CN108068549B - 非充气支撑结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及非充气支撑结构。根据本发明的一种用于移动车辆的车轮和轮胎组件包括：内中心轮辋；安装在所述内中心轮辋上的柔性环；以及在所述内中心轮辋与所述柔性环之间延伸的辐条结构。所述辐条结构限定出多个腔体以及交替的多个径向延伸开口，所述多个腔体和所述交替的多个径向延伸开口围绕所述内中心轮辋同心地设置并且允许所述柔性环在负载下偏转。
Description
技术领域
本发明涉及车轮/轮胎组件，并且更加具体地涉及非充气车轮/轮胎组件。
背景技术
径向充气轮胎依赖于帘布层增强来承载和转移轮辋与带束层之间的负载。这些帘布层帘线需要张紧以便承载该负载。使这些帘布层帘线张紧是利用轮胎的内腔室中的加压空气来实现。如果失去气压，则充气轮胎的负载承载能力会显著减小。防止缓慢的或者突然的气压损失对于轮胎制造商而言一直是一项挑战。一种提出的解决方案是使用非充气轮胎。顶部装载机非充气轮胎（top loader non-pneumatic tire）如果在其耐久性、速度评级/限制、以及负载能力上可以增加至充气轮胎的水平则其可以类似于充气轮胎发挥性能。
许多顶部装载机非充气轮胎都依赖于聚合物辐条来承载车辆的负载。辐条将负载从轮辋转移至剪切带。由于这些轮胎的辐条中所使用的聚合物材料的特性，所以这些轮胎的性能会受到限制。本发明的目的是克服该限制性并且增加这些辐条的负载承载能力和耐久性并且因此提高顶部装载机非充气轮胎的性能。
发明内容
根据本发明的一种用于移动车辆的车轮和轮胎组件包括：内中心轮辋；安装在该内中心轮辋上的柔性环；以及在内中心轮辋与柔性环之间延伸的辐条结构。该辐条结构限定出多个腔体和交替的径向延伸开口，该多个腔体和交替的径向延伸开口围绕内中心轮辋同心地设置并且允许柔性环在负载下偏转。
根据组件的另一方面，辐条结构包括聚合物材料。
根据组件的又一方面，辐条结构包括同质聚合物材料。
根据组件的又一方面，多个腔体中的每个腔体具有共同径向尺寸。
根据组件的又一方面，多个腔体中的每个腔体具有共同轴向长度，该共同轴向长度等于辐条结构的均匀轴向厚度。
根据组件的又一方面，组件进一步包括增强层，该增强层围绕多个腔体和交替开口周向地和径向地交错以用于进一步调节结构的灵活性/刚度。
根据组件的又一方面，辐条结构包括均匀橡胶材料。
根据本发明的方法用于非充气地支撑移动车辆。该方法包括如下步骤：使内中心轮辋围绕水平轴线旋转；将内中心轮辋安装到柔性环上；使辐条结构在内中心轮辋与柔性环之间轴向地和径向地延伸；围绕内中心轮辋同心地限定出多个轴向延伸腔体和交替的径向延伸开口；以及使柔性环竖直地承受负载以便使得柔性环以及辐条结构的邻近柔性环的部分均竖直地偏转。
根据方法的另一方面，辐条结构包括聚合物材料。
根据方法的又一方面，辐条结构包括同质聚合物材料。
根据方法的又一方面，多个腔体中的每个腔体具有共同径向尺寸。
根据方法的又一方面，多个腔体中的每个腔体具有共同轴向长度，该共同轴向长度等于辐条结构的均匀轴向厚度。
根据方法的又一方面，另一步骤使增强层围绕多个腔体周向地和径向地交错以用于进一步调节辐条结构的灵活性/刚度。
根据方法的又一方面，其它步骤调节辐条结构的灵活性/刚度并且使增强层围绕多个腔体周向地和径向地交错。
根据方法的又一方面，辐条结构包括均匀橡胶材料。
根据方法的又一方面，另一步骤在辐条结构上的预定负载处扣住该辐条结构。
本发明还公开了以下方案。
1.一种用于移动车辆的车轮和轮胎组件，包括：
内中心轮辋；
安装到所述内中心轮辋的外柔性环；以及
在所述中心轮辋与所述柔性环之间径向延伸的辐条结构，
所述辐条结构限定出多个腔体和交替的多个径向延伸开口，所述多个腔体和交替的多个径向延伸开口围绕所述内中心轮辋同心地设置并且允许所述柔性环在负载下偏转。
2.如方案1所述的车轮和轮胎组件，其中，所述辐条结构包括聚合物材料。
3.如方案1所述的车轮和轮胎组件，其中，所述辐条结构包括同质聚合物材料。
4.如方案1所述的车轮和轮胎组件，其中，所述多个腔体中的每个腔体具有共同径向尺寸。
5.如方案1所述的车轮和轮胎组件，其中，所述多个腔体中的每个腔体具有共同轴向长度，所述共同轴向长度等于辐条结构的均匀轴向厚度。
6.如方案1所述的车轮和轮胎组件，其中，所述组件进一步包括增强层，所述增强层围绕所述多个腔体和所述多个交替延伸开口周向地和径向地交错以用于进一步调节结构的灵活性/刚度。
7.如方案1所述的车轮和轮胎组件，其中，所述辐条结构包括均匀橡胶材料。
8.一种用于非充气地支撑移动车辆的方法，所述方法包括如下步骤：
使内中心轮辋围绕水平轴线旋转；
将所述内中心轮辋安装到柔性环上；
使辐条结构在所述内中心轮辋与所述柔性环之间轴向地和径向地延伸；
围绕所述内中心轮辋同心地限定出多个轴向延伸腔体和交替的径向延伸开口；以及
使所述柔性环竖直地承受负载以便使得所述柔性环以及所述辐条结构的邻近所述柔性环的部分均竖直地偏转。
9.如方案8所述的方法，其中，所述辐条结构包括聚合物材料。
10.如方案8所述的方法，其中，所述辐条结构包括同质聚合物材料。
11.如方案8所述的方法，其中，所述多个腔体中的每个腔体具有共同径向尺寸。
12.如方案8所述的方法，其中，所述多个腔体中的每个圆柱形腔体具有共同轴向长度，所述共同轴向长度等于所述辐条结构的均匀轴向厚度。
13.如方案8所述的方法，还包括使增强层围绕多个腔体和所述多个交替开口周向地和径向地交错以用于进一步调节环状结构的灵活性/刚度的步骤。
14.如方案8所述的方法，还包括以下步骤：调节所述辐条结构的灵活性/刚度；和使增强层围绕所述多个腔体和所述多个交替开口周向地和径向地交错。
15.如方案8所述的方法，其中，所述环状结构包括均匀橡胶材料。
16.如方案8所述的方法，还包括在所述辐条结构上的预定负载处扣住所述辐条结构的部分的步骤。
附图说明
通过本发明的一些示例的如下描述并参照附图，本发明将更容易理解，在附图中：
图1是根据本发明的示例组件的示意侧视图；
图2是图1的组件的部分的示意细节图；
图3是根据本发明的另一示例组件的示意侧视图；并且
图4是常规车轮/轮胎组件的示意侧视图。
具体实施方式
常规车轮/轮胎组件（诸如，在US 2004/0069385中描述的车轮/轮胎组件，其全部内容以引用的方式并入本文）可以具有外环，诸如剪切带，该外环借助轻质复合弹簧柔性地连接至中心轮毂。弹簧可以是被固定至环和轮毂的板。轮毂可以包含减速齿轮单元和/或电动马达并且可以具有用于将车辆底盘连接至每个轮胎的悬架机构。该环可以由柔性复合材料（诸如，碳纤维增强尼龙材料）构造而成，并且具有成对橡胶轮胎和多个周向间隔隔开的径向防滑条（cleat），该径向防滑条与地面接合并且提供增加的牵引力。轮毂也可以由碳纤维增强复合材料形成。另一常规轮胎可以具有橡胶条，该橡胶条具有粘结至复合材料环以提高夹持的模制胎面。进一步地，用于使环和轮毂互连的弹簧可以是S形轻质复合弹簧。
如图4中示出的，另一常规车轮/轮胎组件40可以由轻质复合材料（诸如，碳纤维增强聚酰胺）形成。组件40可以具有圆柱形中心轮毂41和圆形外柔性环42，该圆形外柔性环42通过无尽环状弹簧带43安装在中心轮毂41上，该无尽环状弹簧带43在中心轮毂与环形轮辋42之间延伸。弹簧带43可以限定出六个径向回路44。弹簧带43可以通过任何合适的方式（诸如，粘合剂、内聚力、焊接、以及/或者借助螺钉、铆钉和/或夹子进行的机械固定）附接至中心轮毂41和圆形轮辋42。
如在图1和图2中示出的，根据本发明的示例车轮/轮胎组件140可以由如下轻质聚合物材料形成：诸如，例如，标准轮胎橡胶化合物、热塑性聚合物、聚对苯二甲酸二乙醇酯（PET）、聚醚醚酮（PEEK）、像天然橡胶等交联聚合物、合成橡胶类聚合物、环氧树脂、以及/或者酚醛树脂。组件140可以具有内中心轮辋141（诸如，汽车车轮）以及可以包括剪切带和胎面结构的圆形外柔性环142，其通过在内中心轮辋与外环之间延伸的连续帘线/织物增强辐条结构110安装在内中心轮辋141上。
辐条结构110可以限定出多个腔体111，该多个腔体111围绕内中心轮辋141同心地设置从而允许辐条结构在负载下偏转，因而在灵活性与刚度之间限定出合适的平衡，该灵活性是用于乘坐舒适性和组件140的印迹内的牵引力，该刚度是用于车辆操纵、低滚动阻力、以及辐条结构内的低热量积累。辐条结构110的腔体111可以进一步限定出开口，内中心轮辋141的臂147延伸通过该开口并且将辐条结构固定至内中心轮辋。臂147可以按照机械互锁布置与辐条结构110的部分157接合。内中心轮辋141可以进一步包括板149，该板149与臂147一起可以将辐条结构110的部分157夹在中间并且在内中心轮辋141与辐条结构之间创建进一步的摩擦和/或粘合剂固定部。辐条结构110可以包括同质或者异质聚合物和/或填充聚合物。
辐条结构110的辐条115可以向内或者向外弯曲以缓和或者促进辐条的扣合。辐条115可以包括一个或多个增强层119。（多个）层119可以由单端浸渍帘线、常规充气轮胎帘布层/帘线布置、短纤维、以及/或者聚合物薄膜构造而成。进一步地，这些构造可以是PET、尼龙6、尼龙6,6、人造丝、钢、玻璃纤维、碳纤维、芳纶、以及/或者这些材料的混合构造。帘线可以是400旦尼尔至9000旦尼尔。聚合物薄膜可以是0.1 mm至2.0 mm厚。辐条115可以按0度与90度之间的角度进行定向。辐条115可以在其整个轴向长度上连续地被增强。（多个）连续增强层119可以径向地向外延伸至邻近外柔性环142处的剪切带的多个位置。
每个腔体111可以具有围绕组件的旋转轴线的共同截面轮廓。进一步地，每个腔体111可以具有共同轴向长度，该共同轴向长度等于辐条结构110的均匀轴向厚度。每个腔体111可以弯曲地成形为防止（多个）增强层119上的“夹住”点并且缓和（多个）增强层上的压缩应力集中。对于大型组件140，腔体111的数量可以在2至60之间。内中心轮辋141可以包括钢、铸铁、铝、铝合金、镁合金、以及/或者铁合金。
如在图3中示出的，根据本发明的示例车轮/轮胎组件240可以由如下轻质聚合物材料形成：诸如，例如，标准轮胎橡胶化合物、热塑性聚合物、聚对苯二甲酸二乙醇酯（PET）、聚醚醚酮（PEEK）、像天然橡胶等交联聚合物、合成橡胶类聚合物、环氧树脂、以及/或者酚醛树脂。组件240可以具有内中心轮辋241（诸如，汽车车轮）以及可以包括剪切带和胎面结构的圆形外柔性环242，其通过在内中心轮辋与外环之间延伸的连续帘线/织物增强辐条结构210安装在内中心轮辋241上。
辐条结构210可以限定出多个交替的腔体211和进口开口212，该多个交替的腔体211和进口开口212围绕内中心轮辋241同心地设置从而允许辐条结构在负载下偏转，因而在灵活性与刚度之间限定出合适的平衡，该灵活性是用于乘坐舒适性和组件240的印迹内的牵引力，该刚度是用于车辆操纵、低滚动阻力、以及辐条结构内的低热量积累。辐条结构210的腔体211可以进一步限定出开口，内中心轮辋241的臂247延伸通过该开口并且将辐条结构固定至内中心轮辋。臂247可以按照机械互锁布置与辐条结构210的部分257接合。内中心轮辋241可以进一步包括板249，该板249与臂247一起可以将辐条结构210的部分257夹在中间并且在内中心轮辋241与辐条结构之间创建进一步的摩擦和/或粘合剂固定部。辐条结构210可以包括同质或者异质聚合物和/或填充聚合物。
辐条结构210的辐条215可以向内或者向外弯曲以缓和或者促进辐条的扣合。辐条215可以包括一个或多个增强层219。（多个）层219可以由单端浸渍帘线、常规充气轮胎帘布层/帘线布置、短纤维、以及/或者聚合物薄膜构造而成。进一步地，这些构造可以是PET、尼龙6、尼龙6,6、人造丝、钢、玻璃纤维、碳纤维、芳纶、以及/或者这些材料的混合构造。帘线可以是400旦尼尔至9000旦尼尔。聚合物薄膜可以是0.1 mm至2.0 mm厚。辐条115中的增强物可以按0度与90度之间的角度进行定向。辐条215可以在其整个轴向长度上连续地被增强。（多个）连续增强层219可以径向地向外延伸至邻近外柔性环242处的剪切带的多个位置。
每个腔体211和进口开口212可以具有围绕组件的旋转轴线的共同截面轮廓。进一步地，每个腔体211和进口开口212可以具有共同轴向长度，该共同轴向长度等于辐条结构210的均匀轴向厚度。每个腔体211可以弯曲地成形为防止（多个）增强层219上的“夹住”点并且缓和（多个）增强层上的压缩应力集中。对于大型组件240，腔体211的数量可以在2与60之间。
如图3中示出的，（多个）点231可以表示辐条结构210上最接近车轮/轮胎组件241的旋转轴线201的（多个）点。辐条结构上的（多个）点232可以表示进口开口212中最远离组件241的旋转轴线201的（多个）点。（多条）线233可以表示将一个点231与邻近的点232连接起来的直线。（多条）线234可以表示垂直于延伸通过（多个）点231的（多条）径向线的（多条）线。（多条）线233与（多条）邻近的线234之间的角度可以在-45度与90度之间。内中心轮辋241可以包括钢、铸铁、铝、铝合金、镁合金、铁合金、塑料、以及/或者复合材料。辐条结构210可以进一步具有附加的腔体248，该附加的腔体248用于进一步调节辐条结构的灵活性。
根据本文提供的对本发明的描述，本发明的变型是可能的。尽管出于图示主题发明的目的已经示出了某些代表性示例和细节，但对于本领域的技术人员而言清楚的是，在不背离主题发明的范围的情况下，可以对其做出各种改变和修改。因此，应理解，可以在所描述的特定示例中作出改变，其将在如随附权利要求书限定的本发明的整个范围内。进一步地，本发明不限于上文所描述的示例，这些示例可以在所附权利要求书的整个范围内在构造和细节上发生变化。
Claims (11)
1.一种用于移动车辆的车轮和轮胎组件，包括：
内中心轮辋；
安装到所述内中心轮辋的外柔性环；以及
在所述内中心轮辋与所述柔性环之间径向延伸的辐条结构，
所述辐条结构限定出多个腔体和交替的多个径向延伸开口，所述多个腔体和交替的多个径向延伸开口围绕所述内中心轮辋同心地设置并且允许所述柔性环在负载下偏转，所述辐条结构由同质聚合物材料构造，所述多个腔体接收延伸通过其中的内中心轮辋的臂并且将所述辐条结构固定至所述内中心轮辋，所述臂按照机械互锁布置与所述辐条结构的部分接合，
所述内中心轮辋进一步包括板，所述板与所述内中心轮辋的臂一起将所述辐条结构的部分夹在中间并且在所述内中心轮辋与所述辐条结构之间创建进一步的摩擦固定部。
2.如权利要求1所述的车轮和轮胎组件，其中，所述多个腔体中的每个腔体具有共同径向尺寸。
3.如权利要求1所述的车轮和轮胎组件，其中，所述多个腔体中的每个腔体具有共同轴向长度，所述共同轴向长度等于辐条结构的均匀轴向厚度。
4.如权利要求1所述的车轮和轮胎组件，其中，所述组件进一步包括增强层，所述增强层围绕所述多个腔体和交替的多个径向延伸开口周向地和径向地交错以用于进一步调节结构的灵活性/刚度。
5.如权利要求1所述的车轮和轮胎组件，其中，所述辐条结构包括均匀橡胶材料。
6.一种用于非充气地支撑移动车辆的方法，所述方法包括如下步骤：
使内中心轮辋围绕水平轴线旋转；
将所述内中心轮辋安装到柔性环上；
使辐条结构在所述内中心轮辋与所述柔性环之间轴向地和径向地延伸；
形成同质聚合物材料的所述辐条结构；
围绕所述内中心轮辋同心地限定出多个轴向延伸的腔体和交替的径向延伸开口；
延伸所述内中心轮辋的臂以轴向延伸通过轴向延伸的腔体，由此将所述辐条结构固定至所述内中心轮辋；
所述辐条结构的部分与所述内中心轮辋的臂按照机械互锁布置接合；
使所述柔性环竖直地承受负载以便使得所述柔性环以及所述辐条结构的邻近所述柔性环的部分均竖直地偏转；以及
在所述辐条结构上的预定负载处扣住所述辐条结构的部分。
7.如权利要求6所述的方法，其中，所述多个轴向延伸的腔体中的每个腔体具有共同径向尺寸。
8.如权利要求6所述的方法，其中，所述多个轴向延伸的腔体中的每个圆柱形腔体具有共同轴向长度，所述共同轴向长度等于所述辐条结构的均匀轴向厚度。
9.如权利要求6所述的方法，还包括使增强层围绕多个轴向延伸的腔体和多个交替的径向延伸开口周向地和径向地交错以用于进一步调节辐条结构的灵活性/刚度的步骤。
10.如权利要求6所述的方法，还包括以下步骤：调节所述辐条结构的灵活性/刚度；和使增强层围绕所述多个轴向延伸的腔体和多个交替的径向延伸开口周向地和径向地交错。
11.如权利要求6所述的方法，其中，所述辐条结构包括均匀橡胶材料。
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