Колесо транспортного средства
Колесо содержит ступицу, гибкий обод и упругие спицы, одни концы каждой пары которых сближены и жестко связаны с ободом, а вторые концы разнесены и связаны со ступицей. Спицы пар размещены на противоположных сторонах колеса, образуя два противоположно наклоненных и расположенных с зазором круговых ряда спиц. Концы пар спиц, закрепленные на ободе, расположены аксиально. Спицы пар при удалении от обода непрерывно расходятся друг от друга, и их вторые концы жестко связаны с диаметрально противоположными сторонами ступицы. В результате повышаются эксплуатационные свойства колеса. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к колесовидным движителям с замкнутым упругим ободом.
Известно колесо транспортного средства, содержащее ступицу, гибкий обод и упругие спицы, одни концы каждой пары которых совмещены и жестко связаны с ободом, а вторые концы разнесены и связаны со ступицей, спицы пар размещены на противоположных сторонах колеса, образуя два расположенных с зазором круговых ряда спиц однотипно, но противоположно изогнутых /См. ж. "Техника и наука" №5, 1981 г., стр.24/. Данная конструкция колеса принята за прототип. Ее недостатки:
1. При максимальных и ударных нагрузках нижние кольцевые спицы, сжимаясь, испытывают опасные нагрузки, их наличие под ступицей существенно уменьшает радиальную деформацию колеса. Диск, установленный между спицами для ограничения нагрузок на нижние спицы, усложняет конструкцию, увеличивает вес колеса, уменьшает его радиальную деформацию, уменьшает возможную ширину оснований спиц.
2. При нагрузке на колесо верхние кольцевые спицы, нагружаясь, удлиняются, а верхняя часть обода перемещается вверх. При торможении и ускорении на транспортном средстве /ТС/ боковые спицы колеса подвергаются большим нагрузкам и деформациям, а прилегающие части обода смещаются в горизонтальном направлении.
Все это увеличивает размеры колесных ниш на ТС.
3. При изменении направления окружного усилия на колесе /ускорение-замедление, замедление-ускорение/ из-за поворота спиц в шарнирах на ступице происходит большой свободный ход обода в окружном направлении относительно ступицы, что ухудшает работу колеса. Кроме того, шарниры подвержены износам.
4. Соединение при помощи крепежных деталей спиц с ободом снижает долговечность их работы.
5. Наличие ограничительного диска и шарнирных соединений усложняет конструкцию и технологию изготовления цельного колеса литьем из пластмассы.
6. Наличие кольцевых спиц уменьшает боковую жесткость колеса и возможную скорость его вращения.
Цель изобретения - повышение эксплуатационных свойств колеса. С этой целью у колеса, содержащего ступицу, гибкий обод и упругие спицы, одни концы каждой пары которых сближены и жестко связаны с ободом, а вторые концы разнесены и связаны со ступицей, спицы находятся на противоположных сторонах колеса, образуя два противоположно наклоненных и расположенных с зазором круговых ряда спиц, концы пар спиц, закрепленные на ободе, расположены аксиально, при удалении от обода спицы пар непрерывно расходятся друг от друга и их вторые концы жестко соединены с диаметрально противоположными сторонами ступицы. Колесо может быть цельным, из пластмассы, а ступица - из двух соосных половин, которые совместно с прилегающими рядами спиц упруго закручены относительно друг друга и жестко связаны. Боковые поверхности спиц покрыты упругим слоем или все внутреннее пространство между ободом и ступицей заполнено упругим пористым материалом.
Новые отличительные признаки по сравнению с прототипом:
1. Закрепленные на ободе концы пар спиц расположены аксиально.
2. Спицы пар при удалении от обода непрерывно расходятся друг от друга, и их вторые концы жестко связаны с диаметрально противоположными сторонами ступицы.
3. Ступица, обод и спицы выполнены цельными из пластмассы.
4. Ступица выполнена из двух сооосных половин, которые совместно с прилегающими рядами спиц упруго закручены и жестко связаны.
5. Боковые поверхности спиц покрыты упругим слоем.
6. Внутреннее пространство колеса между ободом и ступицей заполнено пористым упругим материалом.
На фиг.1 показан общий вид колеса без окружного смещения половин ступицы.
На фиг.2 - разрез по А-А на фиг.1.
На фиг.3 - разрез по Б-Б на фиг.2 колеса без протектора.
Колесо содержит ступицу 1, состоящую из двух соосных половин 2, 3, гибкий обод 4 и упругие листовые спицы 5, 6, расположенные на противоположных сторонах колеса и образующие два расположенных с зазором "с" круговых ряда 7, 8 спиц 5, 6, однотипно, но противоположно наклоненных.
На фиг.1, 2, 3 показано устройство колеса в свободном состоянии - при отсутствии нагрузок.
Если ступица 1, спицы 5, 6 и обод 4 - отдельные детали, соединяемые крепежными деталями, то при сборке колеса, после выбора зазора между концами спиц 5, 6 и ободом 4, спицы 5, 6 будут находиться в растянутом напряженном состоянии.
При единой пластмассовой конструкции колеса с цельной ступицей 1 спицы 5, 6 находятся в растянутом напряженном состоянии благодаря минимальной кривизне спиц 5, 6, большой усадке пластмассы спиц 5, 6 и напряженной намотке нитей наполнителя спиц 5, 6 при изготовлении колеса.
При составной ступице 1 /фиг.1, 2, 3/ напряженное растянутое состояние спиц 5, 6 достигается закруткой одной половины 2 ступицы 1 относительно другой 3 совместно с прилегающими к ним спицами 5, 6 и фиксацией этого положения или крепежными деталями, или сваркой, или склеиванием. При этом угол охвата ступицы 1 парой спиц 5, 6 увеличивается.
Во всех конструкциях колес суммарная величина внутреннего растягивающего усилия двух смежных спиц 5, 6 меньше номинальной нагрузки на колесо в ТС /чем больше спиц 5, 6 в конструкции колеса, тем меньше их предварительное растяжение/.
При нагружении колеса верхние спицы 5, 6 растягиваются, нижние изгибаются. Ввиду большого радиуса кривизны спиц 5, 6 и малого удлинения материала спиц 5, 6 /сталь или пластмасса с нитями стекловолокна или кевлара/ перемещение верхней части обода 4 относительно ступицы 1 незначительно. Нижняя часть обода 4 деформируется почти свободно и приближается к ступице 1. При номинальной нагрузке на колесо нижние спицы 5, 6 при нахождении под ступицей 1 разгружаются полностью, и при качении колеса его радиальная жесткость не изменяется. Эффективный радиус колеса и площадь опоры /отпечатка/ увеличиваются значительно /в несколько раз/, уменьшаются удельные нагрузки колеса на грунт, повышается проходимость и уменьшается сопротивление качению по грунту.
При нагрузке на колесо больше номинальной величины, при ударных нагрузках нижние спицы 5, 6 изгибаются больше, но ввиду их малой толщины воспринимаемая ими нагрузка незначительна, нагружаются в основном верхние спицы 5, 6, и при качении колеса его радиальная жесткость при нахождении спиц 5, 6 под осью колеса практически не изменяется.
При больших динамических перегрузках нижняя часть обода 4 касается через нижние спицы 5, 6 ступицы 1, но благодаря наличию на боковых поверхностях спиц 5, 6 упругого слоя /на чертеже не показано/ удар смягчается, демпфируется. Радиус кривизны упругого обода 4 в месте удара увеличивается до громадной величины. При движении ТС упругий слой, толщина которого в несколько раз больше толщины спицы 5 /6/, защищает спицы 5, 6 от воздействия песка и камней. В некоторых случаях тонкий упругий слой может быть и на ступице 1 и ободе 4.
Пространство между ступицей 1 и ободом 4 может быть заполнено упругим пористым материалом /на чертеже не показано/, улучшаются демпфирующие свойства и защита колеса.
При ускорении, торможении и передаче крутящего момента наличие большого количества почти прямых и взаимно наклонных спиц 5, 6 стабилизирует положение обода 4 относительно ступицы 1 и в горизонтальном направлении. Поэтому на ТС не требуется больших ниш для колес. Боковая жесткость колеса обеспечивается большой жесткостью в этом направлении множества листовых спиц 5, 6 и обода 4.
Съемный протектор 9 установлен с натягом на ободе 4 и приклеен. При движении ТС по неровной дороге большая радиальная податливость колеса и демпфирование колебаний благодаря наличию протектора 9 на ободе 4 и упругого слоя на спицах 5, 6 или упругого пористого материала между ступицей 1 и ободом 4 обеспечивают ТС повышенную плавность хода. При движении ТС по хорошей дороге с большой скоростью радиальная податливость колеса уменьшается из-за действия на обод 4 центробежной силы, при этом уменьшается и сопротивление качению колеса.
Возможна конструкция колеса без жесткой связи половин 2, 3 ступицы 1 - с их регулируемым относительным положением или при движении ТС, или при остановке, или при ремонте. В этом случае достигается оптимальная настройка колеса для конкретных условий эксплуатации и переменный клиренс у ТС.
Увеличенное количество почти прямых взаимно наклонных спиц 5, 6 повышает возможную скорость вращения колеса. Таким образом, радиальная деформация колеса только в нижней части обода увеличивает эффективный радиус колеса и площадь его контакта с опорной поверхностью, улучшает проходимость и уменьшает сопротивление качению при минимальных размерах колесных ниш на ТС. Большая боковая жесткость колеса повышает устойчивость и управляемость ТС. Наличие большого количества почти прямых спиц повышает возможную скорость вращения колеса. Конструкция колеса надежна и долговечна, сравнительно простая технология изготовления обеспечивает малую себестоимость.
1. Колесо транспортного средства, содержащее ступицу, гибкий обод и упругие спицы, одни концы каждой пары которых сближены и жестко связаны с ободом, а вторые концы разнесены и связаны со ступицей, спицы пар размещены на противоположных сторонах колеса, образуя два противоположно наклоненных и расположенных с зазором круговых ряда спиц, отличающееся тем, что концы пар спиц, закрепленные на ободе, расположены аксиально, спицы пар при удалении от обода непрерывно расходятся друг от друга и их вторые концы жестко связаны с диаметрально противоположными сторонами ступицы.
2. Колесо транспортного средства по п.1, отличающееся тем, что ступица, спицы и обод выполнены цельными из пластмассы.
3. Колесо транспортного средства по п.1, отличающееся тем, что ступица выполнена из двух соосных половин, которые совместно с прилегающими рядами спиц упруго закручены относительно друг друга и жестко связаны.
4. Колесо транспортного средства по п.1, отличающееся тем, что боковые поверхности спиц покрыты упругим слоем.
5. Колесо транспортного средства по п.1, отличающееся тем, что внутреннее пространство колеса между ободом и ступицей заполнено пористым упругим материалом.
