专利名称：弹性传递式节能车轮装置的制作方法
技术领域：
本实用新型是一种利用弹性碰撞动量传递原理制造出的一种新型弹性传递式节能车轮装置，属一般车辆技术领域。
众所周知，现在国内外一般车辆所使用的车轮装置是由外缘轮胎、车轮金属骨架、车轴等组成。其特点是车轴在车轮的中心位置上，车轴与整个车轮中心呈相对不移动的刚性连接。车轮在运行中产生的主要滚动阻力是由于外胎变形，使轮胎材质里引起弹性迟滞所造成的。滚动阻力随着运动速度的增加而增大，在到达一定速度时形成“驻波”现象。另外，道路凹凸的冲击使滚动阻力随运动速度的增加而增大。“驻波”现象产生的原因是由于车辆在高速行驶时，车轮外胎在离开与地面接触表面后来不及从轮胎变形扭曲中立即恢复回来，“驻波”的形成大大增大能量的消耗。轮胎充气压力高时，车轮轮胎的变形小，滚动阻力也小。但通过凹凸路面时，胎面的变形功增大，悬架和车身的振动也大，影响汽车的平顺性和构件的强度。增加轮胎的气压可以减小滚动阻力，但通过凹凸路面时又增大了“路面响应”，影响汽车的平顺性和构件强度。所以，对特定的地面条件，相对存在一种最适宜的充气压力。
我们知道汽车的滚动阻力取决于路面的性质和所装轮胎的材质、结构等等。目前无法建造出理想平坦的路面，也无法制造出无弹性迟滞的车轮轮胎。所以，轮胎变形弹性迟滞的能量损失、道路凹凸冲击造成的能量损失和为克服冲击带来的振动所采用的弹簧减振器内摩擦引起的能量损失，至今无法克服。
现有的车轮装置存在一些问题，至今尚未更好解决，影响汽车的性能。
针对汽车车轮装置及在运行中存在的尚未解决的这些问题。本实用新型的目的是推出一种采用在车轮金属骨架和车轴之间增加导向系统和充气气包组的弹性传递式节能车轮装置，以减小车辆运行中的能量损失。这种新的弹性传递式节能车轮装置由充气气包组包裹车轴或支撑车轴与车身重量，使车轴与车轮金属骨架分为两部分，通过充气气包组，使两者弹性连接起来。它可以使汽车在行驶时，在受冲击的过程中，将通过凹凸路面的冲击滚动阻力，转变为有用的动力，从而降低汽车的总滚动阻力，降低发动机的输出功率，提高其舒适性、平稳性，达到节能和消除振动的目的。
本实用新型所涉及的弹性传递式节能车轮装置(
图1)是由外缘轮胎(1)、车轮金属骨架(2)、充气气包组(3)、车轴(4)、导向系统(5)、滚动轴承(6)、传动系统(7)组成。外缘轮胎(1)为充气压力很高的高弹性体，与车轮金属骨架(2)相连。外缘轮胎(1)和车轮金属骨架(2)靠滚动轴承(6)与导向系统(5)滚动连接。外缘轮胎(1)和车轮金属骨架组成一个整体，可以绕导向系统转动。车轮金属骨架(2)与传动系统(7)相连，连接方式为紧固连接。车轴(4)的垂直导向环面与导向系统左端面滑动配合。充气气包组(3)在导向系统(5)内，把车轴包裹或支撑在中间，使导向系统与车轴分为两部分，形成导向系统与车轴弹性连接。
导向系统(图2)由帽形轴套(13)和无轨道导向轴承组成。无轨道导向轴承由两个圆滚动面(14)、滚球组(15)和片形螺旋弹簧(16)组成。片形螺旋弹簧(16)的中心处为环状，包裹滚球组，可以使滚球组在空载时自动回到中心位置上。滚球组由多个滚球组成，可以增大接触面积。导向系统位于滚动轴承(6)和充气气包组(3)之间，左端面与车轴垂直导向环面靠无轨道导向轴承滚动摩擦配合，使车轴(4)与整个车轮在运动中保持互相垂直，起导向作用。
帽形轴套(图3)，形如帽状，内圆侧有气包沟槽，沟槽数量与气包数相等。端面上均匀分布着无轨道导向轴承，其数量为3组以上，每组在端面两边各一个。端面内环圈呈椭圆或圆形偏心形状，其右侧与车轴相切，用来限制车轴相对车轮的后位移(运动方向为前，反之为后)。其工作过程当车轮在受冲击时，帽形轴套(13)相对车轴(4)中的垂直导向环面作平动，无轨道导向轴承中的滚球组(15)在圆滚动面(14)内作无轨道运动，减小摩擦阻力，使车轮与车轴保持垂直。
充气气包组是由一个或多个橡胶等材料制成的气包组成的一个整体。由于充气气包组气包的数量不同，所以导向系统中的帽形轴套与充气气包组的结构有所不同。下面通过几种形式说明其结构的变化。
5个气包组成的充气气包组(图4)由5个直径不同或相同的圆柱形气包相互连通组成的一个整体充气气包组。气包与气包之间的气体相通，气压相等。5个气包之间靠橡胶管(8)相接通。气包并排排列在导向系统中的帽形轴套(13)内，把车轴包裹或支撑在中间。气包在帽形轴套内可以是间隙配合，气包的截面呈圆形。也可以是过盈配合，气包的截面呈椭圆形。导向系统与车轴靠充气气包组弹性连接在一起。
1个气包组成的充气气包组(图6)形状象一个小轮胎，小轮胎与帽形轴套配合为间隙配合。车轴(4)与小轮胎(即充气气包组)紧固在一起，可在帽形轴套内自由转动。
3个气包组成的充气气包组(图7)是由3个不同或相同直径的圆柱形气包相互连通组成的。连通方式与5个气包的连通方式相同。导向系统中的幅形轴套(13)内侧沟槽数与气包数相同。气包在帽形轴套中可以是间隙配合，气包的截面呈圆形。也可以是过盈配合，气包的截面呈椭圆形。
9个气包组成的充气气包组(图8)是由9个相同或不同直径的圆柱形气包连通组成。连通方式与5个气包的连通方式相同。气包在帽形轴套中为过盈配合，气包截面呈椭圆形。
车轴被充气气包组包裹，车轴结构的不同使其截面变化形式可分为圆形、菱形和多边形三种，下面分别说明。
截面呈圆形的车轴(见图8)被充气气包组(3)包裹，充气气包组与车轴(4)的配合为过盈或间隙配合，车轴(4)可以自由转动。车轴(4)与导向系统接触处有垂直导向圆环面。它的工作过程当车轮受冲击时，车轴靠气包的变形在气包表面滚动，形成偏心。
截面呈菱形的车轴(见图7)被充气气包组包裹，充气气包组(3)与车轴(4)的配合为过盈配合，车轴不能转动。车轴与导向系统接触处有垂直导向圆环面。它的工作过程当车轮受冲击时，车轴靠气包的变形挤压形成偏心。
截面呈多边形的车轴(图5)由滚动小轴(9)、滚球(10)、主轴套(11)和主轴(12)组成(实际是一个圆形车轴和菱形车轴的组合体)。滚动小轴(9)靠滚球(10)与主轴滚动摩擦。主轴套、主轴上有轨道沟槽，滚球布满整个轨道沟槽，滚动小轴(9)可以自由转动。整个车轴的截面形状为左右对称、顶部尖、中间大、下部圆的多边形状。整个车轴被充气气包组(3)包裹，充气气包组(3)与车轴(4)的配合为过盈或间隙配合，车轴(4)与导向系统接触处有垂直导向圆环面。它的工作过程当车轮受冲击时，车轴靠气包的变形在气包表面滚动，形成偏心。
传动系统(图9)是一个圆环状十字滑块联轴器，由一个圆环状端面上开有凹槽的大直径半联轴器(17)、一个圆环状端面上开有凹槽并在环面上有两个滑杆的中间盘(18)和一个圆环状环面上有两个滑杆的小直径半联轴器(19)组成。3个圆环直径不等，相互十字交叉组合在一起，形成一个圆环状十字滑块联轴器。半联轴器(17)与车轮金属骨架(2)相连，连接方式为紧固连接。另一个半联轴器(19)与传动齿轮固定在一起，套在车轴上，与车轴滑动配合。这样，就实现了轴中心线有偏移扭矩传动的作用。
车轮的工作过程车辆在坚硬路面行驶时，当车轮与地面无冲击时，靠车轮外缘轮胎(1)的高气压来减小车胎胎面的变形量，使滚动阻力系数下降，从而减小滚动阻力；当运行车辆通过凹凸路面时，车轮胎面受很大的冲击，外缘轮胎(1)的胎面变形到胎面恢复弹起在一瞬间完成；胎面变形时，路面作用于轮胎的功变为胎面变形能储存在轮胎内；胎面恢复时，胎面的变形能通过充气气包组(3)传递给车轴(4)；在胎面恢复传递能量这一时刻(车轴支撑着车身重量)，由于车轴、车身的惯性，车轴要偏离整个车轮中心位置，即偏离车轮金属骨架中心，车轴在前，整个车轮中心在后(运动方向相同为前，反之为后)；由于这个偏心，车轮外缘轮胎传递给车轴的力的方向就会变成一个向前的推力，同时也改变了整个车身的振动，起到了消除振动的作用；传递给车轴的力再传递给整个车轮，使车轮整体向前滚动。整个过程在瞬间完成，实现了冲击滚动阻力变为有用动力的转变，从而使总滚动阻力大大降低。
图1为车轮装置中心线剖面示意图。图中，1—外缘轮胎，2—车轮金属骨架，3—充气气包组，4—车轴，5—导向系统，6—滚动轴承，7—传动系统。
图2为导向系统中的帽形轴套端面与车轴垂直导向环面配合及无轨道导向轴承结构示意图。图中，4—车轴，13—帽形轴套，14—圆滚动面，15—滚球组，16—片形螺旋弹簧。
图3为帽形轴套、无轨道导向轴承分布和帽形轴套端面内环椭圆圈位置的示意图。图中，4—车轴，13—帽形轴套，15—滚球组，16—片形螺旋弹簧。
图4为5个气包相连的充气气包组、车轴及帽形轴套结构示意图。图中，3—充气气包组，4—车轴，8—橡胶管，13—帽形轴套，15—滚球组，16—片形螺旋弹簧。
图5为截面呈多边形车轴结构示意图。图中，9—滚动小轴，10—滚球，11—主轴套，12—主轴。
图6为1个气包组成的充气气包组、车轴和帽形轴套结构的示意图。图中，3—充气气包组，4—车轴，13—帽形轴套。
图7为3个气包组成的充气气包组、车轴和帽形轴套结构示意图。图中，3—充气气包组，4—车轴，13—帽形轴套。
图8为9个气包组成的充气气包组、车轴和帽形轴套结构示意图。图中，3—充气气包组，4—车轴，13—帽形轴会。
图9为圆环状十字滑块联轴器结构图。图中，17—大直径半联轴器，18—中间盘，19—小直径半联轴器。
本实用新型提供了一个理想的车轮装置，它可以使车辆行驶的滚动阻力大大降低，从而降低发动机的输出功率，提高车辆的经济性、舒适性和平稳性，是发展“绿色”汽车的理想车轮装置。
权利要求1.一种车轮装置，其特征在于由外缘轮胎、车轮金属骨架、充气气包组、车轴、导向系统、滚动轴承和传动系统组成，外缘轮胎和车轮金属骨架成一整体，靠滚动轴承与导向系统滚动连接并绕导向系统转动，车轮金属骨架与传动系统紧固连接，导向系统位于滚动轴承和充气气包组之间，充气气包组包裹或支撑车轴并使外缘轮胎、车轮金属骨架与车轴、车身弹性连接。
2.按权利要求1所述车轮装置，其特征在于充气气包组为橡胶材料制成的1个或多个不同或相同直径的圆柱形气包组成，气包之间相互连通并使内部气体压力一致。
3.按权利要求1所述车轮装置，其特征在于车轴截面呈圆形、菱形或多边形，车轴与导向系统接触处有垂直导向圆环面。
4.按权利要求1和权利要求3所述车轮装置，其特征在于截面呈多边形的车轴由滚动小轴、滚球、主轴套和主轴组成，滚动小轴靠滚球与主轴滚动摩擦。
5.按权利要求1所述车轮装置，其特征在于导向系统由帽形轴套和无轨道导向轴承组成，无轨道导向轴承由两个圆滚动面、滚球组和片形螺旋弹簧组成，片形螺旋弹簧中心处为环状，包裹滚球组，滚球组由多个滚球组成，片形螺旋弹簧可以使滚球组在空载时自动回到中心位置。
6.按权利要求1所述车轮装置，其特征在于传动系统是圆环状十字滑块联轴器，由圆环状端面上开有凹槽的大直径半联轴器、圆环状端面上开有凹槽并在环面上有两个滑杆的中间盘和园环状环面上有两个滑杆的小直径半联轴器组成。
7.按权利要求1和权利要求5所述的车轮装置，其特征在于帽形轴套内圆侧有气包沟槽，端面上均匀分布着无轨道导向轴承，其数量为3组以上，每组在端面两边各一个，端面内环圈呈椭圆或圆形偏心形状，其右侧与车轴相切。
专利摘要一种新型的弹性传递式节能车轮装置,可以使汽车在运行时的轮胎变形弹性迟滞的能量损失大大降低,使路面冲击造成的能量损失变为有用的动力,并有消除振动的作用。其特征为靠外缘轮胎的高气压减小无路面冲击时的滚动阻力;靠充气气包组,把车轮金属骨架与车轴、车身分开,并使两者弹性连接;在受路面冲击时,车轴与车轮中心产生偏心。车轮与车轴在瞬间相互弹性作用,使冲击滚动阻力变为有用的动力,同时也起到了消除振动的作用,改善了汽车的经济性、舒适性和平稳性,是发展“绿色”汽车的理想车轮装置。
文档编号B60B30/00GK2365095SQ99206620
公开日2000年2月23日 申请日期1999年3月31日 优先权日1999年3月31日
发明者刘建农 申请人:刘建农