CN109606027A - 一种非充气轮胎 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种非充气轮胎，所述支撑结构包括内固定环、轮辐和外固定环；所述内固定环安装在车轮轮辋外侧，所述外固定环安装在环形带内侧，所述轮辐位于内固定环和外固定环之间，所述轮辐包括第一支撑构件、第二支撑构件、第三支撑构件和环形支撑构件；若干所述第三支撑构件沿周向均布；若干环形支撑构件沿径向均布；所述第一支撑构件和第二支撑构件组成“人”字型结构，若干所述“人”字型结构沿周向均布；所述第一支撑构件、第二支撑构件、第三支撑构件和环形支撑构件组成八边形‑斜“井”字形间隔交替的网格结构。本发明通过设置多种支撑构件，使得轮胎的整体强度较高，增强非充气轮胎的承载能力。
Description
技术领域
本发明涉及非充气轮胎领域，特别涉及一种非充气轮胎。
背景技术
传统充气轮胎能支撑载荷、吸收路面振动，且具有一些显著的优点：接地压力较低、滚动阻力较低且噪声比较小，已经广泛应用于各种车辆。但传统充气轮胎的结构特点决定了其在复杂的行驶环境中存在扎破或爆胎等安全隐患，造成车辆通过性降低或者丧失机动性。
非充气轮胎以弹性结构取代充气轮胎弹性，在满足普通充气轮胎各项性能的基础上，使车轮不存在扎破、爆胎等安全隐患，具有革命性的意义。
中国专利提出一种非充气轮胎，该发明描述一种包括支撑结构和环形带的非充气轮胎，但其结构复杂，不易制造。
中国专利提出一种改善驾驶员舒适性的非充气轮胎，但该种轮胎并非一体成型，整体刚性不足，承载能力弱。
中国专利提出一种非充气轮胎，该发明描述一种具有类似蜂巢结构的网状轮辐结构，但这种轮辐结构的强度较低，承载能力较差。
在上述多种非充气轮胎中，分别提出不同结构和材料的非充气轮胎，但在目前的设计中，非充气轮胎结构不尽完善，而本发明的非充气轮胎具有舒适性好，易于制造，承载能力强的特点。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种非充气轮胎，通过设置多种支撑构件，使得轮胎的整体强度较高，增强非充气轮胎的承载能力。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种非充气轮胎，所述支撑结构包括内固定环、轮辐和外固定环；所述内固定环安装在车轮轮辋外侧，所述外固定环安装在环形带内侧，所述轮辐位于内固定环和外固定环之间，所述轮辐包括第一支撑构件、第二支撑构件、第三支撑构件和环形支撑构件；若干所述第三支撑构件沿周向均布；若干环形支撑构件沿径向均布；所述第一支撑构件和第二支撑构件组成“人”字型结构，若干所述“人”字型结构沿周向均布；所述第一支撑构件、第二支撑构件、第三支撑构件和环形支撑构件组成八边形-斜“井”字形间隔交替的网格结构。八边形的网格如果在一个方向上受到挤压，将会把力向各个方向分散，而邻近的斜“井”字形网格则会收缩并承受力的作用，使得结构在受力区域变得更强和更刚，从而能够更好的承受外力。八边形-斜“井”字形交替的网格结构相对于蜂窝、泡沫或者其他类似结构，具有更好的重量/性能比，更强的承载能力。
进一步，所述第一支撑构件和第二支撑构件为曲线；所述第一支撑构件和第二支撑构件的曲线长度相同，且曲率的大小相同。
进一步，所述第一支撑构件或第二支撑构件与内固定环的交点到第一支撑构件或第二支撑构件与外固定环的交点之间的角度为18-22°。
进一步，所述第一支撑构件或第二支撑构件均包括至少二个筋板，相邻两个所述筋板之间的圆心角度为2-4°。
进一步，相邻的两个所述“人”字型结构顶点之间的角度为12-16°。
进一步，任一所述第三支撑构件均垂直与内固定环或外固定环的切线；相邻的两个所述第三支撑构件之间圆心角为10-12°。
进一步，所述轮辐为板状结构；所述板状结构的中面位置设置加强层，所述加强层由高强度纤维的材料组成或者由等间距的平行排布的纤维帘线组成。
本发明的有益效果在于：
1.本发明所述的非充气轮胎，通过八边形-斜“井”字形间隔交替的网格结构，在相同质量情况下具有更优的抗压性能，使轮胎在轻量化的同时增强轮胎的径向刚度，有利于提高轮胎的承载能力。
2.本发明所述的非充气轮胎，八边形-斜“井”字形交替的网格结构相对于蜂窝、泡沫或者其他类似结构，具有更好的重量/性能比，更强的承载能力。
3.本发明所述的非充气轮胎，八边形网孔可绕接地区域弯曲变形，减缓来自地面的冲击；同时可制造出不同厚度和宽度的支撑构件，改变非充气轮胎的减震性能。
附图说明
图1为本发明所述的非充气轮胎爆炸图。
图2为本发明所述的非充气轮胎的等轴侧视图。
图3a为本发明所述的非充气轮胎的轮辐局部放大视图。
图3b为本发明所述的第一支撑构件布置图。
图3c为本发明所述的“人”字型结构布置图。
图4为本发明所述的非充气轮胎变形后的形状及应力分布。
图5为本发明所述的非充气轮胎在轮胎下沉量最大达到40mm时，单位厚度的轮胎产生的载荷-位移曲线。
图中：
1-非充气轮胎；2-支撑结构；3-环形带；4-胎面；21-内固定环；22-轮辐；23-外固定环；22a-第一支撑构件；22b-第二支撑构件；22c-第三支撑构件；22d-第四支撑构件；31-内连接点；32-外连接点。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
如图1和图2所示，一种非充气轮胎，包括支撑结构2和环形带3；所述环形带3表面固定胎面4；所述环形带3由方形网格围绕而成；环形带3通过铸造或3D打印而成，环形带3可以一体形成。
如图3a所示，所述支撑结构2包括内固定环21、轮辐22和外固定环23，所述内固定环21安装在车轮轮辋外侧，所述外固定环23安装在环形带3内侧，所述轮辐在内固定环21和外固定环23之间；所述轮辐22包括多个第一支撑构件22a、多个第二支撑构件22b、多个第三支撑构件22c、多个环形支撑构件22d。轮辐通过铸造或3D打印而成，轮辐可以一体形成。若干所述第三支撑构件22c沿周向均布；若干环形支撑构件22d沿径向均布；所述第一支撑构件22a和第二支撑构件22b组成“人”字型结构，若干所述“人”字型结构沿周向均布；所述第一支撑构件22a、第二支撑构件22b、第三支撑构件22c和环形支撑构件22d组成八边形-斜“井”字形间隔交替的网格结构。八边形的网格如果在一个方向上受到挤压，将会把力向各个方向分散，而邻近的斜“井”字形网格则会收缩并承受力的作用，使得结构在受力区域变得更强和更刚，从而能够更好的承受外力。八边形-斜“井”字形交替的网格结构相对于蜂窝、泡沫或者其他类似结构，具有更好的重量/性能比，更强的承载能力。
所述轮辐22为板状结构；所述板状结构的中面位置设置加强层，所述加强层由高强度纤维的材料组成或者由等间距的平行排布的纤维帘线组成。所述第一支撑构件22a、第二支撑构件22b、第三支撑构件22c和环形支撑构件22d具有相同的宽度和厚度，且采用弹性模量较小，且具有超弹性特性的的聚合物制作，如聚氨酯PU，弹性模量5MPa。
所述第一支撑构件22a和第二支撑构件22b为曲线；所述第一支撑构件22a和第二支撑构件22b的曲线长度相同，且曲率的大小相同。所述第一支撑构件22a或第二支撑构件22b与内固定环21的交点为内连接点31，所述第一支撑构件22a或第二支撑构件22b与外固定环23的交点为外连接点32，内连接点31到外连接点32之间的角度θ为18-22°，如图3b所示。此处的角度即所述内连接点31沿轮胎径向方向延伸的假想线与所述外连接点32沿轮胎径向方向延伸的假想线之间的角度在18度至22度之间。所述第一支撑构件22a或第二支撑构件22b的内连接点和外连接之间的部分，随支撑构件的延伸有且仅有一个弯曲方向。第一支撑构件22a朝轮胎周向上的一侧突出，第二支撑构件22b朝轮胎周向上的另一侧突出，也就是说第一支撑构件22a向内弯曲，第二支撑构件22b也向内弯曲。第一支撑构件22a和第二支撑构件22b在内连接点和外连接之间的部分曲率处处相等。
所述第一支撑构件22a或第二支撑构件22b均包括至少二个筋板，相邻两个所述筋板之间的圆心角度α为2-4°。相邻的两个所述“人”字型结构顶点之间的角度β为12-16°，如图3c所示。任一所述第三支撑构件22c均垂直与内固定环21或外固定环23的切线；相邻的两个所述第三支撑构件22c之间圆心角γ为10-12°。这里的角度均为到轮胎圆心的圆心角。
图4是本发明非充气轮胎的一个实施例在有限元仿真中，固定轮胎，轮胎下沉量为20mm时，轮胎变形后的形状及应力分布。可以看出，当受到来自地面的作用力时，八边形网格把力向各个方向分散，而邻近的斜“井”字形网格则会收缩并承受力的作用，使得结构在受力区域变得更强和更刚，从而拥有更强的承载能力。同时八边形-斜“井”字形交替的网格结构可绕接地区域弯曲变形，减缓来自地面的冲击，提高非充气轮胎的舒适性能。
图5所示是本实施例的非充气轮胎在静态加载条件下的载荷-位移曲线，可以看出，随着轮胎中心位移的增加，轮胎的径向刚度基本没有变化，即八边形-斜“井”字形交替的轮辐结构能提供几乎恒定的径向刚度，且径向刚度相对较大，使得本实施例的整个轮胎结构在受到冲击时不会产生过大的变形。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种非充气轮胎，所述支撑结构(2)包括内固定环(21)、轮辐(22)和外固定环(23)；所述内固定环(21)安装在车轮轮辋外侧，所述外固定环(23)安装在环形带(3)内侧，所述轮辐(22)位于内固定环(21)和外固定环(23)之间，其特征在于，所述轮辐(22)包括第一支撑构件(22a)、第二支撑构件(22b)、第三支撑构件(22c)和环形支撑构件(22d)；若干所述第三支撑构件(22c)沿周向均布；若干环形支撑构件(22d)沿径向均布；所述第一支撑构件(22a)和第二支撑构件(22b)组成“人”字型结构，若干所述“人”字型结构沿周向均布；所述第一支撑构件(22a)、第二支撑构件(22b)、第三支撑构件(22c)和环形支撑构件(22d)组成八边形-斜“井”字形间隔交替的网格结构。
2.根据权利要求1所述的非充气轮胎，其特征在于，所述第一支撑构件(22a)和第二支撑构件(22b)为曲线；所述第一支撑构件(22a)和第二支撑构件(22b)的曲线长度相同，且曲率的大小相同。
3.根据权利要求2所述的非充气轮胎，其特征在于，所述第一支撑构件(22a)或第二支撑构件(22b)与内固定环(21)的交点到第一支撑构件(22a)或第二支撑构件(22b)与外固定环(23)的交点之间的角度θ为18-22°。
4.根据权利要求3所述的非充气轮胎，其特征在于，所述第一支撑构件(22a)或第二支撑构件(22b)均包括至少二个筋板，相邻两个所述筋板之间的圆心角度为2-4°。
5.根据权利要求1所述的非充气轮胎，其特征在于，相邻的两个所述“人”字型结构顶点之间的角度为12-16°。
6.根据权利要求1所述的非充气轮胎，其特征在于，任一所述第三支撑构件(22c)均垂直与内固定环(21)或外固定环(23)的切线；相邻的两个所述第三支撑构件(22c)之间圆心角为10-12°。
7.根据权利要求1所述的非充气轮胎，其特征在于，所述轮辐(22)为板状结构；所述板状结构的中面位置设置加强层，所述加强层由高强度纤维的材料组成或者由等间距的平行排布的纤维帘线组成。
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