КОЛЕСО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
VEHICLE WHEEL

Предлагаемое колесо относится к колесам транспортных средств с пневматическими шинами, внутренним подрессориванием и встроенным понижающим обороты редуктором, предназначенным для колесных тракторов, комбайнов, экскаваторов и других колесных бесподвесочных машин.
Известно автомобильное колесо, состоящее из пневматической шины, обода, ступицы и соединительных элементов (Автомобиль. Основы конструкции. - М: Машиностроение, 1986, с. 170).
Известно колесо с внутренним подрессориванием, содержащее пневматическую шину и раздельно выполненные диск колеса и обод, соединенные между собой упругими элементами, выполненными в виде незамкнутого кольца с возможностью скручивания относительно жесткого крепления к ободу (патент РФ №2438878, кл. В60В 9/08, В60В 9/02, В60В 9/28, В60С 7/20, опубл. 2012 г.).
Недостатками данных колес являются относительно низкие их упругие и демпфирующие свойства, что ограничивает плавность хода машины. Кроме того, вследствие одинаковой угловой скорости вращения ступицы и обода данные колеса имеют ограниченный тяговый момент, что снижает тяговые свойства машины.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является колесо транспортного средства, содержащее ступицу и обод, связанные между собой упругими связями, выполненными в виде радиальных стоек, подпружиненных относительно ступицы и снабженных на концах со стороны обода парой рычагов с опорными катками, подпружиненными относительно осей вращения, которые смещены в сторону обода (патент РФ №2279354, кл. В60В 9/06, опубл. 2006 г.).
Данное колесо имеет сравнительно низкий технический уровень, обусловленный высокой жесткостью обода, непосредственно контактирующего с поверхностью дороги, а также высокой жесткостью упругих элементов между ободом и ступицей, воспринимающих всю нагрузку на колесо, что приводит к снижению плавности хода транспортного средства. Кроме того, вследствие одинаковой угловой скорости вращения ступицы и обода данное колесо имеет ограниченный тяговый момент, что снижает тяговые свойства машины.
В этой связи важнейшей задачей является создание новой конструкции колеса транспортного средства, обеспечивающей повышение его упруго-демпфирующих свойств и крутящего момента за счет того, что обод выполнен разъемным в виде левого и правого дисков, которые соединены между собой с помощью бортовой передачи, реализующей синхронное вращение дисков с повышенным крутящим моментом на колесе, и между которыми установлена пружинно-гидравлическая подвеска с двумя опорными катками, контактирующими в нижней части с внутренней поверхностью пневматической шины, установленной своими бортами на левом и правом дисках, и воспринимающими часть нагрузки на колесо.
Техническим результатом заявленного изобретения является повышение плавности хода и тяговых свойств колесных бесподвесочных машин.
Указанный технический результат достигается тем, что в колесе транспортного средства, содержащем ступицу обод и подпружиненный рычаг с опорными катками на конце, обод выполнен разъемным в виде левого и правого дисков, соединенных между собой с помощью бортовой передачи, включающей колесный редуктор, 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, зубчатые колеса имеют одинаковые числа и модули зубьев, паразитные шестерни имеют одинаковые числа и модули зубьев, числа зубьев паразитных шестерен меньше чисел зубьев зубчатых колес, пневматическая шина заправлена сжатым воздухом под давлением, ниже стандартного значения, а опорные катки с пружиной воспринимают недостающее усилие со стороны пневматической шины.
Указанное изобретение отличается тем, что обод выполнен разъемным в виде левого и правого дисков, между которыми установлен подпружиненный рычаг с гидравлическим амортизатором внутри пружины и двумя опорными катками, контактирующими в нижней части с внутренней поверхностью пневматической шины, установленной своими бортами на левом и правом дисках, и воспринимающими часть нагрузки на колесо. В результате снижается радиальная жесткость колеса и повышается его демпфирующие и тяговые свойства, что в итоге повышает плавность хода и тяговые свойства колесной машины.
Благодаря тому, что в колесе зубчатые колеса имеют одинаковые числа и модули зубьев, паразитные шестерни имеют одинаковые числа и модули зубьев, числа зубьев паразитных шестерен меньше чисел зубьев зубчатых колес, обеспечивается возможность синхронного вращения левого и правого дисков обода вместе с пневматической шиной относительно неподвижной ступицы и повышение крутящего момента колеса на величину, равную отношению чисел зубьев между зубчатым колесом и паразитной шестерней, что в итоге повышает тяговые свойства машины.
Вследствие того, что 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, 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, обеспечивается повышение демпфирующих свойств колеса, а также ограничение прогиба шины и возможность движения машины с малой скоростью при проколе колеса.
Благодаря тому, что внутренняя полость обода сообщена с внутренней полостью пневматической шины, которая заправлена сжатым воздухом под давлением, ниже стандартного значения, а опорные катки с пружиной воспринимают недостающее усилие со стороны пневматической шины, обеспечивается снижение радиальной жесткости шины и колеса в целом, что приводит к снижению собственной частоты колебаний машины на колесах.
Таким образом, указанная совокупность признаков обеспечивает повышение плавности хода и тяговых свойств колесных бесподвесочных машин.
На фиг. 1 изображено предлагаемое колесо транспортного средства, поперечный разрез; на фиг. 2 - то же, продольный разрез; на фиг. 3 - упругие характеристики колеса.
Колесо транспортного средства (фиг. 1 и 2) содержит разъемный обод, выполненный в виде левого 1 и правого 2 дисков с посадочными полками под левый и правый борта пневматической шины 3, которые кинематически соединены между собой с помощью бортовой передачи. Бортовая передача включает колесный редуктор 4, в корпусе которого на полой неподвижной ступице 5 коаксиально установлен наружный вал 6, выполненный в виде трубы. Левый конец вала 6 соединен с правым диском 2, а на правом его конце закреплено левое зубчатое колесо 7. Внутри полой неподвижной ступицы 5 установлен внутренний вал 8, левый конец которого соединен с левым диском 1, а на правом его конце закреплено правое зубчатое колесо 9. Наружный вал 6 установлен на подшипниках 10 и 11, а внутренний вал 8 - на подшипниках 12, 13 и 14. Неподвижные кольца подшипников 10, 11 и 12, 13 установлены снаружи и внутри неподвижной ступицы 5, соответственно. Неподвижное наружное кольцо подшипника 14 установлено на внутренней торцевой стенке корпуса колесного редуктора 4. В качестве подшипников 10, 11, 12, 13 и 14 могут применятся шариковые, роликовые или игольчатые подшипники.
Левое и правое зубчатые колеса 7 и 9 соединены между собой посредством двух паразитных шестерен 15 и 16, закрепленных на входном валу 17, установленном в корпусе колесного редуктора 4 на подшипниках 18 и 19 и соединенном с приводом вращения колеса.
На левом конце ступицы 5 в плоскости вращения колеса закреплена проушина 20, выполненная в виде двух пластин, между которыми на оси 21 установлен подпружиненный рычаг 22 с двумя опорными катками 23, 24 на конце, контактирующими в нижней части с внутренней поверхностью пневматической шины 3 по вертикальной оси колеса. Внутри пружины 25 установлен гидравлический амортизатор 26. Нижние концы амортизатора 26 и пружины 25 соединены со средней частью рычага 22, а их верхние концы -со средней частью проушины 20, на которой установлен буфер 27 максимального хода опорных катков 23, 24 вверх.
Левое 7 и правое 9 зубчатые колеса имеют одинаковые числа и модули зубьев, паразитные шестерни 15, 16 также имеют одинаковые числа и модули зубьев, что обеспечивает синхронное вращение левого 1 и правого 2 дисков обода вместе с пневматической шиной 3 в одну сторону. При этом, числа зубьев паразитных шестерен 15,16 меньше чисел зубьев левого 7 и правого 9 зубчатых колес, что обеспечивает повышение крутящего момента колеса на величину, равную отношению чисел зубьев зубчатых колес 7, 9 и паразитных шестерен 15, 16.
ст
ст
Пневматическая шина 3 заправлена сжатым воздухом под давлением, ниже стандартного значения, и поэтому она воспринимает часть нагрузки на колесо (кривая 1 на фиг. 3). Оставшуюся часть нагрузки на колесо воспринимают опорные катки 23, 24 и пружина 25 (прямая 2 на фиг. 3). В результате этого, а также вследствие того, что внутренняя полость обода сообщена с внутренней полостью пневматической шины, упругая характеристика колеса (кривая 3 на фиг. 3) имеет значительно меньшую жесткость, чем обычное колесо с неразрезным ободом и шиной, заправленной до стандартного значения (кривая 4 на фиг. 3), что обеспечивает снижение собственной частоты колебаний машины на колесах при том же статическом прогибе шины h под статической нагрузкой P. При проколе шины 3 нагрузку на колесо воспринимают пружина 25 и буфер 27 (прямая 2 и кривая 5 на фиг. 3).
Герметичность кольцевых зазоров между ступицей 5, наружным 6 и внутренним 8 валами обеспечивают манжеты 28 и 29, а герметичность входного вала 17 - манжета 30.
Предлагаемое колесо транспортного средства работает следующим образом.
Крутящий момент от привода вращения колеса через входной вал 17, опирающийся на шариковые подшипники 18, 19, передается посредством двух паразитных шестерен 15, 16 и зубчатых колес 7, 9 на валы 6 и 8, установленные в корпусе колесного редуктора 4. В результате этого разъемный обод, выполненный в виде левого 1 и правого 2 дисков с посадочными полками под левый и правый борта шины 3, вращается относительно ступицы 5 вместе с пневматической шиной 3 в одном направлении. При этом опорные катки 23 и 24 катятся в нижней части по внутренней поверхности шины 3, воспринимая часть вертикальной нагрузки на колесо. Герметичность вращающихся валов 6, 8 и 17 обеспечивают манжеты 28, 29 и 30.
ст
При качении колеса по ровной дороге и отсутствии колебаний транспортного средства деформация нижней части пневматической шины 3 остается практически постоянной и равной h (фиг. 3). Поэтому внутренний объем шины практически не меняется, а подпружиненный относительно оси 21 рычаг 22 с двумя опорными катками 23, 24 находится в неизменном положении относительно ступицы 5 и проушины 20. Вследствие этого эксплуатационные характеристики коэффициента сопротивления качению колеса, вращающегося на подшипниках 10, 11, 12, 13 и 14 относительно корпуса транспортного средства, остаются практически неизменными. При этом вследствие того, что числа зубьев паразитных шестерен 15 и 16, соединенных входным валом 17 с приводом вращения колеса, меньше чисел зубьев левого 7 и правого 9 зубчатых колес, обеспечивается повышение крутящего момента колеса.
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 на большую или меньшую величину по сравнению со статической деформацией. При этом возникают переменные вертикальные силы на нижнюю часть шины 3, на которую опираются опорные катки 23 и 24. Под действием этих сил подпружиненный относительно оси 21 рычаг 22 поворачивается по или против хода часовой стрелки, сжимая или разжимая одновременно пружину 25 и гидравлический амортизатор 26 от их статического положения. При этом опорные катки 23 и 24, установленные на конце подпружиненного рычага 22, свободно проходят между левым 1 и правым 2 дисками, не касаясь бортов шины 3. При деформациях шины 3 и пружины 25 по вертикальной оси колеса создается упругая сила (кривая 3 на фиг. 3), которая вместе с сопротивлением амортизатора 26 обеспечивает смягчение толчков со стороны дороги и гашение вертикальных и угловых колебаний транспортного средства.
1
При проколе шины 3 воздух из ее внутренней полости выходит в атмосферу, деформация нижней части пневматической шины 3 увеличивается до h, что приводит к повороту относительно оси 21 подпружиненного рычага 22 по ходу часовой стрелки и дополнительному сжатию пружины 25 вместе с гидравлическим амортизатором 26 до упора рычага 22 в буфер 27, который частично сжимается, воспринимая вместе с пружиной 25 всю нагрузку на колесо (фиг. 3). В результате обеспечивается возможность движения машины с небольшой скоростью.
Таким образом, достигается заявленный технический результат предлагаемого изобретения, состоящий в повышении плавности хода и тяговых свойств колесных бесподвесочных машин.