CN210062575U - 一种基于三维点阵材料填充的免充气轮胎 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种基于三维点阵材料填充的免充气轮胎,包括具有内腔的胎体,其特征在于,所述胎体的内腔填充有由三维点阵材料制成的弹性支撑体,所述三维点阵材料包括多个沿空间延拓布置的单胞组件,所述单胞组件为由弹性杆件构成的呈多面体形状的稳定结构;所述胎体硫化成型在所述弹性支撑体的外层。本实用新型具有结构设计合理,防护效果好,动平衡稳定,有利于改善整车高速性能,提高行驶安全性等优点。

Description

一种基于三维点阵材料填充的免充气轮胎
技术领域
本实用新型涉及免充气轮胎技术领域,特别的涉及一种基于三维点阵材料填充的免充气轮胎。
背景技术
目前,正在使用的轮胎,大部分都是充气轮胎,充气轮胎利用轮胎内压缩空气的高压承载车辆的载荷,具有良好的乘坐舒适性。但是当充气轮胎被扎破时容易发生漏气,使轮胎承载能力减弱,并会对轮胎胎面产生剧烈磨损或不规则磨损,当胎内充气压力过大时还会发生爆胎,影响车辆行驶安全。
免充气轮胎也就是不用充气的轮胎,不借助空气,仅利用轮胎自身材料和结构实现支撑、缓冲性能。目前,常见的免充气轮胎主要有两种,一种是橡胶实心轮胎。这种轮胎已经有上百年的生产历史。主要特征是,胎体重量大、弹性差、滚动阻力大、承载大。适用于运动速度慢载重要求比较大的车辆。另一种是开式结构轮胎。采用聚氨酯材料为原料,利用开式结构、管型交错三维减震制作而成,优点是外观美观、重量轻,缺点是低速行驶,不耐高温。
显然,现有的免充气轮胎只能应用在低速行驶工况,而且开式结构的轮胎容易在行驶过程中被泥沙填充,影响轮胎的动平衡,进而影响整车的高速性能。因此,研发出一种具有舒适性、安全性和耐用性的非实心免充气轮胎成为汽车和轮胎行业的首要任务。
发明内容
针对上述现有技术的不足,本实用新型所要解决的技术问题是:如何提供一种结构设计合理,防护效果好,动平衡稳定,有利于改善整车高速性能,提高行驶安全性的免充气轮胎。
为了解决上述技术问题,本实用新型采用了如下的技术方案:
一种基于三维点阵材料填充的免充气轮胎,包括具有内腔的胎体,其特征在于,所述胎体的内腔填充有由三维点阵材料制成的弹性支撑体,所述三维点阵材料包括多个沿空间延拓布置的单胞组件,所述单胞组件为由弹性杆件构成的呈多面体形状的稳定结构;所述胎体硫化成型在所述弹性支撑体的外层。
这样,通过在三维点阵材料制成的弹性支撑体的外层硫化成型胎体,使得胎体将三维点阵材料包裹在内,从而避免行驶过程中泥沙填充到三维点阵材料的间隙中,影响轮胎的动平衡。另外,谈性支撑体外包裹胎体,可以减少高速行驶时流过三维点阵材料间隙的空气,降低轮胎的噪音,改善驾驶的舒适性。同时,三维点阵材料是一种具有高孔隙率以及周期性结构的先进轻质多功能材料,由于填充在胎体内腔的三维点阵材料的单胞组件由弹性杆件构成,使得轮胎在实现轻量化的同时仍然具有良好的弹性。由于三维点阵材料的周期性结构,使得胎体与地面的压力能够由连接在胎体上的杆件向内逐层传递扩散传递,使得整体受力分布接近充气轮胎,从而具有更好的减震吸能抗冲击能力。
进一步的,所述胎体为子午线轮胎胎体。
这样,可以保留子午线轮胎的特性,改善轮胎整体性能。
进一步的,所述三维点阵材料的单胞组件沿所述胎体的内腔表面方向均布成层,且各层沿垂直于所述胎体的内腔表面的方向向内分布。
由于距离胎体内腔表面距离一致的单胞组件位于同一层上,力学性能相近,使得胎体外侧各处的性能相近,使得轮胎性能一致性较好。
进一步的,位于各层的所述单胞组件在垂直于所述胎体内腔表面的方向上的高度沿远离所述胎体的方向逐渐变大。
位于最内层的单胞组件的高度大于靠近胎体内腔表面的单胞组件的高度,这样,位于外层的单胞组件的弹性大于位于内层的单胞组件的弹性,使得三维点阵材料对胎体均有更好的支撑,同时利用向内逐渐减弱的弹性,使轮胎整体具有接近充气轮胎的减震抗冲击性能。
进一步的,所述单胞组件的最大尺寸小于20mm。
由于单胞组件的最大尺寸小于20mm,使得单胞组件的弹性杆件与胎面接触点的最大间距必定小于20mm,使得弹性杆件能够对胎面形成均匀的支承,避免细小石块对胎面的作用力位于支撑间隙处,对胎面形成伤害,从而可以提高和改善轮胎寿命。
进一步的,位于最外层的所述单胞组件的弹性杆件沿垂直于所述胎体内腔表面的方向嵌入所述胎体内。
这样,使得胎体与三维点阵材料之间的结合强度更好,有利于地面—胎体—三维点阵材料之间的承载力传导,提高轮胎的性能。
进一步的,所述单胞组件呈立体菱形结构。
综上所述,本实用新型具有结构设计合理,防护效果好,动平衡稳定,有利于改善整车高速性能,提高行驶安全性等优点。
附图说明
图1为本实用新型轮胎的断面结构示意图。
图2为图1中三维点阵材料的局部结构示意图。
图3为图1中胎体的结构示意图。
图4为中国专利文献中公开的三维点阵材料的结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本实用新型作进一步的详细说明。
具体实施时:如图1~图3所示,一种基于三维点阵材料填充的免充气轮胎,包括具有内腔的胎体1,所述胎体1的内腔填充有由三维点阵材料制成的弹性支撑体2,所述三维点阵材料包括多个沿空间延拓布置的单胞组件,所述单胞组件为由弹性杆件构成的呈多面体形状的稳定结构;所述胎体1硫化成型在所述弹性支撑体2的外层。
这样,通过在三维点阵材料制成的弹性支撑体的外层硫化成型胎体,使得胎体将三维点阵材料包裹在内,从而避免行驶过程中泥沙填充到三维点阵材料的间隙中,影响轮胎的动平衡。另外,谈性支撑体外包裹胎体,可以减少高速行驶时流过三维点阵材料间隙的空气,降低轮胎的噪音,改善驾驶的舒适性。同时,三维点阵材料是一种具有高孔隙率以及周期性结构的先进轻质多功能材料,由于填充在胎体内腔的三维点阵材料的单胞组件由弹性杆件构成,使得轮胎在实现轻量化的同时仍然具有良好的弹性。由于三维点阵材料的周期性结构,使得胎体与地面的压力能够由连接在胎体上的杆件向内逐层传递扩散传递,使得整体受力分布接近充气轮胎,从而具有更好的减震吸能抗冲击能力。
具体实施时,可以通过3D打印技术或焊接技术,按照中国专利文献中公开的《一种具有功能梯度的点阵材料结构》,申请号为2017102312783,制作本申请中的三维点阵材料,如图4所示,由单胞元通过空间延拓布置形成,单胞元是由杆件构成的稳定结构,形状有金字塔、四面体及其它多面体形状。
实施时,所述胎体1为子午线轮胎胎体。
这样,可以保留子午线轮胎的特性,改善轮胎整体性能。
实施时,所述三维点阵材料的单胞组件沿所述胎体1的内腔表面方向均布成层,且各层沿垂直于所述胎体1的内腔表面的方向向内分布。
由于距离胎体内腔表面距离一致的单胞组件位于同一层上,力学性能相近,使得胎体外侧各处的性能相近,使得轮胎性能一致性较好。
实施时,位于各层的所述单胞组件在垂直于所述胎体1内腔表面的方向上的高度沿远离所述胎体1的方向逐渐变大。
如图1所示,位于最内层的单胞组件的高度大于靠近胎体内腔表面的单胞组件的高度,这样,位于外层的单胞组件的弹性大于位于内层的单胞组件的弹性,使得三维点阵材料对胎体均有更好的支撑,同时利用向内逐渐减弱的弹性,使轮胎整体具有接近充气轮胎的减震抗冲击性能。图1仅为采用疏密不一致的填充线体现位于最内层的单胞组件的高度大于靠近胎体内腔表面的单胞组件的高度,而并非三维点阵材料的真实投影视图。具体填充的材料可以采用图4中公开的具有功能梯度的点阵材料结构。
实施时,所述单胞组件的最大尺寸小于20mm。
由于单胞组件的最大尺寸小于20mm,使得单胞组件的弹性杆件与胎面接触点的最大间距必定小于20mm,使得弹性杆件能够对胎面形成均匀的支承,避免细小石块对胎面的作用力位于支撑间隙处,对胎面形成伤害,从而可以提高和改善轮胎寿命。
实施时,位于最外层的所述单胞组件的弹性杆件沿垂直于所述胎体1内腔表面的方向嵌入所述胎体内。
这样,使得胎体与三维点阵材料之间的结合强度更好,有利于地面—胎体—三维点阵材料之间的承载力传导,提高轮胎的性能。
实施时,所述单胞组件呈立体菱形结构。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已,并不以本实用新型为限制,凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于三维点阵材料填充的免充气轮胎,包括具有内腔的胎体(1),其特征在于,所述胎体(1)的内腔填充有由三维点阵材料制成的弹性支撑体(2),所述三维点阵材料包括多个沿空间延拓布置的单胞组件,所述单胞组件为由弹性杆件构成的呈多面体形状的稳定结构;所述胎体(1)硫化成型在所述弹性支撑体(2)的外层。
2.如权利要求1所述的基于三维点阵材料填充的免充气轮胎,其特征在于,所述胎体(1)为子午线轮胎胎体。
3.如权利要求1所述的基于三维点阵材料填充的免充气轮胎,其特征在于,所述三维点阵材料的单胞组件沿所述胎体(1)的内腔表面方向均布成层,且各层沿垂直于所述胎体(1)的内腔表面的方向向内分布。
4.如权利要求3所述的基于三维点阵材料填充的免充气轮胎,其特征在于,位于各层的所述单胞组件在垂直于所述胎体(1)内腔表面的方向上的高度沿远离所述胎体(1)的方向逐渐变大。
5.如权利要求1所述的基于三维点阵材料填充的免充气轮胎,其特征在于,所述单胞组件的最大尺寸小于20mm。
6.如权利要求1所述的基于三维点阵材料填充的免充气轮胎,其特征在于,位于最外层的所述单胞组件的弹性杆件沿垂直于所述胎体(1)内腔表面的方向嵌入所述胎体内。
7.如权利要求1所述的基于三维点阵材料填充的免充气轮胎,其特征在于,所述单胞组件呈立体菱形结构。
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