KR20130049544A - Non pneumatic tire - Google Patents

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KR20130049544A KR1020110114635A KR20110114635A KR20130049544A KR 20130049544 A KR20130049544 A KR 20130049544A KR 1020110114635 A KR1020110114635 A KR 1020110114635A KR 20110114635 A KR20110114635 A KR 20110114635A KR 20130049544 A KR20130049544 A KR 20130049544A
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Abstract

PURPOSE: A non-pneumatic tire is provided to uniformly disperse a compressive load on a ground contact part and maintain an arch effect beside the ground contact part. CONSTITUTION: A non-pneumatic tire comprises a tread(1), a reinforcement annular member(2), and a web spoke(4). The tread is in contact with a road. The reinforcement annular member is arranged inside the tread. The web spoke comprises a double arch part and is arranged in between the reinforcement annular member and wheel. The double arch part comprises an upper arch part(5a) and a lower arch part(5b). The upper arch part is in contact with the wheel and is interconnected with the lower arch part which is in contact with the reinforcement annular member.

Description

비공기입 타이어{Non pneumatic tire}Non pneumatic tires

본 발명은 압축공기를 이용하지 않은 차량용 비공기입 타이어에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 노면의 접지부에서 압축하중의 원활한 분산으로 진동을 저감하고 내구성을 향상시킨 비공기입 타이어에 관한 것이다.The present invention relates to a non-air intake tire for a vehicle that does not use compressed air, and more particularly, to a non-air intake tire that reduces vibration and improves durability by smooth dispersion of the compression load in the ground portion of the road surface.

비공기입 타이어는 일명 무공압 타이어, 또는 에어리스 타이어 등 다양한 명칭으로 사용되고 있는데, 현재 사용되고 있는 공기입 타이어와는 달리 압축공기를 이용하지 않기 때문에 펑크(Punk)와 같은 안전사고 위험에 보다 유리하고, 사용되는 재료의 재활용 가치로 큰 잇점 등이 있다.Non-pneumatic tires are used under various names such as non-pneumatic tires or airless tires. Unlike pneumatic tires that are currently used, they do not use compressed air, which is more advantageous for safety accidents such as punctures. There is a big advantage to the recycling value of the materials used.

이와 같은 비공기입 타이어의 대표적인 기술인 대한민국 공개특허 제2004-27984호는 도 6에 도시된 바와 같이 지면(100)과 접촉하는 트레드(101)와 이 트레드(101) 내측에 배치된 보강환형밴드(102) 및, 상기 보강환형밴드(102)의 방사상 내측으로 위치한 웹 스포크(104,Web spoke)로 구성된 비공기입 타이어를 보여주고 있다.Korean Patent Laid-Open Publication No. 2004-27984, which is a representative technology of such a non-pneumatic tire, has a tread 101 contacting the ground 100 and a reinforcement annular band 102 disposed inside the tread 101, as shown in FIG. And a non-pneumatic tire composed of a web spoke 104 located radially inward of the reinforcement annular band 102.

여기서 상기 보강환형밴드(102)는 종방향 인장계수가 매우 크며, 지면과 접촉되어 편평해져도 길이는 항상 일정하게 유지된다. 웹 스포크(104)는 지면과 접촉되는 부위에서는 구부러지나 이외 부분에서는 길이가 일정한 보강환형밴드의 특성으로 인해 인장되어 휠(103)과 보강환형밴드(102) 사이에서 부하력을 전달하고, 차량의 하중을 지지하게 된다.Here, the reinforcing annular band 102 has a very large longitudinal tension coefficient, and its length is always kept constant even when it is flat in contact with the ground. The web spokes 104 are bent at the part in contact with the ground, but are tensioned due to the characteristics of the reinforcement annular band having a constant length in other portions, thereby transferring the load force between the wheel 103 and the reinforcement annular band 102, Support the load.

그렇지만, 상기 웹 스포크(104)는 인장에는 강하지만 압축에는 약한 구조이고, 보강환형밴드 또한 굽힘 저항력이 낮기 때문에 하중(차이 중량)이 작용하면 웹 스포크는 좌굴이 발생하고, 외부 하중이 과도해지면 타이어가 붕괴되는 현상(휠과 보강환형밴드가 닿게 되는 현상)이 일어난다. 그리고, 타이어 주행시 접지부 스포크는 구부러졌다가, 접지 이탈부에서 갑작스럽게 회복되는 과정을 반복하는데, 이는 스포크의 진동을 유발한다.However, since the web spokes 104 are strong in tension but weak in compression, and the reinforcement annular band also has low bending resistance, when the load (differential weight) is applied, the web spokes will be buckled. Collapse occurs (the wheel and the reinforcement annular band touch each other). In addition, when the tire is running, the ground spokes are bent, and the process of recovering abruptly from the ground release portion is repeated, which causes vibration of the spokes.

또한, 도 6과 같이 웹 스포크(104)가 보강환형밴드(102)를 당김으로 인해 이 보강환형밴드(102)는 웨이브 형상이 되어 주행 중 진동을 유발한다. 이러한 진동은 타이어 내구성능에 악영향을 미칠 뿐만 아니라 차량에도 진동이 전달되어 더욱 큰 문제를 야기한다.In addition, as the web spoke 104 pulls the reinforcement annular band 102, as shown in FIG. 6, the reinforcement annular band 102 becomes a wave shape and causes vibration during driving. This vibration not only adversely affects tire durability, but also causes vibration to be transmitted to the vehicle, thereby causing further problems.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로, 노면과 접지하는 부분에서 압축하중을 골고루 분산시키고 접지 이외의 부위에서는 인장에 약한 아치(Arch) 현상을 유지시킴에 따라 타이어의 진동저감과 내구성을 향상시키는 공기입 타이어를 제공함에 그 목적이 있다.Therefore, the present invention was invented to solve the above-mentioned conventional problems, and evenly distributes the compressive load on the road surface and the ground part, and maintains the arch phenomenon weak in tension in the parts other than the ground, the vibration of the tire The object is to provide a pneumatic tire that improves reduction and durability.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 노면과 접지하는 트레드와 이 트레드의 내측에 배치된 보강환형부재 및, 상기 보강환형부재와 휠 사이에 배치되는 웹 스포크를 구비하여 이루어진 공기입 타이어에 있어서, 상기 보강환형부재와 휠 사이에 배치되는 웹 스포크는 아치형의 상부 아치부와 하부 아치부로 이루어진 이중 아치부로 이루어지되, 상기 상부 아치부는 휠에 접하면서 보강환형부재에 접한 하부 아치부와 서로 연결된 구조를 갖는다.In order to achieve the above object, the present invention provides a pneumatic tire comprising a tread for grounding and grounding, a reinforcement annular member disposed inside the tread, and a web spoke disposed between the reinforcement annular member and the wheel. The web spokes disposed between the reinforcement annular member and the wheel may include a double arch portion formed of an arched upper arch portion and a lower arch portion, wherein the upper arch portion is in contact with the wheel and connected to the lower arch portion in contact with the reinforcement annular member. Has

이와 같은 본 발명에 따른 비공기입 타이어는 노면과 접지하는 트레드 부위에서 전달받는 압축하중을 골고루 분산시키고 접지 이외의 부위에서는 인장에 약한 아치형상을 유지시키어 타이어 진동을 저감할 뿐만 아니라, 내구성 향상으로 타이어 수명연장의 기능을 갖도록 되어 있다.The non-pneumatic tire according to the present invention evenly distributes the compressive load transmitted from the tread to the road surface and the ground and maintains an arch shape weak in tension at the portion other than the ground to reduce tire vibration and improve tires by improving durability. It has a function of extending life.

도 1은 본 발명에 따른 비공기입 타이어의 전체 단면도,
도 2는 본 발명에 따른 비공기입 타이어가 지면하중을 받은 상태에서의 전체 단면도,
도 3 (A)와 (B)는 본 발명에 따른 비공기입 타이어에서 하부 아치에서 전달되는 하중과 반력을 설명하는 도면으로, (A)는 하중 전달상태이고, (B)는 반력 전달상태를 설명하는 도면들,
도 4는 본 발명과 종래 공개특허 타이어의 진동 관찰인자를 확인하는 도면과 그래프,
도 5는 본 발명과 종래 공개특허 타이어의 변형에너지 관찰결과 도면,
도 6은 종래 공개특허에 제시한 비공기입 타이어의 단면도이고,
도 7은 직선형 비임(Beam)과 아치형상의 인장력 비교 도면이다.1 is an overall cross-sectional view of a pneumatic tire according to the present invention,
2 is an overall cross-sectional view of a non-pneumatic tire according to the present invention under a ground load;
Figure 3 (A) and (B) is a view illustrating the load and reaction force transmitted from the lower arch in the non-pneumatic tire according to the present invention, (A) is a load transmission state, (B) describes a reaction force transmission state Drawings,
4 is a view and a graph for confirming the vibration observation factor of the present invention and the prior art tire,
5 is a strain energy observation result of the present invention and the prior art tire,
6 is a cross-sectional view of a non-pneumatic tire proposed in the prior art,
FIG. 7 is a drawing of a comparison between a straight beam and an arc-like tensile force. FIG.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참고하여 상세히 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1에는 본 발명에 따른 비공기입 타이어의 전체 단면도를 보여주고 있는바, 본 발명은 도면에 도시된 바와 같이 노면(100)과 접지하는 트레드(1)와, 이 트레드(1)의 내측에 배치된 보강환형부재(2) 및, 상기 보강환형부재(2)와 휠(3) 사이에 배치되는 웹 스포크(4)를 구비하여 이루어진 비공기입 타이어에 있어서, 상기 보강환형부재(2)와 휠(3) 사이에 배치되는 웹 스포크(4)는 아치형의 상부 아치부(5a)와 하부 아치부(5b)로 이루어진 이중 아치부로 이루어지되, 상기 상부 아치부(5a)는 휠(3)에 접하면서 보강환형부재(2)에 접한 하부 아치부(5b)와 서로 연결되어 있다.Figure 1 shows an overall cross-sectional view of a non-pneumatic tire according to the present invention, the present invention is a tread (1) for grounding the road surface 100, as shown in the figure, and disposed inside the tread (1) In a non-pneumatic tire comprising a reinforced reinforcing annular member 2 and a web spoke 4 disposed between the reinforcing annular member 2 and the wheel 3, the reinforcing annular member 2 and the wheel ( 3) The web spokes 4 disposed between the double spokes consist of an arched upper arch 5a and a lower arch 5b, the upper arch 5a being in contact with the wheel 3 The lower arch portion 5b in contact with the reinforcing annular member 2 is connected to each other.

여기서 상기 하부 아치부(5b)는 트레드(1)의 내측에 위치하는 보강환형부재(2)와 연결되어 있으며, 그리고, 상기 상하부 아치부(5a,5b)들은 서로 대응 이웃하는 해당 상하부 아치부들과 교체 연결되어 휠(3) 및 보강환형부재(2)와 연결되어 폐쇄된 공간(6)들을 형성하고 있다.Here, the lower arch portion 5b is connected to the reinforcing annular member 2 located inside the tread 1, and the upper and lower arch portions 5a and 5b are corresponding to the upper and lower arch portions adjacent to each other. The replacement connection is connected to the wheel 3 and the reinforcing annular member 2 to form closed spaces 6.

한편, 상기 보강환형부재(2)는 외부 충격이나 진동을 흡수하고 완화시키는 기능을 가지며, 이중 아치부를 갖는 웹 스포크(4)는 차량의 무게를 지지하면서 보강환형부재(2)에서 발생하는 하중을 휠(3)에 전달하는 역할을 수행한다.On the other hand, the reinforcing annular member 2 has a function of absorbing and mitigating external impact or vibration, the web spokes (4) having a double arch portion is to support the weight of the vehicle while supporting the load generated from the reinforcing annular member (2) It serves to transmit to the wheel (3).

또한, 상기 웹 스포크(4)의 이중 아치부를 이루는 상하부 아치부(5a,5b)의 아치형 스포크의 배열은 필요에 따라 조정 설정하여 승차감과 관련된 타이어의 강성을 제어할 수 있다.In addition, the arrangement of the arched spokes of the upper and lower arch portions 5a and 5b forming the double arch portions of the web spokes 4 can be adjusted as necessary to control the rigidity of the tire related to the ride comfort.

도 2는 본 발명의 비공기입 타이어가 노면(100)에 접지된 상태를 보여주는 타이어의 단면도이고, 제 3 (A)와 (B)는 하중 발생시 압축력과 반력의 힘 전달 상태를 보여주는 도면들로서, 노면(100)에서 하중이 화살표 (가)방향으로 들어오면 상부 아치부(5a)는 도 3 (A)와 같이 하부 아치부(5b)에서 전달되는 하중을 압축력으로 분산시키고, 이 압축력은 이웃한 좌측의 하부 아치부(5b)로 재전달하며, 이 하부 아치부(5b)는 이를 압축력으로 재분산시켜 좌측의 상부 아치부(5a)로 하중을 재전달하는데, 이러한 힘 전달과정(실선 화살표 참조)이 좌측으로 연속 진행되어 하중이 분산 전달된다.Figure 2 is a cross-sectional view of the tire showing a state in which the non-air tire of the present invention is grounded on the road surface 100, and (3) (A) and (B) is a view showing a force transmission state of the compressive force and reaction force when a load is generated, When the load enters in the direction of arrow (A) at 100, the upper arch portion 5a distributes the load transmitted from the lower arch portion 5b to the compressive force as shown in FIG. Of the lower arch 5b, which redistributes it under compressive force to retransmit the load to the upper arch 5a on the left side. It proceeds continuously to the left side and the load is distributed and transmitted.

한편, 상기 하부 아치부(5b)에 의해 우측으로 작용하는 압축력은 도 3 (B)에 도시된 바와 같이 하중이 화살표 (가)방향으로 들어오면 이중 아치부로 이루어진 웹스포크(4)가 좌굴하지 않도록 상부 아치부(5a)에서 반력이 점선 화살표 방향으로 발생하게 되고, 이로 인해 상기 하부 아치부(5b)에서 하중이 압축력으로 분산되며, 상기 상부 아치부(5a)가 좌굴하지 않도록 하부 아치부(5b)에서 발생하는 반력에 의해 상부 아치부(5a)에서 하중이 분산되는데, 이러한 과정이 우측으로 연속 진행되어 하중이 분산된다.On the other hand, the compressive force acting on the right side by the lower arch portion 5b is to prevent the web spokes 4 made of the double arch portion from buckling when the load enters the direction of the arrow as shown in FIG. 3 (B). Reaction force is generated in the direction of the dotted arrow in the upper arch portion 5a, which causes the load to be distributed by the compressive force in the lower arch portion 5b, so that the lower arch portion 5b does not buckle the upper arch portion 5a. The load is distributed in the upper arch portion 5a by the reaction force generated at), and this process continues to the right to distribute the load.

그리고 노면(100)과 접지하는 이중 아치부를 갖는 웹 스포크(4)에서는 이 이중 아치부에 압축력이 작용하지만, 접지 이외의 부분에서는 이중 아치부에 인장력이 발생하게 된다. 일반적으로 아치형상은 직선 비임(Beam)보다 인장에 약한데, 이는 유한 요소법을 이용하여 검증이 가능하다.The compressive force acts on the double arch portion in the web spoke 4 having the double arch portion which is grounded with the road surface 100, but the tension force is generated in the double arch portion at the portion other than the ground. In general, the arch is weaker in tension than the straight beam, which can be verified using the finite element method.

일례로, 도 7에 도시된 바와 같이 동일 길이(10m)의 동일 단면형상(1×1㎡), 동일 물성(스틸), 동일 요소수(5개)를 가진 모델인 직선형 비임과 아치형상에 대하여 각각 양쪽 선단에서 동일 하중(1000N)의 힘(Force)을 화살표 방향으로 가하는 경우, 하중 방향의 변위는 아치형상이 직선형 비임 대비 750배 크게 나타난다.For example, as shown in FIG. 7, a straight beam and an arch, which are models having the same cross-sectional shape (1 × 1 m 2), the same physical properties (steel), and the same number of elements (five), have the same length (10 m). When the force of the same load (1000N) is applied in the direction of the arrow at both ends, the displacement in the load direction is 750 times larger than that of the straight beam.

이 같이 본 발명에 따른 비공기입 타이어는 노면과 접지하는 부위에서는 압축력을 잘 분산시키고 접지 이외의 부위에서는 인장력에 약한 구조를 갖추게 된다.As described above, the non-pneumatic tire according to the present invention has a structure in which the compressive force is well distributed at the road surface and the grounding portion, and the structure is weak to the tensile force at the portion other than the grounding.

본 발명에 따른 비공기입 타이어는 공기압 타이어와 같이 압축공기를 사용하지 않고, 환형밴드나 스포크와 같은 구조에 의해서 지지되는 비공기입 타이어를 제공하기 위한 것으로, 종래 비공기입 타이어의 웹 스포크와는 달리 아치형 스포크를 원주 상으로 배열시켜 하중을 분산시켜 내구성을 향상시킴과 동시에 승차감 및 조종 안정성의 성능향상을 기대할 수 있다. 효과 검증을 위해 175/60R14 규격에 대해 종래 공개특허 제2004-27984호의 비공기입 타이어와 본 발명의 비공기입 타이어를 3차원 유한요소 모델화하였다.The non-air tire according to the present invention is to provide a non-air tire that is supported by a structure such as an annular band or spoke without using compressed air, such as a pneumatic tire, and unlike the web spoke of a conventional non-air tire The spokes can be arranged circumferentially to distribute the load to improve durability and to improve the performance of riding and steering stability. In order to verify the effect, the non-pneumatic tire and the non-pneumatic tire of the present invention are disclosed in the three-dimensional finite element model according to the 175 / 60R14 standard.

통상적인 공기입 타이어의 수직강성(=하중/변형량)과 비공기입 타이어의 수직강성이 거의 동일한 값(19.6kgf/mm)을 가지도록 스포크의 배열 수를 조정하였다. 스포크의 두께는 동일하게 유지하고, 기타 보강환형부재와 휠부는 동일한 구조, 두께를 가진다. 동일하중(392kgf)에 대해서, 진동 우위를 관찰하기 위해 도 4와 같이 최외각의 반지름값을 비교하였다. 제시 기술의 반지름 변화가 종래 공개특허 대비 매우 작은 것을 확인할 수 있으며, 종래 공개특허의 경우에는 앞서 설명한 바와 같이 웹 스포크에 의해 웨이브가 크게 발생하고 있다.The number of arrays of spokes was adjusted so that the normal stiffness (= load / strain) of a conventional pneumatic tire and the vertical stiffness of a non-pneumatic tire had almost the same value (19.6 kgf / mm). The thickness of the spokes is kept the same, and the other reinforcement annular member and the wheel portion have the same structure and thickness. For the same load (392kgf), in order to observe the vibration advantage, the radius value of the outermost angle was compared as shown in FIG. It can be seen that the change in the radius of the presented technology is very small compared to the prior art, and in the case of the prior art, the wave is largely generated by the web spoke as described above.

또한, 스포크 내구 성능 판단을 위한 변형에너지(Strain Energy Density)를 관찰한 결과, 도 5와 같이 본 발명에 따른 비공기입 타이어는 종래 공개특허 대비 9%의 변형에너지가 감소하였다.In addition, as a result of observing strain energy (Strain Energy Density) for determining the spoke durability performance, as shown in FIG.

1 : 트레드, 2 : 보강환형부재,
3 : 휠, 4 : 웹 스포크(Web spoke),
5a : 상부 아치(Arch)부, 5b : 하부 아치부,
6 : 공간.1: tread, 2: reinforcing annular member,
3: wheel, 4: web spoke,
5a: upper arch portion, 5b: lower arch portion,
6: space.

Claims (5)

노면(100)과 접지하는 트레드(1)와, 이 트레드(1)의 내측에 배치된 보강환형부재(2) 및, 상기 보강환형부재(2)와 휠(3) 사이에 배치되는 웹 스포크(4)를 구비하여 이루어진 비공기입 타이어에 있어서,
상기 보강환형부재(2)와 휠(3) 사이에 배치되는 웹 스포크(4)는 아치형의 상부 아치부(5a)와 하부 아치부(5b)로 이루어진 이중 아치부로 이루어지되, 상기 상부 아치부(5a)는 휠(3)에 접하면서 보강환형부재(2)에 접한 하부 아치부(5b)와 서로 연결되어 이루어진 것을 특징으로 하는 비공기입 타이어.A tread 1 which is grounded with the road surface 100, a reinforcement annular member 2 disposed inside the tread 1, and a web spoke disposed between the reinforcement annular member 2 and the wheel 3; In the non-pneumatic tire provided with 4),
The web spokes 4 disposed between the reinforcement annular member 2 and the wheels 3 may be formed of a double arch formed of an arched upper arch 5a and a lower arch 5b. 5a) is a non-pneumatic tire, characterized in that formed in contact with the lower arch portion (5b) in contact with the reinforcing annular member (2) while contacting the wheel (3). 제 1항에 있어서,
상기 상하부 아치부(5a,5b)들은 서로 대응 이웃하는 해당 상하부 아치부들과 교체 연결되어 휠(3) 및 보강환형부재(2)와 연결되어 의해 폐쇄된 공간(6)들을 형성한 것을 특징으로 하는 비공기입 타이어.The method of claim 1,
The upper and lower arch portions 5a and 5b are alternately connected to corresponding upper and lower arch portions corresponding to each other, and are connected to the wheel 3 and the reinforcing annular member 2 to form a closed space 6. Non-Pneumatic Tires. 제 1항에 있어서,
상기 하부 아치부(5b)는 보강 환형부재(2)에 연결되어 이루어진 것을 특징으로 하는 비공기입 타이어.The method of claim 1,
The lower arch portion (5b) is a non-pneumatic tire, characterized in that the connection is made to the reinforcing annular member (2). 제 1항에 있어서,
상기 보강환형부재(2)는 외부 충격이나 진동을 흡수하고 완화시키는 기능을 가지며, 이중 아치부를 갖는 웹 스포크(4)는 차량의 무게를 지지하면서 보강환형부재(2)에서 발생하는 하중을 휠(3)에 전달하는 역할을 갖도록 이루어진 것을 특징으로 하는 비공기입 타이어.The method of claim 1,
The reinforcement annular member 2 has a function of absorbing and mitigating external shocks or vibrations, and the web spoke 4 having a double arch portion supports the weight of the vehicle and loads the load generated from the reinforcement annular member 2. 3) Non-pneumatic tire, characterized in that made to have a role to deliver. 제 1항에 있어서,
상기 웹 스포크(4)의 이중 아치부를 이루는 상하부 아치부(5a,5b)의 아치형 스포크의 배열은 필요에 따라 조정 설정하여 승차감과 관련된 타이어의 강성을 제어하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 비공기입 타이어.
The method of claim 1,
Non-pneumatic tires, characterized in that the arrangement of the arched spokes of the upper and lower arches (5a, 5b) forming the double arches of the web spokes (4) is adjusted as necessary to control the stiffness of the tires associated with ride comfort.
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