CN104626884B - 一种非充气安全轮胎 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种非充气安全轮胎，从外向内依次为胎面、外环、支撑体和内环，内环与轮辋接触，支撑体为环状结构，其内圆周上设置至少3个沿内环周向均匀分布的第一减震孔，其外圆周上设置与第一减震孔相对应的第二减震孔，第一减震孔和第二减震孔弓形方向相反，第一减震孔的面积之和小于第二减震孔的面积之和。本发明通过多个、多层减震孔沿径向和周向组合排布组成的支撑体，可以缓冲轮胎行驶时来自地面的震动和冲击，并且承担车辆的载荷，防止轮胎因过度压缩引起的屈曲变形，提高了轮胎的承载能力和使用寿命，从而适于各种车辆上的轮胎。通过调整减震孔的大小或者减震孔的层数可以实现该轮胎承载能力满足从轻载到重载多种车辆的要求。

Description

一种非充气安全轮胎

技术领域

本发明涉及一种非充气安全轮胎，可适用于各种车辆上的轮胎，特别适合于载重轮胎，可提高轮胎的承载能力和安全性。

背景技术

目前，传统充气轮胎虽然应用广泛，但具有易爆胎、漏气、不耐刺扎、不易维护等缺点，尤其是在高速行驶时，爆胎极易造成重大交通事故。

201110394707.1专利文献公开一种非充气轮胎，其包括与地面接触的胎面部；支承上述胎面部的环状带部；轮部，其从上述环状带部沿径向离开，安装于车辆的轮毂上；多个轮幅部，其设置于上述轮部和环状带部之间，上述轮幅部由多个拱形轮幅部和直线状轮幅部构成，该拱形轮幅部按照规定曲率在轮部的外周面上重叠延伸，该直线状轮幅部沿径向连接于该拱形轮幅部的外周面和环状带部的内周面之间。

该现有技术具有如下缺点和问题：

1)多个拱形轮幅部在轮部的外周面上重叠延伸，轮辐部结构较薄，一方面承载能力差，仅适于轻载车辆，无法满足重型车辆的承载；另一方面，加工制造困难，普通模压工艺对模具的要求苛刻，不易成型加工。

2)拱形结构为重叠设置，一旦局部受到损坏，便严重影响整个轮胎的性能，容易导致轮胎报废。

3)在轮部没有防滑结构，易导致轮胎在轮辋上产生周向移动，严重影响轮胎的刹车距离，安全性较差。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提出了一种承载能力好的非充气轮胎，其通过辐板加厚和多种减震孔孔径变化可提高轮胎的承载能力，并拓展了轮胎的使用范围且延长轮胎寿命，避免了轮胎行驶过程中的因刺扎漏气、爆胎等无法使用的缺点。

本发明的技术方案为：

一种非充气安全轮胎，从外向内依次为胎面、外环、支撑体和内环，内环与轮辋接触，支撑体为环状结构，其内圆周上设置至少3个沿内环周向均匀分布的第一减震孔，其外圆周上设置与第一减震孔相对应的第二减震孔，第一减震孔和第二减震孔弓形方向相反，第一减震孔的面积之和小于第二减震孔的面积之和。

与现有技术相比，本发明采用有限元对非充气轮胎的结构进行了优化设计，其发明构思不同于201110394707.1专利文献中的多个拱形轮幅部在轮部的外周面上重叠延伸，本发明采用多种减震孔孔径变化，减震孔的面积可因轮胎的承载能力进行适当调节，拓展了这种非充气安全轮胎的应用领域，更重要的是这种组合孔设置的支撑结构可提高轮胎的强度和使用寿命，并满足重载车辆的需要。

优选的是：第一减震孔为半月形，第二减震孔为弧形，第一减震孔弓形方向朝向外环，第二减震孔弓形方向朝向内环，两减震孔的中心线在同一直线上。第一减震孔与第二减震孔不仅起到减震作用，还能降低轮胎的重量，并有利于快速散失较厚的辐板在轮胎行驶过程中因反复变形而产生的热量，提高轮胎的使用寿命。两减震孔中心线在同一条直线上，并且沿轮胎径向分布，提高了轮胎径向的减震效果和抗冲击性，增强了轮胎的舒适性和安全性。

为了优化轮胎结构，本发明采用有限元设计并进一步优化了两减震孔的半径和弦切角，优选的是：第一减震孔的半径R1＜第二减震孔的半径R2，80°≤第一减震孔的弦切角α1≤100°，40°≤第二减震孔的弦切角α2≤90°。该优化结构更有利于轮胎的减震性，且辐板厚度均匀，提高了轮胎的承载能力和使用寿命。

针对载重轮胎，轮胎直径大，重量大，且散热效果差的特点，对重载型轮胎的支撑结构，本发明做了进一步的优化：支撑体还包括设置在第一减震孔和第二减震孔中间、沿周向分布的第三减震孔，第三减震孔为半月形，第三减震孔均匀设置在第二减震孔的间隙内，50°≤第三减震孔的弦切角α3≤90°，第三减震孔弓形方向朝向内环，第一减震孔的半径R1≤第三减震孔R3的半径＜第二减震孔的半径R2。第三减震孔的设置减轻了轮胎的重量，提高了散热效果，使辐板厚度均匀，避免了应力集中，有利于缓冲来自地面的冲击和震动，提高轮胎的使用寿命。

特别地，第三减震孔数量增多或面积增大，可增加舒适性，适合轻载型轮胎或乘用轮胎；第三减震孔数量减少或面积减小，可提高辐板强度，适合重载型轮胎；通过调节第三减震孔的数量和面积大小，可调节轮胎的承载能力和轮胎刚度，拓展了非充气轮胎的使用范围。

对于大型载重轮胎，优选的是：支撑体还包括设置在第二减震孔和第三减震孔中间、沿周向分布的第四减震孔，第四减震孔沿着第二减震孔中心与第一减震孔中心连线左右对称设置，且任意两个对称的第四减震孔与第二减震孔共同形成第一“Y”形结构。

更为优选的是：任意一第四减震孔与其相邻但不对称的第四减震孔之间沿外环设置第五减震孔，60°≤第五减震孔的弦切角α5≤90°，第三减震孔的弦切角α3≤第五减震孔的弦切角α5，第五减震孔半径R5≤第二减震孔的半径R2，第五减震孔与相邻的第四减震孔共同形成第二“Y”形结构。

第一“Y”形结构和第二“Y”形结构靠近地面，“Y”形结构的张力可将受力传递到轮胎内层的减震孔，给轮胎提供了优良的减震效果。“Y”形结构的交错排布，不但可提高轮胎的强度，还能兼顾轮胎的刚性，满足舒适性的要求。特别地，第四减震孔的设置给两个“Y”形结构提供了变形的空间，有利于发挥“Y”形结构减震性能，并且保证了辐板的厚度均匀。

优选的是：内环轴向和/或周向设置防滑凸起。防滑凸起的设置防止轮胎在轮辋上产生滑动，提高了轮胎的行驶安全性和可靠性。最后，本发明提出的结构由于减震孔之间的宽度较大，增强了胶料的流动性，适于模压或注射成型，成型工艺简单。

散热效果是非充气轮胎的重要指标，对于胎面较厚的轮胎，为了更进一步地提高轮胎的散热效果，优选的是：多个支撑体支撑于内环和外环之间，多个支撑体中间设置散热中孔。散热中孔的设置提高与外部的对流换热，降低轮胎行驶过程中材料的生热，有利于提高轮胎使用寿命，同时减轻了轮胎的重量；散热中孔可为一个，也可以为多个，轻载型轮胎可设置1个散热中孔，重载型轮胎可设置2个以上的散热中孔，特别地，宽基轮胎可设置3个或以上的散热中孔。

重载型轮胎胎面很厚，影响了热量的散出，为了进一步提高其散热效果，优选的是：散热中孔延伸到外环的中部。更为优选的是，散热中孔延伸到内环的中部。散热中孔延伸到内外环的中部，进一步减轻了轮胎的重量，而且在轮胎内部形成对流的环形空腔，增大了对流换热面积，保证了热量的散出路径。

本发明通过多个、多层减震孔沿径向和周向组合排布组成的支撑体，可以缓冲轮胎行驶时来自地面的震动和冲击，并且承担车辆的载荷，防止轮胎因过度压缩引起的屈曲变形，提高了轮胎的承载能力和使用寿命，从而适于各种车辆上的轮胎。通过调整减震孔的大小或者减震孔的层数可以实现该轮胎承载能力满足从轻载到重载多种车辆的要求。

本发明所提及的非充气安全轮胎则具有无需充气、耐刺扎、易维护、长寿命等优点，尤其适合于装配到作业环境恶劣的车辆上使用。

本发明的非充气安全轮胎结构是通过有限元技术进行计算和优化得到的合理结构。它具有充气轮胎的承载能力和静刚度特点，接地压力分布合理，提高了轮胎的耐磨性和行驶里程。

附图说明

图1-2为本发明的结构示意图；

图3-4为图2的A-A剖视图。

图5为轮胎的静刚度曲线。

其中10为内环，20为外环，30为支撑体，40为散热中孔，50为防滑凸起，60为胎面，31为第一减震孔，32为第二减震孔，33为第三减震孔，34为第四减震孔，35为第五减震孔。

具体实施方式

实施例1：

如图1和2所示，一种非充气安全轮胎，从外向内依次为胎面60、外环20、支撑体30和内环10，内环10与轮辋接触，支撑体30为环状结构，其内圆周上设置至少3个沿内环周向均匀分布的第一减震孔31，其外圆周上设置与第一减震孔31相对应的第二减震孔32，第一减震孔31和第二减震孔32弓形方向相反，第一减震孔31的面积之和小于第二减震孔32的面积之和。支撑结构的内环10与轮辋接触，外环20承载胎面60。内环10轴向和/或周向设置防滑凸起50。

第一减震孔31为半月形，第二减震孔32为弧形，第一减震孔31弓形方向朝向外环，第二减震孔32弓形方向朝向内环，两减震孔的中心线在同一直线上。第一减震孔的半径R1＜第二减震孔的半径R2，80°≤第一减震孔的弦切角α1≤100°，40°≤第二减震孔的弦切角α2≤90°。多个支撑体30支撑于内环10和外环20之间，多个支撑体30中间设置散热中孔40。根据轮胎大小和胎面厚度不同，散热中孔40延伸到外环20的中部和/或延伸到内环10的中部，并且散热中孔40为一个(如图3所示)或多个(如图4所示)。

实施例2：

如图1和2所示，一种非充气安全轮胎，从外向内依次为胎面60、外环20、支撑体30和内环10，内环10与轮辋接触，支撑体30为环状结构，其内圆周上设置至少3个沿内环周向均匀分布的第一减震孔31，其外圆周上设置与第一减震孔31相对应的第二减震孔32，第一减震孔31和第二减震孔32弓形方向相反，第一减震孔31的面积之和小于第二减震孔32的面积之和。支撑结构的内环10与轮辋接触，外环20承载胎面60。内环10轴向和/或周向设置防滑凸起50。

第一减震孔31为半月形，第二减震孔32为弧形，第一减震孔31弓形方向朝向外环，第二减震孔32弓形方向朝向内环，两减震孔的中心线在同一直线上。第一减震孔的半径R1＜第二减震孔的半径R2，80°≤第一减震孔的弦切角α1≤100°，40°≤第二减震孔的弦切角α2≤90°。支撑体30还包括设置在第一减震孔31和第二减震孔32中间、沿周向分布的第三减震孔33，第三减震孔33为半月形，第三减震孔33均匀设置在第二减震孔32的间隙内，50°≤第三减震孔的弦切角α3≤90°，第三减震孔33弓形方向朝向内环，第一减震孔的半径R1≤第三减震孔R3的半径＜第二减震孔的半径R2。多个支撑体30支撑于内环10和外环20之间，多个支撑体30中间设置散热中孔40。根据轮胎大小和胎面厚度不同，散热中孔40延伸到外环20的中部和/或延伸到内环10的中部，并且散热中孔40为一个(如图3所示)或多个(如图4所示)。

实施例3：

如图1和2所示，一种非充气安全轮胎，从外向内依次为胎面60、外环20、支撑体30和内环10，内环10与轮辋接触，支撑体30为环状结构，其内圆周上设置至少3个沿内环周向均匀分布的第一减震孔31，其外圆周上设置与第一减震孔31相对应的第二减震孔32，第一减震孔31和第二减震孔32弓形方向相反，第一减震孔31的面积之和小于第二减震孔32的面积之和。支撑结构的内环10与轮辋接触，外环20承载胎面60。内环10轴向和/或周向设置防滑凸起50。

第一减震孔31为半月形，第二减震孔32为弧形，第一减震孔31弓形方向朝向外环，第二减震孔32弓形方向朝向内环，两减震孔的中心线在同一直线上。第一减震孔的半径R1＜第二减震孔的半径R2，80°≤第一减震孔的弦切角α1≤100°，40°≤第二减震孔的弦切角α2≤90°。支撑体30还包括设置在第一减震孔31和第二减震孔32中间、径向分布的第三减震孔33，第三减震孔33为半月形，第三减震孔33均匀设置在第二减震孔32的间隙内，50°≤第三减震孔的弦切角α3≤90°，第三减震孔33弓形方向朝向内环，第一减震孔的半径R1≤第三减震孔R3的半径＜第二减震孔的半径R2。支撑体30还包括设置在第二减震孔32和第三减震孔33中间、沿周向分布的第四减震孔34，第四减震孔34沿着第二减震孔32中心与第一减震孔31中心连线左右对称设置，且任意两个对称的第四减震孔34与第二减震孔32共同形成第一“Y”形结构。任意一第四减震孔34与其相邻但不对称的第四减震孔34之间沿外环设置第五减震孔35，60°≤第五减震孔的弦切角α5≤90°，第三减震孔的弦切角α3≤第五减震孔的弦切角α5，第五减震孔半径R5≤第二减震孔的半径R2，第五减震孔35与相邻的第四减震孔34共同形成第二“Y”形结构。多个支撑体30支撑于内环10和外环20之间，多个支撑体30中间设置散热中孔40。根据轮胎大小和胎面厚度不同，散热中孔40延伸到外环20的中部和/或延伸到内环10的中部，并且散热中孔40为一个(如图3所示)或多个(如图4所示)。

本发明的非充气轮胎与充气轮胎的有限元分析结果见下表，静刚度曲线见图5，本发明的非充气安全轮胎结构是通过有限元技术进行计算和优化得到的合理结构。从下表和图5中可以看出，本发明的非充气安全轮胎具有充气轮胎的承载能力和静刚度特点，接地压力分布合理，提高了轮胎的耐磨性和行驶里程。

	非充气安全轮胎	充气轮胎
			负荷(kN)	34.79	34.79
负荷下的垂直变形量(毫米)	33.8	34.3
			接地印痕面积(平方毫米)	45673	42838
接地最大压力(MPa)	1.14	1.52

Claims (8)

1.一种非充气安全轮胎，从外向内依次为胎面、外环、支撑体和内环，内环与轮辋接触，其特征在于：支撑体为环状结构，其内圆周上设置至少3个沿内环周向均匀分布的第一减震孔，其外圆周上设置与第一减震孔相对应的第二减震孔，第一减震孔和第二减震孔弓形方向相反，第一减震孔的面积之和小于第二减震孔的面积之和，支撑体还包括设置在第一减震孔和第二减震孔中间、沿周向分布的第三减震孔，第三减震孔均匀设置在第二减震孔的间隙内；第三减震孔为半月形，50°≤第三减震孔的弦切角α3≤90°，第三减震孔弓形方向朝向内环，第一减震孔的半径R1≤第三减震孔R3的半径＜第二减震孔的半径R2。

2.如权利要求1所述的一种非充气安全轮胎，其特征在于：第一减震孔为半月形，第二减震孔为弧形，第一减震孔弓形方向朝向外环，第二减震孔弓形方向朝向内环，两减震孔的中心线在同一直线上。

3.如权利要求2所述的一种非充气安全轮胎，其特征在于：第一减震孔的半径R1＜第二减震孔的半径R2，80°≤第一减震孔的弦切角α1≤100°，40°≤第二减震孔的弦切角α2≤90°。

4.如权利要求2所述的一种非充气安全轮胎，其特征在于：支撑体还包括设置在第二减震孔和第三减震孔中间、沿周向分布的第四减震孔，第四减震孔沿着第二减震孔中心与第一减震孔中心连线左右对称设置，且任意两个对称的第四减震孔与第二减震孔共同形成第一“Y”形结构。

5.如权利要求4所述的一种非充气安全轮胎，其特征在于：任意一第四减震孔与其相邻但不对称的第四减震孔之间沿外环设置第五减震孔，60°≤第五减震孔的弦切角α5≤90°，第三减震孔的弦切角α3≤第五减震孔的弦切角α5，第五减震孔半径R5≤第二减震孔的半径R2，第五减震孔与相邻的第四减震孔共同形成第二“Y”形结构。

6.如权利要求1-5任一所述的一种非充气安全轮胎，其特征在于：内环轴向和/或周向设置防滑凸起。

7.如权利要求1-5任一所述的一种非充气安全轮胎，其特征在于：多个支撑体支撑于内环和外环之间，多个支撑体中间设置散热中孔。

8.如权利要求7所述的一种非充气安全轮胎，其特征在于：散热中孔延伸到外环的中部。