免充气轮胎的制作方法

本发明属于轮胎技术领域，尤其涉及一种免充气轮胎。

背景技术：

目前，正在使用的轮胎，大部分都是充气轮胎，充气轮胎利用轮胎内压缩空气的高压承载车辆的载荷，具有良好的乘坐舒适性。但是当充气轮胎被扎破时容易发生漏气，使轮胎承载能力减弱，并会对轮胎胎面产生剧烈磨损或不规则磨损，当胎内充气压力过大时还会发生爆胎，影响车辆行驶安全。因此，研发出一种具有舒适性、安全性和耐用性的非实心免充气轮胎成为汽车和轮胎行业的首要任务。

中国专利CN104999862A公开了一种免充气安全轮胎，由内到外依次为胎面、外环、支撑体和内环，所述胎面粘接或硫化于外环上，所述支撑体从外环开始，沿径向和周向排布在外环和内环之间，所述支撑体上沿周向分布着多组减震单元和支撑筋，每组减震单元由两组减震结构组成，两组减震结构以径向为对称轴轴向设置。但是，支撑体内位于减震单元和外环之间的周向环体内没有设置可均匀离散接地压力的通孔或者支撑结构，当轮胎接地部位位于减震孔位置时接地压力小，当轮胎接地部位位于减震孔孔壁位置时接地压力大，不利于将接地压力均匀地传递至支撑体，容易出现接地印痕不均匀及操纵舒适性较低的状况。

因此，设计出一种具有良好接地性能和均匀的接地压力的免充气轮胎，以提高免充气轮胎的操纵安全性和舒适性，成为轮胎技术领域的迫切要求。

技术实现要素：

本发明针对上述的现有的免充气轮胎接地印痕不均匀及操纵舒适性较低的技术问题，提出一种具有良好接地性能和均匀的接地压力的免充气轮胎。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种免充气轮胎，沿轮胎径向由外向内依次包括橡胶胎面，与橡胶胎面硫化成一体的基部胶，以及对橡胶胎面起支撑作用的弹性支撑体，弹性支撑体包括与轮辋相接触的内承压环，与基部胶贴合的外承压环，以及位于内承压环和外承压环之间的中部支撑体；中部支撑体包括沿圆周方向均匀分布的第一支撑体及第一轴向通孔，其中，第一支撑体与第一轴向通孔自外承压环向内承压环依次排列。

作为优选，第一支撑体的轴向截面形状为弓形，弓形中所对弦的弧面背离轮胎转轴；第一轴向通孔包括周向依次交替排列的四边通孔及六边通孔，其中，四边通孔的轴向截面为由两条等长线段及两条等长圆弧依次连接形成的形状，六边通孔的轴向截面为由三条不等长线段及三条不等长圆弧依次连接形成的形状。

作为优选，中部支撑体进一步包括沿圆周方向均匀分布的第二支撑体及第三支撑体，第二支撑体与第三支撑体自第一轴向通孔向内承压环依次排列。

作为优选，第二支撑体为一层至三层，第二支撑体的轴向截面形状为圆形或边数大于等于8的多边形，第二支撑体自第一轴向通孔至第三支撑体的方向，轴向截面为圆形的直径依次减小，和/或轴向截面为边数大于等于8的多边形的边长依次减小。

作为优选，第三支撑体的轴向截面为两条腰为弧线且下底角有倒角的等腰梯形，其中等腰梯形的下底边与内承压环相邻；相邻两层的第二支撑体之间沿周向均匀设置有第二轴向通孔，第二轴向通孔的轴向截面为三条等长线段和三条等长圆弧依次交替连接组成的形状。

作为优选，第三支撑体的轴向截面为弓形，弓形中所对弦的弧面朝向轮胎转轴；相邻两层的第二支撑体之间、第二支撑体与第三支撑体之间设置有第二轴向通孔，第二轴向通孔的轴向截面为周向均匀分布的三条等长线段和三条等长圆弧依次交替连接组成的形状。

作为优选，与第一轴向通孔相邻的第二支撑体沿周向设置为30-45个；第二支撑体与第三支撑体之间、以及相邻两层的第二支撑体之间在径向方向上交错排列。

作为优选，第一支撑体、第一轴向通孔、第二支撑体及第三支撑体轴向方向均包括位于轴向中心的等径段，位于等径段轴向左侧的第一变径段，及位于等径段轴向右侧的第二变径段，等径段的周向中心线与轮胎周向中心线重合，等径段的轴向截面的面积在轴向方向上相等，第一变径段的轴向截面的面积自等径段至轮胎轴向左侧面依次增加，第二变径段的轴向截面的面积自等径段至轮胎轴向右侧面依次增加。

作为优选，第一变径段沿轴向的边线与轮胎转轴成1°夹角，第二变径段沿轴向的边线与轮胎转轴成1°夹角。

作为优选，外承压环外侧设置有第一卡槽，第一卡槽的轴向截面形状为倒“凸”字形或内凹“十”字形，其中，倒“凸”字形的短边朝向轮胎转轴；基部胶与外承压环结合面处设置有与第一卡槽相对应的第二卡槽，第二卡槽的轴向截面为正“凸”字形或外凸“十”字形，其中，正“凸”字形的短边朝向轮胎转轴；第一卡槽和第二卡槽沿轮胎周向等间距分布。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

1、本发明的免充气轮胎，其通过在中部支撑体与外承压环相邻的周向环体内设置第一支撑体及第一轴向通孔，有助于将轮胎接地压力均匀离散地传递至中部支撑体，使接地印痕形状优良，接地压力分布比较均匀，具有良好的接地性能。

2、本发明的免充气轮胎，其中部支撑体内设置的第二支撑体为多层，且轴向截面的圆形直径或者多边形边长自第一轴向通孔至第三支撑体的方向依次减小，使第二支撑体在承载过程中的形变量由第一轴向通孔至第三支撑体方向依次减小，不仅有助于使中部支撑体具有良好的承载能力，更能提高中部支撑体的变形恢复能力和缓冲能力。

3、本发明的免充气轮胎，外承压环与基部胶为机械卡槽连接，使胎面和基部胶镶嵌到中部支撑体上，增强了基部胶与中部支撑体的贴合能力，防止轮胎在高速度行驶时中部支撑体与基部胶产生脱层，进一步提高轮胎的操纵安全性能。

4、本发明的免充气轮胎，在中部支撑体内设置的第一轴向通孔和第二轴向通孔，使轮胎在行驶过程中产生扰动气流，有利于将外承压环接地处及中部支撑体因变形而产生的热量快速散发出去，避免轮胎的温度过高，进而提高轮胎的使用寿命。

附图说明

图1为本发明免充气轮胎的轴向截面图；

图2为本发明免充气轮胎的局部立体图；

图3为本发明免充气轮胎的第三支撑体的第一实施例局部轴向截面图；

图4为本发明免充气轮胎的第三支撑体的第二实施例局部轴向截面图；

图5为本发明免充气轮胎的局部周向断面图；

图6为图5中A处局部放大图；

图7为本发明的第一卡槽及第二卡槽第一实施方式立体图；

图8为本发明的第一卡槽及第二卡槽第二实施方式立体图

图9为本发明免充气轮胎的基部胶周向断面的顶面圆弧设计示意图。

以上各图中：1、橡胶胎面；11、胎肩斜面；2、基部胶；21、第二卡槽；3、弹性支撑体；4、外承压环；41、第一卡槽；5、中部支撑体；51、第一支撑体；52、第二支撑体；53、第三支撑体；54、第一轴向通孔；541、四边通孔；542、六边通孔；55、第二轴向通孔；6、内承压环；7、等径段；8、第一变径段；9、第二变径段。

具体实施方式

下面，通过示例性的实施方式对本发明进行具体描述。然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、体和特征也可以有益地结合到其他实施方式中。

在本发明的描述中，需要说明的是，附图1中轮胎的转轴为轴向，圆周方向为周向，沿半径的方向为径向；且沿半径增大的方向为向外，沿半径减小的方向为向内；轴向截面为垂直于轮胎转轴的截面，周向断面为过轮胎转轴并且垂直于圆周方向的截面，轴向断面的顶部为轴向断面的径向外端面。术语“内”、“外”、“上”、“下”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图1所示的位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如图1-图3所示为本发明请求保护的一种免充气轮胎，沿轮胎径向由外向内依次包括橡胶胎面1，与橡胶胎面1硫化成一体的基部胶2，以及对橡胶胎面1起支撑作用的弹性支撑体3，弹性支撑体3包括与轮辋相接触的内承压环6，与基部胶2贴合的外承压环4，以及位于内承压环6和外承压环4之间的中部支撑体5；中部支撑体5包括沿圆周方向均匀分布的第一支撑体51及第一轴向通孔54，其中，第一支撑体51与第一轴向通孔54自外承压环4向内承压环6依次排列。

本发明的免充气轮胎，通过在中部支撑体与外承压环相邻的周向环体内设置第一支撑体及第一轴向通孔，有助于将轮胎接地压力均匀离散地传递至中部支撑体，使接地印痕形状优良，接地压力分布比较均匀，具有良好的接地性能，既具备子午线轮胎的承载能力，又能满足操纵安全性和舒适性方面的要求。

进一步地，第一支撑体51的轴向截面形状为弓形，弓形中所对弦的弧面背离轮胎转轴；弓形包括劣弓形、半圆形及优弓形。第一轴向通孔54包括周向依次交替排列的四边通孔541及六边通孔3242，从而将轮胎接地压力通过两层离散后均匀地传递至中部支撑体5，避免轮胎在中部支撑体5的通孔位置接地时接地压力小，在中部支撑体5的通孔壁位置处时接地压力大，使轮胎接地印痕形状优良，接地压力分布比较均匀，具有良好的接地性能，进而具有良好的操纵稳定性和舒适性；同时第一轴向通孔54能够在轮胎行驶过程中形成空气流动，有利于将外承压环4接地处及中部支撑体5的变形热量快速散发出去。

具体地，四边通孔541的轴向截面为由两条等长线段及两条等长圆弧依次连接形成的形状，六边通孔3242的轴向截面为由三条不等长线段及三条不等长圆弧依次连接形成的形状，四边通孔541的面积小于六边通孔3242，从而使从第一支撑体51传递过来的接地压力经过不同的离散作用传递至中部支撑体5内部的通孔，提高了对接地压力离散作用的差异化和灵活性。

继续参见图1-图3，如图1-图3所示，中部支撑体5进一步包括沿圆周方向均匀分布的第二支撑体52及第三支撑体53，第二支撑体52与第三支撑体53自第一轴向通孔54向内承压环6依次排列。中部支撑体5的多层环状支撑体使轮胎具有普通充气轮胎的承载能力和缓冲特性能。

具体地，第二支撑体52为一层至三层，第二支撑体52的轴向截面形状为圆形或边数大于等于8的多边形，圆形或边数大于等于8的多边形在轴向方向形成通孔，以提高中部支撑体5的缓冲性能和变形能力。为了使中部支撑体5的变形主要集中在与第一轴向通孔54相邻的第二支撑体52内，第二支撑体52自第一轴向通孔54至第三支撑体53的方向，轴向截面为圆形的直径依次减小，和/或轴向截面为边数大于等于8的多边形的边长依次减小，使第二支撑体52在承载过程中的形变量由第一轴向通孔54至第三支撑体53方向依次减小，进而保证轮胎在承压变形后能够快速恢复。

参见图3，图3为本发明免充气轮胎的第三支撑体的第一实施例局部轴向截面图。图3所示，第三支撑体53的轴向截面为两条腰为弧线且下底角有倒角的等腰梯形，其中等腰梯形的下底边与内承压环31相邻。第三支撑体53的通孔设计进一步增强了中部支撑体5的弹性缓冲能力和散热能力

进一步地，相邻两层的第二支撑体52之间设置有第二轴向通孔55，第二轴向通孔55的轴向截面为周向均匀分布的三条等长线段和三条等长圆弧依次交替连接组成的形状。第二轴向通孔55能够将第二支撑体52在行驶过程中因变形产生的热量快速散发出去，避免轮胎的温度过高，进而提高轮胎的使用寿命。

参见图4，图4为本发明免充气轮胎的第三支撑体的第一实施例局部轴向截面图。如图4所示，本实施例中轮胎规格为155/65R13，当轮胎的轴向断面高于96mm时，轮胎即成为高断面轮胎，为了增加内承压环6至第二支撑体52处的强度，使中部支撑体5传递载荷更加均匀，第三支撑体的轴向截面为弓形，弓形的弦所对弧面朝向轮胎转轴。同时，第二支撑体52与第三支撑体53之间进一步设置有第二轴向通孔55，第二轴向通孔55的轴向截面为周向均匀分布的三条等长线段和三条等长圆弧依次交替连接组成的形状。第二轴向通孔55能够减轻高断面轮胎的整体重量，并有利于中部支撑体5的形变散热。

为了进一步保证轮胎的质量轻盈和载荷均匀的特性，与第一轴向通孔54相邻的第二支撑体52的圆形或多边形沿周向设置为30-45个；同时，为了使载荷在中部支撑体5内发散性传递，第二支撑体52与第三支撑体53之间、以及相邻两层的第二支撑体52之间在径向方向上交错排列，进一步提高中部支撑体5的变形缓冲性能，保证轮胎具有优良的操纵稳定性和舒适性。

参见图5，图5为本发明免充气轮胎的局部周向断面图。如图5所示，图5中横向方向为轮胎转轴方向，竖直方向为轮胎周向方向。轮胎着地时，为了提高沿轮胎转轴方向中间位置部分的承载力，第一支撑体51、第一轴向通孔54、第二支撑体52及第三支撑体53均为在轴向方向上贯通的通孔，并且在轴向方向均包括位于轴向中心的等径段7，位于等径段7轴向左侧的第一变径段8，及位于等径段7轴向右侧的第二变径段9，等径段7的周向中心线与轮胎周向中心线重合，等径段7的轴向截面的面积在轴向方向上相等，第一变径段8的轴向截面的面积自等径段7至轮胎轴向左侧面依次增加，第二变径段9的轴向截面的面积自等径段7至轮胎轴向右侧面依次增加；其中，等径段的轴向长度小于轮胎轴向宽度的一半。等径段7的轴向截面的面积小于第一变径段8和第二变径段9，不仅能够增强轮胎位于转轴方向中间位置的承载力，而且能够增加轮胎轴向左右侧面的空气流通面积，进一步有利于轮胎变形时的热量散发，提高了轮胎的操纵稳定性和使用寿命。

具体地，第一变径段8沿轴向的边线与轮胎转轴成1°夹角，第二变径段9沿轴向的边线与轮胎转轴成1°夹角。参见图6，图6为图5中A处局部放大图。图6中为第一支撑体51的第二变径段9沿轴向方向上的渐变趋势，第一变径段9沿轴向的边线与轮胎转轴成形成α夹角，本实施例中，α夹角为1°。

参见图7，图7为本发明的第一卡槽及第二卡槽第一实施方式立体图。如图7所示，本发明的免充气轮胎的外承压环4外侧面设置有第一卡槽41，第一卡槽41的轴向截面形状为指向轮胎转轴方向的倒“凸”字形，倒“凸”字形的短边朝向轮胎转轴；基部胶2与外承压环4结合面处设置有与第一卡槽41相对应第二卡槽21，第二卡槽21的轴向截面为指向轮胎转轴方向的正“凸”字形，正“凸”字形的短边朝向轮胎转轴；第一卡槽41和第二卡槽21的轴向长度小于等于轮胎的轴向厚度，且沿轮胎周向等间距分布。

参见图8，图8为本发明的第一卡槽及第二卡槽第二实施方式立体图。如图8所示，本发明的免充气轮胎的外承压环4外侧面设置有第一卡槽41，第一卡槽41的轴向截面形状为指向轮胎转轴方向的内凹“十”字形；基部胶2与外承压环4结合面处设置有与第一卡槽41相对应第二卡槽21，第二卡槽21的轴向截面为指向轮胎转轴方向的外凸“十”字形；第一卡槽41和第二卡槽21的轴向长度小于等于轮胎的轴向厚度，且沿轮胎周向等间距分布。

本发明的免充气轮胎通过第一卡槽41和第二卡槽21的严密结合将橡胶胎面1与基部胶2镶嵌到弹性支撑体3上，增强了基部胶2与支撑体3的贴合能力，能够使本发明的免充气轮胎在较高速度(60km/h-85km/h)行驶时，避免支撑体3与基部胶2出现滑脱现象，进一步保证轮胎的安全。

需要说明的是，本发明中所使用的第一卡槽41和第二卡槽21并不局限于上述所列举的倒“凸”字形或内凹“十”字形体，还可以是本领域技术人员所熟知的其他适宜的卡槽。

参见图9，图9为本发明免充气轮胎的基部胶2周向顶面圆弧设计示意图。如图9所示，基部胶2周向顶部圆弧采用中部高两端低的两段相切弧设计，可以增强轮胎整体接地性能，并增加基部胶2与橡胶胎面1的粘合面积。基部胶2周向顶部两段圆弧相切，即弧AB与弧BCD相切，弧BCD与弧DE相切，弧AB与弧DE的半径相等，弧BCD的半径R1大于弧AB和弧DE的半径R2，圆弧中点C点较两端A点和E点高1～3mm，胎冠弧弧长约为行驶面长度的60％～70％。

橡胶胎面1的轴向顶面圆弧采用中部高两端低的两段相切圆弧设计，并且行驶面高度为2～5mm，轮胎接地时接地印痕呈现椭圆形或方形，有助于减少橡胶胎面磨损。

继续参见图2，图2为本发明免充气轮胎的局部立体图。由图2可知，支撑体3与橡胶胎面1过渡部位形成有胎肩斜面11，胎肩斜面11与轮胎转轴所在的水平面形成有轴向倾角。若轴向倾角过小，不利于中部支撑体3边缘的力向橡胶胎面1中部传递，容易造成橡胶胎面1印痕在轴向形成纺锤体形状；若轴向倾角过大，胎肩斜面11接地载荷过大，容易造成胎肩畸形磨损。本实施例中，将胎肩斜面11的轴向倾角设置为45°～75°，支撑体3传递的载荷到橡胶胎面1时集中于橡胶胎面1的中部，从而改善接地性能。

本发明的免充气轮胎的弹性支撑体3采用具有高强度、高弹性、耐屈挠、耐热氧化等性能的热塑性工程塑料聚氨酯一次性注塑成型，比重小，可回收利用，生产工艺简单，并且具备充气轮胎的静态和动态性能要求。同时外承压环4的径向厚度为6-9mm，内承压环6的径向厚度为4-7mm，保证了轮胎在中低速乘用车和新能源汽车的应用中具有良好的承载能力和操纵安全性、舒适性。