CN1098050A - 车轮 - Google Patents

Abstract

一种具有一个安装成可转动的轮辋及一个安装 在轮辋上的可拆卸式充气轮胎的车轮，包括一个横截 面为圆环状且具有大致为柱状行驶表面的胎体，及两 个径向延伸的侧壁，并且在靠近轮辋边缘上有被不可 延伸的钢丝所加强的胎唇，用来把轮胎固定在轮辋的 两个直立的凸缘之间，此车轮的特征在于至少一个轮 辋凸缘有较大的径向延伸部分，并至少延伸到与其相 关的轮胎侧壁的中央区域，轮胎的侧壁在整个胎唇与 胎肩的区域内做得柔软易于弯曲。

Description

本发明涉及一种车轮，它包括一个设计安装成可转动的轮辋以及安装在轮辋上的可拆卸式充气轮胎。轮胎有一个横截面为圆环形并且有近似柱状的行驶表面或胎面的胎体，以及两个径向延伸的侧壁，在靠近轮辋的边缘上轮胎有被不可延伸的金属丝所加强的接合面或胎唇，胎唇设计成可安装的形式并卡紧在轮辋上的凸缘之间。

目前，在车轮中充气轮胎起着结构部件的作用，该结构部件必须传递使用中的从车辆到路面以及反过来的各种力。因此，制造商的精力集中在优化轮胎上，具体地说是集中在轮胎的使用性能方面，即操纵性、滚动阻力、轮胎与路面之间的摩擦系数、舒适性以及磨损特性等，并尽可能不失掉已得到的优点和性能。

这种车轮已是人所共知，并用在各种车辆上，尤其是在机动车和与其相联的挂车上。

最近几年，开发工作集中到改进充气轮胎方面，尤其是集中到轮胎的缓冲层或加强层方面。其结果在轮胎上也取得了重大的改进。

然而，开发工作集中在目前熟知并使用着的轮胎的缓冲层和行驶表面区域，却忽略了下述事实：位于侧壁径向胎唇以上大约与胎体帘布层平齐的位置上且结构被加强的所谓的轮胎沿口保护层，由于接触区域以及所谓的轮胎沿口保护层区域的由周边扰动所激发的横向凸胀或由不易膨胀和压缩的加强或缓冲层的切向位移作用所引起的非负荷周边的驻波和半径增大而经受高频“作业”，因而，由于吸收驱动能量，他们实质上增加了相当多的轮胎滚动阻力。

这个问题不能通过改进缓冲层来得到的克服或施加影响。迄今为止，在轮胎的滚动阻力方面所取得的一切改进，实际都只是通过改进缓冲层以及行驶表面区域而得到的。

特别是直到现在也很少考虑到轮胎只是车轮系统的一部分，而安装有轮胎的轮辋则是车轮系统的另一部分这一事实。

尽管在设计和采用特殊材料中的一切努力目的都在于加强基壁或沿口保护层区域，但是目前常规的沿口保护层在使用过程中在每秒变化100次的弯曲负荷作用下发生变形，因而根据设计和工作条件，它们产生的滚动阻力占轮胎总体滚动阻力的30～50%。除了这种明显的由车轮负荷以及侧向力而引起的变形功之外，加强后的沿口保护层在使用过程中还要承受车轮前束和侧倾所引起的永久负荷。

沿口保护层区域这种不易引人注意的负功确实被车轮负荷以及侧向力所作的功所遮蔽了，但是它确实消耗了本可避免的驱动能量的特定部分。

本发明基于以下的共识：为了改进使用着的充气轮胎的性能同时又要保留已经得到的好处，只改进缓冲层或带的区域是不够的，还应该把车轮当成一个整体，而把轮胎的侧壁以及易产生问题的沿口保护层和轮辋看成解决问题时不可分割的一部分来考虑。这个共识已被机器破坏试验分析所证实，根据该试验分析，对由于运转而产生的扭曲有较大的变形阻力的轮胎区域比容易变形的区域更易发热。因而从中发现变形阻力与能量吸收及滚动阻力有直接关系，以及最好使轮胎受到永久的不可避免的变形区域特别容易变形。

因此，本发明以解决所述问题为基础，提供带充气轮胎的车轮，在该车轮中轮辋不但起着轮胎的固定装置的作用，而且还与为了得到最大的空气容积而事先确定的高-宽比一起，对安装于其上的轮胎起着紧密限定的支承作用。迄今为止，轮辋只能完成有限的支承功能，而且还是以高的能量消耗为代价的，此外，在该车轮中为轮辋设计的充气轮胎的侧壁在胎唇与胎肩之间的弯曲部分做得尽量柔软。

根据本发明，一种具有安装成可转动的轮辋和安装在轮辋上的充气轮胎的车轮，它包括一个横截面为圆环形的胎体，上面有一个大体为柱状的行驶表面，两个径向延伸的侧壁，在靠近轮辋边缘有被不可延伸的金属丝所加强的胎唇，用来把轮胎固定在直立的轮辋凸缘之间，其特征在于：轮辋的凸缘中至少有一个凸缘有较大的径向延伸，至少延伸到大约相邻的轮胎的侧壁的中央区域，并且各个加高后的轮辋凸缘在其径向范围延伸得较陡，因而比轮胎充气后的侧壁的自然弯曲轮廓更向里。

在本发明中，车轮系统被看作一个整体，有可能打破常规而改进使用性能，而目前由于把轮胎和轮辋看成是两个各自独立的组成部分而加以考虑，因而不能得到上述改进。因此，本发明既包括轮胎侧壁的结构，尤其是胎唇以上向轮辋过渡区域即平常所说的沿口保护层的结构，又包括轮辋本身的结构，以便在车轮系统中让轮胎和轮辋分担上述功能。

在根据本发明的带有充气轮胎的车轮中，所有的产生预期径向弹性变形的功能主要落到轮胎上，而轮辋主要满足那些横向稳定特性的功能。

根据本发明的可以柔软弯曲的轮胎侧壁，确实在车轮负荷、横向力以及前轮前束和侧倾产生的基本负荷作用下仍然发生变形，但是在这方面他们只吸收部分驱动能量，该能量由常规的刚性较硬的胎唇通过内摩擦而转换成高达130℃的临界废热量。

在根据本发明的具有充气轮胎的车轮中，由于空气容积尽可能地大，侧壁弯曲部分做得尽可能地柔软，轮胎应该主要产生径向弹性变形，以便变形时吸收的能量尽量少，同时乘坐舒适性也得到改善。为达到此目的可在侧壁上做出一些周向延伸的柔性槽，以局部帮助变形阻力的进一步减小。

同时，侧壁可分别在上述的柔性槽之间做成带有侧向凸棱的形状，目的是提供弯曲柔性侧壁的局部保护，使轮胎侧壁免受由于接触路缘而引起的损坏。

与此相反，轮辋由于至少是内侧凸缘径向向外延伸到大致被沿口保护层或芯子橡胶以及其他措施（现在省去了）所加强的胎唇的高度，它接替了横向支承轮胎柔性的内侧壁的功能，以抵消各种从外侧向内侧作用的力。

在描述轮辋、轮胎横截面以及侧壁时所用的“内侧”一词，指的都是靠近车辆中心线的那一侧。

由于内侧轮胎侧壁所倚靠的轮辋的材料之形状的不等高度的稳定性，所以转弯外侧的轮胎的两个侧壁的横向变形可以显著下降，因此这就为设计人员提供新的自由度，例如在缓冲层和增强帘布层的布置方面，或在空气容量方面。基于转弯外侧的车轮轮辋的内凸缘有较高的形状稳定性而得到的车轮系统的较高的横向稳定性具有特殊意义，就转弯外侧的车轮而论，由于离心力引起的车辆的振荡运动，可以经受住大得多的负荷，即在极端情况下转弯内侧的内侧车轮会完全离地，因而方向控制只由转弯外侧的车轮施加，不会导致横向稳定性下降。

用常规的加强的沿口保护层区域来传递侧向力就不可能得到类似的结果，因为由橡胶制成的沿口保护层的刚性不够强，而且还起弯曲负荷载体的作用，其只在一侧受到支承，所以在弯曲负荷的作用下都绕着胎唇加强钢丝偏转或转动。因而相比之下，常规的沿口保护层相对于常规的轮辋凸缘发生显著的相对运动，这样，包括沿口保护层区域以上的薄片部分的由横向力引起的横向变形比根据本发明的车轮系统的横向变形更大。

在根据本发明的车轮系统中，轮胎的内侧侧壁由刚性轮辋内侧的较高的凸缘所支承，这样转弯时外侧的车轮的横截面由于向内的横向力所引起的向外运动或凸鼓而造成横向扭曲总的来说要小于具有类似的结构高度和空气容积且其胎唇位于常规轮辋上的常规轮胎。

因此，转向运动可以精确得多，并在转弯处由轮辋传到胎冠。

根据本发明的车轮，轮胎的滚动阻力将减小，减小的程度大约相当于现已省去的沿口保护层的弯曲功的那部分，同时方向稳定性也将提高。当行驶于弯道上时响应提高并且滚动角减小。

通过比较试验发现：在相同的空气容积和气压情况下，根据本发明的具有非常柔软侧壁的轮胎挠曲得更强烈，达2mm，尽管这样会在钢丝帘线带中产生高达100Km/h的较大的功，与具有相同尺寸的常规轮胎相比，滚动阻力降低很多。另一方面，如果靠提高轮胎气压把挠曲程度保持在与具有普通的胎唇沿口保护层或硬橡胶缓冲层的常规轮胎相同的水平上时，滚动阻力下降得更多，但不会使舒适性变坏，因为根据本发明的柔软轮胎壁的径向弹性特性比具有相同高-宽比、侧壁刚度较大的常规轮胎的特性要柔。

具有限定的可膨胀或压缩轮胎增强带或缓冲层与柔性侧壁的相互作用为根据本发明的车轮系统提供了进一步的开发余地，因为这样就可以避免由于常规的本身不能压缩的加强带的压缩运动而产生的具有破坏性的轮胎侧壁的切向扭曲。

在这方面，侧壁的柔性设计通常用解除加强带或缓冲层与过渡到轮辋凸缘的侧壁负荷之间的耦合的方式可起有益的作用。

对在两侧具有径向加高凸缘的轮辋结构来说，轮辋也可以做成两体，以便安装轮胎。

通过使用具有加高的轮辋凸缘轮廓的结构，凸缘较陡的外形可使柔软侧壁的自然弯曲形线向轮辋中部方向偏转，如此接合的轮胎侧壁可用气压加预负荷而使得轮胎能立即对横向力的出现作出反应，不必先对冲击作出变形反应。根据本发明的进一步的方式改善了轮胎的精度和响应。

通过根据本发明的预负荷，最好是内侧侧壁的预负荷，它会与轮辋内侧的较高凸缘产生接触，这种接触有如此的机械和摩擦特性，即不可能发生磨损。在根据本发明的车轮中，轮胎的侧壁可以做得更软更富于弹性而不会使横向稳定性变坏，因为加高的轮辋凸缘起到了横向支承作用。

当轮辋做成整体时，轮辋的外侧凸缘是常规的，也就是说为使轮胎能安装和拆卸而具有最小的径向延伸量，而轮辋的内侧凸缘做成延伸的形式以作为轮胎的横向支承，更精确地说是轮胎内侧侧壁的横向支承，以抵消外力。

靠在轮辋外凸缘上的轮胎外侧柔软侧壁，可以用低能量挠曲或弹性作用的方法无约束地满足舒适功能而又不会使横向稳定性变坏。

到此为止轮胎的侧壁已不再在结构上被沿口保护层、帘布橡胶或其他东西所加强了，而是在胎唇与胎肩之间的整个区域做得可挠曲的膜片一样，这样只需要最小的内功以横向鼓凸，因而避免了沿口保护区产生的具有破坏性的高温，该高温在高速时还是强度的危险因素。

本发明的车轮实施例以图解的形式描述如下：

图1是轮辋及安装于其上的充气轮胎的横截面图：

图2示出了图1所示轮辋的一部分，是轮辋内侧加高的凸缘区域;

图3是根据本发明的轮胎的部分截面图，从中可以看出轮胎的进一步的特点;以及

图4是常规轮辋的一部分，根据本发明给它设有直立的像法兰一样的环圈。

图1所示的车轮1包括一个金属制成的轮状轮辋2及一个安装在轮辋上的基本上由柔性材料比如硫化橡胶或橡胶制成的充气轮胎3。

靠近轮辋外端的每一侧各有一个容纳胎唇（将在下面描述）的接合表面4和5。除此之外，例子中图示的整体式轮辋2的外缘上各有一个抬起的凸缘6或7，用来把轮胎3固定在轮辋2上。

例中所示的轮辋外侧凸缘6的径向延伸部分比内侧凸缘7的径向延伸部分短。两个凸缘6和7各有一个向外的鼻形突起8和9，该突起从凸缘的径向部分向外形成一个弯曲的或渐变的过渡区，以避免轮辋2和轮胎3之间有尖角接触。

在图2所示的内凸缘7的修正方案中，在向外延伸的鼻形突起9与凸缘7的径向延伸部分10之间有一个弧形或倾斜部分11，它在径向延伸部分10和向外的鼻形突起9之间形成一个渐变的过渡区，以防止轮胎3在该轮辋区域过度向内偏转。

图1中轮辋2上的轮胎3有一个横截面呈圆环形的胎体12，它有一基本上为柱状行驶表面或胎面13，以及两个差不多沿径向延伸的侧壁14和15，它们在整个长度上和径向延伸方向上就象可挠曲的膜片一样。

在侧壁14和15的内缘各有一个加厚的环形胎唇或落座16和17以及放在胎唇内部的不可拉伸的加强金属丝18和19。

胎唇16和17由于有金属丝18和19装在里面而做成加厚的形式，但是轮胎3的侧壁14和15在相应的胎唇16或17和与胎面13相接的胎肩20或21之间的整个深度区域却做得象膜片一样可挠曲。

如图1所示，较长的凸缘7伸向相邻的膜片状侧壁15的区域，而较短的凸缘6一到环状胎唇16之上就结束了，这样是在轮辋2作为整体式时使于安装和拆卸轮胎3。与此相反，在轮辋内侧的径向较长的凸缘7当向内横向力出现时，为做成易弯曲膜片形式的侧壁15提供支承。因此，在根据本发明的车轮中，没有必要为对付横向作用力（例如弯曲时）而为轮胎3加象刚性沿口保护层一样的加强部件。

尽管象膜片一样的轮胎3的侧壁14和15由于不含有效的加强部件而相当柔软，但是为了进一步改善侧壁的柔性或挠曲性，可在侧壁上开周向延伸槽22，其中槽的深度可变。在图1所示的例子中，左边的侧壁14上就开有这样的槽22。

为了防止轮胎侧壁槽22受损，例如当轮胎压到路缘上时，可在槽22之间制出超出侧壁15的基本轮廓线的凸棱23，如图1所示的侧壁15上就有这样的凸棱。

不过，槽22和凸棱23都是选择项，这样凸棱23可以只在轮胎3的一侧，把凸棱23安排到外侧更有利，因为槽22在外侧受损的要比在内侧时大。

图3表示了轮胎3在胎面13有缓冲层24以及总的胎体嵌入物或加强层25的情况，加强层25从一个侧壁延伸到另一个侧壁，达到最远处的胎唇16和17并绕过胎唇处的加强丝18和19，这样在每个侧壁14或15的区域都有一个由嵌入物25形成的回路26，此回路或多或少地延伸到与之相关的侧壁内，以使胎体嵌入物2获得良好的固定，在金属丝18和19上的嵌入物25由轮胎帘线制成。

在图3中，尽管回路26延伸到相应的金属丝18之上，该金属丝18与胎体嵌入部分的心部27分开一定距离。但是为了得到轮胎1的横向稳定性，所形成的空间28不用刚性材料填充而是使用象软橡胶这样的软填料。因此，根据本发明的轮胎3的横向稳定性，如上面所详述的，主要由轮辋2的形状决定。

在以上附图的描述中，车轮轮辋是同特定的轮胎一起说明的，该轮胎在胎唇与胎肩之间的整个区域内的侧壁做成柔性的，因而同常规的轮胎不同。虽然这里只描述了最佳实施例，但是该车轮也可以同常规结构的轮胎一起使用，也就是说与侧壁做得不柔软的轮胎一起使用。

在图4中示出了在车轮内侧（没有进一步示出）的常规轮辋30的向外弯曲的凸缘29，它起着任何设计形式的胎唇圈（没有进一步示出）的落座作用。热装到轮辋30的凸缘29上的是一个金属圈31，它起着上面所描述的加高凸缘7的作用，并为已有的轮辋30装备这种加高凸缘提供了可能。

在本实施例中环31可以很容易和均匀地用刚性材料制成，在圆周上有同心的配合缺口32以便在安装轮胎之前甚至之后能把它装到轮辋凸缘29上。

进一步的实施例设想将轮辋上的圆环做成本身封闭的形式，具有以下的周长尺寸：为了安装需要把环31加热，放到凉的轮辋凸缘29上，在冷却之后能套紧在轮辋凸缘上，以产生永久的紧配合。在这方面，圆环31的内部径向轮廓需要制作得可以与凸缘29上的外轮廓相配合，使凸缘29与圆环31的接合面产生机械连接。因此，轮胎的侧壁（未示出）与圆环31不可延伸的结构产生了永久的、机械的硬式连接，这样那种可能会导致损坏轮胎的地面接触部分的变形就可避免。

Claims (7)

1、一种具有安装成可转动的轮辋(2)和安装在轮辋上的充气轮胎(3)的车轮，它包括一个横截面为圆环形的胎体，上面有一个大体为柱状的行驶表面(13)，两个径向延伸的侧壁(14，15)，在靠近轮辋边缘有被不可延伸的金属丝(18，19)所加强的胎唇(16，17)，用来把轮胎固定在直立的轮辋凸缘(6，7)之间，其特征在于：轮辋的凸缘中至少有一个凸缘(7)有较大的径向延伸，至少延伸到大约相邻的轮胎(3)的侧壁(15)的中央区域，并且各个加高后的轮辋凸缘在其径向范围延伸得较陡，应比轮胎充气后的侧壁的自然弯曲轮廓更向里。

2、根据权利要求1的车轮，其特征在于：轮胎（3）的侧壁（14，15）在胎唇（16，17）和胎肩（20，21）之间的整个区域做得柔软而易于弯曲。

3、根据权利要求1的车轮，其特征在于：轮胎（3）的侧壁（14，15）在橡胶材料中含有胎体嵌入物（25），最好由轮胎帘线组成，来作为底基加强层。

4、根据权利要求2的车轮，其特征在于：胎体嵌入物（25）在胎唇（16，17）区域有一个包层（26），它或者直接布置在与其相关的金属丝（18，19）的周围并到此中断，或者被引回到与其相关的侧壁（14，15）的内部，并不插入加强元件。

5、根据权利要求1-3的车轮，其特征在于：轮胎（3）的侧壁（14，15）含有周向延伸的加深槽（22）。

6、根据权利要求4的车轮，其特征在于，槽（22）之间有向外突出的凸棱（23）。

7、根据权利要求1-6任一项的车轮，其特征在于：一个周向延伸的盘状环（31）热套或压紧在轮辋的一个凸缘（29）上，使后者得到延伸。

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