節能車輪的製作方法
2023-05-15 20:05:36 1
專利名稱：節能車輪的製作方法
技術領域：
本發明涉及車輪技術領域
背景技術：
自行車、摩託車、汽車、鐵路車輛等各式車輛都是依靠車輪行駛 的。各類車輛車輪的鋼圈輪輻部分無論是板式的、幅條式的，還是鋼 絲的，都是剛性結構體，可以看作一剛性圓盤。這種特性在鐵路車輛 的車輪上表現尤為突出。車輪在路面上滾動運行，實質上就是車輪這 個剛體圓盤不停的定軸轉動，即車輪圍繞通過車輪輪心且與車輪平面 垂直的輪軸中心線轉動。根據剛體定軸轉動理論計算，現有車輪鋼圈 轉動力矩有一計算公式，在充分滿足現代交通運輸需求和保證fi^車安 全的前提下，通過對車輪技術的改進，改變剛性圓盤式的車輪結構， 是完全能夠增加車輪轉動力矩的，此其一。
其二，車輛的重量通過車輪垂直作用於車輛行駛的路面上，車輪 軸重重力是車輛運行的阻力，通過車輪技術的進步，改變車輪結構， 還可以將車輪軸重重力轉化為推動車輪向前滾動的動力。基於以上所 述，提出了一條開發節能車輪的有效途徑。
發明內容
本發明所開發的節能車輪的目的在於使車輛以較小的動力(牽 引力)獲得對車輪滾動前進的較大推動力，使車輛運行輕便、省力， 以節省車輛牽引力為手段，實現節能的目的。
為實現上述目的，本發明的節能車輪的技術方案是將車輪圓盤 形鋼圈改為圓環形鋼圈，將現有意義上的鋼圈的輪輻部分，從鋼圈中 分離出來，但它仍然是節能車輪構造重要構件之一,因此本發明所說 的節能車輪中的鋼圈，是圓環形鋼圈，不包括現有意義上車輪鋼圈輪 輻部分，這是節能車輪和現有車輪重要區別之一。需要說明的是，本 發明所說節能車輪沒有將輪胎包括在內，需要有輪胎的車輪，在節能 車輪中也是不可缺少的。
上述節能車輪兩大主要部件是鋼圈和輪輻部分，這兩大構件的連
接，通過彈簧連接實現的，因此，節能車輪是組合型彈性結構體，這 是節能車輪在結構上區別於現有車輪的又一重要標誌。由於節能車輪 這個特點的存在，改變了車輪內牽引力、車輪軸重重力及車輛運行震 動力傳遞方式的改變，節能車輪一系列優點由此而產生。
本發明開發的節能車輪與現有車輪相比所具有的效果-
1. 車輛運行輕便，省力節能車輛運行時，要消耗燃料等能源， 以獲得車輛牽引力，使車輪產生足夠的轉動力矩驅使車輪滾動前進， 車輛才能運行。節能車輪的鋼圈改為圓環形鋼圈後，在其它條件不變， 牽引力的大小也一樣的情況下，圓環形鋼圈比圓盤形鋼圈所產生的轉 動力矩大了一倍。
2. 有效地將車輪軸重重力轉化為推動車輪滾動前進的動力，在 節能車輪中，承受軸重重力的輪輻套座被彈簧支撐在圓環鋼圈內側圓 周上，隨著車輛運行前進,在車輪滾動中，輪軸套座產生滾動慣量所 形成的慣性力壓縮彈簧，變成推動車輪向前滾動的動力。
3. 彈性結構體的節能車輪，由於彈簧被壓縮時儲能功能，使得 這種車輪具有緩解、消除車輛運行時所產生的衝擊力的有害作用，節 能車輪的減震功能，使車輛運行平穩。
4. 使車輛具有優良的制動效果對運行的車輛進行制動時，制 動力的大小，要適應運行車輛被制動的當時所具有的動能大小，制動 力大了，車輛的動能來不及克服，將對車輛產生巨大衝擊，反之，制 動力小了，制動距離延長，往往達不到制動的目的。節能車輪適應了 制動的需要，由於這種車輪是彈性結構體，對這種車輪進行制動時， 可加大制動力度，因為即使一個大的制動力加上去，因對彈簧#個被 壓縮過程，所形成的制動力相應地有個由小到大的變化過程，處於該 過程中的車輛動能隨之由大到小地被克服，直至完全停車為止。節能 車輪所具有的這個特點，適應了現代交通運輸發展的需求，確保行車 安全。
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圖1為節能車輪實施一例的結構圖。
圖面說明l一圓形螺旋壓縮彈簧，2—圓環鋼圈，3—輪軸套座， 4一輪軸，5—活動蓋板，6—活動蓋板螺栓孔。
圖2是圖1中的圓環鋼圈。
圖面說明l.l一彈簧固定端支承面，1.2—彈簧室，1.3—掛鈎凸
圓弧面，1.4一限位鐵塊，1.5—隔板螺栓孔，1.6-—隔板，1.7—凸面圓 弧掛鈎，L8—凸面圓弧掛鈎螺栓孔。 圖3是圖1中的輪軸座套。
圖面說明2.1—凹面圓弧掛鈎，2.2—輪輻杆，2.3—輪軸套座緊 固螺栓？L 2.4—輪軸套室，2 5—平面扣板，2.6—彈簧活動端支承面， 2.7---掛鈎凹圓弧面。
具體實施例方式
圖1所示，本節能車輪是由圓環鋼圈2，輪軸套座3，圓形螺旋 壓縮彈簧1組成的圓形彈性結構體。輪軸套座3上套裝輪軸4，圖中 所示，蓋住彈簧室的一塊活動蓋板5被掀開了，顯示了圓形螺旋壓縮 彈簧i安裝狀況，輪軸套座3和圓環鋼圈2之間力的傳遞通過圓形螺 旋壓縮彈簧1的作用實現的。
圖2所示，圓環鋼圈2上設有帶凸面圓弧掛鈎1.7;凸面圓弧掛 鉤1.7的背面被隔板L6完全蓋住，正面則敝開，這樣的凸面圓弧掛 鉤1.7正反面相間排列在圓環鋼圈2內側圓周面上；所述凸面圓弧掛 鉤1/7上還設有帶彈簧室1.2;彈簧室的底面是彈簧固定端支承面1.1， 有一條車輪半徑平行於它且在這個面上；彈簧室內的彈簧圓形螺旋壓
縮彈簧l，把圓環鋼圈2和輪軸套座3彈性連結起來；凸面圓弧掛鈎 1.7上還設有帶掛鈎凸圓弧面1.3，它是以車輪圓心為圓心的；凸面圓
弧掛鈎1.7上還設有帶限位鐵塊1.4控制輪軸套座的轉動幅度，起限
位作用。
圖3所示，輪軸套座3上的輪輻杆2.2是力的傳遞杆件；輪軸套 座3上設有帶凹面圓弧掛鈎2.1;在凹面圓弧掛鈎2.1上設有帶彈簧
活動端支承面2.6，該端面與彈簧固定端支承面1.1互相平行；凹面
圓弧掛鈎2.1上還設有帶掛鈎凹圓弧面2.7，該弧面是以車輪圓心為
圓心，它的半徑與圖2所示的掛鈎凸圓弧面1.3相同；輪軸套室2.4
套裝輪軸4。兩個輪軸套座3相扣，輪軸套座3上設有的帶平面扣板 2.5緊貼，在輪軸套座緊固螺孔2.3內用螺栓杆緊固，構成完整的輪 軸套座。平面扣板2.5因其用途不同，有時要設計成鼓包狀，如在鼓 包內放置制動裝置構件。
圖1所示活動蓋板螺栓孔6和圖2所示隔板螺栓孔1.5以及凸面 圓弧掛鈎螺栓孔1.8都是一一對應而設，用來上螺栓杆緊固彈簧室 2.1，使圓環鋼圈2和輪軸套座3結合為一體。其中圖2所示的隔板 1.6限制輪軸套座3向車輪平面垂直方向活動，起到重要作用。
綜上圖l、圖2、圖3所示，節能車輪兩大主要部件和圓環鋼圈 2和輪軸套座3是通過圓形螺旋壓縮彈簧1彈性連結起來的。圓環鋼 圈2上的凸面圓弧掛鈎1.7和輪軸套座3上的凹面圓弧掛鈎2.1兩鉤 一一相掛，使得輪軸套座3懸空掛於圓環鋼圈2內側圓面四周，這樣， 圓環鋼圈2的圓心和輪軸套座3的圓心以及車輪圓心三心同心，保證 了車輪運行的穩定性。在車輪牽引力的作用下，節能車輪的輪軸套座 3轉動，牽引力作用形成的對輪軸套座3轉動力矩在克服圓環鋼圈2 上的掛鈎凸圓弧面1.3和輪軸套座3上的掛鈎凹弧面2.1兩弧面之間 滑動摩擦阻力後，繼續作用於圓形螺旋壓縮彈簧l，產生彈性力推動 圓環鋼圈2滾動，使車輛向前運行。
應當指出，為了克服圓環鋼圈上的凸面圓弧掛鈎1.7和輪軸套座 上的凹面圓弧掛鈎2.1滑動摩擦阻力影響，可考慮在兩摩擦面間放置 滾珠。
在全面了解了節能車輪構造之後，對節能車輪之所以能節能的原 因就清楚了。輪軸套座承受著輪軸所分攤的車體重量，即軸重，車輛 牽引力驅動輪軸轉動，輪軸帶動輪軸套座轉動，輪軸套座上的各輪輻 杆同時壓縮彈簧，推動車輪滾動。
根據剛體定軸轉動理論計算
節能車輪的圓環鋼圈繞輪軸轉動力矩
M=jp=mR2p
現有車輪的圓盤鋼圈繞輪軸轉動力矩
從上述剛體定軸轉動理論計算結果看，節能車輪和現有車輪在運 用條件不變的情況下，即在質量m,車輪半徑R，角加速度p不變的情 況下，節能車輪繞通過車輪圓中心並垂直車輪圓平面的輪軸中心線轉 動的力矩，比現有車輪擴大了一倍，這就是節能車輪節能的主要原因。
另處，節能車輪的另一節能功能，表現在它能將軸重重力轉化為 推動車輪前進的動力，輪軸套座繞輪軸中心線轉動時，其轉動的動能 為
E= T J co 2
式中J是剛體對轉軸的轉動慣量，w是剛體轉動的角速度，這裡的剛 體指的是輪軸套座，轉軸指的是輪軸。在車輛運行中，車輪高速轉動， 質量很大的輪軸套座以很大的動能慣量壓縮彈簧，並將力傳遞到圓環 鋼圈上，推動車輪滾動前進。這是節能車輪節能的另一個重要原因。
基於上述兩點，節能車輪是名符其實的。根據車輪在車輛上的重 要作用，要安全可靠，在節能車輪結構設計中，突出滿足了車輪這方 面的需要，行車安全是有保障的。
節能車輪可用作各種人力車、自行車、摩託車、電動車、汽車、 鐵路車輛的車輪，凡是用得著輪子的地方，需要省力節能的，都是它 的用武之地。
權利要求
1. 一種節能車輪，其特徵在於它是由圓環鋼圈、輪軸套座和圓形螺旋壓縮彈簧組成的圓形彈性結構體。所述圓環鋼圈是一個剛體，在這種圓環鋼圈內側圓周面上設有帶彈簧室的凸面圓弧掛鈎，圓形螺旋壓縮彈簧裝在彈簧室內，將圓環鋼圈和輪軸套座彈性連接起來。所述輪軸套座上設有帶凹面圓弧掛鈎。上述凸面圓弧掛鈎和凹面圓弧掛鈎一一吻合連掛，輪軸套座懸掛於圓環鋼圈內側圓面四周。
2. 根據權利要求1所述的節能車輪，其特徵在於所述圓環鋼 圈上的凸面圓弧掛鈎，在這個凸面圓弧掛鈎上設有帶限位鐵塊，隔板 和以輪心為圓心的掛鈎凸圓弧面以及有一車輪半徑平行於它且在其 面上的彈簧室底面，即彈簧固定端支承面。
3. 根據權利要求1或2所述的節能車輪，其特徵在於所述輪 軸套座上的凹面圓弧掛鈎，在這個凹面圓弧掛鈎上設有帶與彈簧固定 端支承面平行相對的彈簧活動端支承面，以輪心為圓心並與掛鈎凸圓 弧面相同的半徑為半徑的掛鈎凹圓弧面。
4. 根據權利要求1或3所述的節能車輪，其特徵在於所述的 輪軸套座有兩個。
全文摘要
本發明的節能車輪涉及車輛技術領域。這種節能車輪是由圓環鋼圈、輪軸套座和圓形螺旋壓縮彈簧組成的彈性結構體。所述圓環鋼圈設有帶凸面圓弧掛鈎和輪軸套座上設有帶凹面圓弧掛鈎，都是以車輪圓心為圓心並同半徑的這兩種掛鈎一一相掛，將承受軸重重力的輪軸套座懸掛於圓環鋼圈內側圓面四周，受力作用被壓縮的圓形螺旋壓縮彈簧，將彈性力由輪軸套座傳向圓環鋼圈推動車輪滾動。本發明節能車輪用作車輪，與現有車輪相比它可將軸重重力轉化為推動車輪滾動的前進動力，節能車輪的圓環鋼圈與現有圓盤形鋼圈車輪相比能成倍增強車輪轉動力矩，使車輛運行輕便、省力節能，加速快，同時節能車輪還有良好的減震效果和制動效果。
文檔編號B60K6/10GK101380886SQ200710149500
公開日2009年3月11日 申請日期2007年9月7日 優先權日2007年9月7日
發明者劉起清 申請人:劉起清