CN105636799B - 具有减小的横向硬度的非充气式车轮 - Google Patents

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Abstract

一种具有减小的横向硬度的基于张力的非充气式结构支撑车轮，其具有：柔性车轮触轨面；以及多个辐板元件，其用于在张力下承载负载、横跨柔性车轮触轨面且自其向内延伸，用于附接到轮毂。随着所述辐板元件从所述柔性车轮触轨面延伸到所述轮毂，所述辐板元件的牵引角增大且宽度减小，从而减小所述车轮的横向硬度，由此减小到转向机构的转向力反馈。

Description

具有减小的横向硬度的非充气式车轮
技术领域
本发明的标的物大体上涉及基于张力的非充气式结构支撑轮胎和车轮。更明确地说，本发明涉及具有减小的横向硬度的基于张力的非充气式车轮，其利用其结构组件支撑负载且具有充气轮胎样的性能能力以充当充气轮胎的替代品。
背景技术
基于张力的非充气轮胎的辐板元件在张力下具有高有效硬度且在压缩下具有低有效硬度。压缩下的低硬度允许附接到柔性带的地面接触部分的辐板元件适应柔性带的地面接触部分的变形而不传递显著垂直负载。辐板元件与其长度相比相对较薄，并且通常会在压缩下弯曲。接触区域中的辐板元件的实质性压缩负载支撑的缺乏会促成胎面接触块(contact patch)的形成以及障碍物的吸附。此外，因为大部分受支撑负载和道路冲击必须围绕柔性带且经由张紧的辐板元件行进，因此与充气车轮相比，基于张力的非充气式柔性车轮具有改善的舒适度以及冲击吸收。非充气式车轮的一个实例描述于第7,013,939号美国专利中，所述美国专利的全文以引用的方式并入本文中。
为促进胎面的地面接触部分的辐板元件的弯曲，辐板元件可弯曲。或者，辐板元件可在模制期间塑形以具有在特定方向上弯曲的倾向性。另一替代例为在轮毂与辐板元件之间或柔性带与辐板元件之间提供连接，所述连接在张力下起作用但允许辐板元件在压缩下相对移动。
并有柔性带和多个基于张力的承重结构组件的非充气式结构支撑车轮具有在车轮的设计中所固有的横向硬度。在某些情况下，对于给定应用，需要将车轮的横向硬度调整到所需横向硬度。举例来说，当使用具有相对较高横向硬度的非充气式车轮来越野时，例如在全地形车(All-Terrain Vehicle，ATV)中，其产生到转向机构的高的力反馈。
发明内容
根据一个实施例，通过随着每一辐板元件从柔性车轮触轨面延伸到车轮的内部车轮部分而减小每一辐板元件的宽度且增大牵引角的量值来使每一辐板元件逐渐变窄且扭转而实现具有减小的横向硬度的基于张力的非充气式结构支撑车轮。
基于张力的非充气式结构支撑车轮包括：轮毂；柔性负载支撑带，其从所述轮毂径向向外且与所述轮毂同心地安置；以及多个基于张力的辐板元件，其另称为轮辐，在所述轮毂与所述柔性带之间延伸，其中每一辐板元件具有在所述柔性带附近比在所述轮毂附近大的逐渐变窄的横向宽度以及在所述轮毂附近比在所述柔性带附近大的改变的牵引角。一般而言，柔性带包括嵌入于所述带中的加强膜片或叠层(ply)。所述加强叠层包括嵌入于弹性体层中的在周向上对准的软线。根据此实施例，多个辐板的随着辐板从柔性带径向向内延伸而减小的逐渐变窄宽度和增大的牵引角减小车轮的横向硬度，从而减小到车辆的转向机构的力反馈，同时维持车轮的稳定性。
结构支撑车轮的另一实施例包括：柔性带；多个辐板元件，其横跨所述柔性带且自其径向向内延伸；所述多个辐板元件附接到轮毂，多个辐板元件中的每一者具有在轴向方向上延伸的辐板元件宽度、在径向方向上延伸的辐板元件长度、垂直于其它维度的辐板元件厚度、测量为所述多个辐板元件中的每一者在沿着所述辐板元件长度的给定位置处相对于车轮的横轴形成的角度的牵引角，从径向向外位置到径向向内位置测量，所述辐板元件宽度减小且所述牵引角的量值增大。
本发明的另一实施例可包含一种结构支撑车轮，其包括：柔性带；多个扭转辐板元件，其横跨所述柔性带且自其径向向内延伸；所述多个辐板元件附接到轮毂，多个辐板元件中的每一者具有在轴向方向上延伸的辐板元件宽度、在径向方向上延伸的辐板元件长度、垂直于其它维度的辐板元件厚度、测量为所述多个辐板元件中的每一者在沿着所述辐板元件长度的给定位置处相对于车轮的横轴形成的角度的牵引角，从径向向外位置到径向向内位置测量，所述辐板元件宽度减小且所述牵引角的量值增大。
在另一实施例中，所述辐板元件在接近所述柔性带处的牵引角为0.5度，而所述辐板元件在接近所述轮毂处的牵引角大于0.5度。
在另一实施例中，所述辐板元件在接近所述柔性带处的牵引角为4度，而所述辐板元件在接近所述轮毂处的牵引角为12度。
参考以下描述和所附权利要求书，本发明的这些和其它特征、方面和优点将得到更好的理解。并入在本说明书中且构成本说明书的一部分的附图说明本发明的实施例，并且与所述描述一起用以解释本发明的原理。
附图说明
本发明的针对所属领域的技术人员的完整且令人能够实现的揭示(包含其最佳模式)在说明书中得到阐述，所述揭示参考附图，在所述附图中：
图1为具有减小的横向硬度的基于张力的非充气式结构支撑车轮的透视图。
图2为车轮的特写透视图。
图3为车轮的在赤道平面中的侧视图。
图4为车轮视图的在赤道平面中的特写局部侧视图，其绘示两个邻近辐板元件。
图5为在图4的线5-5上截取的辐板元件的外部径向末端的截面图。
图6为在图4的线6-6上截取的辐板元件的中间部分的截面图。
图7为在图4的线7-7上截取的辐板元件的内部径向末端的截面图。
图8为沿着车轮的赤道平面截取的车轮的截面图。
图9为在图3的线9-9上截取的车轮的截面图。
具体实施方式
出于以下描述的目的，术语“轮毂”是指用于支撑车轮且将其安裝到车辆的任何装置或结构。
柔性带由能够在负载下变形的材料形成，包含带弯曲以包裹住障碍物且贴合例如道路或地板等接触表面。明确地说，带在负载下的弯曲变形形成与接触表面的胎面接触块，这提供像充气轮胎一样对牵拉和转向力的传递。车轮材料的柔量的一个方面是带的弯曲量与车轮上的负载的量值有关。
柔性带可由弹性材料形成，例如自然或合成橡胶、聚氨酯、泡沫橡胶和泡沫聚氨基甲酸酯、尼龙的嵌段共聚酯和嵌段共聚物。优选地，材料具有为约9MPa到约60MPa的弹性模数。带可不经加强，或可包含加强叠层以增大带的周向不可延展性。
辐板元件互连轮毂与柔性带，且在张力下起作用以在轮毂与带之间传递负载力。这提供对车辆质量的支撑以及其它功能。负载支撑力是通过未连接到带的地面接触部分的辐板元件中的张力而产生。加了负载的轮毂可称为从柔性带的上部部分悬挂，这界定支撑负载的弓部。辐板元件也可互连，从而形成包括多个多边形开口的多个辐板元件。应理解，当提及辐板元件时，其可指从轮毂横跨到柔性带的单行辐板元件，或从轮毂横跨到柔性带的多行辐板元件区段。
出于描述本发明的目的，现在将详细地参考具有减小的横向硬度的基于张力的非充气式结构支撑车轮，其一或多个实例在图式中说明。每个实例是为了解释本发明而提供，而非限制本发明。事实上，所属领域的技术人员将显而易见，在不脱离本发明的范围或精神的情况下可以在本发明中进行各种修改和改变。举例来说，说明或描述为一个实施例的部分的特征可以与另一实施例一起使用以产生再一实施例。因此，希望本发明涵盖这类修改和改变，所述修改和改变处于所附权利要求书和其等效物的范围内。
在图1中的透视图中绘示具有减小的横向硬度的基于张力的非充气式结构支撑车轮100，胎面部分105绘示为通过说明为辐板元件150的多个张力传递元件连接到轮毂10。辐板元件150在此处绘示为在其内部径向末端处通过内部带160且在其外部径向末端处通过外部带170连接在一起。内部带160将车轮100锚定到轮毂10。外部带170将胎面部分105锚定到车轮100。胎面特征可形成于胎面部分105中，并且可包含凹槽、翼肋、麻点、突起和其它胎面特征以实现牵拉和美观性。每一辐板元件150具有前表面156和后表面158。
图2绘示车轮100的实施例的特写局部透视图。在此实施例中，每一辐板元件150拥有三半径掺合轮廓，其减少应力集中且促进压缩下的可预测挠曲。载有张力的辐板元件可互连及/或分支。
图3绘示车轮100的垂直于赤道平面的视图的实施例。胎面部分105形成柔性带110的外表面。在此实施例中，每一辐板元件150倾斜，使得每一辐板元件的前表面156或后表面158处于车轮的横轴的平面外。在此实施例中，牵引角从辐板元件150的外部径向末端152到辐板元件的内部径向末端154而变化。在辐板元件的内部径向末端154处，牵引角的量值大于外部径向末端152处的牵引角。在垂直于如图3中所绘示的实施例的赤道平面的视图中，牵引角和辐板宽度从内部径向末端154到外部径向末端152看起来恒定。这一外观是归因于可变牵引角的量值在外部径向末端152处比在内部径向末端154处小而辐板元件的宽度在外部径向末端152处比在内部径向末端154处大的实施例。尽管这一外观存在于所述实施例中，但其可不存在，或在车轮的其它实施例中可显而易见，所选牵引角改变不同和/或所选辐板元件的宽度的逐渐变窄不同于所述实施例。
图4绘示垂直于具有减小的横向硬度的基于张力的非充气式结构支撑车轮的赤道平面的特写局部视图，其绘示具有相反牵引角的两个邻近辐板元件150。
图5为在图4的线5-5上在辐板元件150的外部径向末端152处截取的邻近辐板元件150的截面图。在所述实施例中，如果接***行于车轮100的横轴，那么牵引角小。
图6为在图4的线6-6上在沿着辐板元件150的长度的中间位置处截取的邻近辐板元件150的截面图。在所述实施例中，牵引角的量值大于辐板元件150的外部径向末端处的量值。辐板元件150的宽度在辐板元件150的中间部分比在辐板元件的外部径向末端152处的宽度小。
图7为在图4的线7-7上在沿着辐板元件150的长度的内部径向末端位置154处截取的邻近辐板元件150的截面图。在所述实施例中，牵引角的量值大于辐板元件150的外部径向末端152处的量值。辐板元件150在辐板元件的内部径向末端154处的宽度小于辐板元件的中间部分且小于辐板元件在外部径向末端152处的宽度。在所述实施例中，牵引角在辐板元件的内部径向末端154处为12度。
牵引角从外部径向末端处的较小牵引角改变到辐板元件150的内部径向末端处的较大牵引角。增大的牵引角允许减小车轮的横向硬度。在本文中论述较小或较大牵引角时，应显而易见，“较小”牵引角是指较接近于具有零牵引的牵引角，而较大牵引角为具有较大牵引而不管辐板元件是顺时针还是逆时针倾斜的角度。
牵引角沿着辐板元件长度的改变产生扭转的辐板元件150。这一扭转是归因于牵引角随着辐板元件150从外部带170径向向内移动到内部带160的变化。当车轮100的轮胎触地面105放置在平坦表面上且车轮100被加上负载(例如通过车辆的重量)时，柔性带110在地面与胎面部分105的接触区域中展平，这一接触区域通常也称为“覆盖区(footprint)”。柔性带的这一展平减小从外部带170到内部带160的距离，从而导致在车轮100的覆盖区上方的辐板元件150沿着辐板元件150的长度弯曲且跨越辐板元件150的宽度在外部带170附近变形，这是归因于柔性带110的赤道展平和任何横向变形(可归因于胎面刻纹或表面的横向曲率而存在)。这一辐板元件变形可能会在辐板元件150中引起结构不稳定性，当牵引角在外部带附近减小时，所述结构不稳定性得以减小。因此，通过允许在外部带170附近的较小牵引角但在内部带160附近的较大牵引角，扭转允许车轮100的横向硬度减小，同时减小每一个别辐板元件150在弯曲时的结构不稳定性。
图8绘示沿着车轮100的赤道平面的截面图。在如图所示的实施例中，车轮的胎面部分105形成柔性带110的***。或者，胎面部分可为结合到柔性带的外表面的额外层。辐板元件150拥有三弯曲半径掺合轮廓，旨在当辐板元件150承载车辆重量时减小应力集中，同时促成压缩时的可预测挠曲。或者，辐板元件可为笔直的。或者，辐板元件150可模制为弯曲，接着通过在冷却期间的热收缩而拉直以使其易于在特定方向上弯曲。辐板元件通过紧固至轮毂10的内部带160而在内部径向末端154处接合。在辐板元件150的外部径向末端152处，每一辐板元件通过将辐板元件互连在一起的外部带170而接合在一起。在所述实施例中，内部带160、辐板元件150与外部带170由单种材料模制为一个单元。
图9绘示在图3的线9-9上截取的车轮100的横截面，其为沿着穿过轮胎的横轴的平面的视图。在所述实施例中，每一辐板元件从内部径向末端154到直径通常增大的外部径向末端152逐渐变窄。这一逐渐变窄可为非线性的，例如如图所示而逐渐变窄，或替代地，逐渐变窄可为线性的。在所示实施例中，辐板元件150的逐渐变窄是非线性的，具有凹入的左边缘153和右边缘155。
应理解，所属领域的一般技术人员通过阅读以上说明书可了解许多其它变化。这些变化和其它变化在如由所附权利要求书界定的本发明的精神和范围内。

Claims (10)

1.一种基于张力的非充气式结构支撑车轮，其包括：
轮毂；
柔性负载支撑带，其从所述轮毂径向向外且与所述轮毂同心地安置；以及
多个基于张力的辐板元件，其在所述轮毂与所述柔性负载支撑带之间延伸，
其中每一辐板元件具有在所述柔性负载支撑带附近比在所述轮毂附近大的逐渐变窄的横向宽度，并且每一辐板元件具有在所述轮毂附近比在所述柔性负载支撑带附近大的改变的牵引角，
所述牵引角测量为每一所述多个辐板元件在沿着以及垂直于所述辐板元件长度的给定位置处相对于所述车轮的横轴形成的角度。
2.根据权利要求1所述的车轮，其中所述柔性负载支撑带包括嵌入于所述带中的加强膜片。
3.根据权利要求2所述的车轮，其中所述加强膜片包括嵌入于弹性体层中的在周向上对准的软线。
4.根据前述权利要求中任一权利要求所述的车轮，其中所述辐板元件在张力下用以在所述轮毂与所述带之间传递负载力，并且所述辐板元件在压缩下基本上不承受力。
5.根据权利要求1-3的任一权利要求所述的车轮，其中当从垂直于赤道平面的视角检视轮胎时，在所述轮毂附近的所述牵引角与在所述柔性负载支撑带附近的所述牵引角的差异产生以下视觉外观：所述辐板元件宽度从内部径向末端到外部径向末端看起来是恒定的。
6.根据权利要求1-3的任一权利要求所述的车轮，其中从沿着穿过所述车轮的横轴的平面的视角来看，所述辐板元件的所述逐渐变窄是线性的。
7.根据权利要求1-3的任一权利要求所述的车轮，其中从沿着穿过所述车轮的所述横轴的平面的视角来看，所述辐板元件的所述逐渐变窄是非线性的。
8.根据权利要求7所述的车轮，其中所述辐板元件具有凹入的左边缘和凹入的右边缘。
9.根据权利要求6所述的车轮，其中所述辐板元件在接近所述柔性负载支撑带处的所述牵引角为0.5度，而所述辐板元件在接近所述轮毂处的所述牵引角大于0.5度，其中从径向向外位置到径向向内位置测量，所述辐板元件宽度减小且所述牵引角的量值增大。
10.根据权利要求6所述的车轮，其中所述辐板元件在接近所述柔性负载支撑带处的所述牵引角为4度，而所述辐板元件在接近所述轮毂处的所述牵引角为12度，其中从径向向外位置到径向向内位置测量，所述辐板元件宽度减小且所述牵引角的量值增大。
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