CN103419567B - 用于车辆的非充气支撑的系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于车辆的非充气支撑的系统。一种非充气轮胎包括多个弹簧。每个弹簧包括第一端部、第二端部和弓形中间部。每个弹簧与至少一个其他的弹簧交织，从而形成绕非充气轮胎的整个圆周延伸的环面结构。环面结构至少部分地涂有弹性体。至少一个弹簧的一个端部固定至邻近轮辋的第一胎圈弹簧。

Description

用于车辆的非充气支撑的系统

技术领域

本发明涉及一种用于车辆的非充气支撑的系统，更具体地说，涉及一种非充气轮胎及构造这样的非充气轮胎的方法。

背景技术

在充气轮胎之前已使用传统的非充气实心橡胶轮胎。随着车辆速度提高和乘坐特性变得更重要，对充气结构的需求浮现。充气轮胎提供对实心的非充气轮胎的问题和限制的解决方案。

传统的充气轮胎是持久作为对传统的车辆需求的解决方案的有效的结构。传统的充气轮胎为“抗拉结构”。抗拉结构包含用于在抗拉结构中提供抗拉预载的压缩结构。抗拉结构典型地会不承受压缩，并且压缩结构典型地会不承受张力。在充气轮胎中，帘线为抗拉结构，并且压缩空气为压缩结构。

传统的充气轮胎的缺点是其为充气的。至少从车辆操作者的观点，在压力下包含的空气会并且典型地确实在不合时宜的时间逸出。

非充气轮胎没有在压力下的空气。非充气轮胎是在不需要在压力下包含的空气的情况下、与充气轮胎相似地运行的一种轮胎结构。非充气轮胎在轮胎印迹、或者接地面积的区域中与道路/接触表面的联系提供从接触表面到车辆的唯一力输入，并向接触表面提供操纵力和负载。因而，非充气轮胎具有和充气轮胎一样的这些基本特性。

传统的充气轮胎具有独特的挠曲和负荷承载特性。尽管局部地出现在印迹径向向内的区域中，但是冲击和偏转可全局地由整个轮胎结构吸收。侧偏特性通过轮胎侧壁的张力的提高和降低的组合实现。

传统的非充气轮胎必须类似地能够经得起冲击负载并耗散吸收的能量。然而，不同于充气轮胎，非充气轮胎典型地在印迹或接地面积内局部地吸收冲击并偏转。因此，非充气轮胎的这样的局部偏转一定还表现高的阻尼特性。

此外，在运转状况下的任何轮胎必须能够耗散热。阻尼负载的性质是能量耗散的形式。所吸收的能量被转变成热。热继而可影响轮胎性能，并且可导致过早的轮胎损坏。因而，有效的热耗散对任何轮胎是必需的。理想地，能量仅在印迹或接地面积径向向内的区域中由轮胎吸收，使得在轮胎的剩余部分的回转期间可从这样的区域去除能量。

然而，橡胶是不良导热体。橡胶越厚，则蓄热越多。蓄热可通过使薄的材料横截面具有高的空气循环而减轻至受控的水平。

尿烷轮胎可在高达大约93℃(200℉)的温度下运行。长时间高于121℃(250℉)度的温度会引起尿烷的弱化。如果尿烷轮胎的温度上升足够高，则可出现尿烷轮胎的过早损坏。

一种传统的非充气轮胎/车轮包括弹性材料的中心部分、外部弹性胎面部分和插入的减震部分，该插入的减震部分包括形成有中心和胎面部分的多个弹性材料的交叉腹板。在减震部分的内部中形成的是环形系列的孔口。孔口被设置成横向地并且稍微地叠置。每个孔口横跨减震部分的整个轴向宽度延伸。一对盘也设置有类似的孔口。一个盘位于轮胎/车轮的一侧上，使得孔口与减震部分的孔口对准。在模制时，形成一个整体单元。该软心轮胎/车轮消除了用于将充气或实心橡胶轮胎紧固至车轮的金属零件。

这样传统的研制非充气轮胎的努力未能提供随足够的承载能力的足够的热耗散。随着车辆速度提高，这些构思不能满足乘客和卡车轮胎的需求。

另一传统的非充气轮胎由弹性体材料整体地模制，以形成包括内“环箍（hoop）”和外“环箍”的整体式结构。外环箍由多个周向间隔开的平面肋和平面中心腹板支撑并缓冲，该平面中心腹板在环箍的周向中心连接环箍。腹板位于与轮胎的旋转轴线垂直的平面中。肋沿着内环箍和外环箍轴向地延伸，以沿着腹板的相对面使环箍与肋的边缘连接。可在径向末端处底切平面肋，以便除非超过临界负载，否则确保弯曲和没有屈曲（buckling）。

另一传统的非充气轮胎具有赤道面、与赤道面垂直的轴线、可绕轴线旋转的环形胎面和由具有在60至100的范围内的邵氏A硬度的材料制成的环形弹性体本体。弹性体本体具有第一和第二隔开的横向侧。所述侧从赤道面等距隔开，并在胎面与轮辋之间延伸。本体具有与轴线等距的开口，有些开口从第一侧延伸，并且其他开口从第二侧延伸，以形成第一和第二组开口。这些组开口从相应侧朝着赤道面延伸。开口在本体中形成等距的弹性材料列。由第一组开口形成的列向轮胎的径向方向倾斜，并且由第二组开口形成的列大体上向轮胎的径向方向倾斜，但倾斜相对于由第一组开口形成的列相反。

国家航空航天局(NASA)已研制了地面车辆（surfacevehicle），以支持长距离月球探测和月球基地的开发。这些车辆比为二十世纪六十年代后期的阿波罗计划研制的探月车(LRV)更重并且行进更长的距离。因此，需要新型的轮胎，以便同用于阿波罗LRV上的轮胎比较起来，支撑达到十倍的重量和持续达到一百倍的行进距离，从而需要与在地球上所使用的乘用车类似的运行特性。然而，传统的橡胶充气轮胎在太空中不能可接受地运行。

例如，橡胶性能在阴影处经历的低温(下至40K)与在日光下的高温(达到400K)之间显著变化。此外，橡胶在无大气防护的情况下在暴露于直接太阳辐射时劣化。最后，充气轮胎由于瘪胎的可能性而不可允许用于载人月球车。为了克服这些限制，已为阿波罗LRV开发了轮胎设计，并且该轮胎设计被成功地用于阿波罗任务15、16和17。该非充气轮胎由琴用钢丝编织，该琴用钢丝对月球温度变化和太阳辐射是稳健的，在真空中操作，并且不需要用于负载支撑的空气。该结构还用于循着月球地形，这便于牵引并减少传递至阿波罗LRV的振动。

如上所述，由于对月球车的新的重量和距离需求，所以需要具有较高的强度和耐久性的轮胎。一种传统的车轮与非充气轮胎组件具有可变直径，其除改变其直径之外，还可改变其宽度，从而增大车轮的接合地面的面积。因此，可根据该非充气轮胎行进的地形调节该非充气轮胎，以提高车辆的性能。该轮胎/车轮具有弓形构件，该弓形构件具有连接轮毂的第一和第二端。弓形构件在第一与第二端之间以弧形向外延伸。弓形构件形成围绕毂周向隔开并且从毂径向向外延伸的多个柔性环箍。

更具体地说，该传统的非充气轮胎/车轮形成笼，该笼由在毂的轴向外轮辋之间成为弓形的三十八个均等隔开的径向延伸环箍组成。环箍由螺旋钢弹簧制成，该螺旋钢弹簧被切成所期望的长度并穿过弹簧的中心的钢丝填充。传统的毂可轴向地展开/收缩，用于改变轮胎/车轮的直径。

阿波罗LRV轮胎的钢丝网设计被发现不容易可调整（scalable）。具体地，钢丝直径的增加以产生支撑原始设计的十倍负载的轮胎引起两个显著的限制：(1)循着地形的能力失去，因而限制牵引和隔离振动的能力；和(2)增大的钢丝应力限制功能寿命。

因此，另一传统的非充气轮胎/车轮包括多个螺旋弹簧。每个螺旋弹簧包括第一端部、第二端部和使第一端部与第二端部互连的弓形中间部。每个螺旋弹簧与所述多个螺旋弹簧中的至少一个其他的螺旋弹簧交织或交错，从而形成绕非充气轮胎/车轮的整个圆周延伸的编织的环面结构。一部分螺旋弹簧可固定至车轮的第一环形轮辋和/或车轮的第二环形轮辋。在轮胎的每个轴向侧具有环形轮辋的车轮可将轮胎固定至车轮。因而，同传统充气轮胎的结构相比，交织螺旋弹簧的编织/交织环面结构限定用于非充气轮胎的第一帘布层。第二帘布层可径向叠置第一帘布层。这样的第二帘布层可包括与第一帘布层相同的交织环面结构。

因此，期望一种供特定应用使用的改进的非充气轮胎。

定义：

“三角胶芯”是指位于胎圈芯径向上方且在帘布层与反包帘布层之间的弹性体填料。

“环形的”是指象环一样形成。

“纵横比”是指其截面高度与其截面宽度的比。

“轴向的”和“轴向地”在此用于指平行于轮胎旋转轴线的线或方向。

“胎圈”是指轮胎的包括环形抗拉构件的部分，其由帘布层帘线包绕并且成形为具有或不具有其他增强元件，诸如外包布、胎跟加强层、三角胶芯、护趾胶和胎圈包布，以便配合设计轮辋。

“带束层结构”是指平行帘线的至少两个环形层或帘布层，帘线经过编织或未经编织，位于胎面下方，非锚固至胎圈，并且具有相对于轮胎的赤道面倾斜的帘线。带束层结构还可包括以相对小的角度倾斜的平行帘线的帘布层，以用作限制层。

“斜交轮胎”(轮胎交叉帘布层)是指一种轮胎，其中胎体帘布层中的加强帘线相对于轮胎的赤道面从胎圈到胎圈以大约25°-65°的角度对角地横跨轮胎延伸。如果存在多个帘布层，则帘布层帘线在交替的层中相对地延伸。

“缓冲层”是指相对于轮胎的赤道面具有与胎体帘布层中的平行加强帘线相同的角度的平行增强帘线的至少两个环形层或至少两个帘布层。缓冲层通常与斜交轮胎相关联。

“线缆”是指通过将两根或更多的合股线扭绞到一起形成的帘线。

“胎体”是指帘布层上的带束层结构、胎面、底胎面和侧壁橡胶之外但包括胎圈的轮胎结构。

“外胎”是指轮胎的除胎面和底胎面之外的胎体、带束层结构、胎圈、侧壁及所有其他部件，即整个轮胎。

“胎跟加强层”指的是位于胎圈区中的织物或钢帘线的窄带，其功能是加强胎圈区并稳定胎侧径向最向内的部分。

“周向”是指沿着环形轮胎的平行于赤道面(EP)并垂直于轴向方向的表面的周长延伸的线或方向；其还可指其半径限定胎面的轴向曲率的多组相邻圆形曲线的方向，如在横截面中所观察到的。

“帘线”是指组成轮胎的增强结构的增强线股中之一。

“帘线角度”是指由帘线相对于赤道面形成的在轮胎的平面图中的向左或向右的锐角。“帘线角度”按在固化的但未充气的轮胎中测量。

“丹尼尔”是指以每9000米的克数为单位的重量(表示线密度的单位)。分特是指以每10,000米的克数为单位的重量。

“弹性体”是指在变形后能够恢复尺寸和形状的弹性材料。

“赤道面(EP)”是指垂直于轮胎的旋转轴线并穿过轮胎的胎面中心的平面；或者该平面包含胎面的周向中心线。

“织物”是指基本上单向延伸的帘线的网状物，其可以被扭绞，并且继而由多个高模数材料的许多细丝(其也可以被扭绞)组成。

“纤维”是形成细丝的基本单元的天然或人造的物质单元。其特征在于长度至少为其直径或宽度的100倍。

“细丝支数”是指构成纱线的细丝的数量。示例：1000丹尼尔的聚酯具有大约190根细丝。

“胎圈芯包布”指的是围绕胎圈钢丝以便强度并将胎圈钢丝结合在轮胎本体中的加强织物。

“印迹”是指在零速度时及在正常负载下，轮胎胎面与平坦表面的接地面积或接触面积。

“量规”通常指的是测量，具体地指的是厚度测量。

“粗糙度”是指当轮胎通过较小但连续的道路凹凸不平时轮胎传递的扰动量。

“高抗拉强度钢(HT)”是指在0.20mm的细丝直径时具有至少3400Mpa的抗拉强度的碳钢。

“迟滞”是指当改变作用于本体的力时的效果的延迟。

“向内”是指朝着轮胎的内部，而“向外”意味着朝着轮胎的外部。

“内衬”是指形成无内胎轮胎的内表面的弹性体或其它材料的一层或多层，其包含轮胎内的充气流体。

“LASE”是规定伸长下的负载。

“侧向”是指轴向方向。

“捻距”是指扭绞细丝或股线移动以绕另一细丝或股线进行360度旋转的距离。

“兆抗拉强度钢(MT)”是指在0.20mm的细丝直径时具有至少4500Mpa的抗拉强度的碳钢。

“标准负载”是指对于轮胎的使用情况由合适的标准组织指定的特定设计充气压力和负载。

“标准抗拉强度钢(NT)”是指在0.20mm的细丝直径时具有至少2800Mpa的抗拉强度的碳钢。

“帘布层”是指涂有橡胶的径向展开或者以另外方式的平行帘线的帘线加强层。

“充气轮胎”是指大体上环形形状(通常为敞口环面)的层压机械装置，其具有胎圈和胎面并由橡胶、化学品、织物和钢或其他材料制成。当安装在车辆的车轮上时，充气轮胎通过其胎面提供牵引并包含承受车辆负载的流体。

“径向的”和“径向地”用于指径向朝着或离开轮胎的旋转轴线的方向。

“子午线帘布层结构”是指一个或多个胎体帘布层，或者至少一个帘布层具有相对于轮胎的赤道面以在65°到90°之间的角度取向的加强帘线。

“子午线轮胎”是指带束或周向限制的充气轮胎，其中，至少一个帘布层具有相对于轮胎的赤道面以在65°到90°之间的帘线角度布置的从胎圈延伸至胎圈的帘线。

“轮辋”是指当轮胎固定在其上时用于轮胎或轮胎与管组件的支撑。

“断面高度”是指在轮胎的赤道面处从轮胎的标称轮辋直径到外径的径向距离。

“断面宽度”是指在标准压力下对轮胎充气24小时之时或之后，但并未承载的情况下，平行于轮胎轴线且在胎侧的外部之间的最大线性距离，不包括由标签、装饰或保护带引起的胎侧的升高。

“胎侧”是指轮胎的在胎面与胎圈之间的部分。

“弹簧刚度”是指轮胎或弹簧的表示为负载挠度曲线的斜率的刚度。

“超抗拉强度钢(ST)”是指在0.20mm的细丝直径时具有至少3650Mpa的抗拉强度的碳钢。

“韧性”是表示为未应变的样品每单位线密度的力的应力(gm/特克斯或gm/丹尼尔)。用在纺织品中。

“张力”是以力/横截面积为单位表示的应力。以psi=12,800的强度乘比重乘以克/丹尼尔为单位的韧性。

“护趾胶”指的是轮胎的每个胎圈轴向向内的周向配置的弹性体轮辋接触部分。

“胎面”是指当粘合至轮胎外胎时，包括轮胎正常充气并在标准负载下时轮胎的与道路接触的那部分的模制橡胶组件。

“胎面宽度”是指胎面表面的在包括轮胎的旋转轴线的平面中的弧长。

“反包端”是指胎体帘布层的从帘布层包绕的胎圈向上(即径向向外)翻折的部分。

“特高抗拉强度钢(UT)”是指在0.20mm的细丝直径时具有至少4000Mpa的抗拉强度的碳钢。

“纱线”是用于纺织纤维或细丝的连续线股的专业术语。纱线出现于以下形式：1)扭绞到一起的许多纤维；2)无扭绞地布置到一起的许多细丝；3)以一定程度的扭绞布置到一起的许多细丝；4)有或者没有扭绞的单根细丝(单丝)；5)有或者没有扭绞的窄材料条带。

发明内容

根据本发明的非充气轮胎包括多个弹簧。每个弹簧包括第一端部、第二端部和弓形中间部。每个弹簧与至少一个其他的弹簧交织，从而形成绕非充气轮胎的整个圆周延伸的环面结构。环面结构至少部分地涂有弹性体。至少一个弹簧的一个端部固定至、包绕、或者压接至邻近轮辋的第一盘绕胎圈弹簧。

根据本发明的另一方面，每个弹簧的一个端部固定至第一胎圈弹簧或第二胎圈弹簧，并且每个弹簧的另一端没有绕任一胎圈弹簧被包绕。

根据本发明的又一方面，每个交织弹簧的两端部固定至第一胎圈弹簧和第二胎圈弹簧。

根据本发明的又一方面，固定至第一胎圈弹簧的至少一个弹簧的端部被弹性体包住。

根据本发明的又一方面，每个弹簧的每个端部被弹性体包住。

根据本发明的又一方面，该至少一个弹簧的另一端部没有固定至第二胎圈弹簧。

根据本发明的又一方面，另一端部邻近第二胎圈弹簧设置。

根据本发明的又一方面，另一端部被弹性体固定。

根据本发明的又一方面，轮辋为标准轮辋。

根据本发明的又一方面，每个弹簧的两端部固定至第一胎圈弹簧和第二胎圈弹簧。

根据本发明的系统构造非充气轮胎。非充气轮胎包括多个弹簧。每个弹簧包括固定至第一胎圈弹簧的第一端部、固定至第二胎圈弹簧的第二端部和弓形中间部。每个弹簧与至少一个其他的弹簧交织，从而形成绕非充气轮胎的整个圆周延伸的环面胎体帘布层结构。环面胎体帘布层结构至少部分地涂有被固化成粘附至环面胎体帘布层结构的弹性体。

根据本发明的另一方面，弹性体包括两部分聚氨酯，用于在周围环境温度下使弹性体化学地固化到环面胎体帘布层结构上。

根据本发明的又一方面，固化的弹性体形成胎面部分，用于在各种各样的接触表面上产生非充气轮胎的牵引。

根据本发明的又一方面，环面胎体帘布层结构形成在非充气轮胎的周向方向和非充气轮胎的径向方向上具有不同的机械性能的各向异性结构。

根据本发明的又一方面，系统还包括用于使弹性体固化至环面胎体帘布层结构的分段模具。

根据本发明的又一方面，每个弹簧与该弹簧的第一侧上的相邻的弹簧交织，并且还与该弹簧的第二相对侧上的相邻的弹簧交织，从而形成绕非充气轮胎的整个圆周延伸的环面胎体帘布层结构。

根据本发明的又一方面，弹性体为尿烷。

本发明还提供如下方案：

1.一种非充气轮胎，包括多个弹簧，每个弹簧包括第一端部、第二端部和弓形中间部，每个弹簧与至少一个其他的弹簧交织，从而形成绕所述非充气轮胎的整个圆周延伸的环面结构，所述环面结构至少部分地涂有弹性体，

至少一个弹簧的一个端部固定至邻近轮辋的第一胎圈弹簧。

2.根据方案1所述的非充气轮胎，其特征在于，每个弹簧的一个端部压接至所述第一胎圈弹簧或第二胎圈弹簧，并且每个弹簧的另一端没有固定至任一胎圈弹簧。

3.根据方案1所述的非充气轮胎，其特征在于，每个交织弹簧的两端部压接至所述第一胎圈弹簧和第二胎圈弹簧。

4.根据方案1所述的非充气轮胎，其特征在于，至少一个弹簧的固定至所述第一胎圈弹簧的所述端部被所述弹性体包住。

5.根据方案1所述的非充气轮胎，其特征在于，每个弹簧的每个端部被所述弹性体包住。

6.根据方案1所述的非充气轮胎，其特征在于，所述至少一个弹簧的另一端部没有固定至第二胎圈弹簧。

7.根据方案6所述的非充气轮胎，其特征在于，所述另一端部邻近所述第二胎圈弹簧设置。

8.根据方案8所述的非充气轮胎，其特征在于，所述另一端部被所述弹性体固定。

9.根据方案1所述的非充气轮胎，其特征在于，所述轮辋为标准轮辋。

10.根据方案1所述的非充气轮胎，其特征在于，每个弹簧的两端部固定至所述第一胎圈弹簧和第二胎圈弹簧。

11.一种用于构造包括多个弹簧的非充气轮胎的系统，每个弹簧包括固定至第一胎圈弹簧的第一端部、固定至第二胎圈弹簧的第二端部和弓形中间部，每个弹簧与至少一个其他的弹簧交织，从而形成绕所述非充气轮胎的整个圆周延伸的环面胎体帘布层结构，所述环面胎体帘布层结构至少部分地涂有被固化成粘附所述环面胎体帘布层结构的弹性体。

12.根据方案1所述的系统，其特征在于，所述弹性体包括两部分聚氨酯，用于在周围环境温度下使所述弹性体化学地固化到所述环面胎体帘布层结构。

13.根据方案12所述的系统，其特征在于，所述固化的弹性体形成胎面部分，用于在各种接触表面上产生所述非充气轮胎的牵引。

14.根据方案12所述的系统，其特征在于，所述环面胎体帘布层结构形成在所述非充气轮胎的周向方向和所述非充气轮胎的径向方向上具有不同的机械性能的各向异性结构。

15.根据方案12所述的系统，其特征在于，还包括用于使所述弹性体固化至所述环面胎体帘布层结构的分段模具。

16.根据方案11所述的系统，其特征在于，所述每个弹簧与所述弹簧的第一侧上的相邻的弹簧交织，并且还与所述弹簧的第二相对侧上的相邻的弹簧交织，从而形成绕所述非充气轮胎的整个圆周延伸的环面胎体帘布层结构。

17.根据方案11所述的系统，其特征在于，所述弹性体为尿烷。

18.一种包括多个弹簧的非充气轮胎，每个弹簧包括第一端部、第二端部和弓形中间部，每个弹簧与至少一个其他的弹簧交织，从而形成绕所述非充气轮胎的整个圆周延伸的环面结构，所述环面结构至少部分地涂有弹性体，

至少一个弹簧的一个端部固定至邻近轮辋的第一胎圈弹簧，所述第一胎圈弹簧围绕周向地绕所述环面结构的径向内周长延伸的胎圈钢丝结构。

19.根据方案18所述的充气轮胎，其特征在于，至少一个弹簧的固定至所述第一胎圈弹簧的所述端部被所述弹性体包住。

20.根据方案19所述的充气轮胎，其特征在于，所述至少一个弹簧的另一端部没有固定至第二胎圈弹簧，但被所述弹性体包住。

附图说明

本发明的结构、操作和优点在如结合附图观察的以下说明的思考时将变得更加明显，其中：

图1表示根据本发明的示例轮胎的示意性轴向横截面视图。

图2表示图1的示例轮胎的一部分的示意性详图。

图3示意性地示出构造根据本发明的系统的非充气轮胎的第一步骤。

图4示意性地示出构造根据本发明的系统的非充气轮胎的第二步骤。

图5示意性地示出构造根据本发明的系统的非充气轮胎的第三步骤。

图6示意性地示出构造根据本发明的系统的非充气轮胎的第四步骤。

图7示意性地示出构造根据本发明的系统的非充气轮胎的第五步骤。

图8示意性地示出构造根据本发明的系统的非充气轮胎的第六步骤。

图9示意性地示出构造根据本发明的系统的非充气轮胎的第七步骤。

图10示意性地示出构造根据本发明的系统的非充气轮胎的第八步骤。

图11示意性地示出构造根据本发明的系统的非充气轮胎的第九步骤。

图12示意性地示出构造根据本发明的系统的非充气轮胎的第十步骤。

图13表示传统的钢丝网片的示意图。

图14表示供本发明的系统中使用的交织螺旋弹簧片。

图15表示形成图14的片的中间步骤。

图16表示形成图14的片的另一中间步骤。

图17表示将两片诸如图14的片固定到一起的步骤。

图18表示供本发明的系统中使用的示例螺旋弹簧。

图19表示在偏转状况下的图18的螺旋弹簧。

图20表示根据本发明的系统的示例轮胎与车轮组件的示意图。

图21表示沿着图20中的线21-21的截面。

图22表示沿着图21中线22-22的截面。

图23表示供本发明中使用的示例轮胎的示意性透视图。

图24表示图23的轮胎的示意性正交视图。

图25表示图21的轮胎的示意性横截面视图。

图26表示示例的负载/偏转曲线的示意图。

图27表示图1的示例轮胎的示意性横截面视图。

具体实施方式

供本发明中使用的系统可包括构造用于车辆的非充气支撑的轮胎的方法500、用于支撑车辆的非充气轮胎100或两者(图1-27)。

方法500可包括提供分段式圆筒形端部开放的模具510、与模具对应的圆形模具盖520和可膨胀的/可展开的囊状物530。在第一构造步骤501中，端部开放的圆筒形胎体帘布层，例如下面由弹簧310限定的胎体帘布层，可在囊状物530上滑动或者围绕囊状物530降低。在第二步骤502中，使第一圆形胎圈541就位在模具510中的对应第一圆形槽(未示出)中。在第三步骤503中，使囊状物530部分膨胀，以形成凸出帘布层。在第四步骤504中，将诸如聚氨酯的弹性体550注入模具510。在第五步骤505中，使模具盖520下降成与模具510封闭接合，从而使第二圆形胎圈542就位在模具盖中的对应第二圆形槽(未示出)中，并且还轴向地压缩胎体帘布层的胎圈541、542，以形成环面胎体结构。在第六步骤506中，使囊状物530进一步膨胀，从而使胎体帘布层进一步展开，并且便于弹性体550的围绕胎体帘布层的暴露表面的流动。在该第六步骤506期间，可通过模具/模具盖中的单向止回阀(未示出)从模具/模具盖510、520的内部排出空气和过量弹性体550。

在第七步骤507中，使囊状物530完全膨胀，从而从模具/模具盖510、520的内部完全排出空气和过量弹性体550。在该第七步骤507之后，由于组件在这一点上是整装的（selfcontained），所以可将模具/模具盖组件510、520重新定位至便利的位置。在第八步骤508中，在足够的固化时间之后，囊状物530被收缩，促使模具盖520与模具510的脱离，模具段511彼此脱离并与新固化的轮胎600脱离。在第九步骤509中，轮胎600从与囊状物530的接合完全取出并且以备使用。

在第五、第六和第七步骤505-507期间，囊状物530、模具/模具盖510、520和胎体帘布层的实际尺寸确定胎体帘布层是否完全被弹性体550包住(图25)，或者胎体帘布层的内表面是否形成轮胎600的内环面。换句话说，完全膨胀的囊状物530直接接合通过胎圈541、542的轴向会聚展开的胎体帘布层的内表面，从而形成具有作为胎体帘布层的内表面的内环面的轮胎600；或者完全膨胀的囊状物不会达到胎体帘布层的内表面，从而允许弹性体流入该间隙，并形成完全包住的胎体帘布层。

供本发明的系统使用的轮胎300、600可包括交织或交错的多个螺旋弹簧(即，在负载下以几乎没有能量损失的方式弹性变形的盘绕钢丝)。轮胎300、600可限定用于安装至车轮200的环面（toroidal）形构造。轮胎300、600可循着轮胎接合的表面，以在减轻到对应车辆的振动传递的同时便于牵引。螺旋弹簧支撑和/或分配车辆的负载。轮胎300、600可以是充气的或非充气的。

在车辆的重量下，轮胎300、600可被驱动、拖曳或向车辆提供转向。轮胎300、600的螺旋弹簧可通过相对于彼此挠曲和移动来被动地循着任何地形。螺旋弹簧的交织结构随着轮胎旋转和接合可变地形而向轮胎300、600提供稳定性，并防止结构塌缩。

轮胎300、600的螺旋弹簧在有限的变形范围内可以是弹性的，因而与胎体帘布层类似的相对刚性的框架可用于防止过度的变形。弹簧的径向取向部分可用于将轮胎300、600连接至车轮200。这些弹簧可以是交织的或交错的。其他的弹簧可从径向到周向以任何偏角与轮胎结合，以达到分配负载。这些其他的弹簧可以是螺旋弹簧。此外，作为一个示例，这些其他的弹簧可在轮胎300、600的径向外部处围绕轮胎周向地延伸。

可添加某种外部覆盖(即，胎面、弹性体550)，以部分或完全地保护螺旋弹簧不受冲击破坏和/或改变轮胎的实行和产生牵引的能力。作为一个示例，可利用四个基本步骤，以制造用于轮胎300、600的一个示例胎体帘布层结构：i)将螺旋弹簧扭绞到一起，以形成具有与所期望的轮胎圆周对应的长度的矩形片材；ii)使弹簧的矩形片材的端部交织，以形成网柱(图4)；iii)塌缩网柱的一端并将其附接至车轮200的轮辋；和iv)从里面向外翻转（flip）网柱的另一端并将其附接至车轮200的另一轴向相对的轮辋。

由于根据本发明的系统的轮胎300、600的元件在地球、月球、火星和/或任何其他的行星体的大气和地形条件下可靠地操作，所以轮胎300、600可用于这些行星。轮胎300、600可独立地利用，或者可被结合为另一轮胎类型内的部分或辅助负载支撑/分配系统。然而，轮胎300、600不需要空气，在艰苦的环境下运行，并且循着所有地形。

轮胎300、600提供相对阿波罗LRV的传统钢丝网的非充气轮胎的改善。由于螺旋弹簧的钢丝尺寸可在具有相对小的功能改变的情况下增大，所以轮胎300、600提供较高的负载容量。由于螺旋弹簧的钢丝应力遍及胎体帘布层状结构更均匀地分配，所以轮胎300、600提供较长的循环寿命。此外，由于交织的螺旋弹簧网络(如同胎体帘布层)从根本上比压接钢丝网强，所以轮胎300、600提供所支撑的车辆重量的相对低的每单位重量。另外，螺旋弹簧能够压缩和伸长，以适应制造变化。最后，由于可添加负载分派弹簧以改变在不同的轮胎位置和方向上的轮胎强度，所以轮胎300、600提供改善的设计通用性。

由于螺旋弹簧在变形期间消耗接近零的能量，所以与在胎体中使用摩擦或迟滞材料的轮胎对比，轮胎300、600还可提供相对低的能量损失。轮胎300、600包含冗余的载荷元件，并且即使在显著的破坏之后也可正常运行。根据本发明的系统的轮胎300、600因而可用于低的车辆能量消耗，用于引起严重威胁的轮胎损坏，用于穿过不平地形，用于对极端温度或高能级辐射的暴露和/或用于对炮火或炸弹爆炸的暴露。

如图13所示，已将编织钢丝网用于传统的月球轮胎。然而，如以上所讨论地，需要较高的强度和耐久性。图14示出了可提供比钢丝网高的强度和耐久性的交织螺旋弹簧55的网片50。图15、16和17示出了形成如图14所示的网片50的中间步骤。在图15中，示出第一螺旋弹簧55被旋转，从而使该相同的第一弹簧与第二螺旋弹簧55交织。在图16中，示出第三螺旋弹簧55被旋转，从而使该第三弹簧与已编织的第一和第二弹簧55交织。在图17中，示出螺旋弹簧55被旋转，用于连接螺旋弹簧55的两个网片50(即，图14的片)。图18示出了如上所述在图14-17中使用的单个螺旋弹簧55。如以下所描述地，图17示出了偏转以在诸如轮胎300、600的轮胎中使用的单个螺旋弹簧55。

如图20-22所示，供本发明使用的示例组件100包括车轮200和轮胎300。车轮200在每个轴向侧具有环形轮辋202，用于将轮胎300固定至车轮。每个轮辋202相对于另一轮辋202固定。每个轮辋202可包括多个凹孔204，用于使轮胎300与轮辋对准。可将任何其他合适的装置用于将轮胎300固定至轮辋200。

轮胎300可包括以弓形构造径向离开车轮200并朝着车轮径向向后延伸的多个螺旋弹簧310。每个弹簧310的每端315可在车轮的对应轮辋202处固定至车轮。每个弹簧310具有使端部315互连的中间部。每端315可以轴向取向(图21)或以倾斜取向固定，其中每个弹簧310从一个轮辋202轴向向外延伸，然后离开车轮300延伸，然后本身向后翻转延伸，然后向内延伸，并最后轴向地朝着另一轮辋202延伸。每个弹簧的每端315从而可与相同弹簧的另一端315同轴地(或以某一角度)取向。

此外，每个弹簧55可与相邻的弹簧交织(图14)，以使得能够在弹簧之间分担负载。如图14所示，每个弹簧55与该弹簧的第一侧上的相邻的弹簧55交织或交错，并且还与该弹簧的第二相对侧上的相邻的弹簧55交织。因而，弹簧310径向和轴向地延伸，并形成与充气轮胎的胎体帘布层类似的编织环面结构，从而绕轮胎300的整个圆周延伸(图20-22)。

螺旋弹簧310可具有任何合适的长度、规格、节距和形状(即，椭圆形弹簧、卵圆形弹簧等)。螺旋弹簧310可在线盘直径方面变化(即，可使用桶形弹簧)，以在轮胎300的径向位置的范围内产生网的连续性(即，在胎圈处较窄的线盘宽度)。螺旋弹簧310还可构造成两个或更多个帘布层、被一个或多个径向外帘布层径向叠置的一个或多个径向内帘布层。此外，一个帘布层的至少一个螺旋弹簧可与另一帘布层的至少一个螺旋弹簧交织，用于有利地提高整体结构的强度。螺旋弹簧310可以是Ti-N合金、钢、钛、聚合物、陶瓷或任何其他合适的材料。

为空间应用已研制上述纯金属的非充气弹簧轮胎300。该结构是如图22中所看到的一系列交织的弹簧。该结构非常适合于其中由于温度变化(40K至400K)而不允许橡胶的空间应用。另外，弹簧轮胎300可在诸如月球的土壤组成可能是软砂的地方获得极好的牵引。

然而，在地球上，路面的多样性使以上轮胎300的纯金属接触界面具有有限的应用。基于该有限的商业应用，根据本发明的系统，为了地球应用可增强轮胎300的交织结构。

为了在多种地球路面上获得牵引，可向全金属轮胎300添加聚合物，以用作胎面。对于方法500的步骤504，一个选择是使用可注入包含预装配的弹簧轮胎300的模具510的两部分聚氨酯。一旦两部分混合到一起，就发生在周围环境温度和压力下使聚合物固化的化学反应。一旦固化完成，所得到的轮胎300就从模具取出并且以备使用。

在实验室样品中，在具有1.5英寸的偏转的情况下通过超过一百万周期的循环根据以下的表格1的尺寸测试疲劳。基于预期的负载需求和地形规格，涂有聚合物的轮胎以全地形车辆(ATV)为目标。如图23-25所示，确定这样的轮胎600具有由图26示出的非充气轮胎600的负载/偏转曲线所指示的负载/偏转特性。轮胎600的结构刚度显著高于从弹簧结构本身所预期的刚度。所使用的聚合物，尿烷，本身不仅支承一些弯曲负载，而且以某种方式(例如，防止旋转)约束弹簧运动以便提高弹簧的弯曲刚度。

表格1：用于实验室样品的弹簧尺寸

外径(mm)	6.985
		内径(mm)	4.318
钢丝细丝直径(mm)	1.397
		弹簧节距(mm)	6.620

如图23-25所示，用于月球弹簧轮胎300的轮辋202可不与方法500一起利用。与用于标准充气轮胎的轮辋类似的轮辋可与方法500一起使用，以生产轮胎600。仅举例来说，三个选择是：1)为特定的车辆和服务应用具体设计的定制轮辋；2)用于轻型应用的标准(商业地可得到的)轮辋；3)变型以允许机械紧固件将轮胎胎圈固定至轮辋的标准(商业地可得到的)轮辋(由于胎圈541、542不需要具有与轮辋的气密接合)。

供本发明的系统中使用的聚合物/弹簧轮胎600因而与月球弹簧轮胎300共享其承载机构(即，交织的弹簧胎体状结构)。另外，包住交织弹簧帘布层的聚合物变成沿着轴线和横向于弹簧轴线具有不同性能的各向异性帘布层。然而，不同于典型的纤维加强帘布层，加强弹簧310本身具有弯曲刚度，该弯曲刚度由于每个弹簧的螺旋的宽度，所以可高于加强细丝或纱线单独的弯曲刚度。

该附加的弯曲刚度显著有助于交织弹簧帘布层的整体弯曲刚度。由于弯曲刚度支承安置于弹簧帘布层轮胎300、600上的负载，所以这与传统的充气轮胎相反，传统的充气轮胎在充气轮胎的上段的帘线(细丝或纱线)中以离开印迹的张力支承负载。其他传统的非充气轮胎在这些轮胎的上部中同样通过构件中的张力支承负载。因而，供本发明的系统中使用的交织弹簧轮胎是不同于传统轮胎的柔性底部加载结构。如图23-25和27所示，交织弹簧帘布层的聚合物涂层可形成为被设计成通过支承大部分负载的弹簧帘布层结构的牵引的胎面花纹601。

示例的聚合物550可包含弹性体材料，该弹性体材料可具有从大约21Kg/cm²到大约21,000Kg/cm²的杨氏模量E。在300%时的抗拉模量可为161Kg/cm²或915.9MPa。作为另一替代，高于140Kg/cm²的杨氏模量可能需要聚氨酯与芳香族聚酰胺的短切纤维的混合物。此外，可把硼与聚氨酯混合。

根据本发明的非充气轮胎、方法和/或系统11可包括交织弹簧310的径向延伸的端部，其每个包绕、或限制、或压接至盘绕胎圈弹簧701(图1-2和27)。盘绕胎圈弹簧701可对应地固定至一束胎圈钢丝、单根胎圈钢丝(图1-2)或其他胎圈结构718，并且与传统的充气轮胎的胎圈结构和轮辋的交界面类似，随后固定至传统的轮辋5。因而，标准轮辋5可与这样的非充气轮胎11一起利用。

每个弹簧310的端部20可包绕或压接至第一和第二胎圈弹簧701。此外，弹簧310的相邻的端部20可交替地(在图2中的周向方向上)固定至胎圈弹簧701(图27中的左胎圈部分720)，并通过邻近胎圈弹簧(图27中的右胎圈部分720)的另一端部与包住和/或固定这些“松”弹簧的端部的聚合物/弹性体固定。该交替布置还可允许第二帘布层300(如以上所讨论地)交替地固定至松端没有被附接的胎圈弹簧701。这样的胎圈部分720可在轮胎/轮辋界面处提供改善的胎圈保持压力。还可向胎圈部分720添加三角胶芯（未示出），用于轮胎11的侧向调整。

非充气轮胎(例如，轮胎300、600)可向传统轮辋提供最小保持力。对于高速或高负载应用，胎圈区可与轮辋和“离去的胎圈(de-bead)”本身失去接触。根据本发明的胎圈部分720可提高非充气轮胎的对传统的轮辋的保持力，从而提高在高速和/或高负载时的性能。

如上所述，供本发明的系统中使用的径向弹簧310的胎体帘布层结构300以及根据本发明的胎圈结构720在示例的非充气轮胎1、300或600中提供极好的承载性能。该胎体帘布层结构300因而提高示例的非充气轮胎1、11、300或600的性能。尽管非充气，但胎体帘布层结构300与传统充气轮胎的胎体帘布层的类似产生有益的比较。

充气轮胎的结构和特性的复杂性使得尚未提出完整的和令人满意的理论。Temple,MechanicsofPneumaticTires(2005)。尽管在充气轮胎力学中容易了解经典的复合理论的基本原理，但由充气轮胎(和示例的非充气轮胎1、300、600)的许多结构部件引入的额外复杂性容易使预测轮胎性能的问题复杂化。Mayni,CompositeEffectsonTireMechanics(2005)。另外，由于聚合物和橡胶(和弹性体)的非线性的时间、频率和温度特性，充气轮胎的分析设计是当今工业内最富有挑战性和未得到正确评价的工程挑战之一。Mayni。

充气轮胎11(和示例的非充气轮胎1、300、600)具有某些的基本结构元件。美国交通运输部，MechanicsofPneumaticTires，第207-208页（1981）。一个重要的结构元件是胎体帘布层，典型地由许多嵌入并结合至通常为天然或合成橡胶的低模量聚合材料的基料的天然纺织品、合成聚合物、玻璃纤维或细硬拉钢的柔性高模量帘线组成。同上，在207到208页。根据本发明的示例的非充气轮胎11具有径向弹簧310的胎体帘布层结构300。

柔性的高模量帘线通常设置成单层。同上，在208页。遍及工业的轮胎厂商不能同意或预测在充气轮胎中胎体帘布层帘线不同的扭绞对噪声特性、操纵、耐久性、舒适性等的影响，MechanicsofPneumaticTires，第80至85页。交织螺旋弹簧对噪声特性、操纵、耐久性、舒适性等的影响的预测更加不太可能。

这些复杂性由轮胎性能与轮胎部件之间的相互关系的下表说明。

衬里

胎体帘布层

三角胶芯

带束层

OV’LY

胎面

模具

胎面磨损

X

X

X

噪声

X

X

X

X

X

X

操纵

X

X

X

X

X

X

牵引

X

X

耐久性

X

X

X

X

X

X

X

滚动阻力

X

X

X

X

X

乘坐舒适性

X

X

X

X

高速

X

X

X

X

X

X

气密性

X

质量

X

X

X

X

X

X

X

如表格中所看到地，胎体帘布层帘线特性影响充气轮胎的其他部件(即，胎体帘布层影响三角胶芯、带束层、覆盖等)，导致许多部件相互联系并相互作用，使得影响一组功能特性(噪声、操纵、耐久性、舒适性、高速和质量)，从而导致完全不可预测并且复杂的合成物。因而，改变即使一个部件也可导致多至上述十种功能特性的直接改善或劣化，以及改变那个部件与多至六个其他结构部件之间的相互作用。所述六种相互作用中的每一种从而可间接地使那十种功能特性改善或劣化。这些功能特性中的每一种在示例的非充气轮胎1、11、300、600中是否并以什么样的量改善、劣化或不受影响在没有由发明人进行试验和测试的情况下毫无疑问的是不可预测的。

因此，例如，当使示例的非充气轮胎1、11、300、600的胎体帘布层结构300的结构(即，弹簧刚度、弹簧直径、弹簧材料等)变型以意图改善非充气轮胎的一种功能特性时，许多其他的功能特性可能不能接受地劣化。此外，胎体帘布层结构300与固化弹性体550之间的相互作用也会不能接受地影响非充气轮胎的功能特性。胎体帘布层结构300的变型由于这些复杂的相互关系而甚至可能不改善该一种功能特性。

因此，如上所述，多个部件的相互关系的复杂性使得不可能从无限可能的结果预测或预见根据本发明系统的非充气轮胎的胎体帘布层结构的变型的实际结果。只有通过大量的试验才表明本发明的系统的胎体帘布层结构300和弹性体550是用于非充气轮胎的极好的、意外的并且出人意料的的选择。

在前述说明中，为了简洁、清楚和理解已使用了某些术语；但从那里不意味着超出现有技术需求的不必要的限制，因为这样的术语用于描述性目的并意于得到宽广解释。此外，本发明的说明和例证仅作为示例，并且本发明的范围不局限于所示出的或者所描述的确切细节。

现在已描述了本发明的特征、发现和原理、构造和使用本发明的方式、构造特性、以及所获得的有利的新的并且有用的结果，由此在所附权利要求中提出新的有用的结构、装置、元件、布置、部分及组合的范围。

Claims (9)

1.一种非充气轮胎，其特征在于，包括多个弹簧，多个弹簧中的每个弹簧包括第一端部、第二端部和弓形中间部，所述每个弹簧与所述多个弹簧中的至少一个其他的弹簧交织，从而形成绕所述非充气轮胎的整个圆周延伸的环面结构，所述环面结构至少部分地涂有弹性体，所述多个弹簧中的至少一个弹簧的一个端部固定至邻近轮辋的第一胎圈弹簧。

2.根据权利要求1所述的非充气轮胎，其特征在于，还包括第二胎圈弹簧，所述每个弹簧的两端部压接至所述第一胎圈弹簧和第二胎圈弹簧。

3.根据权利要求1所述的非充气轮胎，其特征在于，所述至少一个弹簧的固定至所述第一胎圈弹簧的所述端部被所述弹性体包住。

4.根据权利要求1所述的非充气轮胎，其特征在于，所述每个弹簧的每个端部被所述弹性体包住。

5.根据权利要求1所述的非充气轮胎，其特征在于，还包括第二胎圈弹簧，所述至少一个弹簧的另一端部没有固定至第二胎圈弹簧。

6.根据权利要求5所述的非充气轮胎，其特征在于，所述另一端部邻近所述第二胎圈弹簧设置。

7.根据权利要求6所述的非充气轮胎，其特征在于，所述另一端部被所述弹性体固定。

8.根据权利要求1所述的非充气轮胎，其特征在于，所述轮辋为标准轮辋。

9.根据权利要求1所述的非充气轮胎，其特征在于，还包括第二胎圈弹簧，所述每个弹簧的两端部固定至所述第一胎圈弹簧和第二胎圈弹簧。