CN110682741A - 一种仿生非充气轮胎 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种仿生非充气轮胎，包括胎冠、仿生辐板支撑体、辐板内圈；所述胎冠、仿生辐板支撑体、辐板内圈，按轮胎径向方向由外到内依次排布；所述胎冠包括胎面、冠带层、带束层，按轮胎径向方向由外到内依次排布；所述带束层包括#1带束层和#2带束层，按轮胎径向方向由外到内依次排布；所述仿生辐板支撑体仿袋鼠下肢结构设计；所述仿生辐板支撑体包括仿袋鼠下肢主辐板和支撑副辐板。所述仿生非充气轮胎显著提高非充气轮胎的减震、排水、散热能力，整体质量显著减轻；所述仿生辐板支撑体采用高模量的聚氨酯材料，具有高硬度、耐疲劳、耐切割和绿色环保性能。

Description

一种仿生非充气轮胎
技术领域
本发明涉及轮胎结构设计，具体涉及一种仿生非充气轮胎，属于汽车零部件领域。
背景技术
传统的充气轮胎需定时胎压维护、易刺破漏气、易爆胎造成交通事故，充气轮胎需要选择合适的材料以满足轮胎多方面使用要求，材料不具有优良的环保性能，在军事方面，传统充气轮胎不能承受武器袭击的缺点，已经不能满足人们对轮胎各种使用性能的需求。因此，全世界各大轮胎企业陆续研究新式轮胎，其中最具实际革命意义的当属非充气轮胎的设计开发应用，不仅打破了传统充气轮胎的设计流程与设计理念，使汽车的行驶燃油经济性、操纵稳定性、平顺性提高，且有效的改善了轮胎振动对汽车行驶性能的影响，目前，市面上非充气轮胎仍然存在减震、承载、排水和散热效果不好的缺点，以及使用材料不合理的诟病，本仿生非充气轮胎提高了上述性能，使用的材料采用环保型聚氨酯材料，可循环回收利用对节约资源和环境保护大有好处，为将来的非充气轮胎的发展研究奠定了一定的基础，使轮胎的发展向着智能、环保、安全方面大步前行。
袋鼠经过数千万年的进化，在自然界长期生存竞争不断地进化过程中，袋鼠形成了与其环境相适应的形态结构、简约且高效的控制方案、合理的材料拓扑和及丰富的表面织构，对自然环境形成了超强的自适应性能力，研究发现全部袋鼠具有一个相同的特点，即具有强健而有力的下肢，红袋鼠的Crural指数(即100×(小腿长度/大腿长度))达到202，其指数远远超于其它哺乳动物，袋鼠以跳动代替跑，是跳的最高且最远的哺乳动物，袋鼠腿部结构及运动控制方案使得袋鼠具有优于现代机械系统的稳定性、灵活性、适应性，这为非充气轮胎的研究提供新的角度与方法，袋鼠柔性脚趾的机构模型有效提高各个关节的驱动力矩，减缓袋鼠跳动落地时脚步与地面的冲击与振动，因此具有极好的运动稳定性，此种结构运用到非充气轮胎辐板支撑体的设计具有相同的机构特征，对汽车的行驶燃油经济性、操纵稳定性、平顺性提高，且有效的改善了轮胎振动，因此，袋鼠下肢的结构模型，为汽车非充气轮胎整体使用性能的提高提供了仿生设计依据。
发明内容
本发明要解决的技术问题：在传统同规格非充气轮胎常用载荷和行驶工况下，提高非充气轮胎的承载结构稳定性和减震性能，增大非充气轮胎的接地面积，改善非充气轮胎接地压力分布均匀性，降低轮胎的胎肩应力集中，提高耐磨性。
本发明采用的技术方案如下：
一种仿生非充气轮胎，其特征在于，包括胎冠、仿生辐板支撑体和辐板内圈，所述胎冠由胎面、冠带层、带束层组成；所述胎面、冠带层、#1带束层和#2带束层是按轮胎径向方向由内到外依次排布；所述仿生辐板支撑体仿袋鼠下肢结构设计；所述仿生辐板支撑体包括仿袋鼠下肢主辐板和支撑副辐板。
进一步的，所述的胎冠中，胎面采用橡胶材料，冠带层采用锦纶材料，#1带束层和#2带束层采用钢丝。
进一步的，所述的仿生辐板支撑体是仿袋鼠下肢整体结构。
进一步的，所述的仿生辐板支撑体和辐板内圈采用高模量的聚氨酯材料。
进一步的，所述的每个仿生辐板支撑体作为一个结构单元，其排列方式为环形排列，相邻结构单元之间角度为10°，以轮胎轴心为圆心环形阵列36个结构单元。
进一步的，所述的仿生辐板支撑体的结构中，AB、BC、CD、DE长度按照袋鼠下肢的脚趾、脚掌、小腿、大腿长度比例进行设计，BF长度根据轮胎具体型号而设计。
进一步的，所述的仿生辐板支撑体中，∠ABC、∠BCD、∠CDE角度按照袋鼠下肢的脚趾与脚掌、脚掌与小腿、小腿与大腿相对应角度进行同比例设计，∠ABF角度值不小于90°。
进一步的，所述的仿生辐板支撑体，AB、BC、CD、DE宽度依据袋鼠下肢脚趾、脚掌、小腿、大腿的宽度比例设计，再依据轮胎具体型号进行宽度调整，AB、BC、CD、DE、BF最小厚度不小于3mm。
进一步的，所述的胎冠和仿生辐板支撑体之间采用压模硫化工艺的方法连接在一起。
进一步的，所述的仿生辐板支撑体每段之间为光滑过渡连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
(1)本发明通过重新设计非充气轮胎结构，具有强度大、整体性强、韧性强、不同速度行驶工况下非充气轮胎减震、承载性能优越，围绕轴心环形排布的所述仿生辐板支撑体36个，相互之间组成空腔具有排水、散热和轻量化的功能，所述仿生辐板支撑体采用较高模量的聚氨酯弹性体，具有高硬度、抗疲劳、高伸长率、高强度、负载能力强的性能以及优良的减震特性、耐温抗燃特性、耐辐射耐油耐化学药品特性，所述胎面采用低模量的橡胶材料制成，具有耐湿滑、耐磨损适应不同复杂行驶工况的性能，所述仿生非充气轮胎具有防刺破、防爆胎特征。
(2)所述仿生非充气轮胎胎面内置的所述带束层具有缓和冲击，为所述仿生非充气轮胎主要受力部件，所述冠带层为防止轮胎行驶中抑制所述带束层的移动，并防止所述高速行驶时所述带束层的脱离，保持所述仿生非充气轮胎行驶稳定性。
(3)通过仿真分析得出，所述仿生非充气轮胎接地印记形状类如矩形，随着载荷的增加，接地宽度基本保持不变，而接地的长度和接地面积增加，所述仿生非充气轮胎自由滚动状态时的接地面积相比传统同规格充气轮胎接地面积得到增加，在加速和制动时的接地面积也得到增加，所述仿生非充气轮胎的抓地性能得到提高，改善所述非充气轮胎接地分布均匀性，降低了轮胎的胎肩应力集中，提高了耐磨性；所述非充气轮胎的所述仿生辐板支撑体特有结构极大的提高了非充气轮胎的减震特性。
附图说明
图1为袋鼠下肢示意图；
图2为仿生非充气轮胎示意图；
图3为仿生辐板支撑体结构单元示意图；
图4为仿生非充气轮胎胎冠截面示意图。
具体实施方式
本发明提出了一种仿袋鼠下肢非充气轮胎，以195/55R15轮胎为例，下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步说明
图1为袋鼠下肢，AB为脚趾，BC为脚掌，CD为小腿，DE为大腿。
图2为仿生非充气轮胎示意图，仿生非充气轮胎包括四条纵向花纹沟槽，四条花纹沟槽能够增大排水能力、防止轮胎侧滑。
图3为仿生辐板支撑体2结构单元，图中BF为辅助支撑副辐板22，其能够增加非充气轮胎稳定性及强度；每个仿生辐板支撑体2作为一个结构单元，进行环形排列，相邻结构单元之间角度为10°，以轮胎的轴心为圆心环形阵列36个结构单元；仿生辐板支撑体2结构单元中AB、BC、CD、DE、BF长度依次为15mm、16mm、45mm、28mm、7mm，∠BCD、∠CDE、∠ABF角度依次为110°、125°、120°，A点和E点垂向最短距离为5mm，AB、BC、CD、DE、BF宽度依次为13mm、8mm、5mm、4mm、3mm；仿生辐板支撑体2的每段之间为光滑过渡连接；仿袋鼠下肢主辐板21和支撑副辐板22连接处有倒圆角，以消除应力集中。
图4为仿生非充气轮胎胎冠1截面示意图，包括冠带层12和#1带束层13a与#2带束层13b；胎面11使用优良气密性、耐湿滑、耐磨损的低模量橡胶材料；利用合适的温度和时间采用压模硫化工艺的方法将胎冠1和仿生辐板支撑体2连接在一起；辐板内圈3和轮毂之间通过聚氨酯粘黏剂粘合。
通过仿真分析，对比传统同规格充气轮胎与非充气轮胎得出：
①提高了减震、散热、排水特性；②增加了接地面积；③降低了轮胎的胎肩应力集中；④改善所述非充气轮胎接地分布均匀性。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于实施方式，在不背离本发明的实施内容的情况下，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 (10)

1.一种仿生非充气轮胎，其特征在于，包括胎冠(1)、仿生辐板支撑体(2)和辐板内圈(3)，所述胎冠(1)由胎面(11)、冠带层(12)、带束层(13)组成；所述胎面(11)、冠带层(12)、带束层(13)按轮胎径向方向由外到内依次排布；所述带束层(13)包括#1带束层(13a)和#2带束层(13b)，按轮胎径向方向由内到外依次排布；所述仿生辐板支撑体(2)为仿袋鼠下肢结构设计；所述仿生辐板支撑体(2)包括仿袋鼠下肢主辐板(21)和支撑副辐板(22)。
2.根据权利要求1所述的一种仿生非充气轮胎，其特征在于，所述胎冠(1)中，胎面(11)采用橡胶材料，冠带层(12)采用锦纶材料，#1带束层(13a)和#2带束层(13b)采用钢丝。
3.根据权利要求1所述的一种仿生非充气轮胎，其特征在于，所述仿生辐板支撑体(2)是仿袋鼠下肢的整体结构。
4.根据权利要求1所述的一种仿生非充气轮胎，其特征在于，所述仿生辐板支撑体(2)和辐板内圈(3)采用高模量的聚氨酯材料。
5.根据权利要求1所述的一种仿生非充气轮胎，其特征在于，所述每个仿生辐板支撑体(2)作为一个结构单元，其排列方式为环形排列，相邻结构单元之间角度为10°，以轮胎轴心为圆心环形阵列36个结构单元。
6.根据权利要求1所述的一种仿生非充气轮胎，其特征在于，所述仿生辐板支撑体(2)的结构的结构中，AB、BC、CD、DE长度按照袋鼠下肢的脚趾、脚掌、小腿、大腿长度比例进行设计，BF长度根据轮胎具体型号而设计。
7.根据权利要求1所述的一种仿生非充气轮胎，其特征在于，所述仿生辐板支撑体(2)中，∠ABC、∠BCD、∠CDE角度按照袋鼠下肢的脚趾与脚掌、脚掌与小腿、小腿与大腿相对应角度进行同比例设计，∠ABF角度值不小于90°。
8.根据权利要求1所述的一种仿生非充气轮胎，其特征在于，所述仿生辐板支撑体(2)中，AB、BC、CD、DE宽度依据袋鼠下肢脚趾、脚掌、小腿、大腿的宽度比例设计，再依据轮胎具体型号进行宽度调整，AB、BC、CD、DE、BF最小厚度不小于3mm。
9.根据权利要求1所述的一种仿生非充气轮胎，其特征在于，所述胎冠(1)和仿生辐板支撑体(2)之间是采用压模硫化工艺的方法连接在一起。
10.根据权利要求1所述的一种仿生非充气轮胎，其特征在于，所述仿生辐板支撑体(2)每段之间为光滑过渡。
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