[发明专利]安全高效的车用轮子

说明书

本案是分案，原申请日2003.1.1，申请号03101364.3，名称《安全高效轮胎》。

一、技术领域：本发明属于交通运输领域，尤其是交通工具的安全高效轮胎。

二、背景技术：公知的轮胎存在以下不足：

1、安全性差。轮胎在运行中会发生爆胎，尤其是前轮爆胎，由此引发事故不断，往往造成生命财产的重大损失，这问题一直没得到很好解决。爆胎的原因有异物切割、胎温过高、胎压过高、轮胎自身强度不够，轮胎结构不合理等。胎温升高的原因之一是胎内填充的气体在受到压力和压力不断变化和不断地挤压运动过程中产生高温。而气体是热的不良导体，热量不能很好散发，积聚成高温。高温使胎内气体膨胀，产生高压，导致爆胎。可见，气体导热性差，易生高温是爆胎的主要原因。由于充填物是气体，发生爆胎时，事故轮胎的直径急剧减小，转速急剧降低，同样时间内所行的距离急剧减少，使交通工具，如汽车的各轮运行距离不一致，从而使车子发生以爆胎为圆心的急剧偏转运动，司机来不及处理，导致车辆失控出事。轮胎直径变小是出事的关键原因。

2、效率不高。效率是指轮胎在使用过程中，单位时间内完成的工作量。也指有用功在总功中所占的百分比。比如汽车轮胎，在其他条件相同的情况下，足气的轮胎比缺气的轮胎效率高。即单位能量所行的距离长。效率不高的原因有许多，原因之一是胎内填充物性能不合适。公知的胎内填充物为空气。空气的分子结构很疏松，容易被压缩、改变体积。而且在被压成液体前，其体积总是处于易变状态。这样，当胎内充填压力空气后，由于空气体积的易变性，使轮胎的直径总是处于非稳定状态。充气压力过大，又易损坏内、外胎。比如汽车，负载时其轮胎着地处的半径会缩短。事实上，大部分的汽车轮胎着地处半径在负载时会缩短。而轮胎除下方以外的半径却没有缩短，反而由于压力的增大而有所变长。这样，运动中的车轮总是要克服阻力前进，甚至是不断提高整体重心来运行。因为位于车轮着地处前面的车轮半径比车轮着地处的半径长。这样就产生了大量的无用功耗，降低了效率。又由于气体的荷载力差(相对于液体、固体而言)，所以轮胎必须造得很大，才能满足承载需求。这就造成料、工的浪费，而且增加了重量，增加能耗。

3、轮胎材料性能差。内、外胎的材料是橡胶，橡胶的气密性不是很好，充气的压力越大，温度越高，其气密性越差。本来压力很高的轮胎，不久就跑气了，气密性差是主要原因。气密性差的弊端表现在使轮胎经常缺气，气压不足，导致轮胎着地处半径变短，给运动中的轮胎产生很大阻力，浪费能量。轮胎的钢圈，尤其是汽车、拖拉机的轮胎钢圈，用钢板制成，既增加了车子自重，又易生锈，还不易加工，成本高。公知技术仅自行车采用塑料钢圈，其他车如机动车，人力板车未采用。有一种公知的人力车实心橡胶轮胎，弹性差，承载力差，成本高。

4、轮胎形状结构不合理。从横截面来看，外胎内腔的圆形结构和外表的圆弧形结构不利于轮胎下方，即着地处，保持半径不变。比如汽车，负载后需要轮胎有一定的着地面积以承载，所有轮子的着地面积的总压强，等于车子自身及负载的总重量。公知外胎横截面的内外形状为圆弧形，外表面在充气后更为明显，使轮胎着地处成为一个球面，一个球点，而不是一条线。负载时，这个球点由于着地面积小，压强大，只有向里缩，这样就成了一个平面，轮胎着地处的半径因之缩短，产生前述的运动阻力。可见，轮胎横截面上内腔和外形的圆弧形结构，不能对轮胎形成有效的支持，不能使轮胎的着地处形成一条线。从理论上讲，只有当车轮的着地处呈轴向一条线时，轮胎的运动最省力。因为此时轮胎着地处的半径没变短或变短最少。只要半径一变短，就成了一个面，与地面形状相同的着地面。着地面越大，半径越短、越浪费能量。

5、橡胶外胎两侧边太高。外胎有三方，着地的一方及两侧边。外胎两侧边太高，既浪费橡胶材料，又不利于轮胎保持着地处半径不变。当轮胎负载时，两侧边易发生外膨变形，必然导致轮胎着地处半径变短，形成运动阻力。

6、成本高。一是外胎着地面用旧后，往往两侧边并没坏，结果却一起丢弃了。对地球资源形成浪费，还污染环境。旧胎翻新性能差，不安全，不方便，成本高。二是由于前述的背景技术的原因，容易导致轮胎损坏，因而成本高。

公知技术在胎内注入一种自动补胎液，在小孔漏气时自动补胎。这种补胎液成份中有一部分水。一般只注入胎内容积1/3以下的补胎液。96101135.1专利申请是一种注水轮胎，方法是在胎内注入胎内容积1/3以下的水，目的是利用水在运动中产生惯性节能。上述技术不能解决轮胎存在的不足。公知轮胎需经常充气，以保证气压，因此不方便。又由于结构复杂，安装、拆卸、维修都不方便。