[发明专利]带刚衬的轮子

说明书

本专利涉及轮子，尤其申请号97106689．2专利涉及的轮子。

通常免充气轮子装配实心轮胎，由于接地部位受力(法向力牵引力)较大，因而轮胎滞后生热大，能耗大。

本专利目的提供能耗小的产品。

该目的是这样达到的，在胎面内侧有环形刚衬，通常是固态钢质薄壁构件，有较大弯曲刚度。刚衬将受到的外力均匀化后再传给充当弹性体内胎的螺旋钢弹簧或橡胶弹簧，因而内胎应力幅度减小，滞后生热减小。

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。攷虑座标系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’_r=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+0．384，b={1．3[(1+4．29(D／H)²)^0．5-1]}^-1，令r=2π／m，α_i=α+ir，i=0，1…m-1，用α_i替换各式中的α，相应的量附加下标i，如h’i=(h／cosγ)cosα_i，h”_i=Rβ+(h／cosγ)sinα_i，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∑A_i表示A₀+A₁+…+A_m-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=∑C_i^-1F’h_i”(R-0．5(H-h’_i))=ma^-1F’Rβ[R-0．5H-0．5bH^-1(h／cos Y)²]…(1)；Qcosγ+φQsinγ=∑(F’h’_icosα_i+c₁^-1F’h”_isinα_i)=0．5(1+a^-1)mF’h／cosγ…(2)；-Qsinγ+φQcosγ=∑(C^-1_iF’h”_icosα_i-F’h’_isinα_i)=-0．5a^-1F’mRβb(h／Hcosγ)…(3)；