CN104742640B - 自动调节车轮轮辐孔洞面积的减阻装置 - Google Patents
自动调节车轮轮辐孔洞面积的减阻装置 Download PDFInfo
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Abstract
自动调节车轮轮辐孔洞面积的减阻装置，涉及一种根据车速自动改变轮辐间孔洞面积的减阻装置，解决了汽车在高速行驶时，由于轮辐间孔洞的存在，引起轮腔及附近产生空气涡流，导致车轮风阻系数及油耗增大的问题。该装置由一个固定在轮毂上位于制动盘法兰与轮毂之间的支撑架、一个可绕支撑架旋转的叶片状盖板及支撑架和叶片状盖板间的连接传动件组成。该装置在车速较低时并不工作，使汽车因频繁制动产生的热量能有效散发出去而不受影响，它能随着车速的增加自动减少车轮轮辐间的孔洞面积，直至将车轮孔洞面积接近于完全封闭，从而大大降低了汽车车轮的风阻系数，减少油耗，提高汽车燃油经济性。
Description
技术领域
本发明涉及一种根据车速自动改变轮辐间孔洞面积的减阻装置。
背景技术
众所周知，汽车行驶时的空气阻力与速度的平方成正比，汽车在高速行驶中，最大的阻力就来自空气阻力，试验表明，当一辆轿车以80公里/小时的时速行驶时，有60％的油耗是用来克服风阻的，而风阻系数每下降10％，燃油消耗就可节省7％。从汽车空气动力性及燃油经济性的角度考虑，车轮本应该尽可能是的封闭，以阻止车身侧面气流进入轮腔产生涡流，从而减小汽车的风阻系数。
相比之下，当汽车低速行驶时，风阻系数对汽车行驶阻力的影响并不是十分明显，但是，大多数轿车在市区内道路上行驶时，因车流密度和信号灯的限制，汽车行驶速度较低，需要频繁制动进行减速或停车，装在车轮内中心处的制动器要把汽车行驶时的动能转化成热能散发出去，这时车轮的散热性能就显得非常重要，即车轮应实现尽可能高的空气流动，及时的带走制动器产生的热量。也就是说，需要保证汽车在低速行驶状态下轮辐间有足够的孔洞的面积，以利于散热。而且，车轮旋转时轮辐还具有扇风作用帮助散热。
为了解决车轮在高速和低速行驶状态下性能需求的矛盾，本发明公开了一种根据车速自动调节车轮轮辐间孔洞面积的减阻装置，该装置在汽车低车速行驶状态下并不工作，保证汽车因频繁制动产生的热量能有效散发出去，随着汽车行驶速度的增加该减阻装置能自动调节车轮轮辐间的孔洞面积，直至接近于完全封闭的车轮轮辐孔洞，从而大大降低了汽车高速行驶时的风阻系数，减少油耗，高燃油经济性。
现有申请号为201180039450.6的专利，是在轮辋上设置了多个可偏转地支承的板状遮盖件，用于暂时封闭对应的在轮辋侧的穿孔，这些穿孔通过至少一个热控的调节件可由遮盖件在车轮旋转时取决于离心力而占据的封闭位置进入开启位置中，其中每个遮盖件可沿着偏转轴抵抗复位件的力地移动，并且通过在移动运动中强制引导的联接件与轮辋连接，其中联接件具有集成的弹性体，或者抵靠这种弹性体地这样支承在轮辋侧和/或在遮盖件侧，即对用于使遮盖件从封闭位置运动到开启位置所需的力进行限制。
这种装置和本文所阐述装置虽然都是利用离心力原理，但是两者的遮盖件与车轮的连接方式完全不同，这种装置是在每个轮辐孔洞处安置一遮盖件，且每个遮盖件需要三个联接件固定到车轮上，利用离心力使之在不同车速下该遮盖件与车轮轮辐平面所成角度不同，但是所成角度只在很小的一个范围内，对车轮孔洞面积的调节能力有限，而且装置过于复杂，不易维修调节，易于损坏，而本文所述装置是利用一个可以绕着轮轴旋转的大的遮盖件来实现孔洞面积从接近于完全封闭到完全打开，调节范围大，对各种工况适应能力更强，且装置简单，拆装维修十分方便。
另一现有专利申请号为201120540281.1的汽车车轮导流装置，其包括一个能移动的设于车轮外侧的导流罩体、一个滑动机构、及一与所述滑动机构相电连接的控制机构，所述滑动机构设于所述车体侧围上且与所述导流罩体相联接。
这种装置与本文所述装置目的是一样的，即在高车速下，阻止气流进入车轮以达到有效减小风阻的目的，但是这种装置采用了一组电控装置来控制导流罩的升降，由于轮腔空间狭小且工作环境恶劣，精密的电控装置不易安装且易损坏，而本文所述装置完全采用机械装置，自动调节轮辐孔洞的开关，无需动力装置和控制装置，且安装方便，结构简单，优点显而易见。
发明内容
本发明为解决汽车在高速行驶时，由于轮辐间孔洞的存在，引起轮腔及附近产生空气涡流，导致车轮风阻系数及油耗增大的问题，提供一种自动调节车轮轮辐孔洞面积的减阻装置。
自动调节车轮轮辐孔洞面积的减阻装置，该装置包括固定在轮毂上位于制动盘法兰与轮毂之间的支撑架、绕支撑架旋转的叶片状盖板及支撑架与叶片状盖板间的连接传动件；所述连接传动件包括用于传递转矩的三个圆柱滚子，对所述圆柱滚子起固定作用的三个压紧弹簧，对叶片状盖板起轴向定位作用的三个扇形挡板以及为叶片状盖板与支撑架提供滚动摩擦的三组滚轮；所述三个扇形挡板上各设有一组滚轮轴孔，所述支撑架的周向均布设有三个滑槽及三组滚轮轴孔，叶片状盖板上设有三个滑槽；每个圆柱滚子的一端通过压紧弹簧固定在支撑架的滑槽内，三组滚轮的轴的一端分别对应插入到支撑架上的三组滚轮轴孔内，所述三个圆柱滚子的另一端分别对应插入叶片状盖板的三个滑槽内；所述每组滚轮的轴的另一端对应插入每个扇形挡板上的滚轮轴孔内，并通过紧固螺钉将每个扇形挡板固定在支撑架上。
本发明的有益效果：
1、本发明所述的减阻装置其支撑架可以直接套在制动盘法兰上，由螺栓紧固在制动盘法兰与轮毂之间，结合稳固，安装与拆卸方便。
2、本发明所述的减阻装置其叶片状盖板被三块较小的扇形挡板轴向定位不与轮辐表面接触，减少了其转动时的摩擦面积和摩擦损失；叶片状盖板被九个滚轮径向支撑，不与轮毂接触，滚动摩擦使其转动阻力大大减少。
3、本发明所述的减阻装置其叶片状盖板绕支撑架的转动是通过三组转动副实现的。每个转动副由支撑架和叶片状盖板上的滑槽和圆柱滚子及其压紧弹簧构成。
4、本发明所述的减阻装置在汽车低速行驶时，叶片状盖板与轮辐重叠，轮辐孔洞完全打开；随着车速的提高该装置能自动逐渐减少轮辐间孔洞面积，直至接近于完全封闭孔洞。
5、本发明所述的减阻装置其支撑架和叶片状盖板上的滑槽、扇形挡板、滚轮和圆柱滚子及其压紧弹簧均为对称分布，对车轮的动平衡性影响较小。
6、本发明所述的减阻装置为保证圆柱滚子产生较大离心作用力，圆柱滚子可由钢或铜等材料制造，为降低簧下质量、减少能耗，装置的其余零部件可用工程塑料、铝合金、镁合金或碳纤维复合材料制造。
本发明所述的减阻装置在汽车低车速行驶时并不工作，保证汽车因频繁制动产生的热量能有效散发出去，随着汽车行驶速度的增加该减阻装置能自动调节车轮轮辐间的孔洞面积，直至接近于完全封闭的车轮轮辐空洞，从而大大降低了汽车高速行驶时的风阻系数，减少油耗，高燃油经济性。
附图说明
图1为本发明所述的自动调节车轮轮辐孔洞面积的减阻装置的整体结构主视图；
图2为本发明所述的自动调节车轮轮辐孔洞面积的减阻装置中支撑架的主视图；
图3为本发明所述的自动调节车轮轮辐孔洞面积的减阻装置中已连接扇形挡板的支撑架的主视图；
图4为本发明所述的自动调节车轮轮辐孔洞面积的减阻装置中叶片状盖板的主视图；
图5为本发明所述的自动调节车轮轮辐孔洞面积的减阻装置的局部立体分解图。
图6为本发明所述的自动调节车轮轮辐孔洞面积的减阻装置的原理图。
具体实施方式
具体实施方式一、结合图1至图6说明本实施方式，自动调节车轮轮辐孔洞面积的减阻装置，由一个固定在轮毂上位于制动盘法兰与轮毂之间的支撑架2、一个可绕支撑架2旋转的叶片状盖板1及支撑架2和叶片状盖板1间的连接传动件组成。所述连接传动件包括：传递转矩的三个圆柱滚子3，对圆柱滚子3起固定作用的三个压紧弹簧5，对叶片状盖板1起轴向定位作用的三个扇形挡板4，将挡板4固定在支撑架2上的六颗紧固螺钉6，以及对叶片状盖板1起到径向支撑作用并为叶片状盖板1与支撑架2提供滚动摩擦的三组滚轮7；
所述三个扇形挡板4上各设有一组滚轮轴孔，所述支撑架2的周向均布设有三个滑槽及三组滚轮轴孔，叶片状盖板1上设有三个滑槽；
每个圆柱滚子3的一端通过压紧弹簧5固定在支撑架2的滑槽内，三组滚轮7的轴的一端分别对应插入到支撑架2上的三组滚轮轴孔内，所述三个圆柱滚子3的另一端分别对应插入叶片状盖板1的三个滑槽内；所述每组滚轮7的轴的另一端对应插入每个扇形挡板4上的滚轮轴孔内，并通过紧固螺钉将每个扇形挡板4固定在支撑架2上。
本实施方式所述的装置中，所述的三个扇形挡板4、三组滚轮7、三个圆柱滚子3、对所述圆柱滚子3起固定作用的压紧弹簧5以及所述支撑架2和叶片状盖板1上的三个滑槽均为对称分布，这种设计对车轮的动平衡性影响较小。
本实施方式所述的减阻装置为保证有较大离心力，三个圆柱滚子3可用钢或铜等材料制造，为降低车轮非簧载质量、降低能耗，其余各部分可用工程塑料、铝合金、镁合金或碳纤维复合材料制造。
本实施方式所述的减阻装置的安装过程为：首先，将三个圆柱滚子3及三个压紧弹簧5分别安放在支撑架2的三条滑槽中，三个圆柱滚子3被各自的压紧弹簧5固定在滑槽的近轴心端；然后，将三组滚轮7的轴插入到支撑架2上相对应的三组滚轮轴孔内，并将叶片状盖板1按照其三条滑槽与三个圆柱滚子3的对应位置安置在支撑架上；最后，将三个扇形挡板4的轴孔套入相应的三组滚轮7轴上，每个扇形挡板采用两颗紧固螺钉6将扇形挡板4固定在支撑架2上，得到一种根据车速自动调节车轮轮辐间孔洞面积的减阻装置。
本实施方式所述的减阻装置在车轮上的安装过程为：将车轮卸下，将减阻装置支撑架2上的定位孔与制动盘上的法兰对应套入，再将车轮装上，由螺栓将减阻装置紧固在制动盘法兰与轮毂之间，拆卸方法安装相同。
本实施方式所述的减阻装置的应用原理为：本实施方式所述的减阻装置利用转速越大，离心力越大的原理来实现随车速自动调节车轮轮辐间孔洞面积的功能。结合图6，当汽车低速行驶时(即V＜V0时)，车轮转速较低，根据离心力公式其中，V为车速，r为圆柱滚子3到车轮轴心的距离，R为车轮半径，m为圆柱滚子的质量，v为圆柱滚子的速度，三个圆柱滚子3受到的离心力Fr较小，而离心力Fr可分解为垂直于支撑架2上滑槽轴线方向的分力Fry和沿支撑架2上滑槽轴线方向的分力Frx，而此时Frx较小不足以克服压紧弹簧5的压紧力Fk和叶片状盖板1的旋转阻力Ff之和，三个圆柱滚子3被固定在叶片状盖板1和支撑架2滑槽的近轴心端，此时，叶片覆盖板1的叶片与轮辐重叠，轮辐孔洞完全打开，而汽车低速行驶时正是制动频繁发生的阶段，最大程度地张开车轮轮辐间孔洞保证了制动器的散热需求；
当车速V＝V0时，离心力Fr沿支撑架2上滑槽轴线方向的分力Frx刚好与压紧弹簧5的压紧力Fk和叶片状盖板1的旋转阻力Ff之和相等，即Frx＝Ff+Fk；此时叶片覆盖板1也不发生转动，当车速V进一步增大(即V＞V0时)，三个圆柱滚子3所受到离心力沿支撑架2上滑槽轴线方向的分力Frx逐渐大于压紧弹簧5的压紧力Fk和叶片状盖板1的旋转阻力Ff之和，使得三个圆柱滚子3在支撑架2和叶片状盖板1的滑槽内向远离轴心的方向移动，从而带动叶片状盖板1与支撑架2发生相对转动，车轮轮辐间孔洞面积逐渐减少直至三个圆柱滚子3被支撑架2中的限位卡顶住，不能继续向远离轴心的方向移动，此时，车轮轮辐间孔洞接近于完全封闭，大大降低了汽车高速行驶车轮旋转时的空气阻力，从而减少了油耗，提高了燃油经济性。
Claims (3)
1.自动调节车轮轮辐孔洞面积的减阻装置，其特征是，该装置包括固定在轮毂上位于制动盘法兰与轮毂之间的支撑架(2)、绕支撑架(2)旋转的叶片状盖板(1)及支撑架(2)与叶片状盖板(1)间的连接传动件；
所述连接传动件包括用于传递转矩的三个圆柱滚子(3)，对所述圆柱滚子起固定作用的三个压紧弹簧(5)，对叶片状盖板(1)起轴向定位作用的三个扇形挡板(4)以及为叶片状盖板(1)与支撑架(2)提供滚动摩擦的三组滚轮(7)；
所述三个扇形挡板(4)上各设有一组滚轮轴孔，所述支撑架(2)的周向均布设有三个滑槽及三组滚轮轴孔，叶片状盖板(1)上设有三个滑槽；
每个圆柱滚子(3)的一端通过压紧弹簧(5)固定在支撑架(2)的滑槽内，三组滚轮(7)的轴的一端分别对应插入到支撑架(2)上的三组滚轮轴孔内，所述三个圆柱滚子(3)的另一端分别对应插入叶片状盖板(1)的三个滑槽内；每组滚轮(7)的轴的另一端对应插入每个扇形挡板(4)上的滚轮轴孔内，并通过紧固螺钉将每个扇形挡板(4)固定在支撑架(2)上。
2.根据权利要求1所述的自动调节车轮轮辐孔洞面积的减阻装置，其特征在于，所述每个圆柱滚子(3)通过压紧弹簧(5)固定在支撑架(2)上滑槽的近轴心端。
3.根据权利要求1所述的自动调节车轮轮辐孔洞面积的减阻装置，其特征在于，所述支撑架(2)上设有限位卡，在车速增加的过程中，每个圆柱滚子(3)受到的离心力逐渐大于每个压紧弹簧(5)的压紧力和叶片状盖板(1)的旋转阻力，使三个圆柱滚子(3)在支撑架(2)和叶片状盖板(1)的滑槽内向远离轴心的方向移动，轮辐间孔洞面积逐渐减少直至三个圆柱滚子(3)被支撑架(2)中的限位卡卡住，使车轮轮辐间孔洞接近于完全封闭。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20160921 |