CN112706563B - 具有仿生牙齿结构的非充气弹性体轮胎 - Google Patents

具有仿生牙齿结构的非充气弹性体轮胎 Download PDF

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Abstract

本发明属于非充气轮胎胎体结构技术领域，公开了具有仿生牙齿结构的非充气弹性体轮胎。该非充气弹性体轮胎的支撑柱在所述内圆周连接构件与外圆周连接构件之间延伸并分别与内圆周连接构件、外圆周连接构件匹配连接，所述支撑柱具有一定弧度向胎侧外弯曲，所述支撑柱在轮胎轴向对应设置两个并呈镜像对称排布，形成“牙齿”形状的支撑对。本发明的非充气轮胎结构不仅具有充气轮胎的承载能力和静刚度特点，而且接地压力分布合理，有利于减震性能的提高。

Description

具有仿生牙齿结构的非充气弹性体轮胎
技术领域
本发明涉及非充气轮胎胎体结构技术领域，特别涉及具有仿生牙齿结构的非充气弹性体轮胎。
背景技术
轮胎分为充气轮胎和非充气轮胎两大类，充气轮胎采用橡胶和轮辋密闭压缩空气实现对胎冠的支撑，因此使用过程中可能会出现胎压不足、轮胎被物体刺穿漏气和爆胎等工况。非充气轮胎一般为实心轮胎，采用固体支撑物来代替充气轮胎中的压缩空气实现对胎冠的支撑，因此可以有效的避免非充气轮胎中可能出现的胎压不足、刺穿和爆胎等问题，同时，非充气轮胎比充气轮胎的横向刚度大，可提高车辆的操纵稳定性。但是实心的非充气轮胎重量大，承载力尚需改善，而且常见非充气轮胎的结构在受力时均在胎侧内变形，不利于减震性能的提高，会造成缓冲性能差，乘坐舒适性差等缺点。
发明内容
为了解决现有技术中的承载力和减震效果差的问题，本发明提供了一种具有仿生牙齿结构的非充气弹性体轮胎。
为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
具有仿生牙齿结构的非充气弹性体轮胎，包括内圆周连接构件、外圆周连接构件和支撑柱，所述支撑柱将所述内圆周连接构件连接到外圆周连接构件；所述支撑柱在所述内圆周连接构件与外圆周连接构件之间延伸并分别与内圆周连接构件、外圆周连接构件匹配连接，所述支撑柱具有一定弧度向胎侧外弯曲，所述支撑柱在轮胎轴向对应设置两个并呈镜像对称排布，形成“牙齿”形状的支撑对，所述支撑柱在靠近内圆周连接构件部分厚度减小，所述支撑柱在靠近外圆周连接构件部分厚度增大。
本发明提供的支撑柱内侧具有第一形状曲线，所述支撑柱外侧具有第二形状曲线，所述第一形状曲线的曲率半径R1的范围为160mm≤R1≤400mm，所述第二形状曲线的曲率半径R5范围为100mm≤R5≤350mm。所述支撑柱与外圆周连接构件接触处具有第三形状曲线，所述第三形状曲线的曲率半径R4范围为60mm≤R4≤300mm。
本发明提供的外圆周连接构件呈现“牙床”形状轮廓，所述外圆周连接构件中间较两侧厚，所述外圆周连接构件中间部分向外突出形成凸起部，所述外圆周连接构件两侧部分均向内凹陷形成内凹部。
作为优选，所凸起部的曲率半径R2范围为240mm≤R2≤500mm；所内凹部的曲率半径R3范围为150mm≤R3≤400mm。
本发明所提供的若干个支撑柱沿环向阵列方式排布，作为优选，所述支撑对的数量在30到40对之间。
本发明所提供的内圆周连接构件经配置连接到轮毂，所述外圆周连接构件与所述内圆周连接构件沿轮胎径向间隔开，并经配置连接到轮胎胎面。
本发明提供了具有仿生牙齿结构的非充气弹性体轮胎，其支撑柱具有一定弧度向胎侧外弯曲，支撑对呈现“牙齿”形状轮廓，本发明的非充气轮胎结构是仿生“牙齿”结构并结合拓扑优化理念得到的合理结构，它不仅具有充气轮胎的承载能力和静刚度特点，而且接地压力分布合理，从而提高了轮胎的耐磨性和行驶里程；常见非充气轮胎结构在受力时均在胎侧内变形，而本发明的仿生牙齿非充气轮胎在承载变形时向胎侧外弯曲，更接近充气轮胎的变形情况，有利于减震性能的提高，这种结构可在多种车辆的轮胎上应用。本发明提供的非充气弹性体轮胎具有耐刺扎、易加工、易维护、长寿命，易更换胎面等优点，尤其适合于在工作环境恶劣的条件下使用。
附图说明
图1为本发明所提供的非充气弹性体轮胎的结构示意图；
图2为本发明所提供的非充气弹性体轮胎的另一结构示意图；
图3为本发明所提供的非充气弹性体轮胎的断面图；
图4为本发明所提供的支撑柱和外圆周连接构件的部分结构示意图；
图5为本发明提供的非充气弹性体轮胎与充气轮胎的刚度曲线比较图。
具体实施方式
本发明公开了具有仿生牙齿结构的非充气弹性体轮胎，本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进相关结构得以实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明当中。本发明的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。
为了使本领域技术人员能够更好的理解本发明，下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
具有仿生牙齿结构的非充气弹性体轮胎，包括内圆周连接构件40、外圆周连接构件20和支撑柱30，所述支撑柱30在所述内圆周连接构件40与外圆周连接构件20之间延伸并将所述内圆周连接构件40连接到外圆周连接构件20，所述支撑柱30分别与内圆周连接构件40、外圆周连接构件20匹配连接，所述支撑柱30具有一定弧度向胎侧外弯曲，所述支撑柱30在轮胎轴向对应设置两个并呈镜像对称排布，形成“牙齿”形状的支撑对，所述支撑柱30在靠近内圆周连接构件部分厚度减小，所述支撑柱在靠近外圆周连接构件部分厚度增大。
本发明的非充气弹性体轮胎的外圆周连接构件20和支撑对形状类似牙床和牙齿结构，支撑柱的牙齿结构类似最坚硬的牙齿器官，牙齿的轮廓结构使支撑柱30具有较大的刚度，本发明的支撑对呈现“牙齿”轮廓的仿生牙齿非充气轮胎，它可提高轮胎的承载能力，并延长轮胎的使用寿命，避免了轮胎行驶过程中因刺扎漏气、爆胎等无法使用的缺点，提高了轮胎的行驶安全性和可靠性。而支撑柱30根部为仿牙床结构的外圆周连接构件20，作为牙齿的承载体，能够很好的分散“牙齿”状支撑柱所受应力，不仅提高轮胎的承载能力，而且中间厚两侧薄的结构可以很好地分散来自路面的震动和冲击，并使接地压力分布均匀，提高轮胎的行驶里程。常见非充气轮胎结构在受力时均在胎侧内变形，而本发明的仿生牙齿非充气轮胎在承载变形时向胎侧外弯曲，更接近充气轮胎的变形情况，有利于减震性能的提高，这种结构可在多种车辆的轮胎上应用。
进一步的，本发明支撑柱30用于承担车辆负荷，与常见的非充气轮胎沿轮胎周向变形不同，本发明的支撑柱朝向胎外侧弯曲变形，更贴近充气轮胎的变形情况，能够更好地缓冲来自路面的震动和冲击；本发明提供的支撑柱30内侧具有第一形状曲线301，所述支撑柱外侧具有第二形状曲线302，所述第一形状曲线301的曲率半径R1的范围为160mm≤R1≤400mm，所述第二形状曲线302的曲率半径R5范围为100mm≤R5≤350mm；所述支撑柱30与外圆周连接构件20接触处具有第三形状曲线303，所述第三形状曲线的曲率半径R4范围为60mm≤R4≤300mm；如此支撑柱30在轮胎行驶过程中起到主要支撑和缓冲作用，需要具备一定的刚度以承载车辆重量，上述必要的弧度参数使支撑柱向胎外侧弯曲变形以起到缓冲作用，适度的厚度变化以减轻轮胎重量。
本发明提供的外圆周连接构件20呈现“牙床”形状轮廓，所述外圆周连接构件20中间较两侧厚，能有效分散轮胎的接地压力和缓冲地面的冲击震动，提高轮胎的耐磨性和使用寿命。所述外圆周连接构件中间部分向外突出形成凸起部201，所述外圆周连接构件两侧部分均向内凹陷形成内凹部202；所述支撑柱30根部的形状与所述外圆周连接构件20的凸起部201和内凹部202相匹配形成类似于牙床和牙齿结构紧密连接匹配的状态；外圆周连接构件20为外层环仿生“牙床”轮廓，用来固定支撑柱以及贴合胎面花纹块，因轮胎与地面接触时，接地压力从接触中心向四周递减，故外层环中间要比两侧厚，类似牙床结构，可分散接地压力，减少应力集中，减轻轮胎重量，提高轮胎的使用寿命。
所凸起部201的曲率半径R2范围为240mm≤R2≤500mm；所内凹部202的曲率半径R3范围为150mm≤R3≤400mm，能够更好的分散接地压力，减少应力集中，减轻轮胎重量，提高轮胎的使用寿命。
本实施中，本发明所提供的若干个支撑柱30沿环向阵列方式排布，所述支撑对的数量在30到40对之间。本发明所提供的内圆周连接构件40经配置连接到轮毂，所述外圆周连接构件20与所述内圆周连接构件20沿轮胎径向间隔开，并经配置连接到轮胎胎面10。
本发明提供的非充气弹性体轮胎的成型加工可以采用如下两种方案：第一种方案是该轮胎的胎面10利用挤出机挤出胎面半成品，用于硫化贴合在支撑体30连接的外圆周连接构件20上，支撑体30可利用聚氨酯进行注射或浇注一次成型，并在注射或浇注前将胎面半成品放置于轮胎模具中，从而完成胎面与支撑30的贴合和硫化成型。第二种方案是全部用聚氨酯材料注射或浇注成型胎面10和支撑体30，该成型方法简单，生产效率高，产品质量易于保证。
将本发明提供的非充气轮胎具有同规格充气轮胎的承载能力和静刚度特点，如图5所示。图5显示，本发明提供的具有仿生牙齿结构的非充气弹性体轮胎在承载能力和静刚度性能上可与同规格或相近规格充气轮胎接近。
对本发明提供的非充气轮胎的性能进行模拟计算，并与充气轮胎检测结果相比较，如表1所示。
表1本发明的非充气轮胎性能数据
项目 充气轮胎实测值 非充气轮胎模拟值
标准负荷(kN) 34.79 34.79
负荷下的垂直变形量(mm) 34.30 35.86
接地印痕面积(mm<sup>2</sup>) 42838 35792
平均接地压力(MPa) 0.812 0.97
最大接地压力(MPa) 5.31 3.44
表1数据显示，接地压力最大值明显小于充气轮胎的实测值，接地压力更加均匀，有利于提高轮胎的耐磨性和行驶里程。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.具有仿生牙齿结构的非充气弹性体轮胎，包括内圆周连接构件、外圆周连接构件和支撑柱，所述支撑柱将所述内圆周连接构件连接到外圆周连接构件，其特征在于：所述支撑柱在所述内圆周连接构件与外圆周连接构件之间延伸并分别与内圆周连接构件、外圆周连接构件匹配连接，所述支撑柱具有一定弧度向胎侧外弯曲，所述支撑柱在轮胎轴向对应设置两个并呈镜像对称排布，形成“牙齿”形状的支撑对，所述支撑柱在靠近内圆周连接构件部分厚度减小，所述支撑柱在靠近外圆周连接构件部分厚度增大。
2.如权利要求1所述的非充气弹性体轮胎，其特征在于：所述支撑柱内侧具有第一形状曲线，所述支撑柱外侧具有第二形状曲线。
3.如权利要求2所述的非充气弹性体轮胎，其特征在于：所述第一形状曲线的曲率半径R1的范围为160mm≤R1≤400mm，所述第二形状曲线的曲率半径R5范围为100mm≤R5≤350mm。
4.如权利要求1或2所述的非充气弹性体轮胎，其特征在于：所述支撑柱与外圆周连接构件接触处具有第三形状曲线，所述第三形状曲线的曲率半径R4范围为60mm≤R4≤300mm。
5.如权利要求1所述的非充气弹性体轮胎，其特征在于：所述外圆周连接构件呈现“牙床”形状轮廓，所述外圆周连接构件中间较两侧厚，所述外圆周连接构件中间部分向外突出形成凸起部，所述外圆周连接构件两侧部分均向内凹陷形成内凹部。
6.如权利要求5所述的非充气弹性体轮胎，其特征在于：所凸起部的曲率半径R2范围为240mm≤R2≤500mm；所内凹部的曲率半径R3范围为150mm≤R3≤400mm。
7.如权利要求1所述的非充气弹性体轮胎，其特征在于：若干个支撑柱沿环向阵列方式排布，所述支撑对的数量在30到40对之间。
8.如权利要求1所述的非充气弹性体轮胎，其特征在于：所述内圆周连接构件经配置连接到轮毂，所述外圆周连接构件与所述内圆周连接构件沿轮胎径向间隔开，并经配置连接到轮胎胎面。
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