CN102233786A

CN102233786A - 轮子

Info

Publication number: CN102233786A
Application number: CN2010101561062A
Authority: CN
Inventors: 崔世泰
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-04-23
Filing date: 2010-04-23
Publication date: 2011-11-09

Abstract

一种轮子，包括轮毂2和轮辋4以及连接轮毂2和轮辋4的传递径向力的若干个弹簧3，其特征是轮毂2和轮辋4之间还用2维零角位移导向连接，该2维零角位移导向是两级四连杆。弹簧3两端固定或铰连接在轮毂2和轮辋4上。也可以用有初拉力或初压力的拉伸或压缩弹簧3通过零拉伸刚度或零压缩刚度连接件连接到轮毂2和轮辋4上。轮子在平地行驶不受冲击力时弹簧3受力小于初拉力或初压力，轮子的刚度和轮胎的径向刚度相等。当受冲击力时，拉伸或压缩弹簧3进一步拉伸或压缩，此时轮子的刚度可以大大小于轮胎的径向刚度，所以车辆可以不要悬架。这种轮子特别适用于使用整体式轮轴的汽车车辆或使用整体式车架的二轮车辆。

Description

轮子

技术领域

本专利涉及轮子，是对前中国专利021113270的改进。

背景技术

上述专利021113270将轮子的轮毂和轮辋分开，两者之间用弹簧传递径向力，减小了轮子的径向刚度，但轮子的纵向刚度也同时减小。

发明内容

本专利的目的是提供一种用弹簧连接轮毂和轮辋的轮子，相对于普通轮辋和轮毂刚性连接的轮子，径向刚度减小，但纵向和侧向刚度不变。

本专利的目的是这样达到的，在可相对移动的轮毂2和轮辋4之间用2维零角位移导向连接，所谓2维零角位移导向是在车轮平面内连接轮毂2和轮辋4的若干级传动，使轮毂2和轮辋4之间在车轮平面一个相对另一个角位移为零，即角速度传动比为1，但仍有2自由度的移动。由于2维零角位移导向在车轮平面内传递侧向力，侧向刚度和原轮子(即轮胎)相同；由于2维零角位移导向传递扭矩，纵向刚度和原轮子相同。

利用弹簧3轴向压缩失稳，轴向压缩刚度为零，大大降低轮子径向刚度，车辆可以不要悬架。

附图说明

图1，轮子正视图。

图2，图1的B-B剖视。

图3，轮毂2和轮辋4之间的两级带轮传动。

图4，轮毂2和轮辋4之间的两级四连杆传动。

图5，图1A-A剖视图中与轮毂2刚性连接的部分。

图6，使用拉伸弹簧3的轮子。

图7，使用压缩弹簧3的弹架，当弹架位于轮毂2上方时导筒形连杆30因受冲击力相对弹簧3端圈附件31向上移动。

图8，使用压缩弹簧3的弹架，当弹架位于轮毂2下方时导筒形连杆30因受冲击力推动弹簧3端圈附件31使弹簧3进一步压缩。

图9，使用压缩弹簧3的弹架，当轮子未受冲击力时轮毂2和轮辋4的中心重合。

图10，使用压缩弹簧3的复合弹架。

图11，使用拉伸弹簧3的弹架，零压缩刚度连接件由一个连杆改为(a)两根连杆；(b)弹架中的连杆22改为套筒滑杆，有1维直线导向；(c)弹架中的连杆22改为钢丝或钢丝绳。

图12，使用压缩弹簧3的弹架，其中一端(和轮毂2铰连接的致压件)改为和轮毂2刚性连接。

图13，使用压缩弹簧3的弹架，其中一端(和轮辋4铰连接的致压件)改为和轮辋4刚性连接，另一端(和轮毂2铰连接的一端)改为和轮毂2刚性连接的托板33。

图14，有一级四连杆和一级平行套筒连杆构成的2维零角位移导向。

图15，芯杆形致压件。

图16，轮毂2还通过副弹簧3₁与副轮辋4’连接。

具体实施方式

图1，图2，图5，轮子包括可相对移动的轮毂2和轮辋4，两者之间用n(n＝1，2，3，4，...)个螺旋弹簧3连接。弹簧3关于车轮中心均匀分布，即把轮子正视图绕中心轴线转角度2π/n后，n个弹簧3和原来的n个弹簧3重合。弹簧3的两端圈和轮辋4或轮毂2固定连接或铰连接。图中弹簧3外端圈通过端圈附件(螺钉20，螺母19)固定在与轮辋4刚性连接的支撑板14上，因而外端圈与轮辋4是固定连接。内端圈与端圈附件(螺钉13，螺母18)刚性连接，即拧紧螺母18，内端圈被固定在螺钉13上。螺钉13带孔，套在与轮毂2刚性连接的、垂直车轮平面的销子12上，销子12通过连接板16与轮毂2刚性连接。因而内端圈可绕销子12在车轮平面内转动，实现内端圈和轮毂2的铰连接。图中轮毂2和轮辋4还用两级四连杆传动连接。其中轮辋4、杆5、杆6、杆7通过销子9、10、11等构成第一级四连杆(销子9、10与轮辋4刚性连接)。杆7、杆8、杆1和轮毂2通过销子17、12、11等构成第二级四连杆传动，其中销子17、12通过连接板16与轮毂2刚性连接。当两四连杆都是平行四边形四连杆时(图4)可以看到轮毂2和轮辋4之间的相对角速度为零，但仍有2自由度的移动。两级四连杆传动也可改为一级四连杆和一级平行套筒连杆(图14)，其中第一级四连杆与图4相同，第二级是将图4中的连杆1、8改为两平行套筒连杆，套在与杆5、6刚性连接的平行杆5’、16’上。套筒连杆1与杆5’可相对滑动，即一个相对另一个只有直线位移，这样的导向叫1维直线导向。还可以改为齿轮、带轮等传动，图3是带轮传动。带轮4’、21和带6’、杆5构成第一级传动，带轮7’、2’、带8’杆1构成第二级传动，轮7’和轮21刚性连接，杆5和杆1互相铰连接。将轮毂2和轮辋4分别和轮4’轮2’刚性连接如果两级传动的总传动比为1即得所要的2维零角位移导向。轮子滚动时当某弹簧3位于轮毂2下方时弹簧3轴向受压，位于轮毂2上方时弹簧3轴向受拉，由每个弹簧3的刚度决定了n个弹簧3的总径向刚度K₁，设轮胎径向刚度为K₂，于是轮子的径向刚度为K＝K₁K₂(K₁+K₂)^-1。轮毂2和轮辋4的中心在不受载的自由状态是重合的，径向受载后不重合，有偏心距。当轮子通过高度h的路面突起时轮胎径向被进一步压缩了距离h₁，偏心距增加了h₂，h₁+h₂＜h。轮轴受到的冲击力为F＝K_o(h₁+h₂)，其中K_o为轮子的平均刚度。由每个弹簧3的钢丝直径d、中径D、有效高度H、有效圈数n决定了一个弹簧3的轴向刚度K’、临界载荷F_o，当弹簧3位于轮毂2下方，轴向被压缩了距离h’后，如果K’h’≥F_o，弹簧3就会失稳，失稳后弹簧3轴向压缩刚度为零，使总刚度K下降，轮轴冲击力减小。因此设计弹簧3满足K’h’≥F_o，其中h’＝1厘米。由于有2维零角位移导向，一个轮子包含的弹簧3的总数n可以为1或2，因而结构简单。也可以把n个弹簧3的总径向刚度K₁看作当量弹簧的刚度，该当量弹簧看作对应该轮子的悬架弹簧，根据悬架弹簧所要求的静挠度和动挠度设计刚度K₁，这样车辆仍使用整体式轮轴，但平顺性和独立悬架一样。

图1中弹簧3两端是直接连接在轮毂2和轮辋4上的，也可以如图6弹簧3都是拉伸弹簧3且不都直接连接在轮毂2和轮辋4上。弹簧3内端用弹簧钩环25套在轮毂2上，相当于铰连接，弹簧钩环25起连杆销子作用。外端的弹簧钩环26先和连杆22铰连接，连杆22的另一端通过销子23和轮辋4铰连接，弹簧钩环26起销子作用。拉伸弹簧3和连杆22铰连接在一起的结构叫拉伸弹架。轮子滚动时由于轮辋4是刚体当某弹簧3位于轮毂2下方时弹簧3轴向不受压，位于轮毂2上方时弹簧3轴向受拉。也可以使拉伸弹簧3有初拉力F_o，当平路行驶无冲击力时弹簧3受的力小于初拉力F_o，因而偏心距为零，轮子的刚度K等于轮胎的径向刚厦K₂。有冲击力时偏心距大于零，位于轮毂2上方的弹簧3受拉伸；位于轮毂2下方的弹簧3不受压力，如图6，弹架的压缩刚度为零。弹架中的连杆22叫弹架的零压缩刚度连接件。也可以用其他结构使弹架压缩刚度为零，图11，使用拉伸弹簧3的弹架，零压缩刚度连接件由一个连杆改为(a)两根连杆；(b)弹架中的连杆22改为套筒滑杆，有1维直线导向；(c)弹架中的连杆22改为钢丝或钢丝绳。

也可以用压缩弹簧3作压缩弹架3’，如图9。轮子滚动时当某弹簧3位于轮毂2下方时弹簧3轴向受压，位于轮毂2上方时弹簧3轴向不受拉。这是因为弹簧3被置于套筒32中(套筒32与轮毂2用销子25铰连接)，弹簧3的上端被端圈附件31限制在套筒32内不能有伸长变形(端圈附件31和套筒32之间最好有1维直线导向)，端圈附件31的上臂套在套筒形的连杆30内，上臂和套筒形的连杆30也有1维直线导向，连杆30用销子23和轮辋4铰连接。所以位于轮毂2上方的弹簧3不受轮辋4的拉伸，弹架的拉伸刚度为零，因为套筒形连杆30可以相对端圈附件31向上移动，如图7。也可以设计套筒32使弹簧3有初压力F_o，故套筒32也叫弹簧3的致压件。当平路行驶无冲击力时弹簧3受的力小于初压力F_o，因而偏心距为零，轮子的刚度K等于轮胎的径向刚度K₂，如图9。有冲击力时偏心距大于零，位于轮毂2下方的弹簧3进一步受压力，如图8。弹架中的套筒形连杆叫零拉伸刚度连接件。也可以用其他结构使弹架拉伸刚度为零。下面以有初压力的情况说明。压缩弹架一端改为刚性连接时如图13，致压件套筒32和轮辋4刚性连接，可以把套筒形连杆30改为和轮毂2刚性连接的托板33，托板33和弹簧3的端圈面平行。无冲击力时托板33和端圈附件31的顶部接触，因而偏心距为零，轮子的刚度K等于轮胎的径向刚度K₂；有冲击力时，轮毂2下方的托板33通过端圈附件31使弹簧3进一步压缩；轮毂2上方的托板33和端圈附件31脱离接触。由于弹簧3刚度很小时也可有很大的初压力，因而K远小于K₂。图9的弹架一端改为刚性连接时也可按图12，端圈附件31改成端圈附件31和上臂31’的铰连接。图10，两端铰连接在轮毂2和轮辋4上的弹架3’也可先用销子23’、25’铰连接在杆件28、29上，杆件28、29用销子27铰连接，构成的部件叫复合弹架，再用销子23、25把复合弹架铰连接在轮毂2和轮辋4上。图9中的致压件套筒32使弹簧3有初压力，初压力是由套筒壁的拉伸力平衡的，也可按图15改由套筒中心的杆32’平衡，不要套筒壁，成为芯杆式致压件。

使用拉伸(或压缩)弹架的轮子，图6、9，轮子弹簧3的总数目n最好满足条件n＝4k，k＝2，3，4，...使轮子平顺性较好。图16是过轮子轴线平面的剖视图，轮毂2除通过弹簧3与轮辋4连接外，还通过副弹簧3₁与副轮辋4’连接。副轮辋4’与轮辋4同轴线，有径向距离34。当偏心距小于距离34时副弹簧不起作用，大于距离34时起作用，以满足车辆不同负荷对悬架的要求。

Claims

1.一种轮子，包括轮毂(2)和轮辋(4)，连接轮毂(2)和轮辋(4)的n个弹簧(3)，其特征是所述轮毂(2)和轮辋(4)还用2维零角位移导向连接。

2.根据权利要求1所述的轮子，其特征是所述2维零角位移导向是下列之一：(1)两级连杆；(2)一级四连杆和一级平行套筒连杆；(3)齿轮传动；(4)带轮传动。

3.根据权利要求2所述的轮子，其特征是所述弹簧(3)直接连接在轮毂(2)和轮辋(4)上，所用连接方式是铰连接或固定连接。

4.根据权利要求3所述的轮子，其特征是所述轮毂(2)还通过副弹簧(31)与副轮辋(4’)连接。

5.根据权利要求2所述的轮子，其特征是所述弹簧(3)是拉伸弹簧(3)，用零压缩刚度连接件连接轮毂(2)或轮辋(4)。

6.根据权利要求5所述的轮子，其特征是所述零压缩刚度连接件是下列之一：(1)一或两根连杆；(2)套筒滑杆；(3)钢丝或钢丝绳。

7.根据权利要求2所述的轮子，其特征是所述弹簧(3)是压缩弹簧(3)，用零拉伸刚度连接件连接轮毂(2)或轮辋(4)，致压件是套筒形或芯杆形。

8.根据权利要求7所述的轮子，其特征是所述零拉伸刚度连接件是下列之一：(1)致压件和轮辋(4)或轮毂(2)铰连接时套在弹簧(3)端圈附件(31)上的套筒形连杆；(2)致压件和轮辋(4)(或轮毂(2))刚性连接时和轮毂(2)(或轮辋(4))刚性连接的托板；(3)致压件和轮辋(4)(或轮毂(2))刚性连接时与端圈附件(31)铰连接的上臂(31’)和套在其上的套筒形连杆。

9.根据权利要求8所述的轮子，其特征是所述弹架至少有一端通过销子(23’)或(25’)与杆(29)或(28)铰连接，杆(29)和(28)铰连接后再分别和轮辋(4)或轮毂(2)铰连接。

10.根据权利要求5或7所述的轮子，其特征是所述弹簧(3)的总数目n＝4k，k＝2，3，4，...。