RO120186B1 - Roată deformabilă, nepneumatică - Google Patents

Abstract

Prezenta invenţie se referă la roţile nepneumatice, în special cele care pot înlocui pneurile autovehiculelor. Roata deformabilă, nepneumatică, conform invenţiei, este prevăzută cu o structură deformabilă, care are spiţele (5, 52, 53 şi 56) dispuse între elementul (3) inferior şi elementul (4) exterior, astfel încât flexibilitatea acestora, în plan meridian, este mult inferioară flexibilităţii acestora într-un plan circular, mijloacele de stabilizare (6 şi 7) limitează amplitudinea unei rotaţii relative, circulare, dintre elementul (3) interior şi elementul (4) exterior.

Description

Prezenta invenție se referă la roți nepneumatice, în special la cele care pot înlocui pneurile autovehiculelor.

S-a încercat mult timp realizarea unor astfel de roți nepneumatice, adică roți care funcționează fără aer comprimat, în scopul de-a elimina toate neajunsurile ridicate de pene sau de scăderea presiunii de umflare a pneurilor.

Printre foarte numeroasele propuneri, poate fi menționată cea prezentată în brevetul US 3234988, în care este descrisă o roată deformabilă nepneumatică, care are un disc, un element interiorfixat pe disc, un element exterior inelar care vine în contact cu drumul, flexibil și sensibil inextensibil, și o mulțime de spițe dispuse între elementele interior și exterior, elementul exterior are o astfel de lungime încât solicită spițele prin comprimare radială, altfel spus, ele sunt presolicitate adică preîncărcate, peste o anumită limită de solicitare, întrucât spițele sunt solicitate pe capăt, forța de reacție orientată radial pe care o poate dezvolta fiecare din aceste spițe rămâne constantă, roata mai conține, de asemenea, mijloace de stabilizare a pozițiilor relative ale elementelor exterior și interior, spițele se curbează într-un plan meridian iar mijloacele de stabilizare limitează deplasările axiale relative ale elementelor exterior și interior, roata folosește ca legătură între elementele exterior și interior spițe pretensionate peste limita de flambaj, în cazul în care crește sarcina suportată de roată, această creștere este compensată numai de o creștere a numărului de spițe care suportă efectiv sarcina, rezultând o creștere a petei de contact, comportament foarte apropiat de cel al unei anvelope.

Această roată prezintă dezavantajul că diferitele spițe se curbează sau flambează în planurile lor meridiane, însă nu au practic posibilitatea deformării inelare sau periferice, întrucât secțiunea lor prezintă o mare inerție în direcția periferică. Or, in timpul rulării,asupra elementului exterior care vine în contact cu șoseaua, acționează forțe longitudinale importante în special pe suprafața de contact, ceea ce conduce la deteriorarea rapidă a roții nepneumatice.

Invenția are ca obiect o structură deformabilă destinată să formeze, de exemplu, cu un disc, o roata nepneumatică care să prezinte aceleași avantaje de confort și performanță.

Structura deformabilă pentru vehicule, conform invenției, destinată să se rotească în jurul unei axe de rotație, constă dintr-un element interior inelar centrat pe un ax, un element exterior inelar formând o suprafață de rulare, flexibilă și sensibil inextensibilă, dispusă radial pe exterior în raport cu elementul interior, o mulțime de spițe dispuse între elementele interior și exterior, fiecare spiță putând să se opună unei solicitări de comprimare radială, peste o limită dată, o forță apreciabil constantă, elementul exterior inelar având o lungime determinată, astfel încât spițele sunt pretensionate prin comprimare radială, precum și din mijloace de stabilizare a pozițiilor relative ale elementelor interior și exterior, spițele sunt concepute și dispuse între elementul interior și elementul exteriorîn așa fel, încât flexibilitatea lorîntr-un plan meridian este mult inferioara flexibilității lor dintr-un plan circular, mijloacele de stabilizare limitează amplitudinea unei rotații periferice relative între elementele interior și exterior.

Roata obținută plecând de la structura deformabilă conform invenției, prezintă avantajul că fiecare spiță se poate deforma pe o direcție inelară, în special în timpul rulării, atunci când se află în porțiunea de contact dintre elementul exterior și șosea.

De preferință, spițele sunt pretensionate peste sarcina lor de flambaj.

Mijloacele de stabilizare pot include, de asemena, elemente de legătură elastice neradiale între elemenetele exterior și interior, cum ar fi cabluri sau bare subțiri. Mijloacele de stabilizare sunt pretensionate în extensie în stare de repaus, pentru a exercita imediat o forță de reacție inversă în timpul unei deplasări de rotație relativă între elemenetele exterior și interior. Capetele spițelor pot fi fixate prin încastrare sau prin articulații în

RO 120186 Β1 elementul interior și/sau elementul exterior. Mijloacele de stabilizare pot fi, de asemenea, o1 pânză subțire, pretensionată în extensie radială.

Structura deformabilă, conform invenție, poate constitui, de asemenea, o inserție de 3 siguranță destinată a fi montată într-un ansamblu constituit dintr-o anvelopă și o jantă.

Cu ajutorul fig. 1 ...7, sunt descrise mai multe variante de realizare a invenției:5

- fig. 1, vedere axială a unei roți constând dintr-o cu structură deformabilă conform invenției fixată cu un disc;7

- fig. 2, secțiune meridiană a roții din fig. 1;

- fig. 3, vedere parțială a unei roți similare cu cea din fig. 1 și 2, echipată cu mijloace 9 de stabilizare;

- fig. 4, prezintă spițe duble și articulate, în stare de repaus 4a, și în stare deformată 11 4b;

- fig. 5, prezintă o altă variantă de realizare a spițelor, duble și încastrate, în stare de 13 repaus 5a și în stare deformată 5b;

- fig. 6, prezintă spițele roții din fig. 1 sub sarcină, în afara suprafeței de contact 6a 15 și pe suprafața de contact 6b;

- fig. 7, mijloacele de stabilizare a roții din fig.6 sub sarcină, in afara suprafeței de 17 contact 7a și în suprafața de contact 7b.

Fig. 1 și 2 prezintă, în vedere axială și respectiv în secțiune meridiană, o roată 19 nepneumatică, constând dintr-o structură 1, deformabilă, conform invenției, fixată pe un disc

2. Structura 1, deformabilă, conține un element 3, interior, legat la discul 2, un element exte- 21 rior 4, inelar, și spițele 5, îmbinate cu elementul 3, interior, și elementul 4, exterior. Spițele sunt repartizate în două ansambluri de șaizeci de elemente dispuse axial de o parte și de 23 alta. Spițele 5 prezintă o formă paralelipipedică având o grosime relativ mică în raport cu lungimea și lățimea lor. Această formă le permite să se îndoaie mai ușor pe direcția grosimii 25 lor. Spițele 5 au cele două extremități longitudinale fixate pe elementul 3, interior, și pe elementul 4, exterior, prin niște articulații 51. Aceste spițe sunt dispuse între elementul 3, inte- 27 rior, și elementul 4, exterior, astfel încât lungimea lor este pe o direcție radială, lățimea lor este în direcție axială, iar grosimea este într-o direcție circumferențială. în consecință, spițele 29 5 se pot curba printr-ο comprimare radială a extremităților lor longitudinale, această îndoire fiind circumferențială. 31

Flexibilitatea spițelor 5 într-un plan meridian este prin urmare mai mică decât flexibilitatea lor într-un plan circumferențial în varianta de realizare din fig.1,2 și 4. Articulațiile 51 33 sunt formate din două părți 511 și 512, fixate între ele cu un bolț 513. Acest mod de fixare permite o rotire liberă a articulațiilor 51 între cele două elemente 511 și 512. Bolțurile 513 35 sunt dispuse pe direcția axială a roții. Acest mod de legare permite o rotire a spițelor 5 față de elementul 3, interior, și elementul 4, exterior, în planul roții. Spițele 5 sunt, de exemplu, 37 realizate dintr-un material polimeric întărit cu fibră de sticlă. Elementul 4, exterior, inelar, constă dintr-o jantă metalică subțire, de ordinul a 0,1 la 1mm, acoperită cu un strat de cauciuc 39 reprezentat în desen, destinat să vină în contact cu drumul. Elementul 4, exterior, prezintă astfel o rezistență redusă la flexiune și este aproape inextensibil. Lungimea circunferențială 41 a elementului 4, exterior, este astfel, încât spițele 5 sunt toate pretensionate prin comprimarea axială peste forța de solicitare la flambaj. Toate spițele 5 sunt deci în stare de postflam- 43 bare. în consecință, forța de reacție pe care ele o opun elementului 3, interior, și elementului

4, exterior, este sensibil constantă și independentă de amplitudinea comprimării lor radiale. 45

RO 120186 Β1

Roata prezentată în fig. 1 și 2 este în stare de echilibru instabil, iar energia înmagazinată în spițele 5 tinde să producă o deplasare de rotire a elementului 4, exterior, în raport cu elementul 3, interior. Pentru a limita rotirea relativă dintre elementul 3, interior, și elementul 4, exterior, structura 1, deformabilă, este prevăzută cu mijloace de stabilizare. Mijloacele de stabilizare constau, de exemplu, din niște cabluri 6, de legătură, care leagă elementul 3, interior, și elementul 4, exterior. în fig. 3 este prezentat cablul 61, îmbinat în punctul A cu elementul 3 interior și în punctul B cu elementul 4 exterior. Punctul O fiind pe axa de rotație a roții, unghiul AOB = a este, în exemplul prezentat și în stare de repaus, egal cu 30°. Unghiul a poate varia de la 1 la 45° și preferențial între 5 și 35°. Cablurile 6 sunt concepute și dispuse pentru a fi tensionate în stare de repaus. Cablurile 6 sunt astfel concepute, încât să conțină deplasarea de rotație a elementului 4 exterior față de elementul 3, interior.

Deplasările relative punctuale pe suprafața de contact rămân în același timp posibile.

Rigiditatea, dispunerea, pretensionarea de extensie și numărul cablurilor 6 influențează menținerea înclinării, pe total, în poziția de echilibru.

Pe de altă parte, cablurile 6 permit reglarea rigidității periferice a roții în funcție de propria lor rigiditate în extensie, precum și în funcție de înclinarea lor față de direcția circulară. Cablurile 6 pot avea, de asemenea, diferite grosimi de o parte și de alta a punctului lor de fixare în elementul 3, interior, și în elementul 4, exterior, ceea ce determină o variație a răspunsului roții la momentui de torsiune aplicat radial. Unghiurile de înclinare pot fi de asemenea modificate de o parte și de alta a punctelor de fixare pentru a se obține o anumită asimetrie a răspunsului mecanic. De asemenea, cablurile pot fi înlocuite cu elemente mult mai solide sau cu orice mijloace de stabilizare echivalente.

Fig. 4 și 5 prezintă alte moduri de dispunere și de conectare a spițelor la elementele 3, interior, și 4, exterior. în fig. 4, sunt prezentate două spițe 52 și 53, cu articulațiile lor 51. Ca și în cazul precedent, articulațiile 51 constau din doua părți, prima parte 511, unde un capăt longitudinal al spițelor 52 și 53 este încastrat, și partea a doua 512, fixată rigid pe elementul 3, interior, sau pe elementul 4, exterior. Cele două părți 511 și 512 sunt îmbinate printr-un bolț 513, dispus în stare montată a roții, în direcția axială a structurii deformabiie 1. în varianta de realizare prezentată în fig. 4, spițele sunt dispuse radial, între elementul 3 interior și elementul 4 exterior, două câte două ca mai sus, cu planul lor de curbare orientat circular. Extremitățile longitudinale ale spițelor 52 și 53 sunt încastrate în suporturile 511, astfel încât distanța D care separă cele două spițe este superioara distanței d care separă cele două axe 513. în consecință, în timpul unei comprimări axiale, un moment de torsiune este aplicat pe spițe și determină o curbare circulară a spițelor în două direcții opuse, astfel încât părțile lor centrale se distanțează. Acest tip de montaj prezintă avantajul că facilitează flambarea spițelor totdeauna în aceeași direcție.

Fig. 5 prezintă o spiță 56 dublă încastrată în suportul 57. Spre deosebire de variantele de realizare precedente, suportul 57 constă dintr-o singură parte legată rigid de elementul 3 interior sau elementul 4 exterior. Spița 56 constă din două jumătăți de spițe paralelipipedice 561 și 562 dispuse circumferențial una lângă alta și încastrate în suporturile 57. Suporturile 57 sunt fixate pe elementul 3 interior și elementul 4 exterior. Semi-spițele paralelipipedice 561 și 562 sunt separate circular de o placă 563. Placa 563 orientează, ca și în cazul anterior, flambarea circulară a celor două semi-spițe în două direcții opuse astfel că părțile lor centrale se îndepărtează.

Fig. 6 și 7 prezintă, in mod schematic, comportarea unei roți constând dintr-o structură deformabilă 1 în timpul apăsării sale pe un teren plan. Roata are două seturi de spițe 5 similare cu cele din fig. 1,2 și 3 și mijloacele de stabilizare 7 constând din două seturi de

RO 120186 Β1 bare cu secțiunea pătrată din poliuretan. Cele două seturi de bare 7 prezintă o înclinare nera- 1 dială și sunt dispuse simetric de o parte și de alta a direcției radiale, așa cum reiese din fig. 3. Modulul de extensie al barelor 7 este de ordinul a 20 Mpa. Orientarea barelor 7 este 3 similară cu cea a cablurilor 6. Numai în fig. 6b și 7b, este reprezentat elementul 4 exterior cu un strat de cauciuc care asigură contactul cu drumul 8. Stratul de cauciuc are o grosime 5 de ordinul a 10 mm.

Pentru o prezentare mai clară, fig. 6a și 6b ilustrează evoluția comportării numai a 7 unuia din cele două seturi de spițe 5 în afara suprafeței de contact (6a) și pe suprafața de contact (6b), iar fig. 7a și 7b ilustrează evoluția numai a unui singur set de bare 7 pe supra- 9 fața de contact (7b) și în afara suprafeței de contact (7a).

Atunci când roata 1 apasă pe o șosea 8, se constată că spițele 5 rămân toate în stare 11 de post flambare, dar cu variații mari de comprimare radială. Există trei cazuri: în afara suprafeței de contact (6a) - spițele R1 - spițele au o ușoară comprimare radială; pe suprafața 13 de contact, între punctele E și F, spițele R2 au o comprimare radială vizibil mult mai mare;

în zona proximă de intrare și de ieșire de pe suprafața de contact, spițele R3 prezintă o corn- 15 primare radială intermediară. Comprimarea radială a spițelor 5 depinde direct de distanța radială dintre elementul 3 interior și elementul 4 exterior, deci de săgeata de încovoiere a roții 17 în momentul apăsării ei pe drum.

Cum fiecare spiță este în stare postflambată, ea exercită asupra elementului 4, 19 exterior, o forță de reacție aproape constantă. în zona de contact dintre roată și șosea, pata de contact, elementul 4, exterior, sau banda de rulare exercită deci pe sol o presiune medie 21 sensibil constantă. Forța nu este practic modificată de amplitudinea comprimării radiale suportată de spița 5, presiunea exercitată de elementul exterior inelar în zona corespunză- 23 toare este astfel sensibil independentă de amplitudinea săgeții de încovoiere preluată de roată apăsată pe sol. Această comportare este deci foarte apropiată de cea a unei anvelope. 25 Ea permite sa fie atenuate neregularitățile drumului fără a antrena reacții bruște care să se transmită la discul roții, și fără a genera variații semnificative ale suprafeței de contact dintre 27 roată și șosea. Această comportare este foarte apropiată de cea a unei anvelope.

Fig. 7 prezintă evoluția a unuia sau a două seturi de bare 7 pe suprafața de contact 29 (7b) și in afara suprafeței de contact (7a). Există trei cazuri: barele ale căror puncte de ancorare pe elementul 3 interior și pe elementul 4 exterior sunt în afara petei de contact (7a) - 31 barele H1 - sunt în stare de ușoară tensionare; barele H2 ale căror puncte de ancorare pe elementul 4 exterior se găsesc pe pata de contact, între punctele E și F, sunt în stare 33 de flambare; barele dispuse la intrarea și la ieșirea de pe pata de contact - barele H3 - sunt într-o stare intermediară. Se constată deci că barele al căror punct de prindere este pe pata 35 de contact sunt mai puțin tensionate de forța de comprinare radială a elementului exterior care apropie punctele de prindere ale barelor între elementul 3, interior, și elementul 4, exte- 37 rior. în consecință, aceste bare, a căror secțiune este mică, se flambează și nu opun decât o slabă rezistentă la comprimarea radială a elementului 4, exterior, pe pata de contact sau 39 în timpul rulării peste un obstacol.

Roata prezintă de asemenea avantajul unei excelente omogenități a presiunilor de 41 contact dintre elementul 4, exterior, și un drum plan pe direcția axială, datorită construcției simetrice a spițelor, așa cum rezultă din fig. 2. 43

Se poate ușor realiza un element 4, exterior, prin vulcanizarea unei fâșii de cauciuc pe o bandă. Banda poate fi o fâșie plată de tablă de oțel cu lățimea L și grosimea de 0,1 mm. 45

RO 120186 Β1

Structura deformabilă, conform invenției, poate fi prevăzută, de asemenea, cu mijloace de limitare a comprimării radiale a spițelor cum ar fi niște opritoare. Pentru exemplificare, este posibil să se prevadă intre cele două seturi de spițe juxtapuse axial, un opritor inelar fixat pe elementul interior cu un diametru exterior, astfel încât să limiteze cu aproximativ 50% comprimarea axială maximă a spițelor.

în variantele prezentate în fig. 1 ...3, au fost dispuse două seturi de spițe juxtapuse axial, fiind posibilă creșterea sensibilă a numărului de seturi juxtapuse axial, în vederea îmbunătățirii comportării roții sau a inserției prevăzute, pe un drum cu denivelări. De asemenea, elementul 4, exterior, poate fi format din mai multe elemente juxtapuse axial.

Claims (13)

1. Revendicări

   1. Structură deformabilă pentru un autovehicul, destinată să ruleze în jurul unei axe de rotație, constând dintr-un element inelar interior centrat pe axă, un element inelar exterior formând o suprafață de rulare, flexibilă și sensibil inextensibilă, dispusă radial spre exterior în raport cu numitul element interior, o mulțime de spițe dispuse aproape radial între elementul interior și elementul inelar exterior, fiecare spiță fiind capabilă să se opună unei solicitări de comprimare radială, peste o limită dată, un efort sensibil constant, elementul exterior având o lungime periferică, astfel încât spițele sunt pretensionate prin comprimare radială, precum și mijioace de stabilizare ale pozițiilor relative ale elementul interior și ale elementului exterior, caracterizată prin aceea că spițele (5, 52, 53 și 56) sunt dispuse între elementul (3) interior și elementul (4) exterior astfel încât flexibilitatea lor în plan meridian este mult inferioară flexibilității lor într-un plan circular, mijloace (6 și 7) de stabilizare limitează amplitudinea unei rotații relative circulare dintre elementul (3) interior și elementul (4) exterior.
2. 2. Structură deformabilă, conform revendicării 1, caracterizată prin aceea că spițele (5, 52, 53 și 56) sunt pretensionate peste limita lor de solicitare la flambaj.
3. 3. Structură deformabilă, conform uneia din revendicările 1 sau 2, caracterizată prin aceea că mijloacele (6 și 7) de stabilizare cuprind elemente (6 și 7) elastice de legătură care leagă neradial elementul 4 exterior și elementul 3 interior.
4. 4. Structură deformabilă, conform revendicării 3, caracterizată prin aceea că elementele (6 și 7) elastice de legătură, sunt tensionate când structura (1) este în repaus.
5. 5. Structură deformabilă, conform uneia din revendicările 3 și 4, caracterizată prin aceea că elementele (6 și 7) elastice de legătură îmbină punctele elementului (4) exterior și ale elementului (3) interior separate în stare de repaus, printr-un unghi a cuprins între 1 și 45°.
6. 6. Structură deformabilă, conform revendicării 5, caracterizată prin aceea că elementele (6 și 7) elastice de legătură îmbină punctele elementului (4) exterior și ale elementului (3) interior, separate în stare de repaus printr-un unghi a cuprins între 25 și 35°.
7. 7. Structură deformabilă, conform uneia din revendicările 3...6, caracterizată prin aceea că elementele (6 și 7) elastice de legătură sunt niște cabluri (6) pretensionate în extensie.
8. 8. Structură deformabilă, conform uneia din revendicările 1...7, caracterizată prin aceea că mijloacele (6 și 7) de stabilizare includ o fâșie subțire pretensionată în extensie radială, dispusă între elementul (3) interior și elementul (4) exterior.

   RO 120186 Β1
9. 9. Structură deformabilă, conform uneia din revendicările 1...8, caracterizată prin 1 aceea că extremitățile spițelor sunt fixate prin încastrare pe elementul (3) interior și/sau elementul (4) exterior. 3
10. 10. Structură deformabilă, conform uneia din revendicările 1...9, caracterizată prin aceea că extremitățile spițelor sunt fixate prin niște articulații (51) pe elementul (3) interior 5 și/sau pe elementul (4) exterior.
11. 11. Structură deformabilă, conform uneia din revendicările 1... 10, caracterizată prin 7 aceea că include mijloace pentru a limita amplitudinea comprimării radiate a spițelor.
12. 12. Roată nepneumatică pentru autovehicul, caracterizată prin aceea că include un 9 disc (2) și o structură (1) deformabilă, conform uneia din revendicările
13. 13. Inserție de siguranță pentru un autovehicul, destinată a fi montată într-un ansam- 11 blu constând dintr-o anvelopă și o jantă, caracterizată prin aceea că este formată dintr-o structură (1) deformabilă, conform uneia din revendicările 1 ...11. 13