CN108883661A - 非充气式轮胎 - Google Patents

Abstract

一种具有嵌套式高模量轮辐结构的非充气式轮胎，每个轮辐预张力，使得在所述车轮在正常操作负载条件下操作期间，所述轮辐遍及平滑表面维持正张力。

Description

非充气式轮胎

技术领域

主题涉及一种具有嵌套式轮辐的非充气式轮胎，且每个轮辐具有预张力，使得在所述车轮在正常操作负载条件下操作期间，所述轮辐遍及平滑表面维持正张力。

背景技术

非充气式车轮的细节和益处描述于例如美国专利第6,769,465号、第6,994,134号、第7,013,939号和第7,201,194号中，所述美国专利以全文引用的方式并入本文中。一些非充气式轮胎构造并入有剪切带，其实施例描述于例如美国专利第6,769,465号和第7,201,194号中，所述美国专利以全文引用的方式并入本文中。此类非充气式轮胎提供无需依赖于气体充气压力以支撑施加到轮胎的负载的轮胎性能优势。

在非充气式车轮的一个实例中，具有地面接触部分的柔性带可与从中心元件或轮毂径向延伸的多个张力传递的辐板状元件(也称为“轮辐”)连接。作为实例，可以通过开放式铸造模制形成此类非充气式车轮，其中将例如聚氨酯等材料倒入形成非充气式轮胎的全部或部分的模具中。替代地，轮辐可单独形成，接着附接到外部带和轮毂。

轮辐的张力被车轮的外部带中的圆周压力抵消。轮辐的张力越大，圆周压力就越大。均匀的轮辐张力由轮辐中的每一个的均匀拉动形成。当车轮被置于负载下时，例如当车轮支撑车辆的重量时，负载的一部分通过外部带中的圆周压缩力在圆周方向上被载送到外部带的顶部。车轮顶部处的轮辐载送与施加到车轮的负载成比例的更大量的张力。此负载载送机构类似于充气轮胎的径向绳索如何载送轮缘的顶部上的车辆的负载且大体上被称为“顶部负载车轮”。

例如实心轮胎、半实心轮胎、充满泡沫的轮胎或弹簧车轮等底部负载车轮载送负载的主要部分以抵靠轮胎的轮毂压缩。

当时轮胎碰到障碍物，例如障碍物会由滚过不平滑的表面的轮胎碰到，当碰到障碍物，例如石头、裂纹、坑洞或路缘时，由于接触块中的外部带的偏转，外部带短暂地位移并短暂地使轮辐变形超出变形量。如果轮辐具有高刚度率，由障碍物所致的变形与在轮辐具有低刚度率时相比形成传递到车辆的更大负载。由障碍物产生的短暂高负载由车辆和车辆的操作人员感知为在本文中被称作“侵入性”的噪声、振动、冲击和或脉冲，增大的侵入性与增大的噪声和或振动等等相关联。

大体上，轮辐刚度随轮辐延伸而增大。轮辐的刚度与轮辐的位移相比的斜率将指示车轮对由于遇到障碍物的瞬时位移的响应。虽然当轮胎碰到瞬时位移时具有更小刚度-位移斜率的轮辐将对车辆施加更少的力，但是斜率越大，随轮辐位移而形成的力就越大。

由高模量材料构成的轮辐将比具有低模量材料的轮辐更硬。低模量材料制成的传统非充气式轮胎的轮辐的构造会产生有能力吸收冲击、振动并减小噪声和脉冲力的非充气式轮胎轮辐。高模量材料制成的传统非充气式轮胎的轮辐的构造会产生具有更硬的响应和大体上更高的侵入性的非充气式轮胎轮辐。

使用具有低模量的材料以产生具有低侵入性的非充气式轮胎需要实际长度接近轮辐的有效长度，使得轮胎的轮辐拉伸以实现适当的刚度率的轮辐。为了降低轮胎的侵入性，可通过延长有效长度直到实现期望的刚度率为止来延长轮辐。然而，有效长度受到轮毂和外部带之间的距离限制，并实际上是非充气式轮胎的设计的侵入性降低的限制性因素。使轮辐的设计变复杂是：虽然在轮辐中需要最小刚度以支撑车辆的重量，但是负载轮胎的刚度变化率随着轮辐拉伸而快速增大以支撑负载。这会产生轮辐，所述轮辐虽然被设计成具有低刚度，但是在负载时具有高刚度率，当适应更大的短暂位移时尤其如此。

因此，具有足够低以减少噪声、振动和脉冲的刚度率的轮辐结构将是有用的。避免大的局部轮辐变形的轮辐结构也将是有用的。还最小化实现减少噪声、振动、冲击和或脉冲所需要的有效长度的轮辐结构将是尤其有帮助的。

发明内容

各方面和优点将部分地在以下描述中阐述，或可由所述描述显而易见，或可通过实践来得知。

在一个示范性实施例中，一种非充气式车轮具有多个轮辐，每个轮辐位移以产生预张力，位移等于或大于轮胎的接触块在正常操作条件下负载时的偏转。

在一个示范性实施例中，一种非充气式车轮具有多个轮辐，每个轮辐位移以产生预张力，位移等于或大于轮胎的接触块在正常操作条件下负载时到其最大操作设计容量的偏转。所述最大操作设计容量由制造商指示。

在一个示范性实施例中，一种非充气式车轮具有多个轮辐，每个轮辐位移以产生预张力，位移等于或大于轮胎的接触块在正常操作条件下负载时的偏转。所述轮辐具有v形几何形状，到所述外部带的连接从与所述轮毂的连接径向地向外定位。

在一个示范性实施例中，一种非充气式车轮具有多个轮辐，每个轮辐位移以产生预张力，位移等于或大于轮胎的接触块在正常操作条件下负载时的偏转。所述轮辐具有v形几何形状，使得每个轮辐在遍及大致等于轮胎的竖直偏转的距离径向偏转时具有几乎线性的刚度。

在一个示范性实施例中，一种非充气式车轮具有多个轮辐，每个轮辐位移以产生预张力，位移等于或大于轮胎的接触块在正常操作条件下负载时的偏转。所述轮辐具有v形几何形状，使得每个轮辐在遍及大致等于轮胎的竖直偏转的距离径向偏转时具有几乎线性的刚度。每个轮辐与邻近轮辐嵌套，使得所述轮辐的凸块延伸经过在邻近轮辐与所述轮毂的连接点和邻近轮辐与所述外部带的连接点之间绘制的竖直线。

这些和其它特征、方面和优点将参考以下描述和所附权利要求书变得更好理解。并入于本说明书中并构成本说明书的一部分的附图绘示实施例，并与所述描述一起用以阐释本发明的原理。

附图说明

本说明书中阐述针对本领域的技术人员的全面和可让人实现的公开内容，包含其最佳模式，本说明书参考了附图，在附图中：

图1提供具有高度轮辐曲率的非充气式轮胎的外部部分的实施例的侧视图。

图2提供具有处于松弛中立状态下的轮辐的非充气式轮胎的外部部分的部分侧视图。

图3提供具有轮辐的非充气式轮胎的外部部分的部分放大侧视图，轮辐在连接到轮胎的轮毂部分时将处于拉紧状态下。

图4提供非充气式轮胎的实施例的单个轮辐、紧固件组件和轮毂的部分的放大部分透视图。

图5提供非充气式轮胎的实施例的单个轮辐、紧固件组件和轮毂的部分的放大部分透视图。

不同图式中的相同或类似参考标号的使用表示相同或类似特征。

具体实施方式

本公开提供一种预张轮辐非充气式车轮。出于描述实施例的目的，现将详细参考实施例和/或方法，所述实施例和/或方法的一个或多个实例绘示于图式中或用图式绘示。以解释而不是限制本发明的方式提供每个实例。实际上，本领域的技术人员将显而易见，在不脱离本发明的范围或精神的情况下可在本发明的实施例中进行各种修改和变化。举例来说，绘示或描述为一个实施例的部分的特征或步骤可与另一实施例或步骤一起使用以产生又一实施例或方法。因此，希望本发明涵盖此类修改和变化，所述修改以及变化处于所附权利要求书以及其等效物的范围内。

以下术语针对本公开如下定义：

图中的“轴向方向”或字母“A”是指平行于例如剪切带、轮胎和/或车轮在其沿着道路表面行进时的旋转轴的方向。

图中的“径向方向”或字母“R”是指与轴向方向正交且在与从轴向方向正交延伸的任何半径相同的方向上延伸的方向。

“赤道平面”意指垂直于旋转轴而通过且平分剪切带和/或车轮结构的平面。

“径向平面”意指垂直于赤道平面而通过且穿过车轮的旋转轴的平面。

“增量刚度”意指力相对于位移的曲线上绘制的线的斜率，其中从物体未受应力并未施加力的位置到物体施加力的位置测量所述斜率，从所述力通过将所述力除以所述位移来计算所述刚度。

“切线刚度”意指力相对于位移的曲线上绘制的线的斜率，其中通过力变化除以位移变化来测量所述斜率。换句话说，切线斜率是在力相对于位移的线上的给定位置处与物体的力相对于位移的曲线的已绘制线成切线而绘制的线的斜率。

图1提供具有高度轮辐曲率的非充气式轮胎的外部部分的实施例的侧视图。此处示出的车轮10搁置于表面3上。负载L施加到车轮的轮毂，其可表示车辆的重量或其部分。当施加负载L时，抵着表面3按压轮胎且轮胎偏转距离D。接触区域被称作“接触块”，并提供轮胎与其在上面行进的表面交接和起反作用所遍及的区域。

当从车轮的轴向侧查看时，轮辐300拥有V形几何形状。当遍及大致等于轮胎的竖直偏转D的距离径向偏转时，所述几何形状允许几乎线性的刚度，相比于具有拥有更少曲率的轮辐的非充气式轮胎的情况，例如当车轮10碰到例如道路中可能存在的表面3中的例如裂纹、石头或路缘等障碍物时，所述偏转在动态负载事件期间产生穿过车轮的相对更低的力传动。

轮辐的V形几何形状在轮辐到外部带400的附接点380处开始。轮辐300的径向外部部分375在顺时针方向上朝内径向且沿圆周延伸。轮辐接着弯曲，从而形成辐射状凸块350。径向内部325在逆时针方向上朝内径向且沿圆周继续，直到拥有用于接合紧固件的燕尾形加厚部分310的轮毂附接点320。

轮辐的V形几何形状允许轮辐300在其任一侧上与每个邻近轮辐300嵌套，从而防止轮辐在正常操作条件期间彼此对撞，例如在轮胎的既定设计负载条件下滚动。嵌套使得轮辐的凸块能够沿圆周延伸经过在邻近轮辐与轮毂的连接点和邻近轮辐与外部带的连接点之间绘制的直线。

在此处示出的实施例中，轮辐300与附接到外部带400的外环390一体成型。替代地，轮辐可单独形成和与外部带400个别地结合。

图2提供具有松弛中立状态下的轮辐300的非充气式轮胎10的外部部分的部分侧视图。轮胎的外部带400拥有胎面450。松弛中立状态是轮辐将在从轮毂断开时或换句话说在轮辐未将预张力施加到轮辐时呈现的位置。轮辐在轮辐的径向内部部分处拥有燕尾形部分310。轮辐的径向内部部分在具有燕尾形物的连接点320处在圆周方向上从燕尾形物310延伸出去。轮辐延伸到拥有R1的凸块部分350。半径R1相比于尖锐v形凸块减小弯曲应力。轮辐接着从凸块部分350延伸到径向外部连接点380，所述径向外部连接点380在另一辐射状弯曲R2之后接着联结到与外部带400附接的外环390。

图3提供具有轮辐300的非充气式轮胎的外部部分的部分放大侧视图，轮辐300在连接到轮胎的轮毂部分时将处于拉紧状态下。此处，力L1施加到轮辐300的径向内端，从而使轮辐朝向车轮10的中心轴朝内径向延伸。当轮辐300附接到轮毂100时，轮辐的径向位移产生预张力L1。由于预张力的径向位移应大于轮胎在接触块中在正常操作期间经受的偏转的量。然而，预期到，动态负载事件会致使轮辐短暂地压缩经过其中立状态。

图4提供非充气式轮胎10'的实施例的单个轮辐300'、紧固件组件200和轮毂100的部分的放大部分透视图。此处，轮毂100示出为通过紧固件组件200附接到轮辐300'。紧固件组件产生钳夹到轮辐的燕尾形部分310'上的狭槽。紧固件组件200包含L形托架220、托架板230和至少一个较快210。此处，多个螺钉紧固件210将托架板230固持到L形托架220上，所述L形托架220通过以托架的内表面222、232钳夹轮辐300'的燕尾形部分310'来撞击燕尾形部分310'。

轮辐300'的径向外部部分375'拥有提供附接到外部带400的表面394'的T形径向外端392'。在所示出实施例中，轮辐300'的径向外表面394'与取决于用于外部带和轮辐300'的材料而选择的粘合剂结合。

图5提供非充气式轮胎10'的实施例的单个轮辐300'、紧固件组件200和轮毂100的部分的放大部分透视图。多个紧固件212将L形托架220固持到轮毂100。同样地，多个紧固件210将托架板230固持到L形托架220，并提供撞击力以固持轮辐300'的加厚径向内端310'。未示出的替代性实施例可拥有除了如针对加厚径向内端310'示出的燕尾形或三角形形状以外的加厚形状，例如圆形形状或矩形形状。替代性实施例还可通过使轮辐的加厚径向内端310'滑动到轮毂中的对应狭槽中来固持轮辐，所述狭槽的大小被适当地设定成容纳并固持轮辐300'的加厚径向内端。

轮辐的低弹簧率以及高预张力允许低于以拥有更少曲率的轮辐建构的大小类似的非充气式轮胎的切线刚度的切线刚度。此处，沿圆周细长的轮辐曲率允许外部带比将在轮辐更短的情况下发生遍及更大的距离竖直地位移，而不产生如车轮的顶部处的轮辐中同样大的反作用力。在所示出实施例中，轮辐具有如从离到轮毂的连接和到外部带的连接之间绘制线到轮辐的凸块的前部的圆周距离测量的圆周长度，所述圆周长度是轮辐的未压缩高度的距离的圆周长度的至少75％，在到轮毂的连接点和到中立卸载状态下的轮辐的外部带的连接之间测量所述未压缩高度。在图4和5中所示出的实施例中，所述圆周长度是轮辐的未压缩高度的圆周长度的至少80％。当被拉动成张力时，当施加预张力时，轮辐的圆周长度是拉紧高度的圆周长度的至少25％。

意外地增大轮辐材料的模量允许产生具有更低且几乎线性的切线弹簧刚度的轮辐。这部分地通过将预张力施加到轮辐使得轮辐从中立位置的位移等于或大于轮胎的接触块的位移来得以实现。预张力还维持车轮的顶部负载性质，从而允许车轮在不同于底部负载弹簧车轮处的先前尝试的张力下通过轮辐载送负载。

通过个别地产生例如上文在轮辐实施例300'中示出的轮辐，可从例如热塑性塑料等多种替代性材料经济地射出模制所述轮辐。对于所示出实施例，选择的材料应具有介于1,000MPa到3,000MPa的范围内的模量。在上文在图4和图5中示出的特定实施例中，发现具有1,200MPa的模量的材料会产生令人满意的结果。

应理解，可在本发明的范围内使用其他辐板元件配置和几何形状。

虽然已关于本发明的具体示范性实施例和其方法详细地描述本发明主题，但是应了解，在获得对前述内容的理解之后本领域的技术人员可容易地产生对此类实施例的改变、变化和等效物。因此，本公开的范围是作为实例而非作为限制，且本公开并不排除将此类修改、变化和/或添加包含到本发明主题中，如对本领域的普通技术人员显而易见。

Claims (15)

1.一种非充气式车轮，在正常负载条件下在接触块中具有外部带的偏转，所述非充气式车轮限定旋转轴并限定轴向、径向和圆周方向，所述非充气式车轮包括：

外部带，所述外部带的外表面具有用于地面接触表面；

轮毂；以及

多个轮辐，其中每个轮辐位移以在所述径向方向上产生预张力，所述位移等于或大于所述外部带的所述预定偏转。

2.根据权利要求1所述的非充气式车轮，其中所述多个轮辐各自拥有v形几何形状。

3.根据权利要求2所述的非充气式车轮，其中所述多个轮辐中的每一个与邻近轮辐嵌套。

4.根据权利要求2所述的非充气式车轮，其中所述多个轮辐中的每一个与邻近轮辐嵌套，使得所述轮辐的凸块延伸经过在所述邻近轮辐与所述轮毂的连接点和所述邻近轮辐与所述外部带的连接点之间绘制的竖直线。

5.根据前述权利要求中任一项所述的非充气式车轮，其中所述多个轮辐通过在所述车轮的正常负载条件下经历的位移具有几乎线性的刚度。

6.根据前述权利要求中任一项所述的非充气式车轮，其中所述正常负载条件由制造商预定。

7.根据前述权利要求中任一项所述的非充气式车轮，其中在所述非充气式车轮上指示所述正常负载条件。

8.根据前述权利要求中任一项所述的非充气式车轮，其中所述轮辐的所述位移是在所述轮辐的中立状态和所述多个轮辐附接到所述轮毂和所述外部带而所述车轮不经受负载的状态之间测得的所述位移。

9.根据权利要求9所述的非充气式车轮，其中所述轮辐的所述中立状态是所述轮辐在其脱离所述轮毂和所述外部带时呈现的形状。

10.根据前述权利要求中任一项所述的非充气式车轮，其中所述外部带的所述偏转是以下两个长度之间的差的测量：所述车轮的所述旋转轴和卸载状态下的外部带上的点之间的第一长度；以及所述车轮的所述旋转轴与负载状态下的外部带上的所述点之间的第二长度。

11.根据前述权利要求中任一项所述的非充气式车轮，其中在所述接触块的中点处测量所述轮辐的所述偏转。

12.根据前述权利要求中任一项所述的非充气式车轮，其中所述多个轮辐中的每一个具有至少是所述轮辐的未压缩高度的距离的圆周长度的75％的圆周长度。

13.根据前述权利要求中任一项所述的非充气式车轮，其中所述多个轮辐由高模量材料构成。

14.一种具有附接到外部带的多个轮辐的非充气式车轮，每个轮辐位移以产生预张力，所述位移等于或大于所述车轮的所述外部带在正常操作条件下负载时在接触块中发生的偏转。

15.一种具有多个轮辐的非充气式车轮，每个轮辐位移以产生预张力，所述位移等于或大于所述轮辐在正常操作条件下负载时在所述车轮的接触块中的竖直偏转；所述轮辐具有v形几何形状，使得每个轮辐在遍及大致等于所述车轮的所述竖直偏转的距离径向地偏转时具有几乎线性的刚度。