Колесо транспортного средства

Колесо включает обод с ребордами, центральную ступичную часть, по крайней мере три пары спиц, соединяющих обод со ступичной частью с увеличивающимися к последней толщиной и высотой и с боковыми поверхностями каждой пары в виде обращенных друг к другу одноименных выпуклых и вогнутых в плоскости, перпендикулярной оси колеса, поверхностей, сопряженных между собой и с поверхностью ступичной части поверхностями, симметричными относительно плоскости, проходящей через ось колеса и биссектрису угла между осями смежных спиц, с чередующимися по величине радиусами кривизны. Упомянутые вогнутые поверхности сопряжены с ободом в точках, расположенных на ободе на расстоянии от оси спицы, равном 0,5-1,0 минимальной ее толщины, и со ступичной частью через точки их касания с одними из упомянутых сопрягающих поверхностей. При этом упомянутые выпуклые поверхности сопряжены с ободом в точках, соответствующих минимальной толщине спицы, и со ступичной частью через точки их касания с другими упомянутыми сопрягающими поверхностями, при этом величины чередующихся радиусов кривизны определены определенной зависимостью. В результате оптимизации длины спиц снижается уровень температурных напряжений и соответственно облегчается колесо при сохранении прочности. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Предполагаемое изобретение относится к транспортным средствам и может быть использовано при разработке конструкции преимущественно автомобильных и мотоциклетных колес.

Известно колесо транспортного средства, включающее обод с ребордами, центральную ступичную часть, спицы, соединяющие обод со ступичной частью с увеличивающимися к последней толщиной и высотой и с боковыми поверхностями каждой пары спиц, выполненными по дуге окружности и сопряженными между собой и поверхностью ступицы дугами окружности с центром в плоскости, проходящей через биссектрису угла между смежными спицами (Патент РФ №2077993, кл. В 60 В 3/06, опубл. 1997 г.).

Недостатком этого колеса является малая жесткость, особенно при диаметрах колес свыше 14'', из-за неравномерности распределения по ободу точек сопряжения его со спицами.

Увеличение числа спиц приведет к существенному утяжелению колеса.

Известно также колесо транспортного средства, включающее обод с ребордами, центральную ступичную часть, по крайней мере три пары спиц, соединяющих обод со ступичной частью с увеличивающейся к последней толщиной и высотой и с боковыми поверхностями каждой пары в виде обращенных друг к другу одноименных выпуклых и вогнутых в плоскости, перпендикулярной оси колеса, поверхностей, сопряженных между собой и с поверхностью ступичной части поверхностями, симметричными относительно плоскости, проходящей через ось колеса и биссектрису угла между осями смежных спиц, с чередующимися по величине радиусами кривизны (Патент PФ №2130385, кл. В 60 В 3/06, опубл. 1999 г. - прототип).

Недостатком этого колеса является относительно малая длина спиц, что увеличивает тепловые напряжения при эксплуатации в экстремальных условиях и сужает область применения колес.

Предлагаемое колесо транспортного средства, включающее обод с ребордами, центральную ступичную часть, по крайней мере три пары спиц, соединяющих обод со ступичной частью с увеличивающимися к последней толщиной и высотой и с боковыми поверхностями каждой пары в виде обращенных друг к другу одноименных выпуклых и вогнутых поверхностей в плоскости, перпендикулярной оси колеса, сопряженных между собой и с поверхностью ступичной части поверхностями, симметричными относительно плоскости, проходящий через ось колеса и биссектрису угла между осями смежных спиц, с чередующимися по величине радиусами кривизны.

Предлагаемое колесо отличается тем, что упомянутые вогнутые поверхности сопряжены с ободом в точках, расположенных на ободе на расстоянии от оси спицы, равном 0,5-1,0 минимальной ее толщины, и со ступичной частью через точки их касания с одними из упомянутых сопрягающих поверхностей, при этом упомянутые выпуклые поверхности сопряжены с ободом в точках, соответствующих минимальной толщине спицы, и со ступичной частью через точки их касания с другими упомянутыми сопрягающими поверхностями, при этом величины чередующихся радиусов кривизны определены зависимостью

где R₁ и R₂ - радиусы кривизны поверхностей, сопрягающих соответственно упомянутые вогнутые и выпуклые поверхности со ступичной частью в точках, лежащих в одной плоскости, перпендикулярной оси колеса,

а величины радиусов кривизны упомянутых боковых поверхностей определены соотношением

где R₃ и R₄ - радиусы кривизны соответственно упомянутых вогнутой и выпуклой поверхностей в точках, лежащих в одной плоскости, перпендикулярной оси колеса,

при этом в каждой плоскости, перпендикулярной оси колеса, расстояние по любой дуге с центром на оси колеса от упомянутой плоскости симметрии до вогнутой боковой поверхности спицы меньше, чем расстояние по той же дуге до оси спицы.

Предлагаемое колесо может отличаться тем, что упомянутые боковые поверхности выполнены линейчатыми, при этом их прямолинейные образующие параллельны оси колеса или наклонены относительно линии, параллельной оси колеса, на угол, равный 30'-25°, или тем, что образующие упомянутых боковых поверхностей выполнены в виде плоских кривых, а касательные к последним наклонены относительно линии, параллельной оси колеса, на угол, равный 30'-45°.

Технический результат - оптимизация относительной длины спиц. Это позволяет при эксплуатации в экстремальных условиях, преимущественно в спортивных автомобилях, существенно снизить уровень температурных напряжений и, соответственно, облегчить колесо при сохранении требуемой прочности в условиях динамического нагружения.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где

на фиг.1 - построение основного фрагмента колеса в плоскости, перпендикулярной его оси, при сопряжении выпуклой боковой поверхности спицы с ободом в точке, лежащей на оси спицы;

на фиг.2 - то же при сопряжении выпуклой и вогнутой боковых поверхностей спицы с ободом в точках, симметричных относительно оси спицы;

на фиг.3 - типовое построение поперечного сечения спицы со сторон:

А-А - вогнутой в плоскости, перпендикулярной оси колеса, боковой поверхности спицы,

В-В - выпуклой в плоскости, перпендикулярной оси колеса, боковой поверхности спицы,

где а - вариант с прямолинейной, параллельной оси колеса, образующей,

в - то же с наклонной относительно линии, параллельной оси колеса, образующей,

с - то же с криволинейной образующей.

Предлагаемое колесо состоит из обода 1 с ребордами 2, центральной ступичной части 3 и спиц 4, ограниченных вогнутыми в плоскости, перпендикулярной оси колеса, поверхностями 5 и 6, и выпуклыми в той же плоскости поверхностями 7 и 8. Поверхности 5 и 6 смежных спиц сопряжены поверхностью 9, симметричной относительно плоскости, проходящей через ось колеса и биссектрису угла между осями смежных спиц, а поверхности 7 и 8 смежных спиц сопряжены поверхностью 10, также симметричной относительно плоскости, проходящей через ось колеса и соответствующую биссектрису. Высота и толщина спиц выполнены увеличивающимися по направлению от обода к ступичной части. Упомянутые вогнутые поверхности 5 и 6 сопряжены с ободом 1 в точках, расположенных на ободе на расстоянии а от оси спицы, равном 0,5-1,0 минимальной ее толщины в.

Упомянутые выпуклые поверхности сопряжены с ободом в точках, соответствующих минимальной толщине спицы.

На фиг.1 а=в, а на фиг.2 а=0,5в.

Величины чередующихся радиусов кривизны поверхностей 9 и 10 определены зависимостью

где R₁ и R₂ - радиусы кривизны соответственно поверхностей 9 и 10 в точках, лежащих в одной плоскости, перпендикулярной оси колеса.

Величины радиусов кривизны боковых поверхностей 6 и 7 определены соотношением

где R₃ и R₄ - радиусы кривизны соответственно поверхностей 6 и 7 в точках, лежащих в одной плоскости, перпендикулярной оси колеса.

В каждой плоскости, перпендикулярной оси колеса, расстояние по любой дуге с центром на оси колеса от плоскости симметрии поверхности 9 до вогнутой боковой поверхности 6 спицы меньше, чем расстояние по той же дуге до оси спицы. То есть поверхность 6 и плоскость, проходящая через оси колеса и спицы, не пересекаются.

Как показано на фиг.3, упомянутые боковые поверхности выполнены с прямолинейными образующими - параллельными оси колеса или наклонными относительно линии, параллельной оси колеса, - либо с плоскими криволинейными образующими.

Угол наклона α прямолинейных образующих выбран из диапазона 30’-25°, а криволинейные образующие выполнены с углом наклона β касательных к ним относительно линии, параллельной оси колеса, равным 30'-45°.

Было изготовлено три партии колес из алюминиевого сплава серии 6061 следующих размеров.

Партия №1.

Колесо размера 10''×15''.

Данные в мм.

Д₁=415;

Д₂=373;

Д₃=343;

R₅=170;

а=0,6 в; а=7,2; в=12.

Число спиц n=10 (пять пар).

Масса колеса 6,500 кг.

Прямолинейная образующая параллельна оси колеса.

Партия №2.

Колесо размера 10''×15''.

Д₁=415;

Д₂=373;

Д₃=343;

R₅=170;

a=0,6 в.

Число спиц=10 (пять пар).

Масса колеса 6,500 кг.

Прямолинейная образующая наклонена к прямой, параллельной оси колеса, на угол α=10°-35°.

Партия №3.

Колесо размера 7''×15''.

Д₁=415;

Д₂=373;

Д₃=343;

а=в.

Число спиц n=10 (пять пар).

Масса колеса 6,300 кг.

Касательная к плоской криволинейной образующей наклонена к прямой, параллельной оси колеса, на угол β=2°-39°.

Проведенные испытания изготовленных колес показали, что при снижении массы колеса на 8% и тех же эксплуатационных нагрузках, что у колес по конструкции - прототипу, в экстремальных условиях (спортивные автомобили) надежность сохранена.

1. Колесо транспортного средства, включающее обод с ребордами, центральную ступичную часть, по крайней мере три пары спиц, соединяющих обод со ступичной частью с увеличивающимися к последней толщиной и высотой и с боковыми поверхностями каждой пары в виде обращенных друг к другу одноименных выпуклых и вогнутых в плоскости, перпендикулярной оси колеса, поверхностей, сопряженных между собой и с поверхностью ступичной части поверхностями, симметричными относительно плоскости, проходящей через ось колеса и биссектрису угла между осями смежных спиц, с чередующимися по величине радиусами кривизны, отличающееся тем, что упомянутые вогнутые поверхности сопряжены с ободом в точках, расположенных на ободе на расстоянии от оси спицы, равном 0,5÷1,0 минимальной ее толщины, и со ступичной частью через точки их касания с одними из упомянутых сопрягающих поверхностей, при этом упомянутые выпуклые поверхности сопряжены с ободом в точках, соответствующих минимальной толщине спицы, и со ступичной частью через точки их касания с другими упомянутыми сопрягающими поверхностями, при этом величины чередующихся радиусов кривизны определены зависимостью

где R₁ и R₂ - радиусы кривизны поверхностей, сопрягающих соответственно упомянутые вогнутые и выпуклые поверхности со ступичной частью в точках, лежащих в одной плоскости, перпендикулярной оси колеса,

а величины радиусов кривизны упомянутых боковых поверхностей определены соотношением:

где R₃ и R₄ - радиусы кривизны соответственно упомянутых вогнутой и выпуклой поверхностей в точках, лежащих в одной плоскости, перпендикулярной оси колеса,

при этом в каждой плоскости, перпендикулярной оси колеса, расстояние по любой дуге с центром на оси колеса от упомянутой плоскости симметрии до вогнутой боковой поверхности спицы меньше, чем расстояние по той же дуге до оси спицы.

2. Колесо по п.1, отличающееся тем, что упомянутые боковые поверхности выполнены линейчатыми.

3. Колесо по п.2, отличающееся тем, что прямолинейные образующие параллельны оси колеса.

4. Колесо по п.2, отличающееся тем, что прямолинейные образующие наклонены относительно прямой, параллельной оси колеса, на угол, равный 30'÷25°.

5. Колесо по п.1, отличающееся тем, что упомянутые боковые поверхности выполнены с образующими в виде плоских кривых, а касательные к последним наклонены относительно прямой, параллельной оси колеса, на угол, равный 30'÷45°.