CN107364284B - 双刚度模块化金属弹性轮胎 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种双刚度模块化金属弹性轮胎，多个胎体模块沿轮辋的安装槽的周向顺次连接而成构成轮胎胎体，支撑壳体的内部中部沿轮辋的轴向方向对称设置有两个内支撑体，内支撑体的下部与支撑壳体的底部连接，内支撑体的顶部弯曲成拱形结构。车辆运行时，支撑壳体首先承重变形，当达到一定变形量后，支撑壳体才会与内支撑体的顶端接触，刚性较小的支撑壳体保护路面，刚性较大的内支撑体承载大部分的载荷，防止胎体模块的过度变形，具有变刚度的特点。胎体模块使用金属材料无污染，单体损坏不影响轮胎整体性能，可以单个维修或更换，不怕扎刺，适用环境范围广，回收再利用率高，能够有效提高车辆的安全性和环境适应性。
Description
技术领域
本发明涉及金属轮胎技术领域，具体而言，涉及一种双刚度模块化金属弹性轮胎。
背景技术
轮胎是在各种轮式车辆或机械上装配的接地滚动的圆环形部件，其安装在轮辋上，直接与路面接触。轮胎的主要功能是支承整车并传递其它方向的力和力矩；缓和由路面传来的冲击力；通过轮胎与路面存在的附着作用，保证车辆的牵引性、制动性和通过性。除空气作用力和重力外，其它影响轮式车辆运动的力和力矩都通过轮胎与地面的相互作用产生。
目前，家用轿车、越野车辆等轻型载具轮胎还普遍采用充气式橡胶轮胎，由于橡胶的材料特性，橡胶轮胎的抗破坏能力较弱，难以抵御地面尖锐物穿刺，而且普遍存在轮胎慢性漏气的问题，导致车辆行驶阻力加大，浪费能源。同时，轻载车辆长时间停在室外，承受早晚高低温作用，极易造成轮胎老化、变形。以上这些问题都会导致车辆行驶过程中发生爆胎事故，尤其是在拥挤的城市道路上，会严重威胁乘车人的人身安全。
因此，本发明提出了一种新型金属弹性胎体模块，通过固定在轮辋外侧来支承车辆垂向载荷、减缓路面冲击和驱动车辆，该模块通过2个固定模块在轮胎圆周上进行定位和限位，通过壳体的弹性变形抵住两侧轮缘和各个模块之间的连接耳进行轴向和周向固定，且方便拆卸和更换，可以有效地提高汽车轮胎的安全性、环境适应性，增加使用寿命。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种双刚度模块化金属弹性轮胎，以解决现有技术中的塑料充气轮胎安全性能差的问题。
为了实现上述目的，本发明提供了一种双刚度模块化金属弹性轮胎，包括多个胎体模块，多个胎体模块沿轮辋的安装槽的周向顺次连接而成构成轮胎胎体，胎体模块包括支撑壳体和内支撑体，支撑壳体为金属板材折叠而成的空心扇形，支撑壳体的靠近轮辋的一面形状与轮辋的安装槽相适配，支撑壳体的内部中部沿轮辋的轴向方向对称设置有两个内支撑体，内支撑体为金属板材弯曲而成，内支撑体的下部与支撑壳体的底部连接，内支撑体的顶部弯曲成拱形结构，对称设置的两个拱形结构相对设置且之间设置有空隙，拱形结构的顶部与支撑壳体的顶部内表面设置有空隙。
进一步地，内支撑体的刚度大于支撑壳体的刚度。
进一步地，支撑壳体的顶面冲压有多个胎面花纹。
进一步地，轮辋的安装槽上沿轮辋的中心轴对称设置有两个螺纹孔，胎体模块分为固定模块和连接模块两种，双刚度模块化金属弹性轮胎包括两个固定模块和多个连接模块，固定模块的支撑壳体的底部通过螺钉与轮辋上的螺纹孔连接，连接模块顺次卡接安装于两个固定模块之间。
进一步地，固定模块的支撑壳体的底部金属板材沿轮辋的轮缘对称折叠且端部预留有缝隙，固定模块的支撑壳体的底部金属板材端部上对称设置有半圆形螺纹孔，螺钉穿过半圆形螺纹孔与轮辋上的螺纹孔连接。
进一步地，连接模块的支撑壳体的底部金属板材沿轮辋的轮缘对称折叠且中部预留有缝隙，固定模块的支撑壳体的底部金属板材端部向支撑壳体的内部弯曲形成两个对称的弧面结构。
进一步地，对称的两个弧面结构之间的距离为大于等于1毫米小于等于2毫米，高度为大于等于3毫米小于等于5毫米。
进一步地，支撑壳体的第一端顶部的中间延伸设置有一个条形连接耳，支撑壳体的第二端顶部的中间沿轮辋的轴向对称延伸设置有两个条形连接耳，支撑壳体的第一端的条形连接耳和支撑壳体的第二端的条形连接耳交错设置，多个胎体模块组装连接时条形连接耳插入支撑壳体的内部。
进一步地，支撑壳体的两端侧面中部分别延伸设置有一个条形连接耳，支撑壳体的两端侧面的条形连接耳沿轮辋的径向方向交错设置，多个胎体模块组装连接时条形连接耳插入支撑壳体的内部。
进一步地，条形连接耳向支撑壳体的内部倾斜设置。
应用本发明的技术方案，多个胎体模块沿轮辋的安装槽的周向顺次连接而成构成轮胎胎体，胎体模块包括支撑壳体和内支撑体，支撑壳体为金属板材折叠而成的空心扇形，支撑壳体的靠近轮辋的一面形状与轮辋的安装槽相适配，支撑壳体的内部中部沿轮辋的轴向方向对称设置有两个内支撑体，内支撑体为金属板材弯曲而成，内支撑体的下部与支撑壳体的底部连接，内支撑体的顶部弯曲成拱形结构，对称设置的两个拱形结构相对设置且之间设置有空隙，拱形结构的顶部与支撑壳体的顶部内表面设置有空隙。车辆运行时，支撑壳体首先承重变形，当达到一定变形量后，支撑壳体才会与内支撑体的顶端接触，这样既通过刚性较小的支撑壳体保护路面，也通过刚性较大的内支撑体承载大部分的载荷，防止胎体模块的过度变形，具有变刚度的特点。胎体模块使用金属材料无污染，单体损坏不影响轮胎整体性能，可以单个维修或更换，免充气，不怕扎刺，适用环境范围广，胎体模块形变产生的迟滞损失小，克服弹性迟滞损失所消耗的能量少，轮胎承载性和弹性好，制造工艺简单，回收再利用率高。本发明的双刚度模块化金属弹性轮胎能够有效提高车辆的安全性和环境适应性，在一些特种车辆应用领域也具有一定的应用前景。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了本发明的双刚度模块化金属弹性轮胎安装与轮辋上的结构示意图；
图2示出了图1中的轮辋的结构示意图；
图3示出了图1中的胎体模块中的固定模块的表面结构示意图；
图4示出了图3中的固定模块的内部结构示意图。
图5示出了图1中胎体模块中的连接模块的表面结构示意图；
图6示出了图5中的连接模块的内部结构示意图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
10、轮辋；11、安装槽；12、螺纹孔；20、胎体模块；30、支撑壳体；31、胎面花纹；32、半圆形螺纹孔；33、弧面结构；34、条形连接耳；40、内支撑体；41、拱形结构。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的，或者是针对部件本身在竖直、垂直或重力方向上而言的；同样地，为便于理解和描述，“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外，但上述方位词并不用于限制本发明。
为解决现有技术中的塑料充气轮胎安全性能差的问题，本发明提供了一种双刚度模块化金属弹性轮胎。
如图1至6所示，双刚度模块化金属弹性轮胎包括多个胎体模块20，多个胎体模块20沿轮辋10的安装槽11的周向顺次连接而成构成轮胎胎体，胎体模块20包括支撑壳体30和内支撑体40，支撑壳体30为金属板材弯曲而成的空心扇形，支撑壳体30的靠近轮辋10的一面形状与轮辋10的安装槽11相适配，支撑壳体30的内部中部沿轮辋10的轴向方向对称设置有两个内支撑体40，内支撑体40为金属板材弯曲而成，内支撑体40的下部与支撑壳体30的底部连接，内支撑体40的顶部弯曲成拱形结构41，对称设置的两个拱形结构41相对设置且之间设置有空隙，拱形结构41的顶部与支撑壳体30的顶部内表面设置有空隙。内支撑体40的刚度大于支撑壳体30的刚度。
车辆运行时，支撑壳体30首先承重变形，当达到一定变形量后，支撑壳体30才会与内支撑体40的顶端接触，这样既通过刚性较小的支撑壳体30保护路面，也通过刚性较大的内支撑体40承载大部分的载荷，防止胎体模块20的过度变形，具有变刚度的特点。胎体模块20使用金属材料无污染，单体损坏不影响轮胎整体性能，可以单个维修或更换，免充气，不怕扎刺，适用环境范围广，胎体模块20形变产生的迟滞损失小，克服弹性迟滞损失所消耗的能量少，轮胎承载性和弹性好，制造工艺简单，回收再利用率高。能够有效提高车辆的安全性和环境适应性，在一些特种车辆应用领域也具有一定的应用前景。
优选地，支撑壳体30和内支撑体40为一体化成形。
如图1、图3、图4、图5和图6所示，支撑壳体30的顶面冲压有多个胎面花纹31，胎面花纹31能够有效增加模块与地面的附着力和摩擦力，防止打滑。
如图3至图6所示，轮辋10的安装槽11上沿轮辋10的中心轴对称设置有两个螺纹孔12，胎体模块20分为固定模块和连接模块两种，双刚度模块化金属弹性轮胎包括两个固定模块和多个连接模块，固定模块的支撑壳体30的底部通过螺钉与轮辋10上的螺纹孔12连接，连接模块顺次卡接安装于两个固定模块之间。通过固定模块与轮辋10之间的固定连接，从而实现轮胎胎体在轮辋10的圆周上的定位和限位，防止胎体模块20发生沿轮辋10发生转动，而仅设置两个固定模块能够减小安装难度和时间，同时连接模块在承受压力又能够在沿轮辋10的周向上发生相对错动，实现多个胎体模块20的共同承压。
具体的，如图3和图4所示，固定模块的支撑壳体30的底部金属板材沿轮辋10的轮缘对称折叠且端部预留有缝隙，固定模块的支撑壳体30的底部金属板材端部上对称设置有半圆形螺纹孔32，螺钉穿过半圆形螺纹孔32与轮辋10上的螺纹孔12连接。
具体的，如图3和图4所示，连接模块的支撑壳体30的底部金属板材沿轮辋10的轮缘对称折叠且中部预留有缝隙，固定模块的支撑壳体30的底部金属板材端部向支撑壳体30的内部弯曲形成两个对称的弧面结构33，对称的两个弧面结构33之间的距离为大于等于1毫米小于等于2毫米，高度为大于等于3毫米小于等于5毫米。弧面结构3的作用为承载胎体模块20触地变形时产生的轴向向内的挤压力，防止胎体模块20因过度变形而产生的脱圈现象。
如图3至图6所示，支撑壳体30的第一端顶部的中间延伸设置有一个条形连接耳34，支撑壳体30的第二端顶部的中间沿轮辋10的轴向对称延伸设置有两个条形连接耳34，支撑壳体30的第一端的条形连接耳34和支撑壳体30的第二端的条形连接耳34交错设置，多个胎体模块20组装连接时条形连接耳34插入支撑壳体30的内部，从而实现多个胎体模块20沿轮辋1的周向连接。
如图3至图6所示，支撑壳体30的两端侧面中部分别延伸设置有一个条形连接耳34，支撑壳体30的两端侧面的条形连接耳34沿轮辋10的径向方向交错设置，多个胎体模块20组装连接时条形连接耳34插入支撑壳体30的内部，从而防止单个胎体模块20在地面滚动受力变形时与相邻模块在轴向两侧发生错位而产生较大的间隙，阻止砂石等杂质灌入胎体模块20的内部，避免造成轮胎自身磨损加剧和自重增大引起的能耗增加等问题。
优选地，条形连接耳34向支撑壳体30的内部倾斜设置，从而减小安装的难度，并且避免顶部条形连接耳34与胎面花纹31之间的干涉。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：
1. 双刚度设计，保证本发明的双刚度模块化金属弹性轮胎的承载能力，避免损伤路面；
2. 模块化设计，便于进行维修更换；
3. 整体金属材质，安全性高，使用寿命长。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、工作、器件、组件和/或它们的组合。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式能够以除在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种双刚度模块化金属弹性轮胎，其特征在于，包括多个胎体模块(20)，多个所述胎体模块(20)沿轮辋(10)的安装槽(11)的周向顺次连接而成构成轮胎胎体，所述胎体模块(20)包括支撑壳体(30)和内支撑体(40)，所述支撑壳体(30)为金属板材弯折而成的空心扇形，所述支撑壳体(30)的靠近所述轮辋(10)的一面形状与所述轮辋(10)的安装槽(11)相适配，所述支撑壳体(30)的内部中部沿所述轮辋(10)的轴向方向对称设置有两个所述内支撑体(40)，所述内支撑体(40)为金属板材弯曲而成，所述内支撑体(40)的下部与所述支撑壳体(30)的底部连接，所述内支撑体(40)的顶部弯曲成拱形结构(41)，对称设置的两个所述拱形结构(41)相对设置且之间设置有空隙，所述拱形结构(41)的顶部与所述支撑壳体(30)的顶部内表面设置有空隙。
2.根据权利要求1所述的双刚度模块化金属弹性轮胎，其特征在于，所述内支撑体(40)的刚度大于所述支撑壳体(30)的刚度。
3.根据权利要求2所述的双刚度模块化金属弹性轮胎，其特征在于，所述支撑壳体(30)的顶面冲压有多个胎面花纹(31)。
4.根据权利要求2所述的双刚度模块化金属弹性轮胎，其特征在于，所述轮辋(10)的安装槽(11)上沿所述轮辋(10)的中心轴对称设置有两个螺纹孔(12)，所述胎体模块(20)分为固定模块和连接模块两种，所述双刚度模块化金属弹性轮胎包括两个所述固定模块和多个所述连接模块，所述固定模块的所述支撑壳体(30)的底部通过螺钉与所述轮辋(10)上的螺纹孔(12)连接，所述连接模块顺次卡接安装于两个所述固定模块之间。
5.根据权利要求4所述的双刚度模块化金属弹性轮胎，其特征在于，所述固定模块的所述支撑壳体(30)的底部金属板材沿所述轮辋(10)的轮缘对称折叠且端部预留有缝隙，所述固定模块的所述支撑壳体(30)的底部金属板材端部上对称设置有半圆形螺纹孔(32)，螺钉穿过所述半圆形螺纹孔(32)与所述轮辋(10)上的螺纹孔(12)连接。
6.根据权利要求4所述的双刚度模块化金属弹性轮胎，其特征在于，所述连接模块的所述支撑壳体(30)的底部金属板材沿所述轮辋(10)的轮缘对称折叠且中部预留有缝隙，所述固定模块的所述支撑壳体(30)的底部金属板材端部向所述支撑壳体(30)的内部弯曲形成两个对称的弧面结构(33)。
7.根据权利要求6所述的双刚度模块化金属弹性轮胎，其特征在于，对称的两个所述弧面结构(33)之间的距离为大于等于1毫米小于等于2毫米，高度为大于等于3毫米小于等于5毫米。
8.根据权利要求2述的双刚度模块化金属弹性轮胎，其特征在于，所述支撑壳体(30)的第一端顶部的中间延伸设置有一个条形连接耳(34)，所述支撑壳体(30)的第二端顶部的中间沿所述轮辋(10)的轴向对称延伸设置有两个条形连接耳(34)，所述支撑壳体(30)的第一端的所述条形连接耳(34)和所述支撑壳体(30)的第二端的所述条形连接耳(34)交错设置，多个所述胎体模块(20)组装连接时所述条形连接耳(34)插入所述支撑壳体(30)的内部。
9.根据权利要求8述的双刚度模块化金属弹性轮胎，其特征在于，所述支撑壳体(30)的两端侧面中部分别延伸设置有一个所述条形连接耳(34)，所述支撑壳体(30)的两端侧面的所述条形连接耳(34)沿所述轮辋(10)的径向方向交错设置，多个所述胎体模块(20)组装连接时所述条形连接耳(34)插入所述支撑壳体(30)的内部。
10.根据权利要求9述的双刚度模块化金属弹性轮胎，其特征在于，所述支撑壳体(30)的第一端的所述条形连接耳(34)和所述支撑壳体(30)的第二端的所述条形连接耳(34)向所述支撑壳体(30)的内部倾斜设置。
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