СБОРНЫЙ ДВИЖИТЕЛЬ И КОЛЕСО ДЛЯ НАЗЕМНОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
COLLECTING PROPULSION UNIT AND WHEEL FOR GROUND VEHICLE

Настоящая заявка выделена из заявки №2012136381 на выдачу патента РФ на изобретение, поданной 01.02.2011, с испрашиванием приоритета по дате подачи первых заявок US 61/300,159 и US 61/359,161, поданных в Патентное ведомство США 01.02.2010 и 28.06.2010, соответственно.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение касается сборного движителя, в частности, такого сборного движителя для транспортного средства, конфигурация которого может быть круглой колесообразной и приплюснутой лентообразной.
Уровень техники
Известны сборные движители, содержащие детали, способные иметь, с одной стороны, колесообразную конфигурацию, а с другой стороны - конфигурацию типа гусеницы. Несколько примеров таких узлов описаны в патентах США 3698461, 6422576, 7334850, 7547078, а также описаны в патентах США 7334850 и 7547078, уступленных дочернему предприятию заявителя по настоящей заявке.
Раскрытие изобретения
Настоящее изобретение представляет собой ранее не существовавший сборный движитель, который можно применять для передвижения транспортного средства.
Сборный движитель по настоящему изобретению содержит по меньшей мере одну гибкую деталь, а в предпочтительном варианте - пару таких деталей, каждая из которых имеет усеченно-коническую поверхность, вытянутую от своего более узкого края до более широкого края вдоль оси усеченного конуса.
Усеченно-коническая конфигурация имеет плоскую развертку (двумерную проекцию), т.е. поверхность указанной усеченно-конической детали можно раскрыть/развернуть в плоскостную топологию. Геометрия усеченного конуса определяет усеченно-коническую поверхность как поверхность, вытянутую между большим и меньшим основаниями конуса, имеющими вид окружностей, расположенных на параллельных плоскостях, образуя ось усеченного конуса. Следует понимать, что тело в виде нормального усеченного конуса, имеющего плоскую развертку, фундаментально отличается от любого тела коноидной формы, не имеющего такой проекции на плоскость, своим поведением при его деформации (под воздействием силы, приложенной к его поверхности) из изначального состояния, в котором оно имеет круглое поперечное сечение, в деформированное состояние, в котором оно имеет некруглое (овальное) поперечное сечение. Более того, это различие еще более существенно в случае с практически нерастяжимыми материалами, которые и применяются в сборных движителях. Действительно, если форма такого гибкого и нерастяжимого элемента представляет собой конус или его часть (например, усеченный конус), то результатом деформации такого элемента из его изначального состояния будет сгибание конуса, в то время как согнуть изготовленный из аналогичных материалов элемент любой другой коноидной формы (не имеющей плоской двумерной проекции) было бы практически невозможно. Форма, у которой не существует плоской двумерной проекции, обладает повышенной жесткостью за счет уменьшения гибкости, а для формы, имеющей плоскую двумерную проекцию, например, для усеченно-конической формы, ситуация будет противоположной. Одинаковое усилие, прикладываемое к телу чисто конической формы и к телу коноидной формы, будет создавать значительно большее механическое напряжение в различных точках тела коноидной формы, чем в теле чисто конической формы, поэтому периодическое воздействие механического напряжения (что обычно и происходит, например, в процессе качения колеса транспортного средства) в результате приведет к тому, что нагревание и усталость материала тела коноидной формы будут значительно больше.
Следует отметить, что деталь усеченно-конической формы, применяемая в конструкции сборного движителя по настоящему изобретению, обладает гибкостью, позволяющей ей подвергаться обратимой деформации, изменяя форму из подпружиненной исходной круглой формы (неискаженной усеченно-конической формы), вертикальная боковая проекция которой является круглой, на более приплюснутую форму (в виде деформированного усеченного конуса), вертикальная боковая проекция которой является некруглой. Однако, деталь усеченно-конической формы обладает жесткостью в том смысле, что она нерастяжима по окружности. Следовательно, деталь усеченно-конической формы изготовляется из нерастяжимого гибкого листа.
Парные детали усеченно-конической формы способны вращаться вокруг общей оси, совпадающей с осями этих усеченных конусов, и располагаются практически симметрично. В этом отношении следует отметить, что применительно к настоящему изобретению термин «практически симметричное расположение» деталей усеченно-конической формы следует интерпретировать шире, чем понятия двусторонней или зеркальной симметрии. Утверждение о том, что парные детали усеченно-конической формы являются «практически симметрично идентичными» или располагаются «практически симметрично», означает, что они располагаются на одной оси и направлены противоположно (они обращены друг к другу своими широкими основаниями или своими узкими основаниями) и что их геометрия идентична или подобна, т.е. они являются частями конгруэнтных конусов. Таким образом, парные детали усеченно-конической формы имеют одинаковые углы конусности и могут, например, иметь одинаковую геометрию (размеры) своих широких оснований и одинаковую или разную высоту (т.е. длину вдоль своих осей) и, соответственно, одинаковую или разную геометрию (размеры) своих узких оснований.
Кроме того, следует отметить, что деталь усеченно-конической формы может быть образована одним элементом, имеющим усеченно-коническую поверхность, или множеством элементов, образующих совместно указанную усеченно-коническую поверхность.
Детали усеченно-конической формы составляют в пару, располагая их противоположно друг другу (в противоположной ориентации), и силы любого типа (например, силы тяги), прикладываемые к поверхности одной из таких деталей и вынуждающие ее катиться по радиусу вокруг своей геометрической вершины, уравновешиваются теми же силами, прикладываемыми к противоположной детали пары, в результате чего узел, образованный такой парой противоположно направленных деталей усеченно-конической формы, будет катиться по прямой линии (т.е. перпендикулярно к оси усеченного конуса). Результатом крепления такого узла спаренных деталей усеченно-конической формы к колесу будет движение колеса по линии, перпендикулярной оси колеса (т.е. по прямой линии).
Эти две спаренные детали усеченно-конической формы можно располагать различными способами при условии, что эти две детали располагаются концентрично и направлены противоположно. В некоторых вариантах воплощения они располагаются на общей оси и с некоторым расстоянием между ними, например, так, чтобы их узкие или широкие основания совпадали (в виде «спиной к спине» или «лицом к лицу»). В другом варианте воплощения каждая из деталей усеченно-конической формы включает участок поверхности с узором, образованным набором разрезов (приемных участков, канавок, углублений или отверстий), с жесткими спицами вдоль окружности по той стороне, которая обращена к другой детали пары, в результате чего образуется решетка и появляется возможность одной усеченно-конической детали сцепляться с другой (проникать в нее), образуя стык таким образом, что стенки усеченно-конических деталей не контактируют друг с другом. Еще в одном варианте воплощения конфигурация этих двух усеченно-конических деталей такова, что каждая из них разделена на две части, в результате чего нет ни одного участка, где бы сегменты одной детали усеченно-конической формы входили в другую деталь усеченно-конической формы, - вместо этого небольшой участок одной детали частично гибким способом крепится к большей части другой противоположно направленной детали. В целом можно сказать, что конфигурация конструкции, образованной парой деталей усеченно-конической формы, является такой, что участок, являющийся наружной окружностью этой конструкции, осуществляет соединение между двумя противоположно направленными деталями усеченно-конической формы, расположенными на общей оси.
Конструкция усеченно-конической формы, образованная по меньшей мере одной описанной выше деталью усеченно-конической формы, а в предпочтительном варианте воплощения - парой таких деталей, может служить опорной конструкцией, служащей опорой по меньшей мере для одной детали сборного движителя, сцепляющейся с поверхностью. Эта сцепляющаяся с поверхностью деталь способна изменять свою конфигурацию между круглой колесообразной, в которой вертикальная боковая проекция является круглой, и деформированной конфигурацией, в которой вертикальная боковая проекция является некруглой и в которой увеличенный участок сцепляющейся с поверхностью детали контактирует с поверхностью передвижения (например, с землей).
Для облегчения понимания следует отметить, что под поверхностью передвижения в данном описании подразумевается земля, однако, следует понимать, что настоящее изобретение не ограничивается ни передвижением сборного движителя по земле, ни передвижением по любой твердой поверхности.
Сцепляющаяся с поверхностью деталь в типичном случае имеет наружную поверхность, посредством которой эта деталь контактирует с поверхностью передвижения, таким образом, что когда сцепляющаяся с поверхностью деталь находится в деформированном состоянии, ее наружная поверхность располагается практически параллельно по отношению к поверхности передвижения.
Рассматривая пару опорных деталей усеченно-конической формы, следует отметить, что ее конфигурация может быть такой, что своими широкими основаниями они поддерживают одну и ту же сцепляющуюся с поверхностью деталь или отдельные такие детали. Следовательно, если такая усеченно-коническая конструкция установлена в сборном движителе, то широкие основания усеченных конусов каждой из усеченно-конических деталей могут быть соединены с деталью, сцепляющейся с поверхностью, таким образом, что эти спаренные опорные детали будут соединены с одной и той же сцепляющейся с поверхностью деталью или с двумя разными сцепляющимися с поверхностью деталями. Располагаются усеченно-конические детали в паре таким образом, чтобы стремление каждой из них двигаться непрямолинейно (и, следовательно, вынуждать сцепляющуюся с поверхностью деталь двигаться непрямолинейно) уравновешивалось действием другой усеченно-конической детали из этой пары.
Описанная выше усеченно-коническая конструкция может сама по себе образовывать колесо, в частности, широкие основания усеченно-конических деталей пары могут представлять собой сцепляющуюся с землей поверхность колеса. В другом варианте воплощения изобретения колесо может включать надувную резиновую шину, содержащую закрытое пространство, способное удерживать текучую среду под давлением, а также располагающуюся по окружности деталь, сцепляющуюся с поверхностью; кроме того, это колесо может включать опорную конструкцию, составляющую одно целое с колесом и содержащую описанную выше усеченно-коническую конструкцию, образованную по меньшей мере одной парой противоположно направленных опорных деталей усеченно-конической формы с равными углами конусности, каждая из которых имеет усеченно-коническую поверхность, вытянутую между узким и широким основаниями этой опорной детали вдоль оси усеченного конуса, при этом широкое основание усеченно-конической поверхности каждой из этих опорных деталей крепится к одной стороне сцепляющейся с поверхностью детали, противоположной другой стороне этой детали, и при этом каждая из опорных деталей изготовлена из жесткого материала и обладает гибкостью и подпружинена для придания ей круглой формы, при которой ее вертикальная боковая поверхность является круглой, а также обладает способностью к обратимой деформации, придающей ей более сплюснутую форму, при которой ее вертикальная боковая проекция является некруглой. Деформация опорной конструкции делает возможной обратимую деформацию сцепляющейся с поверхностью детали, в результате которой ее форма изменяется из практически круглой в сплюснутую, когда увеличенный участок сцепляющейся с землей поверхности контактирует с поверхностью передвижения.
Таким образом, усеченно-коническая конструкция по настоящему изобретению, образованная по меньшей мере одной опорной деталью усеченно-конической формы, а предпочтительно - парой таких деталей, соединяет сцепляющуюся с поверхностью деталь (детали) с осью транспортного средства, передавая усилие от оси транспортного средства к сцепляющейся с поверхностью детали. Гибкие опорные детали обладают способностью к обратимой деформации, изменяющей их естественную усеченно-коническую форму (при которой они имеют поперечное сечение практически круглой формы) на деформированную, несколько сплюснутую форму в сочетании с преобразованием конфигурации сцепляющейся с поверхностью детали (деталей) из круглой в деформированную некруглую конфигурацию. Благодаря своей гибкости указанная связующая опорная конструкция может преобразовывать круговое вращение оси в некруговое, подобное гусеничному, движение детали, сцепляющейся с поверхностью, при котором сегмент этой детали контактирует с поверхностью передвижения (например, с землей).
В одном из вариантов воплощения изобретения предлагается сборный движитель для транспортного средства, содержащий гибкую сцепляющуюся с поверхностью деталь и гибкую опорную конструкцию. Гибкая сцепляющаяся с поверхностью деталь имеет колесообразную, в целом круглую конфигурацию, а ее наружная поверхность может быть жесткой, пластичной или гибкой. Опорная конструкция имеет описанную выше конфигурацию, включающую по меньшей мере одну пару симметрично расположенных опорных деталей усеченно-конической формы, образующих совместную продольную ось, расположенную практически горизонтально. Первое широкое основание опорной детали связано со сцепляющейся с поверхностью деталью, а второе узкое основание прикреплено, с возможностью вращения, к оси транспортного средства, что позволяет осуществлять вращение вокруг указанной продольной оси. Указанная опорная конструкция и указанная сцепляющаяся с поверхностью деталь обладают гибкостью и способностью к обратимой деформации, изменяющей их конфигурацию между колесообразной и некруглой конфигурацией, при которой участок указанной сцепляющейся с поверхностью детали располагается в целом параллельно земле и контактирует с ней.
В одном варианте воплощения изобретения сборный движитель изначально находится в подпружиненном состоянии, вследствие чего он будет иметь круглую конфигурацию. Этот сборный движитель по одному из вариантов воплощения изобретения способен деформироваться под воздействием нагрузки на указанную ось транспортного средства, вследствие чего его конфигурация становится некруглой.
В соответствии с одним вариантом воплощения изобретения средство подпружинивания применяется для того, чтобы вынудить сборный движитель принять одну из возможных форм. Примером такого средства подпружинивания является пневматическое средство, когда давление газа внутри герметичной камеры вынуждает сборный движитель принять колесообразную форму, а снижение давления газа позволяет сборному движителю принимать некруглую форму. Такая камера в одном варианте воплощения изобретения является кольцеобразной.
Сборный движитель по одному варианту воплощения изобретения содержит гибкую сцепляющуюся с землей деталь, имеющую колесообразную, в целом круглую конфигурацию, со сцепляющейся с землей поверхностью, с первым бортом и вторым бортом, соответствующими первой стороне и второй стороне этого сборного движителя. Сборный движитель по этому варианту воплощения содержит гибкую опорную конструкцию с первой опорой и второй опорой, каждая из которых имеет форму усеченного конуса в том случае, если сцепляющаяся с землей деталь имеет колесообразную конфигурацию. Каждая из опор вытянута между соответствующим первым основанием и вторым основанием меньшего диаметра, а их оси усеченных конусов совместно образуют общую продольную ось, расположенную практически горизонтально. Первый край одной опоры связан с первым бортом сцепляющейся с землей детали, а первый край другой опоры связан со вторым бортом сцепляющейся с землей детали. Опорная конструкция и сцепляющаяся с землей деталь обладают гибкостью и способностью к обратимой деформации, изменяющей их конфигурацию между колесообразной, при которой опоры имеют форму усеченных конусов, и некруглой конфигурацией, при которой участок указанной контактирующей с землей детали располагается в целом параллельно земле и контактирует с ней, а опоры имеют вид деформированных усеченных конусов.
Кроме того, в таком варианте воплощения изобретения сборный движитель может по своей природе находиться в напряженном состоянии, вынуждающем его принять круглую форму. Кроме того, он может деформироваться под воздействием нагрузки на указанную ось транспортного средства, в результате чего его форма становится некруглой. В качестве альтернативы или дополнения сборный движитель также может содержать средство подпружинивания, вынуждающее сборный движитель принять одну из его форм. Примером такого средства может быть пневматическое средство. Пневматическое средство подпружинивания в типичном случае содержит камеру (обычно кольцеобразную) для сжатого газа, при этом давление газа управляет конфигурацией сборного движителя. Например, высокое давление газа может вынуждать сборный движитель принимать круглую форму, а снижение давления газа позволяет сборному движителю принять некруглую форму.
Как указывалось выше, две усеченно-конические опорные детали/опоры опорной конструкции располагаются симметрично и противоположно направлены. В типичном случае эти опоры вторыми своими краями крепятся к ступице оси транспортного средства.
Согласно одному варианту воплощения изобретения каждая из опор содержит множество жестких спиц. Эти жесткие спицы совместно могут образовывать промежуточную часть соединения опор между их первыми и вторыми частями. В типичном случае тело первой опоры вытянуто от первого борта сцепляющейся с землей детали до второй стороны сборного движителя, а тело второй опоры вытянуто от второго борта сцепляющейся с землей детали до первой стороны сборного движителя, при этом оси усеченных конусов, которыми являются эти опоры, пересекают друг друга в указанной промежуточной части.
В одном из вариантов воплощения изобретения первая часть каждой из двух опор составляет одно целое со второй частью второй из этих двух опор. Таким образом, сборный движитель может содержать с каждой своей стороны по одной проходящей по окружности канавке практически V-образного сечения. Такую канавку образует первая, в большей степени наружная стенка и вторая, в большей степени центральная стенка. Первая стенка представляет собой первую часть одной опоры, а вторая стенка представляет собой вторую часть другой опоры.
В одном из вариантов воплощения сборного движителя по меньшей мере один, а в типичном случае - оба первых сегмента каждой из опор составляют одно целое со сцепляющейся с землей деталью.
В одном варианте воплощения сборного движителя первая и вторая части содержат эластомер.
В одном варианте воплощения изобретения сборный движитель содержит жесткие спицы, соединяющие первую и вторую части и вставляющиеся в соответствующие приемные приспособления (канавки, углубления или отверстия), выполненные в первой и второй частях.
Следует понимать, что усеченно-коническая опорная конструкция может состоять из двух или более элементов, изготовленных из любого пригодного материала, например, из железа или полимера.
Еще в одном варианте воплощения изобретения сборный движитель содержит гибкую опорную конструкцию, а также гибкую сцепляющуюся с землей деталь из эластомера, имеющую колесообразную, в целом круглую конфигурацию, со сцепляющейся с землей поверхностью, с первым бортом и вторым бортом, соответствующими первой стороне и второй стороне колеса. Опорная конструкция содержит первую опору и вторую опору. Каждая из них содержит первую часть из эластомера, составляющую одно целое со сцепляющейся с землей деталью, и вторую часть из эластомера на втором краю, а также содержит множество жестких спиц, образующих промежуточную часть, при этом каждая из спиц жестко удерживается вставленной в приемное приспособление, образованное в первой и второй частях. Тело первой опоры вытянуто от указанного первого борта до второй стороны сборного движителя, а тело второй опоры вытянуто от указанного второго борта до первой стороны сборного движителя. Эти две опоры имеют усеченно-коническую форму и пересекают друг друга в указанной промежуточной части. Первая часть каждой из опор составляет одно целое со второй частью другой опоры. Сборный движитель обладает способностью к обратимой деформации между колесообразной конфигурацией, когда опоры имеют форму усеченных конусов, и некруглой конфигурацией, когда участок указанной сцепляющейся с землей детали располагается в целом параллельно земле и контактирует с ней, а опорная конструкция имеет деформированную усеченно-коническую форму.
Сборный движитель по последнему указанному варианту воплощения изобретения в типичном случае также содержит по одной проходящей по его окружности V-образной канавке с каждой стороны сборного движителя. Каждая из этих канавок имеет первую, более наружную стенку и вторую, более центральную стенку. Первая стенка представляет собой первую часть одной опоры, а вторая стенка представляет собой вторую часть другой опоры.
В одном варианте воплощения изобретения в сборном движителе имеется закрытое пространство, образованное между сцепляющейся с землей деталью, первыми частями и вторыми частями, которое может быть заполнено или не заполнено некоторой средой, например, сжатым газом или жидкостью, при этом, в случае заполнения этого пространства газом, его давление управляет конфигурацией сборного движителя. В альтернативном варианте воплощения это закрытое пространство может заполняться воздухом из окружающей среды, и в этом случае упругость будет определяться эластичностью материала, из которого изготовлена сцепляющаяся с землей деталь.
Кроме того, настоящее изобретение представляет транспортное средство, содержащее сборный движитель, описание которого приведено выше и ниже.
Краткое описание графических материалов
Ниже на неограничивающих примерах будут описаны варианты воплощения настоящего изобретения, помогающие лучше понять его сущность и увидеть пути его применения на практике и описанные со ссылкой на сопутствующие чертежи, где:
Фиг. 1А представляет собой вид в перспективе с одной стороны сборного движителя по одному варианту воплощения изобретения.
Фиг. 1 В представляет собой вид в перспективе сборного движителя по Фиг. 2А с противоположной стороны.
На Фиг. 1С представлен вид в разрезе сборного движителя по Фиг. 2А.
Фиг. 2А, 2 В и 2С представляют собой виды в перспективе и в разрезе, соответствующие Фиг. 1А-1С и представляющие сборный движитель в деформированной некруглой конфигурации.
На Фиг. 3 показан сборный движитель, соответствующий одному из вариантов воплощения изобретения, в деформированной конфигурации, при этом для ясности иллюстрации сцепляющаяся с землей деталь снята.
На Фиг. 4А и 4В показаны, соответственно, боковая и фронтальная вертикальные проекции сборного движителя по другому варианту воплощения настоящего изобретения.
На Фиг. 4С показан продольный разрез по линиям IV-IV Фигуры 4А.
На Фиг. 5А показан в увеличенном виде участок, помеченный знаком V на Фиг. 4С.
На Фиг. 5 В и 5С представлены в изометрии виды в разрезе участка, помеченного знаком V на Фиг. 4С.
На Фиг. 6А представлена фронтальная проекция сборного движителя по другому варианту воплощения изобретения.
На Фиг. 6 В представлено изометрическое изображение сборного движителя по Фиг. 6А с установленным средством для подпружинивания в соответствии с одним из вариантов воплощения изобретения.
На Фиг. 6С показан сборный движитель, из которого для ясности иллюстрации изъято средство для подпружинивания.
На Фиг. 6D представлен в изометрической проекции разрез по линиям VI-VI на Фиг. 6С.
На Фиг. 7А-7С представлен сборный движитель по еще одному варианту воплощения изобретения, при этом на Фиг. 7А показан продольный разрез, на Фиг. 7 В показан в увеличенном виде участок, помеченный знаком VII на Фиг. 7А, а на Фиг. 7С показан сборочный чертеж этого сборного движителя в изометрической проекции.
На Фиг. 8А и 8В показана модель сборного движителя по одному из вариантов воплощения настоящего изобретения, соответственно, в круглой и деформированной конфигурациях.
На Фиг. 9А и 9В показан след от сцепления с землей сборного движителя в соответствующих конфигурациях по Фиг. 8А и 8В.
На Фиг. 10А и 10В показаны, соответственно, вид в перспективе сборного движителя и вид в перспективе сборного движителя в разрезе по одному из вариантов воплощения настоящего изобретения.
На Фиг. 11А-11С показаны, соответственно, вид в перспективе сборного движителя, вид в перспективе сборного движителя в разрезе и продольный разрез сборного движителя по еще одному из вариантов воплощения настоящего изобретения.
На Фиг. 11D показана в перспективе и с увеличением часть указанного сборного движителя в разрезе.
На Фиг. 11Е показана та же часть, что и на Фиг. 11D, но без спиц.
На Фиг. 12А и 12В показан сборный движитель того же типа, что и на Фиг. 11А-11Е, соответственно, в круглой, колесообразной конфигурации и в деформированной сплюснутой конфигурации.
На Фиг. 13А и 13В показан трактор с задним сборным движителем такого типа, как показан на Фиг. 12А и 12В в конфигурациях по Фиг. 12А и 12В, соответственно.
На Фиг. 14А и 14В показан еще один вариант конструкции колеса, в которой опорная усеченно-коническая конструкция целиком изготовлена из пригодного эластичного материала, например, из стального листа, благодаря чему устраняется необходимость наличия дополнительной эластичной камеры.
На Фиг. 15А и 15В показан еще один вариант усеченно-конической конструкции, в котором парные детали усеченно-конической формы отделены друг от друга (а не сцеплены друг с другом) и поэтому имеют непрерывные усеченно-конические поверхности (а не гребенчатые участки, позволяющие им сцепляться друг с другом).
Осуществление изобретения
На Фигурах 1А-1С показано колесо, представляющее собой сборный движитель 20 по одному из вариантов воплощения настоящего изобретения и имеющее круглую конфигурацию. Сборный движитель 20 включает усеченно-коническую конструкцию 30, которая в этом примере связана со сцепляющейся с землей деталью 22 (представляющей собой конкретный вариант детали, сцепляющейся с поверхностью) и служит опорной конструкцией для этой сцепляющейся с землей детали 22. В целом структура сцепляющейся с землей детали 22 напоминает структуру тракторной шины. Как видно особенно отчетливо на Фиг. 2С, по окружности под сцепляющейся с землей деталью 22 образовано герметично закрытое пространство 24. Это пространство 24 можно заполнять сжатым газом или жидкостью для управления упругостью/жесткостью. В сцепляющейся с землей детали 22 имеются направленные вниз борта 26 и 26А, прижимающиеся к торцевым участкам опорной конструкции 30, что будет рассмотрено ниже.
Опорная конструкция 30 содержит по меньшей мере одну гибкую опорную деталь 36. Деталь 34 имеет поверхность в виде усеченного конуса с более широким основанием 36 и с более узким вторым основанием 38, а также имеет продольную ось А, которая в некоторых случаях может располагаться практически горизонтально. Опорная деталь 34 может быть представлена одиночным элементом в форме усеченного конуса или множеством опорных элементов, совместно образующих указанную усеченно-коническую поверхность.
Эта усеченно-коническая конструкция служит связующей конструкцией для передачи усилия от оси транспортного средства к оси вращения сборного движителя. В этом примере опорная деталь 34 своим первым торцом 36 поддерживает сцепляющуюся с землей деталь 22 и служит соединительным элементом для передачи усилия от оси транспортного средства к оси вращения сцепляющейся с землей детали. Как показано в данном примере, первый торец 36 находится внутри проходящего по окружности углубления, образованного направленным вниз бортом 26. От более узкого второго торца 38 в радиальном направлении вытянута торцевая пластина 42, оснащенная цилиндрической ступицей 44, в которую в рабочем состоянии вставляется ось транспортного средства (не показано). Таким образом, в процессе работы данный сборный движитель вращается вокруг оси А. Крепление сборного движителя к оси транспортного средства может осуществляться с любой стороны этого движителя.
Как указано выше, опорная конструкция 30 в предпочтительном варианте воплощения включает по меньшей мере одну пару опорных деталей усеченно-конической формы. Вторая опорная деталь 50 в форме усеченного конуса из этой пары практически симметрична и идентична первой опорной детали 34, а именно - имеет форму противоположно направленного усеченного конуса с таким же углом конусности и с такой же геометрией большего основания, хотя высота этого конуса может быть и такой же, и отличающейся, и, соответственно, геометрия меньшего основания может быть такой же или отличающейся. Опорные детали в каждой паре обращены друг к другу либо своими первыми (более широкими) основаниями, либо своими вторыми (более узкими) основаниями.
В этом варианте воплощения опорная деталь 50 смонтирована на поверхности, образованной второй частью пары - опорной деталью 34. Наружный торец 60 установлен в канавку, образованную бортом 26А. Первый торец 36 опорной детали 34 и наружный торец 60 опорной детали 50 находятся на равном расстоянии от оси А. Таким образом, в конфигурации, показанной Фигурах 1А-1С, сборный движитель ведет себя, как колесо.
В этом варианте воплощения изобретения сборный движитель сам себя поддерживает в подпружиненном состоянии, придающем ему цилиндрическую форму, с боковой вертикальной проекцией практически круглой формы. Для примера, если приложить усилие к усеченно-конической поверхности опорной конструкции (например, приложить нагрузку к оси транспортного средства), то данный сборный движитель может деформироваться, принимая форму, показанную на Фигурах 2А-2С.
На Фигурах 2А-2С показаны те же виды этого же сборного движителя, что и на Фигурах 1А-1С, но в деформированной конфигурации. Как видно на этих Фигурах, участок 70, опирающийся на поверхность земли, обозначенную линией 72 (представляющую собой поверхность движения), сплюснут и прижат к земле, располагаясь в основном параллельно ей. Поэтому в такой конфигурации сборный движитель будет оставлять больший след (как показано на Фиг. 9В), чем в колесообразной конфигурации (показанной на Фиг. 9А). Таким образом, в некоторых отношениях в деформированной конфигурации движение данного сборного движителя будет подобным движению гусеницы, но без натяжных катков, требующихся гусеницам.
На Фиг. 3 опорная конструкция 30 показана более конкретно. Эта опорная конструкция содержит противоположно направленные (с симметричной ориентацией) усеченно-конические опорные детали 34 и 50. Как видно на этой фигуре, в деформированном состоянии конструкции как окружность торца 60 опорной детали 50, так и первый торец опорной детали 34 будут деформированы.
На Фигурах 4А-5С показан сборный движитель по другому варианту воплощения настоящего изобретения. Как видно на этих фигурах, наружный край 36 опорной детали 34 и наружный край 60 опорной детали 50 разрезаны в осевом направлении разрезами 80 для повышения гибкости всей конструкции.
Повысить гибкость опорной конструкции 30 можно различными способами. В одном из вариантов воплощения изобретения, показанном на Фиг. 1-4, это достигается за счет применения жесткого и в то же время гибкого материала. В других вариантах воплощения этого можно достичь с помощью различных решений. Одним из примеров является выполнение разрезов 80, подобных показанным на Фиг. 5А-5С. Среди примеров других решений можно назвать изготовление каждой опорной детали из нескольких сегментов, сочленяющихся друг с другом на втором краю или вблизи него. Один из вариантов другого решения также будет описан ниже. Квалифицированный специалист в данной области техники сможет определить нужный способ получения такой конструкции.
На Фигурах 6A-6D показан сборный движитель 90 по другому варианту воплощения настоящего изобретения. В этом случае сцепляющаяся с землей деталь 100 не является аналогичной колесной шине, а выполнена как одно целое с опорной конструкцией 102. Кроме прочих факторов гибкость данному узлу придает конструкция сцепляющейся с дорогой детали 100, имеющей множество разрезов 104, выполненных поперек этой сцепляющейся с землей детали 100 и разделяющих ее на множество сегментов 106. В этом варианте воплощения изобретения содержится также элемент подпружинивания 120, который в данном примере представляет собой надувное торообразное полое тело, упирающееся во внутреннюю поверхность 124 опорной конструкции 102. В накачанном состоянии оно придает сборному движителю жесткости и, следовательно, вынуждает его принять круглую форму, а в спущенном состоянии позволяет сборному движителю деформироваться, сплющиваться. В других вариантах воплощения изобретения элемент подпружинивания 120 может располагаться с обратной стороны колеса. Есть варианты, когда он может состоять из частей, располагающихся с противоположных сторон колеса.
На Фиг. 7А-7С показан другой вариант воплощения сборного движителя. В этом случае сцепляющаяся с землей деталь 130 представляет собой отдельно изготовленную деталь, гибкость которой обеспечивают разрезы 132, выполненные по бокам сцепляющейся с землей детали 130. Опорная конструкция 134 включает пару симметрично расположенных (противоположно направленных) опорных деталей 136 и 140 в форме усеченных конусов и торцовый элемент 138, представляющий собой вспомогательную опорную деталь. Опорные детали 136 и 140 имеют широкие торцы (наружные края опорной конструкции) с одинаковой геометрией и одинаковые углы конусности, но в этом примере они имеют разную длину и, соответственно, разные диаметры вторых более узких торцов. Кроме того, как видно на этих фигурах, более широкие торцы опорных деталей, на которые опирается сцепляющаяся с землей деталь, образуют плоские наружные поверхности опорной конструкции (плоские основания опорных деталей). Вспомогательная опорная деталь 138 также имеет форму усеченного конуса с такой же ориентацией, как и у опорной детали 136. Как видно наиболее отчетливо на Фиг. 7С, сборку и подгонку друг к другу различных компонентов узла можно выполнить с помощью одного или нескольких прижимных приспособлений, сваркой друг с другом, вязаным соединением, с помощью винтов и многими другими способами.
Примеры моделей сборного движителя показаны в круглой форме на Фиг. 8А, а в деформированном виде - на Фиг. 8 В. Соответствующие следы, оставляемые этими моделями, показаны, соответственно, на Фигурах 9А и 9В.
На Фигурах 10А и 10В показан сборный движитель 200, включающий гибкую сцепляющуюся с землей деталь 202, содержащую сцепляющуюся с землей поверхность 204 и гибкую опорную конструкцию 220. Как видно на этих фигурах, сборный движитель 200 имеет колесообразную, практически круглую форму и обладает гибкостью, позволяющей сплющиваться, принимая форму, отличающуюся от круглой, при этом участок, на котором сцепляющаяся с землей поверхность 204 прижимается к дороге, увеличивается (объяснение будет приведено ниже). Сцепляющаяся с землей деталь 202 имеет первый и второй борта 206 и 208, расположенные, соответственно, с первой стороны 210 и со второй стороны 212 данного сборного движителя.
Опорой для сцепляющейся с землей детали 202 служит гибкая опорная конструкция 220, включающая две опоры, представляющие собой детали в виде усеченных конусов, сформированные рядом взаимодействующих компонентов, совместно образующих две противоположно направленные усеченно-конические поверхности, контуры которых обозначены линиями 216 и 218. Эти усеченно-конические поверхности начинаются от своих первых оснований у бортов 206 и 208 и тянутся до своих вторых оснований 222 и 224 меньшего диаметра. Следует заметить, что усеченно-конические опоры имеют форму действительно усеченных конусов только в случае колесообразной круглой конфигурации сборного движителя и деформируются в том случае, когда конфигурация сборного движителя не будет круглой.
Каждая из опор включает первую часть 226, соединенную (составляющую одно целое) со сцепляющейся с землей деталью 202, вторую часть 228 и промежуточную часть, образованную множеством спиц 230. Как видно на этих фигурах, промежуточные части этих двух опор перекрещиваются друг с другом посредством множества спиц 230, образуя переплетение. Как видно на фигурах, в этом конкретном варианте воплощения изобретения первая часть 226 и вторая часть 228 соединены (составляют одно целое) друг с другом.
Кроме того, на Фигурах 10А и 10В видно, что с каждой стороны 210 и 212 образованы соответствующие проходящие по окружности V-образные канавки 232 и 234, у каждой из которых стенки образованы первой частью 226 и второй частью 228 (являющейся частью другой опоры).
Сборный движитель по этому варианту воплощения изобретения изготовляется как одна деталь с жесткой ступицей 252, предназначенной для соединения с осью транспортного средства.
В этом конкретном варианте воплощения изобретения конструкция целиком выполнена из металла. Сцепляющаяся с землей деталь состоит из отдельных сегментов 240, отделенных друг от друга разрезами 242. Это обеспечивает гибкость всей сцепляющейся с землей детали 202. Переплетение двух опорных деталей/опор придает конструкции способность к радиальному сжатию и, соответственно, способность всего сборного движителя принимать приплюснутую некруглую форму, когда увеличивается соприкасающийся с землей участок сцепляющейся с землей поверхности 204, что увеличивает поверхность передвижения.
В некоторых вариантах воплощения изобретения предусмотрено, что либо в одно из пространств 247 или 249 внутри сборного движителя, либо в оба этих пространства может быть вставлена трубчатая или другая эластичная камера (не показано).
На Фигурах 11А-11Е показан сборный движитель 300 в соответствии с еще одним вариантом воплощения настоящего изобретения. Элементам, выполняющим те же функции, что и в сборном движителе 200 по Фигурам 10А и 10В, присвоены те же числовые обозначения, увеличенные на сто.
Главное отличие состоит в том, что этот сборный движитель изготовлен из высокоэластичного материала, например, такого как резина, применяемая для изготовления колес. Однако, могут использоваться и другие типы материалов.
На торцах 322 и 324 опор имеются кольцевые буртики 360 и 362, предназначенные для крепления на ступице (не показано), что обозначено штриховыми линиями 364 на Фиг. 11С. Таким образом, по окружности формируется камера 366, образованная сцепляющейся с дорогой деталью 302, первой и второй частями 326 и 324 и пространством между ступицей. Камера 366 может быть заполнена сжатым газом, например, сжатым воздухом, давление которого управляет конфигурацией всей конструкции движителя. В случае высокого давления сборный движитель будет принимать круглую колесообразную форму. Если давление снизить, то конструкция колеса может сжиматься и принимать сплюснутую некруглую форму с увеличенной поверхностью передвижения.
На Фиг. 11D показан крупный участок сборного движителя со спицами 330, каждая из которых входит в полость 370, образованную внутри первой части 326, и с отверстиями 372, выполненными внутри второй части 328. Как видно на Фиг. 11Е, где показан тот же вид, но без спиц, в торце 324 имеется множество отверстий 374, в которые могут пропускаться спицы, чтобы, пройдя через отверстие 372, войти также внутрь полости 370. Эти спицы обеспечивают функциональное соединение, объединяющее первую часть 326 и вторую часть 328 в одну конструкцию, выполняющую функцию опоры. Эти спицы обеспечивают жесткость опорной конструкции, в то время как эластомерные участки обеспечивают ей гибкость.
Сборный движитель по варианту, представленному на Фиг. 11А-11Е, показан на Фиг. 12А и 12В, соответственно, в круглой колесообразной форме и в сплюснутой форме. Трактор с колесом в таких же соответствующих конфигурациях показан на Фигурах 13А и 13В.
Усеченно-коническая конструкция для сборного движителя по настоящему изобретению может состоять из двух или более элементов, изготовленных из любого пригодного материала, например, из железа или полимерного материала, при условии, что эта конфигурация позволяет получить описанную выше усеченно-коническую геометрию.
Некоторые из представленных выше примеров описывают конструкцию колеса, в которой применяется трубчатая или другая эластичная камера. Следует понимать, что настоящее изобретение не ограничивается этим конкретным вариантом воплощения сборного движителя. Например, на Фигурах 14А и 14В показана конструкция колеса, в которой, подобно конструкции на Фиг. 10-11, применяются сцепляющиеся детали в форме усеченных конусов, но в которой не применяется трубчатая или другая подобная эластичная камера, а вся опорная конструкция 420 в форме усеченного конуса изготовлена из соответствующего материала, например, из стального листа.
Следует понимать, что применение усеченно-конической конструкции, образованной по меньшей мере одной деталью усеченно-конической формы или по меньшей мере парой противоположно направленных (практически симметричных) опорных деталей усеченно-конической формы, обеспечивает передачу усилия от оси транспортного средства к детали, сцепляющейся с поверхностью, через опорные детали усеченно-конической формы. Существует несколько способов реализации передачи усилия внутри сборного движителя.
В некоторых описанных выше вариантах воплощения изобретения опорную конструкцию образуют две опорные детали усеченно-конической формы, одна из которых имеет больший размер и, по сути, обеспечивает основную опору для сцепляющейся с дорогой детали, а другая - меньше первой по размеру (короче) и ее функция состоит в том, чтобы вынуждать опорную конструкцию двигаться линейно, поскольку в противном случае (если бы конструкция состояла только из одной опорной детали усеченно-конической формы) опорная конструкция двигалась бы в радиальном направлении, которое является естественным направлением качения конструкции, имеющей форму усеченного конуса. Другими словами, опорная конструкция имеет такую конфигурацию, что стремлению одной из составляющих пару опорных деталей двигаться непрямолинейно противодействует другая опорная деталь этой пары.
В описанных выше вариантах воплощения изобретения, показанных на Фиг. 10-11 и 14, указанные две опорные детали усеченно-конической формы расположены в так называемом «скрещенном» соединении, образованном переплетением (посредством спиц) усеченно-конических поверхностей опорных деталей. В альтернативном варианте воплощения опорная конструкция может не содержать переплетения, обеспечивающего сцепление или скрещивание опорных деталей усеченно-конической формы друг с другом, вместо этого парные детали усеченно-конической формы могут быть отдельными элементами, например, отделенными зазором друг от друга. Пример этого варианта воплощения представлен на Фиг. 15А и 15В, где показана конструкция 520 усеченно-конической формы, образованная парой противоположно направленных отдельных деталей, имеющих непрерывные усеченно-конические поверхности. Следует понимать, что опорные конструкции по Фиг. 14А-14В и 15А-15В могут быть помещены в матрицу из высокоэластичного материала, образуя в результате надувное колесо, которое можно устанавливать на существующие колесные барабаны.
Таким образом, составляющие пару две опорные детали усеченно-конической формы могут быть либо скрещенными (сцепленными) друг с другом, либо отделенными друг от друга и могут быть обращены друг к другу либо своими идентичными широкими основаниями, либо своими узкими основаниями (идентичными или нет). Например, конфигурация двух усеченно-конических деталей может быть такой, что каждая из этих деталей поделена на две части таким образом, что нет такого участка, где сегменты одной конической детали входили бы в другую коническую деталь, вместо этого небольшой участок одной детали прикрепляется частично гибким креплением к большей части другой противоположно направленной детали. В целом можно сказать, что эта усеченно-коническая конструкция имеет такую конфигурацию, что наружная окружность этой конструкции, которая может быть соединена (прямо или нет) со сцепляющейся с поверхностью деталью, обеспечивает соединение между двумя противоположно направленными деталями усеченно-конической формы через их общую ось, благодаря креплению другой части конструкции к оси транспортного средства.
Квалифицированные специалисты в данной области техники легко смогут увидеть возможность для осуществления различных модификаций и внесения изменений в описанные здесь варианты воплощения настоящего изобретения, не выходящих за пределы объема изобретения, определенного поданной в приложении формулой изобретения.