CN1958312B - 用于自行车、摩托车等车辆的车轮的自支撑轮胎 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于自行车、摩托车或类似车辆的自支撑轮胎，包括：外层(5)，其建立与地面(8)之间的接触；内部支撑层(6)，由具有多孔结构的柔性聚胺酯弹性体构成，至少部分地占据所述轮胎(1)的内部容积，并支撑所述外层(5)，所述轮胎(1)还包括柔性膜片(9)，其形状大致上与外层(5)相同，并且在径向压缩所述内支撑层(6)。

Description

用于自行车、摩托车等车辆的车轮的自支撑轮胎 

技术领域

本发明涉及一种用于自行车、摩托车等的车轮的自支撑轮胎，其包括一外层，适于建立与地面的接触，一内部支撑层，由聚合物材料构成并适于支撑所述外层。 

背景技术

已知轮胎或者充气轮胎覆盖所有类型的车轮的轮辋区域。 

因此，轮胎是车辆和沥青路面之间的接触点，所述接触精确的说是通过被称为胎面的外表面产生的。 

轮胎的作用在于：保持车辆和地面之间的接触，将施加于车辆的力传递到路面，缓冲与表面之间的撞击，以较低的能量损耗沿地面滚动。 

因此，轮胎必须具备：高静摩擦，可用于保持高牵引力，低滚动摩擦以避免消耗大量的能量，及高弹性，用于缓冲轮胎所安装的车辆。 

最常见并广泛应用的轮胎是充气轮胎。 

其主要由充入压缩空气的管状弹性罩组成，该管状弹性罩由天然或者合成橡胶形成。 

所述充气轮胎利用了其中所充的空气的弹性，并且其滚动性能、快速回弹、高抗冲击缓冲性能、刚性、附着力和其他方面有相当大的优势。 

但是正如大家所知道的，充气轮胎却受制于戳穿，破裂或者放气等因素，上述因素使得它们暂时或者永久无法使用并且上述现象对于驾驶使用这些轮胎的车辆的驾驶者来说是意料之外并且是危险的。 

为了解决上述的缺陷，可以使用实心或者自支撑轮胎，上述轮胎由弹性材料，优选天然橡胶、合成橡胶或者弹性体组成。这种轮胎试图再现充气轮胎的性能并且不需要压缩气体来支撑。 

但是，实心或者自支撑轮胎与充气轮胎相比有劣势。实际上，它们的滚动性能和回弹性能不如通常使用的充气轮胎。 

此外，一些自支撑轮胎存在弹跳和振动现象，上述现象对于如自行车和摩 托车这样的车辆来说是无法接受的。 

由于上述缺点，自支撑轮胎目前几乎仅应用于滚车、手推车及类似车辆中。 

为了改善自支撑轮胎的特性，对其材料和结构进行了若干改变和改进。 

通过适当地选择轮胎填充物及用不同的方法生产轮胎填充物已经获得了一些改进，特别是通过利用闭室泡沫微孔聚氨酯获得了一定的改进，如专利IT1176358中所述，该专利由同一申请人申请。 

所述材料已经提供了对自支撑车轮的滚动性能的改善，并且降低了弹跳现象同时减轻了重量。 

如所知，在车辆使用的自支撑轮胎中，轮胎内部嵌入了一扁平刚性带，其临近轮胎的外表面环绕整个车轮。 

该刚性带确保轮胎的所有局部变形通过负载分配趋向于遍及整个轮胎，这与充气轮胎相似，其中局部变形涉及整个充气轮胎中的所有气体因此遍及整个轮胎。 

这种解决方案在专利US6142203中已经公开。 

但是，这种带不能用于自行车和轻便摩托车轮胎，因为尺寸大并且截面小，这就需要整个轮胎中有一个非常硬的环，从而增大质量及不利于缓冲。 

此外，在轿车等的车轮中，旋转轴线保持在一个基本上始终与地面相平行的位置上。因此，这些轮胎总是沿单个柱状环与地面接触。 

实际上，摩托车的轮胎在任何穿过旋转轴线的截面上有一个大致扁平的胎面。 

而自行车和摩托车车轮的旋转轴并不总是与地面平行：事实上，为了克服在圆形弯道上行驶时的离心力，两轮车向弯道的中心倾斜。因此，自行车和摩托车的轮胎通过这样的一个面与地面进行接触，该面在任意通过旋转轴线的截面上基本上由一个弧形圆周限定。 

因此，如上所述，将一个扁平刚性环绕带应用于自行车或类似的车轮中，会导致轮胎构造中危险的不规则性，其原因是所述刚性带和轮胎表面形状的差异。 

所述不规则导致轮胎产生的作为车轮倾角的函数产生的反作用力的不连续，其在行驶于环形弯道时最为突出，还会在轮胎自身内部产生切削力，从而损坏轮胎。 

虽然提高了自支撑轮胎的物理特性，上述有利的改进无法使其具有充气轮胎的独特特性。 

自支撑轮胎的另一个缺陷在于车轮的外周区域比充气轮胎的重，导致了当车轮转速改变时相当大的且不需要的惯性。 

发明内容

在这种情况下，本发明的目的在于为自行车、摩托车或者类似车辆的车轮提供一种自支撑轮胎，其能够基本上克服上述缺陷。 

在上述技术目标的范围内，本发明的一个重要目的在于提供一种用于自行车、摩托车或者类似车辆的车轮的自支撑轮胎，其滚动特性与充气轮胎相似。 

本发明的另一个重要目的在于，提供一种用于自行车、摩托车或者类似车辆的车轮的自支撑轮胎，其有效的缓冲车辆与不规则地面之间的冲击。 

本发明的另一个重要目的在于，提供一种用于自行车、摩托车或者类似车辆的车轮的自支撑轮胎，其质量较轻。 

上述技术目的和目标通过下述用于自行车、摩托车或者类似车辆的车轮的自支撑轮胎来实现，其包括：外层，适于与地面相接触，内支撑层，包括多孔结构的柔性聚氨酯弹性体，至少部分填充所述轮胎的内部空间，并适于支撑所述外表面；所述轮胎包括个柔性膜片，其形状与所述外层大致相同，并径向压缩所述内部支撑层。 

所述轮胎与充气轮胎的滚动性能和舒适度大致相同，而不会受制于可能的穿孔。 

附图说明

下面将参考附图，在本发明优选实施例的详细内容中更好地解释本发明的进一步特性和优点，其中： 

图1是根据本发明的轮胎的截面图，该截面穿过车轮旋转轴线，所述轮胎安装于车轮上； 

图2是自行车或者类似车辆的车轮在倾斜位置的原理图； 

图3a是传统自支撑轮胎在截面中的操作原理图，该截面垂直于车轮旋转轴线，所述轮胎安装于车轮上； 

图3b是本发明的自支撑轮胎在截面中的操作原理图，该截面垂直于车轮旋转轴线，所述轮胎安装于车轮上；和 

图4是本发明的轮胎的一个细节的变型图； 

参照上述附图，本发明的轮胎作为一个整体由附图标记1表示。 

它安装于自行车、摩托车或者一般而言的两轮车的车轮2的轮辋2a上。 

具体实施方式

根据现有技术，所述轮胎1安装于轮辋2a上，如：使用两个强弹性环3，其由连续的半弹性或者钢丝构成，其将轮胎的上部固定于特定的环4内，该环生成于所述轮辋上，或者通过将轮胎1粘接于轮辋2a，或者使用其他技术。 

所述轮胎1有一个外层5，适于建立于地面之间的接触，和一个内支撑层6，其由弹性聚合物材料构成，该材料至少部分地填充轮胎1的内部容积。 

外层5可以与支撑层6集成为一体。此时，它由聚氨酯或者类似物，或者硫化橡胶构成。 

在优选实施例中，外层5与支撑层6集成为一体，其称为胎面7的中间部分与地面8相接触。 

如已知的那样，当所述车轮2的轴线2b并行于水平轴线8a时，胎面7通过胎面7的中间部分与假定为平坦的地面8相接触。相反，当车轮的轴线2b相对于水平轴线8a存在一个非零的夹角α时，如运行于圆形弯道时，所述胎面7通过胎面7的侧部与地面8相接触，如图2所示。 

而内支撑层6的作用在于支撑轮胎1。在充气轮胎中，该支撑由压缩空气提供。 

所述支撑层6占据了轮胎1内部容积的很大一部分。 

此外，其最好由柔性聚氨酯弹性体组成，该弹性体有闭室泡沫微孔结构，最终结构密度范围是0.2至0.5kg/dm³。 

这种材料有例如意大利公司Sinergit S.r.l.生产的命名为“Reselgitmicrocellulare”的材料。 

所述材料性能理想：事实上，它很好的缓冲了轮胎在使用中受到的冲击，所述的冲击通过绝热压缩微孔中的气体而得到吸收并部分地耗散，还通过热的形式部分耗散。 

这样，上述材料就很大程度的减轻了弹跳和振动。 

此外，不象很多聚合物材料，Reselgit microcellulare很快的将吸收的热量耗散在空气中，并且持久耐用，由于所述聚合物材料并不受制于很多聚合物材 料都存在的老化现象，甚至在使用多年后。 

基于上述优秀特性，Reselgit microcellulare还可以用于生产外层5，特别是当其与支撑层6集成一体时，并且优选使用密度范围在0.5至0.8kg/dm³的Reselgit。 

此外，根据申请人的深入研究，车轮的滚动特性主要取决于两个因素：轮胎的反应性，即其发生形变后回复圆形的速度，和其在沥青路面上的附着力，即胎面7与路面8直接接触的表面面积。 

事实上，众所周知，在形成胎面7的材料量相同的情况下，在车轮滚动中产生的滚动摩擦力与轮胎施加于地面的附着力成正比，该附着力又与轮胎1的刚性成正比。 

但申请人发现，在相同的附着力下，充气轮胎的滚动特性比自支撑轮胎好。 

其原因在于自支撑轮胎比充气轮胎的反应性低，由于它们的构成材料，还由于与充气轮胎不同，沥青路面施加在自支撑轮胎上的力仅作用于轮胎的有限的一部分上。 

这种较低的反应性不允许自支撑轮在变形后胎很快的回复到圆形，其在重量的垂直力作用下发生形变。因此，有着低反应性的轮胎的形状实质上在滚动中更大地偏离圆形，因此滚动性能较低。 

为了提高轮胎的反应性，申请人在构成支撑层6的材料受到预压缩的情况下实现了改进。 

特别是，在使用Reselgit microcellulare的情况下，通过压缩减小10％至20％之间的体积百分比，实现了很高的反应性。 

申请人实际上知道，这种材料与很多泡沫和弹性聚合物材料类似，当形变高时能够快速回弹，而当形变较轻时回弹速度慢。由于预压缩，弹性体即便在发生很小的形变时仍能够在快速回弹的工作范围内。所述弹性体的反应性因此总是保持较高。 

为了获得轮胎1的最佳特性，其有一个柔性膜片9，该柔性膜片具有高抗拉强度，即基本上无法拉伸。 

该柔性膜片9在通过轴线2b的截面中与支撑层6相接触，优选与外层5毗连。 

该柔性膜片9大致上与所述胎面7形状相同，特别是在通过车轮2的轴线 2b的截面中，该柔性膜片9有一个厚度大致为1毫米的弧形外周轮廓，如图1所示，而在垂直于轴线2b的截面上，该活动膜片9的形状为环形，其中心与车轮2的中心相同，如图3b所示。 

所述柔性膜片9优选包括绕在两个或者多个绳索9a上的线织物，该绳索大致上不能拉伸并且连续、位于膜片9的两端，该线织物包绕整个轮胎1。这些线最好由高抗拉强度的材料构成，如芳族聚酰胺纤维或者类似物。 

类似的膜片用于制造自行车及摩托车的某些充气轮胎的主体，其优点在于在所述膜片的延伸面中具有高抗拉强度，同时保持足够的柔性。 

所述膜片9径向压缩内支撑层6达10％-20％的体积百分比。所述压缩通过将所述支撑层6的截面高度减小10％至20％，同时保持其他的尺寸及车轮的周长大致不变即可实现。 

此外，对支撑层6的预压缩决定了轮胎1的刚性，并从而降低了与沥青路面之间的附着力。 

由轮胎1确定的与沥青路面之间的附着力能够通过在穿过轴线2b的截面中位于轮胎1中心的加固元件10进一步提高。 

由于受到竖直载荷的作用，所述加固元件10有高抗弯强度，因此优选主要在垂直于地面8的方向上延伸。 

还可以有其他的结构。在优选解决方案中，所述主体10有一个三角形或者梯形截面，并与所述膜片9集成为一体，如图1所示。 

在这种情况下，元件10可以包括与膜片9所包括相同的线织物。所述解决方案经证实在重量及力的分配上是有益的。 

另一个可选方案是，元件10可以与所述膜片9分开，如图4所示，并且由具备芳族聚酰胺或碳纤维和密聚氨酯或其他树脂的基质的复合纤维材料构成。 

刚性体10的存在在相当大程度上减小了轮胎1在地面8上的附着力。 

刚性部件10的操作原理图如图3a和3b所示，其中对于有所述元件10(图3b)的车轮2的操作和对于没有所述元件10的车轮2的操作进行了对比。 

应当注意到，所述刚性部件10在垂直于轴线2b的面上使轮胎1的大部分发生局部形变。元件10没有减少弹性，因此没有减少对轮胎1的缓冲，轮胎1可以根据图3b所示发生形变。 

此外，加固元件10没有减小轮胎1在胎面7的非中心部分(即，当转弯时胎面与地面相接触的部分)附近的附着力。 

事实上，当轮胎1受到重力的垂直作用，并且相于对水平轴线8a倾斜α角时，刚性部件10的作用就更有限。 

最后，由于其刚性提高了，该刚性部件10在很大程度上提高了轮胎1在垂直于轴线2b的面上的载荷分配。 

本发明有显著的优势。 

事实上，轮胎1的滚动性能和舒适度与充气轮胎大致相同，而不会受制于可能出现的穿孔。 

进一步的优点在于，重量变轻。事实上，构成了大多数轮胎的Reselgitmicrocellulare具在0.2至0.8kg/dm³之间的比重。 

Claims (8)

1.一种用于自行车、摩托车的自支撑轮胎(1)，所述轮胎不需要压缩气体来支撑，所述自支撑轮胎包括：

外层(5)，适于建立与地面(8)之间的接触；

由具有多孔结构的柔性聚氨酯弹性体构成的内支撑层(6)，至少部分地占据所述轮胎(1)的内部容积，并适于支撑所述外层(5)；

所述轮胎(1)包括：

柔性膜片(9)，此柔性膜片形状大致上与所述外层(5)相同，并且在径向上压缩所述内支撑层(6)；

加固元件(10)，其包括在所述内支撑层(6)内，并适于提高所述内支撑层(6)的刚性，以使其承受所述内支撑层在垂直于车轮(2)轴线(2b)的平面中的弯曲，所述加固元件(10)构造成用以减小在所述地面(8)上的附着力。

2.根据权利要求1所述的轮胎，其中所述柔性膜片(9)通过压缩在径向上使所述内支撑层(6)减小10％至20％范围内的体积百分比。

3.根据权利要求1所述的轮胎，其中所述外层(5)与所述内支撑层(6)集成为一体。

4.根据权利要求1所述的轮胎，其中所述内支撑层(6)填充所述轮胎(1)的内部容积的余下部分。

5.根据权利要求1所述的轮胎，其中所述柔性膜片(9)与所述外层(5)连接。

6.根据权利要求1所述的轮胎，其中所述柔性膜片(9)包括绕在两个绳(9a)上的线织物，该两个绳位于所述柔性膜片(9)的两端。

7.根据权利要求1所述的轮胎，其中，所述加固元件(10)在垂直于所述车轮(2)轴线(2b)的平面上位于所述轮胎(1)的中心，以及所述加固元件(10)可与所述柔性膜片(9)集成为一体或与所述柔性膜片(9)分隔开。

8.根据权利要求1所述的轮胎，其中，所述加固元件(10)具有大致三角形的截面，以及所述加固元件(10)既不会降低所述轮胎(1)的弹性也没有减小所述轮胎(1)在胎面的非中心部分附近的附着力，并且提高了所述轮胎(1)在垂直于所述车轮(2)轴线(2b)的面上的载荷分配。

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