CN214984626U - 一种非充气轮胎 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及轮胎技术领域，公开了一种非充气轮胎，其包括胎面、轮毂和由三维编织复合材料制成的支撑构件，所述支撑构件设于所述胎面及所述轮毂之间；所述支撑构件包括依次连接的外支撑环、支撑体和内支撑环，所述支撑体设于所述外支撑环和所述内支撑环之间，所述外支撑环与所述胎面连接，所述内支撑环套设于所述轮毂上。本实用新型实施例的非充气轮胎具有较高的抗冲击能力和断裂容限扩张能力。

Description

一种非充气轮胎

技术领域

本实用新型涉及轮胎技术领域，特别是涉及一种非充气轮胎。

背景技术

近年来，随着车辆速度的提高，行驶环境的扩展以及人们对安全性要求的提高，传统充气轮胎的局限性逐步显现出来，如需要维持合适的内部空气压力、进行定期维护、制造工艺复杂、易爆胎、爆胎后可能引发一系列致命事故。因此，通过填充聚氨酯弹性体、构造辐板式轮辐或其他特殊结构的非板式轮辐，以及弹性金属网面等来代替充气轮胎中的空气，产生了Tweel轮胎、蜂窝结构轮胎、AirFree Concept轮胎等一系列非充气轮胎。

非充气轮胎从根源上解决了爆胎的风险，有效提高了汽车燃油经济性、操纵稳定性以及乘坐舒适性，但是，也存在承载能力小，减震性能差的缺点。为此，也有通过在支撑结构中加入纤维束－树脂复合材料或二维纤维布层复合材料增强的非充气轮胎，然而这种增强结构的整体性较差，在受到较大载荷或者外部冲击时容易出现破坏。

实用新型内容

本实用新型的目的是：提供一种非充气轮胎，其相比于现有的非充气轮胎具有较高的抗冲击能力和断裂容限扩张能力。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种非充气轮胎，其包括胎面、轮毂和由三维编织复合材料制成的支撑构件，所述支撑构件设于所述胎面及所述轮毂之间；

所述支撑构件包括依次连接的外支撑环、支撑体和内支撑环，所述支撑体设于所述外支撑环和所述内支撑环之间，所述外支撑环与所述胎面连接，所述内支撑环套设于所述轮毂上。

进一步的，所述支撑体具有多个，多个所述支撑体绕所述内支撑环的轴心周向分布。

进一步的，所述外支撑环和所述内支撑环为同心圆。

进一步的，所述支撑体呈直线形，所述支撑体自所述内支撑环沿所述内支撑环的径向方向向所述外支撑环延伸。

进一步的，所述支撑体呈弧线形，所述支撑体的一端与所述外支撑环连接，所述支撑体的另一端与所述内支撑环连接。

进一步的，所述支撑体呈V字形，所述支撑体的一端与所述外支撑环连接，所述支撑体的另一端与所述内支撑环连接。

进一步的，所述支撑体的编织角为25°－55°。

进一步的，所述支撑体的编织角为30°－45°。

进一步的，所述外支撑环与所述胎面通过胶粘剂粘合连接。

进一步的，所述非充气轮胎为一体成型结构。

上述技术方案所提供的一种非充气轮胎，与现有技术相比，其有益效果在于：支撑构件采用了三维编织复合材料制成，而三维编织复合材料能够通过编织工艺的设计实现多种复杂结构件的一体化编织预成型，不需要二次胶接，因此克服了现有技术中不同纤维束之间或二维纤维布层之间的强度低而造成受冲击容易被破坏的问题，从而使采用上述支撑构件的非充气轮胎具有很高的抗疲劳性能、承载能力、冲击和断裂容限扩张能力。

附图说明

图1是本实用新型实施例一的非充气轮胎的结构示意图；

图2是本实用新型实施例二的非充气轮胎的结构示意图；

图3是本实用新型实施例三的非充气轮胎的结构示意图。

其中，10－胎面，20－支撑构件，21－外支撑环，22－支撑体，23－内支撑环，30－轮毂。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

在本实用新型的描述中，应当理解的是，本实用新型中采用术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例一

如图1所示，本实用新型实施例一所提供的是一种非充气轮胎，其包括胎面10、轮毂30和由三维编织复合材料制成的支撑构件20，支撑构件20设于胎面10及轮毂30之间；支撑构件20包括依次连接的外支撑环21、支撑体22和内支撑环23，支撑体22设于外支撑环21和内支撑环23之间，外支撑环21与胎面10连接，内支撑环23套设于轮毂30上。

基于上述方案，支撑构件20采用了三维编织复合材料制成，而三维编织复合材料能够通过编织工艺的设计实现多种复杂结构件的一体化编织预成型，不需要二次胶接，因此克服了现有技术中不同纤维束之间或二维纤维布层之间的强度低而造成受冲击容易被破坏的问题，从而使采用上述支撑构件20的非充气轮胎具有很高的抗疲劳性能、承载能力、冲击和断裂容限扩张能力，在制造复杂载荷条件下的主承力结构件方面有广泛的应用前景。且通过改变不同部位的编织纤维种类和编织方式，可以满足不同部位所需要的力学性能，这种轮胎可以一体式快速成型，实现自动化连续生产，生产效率高。

如图1所示，内支撑环23与刚性的轮毂30紧密结合；外支撑环21和内支撑环23为同心圆，支撑体22具有多个，多个支撑体22绕内支撑环23的轴心呈均匀地周向阵列分布，用于均匀承力。

在本实施例中，外支撑环21、支撑体22以及内支撑环23三个三维编织预制体通过二维铺缝强化结构进行缝合强化，形成最终的一个支撑构件20的三维编织预制体。外支撑环21和胎面10连接，内支撑环23包裹住刚性轮毂30，支撑体22连接内支撑环23和外支撑环21。根据不同支撑结构在轮胎中所处位置不同，其性能要求也不相同，从外支撑环21到内支撑环23的抗变形能力逐渐递增。内支撑环23包裹刚性轮毂30基本不变形，抗变形能力和硬度是三部分中最强的，外支撑环21连接中部的支撑体22和胎面10，胎面10在行驶过程中会发生变形，外支撑环21的抗变形能力比其余两部分低，和胎面10一起发生变形，中部的支撑体22在抗弯刚度和强度介于内支撑环23和外支撑环21之间，在轮胎行驶过程中起到承载和缓冲减震的作用。

其中，通过三维编织结构中的编织角可以对不同部分的抗弯刚度和强度进行调整。优选的，支撑体22的编织角为25－55°，更优选的是编织角为30－45°。

需要说明的是，本实施例的整个轮胎可以先将三维编织复合材料制成的支撑构件20一体成型，同时成型过程中将其和轮毂30一起成型，随后采用胶粘剂将其和弹性体胎面10粘合；也可以将胎面10、支撑构件20以及刚性的轮毂30一体成型，刚性轮毂30预埋在内支撑环23内，支撑构件20采用三维编织工艺进行一体化编织后，应用VARTM(真空辅助树脂传递模塑)工艺和热固性树脂固化成型，胎面10和支撑构件20是一体的，在固化成型的过程中刚性轮毂30和胎面10、支撑构件20一起成型，不需要二次胶接。

其中，支撑构件20通过混杂纤维多向编织的方式进行三维多轴向织物结构组合，三维编织复合材料用的纤维编织结构可采用三维四向、三维五向、三维六向、三维七向中的一种或多种组合编织，具体的编织结构根据不同承载部分需要的性能选择。

另外，三维编织复合材料所用的纤维可为碳纤维、玻璃纤维、UHMWPE纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维、碳化硅纤维或氮化硅纤维中的任意一种或多种混杂使用。

考虑到支撑构件20在轮胎行驶过程中，受到交变、循环的载荷作用，需要有足够的强度和抗弯刚度，同时也需要有一定的韧性，保证轮胎的整体承载能力和乘坐舒适性，优选的为混杂纤维，一类提供模量，另一类侧重韧性，两类纤维的混杂体积比例优选为1：1^~10：1，具体的比例根据不同承载体部分的性能要求而定。这里的“一类”纤维可以是一种或多种纤维。

优选的，支撑构件20中用于强化的铺缝纤维占总的支撑构件20三维编织预制体纤维体积比例为2－30％，更优选的，体积比例为5－25％。

其中，三维编织复合材料中使用的树脂材料为热固性树脂或热塑性树脂，包括聚氨酯弹性体、聚酰胺、聚酯、聚酰亚胺、环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯等中的任意一种。优选的，支撑构件20中树脂的含量为25－50％。这里的“含量”指的是重量分数。

在本实施例中，支撑构件20采用玻璃纤维和芳纶纤维采用混杂比为5：1进行混杂预制体编织，该预制体采用三维四向整体编织结构，其中，外支撑环21的编织角为55°，支撑体22的编织角为35°，内支撑环23的编织角为25°。二维铺缝强化结构的纤维采用的碳纤维T800，占总的支撑构件20三维编织预制体纤维体积比例为10％。三维编织复合材料中的树脂采用的是热塑性聚氨酯弹性体，树脂含量为45％。

需要说明的是，当整个轮胎都是由三维编织结构一体成型，其中轮胎的胎面10也是上述树脂中的任意一种，但是不限定于和支撑结构用的树脂是同一种，也可以不一致，取决于胎面10所需要的性能。和支撑体22相比，胎面10需要较好的耐磨损性能和较强的抓地力，选用的树脂为聚酰亚胺、聚酰胺和聚氨酯中的任意一种。

具体的，如图1所示，支撑体22呈直线形，支撑体22自内支撑环23沿内支撑环23的径向方向向外支撑环21延伸。支撑体22呈直线形的辐板状，支撑体22的个数在本实施例中是48个，在其他实施例中还可以是36个或者64个，这取决于轮胎整体的承载，不同的承载场合可以通过改变支撑体22的个数来调节。

实施例二

如图2所示，本实施例提供的非充气轮胎包括胎面10、轮毂30和由三维编织复合材料制成的支撑构件20，支撑构件20包括与胎面10连接的外支撑环21、与轮毂30紧密结合的内支撑环23、以及位于外支撑环21和内支撑环23之间的支撑体22，支撑体22呈弧线形，以内支撑环23的圆心为轴心呈环形阵列均匀分布在内支撑环23上，弧状的支撑体22的个数根据实际需要的承载可以灵活选择调整。

支撑构件20通过混杂纤维多向编织的方式进行三维多轴向织物结构组合，连接部位通过二维铺缝强化结构进行缝合强化，实现三维预制体结构的一体化编织，应用VARTM(真空辅助树脂传递模塑)工艺注射树脂材料，并通过加温加压使树脂材料和三维编织预制体织物固化成型。三维编织复合材料的成型过程和方式均为行业内通用。

本实施例的轮胎是支撑构件20与刚性轮毂30一体成型，刚性轮毂30预埋在内支撑环23内，支撑构件20采用三维编织工艺进行一体化编织后，应用VARTM工艺和树脂固化成型，胎面10选择的耐磨损和抓地力强的橡胶弹性体胎面10，胎面10和支撑结构通过粘接剂粘接。

其中，支撑构件20采用碳纤维和芳纶纤维采用混杂比为4：1进行混杂预制体编织，该预制体采用三维四向整体编织结构，二维铺缝强化结构的纤维采用的碳纤维T800，占总的支撑体22三维编织预制体纤维体积比例为10％。三维编织复合材料中的树脂采用的是热固性环氧树脂，树脂含量为35％。

实施例三

如图3所示，本实施例提供的非充气轮胎包括胎面10、轮毂30和由三维编织复合材料制成的支撑构件20，支撑构件20包括与胎面10连接的外支撑环21，与轮毂30紧密结合的内支撑环23，以及位于外支撑环21和内支撑环23之间的支撑体22，支撑体22呈v字形，以内支撑环23的圆心为轴心呈环形阵列均匀分布在内支撑环23上，优选的，支撑体22的v形中部的夹角在90°－130°之间，v形中连接胎面10的部分长于连接轮毂30的部分。

支撑构件20通过混杂纤维多向编织的方式进行三维多轴向织物结构组合，连接部位通过二维铺缝强化结构进行缝合强化，实现三维预聚体结构的一体化编织，应用VARTM(真空辅助树脂传递模塑)工艺注射树脂材料，并通过加温加压使树脂材料和三维编织预制体织物固化成型。三维编织复合材料的成型过程和方式均为行业内通用。

在本实施例中，胎面10、支撑构件20以及刚性轮毂30一体成型，刚性轮毂30预埋在内支撑环23内，支撑构件20采用三维编织工艺进行一体化编织后，应用VARTM工艺和树脂固化成型，胎面10和支撑结构是一体的，在固化成型的过程中刚性轮毂30和胎面10、支撑结构一起成型，不需要二次胶接。

其中，支撑构件20采用碳纤维和玄武岩纤维采用混杂比为7：1进行混杂预制体编织，该预制体采用三维四向整体编织结构，二维铺缝强化结构的纤维采用的碳纤维T800，占总的支撑体22三维编织预制体纤维体积比例为10％。三维编织复合材料中的树脂采用的是热塑性聚氨酯弹性体，树脂含量为25％。

综上，本实用新型实施例所提供的非充气轮胎，以三维编织复合材料作为整体骨架，沿轮胎径向方向由外向内依次包括胎面10、支撑构件20和轮毂30，其中三维编织复合材料制成的支撑构件20包括与胎面10接触的外支撑环21，与轮毂30紧密结合的内支撑环23，以及位于外支撑环21和内支撑环23之间的支撑体22，内支撑环23、外支撑环21和支撑体22三维编织预制体进行树脂RTM浸渍及快速固化，和轮毂30一体成型，通过改变三维编织的纤维种类和编织方式既能满足不同部位对材料性能的不同需求，又能保证轮胎的一体式快速成型，该工艺使所述非充气轮胎结构可靠，承载性能好，可实现自动化连续生产，且生产效率高。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种非充气轮胎，其特征在于，包括胎面、轮毂和由三维编织复合材料制成的支撑构件，所述支撑构件设于所述胎面及所述轮毂之间；

所述支撑构件包括依次连接的外支撑环、支撑体和内支撑环，所述支撑体设于所述外支撑环和所述内支撑环之间，所述外支撑环与所述胎面连接，所述内支撑环套设于所述轮毂上。

2.根据权利要求1所述的非充气轮胎，其特征在于，所述支撑体具有多个，多个所述支撑体绕所述内支撑环的轴心周向分布。

3.根据权利要求1所述的非充气轮胎，其特征在于，所述外支撑环和所述内支撑环为同心圆。

4.根据权利要求2所述的非充气轮胎，其特征在于，所述支撑体呈直线形，所述支撑体自所述内支撑环沿所述内支撑环的径向方向向所述外支撑环延伸。

5.根据权利要求2所述的非充气轮胎，其特征在于，所述支撑体呈弧线形，所述支撑体的一端与所述外支撑环连接，所述支撑体的另一端与所述内支撑环连接。

6.根据权利要求2所述的非充气轮胎，其特征在于，所述支撑体呈V字形，所述支撑体的一端与所述外支撑环连接，所述支撑体的另一端与所述内支撑环连接。

7.根据权利要求1所述的非充气轮胎，其特征在于，所述支撑体的编织角为25°－55°。

8.根据权利要求1所述的非充气轮胎，其特征在于，所述支撑体的编织角为30°－45°。

9.根据权利要求1所述的非充气轮胎，其特征在于，所述外支撑环与所述胎面通过胶粘剂粘合连接。

10.根据权利要求1所述的非充气轮胎，其特征在于，所述非充气轮胎为一体成型结构。

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