CN107257740B - 非充气轮胎 - Google Patents

Abstract

一种在中心轴周围具有旋转轴的模制物品，其具有外界面元件、内界面元件和定位在其间的多个轮辐。所述内和外界面元件和一对邻近轮辐的共同表面形成空隙空间。界面元件与所述空隙中的一个共同的径向内表面在纵向方向上在任一给定点处具有小于那个点与所述旋转轴之间的距离的最大曲率半径。

Description

非充气轮胎

背景技术

已例如在美国专利第7,201,194号中描述用于在支撑滚动条件下的负荷(例如，支撑机动车的负荷)中使用的非充气可变形结构，所述美国专利由本发明的受让人共同拥有并且以全文引用的方式并入本文。其中所公开的结构支撑非充气轮胎包含支撑负荷的环形带、在张力下在所述环形带与轮或轮毂之间传输负荷力的多个轮辐。美国专利公开第2009/0294000A1号中公开一种特别有用的提高辐条耐久性并且允许设计者变化垂直负荷对垂直偏转的初始刚度的轮辐设计，所述专利公开案也由受让人共同拥有并且以全文引用的方式并入本文。非充气物品仅仅通过结构性质而无需来自内部气压的支撑(与充气轮胎中的机制相反)来支撑其负荷。在另外实施例中，环形剪切带可包括一或多组加强件，所述加强件组通过弹性材料径向间隔开以在加强件组之间形成剪切层。在特定实施例中，剪切带包括粘附到剪切层的径向向内延伸部的第一膜和粘附到剪切层的径向外部延伸部的至少第二膜。

非充气可变形结构可通过若干替代性方式制造。在一个示范性方法中，剪切层和轮辐可由相同的材料(例如，聚氨酯)制成，并且可通过生产非充气物品的模制工艺制造。替代性方式包括将环形剪切带制造为单独物品，且接着通过在使用环形带作为径向外表面、将轮毂作为径向内表面的模具中模制辐条来形成完整物品。此方法允许设计者针对环形带和轮辐指定不同材料。对于美国专利第7,201,194号中公开的示范性物品，环形带包括橡胶剪切层并且包含外胎面部分，所述外胎面部分通过轮胎行业中已知的常规方式构建并且接着硫化为一个单元。将环形带和轮毂置于模具中，其中模芯和轮廓界定成品物品的辐条的几何形状。

一种用于具有轴对称元件(环形带和轮毂)和基本上径向元件(轮辐)的物品的普通模制技术是使用离心浇铸法，其中模具以给定旋转速度旋转，并且在模具的旋转轴附近将待模制的材料倒入模具中。在示范性方法中，将两份聚氨酯弹性体预混合，接着倒入模具中，使其固化，且接着可从模具去除成品物品。由模具的旋转所产生的向心力在液态弹性体中产生径向压力梯度分量，其促进模具的完全填充以避免成品物品中的模制缺陷。对于模具围绕垂直旋转轴旋转的实例，向心压力梯度分量与重力压力梯度分量组合。

在此过程中，不出意料，空气会被包覆在预混合聚氨酯中或包覆在模具内的小空腔中。在任一情况下，被包覆的空气可形成负面影响美学外观或可能影响成品物品的疲劳耐久性的小气泡。所述小气泡具有小于聚氨酯密度约一千倍的密度。在向心和重力压力梯度的作用下，气泡经受倾向于使气泡迁移到辐条元件与环形带之间的界面的轴向上边缘的浮力。成品物品接着将在此位置含有小空隙，其可负面影响成品物品的疲劳耐久性。

因此，需要解决成品非充气物品中的空隙问题并且改善物品的性能。由此公开模制物品和对应的模具的一种新设计，其推动被包覆的空气气泡朝向可排放所述气泡的位置迁移，由此消除成品物品中的空隙。

发明内容

一种在中心轴周围具有旋转轴的模制物品包括具有周长和轴向宽度的外界面元件、具有周长和轴向宽度的内界面元件和定位在其间的多个轮辐。所述轮辐定向在大体径向方向上。内界面元件、外界面元件和一对邻近轮辐的共同表面形成由所述共同表面限定的空隙空间。界面元件的与一个空隙空间共同的至少一部分具有在两个邻近轮辐之间的径向向内朝向的单一弯曲表面，其在纵向方向上具有弯曲，其中在纵向方向上的最大曲率半径小于该点与旋转轴之间的距离。

在模制物品的示范性实施例中，沿着所述表面的纵向方向上的曲率半径由一对邻近轮辐之间的中点与所述邻近轮辐中的至少一个之间的圆周位置处的外界面带的一组增大的厚度界定。在又一个实施例中，外界面带的内表面的弯曲由一个或多个控制半径界定。所述一个或多个控制半径可包括在对应于一对邻近轮辐之间的中点的圆周位置处的第一控制半径、在界面元件与第一轮辐相交处的圆周位置处的第二控制半径和在界面元件与邻近于第一轮辐的第二轮辐相交处的圆周位置处的第三控制半径。

在适于具有上下部部分部分的模具的另一实施例中，对应于第一空隙空间的界面元件部分的最大纵向曲率半径小于该点与中心轴之间的距离，并且对应于第二空隙空间的界面元件部分的大部分表面的纵向曲率半径等于所述表面与中心轴之间的距离。此外，第一和第二空隙空间可在圆周上邻近。

附图说明

图1描绘具有径向定向辐条的与平坦表面滚动接触的非充气可变形结构100。

图2描绘与平坦表面滚动接触并且具有优化辐条形状的非充气可变形结构100。

图3是非充气可变形结构100的轴向向下观察的详图，其展示在其与环形带的附接处的模制辐条的形状。

图4是在圆周方向上观察的展示如图3中所指示的横截面A-A并且遵循辐条122的路径的非充气可变形结构100的详图。

图5是用于制造非充气可变形结构的旋转模具10的示意图。

图6是作用于夹带空气气泡上的力的示意性表示。

图7是展示空气气泡可变得被陷落的区域的非充气可变形结构100的等距视图。

图8是展示减小陷落气泡的趋势的改进形状的非充气可变形结构200的等距视图。

图9是展示沿着环形带的径向向内朝向的表面的减小的纵向曲率半径的非充气可变形结构200的等距视图。

图10是非充气可变形结构200的替代实施例的等距视图，其展示沿着环形带的外围的可变边缘半径和沿着环形带的径向向内朝向的表面的减小的纵向曲率半径。

图11是展示外界面元件的内表面的曲率半径的关于非充气可变形结构200的实施例的轴向向下观察的示意图。

图12展示关于非充气可变形结构100的轴向向下观察的示意图，其展示外界面元件的内表面的曲率半径。

图13展示关于非充气可变形结构200的实施例的轴向向下观察的示意图，其展示第一空隙空间与邻近第二空隙空间之间的外界面元件的内表面的减小的曲率半径。

具体实施方式

图1描绘美国专利第7,201,194号中所公开类型的在产生垂直偏转Δ的垂直力F_z下滚动接触的非充气可变形结构100。如图1、图2中所示，非充气可变形结构100包括外环形带110(其可包含用于接触地面的轮胎状胎面部分(未示出))，和用于将结构100附接到例如车轴等旋转构件的内轮毂130，以及将带110连接到轮毂130的多个轮辐120和122。在所示实施例中，辐条120或122并不直接抵靠着带110和轮毂130模制。取而代之，辐条的径向内端端接于内界面元件124中，而辐条的径向外端端接于外界面元件126中。也就是说，模具10的内腔经设计以使得辐条120或122与界面元件124和126模制为单体结构。对于图4中所示的示范性实施例，界面元件124和126形成基本上环形的圆环，其在模制辐条时被模制以形成模制物品。在本文所公开的实施例中，模制物品通过抵靠着环形带110和轮毂130模制而现场制造，由此提供模制物品到外环形带110和轮毂130的牢固附接。辐条可用例如申请PCT/US14/38472中所公开的环形带整体模制，所述申请以全文引用的方式并入本文。

然而，同样有可能将模制物品制造为单独工件，且然后通过任何合适的方式将其附接到环形带110和轮毂130。作为非限制性实例，模制物品可通过粘合剂结合、通过机械固定、通过干涉配合附接在带110与轮毂130之间。带110可另外包括如图3和图4中所示的加强结构，所述图描绘第一或内膜112、剪切层114和第二或外膜116。如本文所使用的术语膜是指在圆周方向上具有比剪切层114的剪切模量显著高的拉伸模量的环形元件。膜112和116的示范性实施例可含有加强层，其使用织物或金属帘线或具有比剪切层114显著高的模量的均质材料。图4描绘定向在圆周方向上的帘线加强元件。在美国专利7,201,194中可发现此非充气可变形结构的更详细描述，所述美国专利以全文引用的方式并入本文。

外环形带110的拉伸和弯曲刚度通过辐条120中的拉伸力提供到轮毂130的负荷承载路径。如在图1中可了解，与地面接触的区域内的辐条经设计以在承受压缩负荷时弯曲。因此，结构100通过接触区域外部的辐条中的拉伸力来支撑所施加的负荷。随着结构滚动，带110和辐条120两者都经历美国专利公开第2009/0294000A1号中所描述的类型的大变形，所述公开案以全文引用的方式并入本文。所属领域的技术人员应易了解，类似由小的空气气泡所造成的任何模制异常将产生可能影响疲劳耐久性的应力集中。

参考图4和图5可更好理解气泡的位置问题。图5描绘用以制造非充气可变形结构100的旋转模具10的示意图。模具10包括含有第一组轴向定向芯体或指形件11的上部模具部分(在图5的右侧)，所述芯体或指形件从模具的顶部向下突出并且轴向与下部模具部分接触而端接。在制造过程期间，模具围绕与模制物品的旋转轴共同的轴旋转。第一组芯体在多对辐条120或122之间形成第一组空隙12。模具10具有含有第二组轴向定向芯体或指形件13的下部部分(在图5的左侧)，所述芯体或指形件从下部模具部分的底部向上突出并且轴向与上部模具部分接触而端接。第二组芯体在其余组辐条120或122之间形成第二组空隙14。在本文所描述的实施例中，芯体在上部模具部分与下部模具部分之间交替。芯体的径向内端在大于轮毂130的外半径的半径处端接以提供用于形成内界面元件124的模腔。同样地，芯体的径向外端在小于环形带110的内半径的半径处端接以提供用于形成外界面元件126的模腔。

在制造非充气可变形结构100期间，外环形带110和轮毂130首先定位在模具中，与模具轴同心，以便形成径向外模具表面和内模具表面。接下来，上部模具部分与下部模具部分闭合并且形成用于界面元件124和126以及辐条120或122的浇铸腔。所述模制工艺将旋转模具10用于所属领域中被称为离心浇铸的工艺。浇铸材料是经预混合且接着从旋转轴的顶部和附近倒入模具中的两份聚氨酯。对于本文所描述的实施例，所述聚氨酯是由科聚亚公司(Chemtura Corporation)制造的以商标名B836出售的市售产品。

可能夹带在未固化聚氨酯混合物中的任何空气气泡将经受浮力，所述浮力具有归因于重力的垂直分量和归因于向心加速度的径向分量，后者由模具的旋转引起。图6描绘与模具10的上表面接触的小的空气气泡(由交叉影线示出)的示意性表示。在此实例中，模具表面具有由相对于水平面的角度α界定的斜坡。气泡上的浮力FB是重力分量FG与向心或旋转分量FR的向量总和。也就是说：

其中，

ρ＝浇铸材料的密度

g＝重力常量

ω＝模具旋转的角速度

V＝气泡容积

对于非旋转模具或重力浇铸，旋转分量FR为零，并且浮力向量FB垂直向上。夹带气泡将在模具的斜坡上向上移动，并且趋于升到模具中的最高点。然而，当模具旋转时，径向向内引导旋转分量FR，并且所得浮力向量FB也向内旋转。如果模具的旋转充分增大，所得向量FB将移动到与模具表面正交的角度。在此条件下，气泡处于平衡并将趋于保持在其径向和垂直位置处。当模具的旋转进一步增大时，从模具法线向内引导所得向量FB，并且气泡将趋于被沿着模具表面的斜坡向内驱赶。此条件可有利于推动气泡移动到存在充分的模具通风的位置以将气泡从模制材料逐出。

现转向图4和图7。外界面元件126在图4中以横截面图出现并且由厚度t、轴向宽度w界定。外界面元件126的径向外表面抵靠着环形带110的径向内表面浇铸。外界面元件126由其中芯体从上部模具部分朝向模具的底部突出的模具10的区段形成。模具在辐条之间的圆筒形部分不具有通风路径。因此，在模制操作期间并且取决于模具旋转的角速度ω，气泡将趋向于均衡位置，其中形成外界面元件的内表面的模具部分的切线垂直于所得浮力向量FB。均衡角度α通过以下方程式得出：

对于模制物品具有最大半径300mm并且模具以约55rpm旋转的示范性几何形状，均衡角度α为约45度。

如果以将气泡驱赶到模具中可发生通风的一部分的方式打破此均衡，那么可以减轻夹带空气气泡的问题。图8和图9以及图10的实施例中展示用于非充气结构200的一个此几何形状，其中外界面带226的内表面229拥有具有减小的曲率半径的表面。在整个论述中，非充气结构200与参考非充气可变形结构100之间的类似元件将使用对应的类似标号。非充气结构200的边缘半径209在如图9中所示的辐条之间可为恒定的或沿着界面元件的圆筒形部分的边缘并且针对如图10中所示的实施例的对应模具几何形状而可具有可变边缘半径219。

在图10的实施例中，在界面元件的在圆周上坐落于邻近辐条中的每一个之间的约中间位置的部分中，边缘半径具有其最大值R21。边缘半径在圆周上从界面元件的中点朝向界面元件与辐条222的相交连续减小以达到最小半径R23。然而，在大于45度的均衡角下，边缘半径的有效性单独降低。此较大均衡角可(例如)随着旋转速度ω增大而出现。

在图8、9和10中所示实施例中，外界面元件226厚度会变化，在界面元件的在圆周上坐落于邻近辐条中的每一个之间的约中间位置的部分中具有最小值。外界面元件厚度在圆周上从界面元件的中点朝向界面元件与辐条222的相交连续增大以达到最大厚度。由于外界面元件226的外表面227拥有纵向圆形轮廓，其在距外界面元件的外表面的给定轴向距离处具有恒定半径，因此外界面元件226的厚度的变化对应于外界面元件的内表面229与正交于径向方向的方向之间的从邻近辐条中的每一个与界面元件226和辐条222的相交之间的中点渐增的角度。

在所示实施例中，外界面元件226的内表面229的大部分简单地弯曲，意味着其仅在纵向方向上弯曲。内表面仍可在内表面与外界面元件的轴端表面之间的相交处拥有半径边缘。

图11描绘通过以多个控制半径R1、R2和R3界定内表面229的弯曲来控制外界面元件226的径向内表面229的角度的简化实例几何形状。为了辅助去除夹带空气气泡并将气泡驱赶到模具中可发生通风的一部分，界定内表面229的弯曲的半径拥有小于内表面229与轮胎的旋转轴之间的最大距离的值。在所示实施例中，描述内表面的纵向弯曲的几何形状包括三个控制半径：R1、R2和R3。半径R1描述内表面229中与分别由半径R2和R3描述的内表面229的部分邻近的一部分的弯曲，各部分还邻接两个邻近辐板元件222中的一者。外界面元件的内表面具有减小的曲率半径的优点是其将空气气泡推动到可发生通风的位置。甚至当均衡角变得大于45度时，推动气泡排出的向量角度也会朝向非充气结构200的纵向方向继续变得更大。内表面229减小的曲率半径还产生力来推动可能卡在外界面元件226的内表面229并且无法迁移到内表面229与外界面元件226的轴端表面的相交的边缘的气泡。对于非充气结构200的示范性实施例，气泡可在第二或第三控制半径R2或R3附近的区域中排放。

通过参看图12和图13可更好了解可变边缘半径的功能，这提供对图13中所示外界面元件226的内表面229的减小的弯曲与具有等于内表面与旋转轴之间的距离的曲率半径的内表面(如图12中所示)的比较。对于此说明性实例，可认为气泡处于箭头R1的顶端。可看出，浮力向量FB将趋于在向下和平行于图13的平面的方向上将气泡驱赶“上坡”。在此意义上，气泡被推动着朝向控制半径R3移动到圆周位置，且接着最终朝向辐条222，且到可发生通风的内界面元件224。通过与图12中所示的参考非充气可变形结构100比较，具有曲率半径等于内表面与旋转轴301之间的距离的内表面129的外界面元件126缺乏外界面元件226的“上坡”轮廓。因此，浮力FB不会起作用以在圆周方向上移动以类似方式定位的气泡。

换句话说，外界面元件226的内表面229的减小的曲率半径遵循围绕位于非充气结构200的旋转轴301与内表面229之间的至少一个旋转轴303的弯曲。内表面229减小的曲率半径可遵循包括多个部分的弯曲，每个部分遵循围绕多个旋转轴(例如图13中由R1、R2和R3所示的三个)的曲率半径。

返回到图11，人们观察到外界面元件226的内表面229每隔一对辐条之间具有减小的曲率半径。在用以制造非充气结构200的模具中，内表面229的减小的曲率半径应用于从上部模具部分向下突出的第一组芯体以在模制产品上形成第一组空隙22。然而，从下部模具部分突出的第二组指形件(其形成第二组空隙24)以允许沿着外界面元件226的顶部边缘发生通风的方式与上部模具部分配合。因此，外界面元件的内表面229的较小曲率半径R5，虽然存在于图8、9、10和13中所示的实施例中，但并非必不可少。例如图11中所示的实施例拥有在外界面元件226处的内表面229，所述内表面拥有等于内表面229到旋转轴的距离的曲率半径。由于模具在内表面229与外界面带226的轴末端处的表面231的相交处提供通风，因此内表面229与第二组空隙24共同的减小的曲率半径并非必要的。

虽然已参考特定实施例和其实例描述了本发明，但应理解，此描述是作为说明而非作为限制。因此，本发明的范围和内容应仅由所附权利要求书的各项来界定。

Claims (9)

1.一种在中心轴周围具有旋转轴的非充气轮胎，轮胎包括：外界面元件，其具有周长和圆周宽度；内界面元件，其具有周长和轴向宽度；定位在其间的多个轮辐，并且所述轮辐定向于大体上径向方向上，并且所述内界面元件、所述外界面元件和一对邻近轮辐的共同表面形成空隙空间，其中所述外界面元件与所述空隙空间共同的表面拥有具有在纵向方向上的曲率半径的纵向弯曲，而在沿着所述外界面元件与所述空隙空间共同的所述表面的任一给定点处的所述纵向方向上的最大曲率半径小于所述点与所述轮胎的所述中心轴之间的距离。

2.根据权利要求1所述的非充气轮胎，其中所述外界面元件的所述表面的所述曲率半径具有介于所述旋转轴与所述外界面元件的所述表面之间的最大距离的百分之九十五与所述邻近轮辐对的对置表面之间的最大纵向距离之间的值。

3.一种在中心轴周围具有旋转轴的非充气轮胎，轮胎包括：外界面元件，其具有周长和轴向宽度；内界面元件，其具有周长和轴向宽度；定位在其间的多个轮辐，并且所述轮辐定向于大体上径向方向上，并且所述内界面元件、所述外界面元件和一对邻近轮辐的共同表面形成空隙空间，其中所述邻近轮辐之间的所述外界面元件与所述空隙空间共同的表面拥有围绕至少一个轴线的纵向弯曲，每个所述至少一个轴线定位于所述中心轴与所述外界面元件和所述空隙空间共同的所述表面之间，并且所述每个至少一个轴线平行于所述中心轴。

4.根据权利要求3所述的非充气轮胎，其中所述至少一个轴线包括第一轴线、第二轴线和第三轴线。

5.根据权利要求4所述的非充气轮胎，其中所述外界面元件与所述空隙空间共同的所述表面包括具有围绕所述第一轴线延伸的曲率半径的第一弯曲部分、具有围绕所述第二轴线延伸的曲率半径的第二弯曲部分和具有围绕所述第三轴线延伸的曲率半径的第三弯曲部分，其中所述第二弯曲部分介于所述第一弯曲部分与所述第三弯曲部分之间且与所述第一弯曲部分和所述第三弯曲部分连续。

6.一种用于模制物品的模具，其包括能够围绕中心轴旋转的上部模具部分和下部模具部分，所述上部模具部分进一步包括第一组芯体，所述第一组芯体从所述模具的顶部向下突出并且轴向与所述下部模具部分接触而端接以在所述模制物品中形成第一组空隙，所述下部模具部分包括第二组轴向定向的芯体或指形件，所述芯体或指形件从所述模具的底部向上突出并且轴向与所述上部模具部分接触而端接并且轴向与所述上部模具部分接触而端接以在所述模制物品中形成第二组空隙，其中所述第一组芯体与所述第二芯体之间的空隙空间在所述模制物品中形成径向定向轮辐，所述模具的径向外部部分在所述模制物品中形成外界面元件，并且所述模具的径向内部部分在所述模制物品中形成内界面元件，其中在所述模制物品中形成所述外界面元件的所述模具的所述径向外部部分拥有在纵向方向上的弯曲，所述弯曲具有围绕至少一个轴线的至少一个曲率半径，所述至少一个轴线中的每一者始终定位于所述第一轴线与所述外界面元件和所述空隙空间共同的所述表面之间。

7.根据权利要求6所述的模具，其中所述至少一个轴线包括第一轴线、第二轴线和第三轴线。

8.根据权利要求7所述的模具，其中形成所述外界面元件与所述空隙空间共同的所述表面的所述模具的所述径向外部部分包括具有延伸到所述第一轴线的曲率半径的第一弯曲部分、具有延伸到所述第二轴线的曲率半径的第二弯曲部分，和具有延伸到所述第三轴线的曲率半径的第三弯曲部分，其中所述第二弯曲部分介于所述第一弯曲部分与所述第三弯曲部分之间且与所述第一弯曲部分和所述第三弯曲部分连续。

9.根据权利要求7所述的模具，其中所述外界面元件与所述空隙空间共同的所述表面包括具有延伸到所述第一轴线的曲率半径的第一弯曲部分、具有延伸到所述第二轴线的曲率半径的第二弯曲部分和具有延伸到所述第三轴线的曲率半径的第三弯曲部分，其中所述第二弯曲部分与所述第一弯曲部分和所述第三弯曲部分邻近并且连续。

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