Колесо транспортного средства

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Михайлов Валерий Валерианович(72) Автор Михайлов Валерий Валерианович(73) Патентообладатель Михайлов Валерий Валерианович(57) 1. Колесо транспортного средства, содержащее обод с эластичной шиной, имеющий дисковую часть, ступицу с подшипниковыми гнездами, отличающееся тем, что ступица установлена с возможностью поворота относительно обода и шины, причем подшипниковые гнезда ступицы выполнены с эксцентриситетом друг относительно друга. 2. Колесо по п. 1, отличающееся тем, что ступица выполнена с возможностью регулирования эксцентриситета подшипниковых гнезд. 3. Колесо по п. 1, отличающееся тем, что выполнено с возможностью регулирования углового положения ступицы относительно корпуса.(56) 1. Предложения в Правила ЕЭК ООН 30 и 54 О коэффициенте сопротивления качению шин. Неофициальный документ ООН-58-10. 58-я сессия , 2023 сентября 2005. 2. Тарновский В.Н., Гудков В.А., Третьяков О.Б. Как увеличить пробег шин. Советы автолюбителям. - М. Транспорт, 1993. 3. Кнороз В.И., Кленников Е.В. Шины и колеса. - М. Машиностроение, 1975. - 183 с. 4. Заявка РФ 2228273, 2004. 5. Заявка РФ 2184887, 2002. 6. Гришкевич А.И. Автомобили Теория Учебник для вузов. - Мн. Вышэйшая школа,1986. - С. 17-20. 46012008.08.30 Полезная модель относится к области транспортного машиностроения и может быть использована в конструкциях колес наземных транспортных средств и летательных аппаратов. В настоящее время тепловой эффект от сопротивления качения шин движущихся машин сопоставим с тепловым эффектом всей промышленности 1. Рассеивая значительную мощность, силы сопротивления качению шинного парка оказывают негативное воздействие, заключающееся, главным образом, в расходовании энергии на преодоление сил сопротивления движению и механической деструкции шины практически на всех режимах движения разгона, торможения, установившегося и криволинейного движения. Преодоление этой силы напрямую связано с безопасностью и надежностью транспортного средства 1. Повышение сопротивления качению шины ухудшает ее качественные показатели и может привести к преждевременному выходу из строя 1. Энергию, затрачиваемую на качение колеса, оценивают силой сопротивления качению или мощностью потерь на него 2. В свою очередь, сила сопротивления качению определяется коэффициентом сопротивления качению, который не является постоянным и зависит от ряда конструктивных, технологических и эксплуатационных факторов. На величину коэффициента сопротивления качению оказывают влияние конструкция колеса, материал шины, скорость движения транспортного средства, комплекс приложенных внешних сил и моментов, дорожные и метеорологические условия. Опытом конструирования и исследования колес и шин установлено, что потери сопротивления качению колеса при его движении зависят от внутреннего трения материала шины и способности рассеивания энергии в нем 3. При определении коэффициента сопротивления качению следует учесть, что определяющим видом нагрузки является нормальная нагрузка на колесо 3, с. 115. Потери на трение возможно также оценивать коэффициентом сопротивления качению 3, с. 119. В настоящее время в конструкциях колес транспортных средств преобладает неразборное соединение обода, служащего для закрепления шины, с диском и ступицей 3,с. 176. Возможности изменения характеристик продемонстрированы в конструкции колеса с внутренним подрессориванием транспортного средства повышенной проходимости 4. Колесо состоит из обода, несущего эластичную шину, и ступицы. Ступица и обод соединены между собой упругими элементами, изготовленными в виде дуг постоянного радиуса из упругого материала. Для ограничения бокового смещения обода относительно ступицы служат ограничительные диски. Техническим результатом является повышение плавности хода транспортного средства за счет снижения массы колесного движителя и достижение упругого перемещения ступицы относительно обода. Однако данная конструкция преимущественно создает эффект подрессоривания масс лишь в вертикальной области, поскольку жесткость и геометрия упругих элементов идентична по длине окружности обода, что практически не влияет на сопротивления качению колеса. Наиболее близким аналогом по технической сущности к заявляемой полезной модели является колесо транспортного средства 5. Колесо содержит обод, несущий эластичную шину и имеющий дисковую часть, ступицу с подшипниковыми гнездами и средство фиксации подшипника от осевого смещения, установленное в расточке ступицы и взаимодействующее с наружным кольцом подшипника. Средство фиксации подшипника выполнено в виде кольца. Такая конструкция позволяет колесу выполнять основные функции, т.е. воспринимать вертикальные, боковые, тангенциальные нагрузки, деформироваться при действии нагрузки и восстанавливаться после деформации, поглощая и демпфируя при этом энергию возникающих колебаний. 2 46012008.08.30 Основным недостатком конструкции является отсутствие возможности уменьшения силы сопротивления качению при качении колеса в ведущем или ведомом режимах и увеличения силы сопротивления качению при торможении. Задача, решаемая полезной моделью, заключается в расширении эксплуатационных свойств колеса. Поставленная задача решается тем, что в известной конструкции колеса транспортного средства, содержащего обод с эластичной шиной, имеющий дисковую часть, ступицу с подшипниковыми гнездами, ступица установлена с возможностью поворота относительно обода и шины, причем подшипниковые гнезда ступицы выполнены с эксцентриситетом друг относительно друга. Ступица может быть выполнена с возможностью регулирования эксцентриситета подшипниковых гнезд. Колесо может быть выполнено с возможностью регулирования углового положения ступицы относительно корпуса. Техническое решение поставленной задачи состоит в адаптивном регулировании величины смещения линии действия вертикальной силы и линии действия реакции опорной площадки для ведомого или ведущего режимов качения колеса и максимальном увеличении такого смещения для режима торможения. Благодаря возможности изменить во время качения колеса положение обода относительно ступицы, а ступицы относительно корпуса становится возможным изменить геометрию действия приложенных к элементам колеса сил и моментов. На фиг. 1 представлена схема конструктивного исполнения колеса транспортного средства. Фиг. 2 - схема действующих на колесо моментов при движении в ведомом режиме при отсутствии регулировки по аналогии с 6. Фиг. 3 - схема действующих на колесо моментов при движении в тормозном режиме при отсутствии регулировки по аналогии с 6. Фиг. 4 - схема действующих на колесо моментов при движении в ведущем режиме при отсутствии регулировки по аналогии с 6. Колесо содержит обод 1 и смонтированную на нем эластичную шину 2. Элементы 1 и 2 смонтированы на ободе 3, который, в свою очередь, установлен с возможностью вращения относительно ступицы 4 посредством подшипника (или подшипников, позиция подшипника отдельно не показана), смонтированного в одном подшипниковом гнезде - в дальнейшем подшипниковый узел 5. Посредством подшипника (подшипники, отдельно не показаны), расположенного в другом подшипниковом гнезде 6 (в дальнейшем подшипниковый узел 6) ступица 4 монтируется в корпусе 7 остова 8 машины (не показана). Для упрощения конструкции корпус 7 имеет возможность поворота относительно остова 8 посредством, например, механизма 9 червячного типа. Для передачи крутящего момента(случай движения колеса в ведущем режиме) предусмотрено неподвижное крепление дисковой части 3 колеса с полуосью 10. Колесо движется по опорной поверхности 11. Возможность регулирования эксцентриситета достигается заменой ступицы 4. Регулирование углового положения ступицы 4 относительно корпуса 7 и остова 8 производится вращением ведущего звена (не показано) механизма 9 червячного типа. Работает регулируемое колесо следующим образом. Ступица 4 имеет возможность относительного поворота как в подшипниковом узле 5,так и в подшипниковом узле 6, что позволяет изменить положение обода 1 и шины 2 относительно корпуса 7. Обозначим на фиг. 2, 3, 4 квадрантами , , ,положение центра подшипникового узла 6 ступицы 4 относительно центра подшипникового узла 5 ступицы 4 (центра колеса). На фиг. 2, 3, 4 обозначено- вертикальная составляющая нагрузки, действующей на колесо со стороны ступицы Т - горизонтальная составляющая нагрузки, действующей на 3 46012008.08.30 колесо со стороны ступицы в случае ведомого (фиг. 2) и тормозного (фиг. 3) режимов движения колеса совпадает с направлением вектора скорости. В случае движения колеса в ведущем (фиг. 4) режиме вектор Т противоположен направлению вектора скорости. Также обозначено- радиус качения колеса е - величина эксцентриситета установки подшипникового узла 5 и подшипникового узла 6 ступицы 4- угол между линией эксцентриситета, проведенной через центры подшипникового узла 5, подшипникового узла 6 и направлением вектора скорости колеса сц - сцепной вес колеса или вертикальная составляющая силы на колесо со стороны опорной поверхности 11- горизонтальная составляющая силы на колесо со стороны опорной поверхности 11, реализующая переменные сцепные свойства шины 2 с опорной поверхностью 11 а - плечо приложения вертикальной составляющей силы сц на колесо со стороны опорной поверхности 11 коэффициент сопротивления качению обозначен . Для классического случая качения колес, как приведено в 6, линия действия силыпроходит через центр вращения колеса (обода 1, шины 2 и дисковой части 3, подшипникового узла 5) параллельно на величину а, вызываемую деформацией шины и опорной поверхности, от точки приложения усилия сц, что является причиной появления момента сопротивления качению М колеса и, следовательно, потерь энергии на качение. Техническое решение полезной модели состоит в адаптивном регулировании величины а совмещением линий действия сили сц для ведомого или ведущего режима качения колеса и его максимальном увеличении для режима торможения, когда необходимо получить максимальное пятно контакта шины с опорной поверхностью. А) Ведомый режим движения колеса (фиг. 2). Для данного режима движения результирующая сил нагрузкии горизонтальной составляющей Т будет проходить через центр колеса (обода 1, шины 2, дисковой части 3,подшипникового узла 5) и -й квадрант. Уравнение сил относительно точки, расположенной на опорной поверхности и проходящей через центр колеса будет иметь вид сц( -). Поскольку из 6 следует, что,то величина момента сопротивления качению будет равнасц( -). Регулирование можно осуществлять как изменением конструктивного параметра е,так и изменением угла . Регулирование можно производить перед движением, т.е. предварительно, так и осуществлять его корректировку в процессе движения. Если регулирование производится предварительно, т.е. условия движения ранее известны, то по коэффициентудля каждого выбранного конструктивного параметра е,нагрузкиподбирают уголэмпирически или на основании расчетов так, чтобы момент сопротивления (или реактивный момент на механизме 9) был минимальным. Аналогично поступают и во втором случае с той лишь разницей, что для действующей нагрузкии конструктивного параметра е регулируют уголтак, чтобы момент сопротивления (реактивный момент механизма 9) был минимальным или близким нулевому значению. Минимизация момента сопротивления напрямую связана с минимизацией затрат энергии на качение колеса. Б) Тормозной режим движения колеса (фиг. 3). Для данного режима движения результирующая сил нагрузкии горизонтальной составляющей Т будет проходить через центр колеса (обода 1, шины 2 дисковой части 3,подшипникового узла 5) и -й квадрант аналогично варианту, описанному выше в п. А 46012008.08.30 Для случая торможения необходимо максимально использовать возможности увеличения площади пятна контакта и сцепные качества шины с грунтом. Поэтому необходимо максимально увеличить величину а с учетом направления движения машины путем регулирования углаи перевода центра подшипниковогоузла 6 в квадрантили , т.е. сторону, противоположную вектору скорости. Для действующей нагрузкии конструктивного параметра е регулируют уголтак,чтобы момент сопротивления качению колеса (торможения равен реактивному моменту на механизме 9) был по возможности максимальным. Максимизация момента непосредственно связана с эффективностью торможения. В комбинации с блокировкой или торможением обода 1 с шиной 2 относительно остова 8 можно достичь максимального эффекта и значительно повысить безопасность транспортных средств. В) Ведущий режим движения колеса (фиг. 4). Для данного режима движения результирующая сил нагрузкии горизонтальной составляющей Т будет проходить через центр колеса (обода 1, шины 2, дисковой части 3,подшипникового узла 5) и -й квадрант. Сопротивление качению в данном случае будет возрастать в связи с большей деформацией шины. Регулирование можно задавать как предварительно по известным параметрам нагрузки и типу поверхности (известен коэффициент сопротивлением качению ), так и производить его корректировку в процессе движения. В первом случае (предварительное задание) для известных условий движения по коэффициентудля каждого выбранного конструктивного параметра е, нагрузкиустанавливают уголэмпирически или на основании расчетов так, чтобы момент сопротивления(реактивный момент на механизме 9) был минимальным. Во втором случае для действующей нагрузкии конструктивного параметра е регулируют уголтак, чтобы при движении накатом (случай нулевой величины момента привода ведущих колес) момент сопротивления (или реактивный момент на механизме 9) был минимальным. Минимизация момента сопротивления напрямую связана с минимизацией затрат энергии на качение колеса. Предлагаемая конструкция колеса является удобным объектом для последующей модернизации и многопараметрического контроля и управления качеством процесса качения. Предлагаемая конструкция позволяет расширить эксплуатационные свойства колеса,снижает сопротивление качению колеса для ведомого и ведущего режимов движения и улучшает сцепные свойства при торможении, что позволяет экономить топливо в сравнении с обычными конструкциями. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 6