带刚衬的轮子制造技术

本实用新型专利技术涉及用较大弯曲刚度环形刚衬补强的免充气轮子，胎面内侧的刚衬将外力分散经钢或橡胶弹簧内胎传到轮辋上。内胎法向刚度小，可用普通橡胶做在中空、向下开口或发泡的，有效体积小，滞后生热低。胎面和橡胶内胎一体或分体，分体胎面嵌在刚衬中或用充气轮胎结构包在刚衬上。刚衬有平坦的底使胎面应力分布较均匀，在刚衬端部无应力集中。此外还用垫条、可周向伸张的硬边胎圈等方法实现易于装卸。（*该技术在2011年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】带刚衬的轮子本专利涉及轮子，尤其是用高模量骨架在胎面下作衬里的免充气轮子。
技术介绍
有CN1216738A。通常免充气轮子装配实心轮胎，由于法向力牵引力等都集中在轮胎接地处附近，轮胎中周期变化的应力幅度较大，因而轮胎滞后生热大，能耗大。本专利目的是提供一种轮胎中周期变化的应力幅度较小的免充气轮子。该目的是这样达到的，在胎面内侧有圆环形刚衬，通常是固态钢质薄壁构件或硬质塑料构件，在圆环平面内弯曲刚度较大，因而周向刚度大，能将接地处胎面受到的力在比接地面积大得多的范围内传给充当弹性体内胎的螺旋钢弹簧，倾斜幅板钢或塑料弹簧，或橡胶弹簧，使内胎应力幅度减小，分布较均匀，滞后生热减小。另外因刚衬在轮胎横断面内可视为不变形的，刚衬和胎面的接触面中包括一段较平坦(未必是直线)的底15(图6)，不但增大轮胎着地面积，抓着力，侧向防滑性，还可以使胎面中的应力沿(图6)水平方向分布趋于均匀，减小胎面滞后生热损失。应力分布均匀减少滞后热的理论依据是，各种应力分布都满足平衡方程(应力的线性方程)，其中均匀分布的应力使滞后热(正比于应力平方的体积分)最小。下面的实施例中，为了有足够的下沉率，总是减小弹性体橡胶内胎的法向刚度，非环形时做成m个橡胶弹簧，环形时做成中空的(图8，12，15)、向下开口的或发泡的，使有效断面积及体积都比普通实心轮胎小，减小滞后生热也减轻自重。市售的聚氨酯自行车实心轮胎有效断面积体积也较小，但它不是靠刚衬降低应力，而是靠橡胶内胎的高强度。(如果在下面的实施例中使用聚氨酯橡胶内胎，则可进一步减轻自重，提高缓冲性能。)由于弹性体内胎的应力很小，因而不像现有自行车实心轮胎使用价格昂贵的聚氨酯橡胶，可以用价廉的天然、丁苯、顺丁等橡胶。刚衬也可以是束紧在环形橡胶内胎上的周向拉伸模量较大，如经线与胎冠中心线(即周向)平行或斜交的胶帘(帆)布环(类似充气轮胎中的缓冲层，带束层，胎体帘布层)或橡胶环，使轮胎周向刚度大。现有技术实心轮胎可看作是带橡胶环刚衬的轮胎。本专利具体结构由以下附图及实例给出。图1，钢弹簧内胎轮子A-A剖面(参见图2)。图2，周向均布m＝4个钢弹簧的轮子侧视示意图。图3、推导用图。图4，用于充气轮胎作泄气保用。图5，周向螺形均布四个钢弹簧。图6，含橡胶内胎轮子断面图。图7，轮子含硬边外胎。图8，轮子含软边外胎。图9，内胎含m个橡胶弹簧。图10，带垫条的例。图11，狭刚衬的例。图12，带短内胎的例。图13，用于图12的双向缝合钩。图14，图12A向图。图15，内胎带防磨包布。图16，钢衬环不连续。图17，防滑补强层的螺栓连接。图18，防滑层35钩在轮辋上。图19，内胎3是倾斜幅板弹簧。图20，钢螺旋弹-->簧的支承圈。图21，有两层刚衬、内胎的轮子。图22，图23的A-A剖面。图23，弹簧与轮辋刚衬的吻合。图2轮子包括轮辋2，刚衬4，二者之间的弹簧内胎3，其A-A剖面如图1。弹簧上下支承圈被螺栓13螺母14，异形垫圈对11，11’不可转动地(或可转动，或一个不可一个可转动)固定在轮辋及刚衬的支承面上。可受拉压或只能受压。轮辋可拆，包括用螺栓13螺母14连接的轮辋2及挡板2’。橡胶胎面5在刚衬4外侧，二者的连接可应用现有技术中实心轮胎在轮辋上的装配方法。这种原理也可用于脚轮抗震及设置在充气轮胎内使之泄气保用(图4)。下面是计算。假设刚衬绝对刚体，轮子受法向力Q，水平力Fx＝Qφ，φ牵引系数，Q是额定负荷的k倍，k是安全系数。刚衬有法向位移h，水平位移htgγ，转角β。致虑座标系ZOY，Z和法向夹γ角。图3，在角α处弹簧端有轴向位移h’＝(h/cosγ)cosα，径向位移h”＝Rβ+(h/cosγ)sinα，R是弹簧系有效半径，据弹簧手册，弹簧轴向刚度F’＝Gd4/(8D3n)，G剪切模量，d簧丝直径。D中径，n有效圈数；径向刚度F’r＝C-1F’，C是轴径向刚度比。因而弹簧端受轴向力F’h’，径向力F’rh”，弯矩0.5F’rh”(H-h’)，其中因子C-1在α∈(-α0，α0)，α0＝arccos(Hcosγ/(bh))时为0，表示径向已失稳，径向刚度为零，在α∈(α0，2π-α0)时为a-1(1-bhcosα/(Hcosγ))，径向未失稳。其中a＝0.295(H/D)2+0.384，b＝{1.3[(1+4.29(D/H)2)0.5-1]}-1，令r＝2π/m，αi＝α+ir，i＝0，1…m-1，用αi替换各式中的α，相应的量附加下标i，如h’i＝(h/cosγ)cosαi，h”i＝Rβ+(h/cosγ)sinαi，得到各弹簧作用在刚衬上的力，这些力与外力Q，φQ平衡，因部分弹簧失稳的求解较繁，为便于计算，假设所有弹簧均不失稳，即有判别式α0＝0或bh＜Hcosγ，最后计算结果若满足判别式即为真实解。下面用∑Ai表示A0+A1+…+Am-1，列出对0’点取矩，对Z，Y方向取合力的方程，当m为大于3的整数时有：φQR＝∑Ci-1F’hi”(R-0.5(H-h’i))＝ma-1F’Rβ[R-0.5H-0.5bH-1(h/cosγ)2]…(1)；Qcosγ+φQsinγ＝∑(F’h’icosαi+c-1F’h”isinαi)＝0.5(1+a-1)mF’h/cosγ…(2)；-Qsinγ+φQcosγ＝∑(C-1iF’h”icosαi-F’h’isinαi)＝-0.5a-1F’mRβb(h/Hcosγ)…(3)；三式右边无α出现，说明不是回转体的m个弹簧作内胎3产生的变形γ，h、β与α无关，等同于在轮辋2刚衬4之间均匀连续分布一层回转体形的弹性体(如图6，橡胶)作内胎3产生的变形。未加载时钢弹簧轴线可以过中心0’叫星形分布(图2，m＝4个-->星形分布的螺旋弹簧)，或不过中心0′叫螺形分布(图5)。弹簧两端在支承面12上的连接可以是不可转动的，或可转动的，只要代入不同的a，b表达式。图1中的档板2′也可以不要。上面推导中，对图3弹簧端部的变形，只考虑了轴向和径向位移，忽略了图2端部转角β。但因端部转角β与α无关，故这种忽略不影响后面的结论。前文中H是弹簧有效工作高度。另外当弹簧本身及两端支承异常，包括弹簧是橡胶的(即将图2中弹簧都改为橡胶的，其局部如图9，相应的A-A剖面参见图6)，这时位移h’，h”在弹簧中产生的力可以表示成h’，h”的泰勒级数，作为近似只取前几项，是h’，h”的多项式。类似的推导也表明只要弹簧数大于某整数也使轮子变形轴对称。当内胎是轴对称回转体环状的橡胶内胎3时(参见专利CN2251501Y中的例)，断面也如图6。刚衬4可以不是绝对刚体，而是一环形弯曲钢弹簧4′。橡胶内胎3下端被刚衬4直接束紧在轮辋2上，贴合轮辋2，中间可以有缝隙8(图1在两侧)供法向压缩后横向膨胀。上端用以下四种方法与刚衬4连接使轮子有侧向刚性。1、嵌在刚衬的深槽21内。2、被刚衬4压紧，如图10刚衬对橡胶内胎3有法向预压力，或如图11反包并卡在刚衬4上。3、用充气轮胎外胎将刚衬4和橡胶内胎3包围起来(图7、8)，胎体帘线子午向或斜向，胎圈硬边(图7，只画出一半)或软边(图8)。硬边胎圈的骨架圈17是钢丝圈，尼龙圈等。软边时骨架圈改为胶芯。胎圈和轮辋2有间隙7，胎侧还可继续向下延本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带刚衬的轮子，包括弹性体内胎，轮辋，其特征是还包括刚衬，内胎在刚衬和轮辋之间。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1、一种带刚衬的轮子，包括弹性体内胎，轮辋，其特征是还包括刚衬，内胎在刚衬和轮辋之间。2、根据权利要求1所述带刚衬的轮子，其特征是，刚衬是钢质薄壁环，硬质塑料环或胶帘(帆)布环。3、根据权利要求2所述带刚衬的轮子，其特征是，刚衬(4)和轮辋(2)之间可以有间隙(7)或重叠(6)。4、根据权利要求2所述带刚衬的轮子，其特征是内胎(3)外侧或内部有纵向缝隙(8)。5、根据权利要求2所述带刚衬的轮子，其特征是刚衬(4)有一段平坦的底(15)，还包括芾或不带胎侧的胎面(5)，胎面(5)的设置为下列二者之一：1、嵌在刚衬(4)朝外的凹槽里；2、包在刚衬(4)上。6、根据权利要求2所述带刚衬的轮子，其特征是内胎是整数m＞3个星形或螺形分布的钢螺旋弹簧，弹簧的两大致矩形或圆形的支承圈都可转动，或一个可转动一个不可转动，或两个都不可转动地与轮辋刚衬相连；整数个倾斜幅板钢/硬质塑料弹簧；或整数个橡胶弹簧。7、根据权利要求5所述带刚衬的轮子，其特征是胎面(5)和刚衬(4)分体或一体，一体时粘在刚衬上或粘在刚衬的胶帆布外包层上；刚衬(4)是环形钢弹簧且有下列特征之一、二或三：1)、环是连续的或不连续的；2)、断面两端呈连续弧线；3)、断面平直宽度大于或小于胎冠；4)有或没有胶帆布外包层，胶帆布外包层结构包括上下胶帆布(28、29)覆盖刚衬然后在边缘缝合或/和胶帆布(27)包叠或缠绕刚衬；内胎(3)是环形橡胶或近似钢螺旋弹簧内胎(3)且有特征下列之一或二：1、发泡或不发泡的；2、向下开口或不开口(中空)；3、延伸或不延伸到轮辋底部或槽(25)内，4、是天然、丁苯、顺丁或聚氨酯橡胶；5、环是周向连续-->或不连续的，断面一体或分为两部分；6、上端和刚衬(...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔世泰，
申请(专利权)人：崔世泰，
类型：实用新型
国别省市：31[中国|上海]