CN116729017A - 张拉整体式车轮 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种张拉整体式车轮，六个长度一致的刚性杆是张拉整体式车轮的主要支撑部分；每个杆的端点称为结构的节点，在所有刚性杆的节点上都安装法兰盘，法兰盘主要用于索与杆的连接；在一个端面上，刚性杆的节点通过6根长度与弧度均一致的水平刚性外圈连接，两个端面共有12个刚性水平外圈，刚性外圈与刚性杆通过钢索连接在一起，刚性外圈也通过柔性外圈串联在一起，组成张拉整体式车轮的外圆；两个端面的节点通过6条长度一致的斜索将两个端面的节点两两斜拉连接，起到稳定结构的作用；在结构的中心处设置一个中心杆，中心杆的两端同样安装法兰盘，将一个端面的所有节点通过水平钢索与中心杆端面的法兰盘连接，作为车轮的轴。

Description

张拉整体式车轮

技术领域

本发明涉及的是一种新型的车轮结构设计领域，该新型车轮主要可以应用于交通车辆、特种环境作业车辆、外星球探测车辆等领域。

背景技术

随着社会的发展，道路上汽车的数量不断增加，而随着科技的进步，特种环境作业的车辆也随之出现。在这些车辆当中，车轮和橡胶轮胎组成车辆的主要支撑部件以及动力传输构件，从而驱动车辆前进。

一般来说车轮是各类合金材料制成的刚性构件，通常是由两个主要不见轮辋和轮辐组成，主要起支撑轮胎的作用。轮辋是在车轮上安装和支承轮胎的部件，轮辐是在车轮上介于车轴和轮辋之间的支承部件。车轮除上述部件外，有时还包含轮毂；轮辋在车轮上周边安装和支撑轮胎的部件，与轮辐组成车轮。轮辋和轮辐可以是整体式的、永久连接式的或可拆卸式的；轮辐是保护车辆车轮的轮圈、辐条的装置。按照轮辐的结构，车轮分为辐板式和辐条式，目前主流的家用轿车均采用辐板式轮辐结构；轮毂是轮胎内廓支撑轮胎的圆桶形的、中心装在轴上的金属部件。又叫轮圈、钢圈、轱辘、胎铃。轮毂根据直径、宽度、成型方式、材料不同种类繁多。轮胎是由橡胶材料制成的柔性构件，通常由外胎、内胎、垫带三部分组成，也有不需要内胎的，其胎体内层有气密性好的橡胶层，且需配专用的轮辋。外胎是由胎体、缓冲层(或称带束层)、胎面、胎侧和胎圈组成。轮胎需要充气才能使用，是车辆的主要减震构件。

目前市面上绝大多数的车辆使用的都是这种车轮加轮胎的方式。使用这种方式的车辆在良好路况的路面上行驶时，具有良好的减震效果，因为轮胎是柔性件，在受到外力时会产生大变形，从而消耗冲击能量。在实际使用过程中，可以发现当车辆在恶劣路况上行驶时，轮胎容易发生爆胎，或者由于摩擦力减小导致车辆打滑。由于外星球空气稀薄或者没有，外星球探测车的车轮不能够使用轮胎，而只能使用刚性车轮，造成车辆减震效果大幅下滑，而无法进行高速运动。

发明内容

本发明的目的是设计一种新型的车轮结构，可以实现车轮整体都具有减震效果，且在不需要轮胎的情况下，也能完成车辆减震的功能。

本发明的目的是这样实现的：张拉整体式车轮由刚性杆、水平刚性外圈、柔性外圈、斜刚性索、水平刚性索和中心杆组成。六个长度一致的刚性杆是张拉整体式车轮的主要支撑部分；每个杆的端点称为结构的节点，在所有刚性杆的节点上都安装法兰盘，法兰盘主要用于索与杆的连接；在一个端面上，刚性杆的节点通过6根长度与弧度均一致的水平刚性外圈连接，两个端面共有12个刚性水平外圈，刚性外圈与刚性杆通过钢索连接在一起，刚性外圈也通过柔性外圈串联在一起，组成张拉整体式车轮的外圆；两个端面的节点通过6条长度一致的斜索将两个端面的节点两两斜拉连接，起到稳定结构的作用；在结构的中心处设置一个中心杆，中心杆的两端同样安装法兰盘，将一个端面的所有节点通过水平钢索与中心杆端面的法兰盘连接，作为车轮的轴。

张拉整体式车轮主要是对张拉整体结构基本单元的两个端面的索替换成弧状结构的刚性构件，在能够保证结构的稳定性的前提下，使得结构具有了圆的外形，具备了车轮的特性。为了增加车轮的整体减震效果，将在一个端面的所有弧状刚性构件通过一个柔性的固定外圈串联起来，并施加一定的预紧力，那么车轮结构既能保持稳定，又可以具有较好的柔性。该弧形的刚性构件外表可以包裹柔性的橡胶材料，使得车轮减震效果更加明显。

在结构的中心部位增加一个中心杆，通过每个节点的受力平衡增加一条中心索，将中心杆与每个节点进行连接。这样可以实现该车轮与车辆进行链接，如果是从动轮，则可以直接安装空心轴并且在轴内安装轴承，若是主动轮，则可以将中心杆替换为驱动轴。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明可以在不需要轮胎的前提下，仅靠张拉整体结构式车轮就可以完成车辆的减震效果。本发明的张拉整体式车轮整体质量较传统车轮相比质量大大减小。本发明的张拉整体式车轮具有良好的路况适应能力，且不会出现爆胎的情况。本发明的张拉整体式车轮可用于外星球探测车。

附图说明

图1为张拉整体六杆单元示意图；

图2、图3为张拉整体结构式车轮的结构图；

图4为固定外圈结构示意图；

图5为用于杆索连接的法兰示意图；

图中，1—张拉杆；2—水平钢性索；3—固定外圈；4—刚性外圈；5—法兰；6—中心杆；斜索—7。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

张拉整体式车轮主要是由张拉整体单元设计而来，其主要结构如附图1所示。张拉整体结构是由连续的承受拉力的索网结构和在其中不连续的承受压力的杆构件组成的，组成张拉整体结构的各个构件都只承受轴向力，所以该结构具有轻质、缓冲抗震能力强、高刚度质量比等优点。对张拉整体结构进行力学分析可知，通过对结构施加预应力，可以保证结构能够实现自稳定，具有一定的刚度。张拉整体结构是能够承受远超其自身质量的外载荷而不失效。

如图2所示，张拉整体式车轮由6个刚性杆1、12个水平刚性索2、2个柔性外圈3、12个水平刚性外圈4、1个中心杆6和6个斜刚性索7组成。六个长度一致的刚性杆6是张拉整体式车轮的主要支撑部分；每个杆的端点称为结构的节点，在所有刚性杆的节点上都安装法兰盘5，法兰盘5主要用于索与杆的连接；在一个端面上，刚性杆1的节点通过6根长度与弧度均一致的水平刚性外圈4连接，两个端面共有12个刚性水平外圈4，刚性外圈4与刚性杆1通过钢索连接在一起，一个端面的6个刚性外圈4也通过柔性外圈3串联在一起，组成张拉整体式车轮的外圆；两个端面的节点通过6条长度一致的刚性斜索7将两个端面的节点两两斜拉连接，起到稳定结构的作用；在结构的中心处设置一个中心杆6，中心杆的两端同样安装法兰盘，将一个端面的所有节点通过水平钢索2与中心杆6端面的法兰盘连接，作为车轮的轴。

张拉整体式车轮由6个张拉杆1作为主要的支撑构件，杆的两端各安装一个法兰盘5，杆和索构件通过法兰盘连接。两个端面的索替换为刚性的刚性外圈4，并由柔性的固定外圈4将一个端面的圆弧外圈3都串联起来，组成整个车轮的外缘部分。斜索7将两个端面的节点斜拉连接在一起。在两个端面的中心处添加一个中心杆6，中心杆两端同样安装法兰盘，同一个端面的节点用刚索2连接在中心杆端点的法兰盘上。这样就组成了张拉整体式车轮。

在整体车轮的中心处添加中心杆6，并将每个端面的杆都用水平钢索2与其连接，形成车轮的车轴，若是从动轮，可换成空心圆筒，并安装轴承。

当张拉整体式车轮在良好路况的道路上行驶时，刚性外圈还包裹有橡胶外缘，在有良好的柔度的前提下，整体车轮也能够保证轮子的圆度，从而可以获得较快的速度，且也不易打滑。

由于张拉整体结构的特性，张拉整体结构可以在承受外部的冲击振动时，所有的不利因素都可以自动分散至整个结构，从而找到稳定状态。在路况较差的道路或者没有道路的情况下，张拉整体结构式车轮也可以持续使用，当车轮陷入地面的坑洞，一般的车轮只能靠车辆在其他的轮子上的动力将陷入的车轮抬出来，而张拉整体结构式车轮，在这种情况下，陷入的车轮也可以使用车轮的动力自行脱困。当车轮陷入时，由于车轮的刚性杆与钢索都只承受轴向力，那么轮上的杆节点会支撑地，相当于轮子本身有个支点，再搭配车辆的动力，就可以以这个支点将车轮顶出坑洞。那么也就是由于这个特性，该张拉整体结构式车轮可以在大部分的地面上使用，从而可以大大增加装备该车轮的车辆的行驶范围。

Claims (4)

1.张拉整体式车轮，其特征在于：包括刚性杆、刚性外圈、柔性外圈、斜刚性索、水平刚性索和中心杆，每个刚性杆的端点为节点，在刚性杆两端的节点上分别安装有用于索与杆的连接的法兰盘，在一个端面上的刚性杆的节点通过长度与弧度均一致的刚性外圈连接，刚性外圈与刚性杆通过钢索连接在一起，每个端面的刚性外圈通过柔性外圈串联在一起，组成张拉整体式车轮的外圆；两个端面的节点通过长度一致的斜索将两个端面的节点两两斜拉连接；中心杆的两端安装法兰盘，将两个端面的所有节点分别通过水平钢索与中心杆端面的法兰盘连接，作为车轮的轴。

2.根据权利要求1所述的张拉整体式车轮，其特征在于：两个端面共有12个刚性外圈。

3.根据权利要求1所述的张拉整体式车轮，其特征在于：斜索有6条。

4.根据权利要求1或2或3所述的张拉整体式车轮，其特征在于：中心杆通过每个节点的受力平衡增加一条中心索，将中心杆与每个节点进行连接，实现该车轮与车辆进行链接，如果是从动轮，直接安装空心轴并且在轴内安装轴承；若是主动轮，将中心杆替换为驱动轴。