CN114633586A - 非充气轮胎 - Google Patents

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CN114633586A CN202111499358.XA CN202111499358A CN114633586A CN 114633586 A CN114633586 A CN 114633586A CN 202111499358 A CN202111499358 A CN 202111499358A CN 114633586 A CN114633586 A CN 114633586A
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D·R·道宁
N·E·延邵
F·A·克米奇克
M·S·斯库里奇
S·A·爱德华兹
戈帕拉 A·K·拜亚塔拉亚纳普拉
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Abstract

本发明公开了一种非充气轮胎和车轮组件，包括：车轮，所述车轮具有第一钢丝圈和第二钢丝圈；非充气轮胎，所述非充气轮胎具有形成胎面带的剪切带和胎面，以及第一侧壁区和第二侧壁区；其中所述第一侧壁区和所述第二侧壁区各自从所述胎面带延伸并且终止到相应的第一胎圈区域和第二胎圈区域中，其中所述第一胎圈区域和第二胎圈区域各自分别安装在所述第一钢丝圈和第二钢丝圈上；其中当安装在所述车轮上时，每个胎圈区域位于所述非充气轮胎的所述胎冠区的轴向外侧，并且其中所述第一侧壁和所述第二侧壁各自具有与所述胎面带的外横向端部不联接的上侧壁区。

Description

非充气轮胎
技术领域
本发明总体上涉及车辆轮胎，并且更具体地讲，涉及非充气轮胎。
背景技术
一个多世纪以来，充气轮胎一直是对于车辆机动性的选择的解决方案。充气轮胎是抗拉结构。充气轮胎具有使充气轮胎今天如此占主导地位的至少四个特性。充气轮胎在承载负荷方面是有效的，因为所有的轮胎结构都涉及承载负荷。充气轮胎也是期望的，因为它们有低接触压力，从而由于车辆负荷分布而在道路上导致较低磨损。充气轮胎也具有低刚度，这确保了在车辆中舒适的乘坐。充气轮胎的主要缺点是它需要压缩流体。常规充气轮胎在充气压力完全丧失后变得无用。
被设计成在无充气压力的情况下进行操作的轮胎可消除与充气轮胎相关联的许多问题和妥协。既不需要压力维护，也不需要压力监测。结构支撑轮胎（诸如实心轮胎或其他弹性体结构）到目前为止还没有提供从常规充气轮胎所需的性能水平。提供类似充气轮胎的性能的结构支撑轮胎解决方案将是渴望的改进。
非充气轮胎通常由其负荷承载效率定义。“底部加载器”是在轮毂下面的结构部分中承载大部分负荷的本质上刚性的结构。“顶部加载器”被设计成使得所有结构都参与承载负荷。因此，顶部加载器比底部加载器具有更高的负荷承载效率，从而允许具有更小质量的设计。
因此，期望一种改进的非充气轮胎，其具有充气轮胎的所有特征而没有需要充气的缺点。
发明内容
本发明在第一方面提供了一种非充气轮胎和车轮组件，包括：车轮，所述车轮具有第一钢丝圈和第二钢丝圈；非充气轮胎，所述非充气轮胎具有形成胎面带的剪切带和胎面，以及第一侧壁区和第二侧壁区；其中所述第一侧壁区和所述第二侧壁区各自从所述胎面带延伸并且终止到相应的第一胎圈区域和第二胎圈区域中，其中所述第一胎圈区域和第二胎圈区域各自分别安装在所述第一钢丝圈和第二钢丝圈上；其中当安装在所述车轮上时，每个胎圈区域位于所述非充气轮胎的所述胎冠区的轴向外侧，并且其中所述第一侧壁和所述第二侧壁各自具有与所述胎面带的所述外横向端部不联接的上侧壁区。
本发明提供以下技术方案：
1. 一种非充气轮胎和车轮组件，包括：
车轮，所述车轮具有第一钢丝圈保持器和第二钢丝圈保持器，
非充气轮胎，所述非充气轮胎具有形成胎面带的剪切带和胎面，以及第一侧壁区和第二侧壁区；
其中所述第一侧壁区和所述第二侧壁区各自从所述胎面带延伸并且终止到相应的第一胎圈区域和第二胎圈区域中，
其中胎体帘布层在所述非充气轮胎的胎冠部分下面延伸并且进入所述第一侧壁区和第二侧壁区，并且具有固定到第一胎圈区域的第一端部和固定到第二胎圈区域的第二端部，
其中所述第一胎圈区域和第二胎圈区域各自安装在所述第一钢丝圈保持器和第二钢丝圈保持器上；并且
其中当每个胎圈区域安装在所述车轮的相应胎圈保持器上时，所述胎体帘布层被张紧。
2. 根据方案1所述的非充气轮胎和轮辋组件，其中所述第一侧壁和第二侧壁各自具有不连接到所述胎面带的外横向端部的上侧壁区。
3. 根据方案1所述的非充气轮胎和轮辋组件，其中当安装在所述车轮上时，每个胎圈向外张紧，但位于所述非充气轮胎的相应肩部的轴向内侧。
4. 根据方案1所述的非充气轮胎和轮辋组件，其中当所述非充气轮胎未安装在所述车轮上并且处于卸载状况时，在未联接位置处，所述胎体帘布层在所述胎面的胎冠区下面具有第一半径R1并且在所述上侧壁中具有第二半径R2，并且其中R1大于R2。
5. 根据方案1所述的非充气轮胎和轮辋组件，其中当所述非充气轮胎安装在所述车轮上时，所述剪切带在压缩状态中被加载。
6. 根据方案1所述的非充气轮胎和轮辋组件，其中当所述非充气轮胎安装在所述车轮上时，所述剪切带被周向压缩。
7. 根据方案1所述的非充气轮胎和轮辋组件，其中所述第一钢丝圈和第二钢丝圈之间的轴向距离是可轴向调整的。
8. 根据方案1所述的非充气轮胎和轮辋组件，其中每个侧壁具有至少两层增强帘布层。
9. 根据方案1所述的非充气轮胎和轮辋组件，其中所述胎体帘布层的所述第一端部和所述第二端部位于所述轮胎的所述胎冠部分中。
10. 根据方案1所述的非充气轮胎和轮辋组件，其中所述侧壁相对于所述轮辋的水平表面以角度α成角度。
11. 根据方案1所述的非充气轮胎和轮辋组件，其中每个胎圈区域还包括三角胶芯。
12. 根据方案11所述的非充气轮胎和轮辋组件，其中所述三角胶芯是由硬材料形成，所述硬材料具有根据ASTM D5289在1%应变和100℃下测量的范围从14至43MPa的剪切储存模量G'。
13. 根据方案1所述的非充气轮胎和轮辋组件，其中每个胎圈区域还包括第二三角胶芯，其中所述第二三角胶芯由硬材料形成，所述硬材料具有根据ASTM D5289在1%应变和100℃下测量的范围从14至43MPa的剪切储存模量G'。
14. 根据方案1所述的非充气轮胎和轮辋组件，其中所述下侧壁部分具有位于所述三角胶芯的轴向外侧的肋加强件，并且其中所述肋加强件由硬材料形成，所述硬材料具有根据ASTM D5289在1%应变和100℃下测量的范围从14至43MPa的剪切储存模量G'。
15. 根据方案1所述的非充气轮胎和轮辋组件，其中所述下侧壁部分具有胎圈包布，并且其中所述胎圈包布由硬材料形成，所述硬材料具有根据ASTM D5289在1%应变和100℃下测量的范围从14至43MPa的剪切储存模量G'。
附图说明
通过参考下面的描述和附图将更好地理解本发明，其中：
图1是安装在车轮轮辋上的图1的非充气轮胎的横截面图；
图2是非充气轮胎的第二实施例的横截面图；
图3是被示为安装在车轮轮辋上的图2的非充气轮胎的横截面图；以及
图4是本发明的充气轮胎的一半的特写横截面图。
定义
“高宽比”是指轮胎的截面高度与其截面宽度的比率。
“轴向”和“轴向地”是指平行于轮胎的旋转轴线的线或方向。
“胎圈”或“胎圈芯”通常是指包括环形抗拉构件的轮胎的那部分，径向内部胎圈与将轮胎保持到由帘布层帘线包裹并成型的轮辋相关联，具有或没有其他增强元件，如胎圈芯包布、胎跟加强层、三角胶芯或填充物、护趾胶和胎圈包布。
“带束结构”或“增强带束层”是指由平行帘线制成的至少两个环形层或帘布层，机织或非机织，位于胎面下方，未锚定到胎圈，并且具有相对于轮胎的赤道平面在17°至27°范围内的左和右帘线角。
“缓冲层”或“轮胎缓冲层”的意思与带束层或带束结构或增强带束层相同。
“胎体”是指轮胎帘布层材料和其他轮胎部件的层压体，该层压体切割到适合于拼接的长度或已经拼接成圆柱形或环形形状。在胎体被硫化以形成模制轮胎之前，可向胎体中添加附加的部件。
“周向”是指沿与轴向方向垂直的环形胎面表面的周长延伸的线或方向；它也可指从横截面上看，其半径定义胎面的轴向曲率的相邻圆曲线集的方向。
“帘线”是指用于增强帘布层的增强股线之一，包括纤维。
“不可伸展”是指当从固化轮胎中提取的帘线测量时，在10%的断裂负荷下，帘线具有小于0.2%的断裂相对伸长率。
“赤道平面”是指穿过轮胎中心线、垂直于轮胎旋转轴线的平面。
“子午线平面”是指平行于轮胎旋转轴线并且从所述轴线径向向外延伸的平面。
“帘布层”是指弹性体涂覆、径向布置或以其他方式平行的帘线的帘线增强层。
“径向”和“径向地”是指径向朝向或远离轮胎旋转轴线的方向。
“子午线帘布层结构”是指一个或多个胎体帘布层或其中至少一个帘布层具有相对于轮胎的赤道平面以65°和90°之间的角度取向的增强帘线。
“子午线帘布层轮胎”是指带束或周向限制的充气轮胎，其中从胎圈延伸到胎圈的帘布层帘线相对于轮胎的赤道平面以65°至90°之间的帘线角放置。
“侧壁”是指位于胎面和胎圈之间的轮胎的一部分。
“层压结构”是指由一层或多层轮胎或弹性体部件制成的未硫化结构，诸如内衬、侧壁和可选的帘布层。
具体实施方式
如图1-4所示，本发明的非充气轮胎100包括径向外部地面接合胎面200，根据需要其可以是常规胎面，并且根据需要可包括诸如肋、块、凸块、沟槽和细缝的元件以改善轮胎在各种条件下的性能。
在剪切带300的第一实施例中，剪切带包括至少两个平行布置的不可伸展增强层310、320并且由弹性体剪切基体315分隔开。每个增强层310、320可由嵌入薄弹性体涂层中的平行增强帘线形成。增强帘线优选是不可伸展的，并且可由钢、芳纶、尼龙、聚酯或其他不可伸展结构制成。在第一增强弹性体层310中，增强帘线相对于轮胎赤道平面以0至约+/-50度范围内、并且更优选地在0至+/-10度范围内的角度取向。在第二增强弹性体层320中，增强帘线相对于轮胎赤道平面以0至约+/-50度范围内、更优选地0至+/-10度的角度取向。优选地，第一层的增强帘线的角度在第二层中的增强帘线的角度的相反方向上。如图所示，剪切带300还可选地包括尽可能多的附加增强层330-360以实现期望的刚度。另外优选的是，径向最外增强层350、360具有外横向端部351、361，其与径向内部增强层310-340相比具有减小的轴向宽度。
剪切基体层315位于第一增强层310和第二增强层320之间，并且由具有在0.5至10MPa范围内、并且更优选在4至8MPa范围内的剪切模量Gm的弹性体材料形成。橡胶层315的厚度可具有约0.10英寸到约0.2英寸范围内、更优选约0.15英寸的径向厚度。如果利用附加的增强层330-360，则增强层也可选地由剪切层315分隔开。带束层组件与剪切层一起形成剪切带。剪切带与胎面一起形成外环形胎面带。
如图1所示，本发明的非充气轮胎100还包括从胎面向内延伸到车轮50的两个轴向间隔开的侧壁部分400。胎面带的中心部分在胎面带的总轴向宽度的80-90%范围内，而横向端部是剩余的余量。胎面带的轴向外端部与胎体不联接。
每个侧壁的径向最内端部410优选地包括固定到车轮的环形胎圈420。非充气轮胎100还包括从第一胎圈420延伸到第二胎圈422的第一帘布层500。优选地，帘布层500包括增强橡胶或帘布层，其由为尼龙、聚酯、芳纶的平行增强帘线形成或者由尼龙、聚酯或芳纶的合并帘线形成。优选地，增强件沿径向方向取向。帘布层从胎面径向向内延伸，并且然后围绕第一胎圈420缠绕，并且具有第一端部510，该第一端部优选地终止于剪切带300下面，从而形成包络帘布层。帘布层的第二端部520同样从胎面向下延伸，围绕相对胎圈420缠绕，并且然后优选地终止在剪切带下面，从而形成包络帘布层。因此，每个侧壁优选具有两个有效帘布层。替代地，第一端部510和第二端部520可围绕胎圈包绕，并且在三角胶芯430的尖端432的径向外侧终止。
每个三角胶芯430优选地是三角形形状，并且具有从第一端部431到尖端432测量的径向高度。外尖端432的径向高度优选地在侧壁径向高度的¼至3/4范围内、并且更优选地在侧壁径向高度的1/3至2/3范围内。被定义为侧壁的下半部的每个下侧壁区优选地相对于侧壁的上半部的刚度为更硬的。下侧壁的刚度可通过硬的三角胶芯或在下侧壁区中的附加硬材料诸如胎圈包布或轮辋凸缘保护器来增加。附加的硬材料可位于下侧壁的轴向外部部分上，诸如轮辋凸缘保护器或胎圈包布，或者位于轴向内部部分上，诸如辅助三角胶芯。
刚度（即抗弯曲性）可由动态模量G'表征，该动态模量有时被称为“剪切储存模量”或“动态模量”，可参考James E.Mark等人编辑的《橡胶科学与技术》，第二版，1994年，加利福尼亚州圣地亚哥，学术出版社，第249-254页。剪切储存模量（G'）值指示橡胶化合物刚度，其可以与轮胎性能有关。100℃下的tanδ值被认为是指示迟滞或热损失。
在第一实施例中，第一三角胶芯430包括硬橡胶组合物，该硬橡胶组合物具有根据ASTM D5289在1%应变和100℃下测量的剪切储存模量G'，范围从14到43MPa。在更优选的实施方案中，第一三角胶芯430包括橡胶组合物，该橡胶组合物具有根据ASTM D5289在1%应变和100℃下测量的剪切储存模量G'，范围从23到43MPa。
加强的下侧壁确保了帘布层在安装到车轮上后以及也在使用期间处于张紧。当帘布层和轮胎的侧壁处于松弛状态时，帘布层线弯曲以使得胎圈位于轮胎的肩部的轴向内侧。当胎圈加载到轮辋上时，曲线被拉直并且轮胎的胎圈或下侧壁轴向向外移动，同时仍然优选地保持在轮胎肩部的轴向宽度内，使得帘布层充当弹簧。
图2示出了安装在车轮上的本发明的非充气轮胎的第二实施例2000。通过设计，模制帘布层长度长于模制胎圈与剪切带之间的最小距离。在这种设计2000中，这是通过在第二三角胶芯2400的顶部2450处的增加的半径R2来实现的。在这种设计中，胎面下面的半径R1远大于第二三角胶芯的顶部处的半径R2。这种设计提供了一种机制，当剪切带变形进入和离开印迹时，其使得帘线保持处于张紧。第二三角胶芯2400充当弹簧并且提供刚度以使侧壁张紧。剪切带被加载以使其被周向压缩。帘布层几何构造的这种组合将通过轮辋宽度和垂直变形的大小相关范围而均匀地在其宽度上加载剪切带。在第二实施方案中，第一和/或第二三角胶芯各自包括硬橡胶组合物，其具有根据ASTM D5289在1%应变和100℃下测量的剪切储存模量G'，范围从14至43MPa，并且更优选地范围从23至43MPa。
图3示出了安装在车轮上的轮胎，其中帘布层在侧壁中张紧。如图所示，胎圈安置到L形凹槽900中。为了预张紧帘布层，轮辋表面1000的胎圈保持器轴向向外移位，直到达到期望的预张紧。帘布层帘线的张紧确保轮胎是100%的顶部加载器。与缺气保用轮胎相比，其中加强侧壁构件承载负荷，因为缺气保用轮胎用作底部加载器。
如图3所示，在轮胎侧壁预张紧后，剪切带层保持水平，这是因为帘布层线的几何形状被设计成在剪切带的全宽度上均匀地分配压缩剪切带载荷。帘布层线的变形形状介于模制形状和完全接合形状之间。完全接合形状被定义为R1和R3被最小化为0（接近线性间断），其中R2接近无穷大（线性）图2。最大轮辋轴向位置将保持在或低于这个完全接合帘布层几何形状。
每个侧壁的刚度，并且更优选地，侧壁的下半部，有助于非充气轮胎的顶部加载。每个侧壁的下半部优选地是硬的，并且可由于硬的三角胶芯和/或位于轴向外部部分上的硬材料块（诸如胎圈包布或轮辋凸缘保护器）而被加强。轮胎的侧壁通过轴向地扩展车轮轮辋来预张紧。在第三实施例中，位于三角胶芯的轴向外侧的胎圈包布或轮辋凸缘保护器包括硬橡胶组合物，其具有根据ASTM D5289在1%应变和100℃下测量的剪切储存模量G'，范围从14至43MPa，并且更优选地范围从23至43MPa。
图4示出了替代实施例，其示出具有较小曲率的替代帘布层线。替代实施例还可具有3维的交替模制孔用于减小重量。这会给出辐条的外观。
根据本文提供的对本发明的描述，本发明的变型是可能的。虽然为了说明本发明的目的已经示出了某些代表性的实施例和细节，但对于本领域的技术人员来说，显而易见的是，在不脱离本发明的范围的情况下，可在其中进行各种改变和修改。因此，应当理解，可在所描述的特定实施例中做出改变，这些改变将在由所附权利要求限定的本发明的全部预期范围内。

Claims (10)

1.一种非充气轮胎和车轮组件，包括：
车轮，所述车轮具有第一钢丝圈保持器和第二钢丝圈保持器，
非充气轮胎，所述非充气轮胎具有形成胎面带的剪切带和胎面，以及第一侧壁区和第二侧壁区；
其中所述第一侧壁区和所述第二侧壁区各自从所述胎面带延伸并且终止到相应的第一胎圈区域和第二胎圈区域中，
其中胎体帘布层在所述非充气轮胎的胎冠部分下面延伸并且进入所述第一侧壁区和第二侧壁区，并且具有固定到第一胎圈区域的第一端部和固定到第二胎圈区域的第二端部，
其中所述第一胎圈区域和第二胎圈区域各自安装在所述第一钢丝圈保持器和第二钢丝圈保持器上；并且
其中当每个胎圈区域安装在所述车轮的相应胎圈保持器上时，所述胎体帘布层被张紧。
2.根据权利要求1所述的非充气轮胎和轮辋组件，其中所述第一侧壁和第二侧壁各自具有不连接到所述胎面带的外横向端部的上侧壁区。
3.根据权利要求1所述的非充气轮胎和轮辋组件，其中当安装在所述车轮上时，每个胎圈向外张紧，但位于所述非充气轮胎的相应肩部的轴向内侧。
4.根据权利要求1所述的非充气轮胎和轮辋组件，其中当所述非充气轮胎未安装在所述车轮上并且处于卸载状况时，在未联接位置处，所述胎体帘布层在所述胎面的胎冠区下面具有第一半径R1并且在所述上侧壁中具有第二半径R2，并且其中R1大于R2。
5.根据权利要求1所述的非充气轮胎和轮辋组件，其中当所述非充气轮胎安装在所述车轮上时，所述剪切带在压缩状态中被加载。
6.根据权利要求1所述的非充气轮胎和轮辋组件，其中当所述非充气轮胎安装在所述车轮上时，所述剪切带被周向压缩。
7.根据权利要求1所述的非充气轮胎和轮辋组件，其中所述第一钢丝圈和第二钢丝圈之间的轴向距离是可轴向调整的。
8.根据权利要求1所述的非充气轮胎和轮辋组件，其中每个侧壁具有至少两层增强帘布层。
9.根据权利要求1所述的非充气轮胎和轮辋组件，其中所述胎体帘布层的所述第一端部和所述第二端部位于所述轮胎的所述胎冠部分中。
10.根据权利要求1所述的非充气轮胎和轮辋组件，其中所述侧壁相对于所述轮辋的水平表面以角度α成角度。
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