Колесо транспортного средства
VEHICLE WHEEL

Изобретение относится к колесам с пневматическими шинами и встроенными упругими элементами и амортизаторами для бесподвесочных машин.
Известно колесо транспортного средства, содержащее ступицу и обод, связанные между собой упругими связями, выполненными в виде не менее 4-х радиальных стоек, каждая из которых подпружинена относительно ступицы и имеет на концах со стороны обода по паре рычагов с 2-я обрезиненными опорными катками, подпружиненными относительно осей вращения, которые смещены в сторону обода (патент РФ №2279354, кл. В60В 9/06, опубл. 2006 г.).
Недостатком данного колеса является высокая сложность его конструкции, что снижает надежность колеса. Кроме того, наличие встречно установленных пружин на радиальных стойках увеличивает радиальную жесткость колеса, что ограничивает плавность хода транспортного средства.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является колесо транспортного средства, содержащее ступицу, обод, выполненный разъемным в виде левого и правого дисков, соединенных между собой с помощью колесного редуктора, в корпусе которого на полой неподвижной ступице коаксиально установлен наружный вал, выполненный в виде трубы и соединенный левым концом с правым диском, внутри полой неподвижной ступицы установлен внутренний вал, соединенный левым концом с левым диском, на правом конце внутреннего вала закреплено правое зубчатое колесо, на правом конце наружного вала закреплено левое зубчатое колесо, соединенное с правым зубчатым колесом посредством двух паразитных шестерен, закрепленных на входном валу, соединенном с приводом вращения колеса, на левом конце ступицы в плоскости вращения колеса закреплена проушина, в которой установлен подпружиненный рычаг с двумя опорными катками на конце, контактирующими в нижней части с внутренней поверхностью пневматической шины, установленной своими бортами на левом и правом дисках, причем в средней части рычага установлена пружина с размещенным внутри нее гидравлическим амортизатором, нижние концы которых соединены со средней частью рычага, а верхние концы соединены со средней частью проушины, на которой закреплен буфер максимального хода опорных катков вверх, причем пневматическая шина заправлена сжатым воздухом под давлением, ниже стандартного значения, а опорные катки с пружиной воспринимают недостающее усилие со стороны пневматической шины (патент РФ №2711771, кл. В60В 9/06, опубл. 2020 г.).
Недостатком данного колеса является высокая сложность конструкции, в том числе из-за размещения элементов пружинной подвески с опорными катками внутри шины, что снижает надежность колеса и существенно усложняет монтаж и обслуживание элементов встроенной в шину пружинной подвески. При деформации шины пружинная подвеска обеспечивает практически линейную упругую характеристику, так как угол между подпружиненным рычагом и осью пружины составляет менее 90°. Это приводит к увеличению суммарной радиальной жесткости колеса, что ограничивает плавность хода транспортного средства.
Техническим результатом заявленного изобретения является повышение надежности и виброзащитных свойств колеса, обеспечивающего улучшение плавности хода и опорной проходимости транспортного средства.
Указанный технический результат достигается тем, что в колесе транспортного средства, содержащем ступицу, обод с пневматической шиной, заправленной сжатым воздухом под давлением ниже стандартного значения, подпружиненный рычаг с двумя опорными катками на нижнем конце и пружиной с размещенным внутри нее гидравлическим амортизатором, нижние концы которых соединены с подпружиненным рычагом, а верхние концы соединены с неподвижной частью ступицы, и буфер максимального хода сжатия, причем подпружиненный рычаг установлен в левой проушине балки, расположенной сбоку шины и закрепленной своей средней частью за неподвижную часть ступицы перпендикулярно оси вращения колеса, нижние концы пружины и гидравлического амортизатора установлены на нижнем конце подпружиненного рычага, верхние концы пружины и гидравлического амортизатора установлены в правой проушине балки, буфер максимального хода сжатия установлен в средней части балки и взаимодействует с нижним концом подпружиненного рычага, а колесо снабжено плотно установленной снаружи шины и закрепленной за обод бесконечной резинокордной лентой с наружными грунтозацепами, ширина которой превышает ширину шины, образуя с ней выступающий в сторону неподвижной части ступицы боковой бурт, с внутренней поверхностью которого в нижней части шины контактируют опорные катки, установленные на концах балансира, соединенного своей средней частью с нижним концом подпружиненного рычага, при этом подпружиненный рычаг и ось пружины установлены с возможностью изменения угла между ними в диапазоне 120÷150°, а гидравлический амортизатор выполнен однотрубным и газонаполненным с разделителем жидкости и газа.
Благодаря тому, что подпружиненный рычаг установлен в левой проушине балки, расположенной сбоку шины и закрепленной своей средней частью за неподвижную часть ступицы перпендикулярно оси вращения колеса, нижние концы пружины и гидравлического амортизатора установлены на нижнем конце подпружиненного рычага, верхние концы пружины и гидравлического амортизатора установлены в правой проушине балки, буфер максимального хода сжатия установлен в средней части балки и взаимодействует с нижним концом подпружиненного рычага, а колесо снабжено плотно установленной снаружи шины и закрепленной за обод бесконечной резинокордной лентой с наружными грунтозацепами, ширина которой превышает ширину шины, образуя с ней выступающий в сторону неподвижной части ступицы боковой бурт, с внутренней поверхностью которого в нижней части шины контактируют опорные катки, установленные на концах балансира, соединенного своей средней частью с нижним концом подпружиненного рычага, реализуется новая конструкция колеса, компоновка и взаимодействие элементов которого в совокупности обеспечивают повышение надежности и виброзащитных свойств колеса, а также улучшение плавности хода и опорной проходимости транспортного средства.
Вследствие того, что подпружиненный рычаг и ось пружины установлены с возможностью изменения угла между ними в диапазоне 120÷150°, обеспечивается регрессивная упругая характеристика на опорных катках, что снижает суммарную радиальную жесткость колеса и собственную частоту колебаний транспортного средства на колесах, в результате чего повышаются виброзащитные свойства колеса и улучшается плавность хода транспортного средства.
Наличие балансира с двумя опорными катками обеспечивает более плавное качение колеса и дополнительное увеличение опорной поверхности, что особенно важно для колес больших диаметров.
Благодаря тому, что гидравлический амортизатор выполнен однотрубным и газонаполненным с разделителем жидкости и газа, обеспечивается его надежная работа при любом угле наклона, что повышает стабильность виброзащитных свойств колеса.
Вследствие того, что подпружиненный рычаг и пружина с гидравлическим амортизатором установлены на неподвижной части ступицы колеса снаружи шины, облегчается их монтаж, обслуживание и замена, что повышает ресурс и надежность колеса в целом.
Благодаря тому, что колесо снабжено плотно установленной снаружи шины и закрепленной за обод бесконечной резинокордной лентой с наружными грунтозацепами, обеспечивается возможность замены ленты при ее износе без демонтажа колеса или шины, что ускоряет ремонтные работы и продлевает ресурс работы колеса, повышая надежность его конструкции в целом.
Вследствие того, что ширина ленты больше ширины шины, обеспечивается увеличение опорной поверхности колеса, что улучшает опорную проходимость транспортного средства.
Благодаря тому, что буфер максимального хода сжатия установлен в средней части балки и взаимодействует с нижним концом подпружиненного рычага, обеспечивается уменьшение изгибных нагрузок на подпружиненный рычаг, что повышает надежность работы установленной на колесе подвески опорных катков.
На фиг. 1 изображено предлагаемое колесо транспортного средства; на фиг. 2 - то же, поперечный разрез; на фиг. 3 - упругие характеристики колеса.
Колесо транспортного средства (фиг. 1 и 2) содержит ступицу 1 и обод 2 с пневматической шиной 3.
На неподвижной части ступицы 1 перпендикулярно оси вращения колеса закреплена балка 4, на концах которой имеются проушины 5 и 6. В проушине 5, расположенной на левом конце балки 4, в направлении вращения колеса с помощью оси 7 установлен подпружиненный рычаг 8, на противоположном конце которого через ось 9 установлен балансир 10 с опорными катками 11 и 12 на концах. На конце подпружиненного рычага 8 через ось 13 установлен гидравлический амортизатор 14 с цилиндрической пружиной 15, верхний конец которого через ось 16 соединен с проушиной 6, расположенной на правом конце балки 4. Гидравлический амортизатор выполнен однотрубным и газонаполненным с разделителем жидкости и газа. В средней части балки 4 установлен буфер максимального хода сжатия 17, ограничивающий ход опорных катков 11 и 12 вверх при больших деформациях пневматической шины 3.
Беговая дорожка пневматической шины 3 выполнена гладкой и на ней плотно установлена бесконечная резинокордная лента 18 с наружными грунтозацепами. Лента 18 имеет большую чем у шины 3 ширину и образует с ней выступающий в сторону неподвижной части ступицы 1 боковой бурт 19, с внутренней поверхностью которого в нижней части шины 3 контактируют опорные катки 11 и 12. Для повышения надежности крепления ленты 18 на шине 3 на внутренней поверхности ленты 18 имеются внутренние кольцевые буртики 20 и 21, расположенные на ширине шины 3, а также дополнительные крепления за обод 2, выполненные в виде восьми резиновых ремней 22, равномерно размещенных по периметру колеса.
ст
Пневматическая глина 3 заправляется воздухом до давления, меньше стандартного значения, и поэтому по сравнению с обычной шиной (кривая 23 фиг. 3) имеет пониженную жесткость упругой характеристики (кривая 24 на фиг. 3). При статической деформации колеса h недостающую силу со стороны пневматической шины 3 воспринимают опорные катки 11 и 12, установленные на конце подпружиненного рычага 8. Рычаг 8 образует с осью пружины 15 тупой угол, который при разной деформации шины 3 может изменяться в диапазоне 120÷150°, что обеспечивает регрессивную упругую характеристику на опорных катках 11 и 12 (кривая 25 на фиг. 3) и уменьшает суммарную радиальную жесткость колеса в зоне статического положения (кривая 26 на фиг. 3), которая увеличивается при больших ходах сжатия шины 3 за счет деформации буфера максимального хода сжатия 17 (кривая 27 на фиг. 3).
Предлагаемое колесо транспортного средства работает следующим образом.
ст
При качении колеса по ровной дороге и отсутствии колебаний транспортного средства, деформация h (фиг. 3) нижней части пневматической шины 3 остается практически постоянной. Поэтому внутренний объем шины 3 практически не меняется, а подпружиненный рычаг 8 с опорными катками 11 и 12, установленными на концах балансира 10, находится в неизменном положении относительно ступицы 1 и балки 4. Вследствие этого эксплуатационные характеристики коэффициента сопротивления качению колеса остаются практически неизменными.
При качении колеса по неровной дороге и (или) возникновении вертикальных и угловых колебаний транспортного средства деформация пневматической шины 3 то увеличивается, то уменьшается, что вызывает изменение внутреннего ее объема шины 3 на большую или меньшую величину по сравнению со статической деформацией. При этом возникают переменные вертикальные силы на нижние части шины 3 и бокового бурта 19 бесконечной резинокордной ленты 18, которая плотно установлена на шине 3 между внутренними кольцевыми буртиками 20 и 21 и с помощью восьми ремней 22 закреплена на ободе 2. Под действием этих сил происходит вертикальная деформация нижней части шины 3 и подъем или опускание опорных катков 11 и 12 относительно ступицы 1. При этом рычаг 8, установленный с помощью оси 7 в проушине 5 балки 4, поворачивается против или по ходу часовой стрелки, сжимая или разжимая одновременно пружину 15 и гидравлический амортизатор 14, установленный с помощью осей 13 и 16 на нижнем конце рычага 8 и в проушине 6. При деформациях шины 3 по вертикальной оси колеса, пружина 15 создает на опорных катках 11 и 12 дополнительную упругую силу (кривая 25 на фиг. 3), которая вместе с упругостью шины 3 (кривая 24 на фиг. 3) и сопротивлением гидравлического амортизатора 14 обеспечивает смягчение толчков со стороны дороги и гашение вертикальных и угловых колебаний транспортного средства.
Вследствие того, что угол между рычагом 8 и осью пружины 15 при деформациях шины 3 может изменяться в диапазоне 120÷150°, обеспечивается меньшее сжатие пружины 15 и незначительное увеличение вертикальной силы на опорных катках 11 и 12 при больших радиальных деформациях шины 3, что по сравнению с обычной шиной (кривая 23 на фиг. 3) снижает радиальную жесткость предлагаемого колеса (кривая 26 на фиг. 3) и собственную частоту колебаний транспортного средства на колесах.
Наличие установленного на рычаге 8 с помощью оси 9 балансира 10 с двумя опорными катками 11 и 12 на его концах, обеспечивает более плавное качение колеса 1 и дополнительное увеличение опорной поверхности, что особенно важно для колес больших диаметров.
Благодаря тому, что гидравлический амортизатор 14 выполнен однотрубным и газонаполненным с разделителем жидкости и газа, обеспечивается его надежная работа при любых углах наклона.
Вследствие того, что подпружиненный рычаг 8 и пружина 15 с гидравлическим амортизатором 14 установлены на неподвижной части ступицы 1 колеса снаружи шины 3, облегчается их монтаж и обслуживание, а также повышается надежность конструкции колеса.
Благодаря тому, что бесконечная резинокордная лента 18 имеет большую, чем у шины 3 ширину, обеспечивается увеличение опорной поверхности и снижение удельной нагрузки на грунт, что улучшает опорную проходимость транспортного средства.
Наличие на бесконечной резинокордной ленте 18 внутренних кольцевых буртиков 20 и 21 и восьми ремней 22, соединенных с ободом 2, обеспечивает плотное и надежное крепление ленты 18 снаружи пневматической шины 3, а также ее быстрый демонтаж и замену без снятия колеса с транспортного средства.
При проколе пневматической шины 3 воздух из ее внутренней полости выходит в атмосферу, что приводит к сжатию пружины 15 вместе с гидравлическим амортизатором 14 до упора рычага 8 в буфер максимального хода сжатия 17, который частично деформируется, воспринимая вместе с пружиной 15 всю нагрузку на колесо (кривая 27 на фиг. 3). В результате деформация шины увеличивается до значения hi (фиг. 3), которая не превышает половины полного прогиба шины 3 до обода 2, что обеспечивает возможность движения машины с небольшой скоростью без разрушения шины 3.
Таким образом, за счет того, что в колесе подпружиненный рычаг установлен в левой проушине балки, расположенной сбоку шины и закрепленной своей средней частью за неподвижную часть ступицы перпендикулярно оси вращения колеса, нижние концы пружины и гидравлического амортизатора установлены на нижнем конце подпружиненного рычага, верхние концы пружины и гидравлического амортизатора установлены в правой проушине балки, буфер максимального хода сжатия установлен в средней части балки и взаимодействует с нижним концом подпружиненного рычага, а колесо снабжено плотно установленной снаружи шины и закрепленной за обод бесконечной резинокордной лентой с наружными грунтозацепами, ширина которой превышает ширину шины, образуя с ней выступающий в сторону неподвижной части ступицы боковой бурт, с внутренней поверхностью которого в нижней части шины контактируют опорные катки, установленные на концах балансира, соединенного своей средней частью с нижним концом подпружиненного рычага, при этом подпружиненный рычаг и ось пружины установлены с возможностью изменения угла между ними в диапазоне 120÷150°, а гидравлический амортизатор выполнен однотрубным и газонаполненным с разделителем жидкости и газа, достигается заявленный технический результат предлагаемого изобретения, заключающийся в повышении надежности и виброзащитных свойств колеса, обеспечивающего улучшение плавности хода и опорной проходимости транспортного средства.