CN112389136A - 一种无内胎充气轮胎用内支撑体 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种安装后可以将无内胎轮胎***升级为防爆安全轮胎***的轮胎内支撑体，包括数个薄壁支撑体分块和绑带，薄壁支撑体分块由穿过其限位孔的绑带连接并预紧、固定在轮辋上。所述薄壁支撑体分块与绑带组合而成的轮胎内支撑体通过薄壁支撑体分块之间以及与轮辋的紧密配合提供爆胎或缺气时车辆的支撑力，并且具有一定的缓冲性，乘坐舒适性比较好。

Description

一种无内胎充气轮胎用内支撑体

技术领域

本发明涉及一种可安装在通用或特制轮辋上使用的无内胎充气轮胎用内支撑体，尤其涉及一种轮胎爆胎或漏气后可起到安全保护作用的无内胎充气轮胎用内支撑体。

背景技术

20世纪初固特异公司开启了安全轮胎研究的序幕，到目前国际上公认的安全轮胎共分为五大类：多腔型、自密封型、自支撑型、内支撑型和免充气型。五种类型中免充气型轮胎与传统轮胎结构有本质的不同，其他四种类型均属于在现有轮胎结构的基础上进行改进或增加附属物达到安全轮胎的标准。

内支撑型轮胎是上述五种安全轮胎中应用最为广泛的一种安全轮胎。内支撑体根据材质又可以分为柔性支撑和刚性支撑两大类，柔性支撑体以充气的橡胶制品或发泡材料等特殊的柔性材料加工而成，而刚性支撑体则以铝合金为主的轻质金属材料或工程塑料等加工而成。目前柔性支撑已经基本没有应用，现在大家所说的内支撑体都是指刚性内支撑体。

内支撑型安全轮胎被大量应用在军用车辆、警用车辆以及特殊用途车辆上，这些车辆使用内支撑体主要得益于其良好的使用性能：1、轮胎正常使用时感觉不到支撑体的存在；2、轮胎失压时支撑体可以保证高速行驶中车辆的安全并以相对较高的速度行驶一定的距离。

内支撑体安全轮胎虽然是使用最广泛的一种安全轮胎，但目前为止它的使用范围仍局限在特殊用途车辆，民用车辆并没有得到广泛的应用，总结其原因主要包括以下几个方面：1、内支撑体成本高，甚至超过轮胎价格的两倍以上；2、内支撑体重量大，个别情况下甚至接近于轮胎的重量，导致车辆的总重量增加，燃油经济性下降；3、内支撑体不管是铝合金还是工程塑料材质，基本都采用钢制螺栓连接，导致轮胎的动平衡性能大幅下降；4、内支撑体的连接要考虑长时间震动情况下不松脱，因此结构复杂、拆装麻烦；5、为了更好地保证支撑体发挥出所设计的性能，部分内支撑型轮胎需要特制的轮辋才能安装；6、内支撑体设计时主要考虑其支撑性能，保证爆胎或缺气情况下的车辆安全，因此支撑体减震性能差，缺气后车辆舒适性大幅下降。如果解决了上述六个问题，内支撑型安全轮胎***自然会普及到民用车辆领域，成为不仅仅用于特殊用途车辆的安全配置，更成为民用车辆安全轮胎的标准配置。

本发明的初衷就是解决上述六个问题，以便于内支撑型安全轮胎不仅仅用于特殊领域，也能够进入民用领域，增加公路交通的安全性，减少高速公路因轮胎爆胎等问题造成的交通事故及人员伤害。

发明内容

本发明为了解决前面所述的六项问题，采用了完全不同于现有轮胎内支撑体设计思路的新思路。现有内支撑体的设计思路都是基于工字型的支撑形状为主体，带有圆形或椭圆形等形状的减重孔，在此主体结构上进行增减修改，从而成为具有新功能的支撑体；现有支撑体都是采用螺栓连接的方式，以保证连接的稳固。本发明的新思路主要来源于薄壳理论，考虑利用薄壁双曲面壳体强度高和重量轻的特性来设计轮胎支撑体，以这个主体思路为基础考虑支撑体的最佳形状。作为轮胎内支撑体一定是安装在轮辋上的，那么薄壳结构只有两种方式最合理：第一种是沿轮辋的周向布置与轮辋周向平行的空心圆环或其他薄壳结构，该结构初步考虑时感觉非常简单，但考虑其与轮辋曲线的配合、连接方式以及安装空间，最终设计结构会复杂很多；第二种是沿轮辋的周向布置数个与轮辋轴向平行的空心圆环或其他薄壳结构，借助于每个空心圆环或其他薄壳结构的相互支撑形成多个薄壳结构，从而达到支撑体的作用。基于上述分析，本发明优先考虑第二种结构形式。

确定了轮胎支撑体的基本结构形式后，下一步设计首先要考虑的就是其在轮辋上的拆装。如果希望在通用轮辋上使用，必须将支撑体设计成分块式结构。分块的数量和尺寸既取决于轮辋直径和轮胎负荷下静半径的尺寸，又要考虑薄壳结构物体的支撑性能及安装空间。基于上述考虑，支撑体的分块情况也要根据不同的轮胎分类来进行：对于乘用车轮胎来说，由于轮辋直径大多在15-17英寸之间，断面高宽比在50-70％之间，因此将支撑体分为8-16块较好；对于卡客车轮胎来说，由于轮辋直径大多在20-22.5英寸之间，断面高宽比在80-100％之间，因此将支撑体分为6-12块较好；对于更大型或特种车辆用轮胎分块数根据使用情况确定。由于支撑体分块数与薄壳结构具体形状关系密切，即使单一规格的轮胎也可以有不同设计方案的不同分块数量，同时无内胎充气轮胎规格繁多，只能根据本发明的设计思路结合不同的需求确定所需规格的分块数。

支撑体的分块数量确定之后就是考虑支撑体薄壳结构的厚度了，其厚度的确定不仅仅要考虑薄壳结构的具体形状，还要考虑轮胎的单胎最大负荷。对于乘用轮胎来说单胎负荷基本在1吨以下，对于卡客车轮胎来说单胎负荷基本在3吨左右。除了上述两方面的考虑之外，还要考虑到支撑体的安全倍数，综合这些因素通过计算可以大概得到薄壳结构的厚度范围，对于乘用车轮胎来说其厚度在3-7mm之间较好，对于卡客车轮胎来说其厚度在8-20mm之间较好，更大型或特种车辆轮胎使用其厚度根据使用情况确定。

本发明支撑体最大宽度和最大高度的确定方法与目前其他支撑体的宽度与高度确定方法相同，不再详细叙述。需要说明的是本发明中支撑体的最大高度可以比现有支撑体大许多，极限情况下可以达到支撑体安装后与实际轮胎内轮廓半径接近相同，这是由于本发明中支撑体的分块数比较多，避免了分块较少时不得不减小最大高度以便能够将支撑体顺利安装到轮辋上。本发明中支撑体的最大高度一般确定为接近轮胎负荷下静半径与轮辋底部半径之差的数值。

支撑体与轮辋的配合方式相对来说简单，只需要根据轮辋的断面形状设计支撑体与轮辋的配合面就可以了。由于相同代号的轮辋断面形状是相同的，只是具体宽度尺寸有细微差异，因此对于尺寸相近的同代号轮辋(比如6J和6.5J)甚至可以使用同一种配合方式的支撑体。

支撑体的分块、形状、与轮辋的配合等结构情况确定之后就应该考虑其连接方式了。作为分块多的薄壁型支撑体，传统的螺栓连接方式显然是不适用的，必须考虑新的连接方式。考虑支撑体的连接方式必须要了解支撑体连接的特点：一是连接能够提供足够的预紧力，保证支撑体在车辆行驶过程中不会移位；二是保证在车辆行驶过程中不会因为颠簸而松脱；三是连接要保证在一个轮胎更换周期内持续提供有效的预紧力；四是连接和解开方式简单易于在小空间内操作。根据上述支撑体连接的特点和分块薄壁支撑体的形状特征，分析多种连接方式之后本发明认为带自锁的绑带式连接是最适合的连接方式：第一可以在安装前把所有的支撑体分块连接在一起方便往轮辋周围摆放；第二连接固定时只需要将绑带从连接扣拉出一定的长度就可以保证支撑体分块在轮辋上的固定；第三可以提前预设止回点(或锁死点)保证预紧力的持续有效；第四随着预紧力要求的不同可以更换达到强度要求的绑带材质；第五在拆卸时只需采用合适的工具将绑带拆开或剪断即可拆下。根据上述分析，本发明采用带自锁装置的绑带对支撑体分块进行连接。因通用自锁绑带随材质不同采用不同的自锁方式，适合本发明使用的不锈钢材质一般为自锁头与钢珠自锁形式，尼龙等其他柔性材质一般为方形压扣与绑带的自锁形式。本发明选用的话需根据需要定制且在不锈钢或尼龙帮带上增加凸起的止回点(止回点的位置根据不同支撑体所需求的预紧力不同而不同)，确保长时间运行自锁位置不发生变化。

本发明结构方面最后一项需要考虑的内容就是绑带与支撑体分块之间的配合了。由于绑带具有一定的宽度，支撑体分块要获得比较均匀的预紧力，必须有一个正圆弧面与绑带配合，也就是说每一个支撑体分块上面都有一个直径相同的正圆弧面用来与绑带配合，同时该正圆弧面上有限制绑带沿宽度方向窜动的限位装置，结合本发明的使用条件采用限位孔是最合适的选择。该正圆弧面在支撑体分块上的位置也是需要考虑的问题，首先它需要贯穿整个分块以便于绑带穿过，其次它必须有一个合适的限位孔，同时满足这两个条件的位置分别位于支撑体分块的直径最大和最小处附近。考虑到在轮胎高速运转时支撑体产生的离心力越小越好，本发明优先选择与绑带配合的正圆弧面和限位孔在支撑体分块的直径最小处附近。根据上述分析同时考虑绑带宽度及通用轮辋形状，该正圆弧面的直径应该是支撑体最小内直径增加10～40mm最为合理(特殊形状轮辋单独设计)。

前边详细叙述了本发明结构方面的设计思路和优选方案，下面对支撑体分块和绑带的材质进行描述。因为本发明主要考虑的是支撑体的结构，而支撑体的材质更是有多种不同的选择。首先考虑支撑体分块的材质，根据支撑体分块的使用要求可以知道其材质至少满足三方面的要求：一是要有足够的强度；二是要有一定的弹性；三是要有一定的韧性。因此支撑体分块可以使用如下材质：钢铁、铝合金等各种金属材质类材质；尼龙、树脂、工程塑料等各种高分子材料类材质；玻璃纤维、碳纤维等各种复合材料类材质以及其他符合要求的新型材料。对于绑带来说，由于绑带的编织方法对于绑带性能有较大的影响，所以单从绑带材质方面考虑应该具有如下性能：1、具有良好的尺寸稳定性；2、具有足够的强度；3、具有优良的耐老化性能；4具有优良的耐疲劳伸长性能。符合上述要求的材质与支撑体分块材质类似，包括：不锈钢等金属类材质，尼龙等高分子材质以及碳纤维等复合材料材质。

下面就支撑体分块不同材质的加工方法进行说明。如果选用铝合金等金属材质来加工的话，最好的加工方法就是精密铸造。因为支撑体分块不仅与轮辋有配合，所有支撑体分块之间也需要配合，因此加工精度相对较高，为了达到使用要求必须选择精密铸造来进行加工制作。如果选用工程塑料等高分子材料来加工的话，则需要采用注射的成型方法，因为注射成型的加工精度高、成型速度快等优点能大幅度降低生产成本。如果选用碳纤维等新型复合材料来加工的话，因其作为新型材料不断有新的加工工艺被开发出来，就目前来说采用模压法、和缠绕预成型的加工方法比较适合本发明产品的生产，但是其加工效率低、成本高且一些比较复杂的结构无法实现，仅适用于一些高端产品的开发。根据上述分析，本发明优先选用工程塑料等高分子材质采用注射的方法来进行支撑体分块的加工。

前面详细叙述了本发明的设计思路及优选方案等，根据描述可以知道本发明的内支撑体结构简单、重量轻、安装方便。既不需要更换特殊的轮辋，又不大量增加轮胎拆装的工作量；既不影响轮胎的动平衡性能，又能提供足够多的减震性能；既可以提供轮胎爆胎时所需要的支撑力，又具有内支撑体所要求的远距离续行能力。

本发明可以使普通车辆的普通轮胎在短时间内通过简单的安装转变为具有高度安全性的跑气保用安全轮胎，换句话说就是本发明可与多种轮胎轮辋***相配合构成安全轮胎***(或称跑气保用轮胎***)。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。(为了说明清楚，组装示意图中均没有将轮胎画出来)

图1为本发明实施例一轮胎内支撑体与轮辋组装的立体结构示意图；

图2为本发明实施例一轮胎内支撑体的立体结构示意图；

图3为本发明实施例一支撑体分块的立体结构示意图；

图4为本发明实施例二轮胎内支撑体的立体结构示意图；

图5为本发明实施例二支撑体分块的立体结构示意图；

图6为本发明实施例三支撑体分块的立体结构示意图；

图中1支撑体分块，11与轮辋配合面，12限位孔，13正圆弧面，2轮辋，3连接绑带

具体实施方式

【实施例1】

一种轮胎用内支撑体，如图1所示包括数个形状相同的薄壁类扇形筒状支撑体分块1紧密排列在轮辋2周围，所述这些支撑体分块1与轮辋2接触部位有与轮辋配合的曲面11，所述这些支撑体分块1的近轮辋部位有限位孔12，两个限位孔之间有保证绑带施力均匀的正圆环面13，所述这些支撑体分块1通过带自锁止回装置(或锁死装置)的连接绑带3预紧并固定在轮辋上。

【实施例2】

本实施例与实施例1结构方面的区别在于：如图5所示，组成支撑体的薄壁支撑体分块1为两个圆筒状和一个类圆筒状物体的组合，支撑体分块直径较大部分的两个圆筒状物体与直径较小部分的类圆筒状物体是结合在一起的，换句话说就是该组合是不可分的整体结构，共同构成了一个支撑体分块。

另外本实施例所描述的支撑体分块尺寸比实施例1的尺寸大很多，实施例1的结构比较适合乘用车轮胎使用，本实施例的结构比较适合卡客车或更大型车辆轮胎使用。因为卡客车所使用的支撑体分块高度更大，使用单一的筒状结构可能无法达到薄壳理论的存在条件导致支撑失效，为了避免使用单一的筒状结构支撑力不足导致的支撑失效，采用组合结构可以有效避免支撑失效情况的发生。本实施例选择的两个圆筒状结构是较好的组合结构，因为薄壁圆筒状在受力时可以将全部受力沿薄壁传导，在与下部类筒状结构结合点将力传导至类圆筒状物体，之后的受力状态与实施例1类似。当然，该结构的加工与实施例1相同，采用高分子材料的注射加工方法即可准确成型。

【实施例3】

本实施例与实施例2结构方面的区别在于：如图6所示，组成支撑体的薄壁支撑体分块1为三个不同形状的类圆筒状物体的组合。本实施例与实施例2相比在于支撑体与轮胎接触时接触面积更大，可以提供更大的摩擦力。

以上所述仅是本发明的三个实施例而已，以实施例2为说明，随着支撑体高度的不同，组合结构的直径较大部分可以选用三个或更多尺寸相同或不同的圆筒状或类圆筒状结构，直径较小部分结构可以与实施例2相同或进行适当修改。总之实施例只是为了更清楚的描述和显示本发明的基本原理和主要特征及其优点，并非是对本发明做出的限制。任何熟悉本专业的技术人员在本说明书的启示下，还可以做出多种形式的变化和改进，在不脱离本发明原理和权利要求所保护范围的情况下，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种无内胎充气轮胎用内支撑体，由数个支撑体分块(1)和绑带(3)组成，其特征在于所述的支撑体分块(1)为单个薄壁结构或组合薄壁结构，由绑带(3)将上述支撑体分块预紧并固定在轮辋(2)上。

2.根据权利要求1所述的内支撑体，其特征在于每个支撑体分块(1)可以为单个薄壁类筒状结构，也可以为一个薄壁类筒状结构与几个薄壁筒状结构或薄壁类筒状结构的组合。

3.根据权利要求1所述的内支撑体，其特征在于支撑体分块(1)具有与轮辋(2)形状相配合的曲面(11)。

4.根据权利要求1所述的内支撑体，其特征在于支撑体分块(1)具有保证受力均匀的正圆弧面(13)与绑带(3)配合。

5.根据权利要求1所述的内支撑体，其特征在于支撑体分块(1)具有限位孔(12)保证绑带(3)位置固定。

6.根据权利要求1所述的内支撑体，其特征在于安装完成后，每个支撑体分块(1)在轮辋圆周方向紧密配合。

7.根据权利要求1所述的内支撑体，其特征在于所述绑带(3)具有自锁及止回装置，止回装置的位置与预紧力的大小有关。

8.根据权利要求1所述的内支撑体，其特征在于所述支撑体分块(1)及绑带(3)均可采用工程塑料、金属、碳纤维及新型复合材料等加工制成。

Images