CN111301062B - 基于负泊松比结构的非充气轮胎以及轮胎的工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于负泊松比结构的非充气车轮，包括轮毂、负泊松比支撑体和外胎面。负泊松比支撑体环绕安装在轮毂外侧，外胎面环绕安装在负泊松比支撑体外侧。轮毂采用平底轮辋，轮辐与安装孔与现有的轮毂相同，负泊松比支撑体具有弹性变形能力，外胎面采用低滚阻橡胶，胎面具有增大摩擦力的花纹。本发明的技术方案采用负泊松比支撑体替代充气轮胎部分，既能起到支撑作用，又能够满足减振吸能的要求，而且降低了车轮整体质量，保证了汽车的平顺性，结构简单，便于制造。

Description

基于负泊松比结构的非充气轮胎以及轮胎的工作方法

技术领域

本发明属于车轮领域，具体涉及一种基于负泊松比结构的非充气轮胎以及轮胎的工作方法。

背景技术

目前，市场上的充气轮胎是橡胶密闭有压力的空气，空气受到压缩时，空气分子对容器壁的碰撞更加激烈，而且空气轮胎容易受到尖锐物体的刺激，容易爆胎。因此，基于安全性能的考量，非充气轮胎应运而生，它是利用轮胎自身材料和结构实现支撑以及缓冲的作用，相比于充气轮胎，非充气的轮胎具有免维修、免爆胎的优势。

目前，市场上的非充气轮胎主要有两类，一种是橡胶实心轮胎，已有上百年的生产历史，但是其局限性也是显而易见的，胎体重量大、弹性差、滚阻大，适用于低速重载车辆。另一种是具有弹性变形为结构支撑体的车轮，法国米其林公司推出的TWEEL和美国Po l ari s公司推出的Terra i nArmor是具有代表性的产品，但是其造价高昂，无法大规模生产。

负泊松比结构与传统的正泊松比结构相比，在受压时，会沿着压力的垂直方向进行收缩；受拉时，会沿着压力的垂直方向膨胀。这与传统材料是完全相反的，所以具有很强的抗压性和抗冲击性，力学性能优异。

发明内容

针对上述现有车轮的技术问题，本发明提出了一种基于负泊松比结构的非充气车轮，本发明设计的非充气车轮是由具有弹性变形的负泊松比结构单元作为车轮的支撑体，使得车轮不仅具有很强的支撑能力，同时能够承受较大的变形，保证车辆驾驶的平顺性。

为实现上述目的，本发明是根据以下技术方案实现的：

具体地，本发明提供一种基于负泊松比结构的非充气轮胎，其包括轮毂、负泊松比支撑体以及外胎面，所述负泊松比支撑体环绕安装在所述轮毂的外侧，所述外胎面环绕安装在所述负泊松比支撑体的外侧；

所述轮毂为平底轮辋，所述平底轮辋的外侧设置有用于对负泊松比支撑体进行安装的定位孔；

所述负泊松比支撑体的截面为两个连接在一起的梯型，所述负泊松比支撑体的外部设置有收紧带，所述负泊松比支撑体包括一层或多层支撑体，每一层支撑体包括多个支撑单元，每一层的支撑体的多个支撑单元均匀设置在所述轮毂的外表面，每一个支撑单元包括刚性支架和弹性元件，所述刚性支架包括两个第一支撑板、两个第二支撑板以及转轴，所述第一支撑板的第一端借助于转轴连接所述外胎面，所述第一支撑板的第二端借助于转轴连接所述第二支撑板的第一端，所述第二支撑板的第二端借助于转轴固定在所述轮毂的外表面上，两个第一支撑板和两个第二支撑板分别对称安装，两个第一支撑板的第一端之间均匀设置有多个弹性元件，所述第一支撑板的第一端部均匀设置有容纳弹性元件的凹槽，弹性元件借助于转轴进行安装；

所述外胎面由低滚阻橡胶制成，所述外胎面的表面设置有用于增大接触摩擦力的花纹。

优选地，所述支撑单元的数量根据需要进行设定。

优选地，所述弹性元件和收紧带的材料为钢索、金属丝、橡胶、尼龙、树脂或塑料。

优选地，所述第一支撑板和第二支撑板均为整体式空心板式结构，其横截面为U型，板式结构的两个端部分别设置有凹槽。

优选地，所述第一支撑板和第二支撑板为由两块片式结构焊接在一起的分体式结构，每一块片式结构的两端均匀设置有凹槽。

优选地，所述收紧带设置有两条，两条收紧带分别设置在负泊松比支撑体的前后两侧。

优选地，所述定位孔均匀设置有多组，每一组定位孔设置有两列，每两列定位孔用了安装一个支撑单元。

优选地，第一支撑板和第二支撑板为钢板或其他硬质板。

优选地，本发明还提供一种轮胎的工作方法，其包括以下步骤：

S1、负泊松比支撑体在组装时由收紧带提供预紧力，弹性元件处于张紧状态；

S2、安装到汽车上时，汽车在静止状态下，车轮受到汽车自身的重力，与地面接触部分的第一支撑板和第二支撑板绕转轴转动，弹性元件受拉力发生弹性形变，其反力的合力抵消汽车的重力；

S3、汽车在运动过程中，每一个负泊松比支撑单元重复压紧-放松的工作状态，在路面不平受到冲击时，负泊松比支撑体通过更大的变形吸收冲击的能量，保证车辆的平稳运行。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

本发明采用负泊松比支撑结构替代充气轮胎部分，既能起到支撑作用，又能够满足减振吸能的要求，而且降低了车轮整体质量，保证了汽车的平顺性，结构简单，便于制造。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。

图1为本发明的立体结构示意图；

图2为本发明的轮毂示意图；

图3为本发明的负泊松比支撑体示意图；

图4为本发明的负泊松比支撑体主视图；

图5为本发明的整体爆炸图；

图6为本发明的负泊松比支撑体组成单元图；

图7为本发明的负泊松比支撑体组成单元主视图；

图8为本发明的负泊松比支撑体组成单元爆炸图；

图9为本发明的负泊松比支撑体爆炸图；以及

图10为本发明的负泊松比支撑体安装示意图；

其中，部分附图标记如下：

1-轮毂，11-安装孔，2-负泊松比支撑体，21-单元支撑板，22-弹性元件，23-转轴，24-收紧带，3-外胎面。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

如图1所示，本发明提供一种基于负泊松比结构的新型非充气车轮，包括轮毂1、负泊松比支撑体2和外胎面3。负泊松比支撑体2设置在轮毂1的外侧，外胎面3设置在负泊松比支撑体2的外面。采用负泊松比支撑结构替代充气轮胎部分，既能起到支撑作用，又能够满足减振吸能的要求，而且降低了车轮整体质量，保证了汽车的平顺性，结构简单，便于制造。

如图2所示，非充气车轮的轮毂1采用平底轮辋，轮辐与车轮安装孔与现有铝合金轮毂相同，在此不再进行单独的描述。轮辋表面增加了均匀设置的负泊松比支撑体的安装定位孔11。负泊松比支撑体利用定位孔11进行定位后安装在轮毂1的外表面，能够实现快速进行安装，使用非常方便。

如图3-图9所示，负泊松比支撑体2由图6所示负泊松比支撑单元圆周安装成图3所示，多个支撑单元均匀安装称圆周状，可以根据具体需要确定支撑单元的数量及层数。每个支撑单元由单元支撑板21、转轴23和弹性元件22构成，整个支撑体单元的外侧由两条收紧带24压紧，安装到轮毂1上效果如图5所示。

如图10所示，外胎面3为低滚阻材料胎面，安装到负泊松比支撑体外侧，表面有防滑条纹的花纹，设置有条纹，可以增加防滑效果，避免车辆打滑。

负泊松比支撑体2的截面为两个连接在一起的梯型，两个梯形相对设置，负泊松比支撑体2的外部设置有收紧带24，负泊松比支撑体2包括一层或多层支撑体，每一层支撑体包括多个支撑单元200，每一层的支撑体的多个支撑单元200均匀设置在轮毂1的外表面，每一个支撑单元200包括刚性支架和弹性元件22，刚性支架包括两个第一支撑板211、两个第二支撑板212以及转轴23，第一支撑板211的第一端借助于转轴连接外胎面2，第一支撑板211的第二端借助于转轴连接第二支撑板212的第一端，第二支撑板212的第二端借助于转轴固定在轮毂的外表面上，两个第一支撑板211和两个第二支撑板212分别对称安装，两个第一支撑板211的第一端之间均匀设置有多个弹性元件22，第一支撑板211的第一端部均匀设置有容纳弹性元件22的凹槽，弹性元件22借助于转轴23进行安装。

优选地，弹性元件22和收紧带24的材料为钢索、金属丝、橡胶、尼龙、树脂或塑料，或者在其余的实施例中，也可以是其他弹性件。弹性元件22和收紧带24可以为相同或不同的弹性件。

优选地，第一支撑板211和第二支撑板212均为整体式空心板式结构，其横截面为U型，板式结构的两个端部分别设置有凹槽。凹槽能够容纳弹性件，板式结构的两个端部整体呈锯齿状。

第一支撑板211和第二支撑板212也可以为由两块片式结构焊接在一起的分体式结构，每一块片式结构的两端均匀设置有凹槽，之后将两块板件焊接在一起即可。

第一支撑板211和第二支撑板212为钢板或其他硬质板，能够承受一定的压力。

优选地，收紧带24设置有两条，两条收紧带分别设置在负泊松比支撑体2的前后两侧。整个支撑体单元的外侧由两条收紧带24压紧后安装在轮毂1的外侧。

优选地，在不同的应用场景下，支撑单元的数量以及层数根据需要进行设定。

下面对本发明的工作原理进行说明：

本发明负泊松比支撑体2在组装时收紧带24提供预紧力，弹性元件22处于张紧状态，使本发明在自然状态下保持结构紧致不松动。本发明在安装到汽车上时，汽车在静止状态下，车轮受到汽车自身的重力，与地面接触部分的第一支撑板211和第二支撑板212会绕转轴23转动，弹性元件22受拉力发生弹性形变，其反力的合力抵消汽车的重力。汽车在运动过程中，每一个负泊松比支撑单元重复压紧-放松的工作状态，在路面不平受到冲击时，负泊松比支撑体也可以通过更大的变形吸收冲击的能量，保证车辆的平稳运行。

在具体使用中，负泊松比支撑体单元的尺寸、周期数和层数根据不同的使用要求而不同，在本文中将不再进行限定。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

本发明采用负泊松比支撑结构替代充气轮胎部分，既能起到支撑作用，又能够满足减振吸能的要求，而且降低了车轮整体质量，保证了汽车的平顺性，结构简单，便于制造。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (5)

1.一种基于负泊松比结构的非充气轮胎，其特征在于：其包括轮毂、负泊松比支撑体以及外胎面，所述负泊松比支撑体环绕安装在所述轮毂的外侧，所述外胎面环绕安装在所述负泊松比支撑体的外侧；

所述轮毂为平底轮辋，所述平底轮辋的外侧设置有用于对负泊松比支撑体进行安装的定位孔；

所述负泊松比支撑体的截面为两个连接在一起的梯型，所述负泊松比支撑体的外部设置有收紧带，所述负泊松比支撑体包括一层或多层支撑体，每一层支撑体包括多个支撑单元，每一层的支撑体的多个支撑单元均匀设置在所述轮毂的外表面，每一个支撑单元包括刚性支架和弹性元件，所述刚性支架包括两个第一支撑板、两个第二支撑板以及转轴，所述第一支撑板的第一端借助于转轴连接所述外胎面，所述第一支撑板的第二端借助于转轴连接所述第二支撑板的第一端，所述第二支撑板的第二端借助于转轴固定在所述轮毂的外表面上，两个第一支撑板和两个第二支撑板分别对称安装，两个第一支撑板的第一端之间均匀设置有多个弹性元件，所述第一支撑板的第一端部均匀设置有容纳弹性元件的凹槽，弹性元件借助于转轴进行安装；

所述外胎面由低滚阻橡胶制成，所述外胎面的表面设置有用于增大接触摩擦力的花纹；

所述第一支撑板和第二支撑板均为整体式空心板式结构，其横截面为U型，板式结构的两个端部分别设置有凹槽；或者

所述第一支撑板和第二支撑板为由两块片式结构焊接在一起的分体式结构，每一块片式结构的两端均匀设置有凹槽；

所述收紧带设置有两条，两条收紧带分别设置在负泊松比支撑体的前后两侧；

所述定位孔均匀设置有多组，每一组定位孔设置有两列，每两列定位孔用来安装一个支撑单元。

2.根据权利要求1所述的基于负泊松比结构的非充气轮胎，其特征在于：所述支撑单元的数量根据需要进行设定。

3.根据权利要求1所述的基于负泊松比结构的非充气轮胎，其特征在于：所述弹性元件和收紧带的材料为钢索、金属丝、橡胶、尼龙、树脂或塑料。

4.根据权利要求1所述的基于负泊松比结构的非充气轮胎，其特征在于：第一支撑板和第二支撑板为钢板或其他硬质板。

5.一种基于权利要求1所述的基于负泊松比结构的非充气轮胎的工作方法，其包括以下步骤：

S1、负泊松比支撑体在组装时由收紧带提供预紧力，弹性元件处于张紧状态；

S2、安装到汽车上时，汽车在静止状态下，车轮受到汽车自身的重力，与地面接触部分的第一支撑板和第二支撑板绕转轴转动，弹性元件受拉力发生弹性形变，其反力的合力抵消汽车的重力；

S3、汽车在运动过程中，每一个负泊松比支撑单元重复压紧-放松的工作状态，在路面不平受到冲击时，负泊松比支撑体通过更大的变形吸收冲击的能量，保证车辆的平稳运行。

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