Колесо транспортного средства

Колесо включает обод с ребордами, центральную ступичную часть, по крайней мере, три пары спиц, соединяющих обод со ступичной частью, с увеличивающимися к последней толщиной и высотой и с боковыми поверхностями каждой пары в виде обращенных друг к другу участков, симметричных относительно биссектрисы угла между осями смежных спиц. При этом на одной из поверхностей у каждой из упомянутых пар один из участков выпуклый, а боковые поверхности каждой пары сопряжены между собой и с поверхностью ступичной части поверхностями, симметричными относительно плоскости, проходящей через ось колеса и биссектрису угла между осями смежных спиц, с чередующимися по величине радиусами кривизны. В каждую из упомянутых боковых поверхностей включен участок, ограниченный в плоскостях, перпендикулярных оси колеса, прямыми линиями, причем последние у одной из боковых поверхностей каждой пары спиц, противолежащей поверхности с выпуклым участком, сопряжены с ободом в точках, расположенных на ободе на расстоянии от оси спицы, равном 0,4-1,0 минимальной ее толщины, и со ступичной частью - через точки их касания с одними из упомянутых сопрягающих поверхностей. В результате оптимизации длины спиц снижается уровень температурных напряжений и соответственно облегчается колесо при сохранении прочности. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к транспортным средствам и может быть использовано при разработке конструкции, преимущественно, автомобильных и мотоциклетных колес.

Известно колесо транспортируемого средства, включающее обод с ребордами, центральную ступичную часть, спицы, соединяющие обод со ступичной частью, с увеличивающимися к последней толщиной и высотой и с боковыми поверхностями каждой пары спиц, выполненными по дуге окружности и сопряженными между собой и с поверхностью ступицы дугами окружности, с центром в плоскости, проходящей через биссектрису угла между смежными спицами (Патент РФ №2077993, кл. В 30 В 3/06, публ. 1997 г.)

Недостатком этого колеса является малая жесткость, особенно при диаметрах свыше 14, из-за неравномерности распределения по ободу точек сопряжения его со спицами. Увеличение количества спиц приведет к существенному утяжелению колеса.

Известно также колесо транспортного средства, включающее обод с ребордами, центральную ступичную часть, по крайней мере, три пары спиц, соединяющих обод со ступичной частью, с величающейся к последней толщиной и высотой и с боковыми поверхностями каждой пары, обращенными друг к другу участками, симметричными относительно биссектрисы угла между осями смежных спиц, при этом на одной из поверхностей у каждой из упомянутых пар один из участков выпуклый, а боковые поверхности каждой пары сопряжены между собой и с поверхностью ступичной части поверхностями, симметричны относительно плоскости, проходящей через ось колеса и биссектрису угла между осями спиц, с чередующимися по величине радиусами кривизны (Патент РФ №2130385, кл. В 60 В 3/06, публ. 1999 г. - прототип).

Недостатком этого колеса является относительно малая длина спиц, что увеличивает тепловые напряжения при эксплуатации в экстремальных условиях и сужает область применения колес.

Предлагаемое колесо транспортного средства включает обод с ребордами, центральную ступичную часть, по крайней мере, три пары спиц, соединяющих обод со ступичной частью, с увеличивающейся к последней толщиной и высотой и с боковыми поверхностями каждой пары, обращенными друг к другу участками, симметричными относительно биссектрисы угла между осями смежных спиц, при этом на одной из поверхностей у каждой из упомянутых пар один из участков выпуклый, а боковые поверхности каждой пары сопряжены между собой и с поверхностью ступичной части поверхностями, симметричными относительно плоскости, проходящей через ось колеса и биссектрису угла между осями спиц, с чередующимися по величине радиусами кривизны. Предлагаемое колесо отличается тем, что в каждую из упомянутых боковых поверхностей включен участок, ограниченный в плоскостях, перпендикулярных оси колеса, прямыми линиями, причем последние у одной из боковых поверхностей каждой пары спиц, противолежащей поверхности с выпуклым участком, сопряжены с ободом в точках, расположенных на ободе на расстоянии от оси спицы, равном 0,4-1,0 минимальной ее толщины, и со ступичной частью - через точки их касания с одними из упомянутых сопрягающих поверхностей, а у боковой поверхности с выпуклым участком у каждой пары упомянутые прямые линии сопряжены с ободом в точках, соответствующих минимальной толщине спицы, сам выпуклый участок этой поверхности сопряжен со ступичной частью через точки его касания с другой упомянутой сопрягающей поверхностью, при этом величины чередующихся радиусов определены зависимостью

, где

R₁ и R₂ - радиусы кривизны поверхностей, сопрягающихся со ступичной частью, соответственно участки - выпуклый и противолежащий ей в точках, лежащих в одной плоскости, перпендикулярной оси колеса;

при этом в каждой плоскости, перпендикулярной оси колеса, упомянутые прямые линии касательны кривой, ограничивающей выпуклый участок боковой поверхности, а центр кривизны этой кривой расположен на перпендикуляре к прямой, ограничивающей противоположную боковую поверхность спицы, в точке ее касания с сопрягающей поверхностью.

Предлагаемое колесо может отличаться тем, что образующие боковых поверхностей спиц параллельны оси колеса.

Технический результат - оптимизация относительной длины спиц. Это позволяет при эксплуатации в экстремальных условиях, преимущественно в спортивных автомобилях, существенно снизить уровень температурных напряжений и, соответственно, облегчить колесо при сохранении требуемой прочности в условиях динамического нагружения.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где:

На фиг.1 - построение основного фрагмента колеса в плоскости, перпендикулярно его оси, при сопряжении с ободом в точке, отстоящей от оси спицы на 0,4 ее минимальной толщины, боковой поверхности спицы, противолежащей поверхности с выпуклым участком;

На фиг.2 - построение основного фрагмента колеса в плоскости, перпендикулярной его оси, при сопряжении с ободом в точке, лежащей на оси спицы, боковой поверхности спицы, включающей выпуклый участок;

На фиг.3 - построение основного фрагмента колеса в плоскости, перпендикулярной его оси, для варианта с ограничением его боковой поверхности, включающей выпуклый участок, в упомянутой плоскости прямой, параллельной оси спицы.

Предлагаемое колесо состоит из обода 1 с ребордами 2, центральной ступичной части 3 и спиц 4. Боковые поверхности спиц ограничены в плоскости, перпендикулярной оси колеса, прямолинейными участками 5 и 6, а также 7 и 8. Обращенные друг к другу боковые поверхности смежных спиц симметричны относительно плоскостей, проходящих через ось колеса и биссектрисы углов между осями смежных спиц. При этом одни боковые поверхности через участки 5 и 6 сопряжены через точки касания со спупичной частью поверхностью 9. У каждой спицы боковым поверхностям с участком 5 или 6 противолежат боковые поверхности с участком 7 или 8. Последние из упомянутых боковых поверхностей включают также выпуклые участки 10 и 11. Эти боковые поверхности через участки 10 и 11 сопряжены через точки касания со ступичной частью поверхностью 12. Поверхности 9 и 12 также симметричны относительно упомянутых плоскостей, проходящих через биссектрисы углов между осями смежных спиц. Высота и толщина спиц увеличиваются по направлению от обода к ступичной части. Боковые поверхности спиц, включающие выпуклые участки 10 и 11, сопряжены через участки 7 и 8 с ободом в точках, соответствующих минимальной толщине спицы.

Величины чередующихся радиусов кривизны поверхностей 12 и 9 определены зависимостью

, где

R₁ и R₂ - радиусы кривизны соответственно поверхностей 12 и 9 в точках, лежащих в одной плоскости, перпендикулярной оси колеса.

В каждой плоскости, перпендикулярной оси колеса, прямые линии, ограничивающие участки 5 и 6, касательны дугам с радиусом R₂, ограничивающим поверхности 9; прямые линии, ограничивающие участки 7 и 8, касательны дугам с радиусом R₃, ограничивающим выпуклые участки 10 и 11, причем эти дуги (с радиусом R₃) касательны дугам с радиусом R₁, ограничивающим поверхности 12. Центры дуг с радиусом R₃ расположены на перпендикулярах к прямым, ограничивающим участки 5 и 6, в точках их касания с дугами радиуса R₂. В каждой плоскости, перпендикулярной оси колеса, расстояние от упомянутой плоскости симметрии поверхности 9 по дуге с центром на оси колеса до боковой поверхности с участками 5 и 6 меньше, чем расстояние по той же дуге до оси спицы, то есть боковая поверхность с участками 5 и 6 смещена относительно плоскости, проходящей через оси колеса и спицы.

Ступичная часть - цилиндрическая с радиусом R₄.

У предлагаемого колеса боковые поверхности спиц, а также сопрягающие поверхности 9 и 12 могут быть паралельны оси колеса.

Было изготовлено три партии колес алюминиевого сплава серии 6061 следующих размеров.

Партия №1.

Колесо размера 10×15 (фиг.1).

Данные в мм.

Д₁=415;

Д₂=373;

Д₃=343;

;

b’=0,4b

Число спиц n=10 (пять пар).

Масса колеса 6,400 кг.

Партия №2

Колесо размера 10×15 (фиг.2).

Д₁=415;

Д₂=373;

Д₃=343;

R₄=84

b’=b

Число спиц n=10 (пять пар).

Масса колеса 6,500 кг.

Партия №3

Колесо размера 10×15 (фиг.3)

Д₁=415;

Д₂=373;

Д₃=343;

R₁=22,5

R₂=29

Число спиц n=10 (пять пар). Образующие боковых поверхностей, а также образующие сопрягающих поверхностей 9 и 12 параллельны оси колеса.

Масса колеса 6,450 кг.

Проведенные испытания изготовленных колес показали, что при снижении массы колеса на 10% и тех же эксплуатационных нагрузках, что у колес по конструкции - прототипу, в экстремальных условиях (спортивные автомобили) надежность обеспечена.

1. Колесо транспортного средства, включающее обод с ребордами, центральную ступичную часть, по крайней мере, три пары спиц, соединяющих обод со ступичной частью, с увеличивающимися к последней толщиной и высотой и с боковыми поверхностями каждой пары, обращенными друг к другу участками, симметричными относительно биссектрисы угла между осями смежных спиц, при этом на одной из поверхностей у каждой из упомянутых пар один из участков выпуклый, а боковые поверхности каждой пары сопряжены между собой и с поверхностью ступичной части поверхностями, симметричными относительно плоскости, проходящей через ось колеса и биссектрису угла между осями смежных спиц, с чередующимися по величине радиусами кривизны, отличающееся тем, что в каждую из упомянутых боковых поверхностей включен участок, ограниченный в плоскостях, перпендикулярных оси колеса, прямыми линиями, причем последние у одной из боковых поверхностей каждой пары спиц, противолежащей поверхности с выпуклым участком, сопряжены с ободом в точках, расположенных на ободе на расстоянии от оси спицы, равном 0,4-1,0 минимальной ее толщины, и со ступичной частью - через точки их касания с одними из упомянутых сопрягающих поверхностей, а у боковой поверхности с выпуклым участком у каждой пары упомянутые прямые линии сопряжены с ободом в точках, соответствующих минимальной толщине спицы, сам выпуклый участок этой поверхности сопряжен со ступичной частью через точки его касания с другой упомянутой сопрягающей поверхностью, при этом величины чередующихся радиусов кривизны определены зависимостью:

где R₁ и R₂ - радиусы кривизны поверхностей, сопрягающих со ступичной частью соответственно участки - выпуклый и противолежащий ему, в точках, лежащих в одной плоскости, перпендикулярной оси колеса,

при этом в каждой плоскости, перпендикулярной оси колеса, упомянутые прямые линии касательны кривой, ограничивающей выпуклый участок боковой поверхности, а центр кривизны этой кривой расположен на перпендикуляре к прямой, ограничивающей противоположную боковую поверхность спицы, в точке ее касания с сопрягающей поверхностью.

2. Колесо по п.1, отличающееся тем, что образующие боковых поверхностей спиц параллельны оси колеса.