CN102791496A - 具有连续环状加强组件的结构支撑的非充气车轮 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可以支撑负荷并且具有类似于充气轮胎的性能的、具有连续环状加强组件的非充气车轮。提供了包括连续环状加强组件的变型的非充气车轮的各种配置。一个或多个弹性间隔件可以定位于连续环状加强组件并且可以配置成用于接收基体材料。

Description

具有连续环状加强组件的结构支撑的非充气车轮

优先权要求

本申请要求于2010年3月12日提交的美国专利申请第12/661,196号和于2010年12月29日提交的美国临时专利申请第61/428,074号的优先权，上述申请为了所有目的通过引用被合并于本文中。

技术领域

本发明涉及一种非充气车轮。更特别地，本发明涉及可以支撑负荷并且具有类似于充气轮胎的性能的、具有连续环状加强组件的非充气车轮。

背景技术

充气轮胎是针对顺应性、舒适、质量和滚动阻力的已知解决方案；然而，充气轮胎在复杂性、维护需要和易于损坏方面具有缺陷。改进充气轮胎性能的装置例如可以提供更大的顺应性、刚度的更佳控制、更低的维护要求和耐损坏。

尽管没有充气轮胎的维护需要和易于损坏，但是常规的实心轮胎、弹簧轮胎和软轮胎不幸地缺少它的性能优点。特别地，实心轮胎和软轮胎典型地包括由弹性材料层围绕的实心轮辋。这些轮胎依赖于直接在负荷之下的弹性层的地面接触部分的压缩进行负荷支撑。这些类型的轮胎会是重且硬的，并且缺少充气轮胎的减震能力。

弹簧轮胎典型地具有刚性木制、金属或塑料环，弹簧或弹簧状元件将该环连接到轮毂。尽管轮毂由此由弹簧悬挂，但是非柔性环仅仅具有与路面的小接触面积，这基本不提供顺应性，并且提供差的牵引和转向控制。

因此，具有类似于充气车轮的性能特性的非充气车轮将是有用的。更特别地，不需要充气压力以便提供充气轮胎的性能特性的非充气车轮将是有益的。可以构造有轮毂或者连接到轮毂以便安装到车辆或其它运输设备上的这样的非充气车轮将是很有用的。

发明内容

本发明的方面和优点将部分地在以下描述中阐述，或者可以从该描述变得明显，或者可以通过本发明的实施而获悉。

在示例性实施例中，本发明提供了一种非充气车轮，该非充气车轮限定了径向方向、圆周方向和横向方向。该车轮包括环形带，该环形带支撑地面接触胎面部分并且围绕圆周方向延伸。连续环状加强组件定位在环形带内。安装带定位在环形带的径向内侧。多个腹板轮辐连接到环形带和安装带并且在环形带和安装带之间径向地延伸。

连续环状加强组件可以包括第一柔性圆柱形带、和与第一柔性圆柱形带分开定位并且在第一柔性圆柱形带的径向外侧的第二柔性圆柱形带。第一柔性圆柱形带和第二柔性圆柱形带中的一个或两者可以包括具有卷绕成螺旋的一种或多种材料的线圈、和附连到线圈并且配置成用于保持线圈的完整性的至少一个保持器。线圈的一种或多种材料可以包括选自下列的材料：金属、钢、碳、芳族聚酰胺和玻璃。

至少一个保持器可以包括较高熔融温度材料和较低熔融温度材料。较高熔融温度材料和较低熔融温度材料可以配置成芯/鞘布置。至少一个保持器可以包括下列纱的一种或多种：单丝纱、多丝纱和定长短纤维纱。至少一个保持器可以包括绑扎加强纱和具有比绑扎加强纱更大刚度的结构加强纱。绑扎加强纱可以包括具有比结构加强纱的熔融温度更低的熔融温度的材料。当加热到绑扎加强纱的较低熔融温度时结构加强纱可以具有低收缩。绑扎加强纱可以包括较低熔融温度聚合物和较高熔融温度聚合物，其中当加热到较低熔融温度聚合物的熔融温度时较高熔融温度聚合物展现收缩。至少一个保持器可以包括多个加强纱，多个加强纱以纱罗编织方式编织到线圈中，纱的交叉出现在线圈的一种或多种材料之间。至少一个保持器可以包括以马里莫（Malimo）样式针迹针织图案绑扎线圈的多个加强纱。

连续环状加强组件可以包括定位在第一柔性圆柱形带和第二柔性圆柱形带之间的间隔件。间隔件可以包括多孔材料，例如可以是网状泡沫。环形带包括接收在间隔件的多孔材料中的基体材料。基体材料可以例如由聚氨酯构造。

连续环状加强组件可以包括定位在第一柔性圆柱形带和第二柔性圆柱形带之间的多个间隔件。连续环状加强组件可以包括沿着径向方向彼此间隔开的多个柔性圆柱形带。

参考以下描述和附带的权利要求，本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解。包含在该说明书中并且构成该说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且与描述一起用于解释本发明的原理。

附图说明

参考附图，在说明书中阐述了包括对于本领域的技术人员来说是本发明的最佳模式的本发明的完整和允许公开，其中：

图1是本发明的连续环状加强组件10的示例性实施例的透视图，该连续环状加强组件具有第一柔性圆柱形加强带100、中间弹性间隔件200和第二柔性圆柱形加强带300。

图2是来自图1的第一柔性圆柱形加强带100的透视图。

图3A和3B是来自图2的第一柔性圆柱形加强带100的两个实施例的部分视图。

图4是来自图1的第二柔性圆柱形加强带300的透视图。

图5A和5B是来自图4的第二柔性圆柱形加强带300的两个实施例的部分视图。

图6是来自图1的中间弹性间隔件200的透视图。

图7是连续环状加强组件10的透视图，其中断部示出中间弹性间隔件200的另一个实施例。

图8是连续环状加强组件10的透视图，其中断部示出中间弹性间隔件200的又一个实施例。

图9是连续环状加强组件10的另一个实施例的透视图，该连续环状加强组件具有第一柔性圆柱形加强带100、中间弹性间隔件200和第二柔性圆柱形加强带300，并且还包括第二中间弹性间隔件400和第三柔性圆柱形加强带500。

图10是本发明的非充气车轮401的示例性实施例的透视图。

图11是沿着线11-11获得的图10的示例性实施例的部分、横截面图。

图12至14是可以用于图10中所示的充气轮胎400的示例性实施例的环形带405的附加示例性实施例的部分、横截面图。

具体实施方式

本发明提供一种可以支撑负荷并且具有类似于充气轮胎的性能的、具有连续环状加强组件的非充气车轮。提供了包括连续环状加强组件的变型的非充气车轮的各种配置。一个或多个弹性间隔件可以定位于连续环状加强组件并且可以配置成用于接收基体材料。

为了描述本发明，现在将详细地参考本发明的实施例和/或方法，在附图中或用附图示出了所述实施例和/或方法的一个或多个例子。每个例子提供作为本发明的解释而不是本发明的限制。实际上，本领域的技术人员将显而易见可以在本发明中进行许多修改和变化而不脱离本发明的范围或精神。例如，作为一个实施例的一部分示出或描述的特征或步骤可以用于另一个实施例或步骤以产生另外的实施例或方法。因此，本发明旨在涵盖属于附带的权利要求及其等效物的范围内的这样的修改和变化。

现在参考图1，显示了本发明的连续环状加强组件10的示例性实施例。连续环状加强组件10为基体材料（例如环氧树脂、聚氨酯或其它弹性体）提供加强。组件10可以包含到非充气车轮中以提供顺应、结构加强，这将进一步进行描述。连续环状加强组件10是多孔的，从而用于接收基体材料并且嵌入非充气车轮内。本发明中的连续环状加强组件10在径向方向上是柔性的，从而提供用于对施加到由连续环状加强组件10加强的非充气车轮的径向力进行分布。当在本文中使用时，连续环状加强表示包括卷绕成螺旋的一个或多个纱或线缆，其中该螺旋包括至少三圈。更具体地，在不使用横越带的接缝的情况下所述一个或多个纱或线缆自身连续环绕。

如图1至4和6中所示，连续环状加强组件10包括第一柔性圆柱形加强带100、第二柔性圆柱形加强带300以及布置在第一柔性圆柱形加强带100和第二柔性圆柱形加强带300之间的中间弹性间隔件200。第一柔性圆柱形加强带100具有第一带内表面101和第一带外表面102。第二柔性圆柱形加强带300具有第二带内表面301和第二带外表面302。中间弹性间隔件200（图6）具有接合第一带外表面102的间隔件内表面201和接合第二带内表面301的间隔件外表面202。

第一柔性圆柱形带100（图2）是在径向方向上具有柔性的圆柱形构件。在优选实施例中，第一柔性圆柱形带100具有柔性，其中第一柔性圆柱形带100可以受到的弯曲半径是材料不受到永久变形的连续环状加强组件10中的它的正常内径的十分之一或更小。由于第一柔性圆柱形带100是连续环状加强组件10的加强部件，因此第一柔性圆柱形带100中的材料沿着它的切向方向的杨氏模量将大于由第一圆柱形带100加强的基体的杨氏模量。在一个优选实施例中，第一柔性圆柱形带100的杨氏模量比由第一柔性圆柱形带100加强的基体的杨氏模量大至少1,000倍。

对于图2中所示的实施例，第一柔性圆柱形带100包括线圈110（例如由卷绕成螺旋的一个或多个纱或线缆111形成的线圈）的连续带（图3A和3B），每个线缆111围绕第一柔性圆柱形带100至少绕三圈。当在本文中使用时，“连续带”是在不使用横越带的接缝的情况下自身连续环绕的带。线缆111具有高纵向张力和压缩刚度以及在切向方向上的柔性。用于线缆111的优选材料将包括高模量材料，例如金属、钢、碳、芳族聚酰胺或玻璃纤维。

多个保持器112可以附连到线缆111以用于保持线圈110的完整性。保持器112可以是编织到线缆111中的聚合材料、压接到线缆111的金属条等。在基体材料与连续环状加强组件10结合之前，保持器112将轴向刚度提供给第一柔性圆柱形带100。

现在参考图3A和3B，显示了具有保持器112的第一柔性圆柱形带100的两个实施例，该保持器包括加强纱112a和112b。加强纱112a和112b可以是单纱的不同端部或两个不同的纱。加强纱112a和112b纵向地编织或针织到线圈110中的线缆111之间。加强纱112a和112b需要具有足够的柔性以包含到线圈110中，但是将轴向刚度提供给第一柔性圆柱形加强带100。

仍然参考图3A和3B，在一个优选实施例中加强纱112a和112b中的至少一个包括具有较高熔融温度材料和较低熔融温度材料的聚合纱。在优选实施例中，加强纱112a和112b两者都包括具有较高熔融温度材料和较低熔融温度材料的聚合纱。在两种熔融温度材料的任何熔接之前，加强纱112a和112b包含到线圈110中。以该方式，加强纱112a和112b具有足够的柔性以最小困难地包含到线圈110中。在加强纱包含到线圈110中之后，子组件受到的温度高于较低熔融温度材料的熔融温度并且低于较高熔融温度材料的熔融温度。在较低熔融温度材料熔化之后，将温度降低到它的熔融温度之下，将较低熔融温度材料熔接到较高温度材料，由此产生熔融加强间隔纱。通过熔化加强纱112a和112b，由纱形成的保持器112变得刚性更大。该额外刚性使第一柔性圆柱形带具有增加的轴向刚度。为了在基体与连续环状加强组件10结合的过程中有助于保持第一柔性圆柱形加强带100的轴向稳定性，优选的是加强纱的较低熔融温度材料具有的熔融温度高于基体的形成或固化温度。

仍然参考图3A和3B，使用不同熔融温度材料的加强纱112a和112b可以由包括具有不同熔点的材料的一种纤维或多种纤维（例如芯/鞘纤维）形成，或者可以由具有不同熔点的纤维的组合形成。加强纱112a和112b可以是单丝纱、多丝纱或定长短纤维纱。当选择用于加强纱112a和112b的纱时，应当注意选择将耐受组件的摩擦力和与基体结合之前的连续环状加强组件10的任何处理（例如冲洗）的纱。优选的是这样的加强纱的较高熔融温度材料被选择成具有足够的弹性以减小组装问题的可能性。也优选的是这样的加强纱的较高熔融温度材料被选择成具有低收缩特性，特别是当受到熔化加强纱的热和将基体材料包含到连续环状加强组件中时。在一个实施例中长丝或纤维是芯和鞘配置，其中较高熔融温度聚合物是芯并且较低熔融温度聚合物是鞘。在另一个实施例中，纱包括较高熔融温度聚合物的长丝或纤维和较低熔融温度聚合物的独立长丝或纤维。

仍然参考图3A和3B，加强纱112a被显示为结构纱，并且加强纱112b被显示为绑扎纱（tie yarn）。结构加强纱112a比绑扎加强纱112b更刚硬并且更重。结构加强纱112a将轴向刚度提供给线圈110。加强纱112a可以固定到线圈110的外部或内部。在一个实施例中，结构加强纱112a是单丝纱。绑扎加强纱112b固定邻近结构加强纱112a的线圈的线缆111。在一个实施例中绑扎加强纱112b包括如上所述的较低熔融温度聚合物材料，并且可以包括如上所述的较高熔融温度聚合物材料。绑扎纱中的较低熔融温度聚合物材料的熔融温度是比结构加强纱112a中的主要材料的熔融温度低的温度。以该方式，绑扎加强纱112b可以用于将线圈110的线缆111更好地固定到结构加强纱。

当使用包括具有较低熔融温度的聚合物的绑扎加强纱112b时，优选的是当受到绑扎加强纱112b中的较低熔融温度聚合物的熔融温度时结构加强纱112a具有低收缩，例如具有热定型（heat set）聚合物纱。在一个实施例中，绑扎加强纱112b包括具有较低熔融温度的长丝或定长短纤维，和较高熔融温度的长丝或定长短纤维。当绑扎加强纱112b包括较低熔融温度和高熔融温度聚合物的长丝或定长短纤维时，也优选的是具有高熔融温度聚合物的长丝在较低熔融温度聚合物的熔化期间具有一定的收缩，例如具有未热定型的纱，由此系紧结构加强纱112a和线圈110的至少一个线缆111之间的连接。

仍然参考图3A和3B，显示了加强纱112a和112b的两个不同图案。在图3A中，加强纱112a和112b以编织图案固定线圈110的线缆111。如图3A中所示，加强纱112a和112b以纱罗编织方式编织到线圈110中，纱的交叉出现在线缆之间。然而，加强纱112a和112b可以以其它编织图案包含到线圈110中。在图3B中，加强纱112a和112b以马里莫（Malimo）样式针迹针织图案固定线圈110的线缆111。然而，加强纱112a和112b可以以其它针织图案包含到线圈110中。尽管图3A和3B示出了加强纱112a和112b以编织或针织图案包含到线圈110中，但是一系列单加强纱112也可以卷绕通过线圈110。

现在参考图4，第二柔性圆柱形带300是在径向方向上具有柔性的圆柱形构件。在优选实施例中，第二柔性圆柱形带300具有柔性，其中第二柔性圆柱形带300可以受到的弯曲半径是材料不受到永久变形的连续环状加强组件10中的它的正常内径的十分之一或更小。由于第二柔性圆柱形带300是连续环状加强组件10的加强部件，因此第二柔性圆柱形带300中的材料沿着切向方向的杨氏模量将大于由第二柔性圆柱形带300加强的基体的杨氏模量。在一个优选实施例中，第二柔性圆柱形带300的杨氏模量比由第二柔性圆柱形带300加强的基体的杨氏模量大至少1,000倍。

在图4所示的实施例中，第二柔性圆柱形带300包括线圈310（例如由卷绕成螺旋的一个或多个线缆311形成的线圈）的连续带，每个线缆311围绕第二柔性圆柱形带300至少绕三圈。线缆311具有高纵向张力和压缩刚度以及在切向方向上的柔性。用于线缆311的优选材料将包括高模量材料，例如金属、钢、碳、芳族聚酰胺或玻璃纤维。多个保持器312可以附连到线缆311以用于保持线圈310的完整性。保持器312可以是编织到线缆311中的聚合材料、压接到线缆311的金属条等。在基体材料与连续环状加强组件10结合之前，保持器312将轴向刚度提供给第二柔性圆柱形带300。

现在参考图5A和5B，显示了具有保持器312的第二柔性圆柱形带300的两个实施例，该保持器包括加强纱312a和312b。加强纱312a和312b可以是单纱的不同端部或两个不同的纱。加强纱312a和312b纵向地编织到线圈310中的线缆311之间。加强纱312a和312b需要具有足够的柔性以包含到线圈310中，但是将轴向刚度提供给第二柔性圆柱形加强带300。

仍然参考图5A和5B，在一个优选实施例中加强纱312a和312b中的至少一个包括具有较高熔融温度材料和较低熔融温度材料的聚合纱。在优选实施例中，加强纱312a和312b两者都包括具有较高熔融温度材料和较低熔融温度材料的聚合纱。在两种熔融温度材料的任何熔接之前，加强纱312a和312b包含到线圈310中。以该方式，加强纱312a和312b具有足够的柔性以最小困难地包含到线圈310中。在加强纱包含到线圈310中之后，子组件受到的温度高于较低熔融温度材料的熔融温度并且低于较高熔融温度材料的熔融温度。在较低熔融温度材料熔化之后，将温度降低到它的熔融温度之下，将较低熔融温度材料熔接到较高温度材料，由此产生熔融加强间隔纱。通过熔化加强纱312a和312b，由纱形成的保持器312变得刚性更大。该额外刚性使第一柔性圆柱形带具有增加的轴向刚度。为了在基体与连续环状加强组件10结合的过程中有助于保持第二柔性圆柱形加强带300的轴向稳定性，优选的是加强纱的较低熔融温度材料具有的熔融温度高于基体的形成或固化温度。

仍然参考图5A和5B，使用不同熔融温度材料的加强纱312a和312b可以由包括具有不同熔点的材料的一种纤维或多种纤维（例如芯/鞘纤维）形成，或者可以由具有不同熔点的纤维的组合形成。加强纱312a和312b可以是单丝纱、多丝纱或定长短纤维纱。当选择用于加强纱312a和312b的纱时，应当注意选择将耐受组件的摩擦力和与基体结合之前的连续环状加强组件10的任何处理（例如冲洗）的纱。优选的是这样的加强纱的较高熔融温度材料被选择成具有足够的弹性以减小组装问题的可能性。也优选的是这样的加强纱的较高熔融温度材料被选择成具有低收缩特性，特别是当受到熔化加强纱的热和将基体材料包含到连续环状加强组件中时。在一个实施例中长丝或纤维是芯和鞘配置，其中较高熔融温度聚合物是芯并且较低熔融温度聚合物是鞘。在另一个实施例中，纱包括较高熔融温度聚合物的长丝或纤维和较低熔融温度聚合物的独立长丝或纤维。

仍然参考图5A和5B，加强纱312a被显示为结构纱，并且加强纱312b被显示为绑扎纱。结构加强纱312a比绑扎加强纱312b更刚硬并且更重。结构加强纱312a将轴向刚度提供给线圈310。加强纱312a可以固定到线圈310的外部或内部。在一个实施例中，结构加强纱312a是单丝纱。绑扎加强纱312b固定邻近结构加强纱312a的线圈的线缆111。在一个实施例中绑扎加强纱312b包括如上所述的较低熔融温度聚合物材料，并且可以包括如上所述的较高熔融温度聚合物材料。绑扎纱中的较低熔融温度聚合物材料的熔融温度是比结构加强纱312a中的主要材料低的温度。以该方式，绑扎加强纱312b可以用于将线圈310的线缆311更好地固定到结构加强纱。

当使用包括具有较低熔融温度的聚合物的绑扎加强纱312b时，优选的是当受到绑扎加强纱312b中的较低熔融温度聚合物的熔融温度时结构加强纱312a具有低收缩，例如具有热定型聚合物纱。在一个实施例中，绑扎加强纱312b包括具有较低熔融温度的长丝或定长短纤维，和较高熔融温度的长丝或定长短纤维。当绑扎加强纱312b包括较低熔融温度和高熔融温度聚合物的长丝或定长短纤维时，也优选的是具有高熔融温度聚合物的长丝在较低熔融温度聚合物的熔化期间具有一定的收缩，例如具有未热定型的纱，由此系紧结构加强纱312a和线圈310的至少一个线缆311之间的连接。

仍然参考图5A和5B，显示了加强纱312a和312b的两个不同图案。在图5A中，加强纱312a和312b以编织图案固定线圈310的线缆311。如图5A中所示，加强纱312a和312b以纱罗编织方式编织到线圈310中，纱的交叉出现在线缆之间。然而，加强纱312a和312b可以以其它编织图案包含到线圈310中。在图5B中，加强纱312a和312b以马里莫（Malimo）样式针迹针织图案固定线圈310的线缆311。然而，加强纱312a和312b可以以其它针织图案包含到线圈310中。尽管图5A和5B示出了加强纱312a和312b以编织或针织图案包含到线圈310中，但是一系列单加强纱312也可以卷绕通过线圈310。

现在参考图1-6，中间弹性间隔件200是将恒定压力施加于第一带外表面102和第二带内表面301的弹性材料。弹性意味着随着压缩量的增加弹性间隔件生成增加的反作用力。中间弹性间隔件200在径向方向上的厚度大于在第一柔性圆柱形加强带100和第二柔性圆柱形加强带300之间在径向方向上产生的间隙。以该方式，中间弹性间隔件200在两个柔性圆柱形加强带100、300之间、围绕连续环状加强组件10施加恒定压力。为了有助于产生围绕连续环状加强组件10的均匀压力，中间弹性间隔件200优选地具有基本均匀的厚度并且在组成上是基本一致的。该恒定均匀压力保持第一柔性圆柱形带100和第二柔性圆柱形加强带300之间的空间关系。第一柔性圆柱形加强带100和第二柔性圆柱形加强带300之间的均匀压力产生力平衡，该力平衡将保持两个带的定心，即使存在第一或第二柔性圆柱形带100、300的直径的变化。在设计中间弹性间隔件200时，必须注意防止过度压力作用于第一柔性圆柱形加强带100。当中间弹性间隔件200将过度压力施加于第一柔性圆柱形加强带100时，第一柔性圆柱形加强带100将弯曲，使形状变形。在一个实施例中，中间弹性间隔件200可以从至少30%的压缩弹性地恢复。在另一个实施例中，形成中间弹性间隔件200的材料可以从大于80%的压缩弹性地恢复。

优选地，中间弹性间隔件200保持自身和两个加强带100、300就位而不用附加固定。典型地，中间弹性间隔件200和两个加强带100、300之间的正常压力和产生的摩擦足以稳定连续环状加强组件10，即使在形成圆柱形构件时结合基体材料期间。当中间弹性间隔件200在两个柔性圆柱形加强带100、300之间施加压力时，它也在线缆111、311之间产生间隔件材料的鼓胀。线缆111、311之间的该鼓胀导致连续环状加强组件10的进一步稳定并且有助于稳定分别在柔性圆柱形加强带100、300内的单独的线缆111、311的位置。在其它实施例中，中间弹性间隔件200可以使用具有很小突起或臂的材料，所述突起或臂保持线缆111、311，由此稳定分别在圆柱形加强带100、300内的单独的线缆111、311的位置。可以用粘合剂和提供中间弹性间隔件200和柔性圆柱形加强带100、300之间的夹持作用的材料几何形状来改善加强带100、300和中间弹性间隔件200的稳定。在第一柔性圆柱形加强带100的弯曲开始之前，增加中间弹性间隔件200和第一柔性圆柱形加强带100之间的摩擦、附着或夹持也将增加可以由中间弹性间隔件200施加于第一柔性圆柱形加强带100的压力。

除了在两个加强带200、300之间提供类弹簧恒定压力以外，中间弹性间隔件200也是多孔的，从而用于接收被加强的基体材料。优选地，中间弹性间隔件200是多孔的，没有反转流动方向或产生死端（dead end）流动的闭合空隙或曲折流动路径。多孔材料将包括减小组成多孔材料的质量的量的空隙。优选的是通过将多孔材料中的质量的量减小到最小可能量而增加多孔材料中的空隙面积。作为例子，形成多孔材料的质量的量可以具有百分之四十（40%）的最大量。备选地，形成多孔材料的质量的量可以具有百分之十五（15%）的最大量。在优选实施例中，形成多孔材料的质量的量具有百分之五（5%）的最大量。另外，在一个优选实施例中，中间弹性间隔件200包括与基体中相同的材料，例如聚氨酯。

在本发明的优选实施例中，中间弹性间隔件200是柔性构件。中间弹性间隔件200的挠曲便于连续环状加强组件10的组装，并且允许最后加强基体构件挠曲而不对连续环状加强组件10或基体的部件造成功能损害。类似于第一柔性圆柱形加强带100和第二柔性圆柱形加强带300，优选的是中间弹性间隔件200具有柔性，其中中间弹性间隔件200可以受到的弯曲半径是材料不受到永久变形的连续环状加强组件10中的它的正常内径的十分之一或更小。在另一个优选实施例中，中间间隔件200具有比它所接合的圆柱形加强带更大的柔性。

在一个实施例中，中间弹性间隔件200可以是被切割成期望厚度、宽度和长度并且然后插入第一加强带100和第二加强带300之间的材料的条带。在一个实施例中，附连材料的条带的端部以形成中间弹性间隔件200。在另一个实施例中，作为中间弹性间隔件200置于第一加强带100和第二加强带300之间的材料的条带是端部处未附连、而是松散地彼此邻接的材料的条带。在一些情况下，在形成中间弹性间隔件200的材料的端部之间具有小间隙是可接受的。而且，中间弹性间隔件200的轴向宽度不总是需要等于加强带100或300的整个宽度。

在一个实施例中，中间弹性间隔件200是泡沫材料。为了提供具有多孔特性的间隔件，泡沫材料可以是开孔泡沫材料。特别地，网状泡沫材料提供用于中间弹性间隔件200的多孔弹性材料。在网状泡沫中，通过诸如使受控火焰或化学蚀刻流体通过介质的方法去除室壁。网状泡沫的剩余材料也可以提供固定圆柱形加强带100、300内的线缆111、311的臂。另外，泡沫材料可以是与待加强的基体相同的材料。例如，聚氨酯泡沫可以用作圆柱形加强构件10中的中间弹性间隔件200以加强聚氨酯基体。

在又一个实施例中，中间弹性间隔件200是非编织材料。可以用作间隔件的一种类型的非编织材料是具有粗丝的非编织材料，所述粗丝形成三维形状，例如二维或三维波状配置。具有厚度定向或“z”定向纤维的非编织材料可以为非编织材料提供弹性性质。

在再一个实施例中，中间弹性间隔件200是间隔织物。间隔织物是具有两个面层的针织或编织织物，所述两个面层由在两个层之间延伸的纤维或纱分离。两个层之间的纤维提供抵抗间隔织物的压缩的类弹簧力。间隔织物的考虑因素将是开放性（openness）、孔隙形状、孔隙大小、刚度、分离纤维或纱的方向、材料附着到基体材料的能力等。

现在参考图7，显示了本发明的实施例，其中中间弹性间隔件200具有的宽度小于第一圆柱形加强带100或第二圆柱形加强带300的宽度。在该实施例中，中间弹性间隔件200在连续环状加强组件10的宽度方向上居中。柔性圆柱形加强带100、300被设计成在超出中间弹性间隔件200的宽度处保持彼此之间的恒定空间关系。

现在参考图8，显示了本发明的实施例，其中第一柔性圆柱形加强带100和第二柔性圆柱形加强带300由两个中间弹性间隔件200a和200b间隔开。在该实施例中，中间弹性间隔件200a和200b比柔性圆柱形加强带100、300窄，并且朝着柔性圆柱形加强带100、300的相对外缘布置。通过将中间弹性间隔件分成布置在柔性圆柱形加强件100、300的外缘处的两个带，连续环状加强组件10将具有平面外旋转扰动的更好耐抗性。

现在参考图9，显示了本发明的实施例，其中第三柔性圆柱形加强带500布置在第二柔性圆柱形加强带300的外部，并且第二中间弹性间隔件400布置在第二柔性圆柱形加强带300和第三圆柱形加强带500之间。第三柔性圆柱形加强带500具有与第一柔性圆柱形加强带100或第二柔性加强带300相同的性质和特性。第二中间弹性间隔件400也具有与中间柔性弹性间隔件200相同的性质和特性。可以预料本发明的圆柱形加强组件可以具有由一个或多个中间、弹性层分离的圆柱形加强带的多个层。

在再一个示例性实施例中，应当理解连续环状加强组件也可以被制造成没有弹性间隔件。更具体地，参考图1，连续环状加强组件10可以产生为没有弹性间隔件200。在这样的情况下，应当注意在制造组件10时保持加强带100和300的适当间隔。例如，在适当间隔的加强带100和300之间，可以滴注或喷洒材料，从而不干扰其间的间隔。这样的材料应当具有较高粘性并且应当在接触加强带100和300时凝固，从而保持适当的间隔。优选地，这样的材料也将具有比用于构造加强带100和300的材料更高的熔融温度。用于制造没有弹性间隔件的连续环状加强组件的其它方法也可以使用。

图10提供了根据本发明的结构支撑的车轮401的示例性实施例的透视图。当在本文中使用时，结构支撑表示轮胎由它的结构部件承载负荷而没有充气压力的支撑。图11提供了沿着如图10中所示的线11-11获得的车轮401的部分、横截面图。箭头C表示圆周方向。箭头R表示径向方向。箭头A表示轴向方向，有时也表示横向或侧向方向。

现在更特别地参考图11，连续环状加强组件10定位在围绕圆周方向C延伸的带405内。对于该示例性实施例，组件10包括由弹性间隔件200分离的第一柔性圆柱形带100和第二柔性圆柱形带300，如先前所述。带100和300例如提供车轮401的竖直刚度，而弹性间隔件200有助于提供车轮401的剪切层，这将进一步进行描述。

根据本发明，车轮401在充气轮胎的牵引、转向或悬挂质量是有利的或者需要改善的应用中是有用的。如下面更完整所述的根据本发明构造的结构支撑的车轮401可以在比充气轮胎需要更少的维护的车轮中提供改善的顺应性和刚度特性。除了用于机动车辆以外，这样的车轮也可以有利地用于例如轮椅、轮床、病床、用于敏感设备的推车、或对震动的敏感性重要的其它车辆或运输工具。另外，该车轮可以用于代替椅子或其它家具的脚轮，或用作婴儿车、滑板、直排滑轮等的轮子。本发明的车轮401可以用于使用负荷支承或负荷施加轮的机器或装置中。术语“车辆”在下面用于描述目的；然而，顺应轮可以安装在其上的任何装置包括在以下描述中，并且“车辆”应当被理解成包括它们。

如图10和11中所示车轮401具有环形带405和示出为腹板轮辐420的多个张力传递元件，所述张力传递元件横向地越过并且从带405向内延伸到腹板轮辐420的径向内端处的安装带425。安装带425将车轮401锚固到轮毂430。胎面部分410形成于带405的外周边处。胎面部分410可以是粘结在带405上的附加层以例如提供不同于用于构造带405的材料的牵引和耐磨性质。备选地，胎面部分410可以形成为顺应带的外表面的一部分，如图10中所示。胎面特征可以形成于胎面部分410中并且可以包括花纹块415和凹槽440。

如上所述，图10和11的示例性实施例中的腹板轮辐420横向地延伸越过轮401，当在本文中使用时这表示腹板轮辐420从车轮401的一侧延伸到另一侧，并且可以与旋转轴线对准，或者可以相对于轮轴线倾斜。此外，“向内延伸”表示腹板轮辐420在带405和安装带425之间延伸，并且可以位于在径向于轮轴线的平面中或者可以相对于径向平面倾斜。另外，如图10中所示，腹板轮辐420实际上可以包括与径向平面成不同角的轮辐。可以使用各种形状和图案，例如如美国专利第7,013,939号中所示。

带405支撑车轮401上的负荷并且弹性地变形以符合路面（或其它支撑表面），从而提供牵引和操控能力。更特别地，如美国专利第7,013,939号中所述，当负荷通过轮毂430作用于车轮401时，带405顺应地作用，原因是它弯曲并且以另外方式变形以用于地面接触并且形成接地面，该接地面是车轮401的在这样的负荷下与地面相接触的一部分。未进行地面接触的带405的部分以类似于拱顶的方式作用并且在赤道面中提供足够高的圆周压缩刚度和纵向弯曲刚度以用作负荷支撑构件。当在本文中使用时，“赤道面”表示垂直于车轮的旋转轴线通过并且平分轮结构的平面。

从车辆（未显示）传递到轮毂430的车轮401上的负荷基本上由附连到带405的负荷支撑部分的腹板轮辐420悬挂。地面接触区域中的腹板轮辐420不受到由于负荷引起的拉伸负荷。当车轮401旋转时，当然，用作拱顶的顺应带405的特定部分连续地变化，然而拱顶的概念有助于理解负荷支撑机构。带405的弯曲量和因此接地面的尺寸与路面成比例。带405在负荷下弹性地弯曲的能力提供顺应地面接触区域，该顺应地面接触区域类似于充气轮胎的顺应地面接触区域起作用，具有类似有利结果。

例如，带405可以包裹障碍物以提供更平稳的驾驶。而且，带405能够将力传递到地面或路面以用于牵引、转弯和转向。相比之下，在典型的实心轮胎和软轮胎中，路面由接触区域中的轮胎结构的压缩支撑，这包括刚性轮毂之下的衬垫材料的压缩。衬垫材料的顺应性受到材料的压缩性质和刚性轮或轮毂上的材料的厚度的限制。

仍然参考图10和11，腹板轮辐420是大致板状元件，具有在径向方向上的长度L，在轴向方向上的宽度W，该宽度大体对应于顺应带405的轴向宽度，但是也可以使用其它宽度W，包括沿着径向方向变化的宽度W，如图11中所示。腹板轮辐420也具有厚度（即，垂直于长度L和宽度W的尺度），该厚度大体上比长度L或宽度W小得多，这允许腹板轮辐在压缩下屈曲或弯曲。当穿过接触区域时较薄的腹板轮辐将弯曲，基本上没有压缩阻力，也就是说，不提供压缩力或仅仅将微小的压缩力提供给负荷承载。当腹板轮辐420的厚度增加时，腹板轮辐可以在地面接触区域中提供一定的压缩负荷承载力。然而作为整体的腹板轮辐420的主要负荷传递作用受到张力。特定腹板轮辐厚度可以被选择成符合车辆或应用的具体要求。

在图11中可以看到，优选地，腹板轮辐420相对于顺应带405在轴向方向A上定向。腹板轮辐420中的张力所以分布在带405上以支撑负荷。作为例子，腹板轮辐420可以由具有大约10至100MPa的拉伸模量的弹性体材料形成。需要时可以加强腹板轮辐420。用于构造腹板轮辐材料420的材料也应当展示弹性行为以在应变到例如30%之后返回初始长度，并且当腹板轮辐材料应变到例如4%时展示恒定应力。此外，期望在相关操作条件下使材料具有不超过0.1的tan δ。例如，可以确定满足这些要求的商业上可获得的橡胶或聚氨酯材料。作为另一个例子，来自康涅狄格州Middlebury市的Chemtura公司的Vibrathane B836牌氨甲酸乙酯适合用于构造腹板轮辐420。

对于图10和11的示例性实施例，腹板轮辐420由径向内部安装带425互连，所述径向内部安装带环绕轮毂430以将车轮401安装到轮毂430。取决于构造材料和制造工艺，轮毂430、安装带425、环形带405和腹板轮辐420可以模塑成整体。备选地，这样的部件中的一个或多个可以独立地形成并且然后例如通过粘合剂或模塑彼此附连。另外，也可以包括其它部件。例如，接口带可以用于在腹板轮辐的径向外端连接腹板轮辐420，并且然后接口带可以连接到带405。

根据另一个实施例，例如通过提供接合轮毂430中的狭槽装置的每个腹板轮辐420的内端上的扩大部分，或者通过附连相邻腹板轮辐420以在形成于轮毂430中的钩或杆处形成环，可以将腹板轮辐420机械地附连到轮毂430。

通过使腹板轮辐420在张力下具有高有效刚度但是在压缩下具有很低刚度而获得大致完全拉伸负荷支撑。为了便于在特定方向上的弯曲，腹板轮辐420可以是弯曲的。备选地，腹板轮辐420可以模塑有弯曲部并且在冷却期间通过热收缩拉直以提供在特定方向上弯曲的倾向。

例如当扭矩施加于车轮401时，腹板轮辐420应当抵抗环形带405和轮毂430之间的扭转。另外，例如当转向或转弯时，腹板轮辐420应当抵抗侧向偏转。应当理解，位于径向-轴向平面中（也就是说，与径向方向和轴向方向对准）的腹板轮辐420将具有轴向力的高抵抗性，但是，特别是如果在径向方向R上伸长，可以具有在圆周方向C上的扭矩的较低抵抗性。对于例如产生较低扭矩的某些车辆和应用，具有与径向方向R对准的较短轮辐420的腹板轮辐组件将是合适的。对于期望高扭矩的应用，诸如美国专利7,013,939的图5至8中所示的布置中的一个可能更合适。在这里所示的变型中，提供腹板轮辐的取向，其包括在径向和圆周方向上的阻力分量，因此增加扭矩的阻力，同时保持径向和侧向阻力分量。可以根据所使用的腹板轮辐的数量和相邻腹板轮辐之间的间隔选择取向的角。也可以使用其它替代布置。

本发明的顺应轮的一个优点在于带405和腹板轮辐420的尺寸和布置的选择允许与接触压力无关地并且彼此无关地调节轮的竖直、侧向和扭转刚度。带405的操作参数（负荷承载和顺应性）部分地由在赤道面中具有圆周压缩刚度和纵向弯曲刚度以满足设计负荷要求的材料的选择进行确定。考虑车轮401的直径、环形带405在轴向方向A上的宽度、带405在径向方向R上的厚度、以及腹板轮辐420的长度和间隔检查了这些参数。腹板轮辐的数量被选择成保持带405的圆度，并且也将取决于相邻腹板轮辐420之间的间隔。

继续参考图11，如先前所述，带405包括连续环状加强组件10，该连续环状加强组件例如可以整体地模塑为非充气车轮401的一部分、或者单独地构造并且然后与车轮401的其它元件附连。在弹性间隔件200是多孔的情况下，用于构造带405的基体材料也可以用于通过进入并且通过它的多孔材料而浸渍间隔件200。例如，弹性间隔件200可以构造为开孔泡沫，诸如聚氨酯的聚合物接收在所述开孔泡沫中。适合于这样的构造的聚氨酯例如包括来自康涅狄格州Middlebury市的Chemtura公司的VibrathaneB836牌氨甲酸乙酯。

图11提供了可以用于本发明的带405的仅仅一个示例性实施例。例如，图12提供了可以用于车轮401中的带405的另一个例子（从该横截面图以及图13和14的视图省略了腹板轮辐420）。在这里，图7的连续环状加强组件10被显示为包含到带405中。如图所示，弹性间隔件200比第一柔性圆柱形带100或第二柔性圆柱形带300更窄。可以如先前所述地构造弹性间隔件200。

图13提供了可以用于车轮401中的带405的另一个例子，其中带405包括图8的连续环状加强组件10。如图所示，弹性间隔件200由两个中间弹性间隔件200a和200b构造。显示了在间隔件200a和200b之间的间隙435。间隙435可以是开放的或者可以填充有基体材料。可以如先前关于间隔件200所述地构造弹性间隔件200a和200b。

图14提供了可以用于车轮401中的带405的又一个例子，其中带405包括图9的连续环状加强组件10。如图所示，弹性间隔件200由两个弹性间隔件200和400构造并且包括第三柔性圆柱形加强带500。图14仅仅作为例子被提供，也可以取决于应用添加多个附加间隔件和柔性圆柱形带。

尽管已关于具体的示例性实施例及其方法详细地描述了本主题，但是将领会本领域的技术人员当获得前述内容的理解时可以容易地产生对这样的实施例的更改、变型和等效替换。因此，本公开的范围仅仅作为例子而不是作为限制，并且本公开不排除包括对本主题做出的对于本领域的普通技术人员来说是显而易见的这样的修改、变型和/或添加。

Claims (20)

1.一种非充气车轮，所述车轮限定了径向方向、圆周方向和横向方向，所述车轮包括：

支撑地面接触胎面部分的环形带，所述环形带围绕所述圆周方向延伸；

定位在所述环形带内的连续环状加强组件；

定位在所述环形带的径向内侧的安装带；以及

多个腹板轮辐，所述多个腹板轮辐连接到所述环形带和所述安装带并且在所述环形带和所述安装带之间径向地延伸。

2.根据权利要求1所述的非充气车轮，其中所述连续环状加强组件包括：

第一柔性圆柱形带，以及

第二柔性圆柱形带，所述第二柔性圆柱形带与所述第一柔性圆柱形带分开定位并且位于所述第一柔性圆柱形带的径向外侧。

3.根据权利要求2所述的非充气车轮，其中所述第一柔性圆柱形带和所述第二柔性圆柱形带中的一个或两者包括：

线圈，所述线圈包括卷绕成螺旋的一种或多种材料；以及

至少一个保持器，所述至少一个保持器附连到所述线圈并且配置成用于保持所述线圈的完整性。

4.根据权利要求3所述的非充气车轮，其中所述线圈的所述一种或多种材料选自：金属、钢、碳、芳族聚酰胺和玻璃。

5.根据权利要求3所述的非充气车轮，其中所述至少一个保持器包括：

较高熔融温度材料；以及

较低熔融温度材料。

6.根据权利要求5所述的非充气车轮，其中所述较高熔融温度材料和所述较低熔融温度材料配置成芯/鞘布置。

7.根据权利要求3所述的非充气车轮，其中所述至少一个保持器包括下列中的一种或多种：单丝纱、多丝纱和定长短纤维纱。

8.根据权利要求3所述的非充气车轮，其中所述至少一个保持器包括：

绑扎加强纱；以及

结构加强纱，所述结构加强纱具有比所述绑扎加强纱更大的刚度。

9.根据权利要求8所述的非充气车轮，其中所述绑扎加强纱包括具有比所述结构加强纱的熔融温度更低的熔融温度的材料。

10.根据权利要求9所述的非充气车轮，其中当加热到所述绑扎加强纱的较低熔融温度时所述结构加强纱具有低收缩。

11.根据权利要求8所述的非充气车轮，其中所述绑扎加强纱包括：

较低熔融温度聚合物；以及

较高熔融温度聚合物，当加热到所述较低熔融温度聚合物的熔融温度时所述较高熔融温度聚合物展现收缩。

12.根据权利要求3所述的非充气车轮，其中所述至少一个保持器包括多个加强纱，所述多个加强纱以纱罗编织方式编织到所述线圈中，所述纱的交叉出现在所述线圈的所述一种或多种材料之间。

13.根据权利要求3所述的非充气车轮，其中所述至少一个保持器包括以马里莫样式针迹针织图案编织到所述线圈中的多个加强纱。

14.根据权利要求2所述的非充气车轮，其中所述连续环状加强组件还包括定位在所述第一柔性圆柱形带和所述第二柔性圆柱形带之间的间隔件。

15.根据权利要求14所述的非充气车轮，其中所述间隔件包括多孔材料。

16.根据权利要求15所述的非充气车轮，其中所述多孔材料包括网状泡沫。

17.根据权利要求15所述的非充气车轮，其中所述环形带包括接收在所述间隔件的所述多孔材料中的基体材料。

18.根据权利要求17所述的非充气车轮，其中所述基体材料包括聚氨酯。

19.根据权利要求2所述的非充气车轮，其中所述连续环状加强组件还包括定位在所述第一柔性圆柱形带和所述第二柔性圆柱形带之间的多个间隔件。

20.根据权利要求2所述的非充气车轮，其中所述连续环状加强组件包括多个柔性圆柱形带，所述圆柱形带沿着所述径向方向彼此间隔开。

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