CN113260520B - 用于非充气轮胎的金属腹板及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种用于非充气轮胎的腹板结构包括具有第一多个峰和第一多个谷的第一波纹圈。该第一波纹圈为金属圈。该腹板结构进一步包括具有第二多个峰和第二多个谷的第二波纹圈。该第二波纹圈为金属圈。该第二多个谷通过钎焊或熔焊附连到该第一多个峰。

Description

用于非充气轮胎的金属腹板及其制造方法

技术领域

本公开涉及用于非充气轮胎的腹板结构及其制造方法。更具体地，本公开涉及通过将细长钢板预成型为腹板层来制备腹板结构的方法。

背景技术

已开发出各种能使轮胎在未充气或充气不足状态下行驶的轮胎构造。非充气轮胎不需要充气，而“防爆轮胎”在被刺穿和损失全部或部分加压空气后可以继续在相对高速下行驶延长的时间。非充气轮胎可包括多个轮辐、腹板或将内圈连接到外圈的其他支撑结构。

轮辐或腹板可通过模制工艺制成。在一些实施方案中，轮辐或腹板被模制为单个一体件。在其他实施方案中，模制多个圈，然后轴向接合以形成轮辐或腹板结构。在其他实施方案中，模制圆形扇区，然后周向接合以形成轮辐或腹板结构。

发明内容

在一个实施方案中，描述了一种制造非充气轮胎的方法。该方法包括：提供第一细长弹簧钢材料片；使该第一细长弹簧钢材料片起皱以在该第一细长弹簧钢材料片中形成第一多个峰和第一多个谷；将该第一细长弹簧钢材料片弯曲成第一环形形状，从而形成第一腹板圈；以及热处理该第一腹板圈并将该第一腹板圈在油浴中淬火。该方法进一步包括：提供第二细长弹簧钢材料片；使该第二细长弹簧钢材料片起皱以在该第二细长弹簧钢材料片中形成第二多个峰和第二多个谷；将该第二细长弹簧钢材料片弯曲成第二环形形状，从而形成第二腹板圈；以及热处理该第二腹板圈并将该第二腹板圈在油浴中淬火。该方法还包括：将该第一细长弹簧钢材料片的第一多个峰附连到该第二细长弹簧钢材料片的第二多个谷；提供弹簧钢材料的内圈；将该弹簧钢材料的内圈附连到该第一细长弹簧钢材料片的第一多个谷；提供弹簧钢材料的外圈；将该弹簧钢材料的外圈连接到该第二细长弹簧钢材料片；提供胎面橡胶；以及将该胎面橡胶附连到该弹簧钢材料的外圈。

在另一个实施方案中，描述了一种用于非充气轮胎的腹板结构。该腹板结构包括：第一波纹圈，该第一波纹圈具有第一多个峰和第一多个谷，其中该第一波纹圈为压制形成的金属圈；和第二波纹圈，该第二波纹圈具有第二多个峰和第二多个谷，其中该第二波纹圈为金属圈，并且其中该第二多个谷通过真空钎焊附连到该第一多个峰。

在又一个实施方案中，描述了一种制造用于非充气轮胎的腹板结构的方法。该方法包括：提供第一细长金属材料片，该第一细长金属材料片在纵向方向上具有第一长度并且在横向方向上具有第一宽度，该第一长度大于该第一宽度；在该第一细长金属材料片中形成第一多个峰和第一多个谷；将该第一细长金属材料片弯曲成第一环形形状，从而形成第一腹板圈；以及热处理该第一腹板圈。该方法进一步包括：提供第二细长金属材料片，该第二细长金属材料片在纵向方向上具有第二长度并且在横向方向上具有第二宽度，该第二长度大于该第二宽度，其中该第二长度大于该第一长度，并且其中该第二宽度等于该第一宽度；在该第二细长金属材料片中形成第二多个峰和第二多个谷；将该第二细长金属材料片弯曲成第二环形形状，从而形成第二腹板圈；以及热处理该第二腹板圈。该方法还包括将该第一细长金属材料片的第一多个峰附连到该第二细长金属材料片的第二多个谷，从而形成第一腹板组件。

附图说明

在附图中，示出了结构，该结构与下文提供的详细描述一起描述了受权利要求书保护的本发明的示例性实施方案。类似的元件用相同的附图标号标示。应当理解，被示出为单个部件的元件可以用多个部件替换，并且被示出为多个部件的元件可以用单个部件替换。附图未按比例绘制，并且出于说明性目的，可能放大了某些元件的比例。

图1是未变形的非充气轮胎的前视图；

图2是图1的非充气轮胎在承受载荷时变形的前视图；

图3是未变形的非充气轮胎的另一实施方案的前视图；

图4A是示出金属材料片的一个实施方案的透视图的示意图；

图4B是示出金属材料片的侧视图的示意图；

图4C是示出其中形成有多个峰和谷的金属材料片的侧视图的示意图；

图5是示出其中形成有多个峰和谷的腹板圈的一个实施方案的侧视图的示意图；

图6是示出附接到第二腹板圈的第一腹板圈的一个实施方案的侧视图的示意图；

图7是示出附接到第二腹板圈的腹板圈的第一实施方案的单个接触点的侧视图的放大示意图；

图8是示出附接到第二腹板圈的第一腹板圈的一个实施方案的侧视图的示意图，该第二腹板圈附接到第三腹板圈；

图9是示出腹板组件的一个实施方案的侧视图的示意图；并且

图10是示出非充气轮胎的一个实施方案的侧视图的示意图。

具体实施方式

图1和图2示出了非充气轮胎10的一个实施方案。非充气轮胎10仅为示例性图示，并非旨在进行限制。在所示的实施方案中，非充气轮胎10包括大致环形的内圈20，该大致环形的内圈接合安装有轮胎10的轮辋(未示出)。大致环形的内圈20具有内表面23和外表面24，并且可以由金属制成。在一个实施方案中，大致环形的内圈20可由退火弹簧钢制成。

非充气轮胎10还包括围绕互连腹板40的大致环形的外圈30，该互连腹板是连接到大致环形的内圈20的支撑结构。在另选实施方案中，多个轮辐或其他支撑结构将内圈连接到外圈。外圈30可以被构造成在围绕并且包括接地区32(参见图2)的区域48变形，这减小了振动并且增加乘坐舒适性。

在一个实施方案中，大致环形的内圈20和大体环形的外圈30由与互连腹板40相同的材料制成。如图1所示，大致环形的外圈30可以具有径向外表面34，胎面承载层70附接到该径向外表面。可以以粘合方式、通过机械互锁、摩擦配合或使用本领域中通常可用的其他方法完成附接。

在所示的实施方案中，互连腹板40具有腹板元件42的至少两个径向相邻的层56、58，这些层限定多个大致多边形的开口50。在其他实施方案(未示出)中，可采用其他腹板构型。在另一个实施方案(未示出)中，可采用轮辐或其他支撑结构来代替腹板。

图3示出了轮胎100的另一个实施方案的前视图，该轮胎具有大致环形的内圈110、大致环形的外圈120以及在内圈110和外圈120之间延伸的呈互连腹板形式的支撑结构。互连腹板由限定多边形开口的多个腹板元件130形成。在此具体实施方案中，腹板元件130形成多个六边形形状和大致梯形形状，包括外部的交替六边形开口和梯形开口的系列以及内部的交替六边形开口和梯形开口的系列。应当理解，图1至图3所示的几何形状仅仅是示例性的，并且可采用任何几何形状。类似地，可采用轮辐或其他支撑结构来代替腹板。

图4A是示出金属片200的一个实施方案的透视图的示意图。片200在纵向方向上具有第一长度L₁，并且在横向方向上具有第一宽度W₁，第一宽度W₁等于车轮的全宽度。第一长度L₁大于第一宽度W₂。因此，片200可被称为细长片。

在一个实施方案中，片200为弹簧钢条。弹簧钢表现出所期望的高屈服强度，从而允许由弹簧钢制成的物体恢复至其初始形状而不变形。

图4B是示出金属材料片200的侧视图的示意图。虽然片200被描绘为单个平坦片，但其可以以被切割为期望尺寸的材料卷的形式提供。图4C是示出了成形过程之后的金属材料片200的侧视图的示意图。金属材料片200被成形为具有第一多个峰210和第一多个谷220的波纹条。在所示实施方案中，示出了三个峰210和三个谷220，其中每个峰具有相同高度和由限定的角形成的相同几何形状。几何形状可被描述为开放式梯形或半六边形。在其他实施方案中，可以采用任何数量的峰和谷。峰和谷可为弯曲的或倒圆的，或具有任何几何形状。另外，峰和谷的高度可变化。

在所示实施方案中，第一多个峰210和第一多个谷220在横向方向上延伸。在另选实施方案中，第一多个峰和第一多个谷可在纵向上延伸。在另一个另选实施方案中，第一多个谷可相对于纵向方向成锐角延伸。

在一个实施方案中，通过压制成型工艺在片中形成峰和谷。换句话讲，峰和谷可由折弯机形成。然而，峰和谷可通过其它弯曲或成型工艺(诸如冲压或轧制)来形成。

在一个实施方案中，对离散的材料片执行形成峰和谷的工艺。在另选实施方案中，对稍后被切割成离散片的材料执行形成峰和谷的工艺。在此类实施方案中，该材料可作为材料卷提供。

在形成峰210和谷220之后，将金属材料的片200弯曲成第一环形形状，从而形成第一腹板圈(或腹板环)300。图5是示出具有多个峰310和谷320的第一腹板圈300的一个实施方案的侧视图的示意图。应当理解，峰和谷的形状和尺寸可以以上文相对于图4C所讨论的相同方式变化。

在一个实施方案中，第一腹板圈300由单个材料片200形成。在单个片200弯曲成环形形状之后，片的端部彼此附接。端部可使用熔焊或钎焊工艺附接。端部还可通过机械手段附接，诸如通过将第一端部形成为钩并且将第二端部形成为环，或者通过使用铆钉、缝钉或其他机械紧固装置。

在另选实施方案中，第一腹板圈300由多个片形成。每个片可弯曲成部分环形形状，并且多个弯曲片在周向方向上接合以形成第一腹板圈300。在此类实施方案中，端部可以以与上述相同的方式彼此附接。

在形成第一腹板圈300之后，对金属材料进行热处理以实现期望的退火弹簧钢特性。在一个实施方案中，将金属材料热处理至900℃。在另选实施方案中，将金属材料热处理至700℃和1000℃之间的温度。随后将经热处理的金属材料在油浴中淬火。ASTM 5160产生669MPc的产出，而ASTM 1074或ASTM 1075产生430至530Mpc的产出。在形成第一腹板圈300并对其进行热处理之后，形成第二腹板圈400并将其附接到第一腹板圈300。图6是示出附接到第二腹板圈400的第一腹板圈300的一个实施方案的侧视图的示意图。为了说明性目的，将圈间隔开。在所示实施方案中，第二腹板圈400具有比第一腹板圈300更大的直径，并且因此附接到第一腹板圈的外侧。然而，第二腹板圈的直径可小于第一腹板圈300的直径，并且可附接到第一腹板圈的内侧。

在所示实施方案中，第二腹板圈400具有第二多个峰410和第二多个谷420。第二多个峰410和第二多个谷420的数量和形状对应于第一多个峰310和第一多个谷320的数量和形状，使得第一多个峰310可附接到第二多个谷420。

图7是示出附接到第二腹板圈的腹板圈的第一实施方案的单个触点的侧视图的放大示意图。第一多个峰310和第二多个谷420可使用真空钎焊415沿着接头附接。真空钎焊415在350至550之间的温度下执行。在一个具体实施方案中，真空钎焊415在450℃的温度下执行。真空钎焊415不会使先前执行的热处理退火。真空钎焊415比熔焊更耐疲劳，并且将流动以自然地形成填角，该填角进一步减小顶点处的应力集中。另外，真空钎焊在不破坏弹簧钢质量的温度范围内实现结合。另选地，峰和谷可通过熔焊附接。峰和谷也可用铆钉、缝钉或其他机械紧固装置附接。在此类实施方案中，第一多个峰310直接连接到第二多个谷420。在另一个实施方案中，使用能够产生填角的钎焊技术沿着接头附接第一多个峰310和第二多个谷420。

在一个实施方案中，第二腹板圈400由与第一腹板圈300相同的材料构成。在此类实施方案中，提供了第二细长弹簧钢材料片，并且在其中形成第二多个峰和谷。第二片可具有比第一片更大的长度，以及与第一片相同的宽度。第一片和第二片可作为单独的离散片提供，或者它们可从单个细长片上切割。在此类实施方案中，第一片和第二片可在形成峰和谷之前或之后被切割。在另一个实施方案中，第二腹板圈400由与第一腹板圈300相同的材料构成，但具有不同厚度。在另一个实施方案中，第二腹板圈400由与第一腹板圈300不同等级的钢构成。

在一个实施方案中，第二多个峰410的高度基本上等于第二多个谷420的高度。在另选实施方案中，峰和谷的高度可变化。在提供第二片并且形成峰和谷之后，然后将第二片或多个第二片形成为环形圈形状。

在第一腹板圈300连接到第二腹板圈400之后，形成第三腹板圈500并将其附接到第二腹板圈400。在另一个实施方案中，可形成每个腹板圈，并且可使用夹持机构或其他固定机构同时组装所有圈。图8是示出附接到第二腹板圈400的第一腹板圈300的一个实施方案的侧视图的示意图，该第二腹板圈继而附接到第三腹板圈500。为了说明性目的，将圈间隔开。在所示实施方案中，第三腹板圈500具有比第二腹板圈400更大的直径，并且因此附接到第二腹板圈的外侧。然而，第三腹板圈可替代地具有比第一腹板圈300更小的直径，并且可附接到第一腹板圈的内侧。

在所示的实施方案中，第三腹板圈500具有第三多个峰510和第三多个谷520。第三多个峰510和第三多个谷520的数量和形状对应于第二多个峰410和第二多个谷420的数量和形状，使得第二多个峰410可附接到第三多个谷520。第二多个峰410和第三多个谷520可沿着接头使用真空钎焊附接。另选地，峰和谷可通过熔焊附接。峰和谷也可用铆钉、缝钉或其他机械紧固装置附接。在此类实施方案中，第一多个峰310可被描述为间接地连接到第三多个谷520。

在一个实施方案中，第三腹板圈500由与第一腹板圈300和第二腹板圈400相同的材料构成。在此类实施方案中，提供了第三细长弹簧钢材料片，并且在其中形成第三多个峰和谷。第三片可具有比第一片和第二片更大的长度以及与第一片和第二片相同的宽度。第一片、第二片和第三片可作为单独的离散片提供，或者它们可从单个细长片切割。在此类实施方案中，第一片、第二片和第三片可在形成峰和谷之前或之后被切割。在另一个实施方案中，第三腹板圈500由与第一腹板圈300和第二腹板圈400相同的材料构成，但具有不同的厚度。在另一个实施方案中，第三腹板圈500由与第一腹板圈300或第二腹板圈400不同等级的钢构成。

在一个实施方案中，第三多个峰510的高度基本上等于第三多个谷520的高度。在另选实施方案中，峰和谷的高度可变化。在提供第三片并形成峰和谷之后，然后将第三片或多个第三片形成为环形圈形状。端部可使用熔焊或钎焊工艺附接。

在另选实施方案中，第三腹板圈500由与第一腹板圈300和第二腹板圈400中的至少一者不同的材料构成。第三腹板圈500还可具有形状和尺寸与第二腹板圈的形状和尺寸不同的峰和谷。

在另一个实施方案中，在具有峰和谷的期望数量的腹板圈彼此连接之后，腹板圈可在弹性体溶液中浸涂，以提供定制量的阻尼并防止腐蚀。

在具有峰和谷的期望数量的腹板圈彼此连接之后，内圈附接到最内腹板圈，并且外圈附接到最外腹板圈。图9是示出这种腹板组件600的一个实施方案的侧视图的示意图。在此实施方案中，腹板组件包括第一腹板圈300、第二腹板圈400、第三腹板圈500、内圈610和外圈620。内圈610和外圈620可由弹簧钢材料构成。在一个实施方案中，内圈610和外圈620由与第一腹板圈300、第二腹板圈400和第三腹板圈500相同的材料构成。在另选实施方案中，内圈610和外圈620中的至少一者由与第一腹板圈300、第二腹板圈400和第三腹板圈500中的至少一者不同的材料构成。在一个实施方案中，内圈610和外圈620中的至少一者为弹性体材料。

第一多个谷320可沿着接头使用真空钎焊415附接到内圈610。另选地，第一多个谷320可通过熔焊附接到内圈610。第一多个谷320还可以用铆钉、缝钉或其他机械紧固装置附接到内圈610。

同样，第三多个峰510可沿着接头使用真空钎焊415附接到外圈620。另选地，第三多个峰510可通过熔焊附接到外圈620。第三多个峰510也可用铆钉、缝钉或其他机械紧固装置附接到外圈620。

在另一个实施方案中，在已经将内圈610和外圈620分别附接到第一多个谷320和第三多个峰510之后，腹板圈以及内圈610和外圈620可以在弹性体溶液中浸涂，以提供定制量的阻尼并防止腐蚀。

在所示实施方案中，内圈610是被构造成能够安装到毂的平滑内圈。在另选实施方案中，内圈可具有被构造成接合毂的对应几何形状的几何形状。在另一个另选实施方案中，第一多个谷320可通过上述附接方法中的一种直接附接到毂。

在所示实施方案中，外圈620是被构造成接纳胎面橡胶的平滑外圈。在另选实施方案中，外圈可具有被构造成接合胎面橡胶条的对应几何形状的几何形状。在另一个另选实施方案中，第三多个峰510可直接附接到胎面橡胶条。

虽然图9示出了具有内圈610、外圈620以及三个腹板圈300、400和500的腹板结构600，但应当理解，可采用任何数量的这些元件来形成腹板结构。在一些情况下，可能期望构造仅具有一个或两个腹板圈的腹板结构。在其他情况下，可能期望构造具有四个或更多个腹板圈的腹板圈。

还应当理解，虽然本文已描述了用于构建腹板结构600的示例性过程，但这些步骤可以以任何顺序执行。另外，腹板结构可通过使用上述工艺构建多个腹板扇区、然后周向附接那些腹板扇区以形成环形腹板结构来构建。类似地，腹板结构可通过构建多个腹板结构、然后在轴向方向上附连腹板结构来构建。

在构建腹板结构之后，可通过提供胎面橡胶并将胎面橡胶附连到弹簧钢材料的外圈来完成非充气轮胎。图10是示出非充气轮胎700的一个实施方案的侧视图的示意图。在所示实施方案中，非充气轮胎700包括第一腹板圈300、第二腹板圈400和第三腹板圈500、内圈610和外圈(在此视图中不可见)。胎面橡胶710附连到外圈。胎面橡胶可用粘合剂或化学粘结工艺附连。附连可包括施加热或压力。

胎面橡胶可具有形成于其中的胎面元素，诸如顺纹、块状花纹、横纹、沟槽、胎纹沟和其他胎面元素。胎面橡胶还可包括内部结构，诸如剪切带。

就在说明书或权利要求书中使用术语“包括”或“具有”而言，其旨在以类似于术语“包含”在权利要求书中用作过渡词时所理解的方式来具有包容性。此外，就采用术语“或”(例如，A或B)而言，该术语旨在表示“A或B或两者”。当申请人旨在指示“仅A或B但不是两者”时，则将采用术语“仅A或B但不是两者”。因此，本文中术语“或”的使用具有包容性，不具有排他性用途。参见Bryan A.Garner，《现代法律用语词典》第624页(第二版，1995年)(BryanA.Garner,A Dictionary of Modern Legal Usage 624(2d.Ed.1995)。此外，就在说明书和权利要求书中使用术语“在……中”或“到……中”而言，该术语旨在另外表示“在……上”或“到……上”。此外，就在说明书或权利要求书中使用术语“连接”而言，该术语旨在不仅表示“直接连接到”，而且也表示“间接连接到”，诸如通过另外的一个或多个部件进行连接。

虽然本申请已通过其实施方案的描述进行了说明，并且虽然已相当详细地对所述实施方案进行了描述，但申请人并非意图将所附权利要求书的范围约束为这样的细节或以任何方式限制为这样的细节。附加的优点和修改对于本领域的技术人员而言将是显而易见的。因此，在其更广泛的方面，本申请并不限于所示和所述的特定细节、代表性设备和方法，以及示例性示例。因此，可以在不脱离申请人的总体发明构思的实质或范围的情况下偏离此类细节。

Claims (9)

1.一种制造非充气轮胎的方法，所述方法包括：

提供第一细长弹簧钢材料片；

使所述第一细长弹簧钢材料片起皱以在所述第一细长弹簧钢材料片中形成第一多个峰和第一多个谷；

将所述第一细长弹簧钢材料片弯曲成第一环形形状，从而形成第一腹板圈；

热处理所述第一腹板圈并将所述第一腹板圈在油浴中淬火；

提供第二细长弹簧钢材料片；

使所述第二细长弹簧钢材料片起皱以在所述第二细长弹簧钢材料片中形成第二多个峰和第二多个谷；

将所述第二细长弹簧钢材料片弯曲成第二环形形状，从而形成第二腹板圈；

热处理所述第二腹板圈并将所述第二腹板圈在油浴中淬火；

将所述第一细长弹簧钢材料片的所述第一多个峰附连到所述第二细长弹簧钢材料片的所述第二多个谷；

提供弹簧钢材料的内圈；

将所述弹簧钢材料的内圈附连到所述第一细长弹簧钢材料片的所述第一多个谷；

提供弹簧钢材料的外圈；

将所述弹簧钢材料的外圈连接到所述第二细长弹簧钢材料片；

提供胎面橡胶；以及

将所述胎面橡胶附连到所述弹簧钢材料的外圈。

2.根据权利要求1所述的方法，所述方法进一步包括在弹性体溶液中浸涂所述第一腹板圈、所述第二腹板圈、所述弹簧钢材料的内圈和所述弹簧钢材料的外圈。

3.根据权利要求1所述的方法，其中将所述弹簧钢材料的外圈连接到所述第二细长弹簧钢材料片包括将所述弹簧钢材料的外圈直接连接到所述第二细长弹簧钢材料片，并且包括将所述弹簧钢材料的外圈附连到所述第二细长弹簧钢材料片的所述第二多个峰。

4.根据权利要求1所述的方法，其中将所述弹簧钢材料的外圈连接到所述第二细长弹簧钢材料片包括将所述弹簧钢材料的外圈间接地连接到所述第二细长弹簧钢材料片。

5.根据权利要求3所述的方法，所述方法进一步包括：

提供第三细长弹簧钢材料片；

使所述第三细长弹簧钢材料片起皱以在所述第三细长弹簧钢材料片中形成第三多个峰和第三多个谷；

将所述第三细长弹簧钢材料片弯曲成第三环形形状，从而形成第三腹板圈；

热处理所述第三腹板圈并将所述第三腹板圈在油浴中淬火；以及

将所述第二细长弹簧钢材料片的所述第二多个峰附连到所述第三细长弹簧钢材料片的所述第三多个谷。

6.根据权利要求1所述的方法，其中提供所述第一细长弹簧钢材料片和提供所述第二细长弹簧钢材料片包括提供单个细长弹簧钢材料片以及将所述单个细长弹簧钢材料片切割成所述第一细长弹簧钢材料片和所述第二细长弹簧钢材料片。

7.根据权利要求6所述的方法，其中所述单个细长弹簧钢材料片的所述切割在所述第一细长弹簧钢材料片的所述起皱之后执行。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述将所述第一细长弹簧钢材料片的所述第一多个峰附连到所述第二细长弹簧钢材料片的所述第二多个谷包括将所述第一细长弹簧钢材料片的所述第一多个峰真空钎焊到所述第二细长弹簧钢材料片的所述第二多个谷。

9.根据权利要求1所述的方法，其中所述将所述第一细长弹簧钢材料片的所述第一多个峰附连到所述第二细长弹簧钢材料片的所述第二多个谷包括熔焊所述第一细长弹簧钢材料片的所述第一多个峰和所述第二细长弹簧钢材料片的所述第二多个谷。