CN115768632A - 具有带有应力集中降低特征部的支撑结构的非充气轮胎 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种非充气轮胎和制造非充气轮胎的方法。该非充气轮胎包括具有第一直径的下环和具有大于第一直径的第二直径的上环。上环与下环基本上同轴。支撑结构在下环和上环之间延伸。支撑结构包括第一面和与第一面相对的第二面、第一轴向边缘和第二轴向边缘。第一轴向边缘和第二轴向边缘将第一面与第二面隔开。第一边缘和第二边缘中的至少一者可具有为支撑结构提供非矩形横截面的几何形状。第一面和第二面中的至少一者可以具有小于25微米的表面粗糙度。支撑结构可以没有正交轴向边缘。

Description

具有带有应力集中降低特征部的支撑结构的非充气轮胎

技术领域

本公开涉及轮胎。更具体地，本公开涉及具有支撑结构的非充气轮胎，该支撑结构具有应力集中降低特征部。

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、腹板或将下环连接到上环的其他支撑结构。

发明内容

在一个实施方案中，非充气轮胎包括具有第一直径的下环和具有大于第一直径的第二直径的上环。上环与下环基本上同轴。多个轮辐在下环与上环之间延伸。多个轮辐中的每个轮辐包括第一面和与第一面相对的第二面、第一轴向边缘和第二轴向边缘。第一轴向边缘和第二轴向边缘将第一面与第二面隔开。第一边缘和第二边缘中的至少一者具有为轮辐提供非矩形横截面的几何形状。

在另一个实施方案中，制造非充气轮胎的方法包括提供具有第一直径的下环，提供具有大于第一直径的第二直径的上环，以及将上环布置成与下环基本上同轴。该方法还包括形成具有非矩形横截面的多个轮辐。多个轮辐中的每个轮辐包括第一面和与第一面相对的第二面、第一轴向边缘和第二轴向边缘。第一轴向边缘和第二轴向边缘将第一面与第二面隔开。第一边缘和第二边缘中的至少一者具有为轮辐提供非矩形横截面的几何形状。该方法还包括使用多个轮辐将下环和下环彼此附接。

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是非充气轮胎的一个实施方案的前视图；

图2是图1的非充气轮胎的放大局部前视图；

图3是沿着3-3的图2的非充气轮胎的视图；

图4是沿着4-4截取的图2的非充气轮胎的轮辐的剖视图；

图5A至图5C是用于非充气轮胎的轮辐的另选的实施方案的剖视图；

图6A和图6B是非充气轮胎的前视图，其示出了另选的轮辐实施方案；并且

图7是利用腹板的非充气轮胎的前视图。

具体实施方式

下文包括本文所采用的所选择的术语的定义。这些定义包括落入术语范围内且可用于实施的部件的各种示例或形式。示例并非旨在进行限制。术语的单数形式和复数形式均可在定义内。

“轴向”和“轴向地”是指平行于轮胎的旋转轴线的方向。

“周向”和“周向地”是指沿胎面的表面的圆周延伸的与轴向方向垂直的方向。

“径向”和“径向地”是指垂直于轮胎旋转轴线的方向。

如本文所用的“胎面”是指在正常充气和正常负载情况下与道路或地面接触的轮胎部分。

虽然用于以下说明的类似术语描述常用轮胎部件，但应当理解，由于这些术语带有略微不同的含义，本领域的普通技术人员不会认为下列术语中的任何一者可与用于描述常用轮胎部件的另一个术语完全地互换。

方向在本文中参考轮胎的旋转轴线来阐明。术语“向上”和“向上地”是指朝向轮胎的胎面的总体方向，而“向下”和“向下地”是指朝向轮胎的旋转轴线的总体方向。因此，当相对的方向性术语诸如“上部”和“下部”或“顶部”和“底部”结合元件使用时，“上部”或“顶部”元件比“下部”或“底部”元件在空间上更靠近胎面。此外，当相对的方向性术语诸如“上方”或“下方”结合元件使用时，如果某一元件位于另一元件的“上方”，则意味着该元件比其他元件更靠近胎面。

术语“向内”和“向内地”是指朝向轮胎的赤道面的总体方向，而“向外”和“向外地”是指远离轮胎的赤道面并且朝向轮胎的侧面的总体方向。因此，当相对的方向性术语诸如“内部”和“外部”结合元件使用时，“内部”元件比“外部”元件在空间上更靠近轮胎的赤道面。

图1和图2是非充气轮胎100的一个实施方案的前视图。非充气轮胎100包括具有第一直径的下环110和具有大于第一直径的第二直径的上环120。上环120与下环110基本上同轴。在例示的实施方案中，下环110示为附接到轮毂130。

周向胎面140围绕上环120设置。胎面140可包括胎面元件，诸如凹槽、肋、块、凸耳、刀槽花纹、螺柱和其它元件。剪切带或其它剪切元件或增强结构(未示出)可设置在上环120与胎面140之间。在另选的实施方案中，可以省略单独的胎面，并且替代地，胎面元件可以直接形成在上环上。

在例示的实施方案中，多个轮辐200在下环110与上环120之间延伸。在该实施方案中，多个轮辐200中的每个轮辐的设计基本上相同。因此，将参考单个轮辐对多个轮辐200进行进一步描述。然而，在另选的实施方案中，多个轮辐可包括具有不同设计的轮辐。

参照图3和图4，轮辐200沿着非充气轮胎100的大致径向方向在第一端205和第二端210之间延伸以限定轮辐长度L。第一端205附接到下环110。第二端210附接到上环120。轮辐端205、210可以如何附接到下环110和上环120的非限制性示例包括粘合、模制或机械紧固件。另选地，轮辐200以及下环110和上环120中的至少一者可以是单个的整体构造体。

在例示的实施方案中，第一端205和第二端210各自分别直接附接到下环110和上环120。在另选的实施方案中，第一端205或第二端210可以分别间接附接到下环110和上环120。例如，第一端205和/或第二端210可通过阻尼器、间隔件或任何期望的结构附接到相应的下环110和外120环。

轮辐200还沿着非充气轮胎100的大致轴向方向在第一边缘215和第二边缘220之间延伸以限定轮辐宽度W。在例示的实施方案中，轮辐宽度W小于下环110和上环120两者的宽度，并且下环110的宽度等于上环120的宽度。在另选的实施方案中，轮辐的宽度可大于、等于或小于下环或上环的宽度。在另一另选的实施方案中，下环的宽度可以大于或小于上环的宽度。

在例示的实施方案中，轮辐宽度W沿着轮辐长度L是恒定的。在另选的实施方案中，轮辐200的宽度W可沿轮辐长度L变化。此类可变宽度可以为轮辐200提供期望的性能特性。例如，从第一端205和第二端210之间的中间点开始，轮辐200可向外成锥形，使得第一端205和第二端210处的轮辐宽度W大于中间点处的轮辐宽度。根据该示例，中间点限定宽度减小部分。该锥形布置在图3中用虚线以虚影示出。中间点的减小宽度可以促进轮辐200在中间点处的弯曲/挠曲，这在某些应用中可以是期望的特性。在另选的实施方案中，宽度减小部分可位于沿轮辐200的长度L的任何期望点处。在另一另选的实施方案中，轮辐200可具有多个减小宽度部分。

轮辐200包括第一面230和第二面235，如图4中最佳可见。在例示的实施方案中，第一面230和第二面235中的每一者都在轴向方向上线性地延伸并且基本上平行于非充气轮胎100的轴向方向延伸。在另选的实施方案中，第一面或第二面可以在轴向方向上以非线性方式延伸。在另一另选的实施方案中，第一面或第二面可以相对于非充气轮胎的轴向方向成角度。

第一边缘215和第二边缘220将第一面230与第二面235隔开。轮辐200沿着非充气轮胎100的周向方向在第一面230和第二面235之间延伸以限定轮辐厚度T。在例示的实施方案中，轮辐厚度T沿着轮辐长度L是恒定的。在一个示例中，轮辐厚度T在0.050英寸和0.062英寸之间。然而，轮辐可以具有任何期望的厚度。

在另选的实施方案中，轮辐200的厚度T可沿轮辐长度L变化。此类可变厚度可以为轮辐200提供期望的性能特性。例如，从第一端205和第二端210之间的中间点开始，轮辐200可向外成锥形，使得第一端205和第二端210处的轮辐厚度T大于中间点处的轮辐厚度。根据该示例，中间点限定厚度减小部分。该锥形布置在图2中的轮辐中的一个轮辐上用虚线以虚影示出。中间点的相对减小的厚度可以促进轮辐200在中间点处的弯曲/挠曲，这在某些应用中可以是期望的特性。在另选的实施方案中，厚度减小部分可位于沿轮辐200的长度L的任何期望点处。在另一另选的实施方案中，轮辐200可具有多个厚度减小部分。

在例示的实施方案中，轮辐200的第一边缘215和第二边缘220具有赋予轮辐200非矩形横截面的几何形状。在这些实施方案的每个实施方案中，边缘可以被描述为锥形的。图4示出了边缘被倒圆的一个示例。换句话说，第一边缘215a和第二边缘220a中的每一者的几何形状是具有半圆形横截面的连续弯曲表面。连续弯曲表面的曲率半径可以是轮辐厚度的一半(即，0.5T)。然而，连续弯曲表面的曲率半径可以是任何期望的值。

具有带正交轴向边缘的矩形横截面的已知轮辐可能对表面缺陷(例如，划痕、磕伤、刻痕)敏感，这些表面缺陷可能生长成可能导致轮辐失效的裂纹。在图4中示出的轮辐200的第一边缘215a和第二边缘220a的连续弯曲表面几何形状消除了正交轴向边缘，并且给轮辐200提供了非矩形横截面。这种布置可以降低轮辐200对此类微小缺陷的敏感性，并且提高轮辐200的疲劳寿命，从而相对于已知轮辐设计提高轮辐200的鲁棒性。

图5A至图5C示出了可采用的可选边缘几何形状。应当理解，这些实施方案仅仅是示例性的，并且可以采用比矩形横截面更复杂的附加几何形状。在图5A所示的实施方案中，第一边缘215b和第二边缘220b的几何形状是具有半椭圆形横截面的连续弯曲表面。在另一个另选的实施方案中，第一边缘215或第二边缘220的几何形状可以是由多个半径限定的连续弯曲表面。在又一另选的实施方案中，第一边缘215或第二边缘220可为具有任何期望横截面的连续弯曲表面。在又一另选的实施方案中，第一边缘215和第二边缘220中仅一者的几何形状可被设置为连续弯曲表面。

如图5B和图5C所示，第一边缘215和第二边缘220的几何形状可包括相应的直线部分255、260，而非连续弯曲表面。在这种情况下，如图5B所示，第一边缘215c和第二边缘220c的几何形状包括在直线部分255、260与面230、235之间的弯曲表面。换句话说，第一边缘215c和第二边缘220c具有圆角。在另一示例中，如图5C中所示，第一边缘215d和第二边缘220d的几何形状包括在直线部分255、260与面230、235之间的直线表面。换句话说，第一边缘215d和第二边缘220d具有倒角。

在前述示例中的每个示例中，第一边缘215和第二边缘220的几何形状消除了已知轮辐设计的正交轴向边缘。不管所采用的具体几何形状如何，提供没有正交轴向边缘的轮辐提高了疲劳寿命并且降低了轮辐对表面缺陷的敏感性，因此改善了轮辐鲁棒性。

第一边缘215或第二边缘220的几何形状可以是前述几何形状中的任何一个几何形状的任何期望组合，包括所描述的连续弯曲表面。第一边缘215和第二边缘220的几何形状可以使用任何期望的制造工艺来形成。可用于形成第一边缘214和第二边缘220的几何形状的制造工艺的非限制性示例包括轧制、喷丸硬化、液压成形、旋压或轧制成形。

根据一个示例，第一边缘215或第二边缘220的几何形状可通过使用激光切割、刮削或任何其他期望的切割工艺初始形成边缘来提供。然后，可随后用轧制工艺、喷丸硬化工艺或者这两者处理切割边缘，以提供具有期望平滑度的圆化边缘。在另选的实施方案中，可用轧制工艺、喷丸硬化工艺或这两者来处理第一边缘或第二边缘，而无需预先形成边缘。

为了进一步提高轮辐200的鲁棒性，轮辐200的面230、235或边缘215、220可以具有特定的表面粗糙度。在一个示例中，轮辐200的平均表面粗糙度小于25微米，优选地小于1.6微米，并且理想地小于0.8微米。当沿着非充气轮胎100的径向方向以及沿着非充气轮胎100的轴向方向测量轮辐200的表面粗糙度时，考虑这些特定粗糙度值。在另一实施方案中，当沿着非充气轮胎100的径向方向而非沿着非充气轮胎100的轴向方向A测量轮辐200的表面粗糙度时，考虑特定粗糙度值。例如，在一个此类实施方案中，该表面可以在轴向方向上相对平滑，并且在径向方向上相对粗糙。在单个方向上使表面平滑可能耗时更少、成本更低。在又一实施方案中，当沿着非充气轮胎100的轴向方向而非沿着非充气轮胎100的径向方向测量轮辐200的表面粗糙度时，考虑特定粗糙度值。

可以使用任何期望的制造工艺赋予轮辐200特定表面粗糙度。可用于赋予特定表面粗糙度的制造工艺的示例包括但不限于喷丸硬化、激光冲击硬化、低塑性抛光、机加工、磨削、抛光或研磨。另选地，可通过各向同性蚀刻工艺或通过化学处理来提供表面粗糙。使用任何前述工艺来为轮辐200提供小于25微米的表面粗糙度消除或至少基本上减少了轮辐上的表面缺陷，这些表面缺陷可能贯穿轮辐延伸并导致轮辐失效。小于25微米的特定表面粗糙度提高了轮辐200的疲劳寿命。因此，提供小于25微米的表面粗糙度可以改善轮辐200的鲁棒性。提供小于1.6微米或小于0.8微米的粗糙度可进一步增强这些益处。

在图1所示一个示例性实施方案中，轮辐200基本上是U形的。在图6A所示另一个示例性实施方案中，轮辐200基本上是V形的。与U形轮辐相比，V形轮辐在下环110和上环120之间具有更明显的点。在图6B所示的再一示例性实施方案中，轮辐200是具有两个或多个弯曲的蛇形。在其他示例性实施方案中，轮辐200可以是任何期望的形状(例如，直线轮辐)。可以选择轮辐200的形状以提供期望的性能特性。

轮辐200可以由任何期望的材料制造。例如，轮辐200可由高强度钢(诸如4140、4340、1080、1075或1095)制成。作为另一个示例，轮辐200可以由增强的聚合物/塑料(诸如用碳纤维、玻璃纤维或聚芳酰胺纤维增强的那些)制造。轮辐200可以由单个材料条制造，或者可以形成为随后固定在一起的多个材料条。轮辐200可设有涂层以增强轮辐的性能特性并提供物理保护、耐腐蚀性或振动阻尼。

虽然图1至图6示出了具有轮辐的非充气轮胎的实施方案，但是应当理解，可以使用其他支撑结构来代替轮辐。例如，图7示出了非充气轮胎100的一个实施方案，该非充气轮胎具有下环110、上环120以及在上环和下环之间延伸的腹板300。除了使用腹板代替轮辐之外，图7的非充气轮胎在其他方面与上文参照图1至图6描述的非充气轮胎100基本上相同。换句话说，腹板300可以具有任何上述边缘几何形状。同样地，腹板300可由上述任何轮辐材料构成。

图7所示的腹板300的几何形状仅仅是示例性的。应该理解的是，腹板可以具有任何几何形状。在其它另选的实施方案(未示出)中，可以采用轮辐或腹板以外的支撑结构。

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 (15)

1.一种非充气轮胎，所述非充气轮胎包括：

下环，所述下环具有第一直径；

上环，所述上环具有大于所述第一直径的第二直径，所述上环与所述下环基本上同轴；

多个轮辐，所述多个轮辐在所述下环和所述上环之间延伸，所述多个轮辐中的每个轮辐包括：

第一面和与所述第一面相对的第二面，以及

第一轴向边缘和第二轴向边缘，所述第一轴向边缘和所述

第二轴向边缘将所述第一面与所述第二面隔开，

其中所述第一边缘和所述第二边缘中的至少一者具有为所述轮辐提供非矩形横截面的几何形状。

2.根据权利要求1所述的非充气轮胎，其中所述几何形状是在所述第一面和所述第二面之间横跨的连续弯曲表面。

3.根据权利要求2所述的非充气轮胎，其中所述连续弯曲表面具有半圆形横截面。

4.根据权利要求2所述的非充气轮胎，其中所述连续弯曲表面具有半椭圆形横截面。

5.根据权利要求1所述的非充气轮胎，其中所述第一边缘和所述第二边缘中的每一者包括直线部分。

6.根据权利要求5所述的非充气轮胎，其中所述几何形状包括在所述边缘的所述直线部分与所述面之间延伸的弯曲表面。

7.根据权利要求5所述的非充气轮胎，其中所述几何形状包括在所述边缘的所述直线部分与所述面之间延伸的直线表面。

8.根据权利要求1所述的非充气轮胎，其中所述第一面和所述第二面中的至少一者具有小于25微米的表面粗糙度。

9.根据权利要求8所述的非充气轮胎，其中在所述轮辐上沿着所述非充气轮胎的径向方向测量小于25微米的所述表面粗糙度。

10.根据权利要求9所述的非充气轮胎，其中在所述轮辐上沿着所述非充气轮胎的轴向方向测量小于25微米的所述表面粗糙度。

11.一种制造非充气轮胎的方法，所述方法包括：

提供下环，所述下环具有第一直径；

提供上环，所述上环具有大于所述第一直径的第二直径；

将所述上环布置成与所述下环基本上同轴；

形成具有非矩形横截面的多个轮辐，所述多个轮辐中的每个轮辐包括：

第一面和与所述第一面相对的第二面，

第一轴向边缘和第二轴向边缘，所述第一轴向边缘和所述

第二轴向边缘将所述第一面与所述第二面隔开，

其中所述第一边缘和所述第二边缘中的至少一者具有为所述轮辐提供所述非矩形横截面的几何形状；以及

使用所述多个轮辐将所述下环和所述下环彼此附接。

12.根据权利要求11所述的方法，其中所述形成具有所述非矩形横截面的所述多个轮辐包括轧制、喷丸硬化、液压成形、旋压或轧制成形中的至少一者。

13.根据权利要求11所述的方法，其中所述形成具有所述非矩形横截面的所述多个轮辐包括形成在所述第一面和所述第二面之间横跨的连续弯曲表面。

14.根据权利要求11所述的方法，其中所述形成具有所述非矩形横截面的所述多个轮辐包括在所述第一边缘和所述第二边缘中的每一者上形成直线部分。

15.根据权利要求11所述的方法，所述方法还包括为所述第一面和所述第二面中的至少一者提供小于25微米的表面粗糙度。

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