CN111212743A - 轮辐和非气动轮 - Google Patents

Abstract

用于非气动轮的轮辐和包含这样的轮辐的轮。轮辐设置有一个或多个特征，所述特征可以允许例如轮的非气动轮胎从轮毂移除，使得可以替换另一轮毂或轮胎。轮辐具有加强结构，所述加强结构可以包括为非气动轮的操作提供支撑的一个或多个特征。

Description

轮辐和非气动轮

技术领域

本公开的主题总体上涉及一种用于非气动轮的轮辐以及包含这样的轮辐的轮。

背景技术

充气轮胎是用于顺应性、舒适性、质量和滚动阻力的已知解决方案。然而，充气轮胎在复杂性、维护需求和易损性方面具有缺点。例如，可以改善充气轮胎性能的装置可以提供更高的顺应性，更好的刚度控制，更低的维护需求以及抗损坏性。

非气动轮胎或轮构造提供某些这样的改进。非气动轮胎或非气动轮构造的细节和益处在例如美国专利第6,769,465号；第6,994,134号；第7,013,939号；和第7,201,194号中进行描述。某些非气动轮胎和轮构造提出包含弹性的环形剪切带，其实施例在例如美国专利第6,769,465号和第7,201,194号中进行描述。这种非气动轮胎和轮构造在性能上具有优势，而无需依靠气体充气压力来支撑施加到轮胎或轮的负荷。

在一些非气动构造中，将车辆负荷施加到轮毂，所述轮毂通过例如腹板或轮辐形式的负荷承载构件与环形剪切带连接。这些构件可以通过例如张力、压缩或两者将负荷传递到环形剪切带。可以将胎面层施加到剪切带以提供保护免受行驶表面的影响。

在使用期间非气动轮可能会磨损或损坏。例如，胎面可能会磨损，负荷承载构件可能会被割伤或有裂口，使用中可能会产生其他影响。对于某些构造，胎面、负荷承载构件和环形带可以由使用后会磨损或老化的各种聚合材料构成，而轮毂可以由一种或多种金属构成并且可能被重复使用。

然而，胎面或负荷承载构件的更换或修理可能是不实际或不经济的。例如，由于轮毂和负荷承载构件的整体结构，现有的非气动轮可能不容易适应于将不同的轮辐或环形带替换到非气动轮中，将不同的轮毂替换到非气动轮中，或两者。这种替换将需要例如破坏性的步骤以将轮辐从非气动轮的环形带或轮毂切割或脱离。

因此，可以更容易地模制有加强件，各种形状，一个或多个材料层以及其他特征的用于非气动轮的轮辐会是有用的。可以容易地包含到非气动轮中而不与轮毂整体构造的这样的轮辐也将是有益的。可以更容易地与轮毂、顺应带或两者连接和断开的轮辐也将是有用的。包含这样的轮辐的非气动轮也将是有益的。

发明内容

本发明提供了一种用于非气动轮的轮辐以及包含这样的轮辐的轮。轮辐设置有一个或多个特征，所述特征可以允许例如从轮毂移除轮的非气动轮胎，使得可以替换另一轮毂或轮胎。轮辐具有加强结构，所述加强结构可以包括为非气动轮的操作提供支撑的一个或多个特征。本发明的其他目的和优点将在下面的描述中部分地阐述，或者可以从描述显而易见，或者可以通过本发明的实施而获知。

在一个示例性实施例中，本发明提供了一种用于非气动轮的轮辐，所述非气动轮限定径向方向、轴向方向和圆周方向。所述轮辐包括腹板状主体，所述腹板状主体沿着径向方向在径向外端和径向内端之间延伸，并且沿着轴向方向在所述腹板状主体的相对边缘之间延伸。所述腹板状主体包括沿着径向方向延伸的加强结构。外锚固件位于所述径向外端处并且包括以相对方式沿着圆周方向远离所述腹板状主体延伸的一对外臂。内锚固件位于所述径向内端处并且包括以相对方式沿着圆周方向远离所述腹板状主体延伸的一对内臂。

在某些实施例中，所述加强结构可以包括在所述径向外端处的外折叠部和在所述径向内端处的内终止部。在某些实施例中，所述加强结构可以包括在所述径向外端处的外终止部和在所述径向内端处的内折叠部。在另外的其他实施例中，所述加强结构包括在所述径向内端处的内终止部和在所述径向外端处的外终止部。

本发明还包括包含这些实施例的轮辐的非气动轮。

参考以下描述和所附权利要求，将更好地理解本发明的这些和其他特征、方面和优点。结合在本说明书中并构成本说明书一部分的附图示出了本发明的实施例，并且与说明书一起用于解释本发明的原理。

附图说明

在参考附图的说明书中阐述了针对本领域的普通技术人员的本发明的完整且可行的公开，包括其最佳模式，在附图中：

图1示出了本发明的示例性非气动轮的侧视图。

图2是沿着图1中的线2-2截取的图1的示例性轮的一部分的横截面图。

图3是本发明的示例性轮辐的透视图。

图4是本发明的示例性轮辐的横截面端视图。

图5是图4的示例性轮辐的一部分的横截面端视图。

图6是本发明的另一示例性轮辐的透视图。

图7是本发明的另一示例性轮辐的横截面端视图。

图8是本发明的另一示例性轮辐的横截面端视图。

具体实施方式

为了描述本发明，现在将详细参考本发明的实施例，在附图中示出了其一个或多个示例。通过举例说明本发明而不是限制本发明来提供每个实施例。实际上，对于本领域技术人员将显而易见的是，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可以对本发明进行各种修改和变化。例如，作为一个实施例的一部分示出或描述的特征可以与另一实施例一起使用以产生又一实施例。因此，意图是本发明涵盖落入所附权利要求及其等同物的范围内的这些修改和变化。

如本文所用，以下定义适用。

轴向方向A是指平行于所参考的示例性轮或轮胎在使用期间绕其旋转的轴线的方向。

径向方向R是指垂直于轴向方向A的方向，其中径向外或径向向外是指远离轴向方向A的大致方向，而径向内或径向向内是指朝向轴向方向A的大致方向。

圆周方向C是指由轮或轮胎的圆周限定的方向，或者是轮或轮胎绕轴线旋转的方向。

图1提供了本发明的示例性非气动轮50的侧视图，而图2提供了沿着图1中的线2-2处的子午平面截取的轮50的横截面图。本发明不限于任何附图中所示的轮的特定形状，尺寸或外观。使用本文公开的教导将理解，也可以使用其他形状，尺寸和外观的轮。

轮50包括支撑在轮毂52上的非气动轮胎70，所述非气动轮胎包括环形接收器72和中心部分74。中心部分74设置有一系列孔54，螺纹凸耳或其他紧固件可以通过所述孔插入以将轮50安装到例如车辆的车轴上。中心部分74可以例如焊接到环形接收器72，紧固到环形接收器72或与其一体地形成。毂52(特别是中心部分74)的外观和特征仅作为示例被提供，也可以使用其他配置。

非气动轮50还包括顺应性负荷支撑带56，其位于轮毂52的径向外侧并与轮毂52同心地定位。多个负荷支撑构件或轮辐100沿着径向方向R在轮毂52和负荷支撑带56之间延伸。胎面58可以形成在负荷支撑带56上或作为所述负荷支撑带的一部分而提供。例如，胎面带58可以粘附到负荷支撑带56，嵌入其中，或者如图2中所示一体形成。也可以使用其他构造。带56包括剪切带68，其提供允许轮辐100在车辆上使用轮50期间支撑轮毂52的刚度。同时，带56在地面上提供弹性或顺应性，从而提供更平稳，更舒适的乘坐。

举例来说，负荷支撑带56可以构造成包括剪切带68，所述剪切带具有内加强带60，外加强带64和位于其间的剪切层62。剪切层62可以例如由弹性体材料构造，例如天然和合成橡胶，聚氨酯，泡沫橡胶和聚氨酯，嵌段共聚酯，以及尼龙的嵌段共聚物。加强带60、64可以包括由例如嵌入弹性体涂层中的基本上不可延伸的帘线加强件构成的加强件。这样的加强件可以包括例如适合用作常规轮胎中的轮胎带束加强件的几种材料中的任何一种，例如钢帘线，玻璃和树脂的复合物(例如玻璃纤维增强塑料)以及在拉伸和压缩方面具有高模量的其他材料。也可以使用包括例如不同层和材料的其他构造。

轮辐100彼此相邻并且围绕轮50的圆周方向C间隔开。轮辐100可以具有与图1和2所示的不同的其他形状和构造。例如，尽管在图中示出略呈线性，但是轮辐100也可以具有弯曲形状。在一个示例性实施例中，每个轮辐100沿着径向方向R(沿轴向方向A观察)设置有大致相同的曲率，使得例如轮辐100可以以与它们穿过接触块时相同的方式挠曲。作为进一步的示例，边缘108和110还可以具有非线性形状以提供与图2中所示不同的轮廓。轮辐100也可以与径向方向R形成不同的角度。当使用中心部分74安装到车辆时，负荷支撑带56使用剪切带68支撑传递到非气动轮50的负荷。负荷通过张力、压缩或两者通过轮辐100传递到顺应带56。在一个示例性实施例中，随着轮50旋转，轮辐100在它们远离接触块的位置到达轮的顶部时可能处于张紧，而靠近接触块的轮辐100可能经受最小的张力，可以支撑压缩负荷，甚至可能会稍微挠曲或弯曲。

图2和3提供了轮辐100的示例性实施例的视图。如图所示，轮辐100包括沿着径向方向R延伸的腹板状主体102。箭头R沿径向方向从径向向内指向径向向外，如参考非气动轮50(图1)中的轮辐100或其部件的位置和取向中所使用的。沿着径向方向R，腹板状主体102在径向外端104和径向内端106之间延伸。沿着轴向方向A，腹板状主体102在相对的边缘108和110之间延伸。

各种形状可以用于腹板状主体102。例如，如图2和3中所示，腹板状主体102具有沿径向方向R从径向内端106向径向外端104移动时增加的宽度W。在其他实施例中，宽度W可以减小，保持恒定或变化。另外，腹板状主体102沿着圆周方向C的厚度T可以是均匀的，如图3中所示，或者可以沿着径向方向R变化。例如，图6示出了腹板状主体102具有不同形状的轮辐100的另一示例性实施例。

参考图3和4，腹板状主体102的径向外端104形成外锚固件112，而径向内端106形成内锚固件114。锚固件112包括径向外锚固件表面113，而锚固件114包括径向内表面115。对于该示例性实施例，外锚固件112包括一对外臂116和118，其沿着圆周方向C以相对方式或彼此远离并远离主体102延伸。类似地，内锚固件114包括一对内臂120和122，其沿着圆周方向C以相对方式或彼此远离并远离主体102延伸。本发明不限于图中所示的腹板轮辐100的特定形状，也可以使用其他形状和配置。例如，尽管轮辐100具有如图3中所示的熟悉的“I”形，具有用于锚固件112和114的三角形部分，但是也可以使用其他形状。

锚固件112和114为轮辐100的使用及其与轮50的集成提供了通用性。例如，如图1和2中所示，内锚固件114可移除地安装在轮毂52的轴向定向的槽或通道66内。在制造期间，内锚固件114可以容易地沿着轴向方向A滑动或以其他方式插入通道66中。这样的构造还允许轮毂52在例如轮毂52的期望改变，修理或其他情况下易于替换。相反，这样的构造还允许在例如胎面58磨损，一个或多个轮辐100损坏，或需要更换轮胎74的其他事件的情况下将不同的非气动轮胎74替换到轮毂52上。

对于该示例性实施例，将外锚固件112附接到环形带56。可以使用各种方法来将带56和外锚固件112附接。例如，可以将外锚固件112机械地紧固或粘附到带56。替代地，外锚固件112可以与带56一体地形成。也可以使用其他构造。

参考图4和5的示例性实施例，腹板状主体102包括加强结构124。如图所示，加强结构124在径向外端104和径向内端106之间沿着径向方向R延伸。对于该示例性实施例，加强结构124在径向内端106处设置有内折叠部128。折叠部128为轮辐100提供强度，同时还帮助将加强结构124的端部固定在锚固件114中。例如，折叠部128帮助加强结构124在轮毂52和顺应带56之间传递力。折叠部128沿着圆周方向C位于臂120和122之间。

在径向外端104处，加强结构124展开或没有任何折叠。相反，在该实施例中，径向外端104包括径向外终止部127，所述径向外终止部从腹板状主体102朝向径向外表面113直接突出到外锚固件112中，并且沿着圆周方向C居中地位于臂116和118之间。因而，加强结构124在外锚固件112中没有折叠，因为对于某些应用来说这样的折叠是不必要的。

对于该示例性实施例，如图4、5和6中所示，加强结构124包括多个细长的加强元件130。在一个示例性实施例中，加强元件130设置为沿着径向方向R彼此相邻且平行地延伸的不可伸长的帘线130。更特别地，对于该实施例，加强元件130具有沿着径向方向R延伸的长度，即，加强元件130沿着径向方向R纵向地延伸。可以使用其他取向。

对于一个示例性实施例，如本文所用，“不可伸长的”是指材料根据ASTM 885在23℃下测量的断裂伸长率为12％或以下。例如，帘线130可以由尼龙、钢、其组合以及其他材料制成。帘线130可以在腹板状主体102的整个轴向宽度W上定位，使得帘线130靠近边缘108和110(图6)，或者替代地，可以仅在宽度W的一部分上定位，使得帘线130与边缘108和110间隔开。

参考图4和5，加强结构124也可以包括多个聚合物材料层以形成腹板状主体102。例如，在一个示例性实施例中，加强结构124包括至少一对聚合物材料层136和138，其中不可伸长的帘线130嵌入或夹在层136和138之间。层136和138在径向外端104和径向内端106之间延伸，并且因此具有与加强结构124基本相同的长度和形状。

对于该示例性实施例，层136和138形成紧邻帘线130的第一对层，并且第二对层132和134位于第一对层136、138的外部。与层136和138一样，层132和134在径向外端104和径向内端106之间延伸，并且因此具有与加强结构124基本相同的长度和形状。层132、134、136和138可以在径向内端106处折叠，如图4中所示。

各种材料可以用于层132、134、136和138。在本发明的一个示例性实施例中，第一对层136、138由第一聚合物材料构成，而第二对层132、134由第二聚合物材料构成。例如，第一聚合物材料可以具有在10％伸长率和在23℃的温度下测量的在1至10MPa(兆帕)范围内的伸长模量MA10(根据ASTM D412)。例如，第二聚合物材料可以具有在10％伸长率和23℃的温度下测量的在1至5MPa范围内的伸长模量MA10(根据ASTM D412)。第一和第二聚合物材料可以由粘性的弹性体材料构成，使得它们例如在制造期间将自粘或自身和/或彼此粘附。

各种材料可以用于外锚固件112和内锚固件114。例如，外锚固件112可以由聚合物材料构造，例如，所述聚合物材料具有在10％伸长率和在23℃的温度下测量的在10至30MPa(兆帕)范围内的伸长模量MA10(根据ASTM D412)。内锚固件114可以由聚合物材料构造，例如，所述聚合物材料具有在10％伸长率和在23℃的温度下测量的在20至60MPa(兆帕)范围内的伸长模量MA10(根据ASTM D412)。

图7示出了除了缺少折叠部128之外类似于图3、4和5的本发明的轮辐100的另一示例性实施例。更特别地，对于该实施例，加强结构124在径向外端104处设置有外折叠部126。折叠部126为轮辐100提供强度，同时还帮助将加强结构124的端部固定在锚固件112中。例如，折叠部126帮助加强结构124在轮毂52和顺应带56之间传递力。

在径向内端106处，加强结构124展开或没有任何折叠。相反，在该实施例中，径向内端106包括径向内终止部129，所述径向内终止部从腹板状主体102径向向内朝向径向内表面115直接突出到内锚固件114中，并且沿着圆周方向C居中地位于臂120和122之间。因而，加强结构124在内锚固件114中没有折叠，因为对于某些应用，这样的折叠是不必要的。加强结构124和轮辐100可以另外构造，如先前针对图3、4和5的示例性实施例所述。

图8示出了除了缺少折叠部126或128之外类似于先前实施例的本发明的轮辐100的又一示例性实施例。与图4和5的实施例一样，在径向外端104处，加强结构124展开或没有任何折叠。相反，径向外端104包括径向外终止部127，所述径向外终止部从腹板状主体102朝向径向外表面113直接突出到外锚固件112中，并且沿着圆周方向C居中地位于臂116和118之间。类似于图7的实施例，在径向内端106处，加强结构124展开或没有任何折叠。相反，径向内端106包括径向内终止部129，所述径向内终止部从腹板状主体102径向向内朝向径向内表面115直接突出到内锚固件114中，并且沿着圆周方向C居中地位于臂120和122之间。因而，加强结构124在外锚固件112或内锚固件114中没有折叠，因为对于某些应用，这样的折叠是不必要的。加强结构124和轮辐100可以另外构造，如先前针对图3、4、5的示例性实施例所述。

尽管已关于具体示例性实施例及其方法详细描述了本主题，但是应当理解，本领域技术人员在理解前述内容之后，可以容易地产生这样的实施例的更改，变化和等效物。因此，本公开的范围是通过示例而非限制的方式，并且本公开不排除包括对本主题的这样的修改，变化和/或添加，其对于使用本文公开的教导的本领域普通技术人员来说是显而易见的。

Claims (16)

1.一种用于非气动轮的轮辐，所述非气动轮限定径向方向、轴向方向和圆周方向，所述轮辐包括：

腹板状主体，所述腹板状主体沿着径向方向在径向外端和径向内端之间延伸，并且沿着轴向方向在所述腹板状主体的相对边缘之间延伸，所述腹板状主体包括沿着径向方向延伸的加强结构；

外锚固件，所述外锚固件位于所述径向外端处并且包括以相对方式沿着圆周方向远离所述腹板状主体延伸的一对外臂；以及

内锚固件，所述内锚固件位于所述径向内端处并且包括以相对方式沿着圆周方向远离所述腹板状主体延伸的一对内臂。

2.根据权利要求1所述的用于非气动轮的轮辐，其中所述加强结构包括在所述径向外端处的外折叠部和在所述径向内端处的内终止部。

3.根据权利要求1所述的用于非气动轮的轮辐，其中所述加强结构包括在所述径向外端处的外终止部和在所述径向内端处的内折叠部。

4.根据权利要求1所述的用于非气动轮的轮辐，其中所述加强结构包括在所述径向内端处的内终止部和在所述径向外端处的外终止部。

5.根据前述权利要求中任一项所述的用于非气动轮的轮辐，其中所述加强结构包括在所述径向外端和所述径向内端之间延伸的多个不可伸长的帘线。

6.根据权利要求1至4所述的用于非气动轮的轮辐，其中所述加强结构包括：

在所述径向外端和所述径向内端之间延伸的多个不可伸长的帘线；以及

包括聚合物材料的至少一对层，其中所述层在所述径向外端和所述径向内端之间延伸，所述不可伸长的帘线嵌入所述层之间。

7.根据权利要求5或6所述的用于非气动轮的轮辐，其中所述不可伸长的帘线包括钢。

8.根据权利要求5或6所述的用于非气动轮的轮辐，其中所述不可伸长的帘线包括纤维加强塑料。

9.根据权利要求1至4所述的用于非气动轮的轮辐，其中所述加强结构包括：

在所述径向外端和所述径向内端之间延伸的多个不可伸长的帘线；以及

包括第一聚合物材料的第一对层，其中所述第一对层在所述径向外端和所述径向内端之间延伸，所述不可伸长的帘线嵌入所述第一对层之间；以及

包括第二聚合物材料的第二对层，其中所述第二对层在所述径向外端和所述径向内端之间延伸。

10.根据权利要求9所述的用于非气动轮的轮辐，其中所述第一聚合物材料具有在10％伸长率和在23℃的温度下测量的在1至10MPa范围内的伸长模量MA10。

11.根据权利要求10所述的用于非气动轮的轮辐，其中所述第二聚合物材料具有在10％伸长率和在23℃的温度下测量的在1至5MPa范围内的伸长模量MA10。

12.根据权利要求1至4所述的用于非气动轮的轮辐，其中所述加强结构包括在所述径向外端和所述径向内端之间延伸的多个不可伸长的帘线，并且其中所述不可伸长的帘线以平行和相邻方式沿着轴向方向定位，并且靠近所述腹板状主体的相对边缘定位。

13.根据权利要求1至4所述的用于非气动轮的轮辐，其中沿着轴向方向在所述相对边缘之间，所述腹板状主体具有沿着径向方向从所述径向内端向所述径向外端增加的宽度。

14.根据权利要求1至4所述的用于非气动轮的轮辐，其中所述外锚固件包括聚合物材料，所述聚合物材料具有在10％伸长率和在23℃的温度下测量的在10至30MPa范围内的伸长模量MA10。

15.根据权利要求1至4所述的用于非气动轮的轮辐，其中所述内锚固件包括聚合物材料，所述聚合物材料具有在10％伸长率和在23℃的温度下测量的在20至60MPa范围内的伸长模量MA10。

16.一种非气动轮，所述非气动轮包括根据前述权利要求中的任一项所述的轮辐。

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