車的理想車輪裝置。
權(quán)利要求1.一種車輪裝置，其特征在于由外緣輪胎、車輪金屬骨架、充氣氣包組、車軸、導(dǎo)向系統(tǒng)、滾動軸承和傳動系統(tǒng)組成，外緣輪胎和車輪金屬骨架成一整體，靠滾動軸承與導(dǎo)向系統(tǒng)滾動連接并繞導(dǎo)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)動，車輪金屬骨架與傳動系統(tǒng)緊固連接，導(dǎo)向系統(tǒng)位于滾動軸承和充氣氣包組之間，充氣氣包組包裹或支撐車軸并使外緣輪胎、車輪金屬骨架與車軸、車身彈性連接。
2.按權(quán)利要求1所述車輪裝置，其特征在于充氣氣包組為橡膠材料制成的1個或多個不同或相同直徑的圓柱形氣包組成，氣包之間相互連通并使內(nèi)部氣體壓力一致。
3.按權(quán)利要求1所述車輪裝置，其特征在于車軸截面呈圓形、菱形或多邊形，車軸與導(dǎo)向系統(tǒng)接觸處有垂直導(dǎo)向圓環(huán)面。
4.按權(quán)利要求1和權(quán)利要求3所述車輪裝置，其特征在于截面呈多邊形的車軸由滾動小軸、滾球、主軸套和主軸組成，滾動小軸靠滾球與主軸滾動摩擦。
5.按權(quán)利要求1所述車輪裝置，其特征在于導(dǎo)向系統(tǒng)由帽形軸套和無軌道導(dǎo)向軸承組成，無軌道導(dǎo)向軸承由兩個圓滾動面、滾球組和片形螺旋彈簧組成，片形螺旋彈簧中心處為環(huán)狀，包裹滾球組，滾球組由多個滾球組成，片形螺旋彈簧可以使?jié)L球組在空載時自動回到中心位置。
6.按權(quán)利要求1所述車輪裝置，其特征在于傳動系統(tǒng)是圓環(huán)狀十字滑塊聯(lián)軸器，由圓環(huán)狀端面上開有凹槽的大直徑半聯(lián)軸器、圓環(huán)狀端面上開有凹槽并在環(huán)面上有兩個滑桿的中間盤和園環(huán)狀環(huán)面上有兩個滑桿的小直徑半聯(lián)軸器組成。
7.按權(quán)利要求1和權(quán)利要求5所述的車輪裝置，其特征在于帽形軸套內(nèi)圓側(cè)有氣包溝槽，端面上均勻分布著無軌道導(dǎo)向軸承，其數(shù)量為3組以上，每組在端面兩邊各一個，端面內(nèi)環(huán)圈呈橢圓或圓形偏心形狀，其右側(cè)與車軸相切。
專利摘要一種新型的彈性傳遞式節(jié)能車輪裝置,可以使汽車在運(yùn)行時的輪胎變形彈性遲滯的能量損失大大降低,使路面沖擊造成的能量損失變?yōu)橛杏玫膭恿?并有消除振動的作用。其特征為靠外緣輪胎的高氣壓減小無路面沖擊時的滾動阻力;靠充氣氣包組,把車輪金屬骨架與車軸、車身分開,并使兩者彈性連接;在受路面沖擊時,車軸與車輪中心產(chǎn)生偏心。車輪與車軸在瞬間相互彈性作用,使沖擊滾動阻力變?yōu)橛杏玫膭恿?同時也起到了消除振動的作用,改善了汽車的經(jīng)濟(jì)性、舒適性和平穩(wěn)性,是發(fā)展“綠色”汽車的理想車輪裝置。
文檔編號B60B30/00GK2365095SQ99206620
公開日2000年2月23日 申請日期1999年3月31日 優(yōu)先權(quán)日1999年3月31日
發(fā)明者劉建農(nóng) 申請人:劉建農(nóng)