CN118103218A - 具有联锁轮辐特征结构的非充气车轮 - Google Patents

Abstract

一种非充气车轮，该非充气车轮具有外胎面带、轮毂和接合该轮毂和该外胎面带的多个轮辐，其中每个轮辐在其邻近该轮毂的径向内端处的一部分与相邻轮辐在该相邻轮辐径向内端处的一部分重叠。

Description

具有联锁轮辐特征结构的非充气车轮

技术领域

本发明的主题涉及非充气车轮，并且尤其涉及具有增强轮辐的非充气车轮，该非充气车轮具有改进的轮辐到轮毂附接。

背景技术

非充气车轮可以具有一系列周向相邻的轮辐，这些轮辐围绕车轮的旋转轴线布置在非充气轮胎的轮毂与外胎面带之间。轮辐允许车轮的变形，从而允许其吸收车轮滚动所经过的地形的颠簸，并且还允许外胎面带变形，以便形成抵靠地面的平坦接触区，例如，允许外胎面带平放在平坦的地面上，并且将载荷分布在接触区上。

由于车辆的重量，车辆的载荷导致轮辐变形，并且在轮辐围绕旋转轴线行进并行进穿过接触区时在各个轮辐中产生局部应力。例如，图1和图2示出了轮辐100的径向内支脚112的有限元模型，其中上部平坦部分固定到刚性轮毂12并且承受来自下方的压缩载荷。这是轮辐100在载荷下处于车轮的接触区内时将经历的应力的近似值。图2示出了图1所示的轮辐的径向内部部分的近距离视图，该近距离视图示出了轮辐100的边缘处的应力集中40，轮辐在该边缘处附接到轮毂。没有示出有限元模型中的轮毂，而是通过将元素固定在轮辐端部的上部平坦部分处来近似轮毂，这表示轮辐端部与相对较硬的轮毂的结合。

如图3所示，这种应力集中被认为有助于裂纹萌生，从而导致轮辐在轮辐100与毂12的附接部处或附近的撕裂50。这种撕裂导致不得不使车轮停止使用以进行维修或更换，从而减少了车轮的期望使用寿命。

提供对非充气车轮的改进以便延长车轮的使用寿命将是有利的。特别地，在轮辐与轮毂的附接部处或附近，防止轮辐撕裂是非常有利的。

发明内容

本发明的方面及优点将部分在以下描述中阐述，或可从具体实施方式显而易见，或可通过本发明的实践习得。

在一个示例性实施方案中，非充气车轮具有用于附接到车辆的轮毂、径向外胎面带和将径向外胎面带附接到轮毂的多个轮辐，轮辐中的每个轮辐包括：径向外端，该径向外端附接到径向外胎面带；径向内端，该径向内端附接到轮毂；中间部分，该中间部分连接径向外端和径向内端；其中径向内端包括弹性体材料；其中每个轮辐的径向内端在周向方向上从第一周向位置延伸一定长度到第二周向位置；其中第二周向位置邻接每个相邻轮辐的第一周向位置；其中第二周向位置从相邻轮辐的第一周向位置径向向外定位，使得每个轮辐的径向内端在周向方向上与相邻轮辐的径向内端重叠。

参考以下描述及所附权利要求，本发明的这些和其他特征、方面和优点将变得更好理解。并入在本说明书中并且构成本说明书的一部分的附图说明本发明的实施方案，并且与具体实施方式一起用于解释本发明的原理。

附图说明

参考附图，在说明书中阐述了针对本领域普通技术人员的本发明的完整且可行的公开内容，包括其最佳模式，其中：

图1提供了非充气车轮轮辐的径向内端的有限元模型的横向侧视图，其中轮辐经受径向压缩。

图2提供了非充气车轮轮辐的径向内端的有限元模型的近距离视图，该近距离视图示出了箭头所指的应力集中。

图3提供了轮辐的横向侧视图，该轮辐在图1和图2所示的应力集中的位置处或附近已经开始破裂。

图4提供了非充气车轮的侧面的侧视图。

图5描述了本发明的实施方案的透视图，其中轮辐在径向内支脚中具有凹槽部分。

图6提供了另一实施方案的横向截面图，该实施方案在径向内支脚中具有凹进部分。

图7提供了本发明的实施方案的横向侧视图，其中每个轮辐的径向内端在径向方向上与相邻轮辐的径向内端重叠。

图8示出了有限元模型，该有限元模型示出了本发明的实施方案的径向内端。

在不同的附图中使用相同或类似的参考标号来表示相同或类似的特征。

具体实施方式

本发明提供了具有改进的轮辐到轮毂附接的改进的非充气轮胎。出于对本发明进行描述的目的，现在将详细参考本发明的实施方案和/或方法，该实施方案和/或方法的一个或更多个示例在附图中示出或用附图示出。每个示例是作为本发明的解释而非本发明的限制而提供的。事实上，所属领域的技术人员将清楚，在不脱离本发明的范围或实质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方案的部分的特征或步骤可与另一个实施方案或步骤一起使用，以产生又另一实施方案或方法。因此，希望本发明涵盖此类修改和变化，如同其处于所附权利要求书以及其等效物的范围内。

对于本公开，以下术语限定如下：

“轴向方向”是指与例如外胎面带、轮胎和/或车轮在其沿路面行进时的旋转轴线平行的方向。

附图中的“径向方向”或字母“R”指代与轴向方向正交并且在与从轴向方向正交延伸的任何半径相同的方向上延伸的方向。

附图中的“周向方向”或字母“C”指代与轴向方向正交并且与径向方向正交的方向。

附图中的“向前行进方向”或字母“F”是指出于美观和/或性能原因轮胎被设计成的主要行进的方向。可以并且预期在不同于前行方向的方向上行驶。

附图中的“旋转方向”或字母“D”是指出于美观和/或性能原因轮胎被设计成的主要旋转的方向。可以并且预期在与旋转方向相反的方向上旋转。

“径向平面”意指垂直于赤道平面而通过且穿过车轮的旋转轴线的平面。

“侧向方向”或字母“L”表示与赤道平面正交的方向。

非充气车轮可具有将车轮附接到车辆的轮毂、径向外胎面带和将径向外胎面带连接到轮毂的多个轮辐。图4示出了示例性非充气车轮10的横向侧视图，该非充气车轮具有在周向方向上彼此相邻布置的多个轮辐100。非充气车轮10可以被认为包括非充气轮胎，该非充气轮胎包括附接到多个轮辐100的外胎面带200，该非充气车轮胎又通过轮辐100附接到轮毂12。轮毂可以附接到车辆，诸如乘用车辆，从而允许车辆在地面表面上滚动。其他物体和车辆可以结合本发明，包括但不限于：重型卡车、拖车、轻型卡车、越野车、ATV、UTV、高尔夫球车、公共汽车、飞机、农业车、采矿车、自行车、摩托车。非充气车轮10具有轮毂12，该轮毂具有径向外表面，该径向外表面具有绕中心轴线20的旋转轴线。非充气车轮10可以通过包括粘合在内的任何数量的方法结合到轮毂12。粘合方法可以包括使用粘合剂，诸如通过氰基丙烯酸酯或聚氨酯粘合剂。

在此示出的车轮10具有旋转轴线20，轮胎10围绕该旋转轴线旋转。在该示例性车轮10中，外胎面带200的径向外表面230与轮胎在其上滚动的地面表面30交接。在标称载荷下，轮胎的轮辐100随着轮胎进入和离开接触区而弯曲。当轮辐在接触区外部围绕轴线20旋转时，轮辐100中出现较小挠曲，而大部分挠曲发生在轮辐100进入、离开和行进通过接触区域时。

在这样的非充气车轮10中，轮辐的径向内部部分具有连接到另一表面(轮毂12的径向外表面)的径向内支脚112。在该示例性车轮10中，径向内支脚112包括将径向外支撑件连接到轮毂12的弹性体接合体。轮辐100的径向外部部分具有径向外支脚114，该径向外支脚包括将外部支撑元件连接到又一表面(外胎面带200的径向内表面)的另一弹性体接合体。

胎面带200包括弹性体材料并且允许变形以在接触区中形成平面足迹。轮辐100的径向外支脚114附接到胎面带200的径向内表面202。在一些实例中，轮辐通过聚氨酯粘合剂粘附在适当位置。在其他实例中，轮辐可以通过其他粘合剂(诸如氰基丙烯酸酯粘合剂)附接，或者可以通过其他方法附接，该其他方法包括例如通过使用生胶并且将橡胶部件固化在一起或者在固化或部分固化的橡胶部件之间使用生胶条来将弹性体材料粘接在一起，或者使用冷硫化工艺，诸如通过使用橡胶水泥。

轮辐支腿140从径向内支脚112在大致径向向外的方向上延伸。在所示的实施方案中，有两个轮辐支腿140，它们由形成中间部分的鼻状部分130接合。其他实施方案可以具有形成中间部分的单个轮辐支腿，该单个轮辐支腿将径向内支脚附接到径向外支脚。

在一些实例中，外胎面带200具有加强外胎面带的增强件210。胎面230可以设置在外带200的径向外表面上以提供边缘来帮助牵引，诸如通过提供胎面花纹块和在胎面花纹块之间的相关的横向与纵向沟槽。在其他实例中，外胎面带200可以是光滑的。在本文公开的实施方案中，增强件210是周向定向的纤维增强复合材料的形式。在其他实施方案中，可以使用诸如金属的其他材料作为增强件来加强结合。在这样的金属增强的外带结构中，金属可以采取包在车轮10的旋转轴线20周围的一根或多根缆线的形式。在一些实施方案中，外胎面带200可能缺乏帮助在车轮周围周向地承载载荷的增强结构。

对于所示的该特定示例性车轮，轮胎100的尺寸类似于215/45R17的充气轮胎尺寸，其中胎面的横向宽度为约215mm，并且外胎面带的直径为约620mm。

示例性实施方案的每个轮辐100具有“鼻部”部分130，该部分用作弹性铰链，如图5所示。“鼻部”部分130是将形成轮辐的径向内部部分的支撑元件140和形成轮辐的径向外部部分的支撑元件140连接的弹性体接合体136。轮辐100的支撑元件140最初是以相对于彼此的角度定位的。轮辐支撑元件之间的测量小于180度的角是内角，并且轮辐支撑元件之间的测量大于180度的角是外角。同样，轮辐100的外角侧上的表面被称为外角表面193，而轮辐100的内角侧上表面在本文中被称为内角表面192。弹性体接合部136包括附接到每个轮辐支撑元件的弹性体，并且定位在轮辐元件的在内角侧上的侧部上。

图5示出了示例性轮辐实施方案100的透视剖视图，其中部分被移除以示出包括增强件位置和定向的实施方案的部件。该实施方案具有鼻部增强膜640，该鼻部增强膜包括机织纤维织物，其中纤维与横向方向(L)成角度或偏置。该图还示出了轮辐支腿140的支腿增强件146。在该实施方案中，径向内支脚112和径向外支脚114都具有增强膜600、620，类似于也被示出的鼻部增强膜134。在该实施方案中，该特定实施方案的鼻部膜640的增强帘线134的约一半以+45度角定向，并且鼻部膜640的增强帘线134的另一半以与赤道平面成-45度角定向并且包在轮辐100的鼻部130周围。同样地，该特定实施方案的支脚增强膜600和620的约一半的增强帘线以+45度角定向，并且增强膜600的另一半和620以与赤道平面成-45度角定向并且包在轮辐100的每个支脚112、114周围。

在该实施方案中，增强膜640、600和620的帘线是交织的。在其他实施方案中，帘线可以以不同的角度铺设而不交织，或者在其他实施方案中，它们可以具有彼此相同的角度。在其他实施方案中，增强膜也可以彼此叠放，每个增强膜各自具有相似的帘线角度或彼此不同的帘线角度。支撑元件140的增强件146示出为沿支撑元件140的长度大体上在径向方向上定向的细长增强件。在该实施方案中，支撑元件140的增强强件146包括拉挤玻璃纤维树脂棒。这些增强件146嵌入橡胶弹性体中以形成轮辐100的支撑元件140。应当理解，其他增强件或增强件的组合是可能的，包括使用但不限于使用碳纤维复合材料、芳族聚酰胺纤维复合材料或金属增强件。增强件146具有比围绕它们的弹性体材料更高的抗弯刚度。由于增强件146比形成弹性体接合体的相同厚度的橡胶材料更硬，因此支撑元件140被认为具有比弹性体接合体更高的弯曲刚度。

在该实施方案中，轮辐在轮辐的横向(L)方向上保持类似的横截面轮廓。可以看出，支脚110，即径向内支脚112和径向外支脚114均提供到车轮10的轮毂12和外带200的附接点。在径向内支脚112的径向内端处沿周向方向的加宽提供了周向宽的表面122用于附接到轮毂12，诸如粘附、粘接和/或机械地附接到该轮毂。增强膜600被定位在径向内支脚112的狭窄部分处。同样地，在径向外支脚114的径向外端处沿周向方向的加宽提供了周向宽的表面124用于附接到外胎面带200，诸如粘附、粘接和/或机械地附接到外胎面带。增强膜620被定位在径向外支脚114的狭窄部分处。在示出的实施方案中，径向内表面122和径向外表面124示出为在轮辐的圆周方向上略微弯曲，以在轮辐以相应方位附接的位置处匹配轮毂的曲率半径和外带200的径向内表面202。另选地，径向内表面122、径向外表面124或两者的表面还可在轮辐的周向方向上是平坦的。

如图5和图6所示，径向内支脚112在轮辐100的径向内表面122附近具有后退部分或凹进部分126，该后退部分或凹进部分形成嵌套表面，该嵌套表面可以接收相邻轮辐的轮辐的内角侧上的表面。换言之，径向内支脚112的凹进部分126与相邻轮辐的径向内支脚112径向重叠。

图6提供了轮辐100的示例性实施方案的截面图。应当理解，虽然此处所示的轮辐100具有径向外增强膜620、径向内增强膜600和鼻部增强膜640，但是轮辐可能缺少这些膜中的任何一个、两个或全部三个，并且仍然在本发明的范围内。

凹进部分126位于轮辐100的外角表面193侧与径向内表面122之间。凹进部分126在此被示为具有四分之一圆轮廓的截面，但是应当理解，在本发明的范围内，其他截面形状也是可能的。轮辐的凹进部分126的四分之一圆形轮廓截面允许其压靠相邻轮辐的内角表面192，如图7所示。

图7示出了压靠地面30的表面的非充气车轮的实施方案，其中圆形外胎面带200平坦地压靠地面表面30。该剖视图位于接触区的大致中间。接触区内的轮辐在径向方向R上被压缩，这又导致轮辐支腿140移动得更靠近轮毂12。该运动又压缩径向内支脚112的弹性体接合体，并且将其压靠在相邻轮辐的相邻径向内支脚112上。这朝向轮毂112压缩相邻轮辐的径向内支脚112，从而减少可能存在的任何拉伸应力。

图8示出了另一实施方案的径向内端112在载荷下的有限元模型。在该模型中，未示出轮毂，而是轮辐100的径向内部部分112的径向内表面122固定就位。可以看出，沿相邻轮辐顶端的应力相对均匀，没有显著的应力集中。

在该实施方案中，凹进表面126结合到相邻轮辐的相邻内角表面192。在其他实施方案中，表面可以不结合。图7还描绘了轮辐的凹进表面126与相邻轮辐的内角表面192互补。在其他实施方案中，凹进表面126可以不是互补的，而是在相邻轮辐的内角表面192与凹进表面126之间留下间隙，该间隙可以或可以不用结合剂(例如粘合剂)填充。

所公开技术的方面的所选择的组合对应于本发明的多种不同实施方案。应注意，本文呈现和讨论的示例性实施方案中的每一个不应暗示对本主题的限制。说明或描述为一个实施方案的一部分的特征或步骤可与另一个实施方案的方面组合使用以产生又另外的实施方案。此外，某些特征可与执行相同或类似功能的未明确提及的类似装置或特征互换。

本文所公开的尺寸和值不应当理解为严格限制于所列举的精确数值。相反，除非另有规定，否则每个这种尺寸旨在意指所列举的值和围绕该值的在功能上等同的范围两者。例如，公开为“40mm”的尺寸旨在意指“约40mm”。此外，本文所公开的尺寸和值不限于指定的测量单位。例如，以英语单位表述的尺寸应当理解为包括以公制和其他单位表述的等同尺寸(例如，公开为“1inch”的尺寸旨在意指“2.5cm”的等同尺寸)。

如本文所使用的，术语“方法”或“过程”是指在不脱离当前公开的发明范围的情况下可以以不同于所示的顺序执行的一个或更多个步骤。如本文所使用的，术语“方法”或“过程”可以包括至少由一个电子或基于计算机的设备执行的一个或多个步骤。任何步骤的顺序都是示例性的，并且不意在将本文所述的方法限制于任何特定的顺序，也不意在将增加步骤、省略步骤、重复步骤或同时执行步骤排除。如此处所使用的，术语“方法”或“过程”可以包含至少由一个电子或基于计算机的设备执行的一个或多个步骤，该设备具有用于执行执行这些步骤的指令的处理器。

术语“一”、“一个”和单词的单数形式应被视为包含相同单词的复数形式，使得这些术语意味着提供一个或多个某物。术语“至少一个”和“一个或多个”可互换使用。被描述为“在a和b之间”的范围包括“a”和“b”的值。

任何文件的引用并不承认该文件为相对于本文所公开或要求保护的任何发明的现有技术，也不承认该文件单独或与任何其它一个或更多个参考文件结合来教导、建议或公开任何这种发明。另外，在此文件中的术语的任何意义或定义与以引用方式并入的文件中的相同术语的任何意义或定义冲突的情况下，应以在此文件中赋予该术语的意义或定义为准。

Claims (15)

1.一种非充气车轮，所述非充气车轮具有旋转轴线和平行于所述旋转轴线的轴向方向、在垂直于所述旋转轴线的所有方向上延伸的径向方向，以及垂直于所述径向方向并且在与所述旋转轴线正交的平面内延伸的周向方向，所述非充气车轮具有用于附接到车辆的轮毂、径向外胎面带，以及将所述径向外胎面带附接到所述轮毂的多个轮辐，所述轮辐中的每个轮辐包括：

径向外端，所述径向外端附接到所述径向外胎面带；

径向内端，所述径向内端附接到所述轮毂；

中间部分，所述中间部分连接所述径向外端和所述径向内端，

其中所述径向内端包括弹性体材料，

其中每个轮辐的所述径向内端在所述周向方向上从第一周向位置延伸一定长度到第二周向位置，

其中所述第二周向位置邻接每个相邻轮辐的所述第一周向位置，其中所述第二周向位置从所述相邻轮辐的所述第一周向位置径向向外定位，使得每个轮辐的所述径向内端在所述周向方向上与所述相邻轮辐的所述径向内端重叠。

2.根据权利要求1所述的非充气车轮，其中所述中间部分包括第一增强件，所述第一增强件具有相对高于弹性体径向内端的抗弯刚度的抗弯刚度。

3.根据权利要求2所述的非充气车轮，其中所述径向外端包括弹性体材料。

4.根据权利要求3所述的非充气车轮，其中所述中间部分还包括中间接合体，所述中间接合体包括将所述第一增强件接合到第二增强件的弹性体材料，其中所述第一增强件通过所述径向内端接合到所述轮毂，并且所述第二增强件通过所述径向外端接合到所述外带。

5.根据上述权利要求中任一项所述的非充气车轮，其中所述径向内端上的所述第一周向位置具有包在所述第一增强件的所述径向内端周围的增强膜。

6.根据权利要求5所述的非充气车轮，其中所述增强膜为机织纺织品。

7.根据权利要求6所述的非充气车轮，其中所述机织纺织品被放置成使得纤维的长度与所述轴向方向成一定角度。

8.根据上述权利要求中任一项所述的非充气车轮，其中每个轮辐的所述径向内端通过粘合剂附接到所述轮毂。

9.根据权利要求8所述的非充气车轮，其中所述第二周向位置结合到每个相邻轮辐的所述第一周向位置。

10.根据上述权利要求中任一项所述的非充气车轮，其中每个轮辐的所述径向外端通过粘合剂附接到所述径向外带。

11.一种非充气车轮，所述非充气车轮具有多个轮辐，每个轮辐与相邻轮辐径向重叠。

12.根据权利要求11所述的非充气车轮，其中每个轮辐结合到所述径向重叠的相邻轮辐。

13.根据权利要求11或12所述的非充气车轮，其中每个轮辐具有外角和内角，并且每个轮辐的外角侧具有与所述相邻轮辐的内角侧重叠的凹槽。

14.一种构造非充气车轮的方法，所述非充气车轮具有轮毂、外胎面带和接合所述轮毂与所述外胎面带的多个轮辐，其中所述多个轮辐中的每个轮辐被定位成并结合到所述轮毂，使得所述轮辐的径向内支脚的一部分与相邻轮辐的径向内支脚的一部分重叠。

15.一种根据权利要求14构造的非充气车轮。