CN1454796A

CN1454796A - 柔性非充气轮胎

Info

Publication number: CN1454796A
Application number: CN03124106A
Authority: CN
Inventors: A·德尔菲诺; H·辛克; D·劳伦特
Original assignee: Conception et Developpement Michelin SA
Current assignee: Michelin Recherche et Technique SA Switzerland
Priority date: 2002-04-29
Filing date: 2003-04-29
Publication date: 2003-11-12
Also published as: RU2297334C2; US20030226630A1; EP1359028A1; US6994135B2; EP1359028B1; JP2003320808A; KR20030085494A; BR0301038A; FR2839015A1

Abstract

本发明涉及一种轮胎1，具有支撑元件2，该支撑元件2由用柔性连接4插入的相互连接结构3连接在一起，保证了轮胎良好地运行。

Description

柔性非充气轮胎

技术领域：

本发明涉及一种安装在车轮上的，无充气压力下能够承受载荷的轮胎，称为非充气轮胎。

背景技术：

专利申请WO 00/37269涉及这样一种弹性非充气轮胎，它描述了一个支承载荷的结构，其大体上具有一组在该轮胎所有环面周围基本上径向、环向对称布置的支撑元件。当专利申请WO 00/37269所描述的非充气轮胎承受载荷时，一定数量的与地面接触的支撑元件承受主要弯曲，使其能够产生一个支撑该载荷的力。一个相互连接结构使这些支撑元件一起工作，将应力传到相邻的支撑元件上。这种轮胎支撑一定载荷的能力来自这些弹性非充气轮胎接触区域中的支撑元件的弯曲应力，它还借助相互连接结构，来自这些弹性非充气轮胎接触区域外的支撑元件抗弯应力。

最后，根据上述专利申请WO 00/37269的教义可以记起，在与地面的接触区域中，在相邻的支撑元件之间的弯曲状态(径向的)存在差别。还已知每个支撑元件能够承受扭矩，并且在进入接触区域之前受到一定的扩散力。当轮胎在正常状态下行驶时，这些支撑元件进入该接触区域受到些阻力，这导致逐渐的扩散。然后当这些支撑元件横过该接触区域时，其回到一个径向位置，并且当出现在接触区域时，相对于经过该轮胎旋转轴线线的垂直平面，其承受第一扩散的大致对称的扩散。

对于相互连接结构，当能够将某支撑元件上的应力部分地传递到相邻的支撑元件上时，已知足够的弯曲允许这些支撑元件不仅在径向而且在环向上可以彼此移动。在径向上这些支撑元件移动的差别对应于其弯曲应力的差别。在环向上这些支撑元件移动的差别对应于相互连接结构上的环向应力差别，表现为扩散。

尽管提出的弹性非充气轮胎很好地证明能够在正常工作中承受大载荷，本发明的目的在于改善该承载结构，由此使其耐久性得到明显的改善，同时保持其支撑很大载荷的能力。

发明内容：

本发明提供了一种轮胎，其具有一个沿一根旋转轴线线环向延伸的柔性承载结构，并具有在该承载结构径向外围的胎面，以及至少一个在该旋转轴线径向边上的固定区域，用于将该承载结构固定在一个轮盘上，该承载结构具有：

1.一组基本上横向延伸的支撑元件，其第一部分至少朝向该胎面，其另一部分布置在该胎面的下面，所述支撑元件在环向上并列，并沿环向恰当地分布，

2.一个相互连接结构，其在这些支撑元件之间提供环向相互连接，其中该轮胎具有一组柔性连接，每一柔性连接至少部分地布置在该相互连接结构和各支撑元件的第一部分之间。

优选地，该相互连接结构径向设置在这些支撑元件和胎面之间。这些支撑元件最好是连续的，从一个轮缘的固定点到另一个轮缘的固定点，经过相对的胎面。更优选地，该相互连接结构是环向连续的，并且方便地被加强，比如下面将描述的用诸如缆索、钢丝或条带加强。

本发明的目的在于提供一种彼此独立的柔性连接，它们在环向上彼此分离，各柔性连接一方面与一个支撑元件构成整体，另一方面与该相互连接结构构成整体，一传递支撑元件和向互连接结构之间的力。本发明提出的轮胎的有利的运行使其能够获得承载结构的非常好的整体运行，同时适合于消除组成部件的相互影响，这是优越的耐久性与优越的操作性能相结合的保证。

附图说明：

下面将结合附图详细说明本发明，其中：·图1是该非充气轮胎的局部透视图，其中切掉一部分以显示出其内部元件；·图2是图1中字母A所标示区域的放大图；

图3是通过一垂直于轴线并通过图1中轨迹线B的平面的剖视图；

图4至6描述了当柔性连接经过接触区域时的变形；

图7显示了柔性连接的一个变化的实施例。

具体实施方式：

图1描述了一个实施例，其中该轮胎的形状确定了卵形截面的内腔。该非充气轮胎1具有两个轴向分离的固定区域11，两个侧壁12和一个胎面13，该胎面13具有一组平行的凸棱。然而这种外观只是为了描述的目的，并非限制性的。侧壁12围成圆形并占据该轮胎1径向高度的绝大部分。该承载结构具有支撑元件2。支撑元件2在环向上相邻，每一支撑元件2基本上在径向上从一个固定区域11延伸到另一个。如图2所示，支撑元件2具有一叠复合材料薄片21，其是柔性的，并叠加有一层插在薄片21之间的弹性体22。这些薄片束由此彼此粘成一根梁，其能够柔性受力。然而这种层状结构的特点并不是限制性的。

该承载结构还在支撑元件2之间具有一个相互连接结构3，其最好径向布置在胎面与支撑元件2之间。该相互连接结构3能够在一组支撑元件之间环向分配径向应力，同时允许在一组支撑元件之间存在位移差。最后，该相互连接结构3优选包括大致环向排列的加强件，例如嵌在一弹性基体31中的单纤维加强件，围绕相对胎面的所有支撑元件2的一些点绕缠绕，该胎面优选用橡胶制造。多圈单纤维加强件30在这种特殊情况下径向布置在一层弹性材料层32的上面。该单纤维加强件30基本上环向缠绕，就是说在相对于垂直该轴的平面成接近0°的夹角。可以说该单纤维加强件30根据所需的圈数缠绕，这相当于所需数量的单纤维环。注意到，在一个单纤维加强件30的变换中，可以应用大量的设置在常规充气轮胎胎面中通常用作零度加强件的缆索。还可以用具有诸如加强复合材料的薄片或条带型式的加强件，而不是单纤维加强件。在这种情况下，该薄片或条带根据所需圈数缠绕，或以所需数量的环的形式使用。

为了进一步描述这些支撑元件和加强结构的构造，读者可以参阅前述专利申请WO00/37269，在此参考其中的说明。

可以简单地回忆，该薄片21和单纤维加强件30的复合材料具有嵌在树脂中的加强纤维。最好使用热硬化树脂基体，但适合给该热塑树脂施加较小的应力。该纤维最好设置每个薄片和单纤维加强件的纵向大部分上。例如可以使用玻璃纤维。当然许多其他纤维也可以使用，例如碳纤维，也可以使用不同特性纤维的混合体。

特别地，可以使用例如专利申请EP 1 167 080中所描述的单纤维加强件。本申请提出了拉长复合元件，其相对其截面非常长，具有大致对称布置的工艺纤维，所述纤维具有很长的长度，该纤维被浸入具有至少2.3Gpa初始拉伸模量的热硬树脂中，其中所述纤维基本上相互平行，该纤维含量处于该拉长复合元件总质量的30％至80％之间，该拉长复合元件的密度小于2.2，该拉长复合元件在弯曲方面具有在压缩上大于在拉伸上的断裂应力，所述拉长复合元件具有至少等于2％的压缩弹性变形，例如，所述的基本对称工艺纤维是玻璃纤维。

可以看到，支撑元件2和相互连接结构3由柔性连接4连接。每个支撑元件2被一个柔性连接4径向跨过，它在支撑元件2和相互连接结构3之间提供了机械连接，力从其中一个经过柔性连接4向另一个传递。在本发明的一个优选实施例中，所述支撑元件2在该胎面对面和下面直到固定区域11轴线连续。可以看到每个支撑元件2具有一个基本对应该相互连接结构宽度的中间部分25。由此在本发明的所述的非限制性的实施例中，所述第一部分(每个支撑元件的)设置在至少该胎面的相对部分上。该相互连接结构3基本占据该胎面13的整个宽度。每一柔性连接4使得支撑元件2的中间部分25与该相互连接结构3能够连接在一起。还可以看到，每个支撑元件2在轮胎的两边具有延伸进侧壁12并连接固定区域11的横向部分26。由此在本发明的所述的非限制性的实施例中，所述的其它部分(每个支撑元件的)设置在该胎面下面，当轮胎承受重量时这些支撑元件产生弯曲变形。

本发明的柔性连接4可以用在非充气轮胎的很多其它的实施例中，该非充气轮胎中的承载结构具有支撑元件，其在载荷下的变形提供了承载能力的主要部分，如果不是全部，以及具有支撑元件之间的相互连接结构。

回到图2所示出的轮胎部分，在图2的放大显示部分中，可以看到三个设置在支撑元件2和相互连接结构3之间的柔性连接4。每一柔性连接4具有一个与一个支撑元件2构成整体的底部42，和一个与相互连接结构3构成整体的顶部43。在底部42与顶部43之间，每一柔性连接4具有自由的横向面41，即不与充气轮胎1的其它部分接触的横向面41。因此，没有元件在轮胎工作中阻碍所述横向面41形状的改变(见下面的轮胎工作说明)。

每一柔性连接4优选由弹性材料制造，最好使用低滞变弹性材料。例如注意到，使用轮胎的可硫化橡胶混合物用于轮胎侧壁会有好的结果。这样的混合物有足够低的滞变和有效地承载，能够保证该柔性连接在这些支撑元件和相互连接结构之间发挥正确的传递力的作用，同时承受主要的、重复的变形。另一具有良好效果的材料是聚亚胺酯。

在图3中可以看到，每个支撑元件2在环向上宽度是“L”，在径向上高度是“H”。可以看到在两个相邻拱形之间的环形距离是长度“l”。对于该柔性连接4，其具有径向高度“h”和环向宽度“s”。在本发明的这个实施例中已经知道，每一柔性连接4基本上在该胎面13的整个宽度“W”上是连续的(见图1)。还可以看到每一柔性连接4大致具有凹入的横向面41，使得在所述连接4的径向厚度中间的柔性连接4的宽度(用“lc”表示)，稍小于底部42的宽度。因此在每一柔性连接的径向厚度上，具有一个在该顶部和基部之间的中间位置，其中，该柔性连接的宽度严格小于该连接在顶部或底部区域的最大宽度，优选小于该宽度L的90％，在该例中，在支撑元件2和底部42的连接处被测量。

以示例的方式，下面提供了一些尺寸值参考点，它们被证明该结构允许该弹性非充气轮胎良好地运行：

柔性连接4的最大宽度基本等于支撑元件2的宽度L；

柔性连接4的轴向长度基本等于胎面13的宽度“W”；

柔性连接4的高度小于支撑元件2的高度H；

柔性连接4的高度大于支撑元件2的高度H的一半；

柔性连接4中央的宽度l_c接近该柔性连接4的宽度L的80％。

在图7中，可以看到横向并列的多个部分4^I、4^II、4^III、4^IV、4^V，同时在这些部分之间留有小的间隔。部分4^I、4^II、4^III、4^IV、4^V的长度和小于该相互连接结构3的宽度“W”。部分4^I、4^II、4^III、4^IV、4^V合在一起构成了将支撑元件2连接到相互连接结构3的柔性连接的一个变型。另一种可能的变型是，当平面部分被沿轴线移动时，通过垂直于轴线的平面的连接部分是可以变化的。如果该连接在横向上连续，或由多个部分4^I、4^II、4^III、4^IV、4^V构成，其应用效果同样很好。

当然，支撑元件2的宽度“L”特别实现了均匀性的考虑(越多，轮胎均匀性越高)和便于制造(越多，轮胎轴的抗扭刚度越低)，进一步以示例的方式给出一些参考点：

支撑元件2的高度H与其宽度L是同一个量级；

对于500公斤级的额定载荷，换句话说，对于500公斤载荷的每一范围内弹性非充气轮胎的尺寸，支撑元件2的宽度一般可以在5mm和15mm之间变化；

在图3所示部分测量的两个相邻支撑元件之间的间隔，一般在4mm和8mm之间相应地变化。

回到图1可看到的固定区域11，此处，名称“固定区域”用于表示与一个刚性机械部分配合的轮胎部分，该刚性机械部分与轮毂构成一个整体。优选地，该固定区域嵌入所述机械部分。在这种情况下，对于固定区域和该轮胎与轮辋连接的其它详细描述，例如涉及可能使用单独的整块固定区域，以及改变支撑在该刚性机械部分的轮胎径向内表面的宽度的优点，读者可以参考前述专利申请WO00/37269。应该强调，尤其是，在上述专利申请的说明中，该固定区域可以是单独的、整块的，该轮胎的径向部分被封闭，在任何情况下选择一个或其它设置不是本发明特定的。例如，至于所涉及的诸如该轴向分离的固定区域11的安装，在专利申请WO00/37269的图8和9中可以看见一种非常窄的轮辋，其由两个内金属箍380和381以及形成一个外金属箍的一个插入件321构成，它能够夹住每个固定区域，以实现该承载结构的径向内部分的嵌入。

现在详细描述该非充气轮胎在承载行驶中的运行。

首先回忆本发明示出的轮胎具有大致径向布置的层压元件。在已知常规径向轮胎的运行状态中，注意到层压元件进入接触区域，其附加有弯曲和扭转应力，变成“扩散”。该”扩散”指的是通常在侧壁中径向排列的加强件(常规轮胎的胎体芯线，此处所述轮胎实施例的支撑元件)偏离径向排列方向，该最大偏移发生在该加强件进入和离开与地面接触的区域。可以注意到由于这些支撑元件容纳相应变形，而不是径向平面中的简单弯曲的能力，所以这个扩散是可能的。

通过变形，该承载结构允许由于与地面接触该区域变平，使得充气轮胎行驶后承载轮胎在地面上留下的印记具有确定的表面。

回忆最靠近旋转轴线的该承载结构的径向内部分在载荷下形成变形的主要部分，并提供轮胎的舒适性。因此，该固定区域优选位于相应于该轮胎横线边界之间的轴向距离的最大50％的部分。所述柔性承载结构的径向内部分由此悬垂在该固定区域以外。一种有益的设计是，如实施例中，在该固定区域之外的支撑元件大致在平行于该转轴的方向上排列。最后可以注意到，所描述的轮胎是对称的，该固定区域基本在轮胎轴向边界之间对中，这不是限定它。当然可以采用不对称结构，特别是该固定区域的位置。

图4至图6描述了在额定载荷下工作的相应于该接触区域的弹性轮胎的部分，并显示了由支撑元件2和相互连接结构3变形导致的柔相连接4的变形。根据该轮胎的旋转方向，进入该接触区域的柔性连接的变形(图4)可通过柔性连接4A观察到。通过观察柔性连接4B，还可以看到在接触区域中间该柔相连接的变形(图5)，支撑元件2的径向弯曲变形最大。最后，可以看到离开该接触区域的柔性连接4C的变形(图6)，它与柔性连接4A对称。

可以看到，支撑元件2不仅弯曲，而且相对该相互连接结构3的平均排列方向倾斜。该柔性连接4构成了支撑元件2和相互连接结构3的连接，它允许传递机械的工作应力，同时允许足够的位移，特别是这些支撑元件的扭曲，以提供具有很大耐久性的整个承载结构。支撑元件2由此用一种连接件与相互连接结构3连接，更象通过柔性橡胶连接件连接一个悬臂部件到车身上那样。

驱动力矩、制动力矩、弧形或转向角的存在必然导致在上述变形上叠加其他变形。

应该强调，尽管前面描述了该承载结构，不排除该轮胎可以具有一个外观均匀的外层120，如图1中右手部分所见。该外层120从外面覆盖整个支撑元件2。在支撑元件2之间还可以具有一种材料，其部分或完全填充两相邻支撑元件2之间的间隔。这个外层的另一个优点是密封，提供了由该承载结构确定的内腔，防止该内腔被石头、水或泥浆穿透而污染，从而可能影响该轮胎的运行甚至损坏。然而，这样一个外层不是设计用来在这些支撑元件之间或在这些支撑元件和相互连接结构之间传递力的。

还应该强调，因为该轮胎没有在侧壁上覆盖支撑元件2的外层，所以节省了材料，这也是它的一个优点。也就是说这些支撑元件至少在侧壁上保持外露，最终产品的侧壁具有图1左手部分的外观。图1的这个部分因此表现为侧壁的真实外观，并不只是一个去掉部分。类似地，该胎面可以与该内腔联系，就是说不再气密。

在另一种设计的变型中(未画出)，该相互连接结构至少部分地安装在这些支撑元件的径向里边，插入该柔性连接，并且一个磨损部分(该胎面)不论是否环向连续都能够设置在支撑元件2的径向外边。

该轮胎的结构能够制造用于构成没有充气压力而运行的轮胎(非充气轮胎)。可以注意到，这是非常重要的说明，在该轮胎上没有保持一个确定压力的装置。保持该轮胎气密(存在一个外层120和没有孔的胎面)或者提供一个内管当然是可行的。该特性，特别是挠性，可以通过调节该内腔压力“P”的特定水平而调节。按照充气轮胎类推，在此所说的本发明非充气轮胎的压力“P”与该轮胎设计充气的额定压力P比较，压力变化ΔP，根据其目的，常规充气轮胎在压力从P到P+ΔP水平上使用，本发明的轮胎根据其目的在从0(也就是说无压力)到ΔP的“水平”上使用。

总之，并且最重要的是，支撑元件2承受载荷，它们不在彼此完全独立下工作，而是由插入了柔性连接4的相互连接结构3连接在一起，保证了良好地工作，避免了两个相邻的层压部件之间的剧烈剪切，并提供了良好的均匀性，也就是说，任何相对于地面的该轮胎环向位置，其特性是相对坚韧的。

Claims

1.一种非充气轮胎，其具有一个绕一个旋转轴线环形延伸的柔性承载结构，并具有在该承载结构径向外围的胎面，以及至少一个在该旋转轴线径向边上的固定区域，用于将该承载结构固定在一个轮盘上，该承载结构具有：

一组基本上横向延伸的支撑元件，其第一部分至少朝向该胎面，其另一部分布置在该胎面以外，所述支撑元件在环向上并列，并绕环向分布，

一个相互连接结构，其提供了这些支撑元件之间的环向相互连接，其特征在于，该轮胎具有一组柔性连接，每一柔性连接至少部分地布置在该相互连接结构和各支撑元件的第一部分之间。

2.根据权利要求1的轮胎，其特征在于，该相互连接结构径向布置在这些支撑元件和胎面之间。

3.根据权利要求1的轮胎，其特征在于，每一柔性连接是弹性材料。

4.根据权利要求1的轮胎，其特征在于，每一柔性连接用可硫化橡胶混合物制造。

5.根据权利要求1的轮胎，其特征在于，每一柔性连接是聚亚胺酯的。

6.根据权利要求1的轮胎，其特征在于，每一柔性连接具有一组横向并列的部分。

7.根据权利要求1的轮胎，其特征在于，对于额定载荷为500公斤级别的弹性非充气轮胎，这些支撑元件的宽度L在5mm和15mm之间。

8.根据权利要求1至7之一的轮胎，其特征在于，这些支撑元件与该胎面相对并且是轴向连续的。

9.根据权利要求1至8之一的轮胎，其特征在于，这些支撑元件由一叠复合材料薄片组成，每个薄片之间有弹性插入层。

10.根据权利要求1至9之一的轮胎，其特征在于，具有两个轴向分离的固定区域。

11.根据权利要求1至10之一的轮胎，其特征在于，每个支撑元件从一个固定区域到另一个是连续的。

12.根据权利要求9的轮胎，其特征在于，这些薄片由热硬化或热塑性树脂基体构成，由设置在每个薄片纵向大部分上的纤维加强。

13.根据权利要求1至12之一的轮胎，其特征在于，这些支撑元件在侧壁上外露。

14.根据权利要求1至13之一的轮胎，其特征在于，这些支撑元件大致径向设置。

15.根据权利要求1至14之一的轮胎，其特征在于，该相互连接结构是环向上连续的。

16.根据权利要求1至15之一的轮胎，其特征在于，该相互连接结构被加强。

17.根据权利要求16的轮胎，其特征在于，该相互连接结构具有一个大致环向排列的加强件。

18.根据权利要求1至17之一的轮胎，其特征在于，每一柔性连接在胎面的整个宽度“W”上基本上是连续的。

19.根据权利要求1至18之一的轮胎，其特征在于，每一柔性连接具有与一个支撑元件构成整体的一个底部，以及与相互连接结构构成整体的一个顶部，在该底部和顶部之间，每一柔性连接具有自由横向面。

20.根据权利要求19的轮胎，其特征在于，在每一柔性连接的径向厚度上，在该底部和顶部之间具有一个中间位置，在该中间位置，该柔性连接的宽度严格小于所述柔性连接在其底部或顶部区域具有的最大宽度。

21.根据权利要求20的轮胎，其特征在于，每一柔性连接具有大致凹入的横向面，使得在所述连接的径向厚度中间的柔性连接的称为宽度l_c的宽度稍小于该底部的宽度L。

22.根据权利要求20的轮胎，其特征在于，该柔性连接在中间位置的宽度小于该连接的最大宽度L的90％。

23.根据权利要求21的轮胎，其特征在于，该柔性连接在中间位置的宽度l_c接近该连接的宽度L的80％。

24.根据权利要求1至23之一的轮胎，其特征在于，该柔性连接的最大宽度大致等于这些支撑元件的宽度L。

25.根据权利要求1至24之一的轮胎，其特征在于，该柔性连接的高度小于这些支撑元件的高度。

26.根据权利要求1至25之一的轮胎，其特征在于，该柔性连接的高度大于这些支撑元件的高度的一半。