CN107053954B - 免充气轮胎 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种免充气轮胎，该免充气轮胎沿轮胎径向由外向内依次包括橡胶胎面、基部胶和弹性支撑体，其中，弹性支撑体沿轮胎径向由外向内依次包括外承压环、中部支撑体和内承压环，中部支撑体包括沿周向依次间隔设置的第一支撑体和第一轴向通孔；外承压环周向环体内部设置有第一帘布层，内承压环周向环体内部设置有第二帘布层。本发明的免充气轮胎，具有较高的轮胎径向承载刚度和韧性，并且能够将轮胎接地压力均匀离散地传递至中部支撑体，使接地印痕形状优良，具有良好的接地性能。

Description

免充气轮胎

技术领域

本发明属于轮胎技术领域，尤其涉及一种免充气轮胎。

背景技术

目前，正在使用的轮胎，大部分都是充气轮胎，充气轮胎利用轮胎内压缩空气的高压承载车辆的载荷，具有良好的乘坐舒适性。但是当充气轮胎被扎破时容易发生漏气，使轮胎承载能力减弱，并会对轮胎胎面产生剧烈磨损或不规则磨损，当胎内充气压力过大时还会发生爆胎，影响车辆行驶安全。因此，研发出一种具有舒适性、安全性和耐用性的非实心免充气轮胎成为汽车和轮胎行业的首要任务。

中国专利CN104999862A公开了一种免充气安全轮胎，由内到外依次为胎面、外环、支撑体和内环，所述胎面粘接或硫化于外环上，所述支撑体从外环开始，沿径向和周向排布在外环和内环之间，所述支撑体上沿周向分布着多组减震单元和支撑筋，每组减震单元由两组减震结构组成，两组减震结构以径向为对称轴轴向设置。但是，支撑体内位于减震单元和外环之间的周向环体内没有设置可增强轮胎径向承载刚度的结构和可均匀离散接地压力的结构，轮胎径向承载刚度和韧性不能满足要求，并且当轮胎接地部位位于减震孔位置时接地压力小，当轮胎接地部位位于减震孔孔壁位置时接地压力大，不利于将接地压力均匀地传递至支撑体，容易出现接地印痕不均匀及操纵舒适性较低的状况。

因此，设计出一种具有更高径向承载刚度的免充气轮胎，并且在接地面的压力分散更加均匀，以提高免充气轮胎的操纵安全性和舒适性，成为轮胎技术领域的迫切要求。

发明内容

本发明针对上述的现有的免充气轮胎径向承载刚度较低且接地印痕不均匀的技术问题，提出一种具有更高径向承载刚度的免充气轮胎，并且在接地面的压力分散更加均匀。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种免充气轮胎，沿轮胎径向由外向内依次包括橡胶胎面、基部胶和弹性支撑体，其中，弹性支撑体沿轮胎径向由外向内依次包括外承压环、中部支撑体和内承压环，中部支撑体包括沿周向依次间隔设置的第一支撑体和第一轴向通孔；外承压环周向环体内部设置有第一帘布层，内承压环周向环体内部设置有第二帘布层。

作为优选，第一帘布层和第二帘布层均包括至少一层帘布。

作为优选，第一帘布层和第二帘布层包括至少两层帘布，相邻帘布的帘线排列方向与轮胎周向中心线构成的夹角不相等。

作为优选，第一支撑体的轴向截面形状为圆形、多段圆弧或者边数大于等于8的多边形的其中一种；第一轴向通孔的轴向截面为顺次连接的半圆、线段和圆弧组成的形状。

作为优选，中部支撑体进一步包括沿圆周方向均匀分布的第二支撑体和第三支撑体，第二支撑体与第三支撑体自第一支撑体向内承压环依次排列。

作为优选，第二支撑体为一层至三层，第二支撑体的轴向截面为圆形、多段圆弧或者边数大于等于8的多边形的其中一种；第三支撑体的轴向截面为六条圆弧顺次连接组成的形状，相邻圆弧的圆心交错排列设置，第三支撑体与内承压环相邻。

作为优选，第一支撑体与第二支撑体之间以及相邻两层的第二支撑体之间在径向方向上交错排列；第一支撑体与第二支撑体之间以及相邻两层的第二支撑体之间沿周向均匀设置有第二轴向通孔，第二轴向通孔的轴向截面为三条圆弧和三条线段依次交替连接组成的形状。

作为优选，第一支撑体、第一轴向通孔、第二支撑体、第二轴向通孔及第三支撑体轴向方向均包括位于轴向中心的等径段，位于等径段轴向左侧的第一变径段，以及位于等径段轴向右侧的第二变径段，等径段的周向中心线与轮胎周向中心线重合，等径段的轴向截面的面积在轴向方向上相等，第一变径段的轴向截面的面积自等径段至轮胎轴向左侧面依次增加，第二变径段的轴向截面的面积自等径段至轮胎轴向右侧面依次增加。

作为优选，中部支撑体自外承压环至内承压环方向的轴向宽度依次减小；中部支撑体的轴向左右侧面均包括多个依次相切连接的圆弧面，其中，与外承压环径向内侧相连的圆弧面为第一胎侧弧面，第一胎侧弧面所对圆心的弧面背离轮胎径向中心线，与内承压环径向外侧相连的圆弧面为第二胎侧弧面，第二胎侧弧面所对圆心的弧面背离轮胎径向中心线。

作为优选，中部支撑体的材料为聚氨酯内掺短纤维材料或者树脂内掺短纤维材料，短纤维材料为芳纶和/或玻璃纤维和/或碳纤维。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

1、本发明的免充气轮胎，其通过分别在外承压环和内承压环周向环体内部设置第一帘布层和第二帘布层，提高了轮胎径向承载刚度和韧性；其通过在中部支撑体与外承压环相邻的周向环体内设置第一支撑体及第一轴向通孔，有助于将轮胎接地压力均匀离散地传递至中部支撑体，使接地印痕形状优良，接地压力分布比较均匀，具有良好的接地性能。

2、本发明的免充气轮胎，其中部支撑体的材料为聚氨酯内掺短纤维材料或者高强树脂内掺短纤维材料，提高了中部支撑体的强度和耐撕裂性能。

3、本发明的免充气轮胎，其中部支撑体在轴向方向上包括等径段和变径段，不仅能够增强轮胎位于转轴方向中间位置的承载力，而且能够增加轮胎轴向左右侧面的空气流通面积，进一步有利于轮胎变形时的热量散发，提高了轮胎的操纵稳定性和使用寿命。

4、本发明的免充气轮胎，其轴向侧面包括依次相切连接的多个圆弧面，不仅有利于减轻轮胎重量，并且有助于分散轮胎轴向侧面的应力，避免应力集中，进而提高了轮胎的抗疲劳性能。

附图说明

图1为本发明免充气轮胎的局部轴向截面图；

图2为本发明免充气轮胎的局部立体图；

图3为本发明免充气轮胎的局部周向断面图；

图4为图3中A处局部放大图；

图5为本发明的第一卡槽立体图；

图6为本发明的第二卡槽立体图；

图7为本发明免充气轮胎的基部胶周向断面的顶面圆弧设计示意图；

图8为本发明免充气轮胎的第一帘布层相邻帘布铺设角度示意图。

以上各图中：1、橡胶胎面；11、胎肩斜面；2、基部胶；21、第二卡槽；3、弹性支撑体；4、外承压环；41、第一卡槽；5、中部支撑体；51、第一支撑体；52、第二支撑体；53、第三支撑体；54、第一轴向通孔；55、第二轴向通孔；56、等径段；57、第一变径段；58、第二变径段；6、内承压环；7、第一帘布层；71、第一帘布；72、第二帘布；8、第二帘布层；9、第一胎侧弧面；10、第二胎侧弧面。

具体实施方式

下面，通过示例性的实施方式对本发明进行具体描述。然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、体和特征也可以有益地结合到其他实施方式中。

在本发明的描述中，需要说明的是，附图1中轮胎的转轴为轴向，圆周方向为周向，沿半径的方向为径向；且沿半径增大的方向为向外，沿半径减小的方向为向内；轴向截面为垂直于轮胎转轴的截面，周向断面为过轮胎转轴并且垂直于圆周方向的截面，轴向断面的顶部为轴向断面的径向外端面。术语“内”、“外”、“上”、“下”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图1所示的位置关系，“左”、“右”指示的方位或位置关系为基于附图3所示的位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

参见图1-图2，图1为本发明免充气轮胎的局部轴向截面图，图2为本发明免充气轮胎的局部立体图。如图1-图2所示为本发明请求保护的一种免充气轮胎，沿轮胎径向由外向内依次包括橡胶胎面1，与橡胶胎面1硫化成一体的基部胶2，以及对橡胶胎面1起支撑作用的弹性支撑体3，弹性支撑体3包括与轮辋相接触的内承压环6，与基部胶2贴合的外承压环4，以及位于内承压环6和外承压环4之间的中部支撑体5；中部支撑体5包括沿周向均匀分布的第一支撑体51，以及与第一支撑体51沿周向依次间隔设置的第一轴向通孔54；外承压环4周向环体内部沿周向设置有第一帘布层7，内承压环6周向环体内部沿周向设置有第二帘布层8。

本发明的免充气轮胎，其通过分别在外承压环4和内承压环6周向环体内部设置第一帘布层7和第二帘布层8，提高了轮胎径向承载刚度和韧性；通过在中部支撑体5与外承压环4相邻的周向环体内沿周向间隔设置第一支撑体51及第一轴向通孔54，有助于将轮胎接地压力均匀离散地传递至中部支撑体5，使接地印痕形状优良，接地压力分布比较均匀，具有良好的接地性能，既具备子午线轮胎的承载能力，又能满足操纵安全性和舒适性方面的要求。

为了进一步提高轮胎径向承载刚度，第一帘布层7和第二帘布层8均包括至少一层帘布，第一帘布层7和第二帘布层8的帘线为尼龙和/或锦纶和/或芳纶纤维，当包括至少两层帘布层时，相邻帘布的帘线排列方向与轮胎周向中心线所构成的夹角不相等。参见图8，图8为本发明免充气轮胎的第一帘布层7相邻帘布铺设角度示意图。如图7所示，本实施例中，第一帘布层7包括径向上依次排列的第一帘布71和第二帘布72，第一帘布71和第二帘布72的帘线排列方向与轮胎周向中心线所构成的夹角不相等，进而进一步提高轮胎径向承载刚度和韧性。为了保证中部支撑体5的整体承载力和变形能力，第一帘布层7的轴向宽度小于外承压环4，第二帘布层8的轴向宽度小于内承压环6。

继续参见图1-图2，如图1-图2所示，第一支撑体51的轴向截面形状为圆形、多段圆弧或者边数大于等于8的多边形的其中一种，第一轴向通孔54的轴向截面为顺次连接的半圆、线段和圆弧组成的形状，从而将轮胎接地压力通过间隔设置的第一支撑体51和第一轴向通孔54离散后均匀地传递至中部支撑体5，避免轮胎在中部支撑体5的通孔位置接地时接地压力小，在中部支撑体5的通孔壁位置处时接地压力大，使轮胎接地印痕形状优良，接地压力分布比较均匀，具有良好的接地性能，进而具有良好的操纵稳定性和舒适性；同时第一轴向通孔54能够在轮胎行驶过程中形成空气流动，有利于将外承压环4接地处及中部支撑体5的变形热量快速散发出去，提高轮胎的使用寿命。

继续参见图1-图2，如图1-图2所示，中部支撑体5进一步包括沿圆周方向均匀分布的第二支撑体52及第三支撑体53，第二支撑体52与第三支撑体53自第一支撑体51向内承压环6依次排列，中部支撑体5的多层环状支撑体使轮胎具有普通充气轮胎的承载能力和缓冲性能。

具体地，第二支撑体52为一层至三层，第二支撑体52的轴向截面形状为圆形、多段圆弧或边数大于等于8的多边形，圆形、多段圆弧或边数大于等于8的多边形在轴向方向形成通孔，以提高中部支撑体5的缓冲性能和变形能力。为了使中部支撑体5的变形主要集中在与第一支撑体51相邻的第二支撑体52内，第二支撑体52自第一支撑体51至第三支撑体53的方向，轴向截面为圆形和/或多段圆弧的直径依次减小，和/或轴向截面为边数大于等于8的多边形的边长依次减小，使第二支撑体52在承载过程中的形变量由第一轴向通孔54至第三支撑体53方向依次减小，进而保证轮胎在承压变形后能够快速恢复。

本实施例中，轮胎的轴向断面为60～125mm，第二支撑体52设置为两层，与第一支撑体51相邻的第二支撑体52的圆形、多段圆弧或多边形沿周向设置为35～45个，以进一步保证轮胎的质量轻盈和载荷均匀的特性。

继续参见图1-图2，如图1-图2所示，第三支撑体53与内承压环31相邻，其第三支撑体53的轴向截面为六条圆弧顺次连接组成的形状，相邻圆弧的圆心交错排列设置，第三支撑体53的轴向截面关于通过第三支撑体53中心的轮胎径线对称，并且相邻圆弧之间为相切连接或者设置有倒圆角。第三支撑体53的通孔设计进一步增强了中部支撑体5的弹性缓冲能力和散热能力。

需要说明的是，为了使载荷在中部支撑体5内发散性传递，第二支撑体52与第三支撑体53之间、以及相邻两层的第二支撑体52之间在径向方向上交错排列，进一步提高中部支撑体5的变形缓冲性能，保证轮胎具有优良的操纵稳定性和舒适性。

进一步地，第一支撑体51与第二支撑体52之间、相邻两层的第二支撑体52之间设置有周向均匀分布的第二轴向通孔55，第二轴向通孔55的轴向截面为三条圆弧和三条线段依次交替连接组成的形状，第二轴向通孔55的轴向截面关于通过第二轴向通孔55中心的轮胎径线对称，并且线段与圆弧连接处设置有倒圆角。第二轴向通孔55能够将第二支撑体52在行驶过程中因变形产生的热量快速散发出去，避免轮胎的温度过高，进而提高轮胎的使用寿命。

参见图3，图3为本发明免充气轮胎的局部周向断面图。如图3所示，图3中横向方向为轮胎转轴方向，竖直方向为轮胎周向方向。轮胎着地时，为了提高沿轮胎转轴方向中间位置部分的承载力，第一支撑体51、第一轴向通孔54、第二支撑体52、第二轴向通孔54及第三支撑体53均为在轴向方向上贯通的通孔，并且在轴向方向均包括位于轴向中心的等径段56，位于等径段56轴向左侧的第一变径段57，以及位于等径段56轴向右侧的第二变径段58。等径段56的周向中心线与轮胎周向中心线重合，等径段56的轴向截面的面积在轴向方向上相等，第一变径段57的轴向截面的面积自等径段56至轮胎轴向左侧面依次增加，第二变径段58的轴向截面的面积自等径段56至轮胎轴向右侧面依次增加；其中，等径段56的轴向长度小于轮胎轴向宽度的一半。等径段56的轴向截面的面积小于第一变径段57和第二变径段58，不仅能够增强轮胎位于转轴方向中间位置的承载力，而且能够增加轮胎轴向左右侧面的空气流通面积，进一步有利于轮胎变形时的热量散发，提高了轮胎的操纵稳定性和使用寿命。

具体地，参见图4，图4为图3中A处局部放大图，如图4所示，第一变径段57沿轴向的边线与轮胎转轴成α夹角，第二变径段58沿轴向的边线与轮胎转轴成α夹角，本实施例中，α夹角为1°。

继续参见图3-图4，为了进一步地减轻轮胎重量和分散轮胎轴向侧面的应力，中部支撑体5自外承压环4至内承压环5方向的轴向宽度依次减小；中部支撑体5的轴向左右侧面均包括多个依次相切连接的圆弧面，其中，与外承压环4径向内侧相连的圆弧面为第一胎侧弧面9，第一胎侧弧面9所对圆心的弧面背离轮胎径向中心线，与内承压环4径向外侧相连的圆弧面为第二胎侧弧面10，第二胎侧弧面10所对圆心的弧面背离轮胎径向中心线。多个依次相切连接的圆弧面相对于平面而言，避免了承载应力在直角和平面内的应力集中，进而提高了轮胎的抗疲劳性能。

参见图5，图5为本发明的第一卡槽的立体图。如图5所示，本发明的免充气轮胎的外承压环4外侧面设置有第一卡槽41，第一卡槽41的周向平面的形状为工字形，工字形的两条平行边垂直轮胎转轴，且第一卡槽41的径向外表面低于外承压环4的径向外表面，即第一卡槽41为内凹槽。

参见图6，图6为本发明的第二卡槽的立体图。如图6所示，基部胶2与外承压环4结合面处设置有与第一卡槽41相对应第二卡槽21，第二卡槽21的周向平面形状工字形，工字形的两条平行边垂直轮胎转轴，且第二卡槽21的径向内表面位于外承压环4的径向内表面的径向内侧，第二卡槽21为凸起槽。第一卡槽41和第二卡槽21的轴向长度小于等于轮胎的轴向宽度，且沿轮胎周向等间距分布。

本发明的免充气轮胎通过第一卡槽41和第二卡槽21的严密结合将橡胶胎面1与基部胶2镶嵌到弹性支撑体3上，增强了基部胶2与弹性支撑体3的贴合能力，能够使本发明的免充气轮胎在较高速度行驶时，避免弹性支撑体3与基部胶2出现滑脱现象，进一步保证轮胎的安全。

需要说明的是，本发明中所使用的第一卡槽41和第二卡槽21并不局限于上述所列举的工字形，还可以是本领域技术人员所熟知的其他适宜的卡槽。

参见图7，图7为本发明免充气轮胎的基部胶2周向顶面圆弧设计示意图。如图7所示，基部胶2周向顶部圆弧采用中部高两端低的两段相切弧设计，可以增强轮胎整体接地性能，并增加基部胶2与橡胶胎面1的粘合面积。基部胶2周向顶部两段圆弧相切，即弧AB与弧BCD相切，弧BCD与弧DE相切，弧AB与弧DE的半径相等，弧BCD的半径R1大于弧AB和弧DE的半径R2，圆弧中点C点较两端A点和E点高1～3mm，胎冠弧弧长约为行驶面长度的60％～70％。

橡胶胎面1的轴向顶面圆弧采用中部高两端低的两段相切圆弧设计，并且行驶面高度为2～5mm，轮胎接地时接地印痕呈现椭圆形或方形，有助于减少橡胶胎面磨损。

继续参见图2，图2为本发明免充气轮胎的局部立体图。由图2可知，弹性支撑体3与橡胶胎面1过渡部位形成有胎肩斜面11，胎肩斜面11与轮胎转轴所在的水平面形成有轴向倾角。若轴向倾角过小，不利于弹性支撑体3边缘的力向橡胶胎面1中部传递，容易造成橡胶胎面1印痕在轴向形成纺锤体形状；若轴向倾角过大，胎肩斜面11接地载荷过大，容易造成胎肩畸形磨损。本实施例中，将胎肩斜面11的轴向倾角设置为35°～75°，弹性支撑体3传递的载荷到橡胶胎面1时集中于橡胶胎面1的中部，从而改善接地性能。

进一步地，继续参见图2，第二轴向通孔55与第一轴向通孔54、第二支撑体52之间形成有孔壁，第一支撑体51、第二支撑体52轴向截面的中心连线与该孔壁的径向中心线形成0°～35.5°的夹角，从而保证了轮胎的径向载荷向轮胎中心均匀传递，防止轮胎变形，延长了轮胎使用寿命。

本发明的免充气轮胎的弹性支撑体3采用具有高强度、高弹性、耐屈挠、耐热氧化等性能的热塑性工程塑料聚氨酯或者高强树脂一次性注塑成型，比重小，可回收利用，生产工艺简单，并且具备充气轮胎的静态和动态性能要求。其中，中部支撑体5材料采用具有高强度、高弹性、耐屈挠和低生热性能的聚氨酯或者树脂，并在聚氨酯或者树脂内掺1mm～10mm短纤维材料，短纤维材料为芳纶和/或玻璃纤维和/或碳纤维，进一步增强了中部支撑体5的强度和抗撕裂性能。

Claims (6)

1.一种免充气轮胎，沿轮胎径向由外向内依次包括橡胶胎面(1)、基部胶(2)和弹性支撑体(3)，其中，弹性支撑体(3)沿轮胎径向由外向内依次包括外承压环(4)、中部支撑体(5)和内承压环(6)，其特征在于：中部支撑体(5)包括沿周向依次间隔设置的第一支撑体(51)和第一轴向通孔(54)；外承压环(4)周向环体内部设置有第一帘布层(7)，内承压环(6)周向环体内部内设置有第二帘布层(8)；

第一支撑体(51)的轴向截面形状为圆形、多段圆弧或者边数大于等于8的多边形的其中一种；第一轴向通孔(54)的轴向截面为顺次连接的半圆、线段和圆弧组成的形状；

中部支撑体(5)进一步包括沿圆周方向均匀分布的第二支撑体(52)和第三支撑体(53)，第二支撑体(52)与第三支撑体(53)自第一支撑体(51)向内承压环(6)依次排列；

第二支撑体(52)为一层至三层，第二支撑体(52)的轴向截面为圆形、多段圆弧或者边数大于等于8的多边形的其中一种；第三支撑体(53)的轴向截面为六条圆弧顺次连接组成的形状，相邻圆弧的圆心交错排列设置，第三支撑体(53)与内承压环(6)相邻；

中部支撑体(5)自外承压环(4)至内承压环(6)方向的轴向宽度依次减小；中部支撑体(5)的轴向左右侧面均包括多个依次相切连接的圆弧面，其中，与外承压环(4)径向内侧相连的圆弧面为第一胎侧弧面(9)，第一胎侧弧面(9)所对圆心的弧面背离轮胎径向中心线，与内承压环(6)径向外侧相连的圆弧面为第二胎侧弧面(10)，第二胎侧弧面(10)所对圆心的弧面背离轮胎径向中心线。

2.根据权利要求1所述的免充气轮胎，其特征在于：第一帘布层(7)和第二帘布层(8)均包括至少一层帘布。

3.根据权利要求2所述的免充气轮胎，其特征在于：第一帘布层(7)和第二帘布层(8)包括至少两层帘布，相邻帘布的帘线排列方向与轮胎周向中心线构成的夹角不相等。

4.根据权利要求1所述的免充气轮胎，其特征在于：第一支撑体(51)与第二支撑体(52)之间以及相邻两层的第二支撑体(52)之间在径向方向上交错排列；第一支撑体(51)与第二支撑体(52)之间以及相邻两层的第二支撑体(52)之间沿周向均匀设置有第二轴向通孔(55)，第二轴向通孔(55)的轴向截面为三条圆弧和三条线段依次交替连接组成的形状。

5.根据权利要求4所述的免充气轮胎，其特征在于：第一支撑体(51)、第一轴向通孔(54)、第二支撑体(52)、第二轴向通孔(55)及第三支撑体(53)轴向方向均包括位于轴向中心的等径段(56)，位于等径段(56)轴向左侧的第一变径段(57)，以及位于等径段(56)轴向右侧的第二变径段(58)，等径段(56)的周向中心线与轮胎周向中心线重合，等径段(56)的轴向截面的面积在轴向方向上相等，第一变径段(57)的轴向截面的面积自等径段(56)至轮胎轴向左侧面依次增加，第二变径段(58)的轴向截面的面积自等径段(56)至轮胎轴向右侧面依次增加。

6.根据权利要求1-5任一项所述的免充气轮胎，其特征在于：中部支撑体(5)的材料为聚氨酯内掺短纤维材料或者树脂内掺短纤维材料，短纤维材料为芳纶和/或玻璃纤维和/或碳纤维。