CN101380886A - 节能车轮 - Google Patents

Abstract

本发明的节能车轮涉及车辆技术领域。这种节能车轮是由圆环钢圈、轮轴套座和圆形螺旋压缩弹簧组成的弹性结构体。所述圆环钢圈设有带凸面圆弧挂钩和轮轴套座上设有带凹面圆弧挂钩，都是以车轮圆心为圆心并同半径的这两种挂钩一一相挂，将承受轴重重力的轮轴套座悬挂于圆环钢圈内侧圆面四周，受力作用被压缩的圆形螺旋压缩弹簧，将弹性力由轮轴套座传向圆环钢圈推动车轮滚动。本发明节能车轮用作车轮，与现有车轮相比它可将轴重重力转化为推动车轮滚动的前进动力，节能车轮的圆环钢圈与现有圆盘形钢圈车轮相比能成倍增强车轮转动力矩，使车辆运行轻便、省力节能，加速快，同时节能车轮还有良好的减震效果和制动效果。

Description

节能车轮

技术领域

本发明涉及车轮技术领域

背景技术

自行车、摩托车、汽车、铁路车辆等各式车辆都是依靠车轮行驶的。各类车辆车轮的钢圈轮辐部分无论是板式的、幅条式的，还是钢丝的，都是刚性结构体，可以看作一刚性圆盘。这种特性在铁路车辆的车轮上表现尤为突出。车轮在路面上滚动运行，实质上就是车轮这个刚体圆盘不停的定轴转动，即车轮围绕通过车轮轮心且与车轮平面垂直的轮轴中心线转动。根据刚体定轴转动理论计算，现有车轮钢圈转动力矩有一计算公式，在充分满足现代交通运输需求和保证行车安全的前提下，通过对车轮技术的改进，改变刚性圆盘式的车轮结构，是完全能够增加车轮转动力矩的，此其一。

其二，车辆的重量通过车轮垂直作用于车辆行驶的路面上，车轮轴重重力是车辆运行的阻力，通过车轮技术的进步，改变车轮结构，还可以将车轮轴重重力转化为推动车轮向前滚动的动力。基于以上所述，提出了一条开发节能车轮的有效途径。

发明内容

本发明所开发的节能车轮的目的在于：使车辆以较小的动力(牵引力)获得对车轮滚动前进的较大推动力，使车辆运行轻便、省力，以节省车辆牵引力为手段，实现节能的目的。

为实现上述目的，本发明的节能车轮的技术方案是：将车轮圆盘形钢圈改为圆环形钢圈，将现有意义上的钢圈的轮辐部分，从钢圈中分离出来，但它仍然是节能车轮构造重要构件之一，因此本发明所说的节能车轮中的钢圈，是圆环形钢圈，不包括现有意义上车轮钢圈轮辐部分，这是节能车轮和现有车轮重要区别之一。需要说明的是，本发明所说节能车轮没有将轮胎包括在内，需要有轮胎的车轮，在节能车轮中也是不可缺少的。

上述节能车轮两大主要部件是钢圈和轮辐部分，这两大构件的连接，通过弹簧连接实现的，因此，节能车轮是组合型弹性结构体，这是节能车轮在结构上区别于现有车轮的又一重要标志。由于节能车轮这个特点的存在，改变了车轮内牵引力、车轮轴重重力及车辆运行震动力传递方式的改变，节能车轮一系列优点由此而产生。

本发明开发的节能车轮与现有车轮相比所具有的效果：

1.车辆运行轻便，省力节能：车辆运行时，要消耗燃料等能源，以获得车辆牵引力，使车轮产生足够的转动力矩驱使车轮滚动前进，车辆才能运行。节能车轮的钢圈改为圆环形钢圈后，在其它条件不变，牵引力的大小也一样的情况下，圆环形钢圈比圆盘形钢圈所产生的转动力矩大了一倍。

2.有效地将车轮轴重重力转化为推动车轮滚动前进的动力，在节能车轮中，承受轴重重力的轮辐套座被弹簧支撑在圆环钢圈内侧圆周上，随着车辆运行前进，在车轮滚动中，轮轴套座产生滚动惯量所形成的惯性力压缩弹簧，变成推动车轮向前滚动的动力。

3.弹性结构体的节能车轮，由于弹簧被压缩时储能功能，使得这种车轮具有缓解、消除车辆运行时所产生的冲击力的有害作用，节能车轮的减震功能，使车辆运行平稳。

4.使车辆具有优良的制动效果：对运行的车辆进行制动时，制动力的大小，要适应运行车辆被制动的当时所具有的动能大小，制动力大了，车辆的动能来不及克服，将对车辆产生巨大冲击，反之，制动力小了，制动距离延长，往往达不到制动的目的。节能车轮适应了制动的需要，由于这种车轮是弹性结构体，对这种车轮进行制动时，可加大制动力度，因为即使一个大的制动力加上去，因对弹簧有个被压缩过程，所形成的制动力相应地有个由小到大的变化过程，处于该过程中的车辆动能随之由大到小地被克服，直至完全停车为止。节能车轮所具有的这个特点，适应了现代交通运输发展的需求，确保行车安全。

附图说明：

图1为节能车轮实施一例的结构图。

图面说明：1—圆形螺旋压缩弹簧，2—圆环钢圈，3—轮轴套座，4—轮轴，5—活动盖板，6—活动盖板螺栓孔。

图2是图1中的圆环钢圈。

图面说明：1.1—弹簧固定端支承面，1.2—弹簧室，1.3—挂钩凸圆弧面，1.4—限位铁块，1.5—隔板螺栓孔，1.6—隔板，1.7—凸面圆弧挂钩，1.8—凸面圆弧挂钩螺栓孔。

图3是图1中的轮轴座套。

图面说明：2.1—凹面圆弧挂钩，2.2—轮辐杆，2.3—轮轴套座紧固螺栓孔，2.4—轮轴套室，2.5—平面扣板，2.6—弹簧活动端支承面，2.7—挂钩凹圆弧面。

具体实施方式

图1所示，本节能车轮是由圆环钢圈2，轮轴套座3，圆形螺旋压缩弹簧1组成的圆形弹性结构体。轮轴套座3上套装轮轴4，图中所示，盖住弹簧室的一块活动盖板5被掀开了，显示了圆形螺旋压缩弹簧1安装状况，轮轴套座3和圆环钢圈2之间力的传递通过圆形螺旋压缩弹簧1的作用实现的。

图2所示，圆环钢圈2上设有带凸面圆弧挂钩1.7；凸面圆弧挂钩1.7的背面被隔板1.6完全盖住，正面则敝开，这样的凸面圆弧挂钩1.7正反面相间排列在圆环钢圈2内侧圆周面上；所述凸面圆弧挂钩1.7上还设有带弹簧室1.2；弹簧室的底面是弹簧固定端支承面1.1，有一条车轮半径平行于它且在这个面上；弹簧室内的弹簧圆形螺旋压缩弹簧1，把圆环钢圈2和轮轴套座3弹性连结起来；凸面圆弧挂钩1.7上还设有带挂钩凸圆弧面1.3，它是以车轮圆心为圆心的；凸面圆弧挂钩1.7上还设有带限位铁块1.4控制轮轴套座的转动幅度，起限位作用。

图3所示，轮轴套座3上的轮辐杆2.2是力的传递杆件；轮轴套座3上设有带凹面圆弧挂钩2.1；在凹面圆弧挂钩2.1上设有带弹簧活动端支承面2.6，该端面与弹簧固定端支承面1.1互相平行；凹面圆弧挂钩2.1上还设有带挂钩凹圆弧面2.7，该弧面是以车轮圆心为圆心，它的半径与图2所示的挂钩凸圆弧面1.3相同；轮轴套室2.4套装轮轴4。两个轮轴套座3相扣，轮轴套座3上设有的带平面扣板2.5紧贴，在轮轴套座紧固螺孔2.3内用螺栓杆紧固，构成完整的轮轴套座。平面扣板2.5因其用途不同，有时要设计成鼓包状，如在鼓包内放置制动装置构件。

图1所示活动盖板螺栓孔6和图2所示隔板螺栓孔1.5以及凸面圆弧挂钩螺栓孔1.8都是一一对应而设，用来上螺栓杆紧固弹簧室2.1，使圆环钢圈2和轮轴套座3结合为一体。其中图2所示的隔板1.6限制轮轴套座3向车轮平面垂直方向活动，起到重要作用。

综上图1、图2、图3所示，节能车轮两大主要部件和圆环钢圈2和轮轴套座3是通过圆形螺旋压缩弹簧1弹性连结起来的。圆环钢圈2上的凸面圆弧挂钩1.7和轮轴套座3上的凹面圆弧挂钩2.1两钩一一相挂，使得轮轴套座3悬空挂于圆环钢圈2内侧圆面四周，这样，圆环钢圈2的圆心和轮轴套座3的圆心以及车轮圆心三心同心，保证了车轮运行的稳定性。在车轮牵引力的作用下，节能车轮的轮轴套座3转动，牵引力作用形成的对轮轴套座3转动力矩在克服圆环钢圈2上的挂钩凸圆弧面1.3和轮轴套座3上的挂钩凹弧面2.1两弧面之间滑动摩擦阻力后，继续作用于圆形螺旋压缩弹簧1，产生弹性力推动圆环钢圈2滚动，使车辆向前运行。

应当指出，为了克服圆环钢圈上的凸面圆弧挂钩1.7和轮轴套座上的凹面圆弧挂钩2.1滑动摩擦阻力影响，可考虑在两摩擦面间放置滚珠。

在全面了解了节能车轮构造之后，对节能车轮之所以能节能的原因就清楚了。轮轴套座承受着轮轴所分摊的车体重量，即轴重，车辆牵引力驱动轮轴转动，轮轴带动轮轴套座转动，轮轴套座上的各轮辐杆同时压缩弹簧，推动车轮滚动。

根据刚体定轴转动理论计算：

节能车轮的圆环钢圈绕轮轴转动力矩：

M＝Jβ＝mR²β

现有车轮的圆盘钢圈绕轮轴转动力矩：

$M=\mathrm{J\β}=\frac{1}{2}m{R}^2\mathrm{\β}$

从上述刚体定轴转动理论计算结果看，节能车轮和现有车轮在运用条件不变的情况下，即在质量m，车轮半径R，角加速度β不变的情况下，节能车轮绕通过车轮圆中心并垂直车轮圆平面的轮轴中心线转动的力矩，比现有车轮扩大了一倍，这就是节能车轮节能的主要原因。

另处，节能车轮的另一节能功能，表现在它能将轴重重力转化为推动车轮前进的动力，轮轴套座绕轮轴中心线转动时，其转动的动能为：

$E=\frac{1}{2}\mathrm{J\ω}2$

式中J是刚体对转轴的转动惯量，ω是刚体转动的角速度，这里的刚体指的是轮轴套座，转轴指的是轮轴。在车辆运行中，车轮高速转动，质量很大的轮轴套座以很大的动能惯量压缩弹簧，并将力传递到圆环钢圈上，推动车轮滚动前进。这是节能车轮节能的另一个重要原因。

基于上述两点，节能车轮是名符其实的。根据车轮在车辆上的重要作用，要安全可靠，在节能车轮结构设计中，突出满足了车轮这方面的需要，行车安全是有保障的。

节能车轮可用作各种人力车、自行车、摩托车、电动车、汽车、铁路车辆的车轮，凡是用得着轮子的地方，需要省力节能的，都是它的用武之地。

Claims (4)

1.一种节能车轮，其特征在于：它是由圆环钢圈、轮轴套座和圆形螺旋压缩弹簧组成的圆形弹性结构体。所述圆环钢圈是一个刚体，在这种圆环钢圈内侧圆周面上设有带弹簧室的凸面圆弧挂钩，圆形螺旋压缩弹簧装在弹簧室内，将圆环钢圈和轮轴套座弹性连接起来。所述轮轴套座上设有带凹面圆弧挂钩。上述凸面圆弧挂钩和凹面圆弧挂钩一一吻合连挂，轮轴套座悬挂于圆环钢圈内侧圆面四周。

2.根据权利要求1所述的节能车轮，其特征在于：所述圆环钢圈上的凸面圆弧挂钩，在这个凸面圆弧挂钩上设有带限位铁块，隔板和以轮心为圆心的挂钩凸圆弧面以及有一车轮半径平行于它且在其面上的弹簧室底面，即弹簧固定端支承面。

3.根据权利要求1或2所述的节能车轮，其特征在于：所述轮轴套座上的凹面圆弧挂钩，在这个凹面圆弧挂钩上设有带与弹簧固定端支承面平行相对的弹簧活动端支承面，以轮心为圆心并与挂钩凸圆弧面相同的半径为半径的挂钩凹圆弧面。

4.根据权利要求1或3所述的节能车轮，其特征在于：所述的轮轴套座有两个。

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