免充气轮胎的制作方法

本发明涉及轮胎领域，尤其涉及一种免充气轮胎。

背景技术：

目前广泛使用的有内胎轮胎和无内胎轮胎均为充气轮胎，其原理是将轮胎内腔中注入压缩空气使轮胎承载，其最大的安全隐患在于，一旦轮胎被尖锐物体扎破、划破等，极易出现跑气漏气，甚至发生爆胎，造成安全事故。因此，基于对轮胎舒适性、安全性等方面的综合考虑，免充气轮胎已成为主流趋势，受到消费者与轮胎厂商的广泛重视。

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。

CN 102529583B公开了基于负泊松比结构的超轻重量非充气轮胎结构,具体公开了包括一个转动轴，以及围绕该转动轴的一系列由负泊松比单元晶胞构成的同心环状结构。每一个单元晶胞由一组构成负泊松比V形结构的受压结构(简称支撑)和受拉结构(简称筋腱)组成。在轮胎最外圈的单元晶胞及其覆盖材料采用便于轮胎在地面上滚动的排列方式，并采用具有合适的摩擦系数的材料，以使轮胎在转动时和地面有最佳的相互作用，并且轮胎随着地面反力的增大而性能增强。在每两层(V形晶胞单元的)环状结构中间设有一个由特定材料或混合材料所构成的夹层，以形成连片状的(网状的、环状的、织物状的、或连成一体的)轮胎结构。在晶胞单元的空间内可以填充合适的材料，在最外层的晶胞单元外面一般来讲可加上覆盖材料。但是该V形结构通过点焊、铆接、粘接、捆绑或其它方法来制备，制备方式繁琐对应连接方式复杂；且上下两层V形结构支撑与筋腱连接处很容易实现应力集中，不利于力的传递，容易实现使用过程中早期损坏。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提供了一种结构稳定、重量轻、抗压性好的新型免充气轮胎，该免充气轮胎的接地性能和操稳性能更为优异。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

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和第二支撑体，其中，第二支撑体包括多层负泊松比单元层，每层负泊松比单元层由多个负泊松比单元沿周向均匀分布而成。

作为优选，第一支撑体包括沿圆周方向均匀分布的V形组件，多个V形组件通过第一端部周向连接，每个V形组件的第一端部径向连接有“八”字形组件，“八”字形组件顶端与外承压环连接。

作为优选，负泊松比单元由正V组件和倒V组件通过第三端部连接而成，每层负泊松比单元层的负泊松比单元通过第三端部周向连接，多层负泊松比单元层的负泊松比单元通过第四端部径向连接，近内承压环一侧的负泊松比单元层通过第四端部与内承压环连接。

作为优选，第一支撑体中V形组件的第二端部与第二支撑体近外承压环一侧的负泊松比单元层中倒V组件的第四端部径向连接。

作为优选，构成负泊松比单元的正V组件和倒V组件的片段位于负泊松比单元内部的边缘向内凸起成弧面，位于负泊松比单元外部的边缘向外凸起成弧面；构成“八”字形组件的片段两侧边缘均凸起成弧面。

作为优选，构成V形组件的片段的夹角大于构成倒V组件的片段的夹角，负泊松比单元中，构成正V组件的片段的夹角与构成倒V组件的片段的夹角相同。

作为优选，多层负泊松比单元层沿轮胎径向由外向内的多个负泊松比单元中，构成正V组件的片段的夹角与构成倒V组件的片段的夹角均依次减小。

作为优选，弹性支撑体外部设置与橡胶胎面相连的胎侧，外承压环与内承压环之间的胎侧包括多段弧线结构，相邻的弧线两两相切。

作为优选，橡胶胎面周向断面的顶部圆弧为中部高两端低的一段弧或两段相切弧结构；橡胶胎面周向断面的顶部圆弧为一段弧结构时，圆弧中点较两端高2-4mm，三点画圆即可得到圆弧曲线；顶部圆弧为二段相切弧结构时，行驶面高度为2-7mm。

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若干负泊松比单元周期性排列使支撑体呈棋形排布，能有效进行汽车轴上载荷传递和轮胎承载，该结构满足一个方向上受力收缩时，两个方向上同时收缩，有较高的可压缩性同时较难发生剪切变形，提高了支撑体结构的刚度和强度，满足其受力变形趋势，减轻了支撑体的重量，提高了轮胎的舒适性。

2、橡胶胎面顶部周向断面圆弧采用中部高两端低的一段弧或者两端相切弧，使轮胎接地印痕呈现椭圆或方形，有助于减少橡胶胎面磨损。

3、橡胶胎面和基部胶的总厚度15mm-30mm，且弹性支撑体、橡胶胎面、基部胶采用既符合轮胎使用性能又满足比重小的要求的材料，从而降低轮胎质量；并对橡胶胎面的胶料进行优化，降低轮胎滚动阻力，有助于降低车辆油耗，节约能源。

4、弹性支撑体外侧的胎侧采用多段弧线结构，且保证每段弧线两两相切，包括上宽下窄式多段相切弧线结构、上下等宽多段弧相切结构等，能保证轮胎足够支撑性的基础上降低轮胎重量并增加美观性

5、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。

附图说明

图1为本发明一实施例的免充气轮胎径向截面图；

图2为本发明一实施例的免充气轮胎立体图；

图3为本发明一实施例的免充气轮胎局部径向截面图；

图4为本发明一实施例的免充气轮胎负泊松比单元局部放大图；

图5为本发明一实施例的免充气轮胎胎侧结构示意图；

图6为本发明一实施例的免充气轮胎的胎面圆弧设计示意图；

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；

以上各图中：1、橡胶胎面；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；511、“八”字形组件；512、V形组件；513、第一端部；514、第二端部；52、第二支撑体；521、倒V组件；522、正V组件；523、第三端部；524；第四端部；6、内承压环。

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、结构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中轮胎的转轴方向为轴向，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；径向截面为沿半径方向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；术语“上”、“下”、“顶部”、“底部”等指示的方位或位置关系为基于图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”、“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

参见图1-2，如图1-图2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和第二支撑体52，其中，第二支撑体52包括多层负泊松比单元层，每层负泊松比单元层由多个负泊松比单元沿周向均匀分布而成。其中，第一支撑体51近外承压环4，第二支撑体52近内承压环6，多个负泊松比单元层构成第二支撑体52与第一支撑体51配合，形成支撑体结构。

进一步的，参见图3，图3为本发明的免充气轮胎的局部径向截面图。第一支撑体51包括沿圆周方向均匀分布的V形组件512，多个V形组件512通过第一端部513周向连接，每个V形组件512的第一端部513径向连接有“八”字形组件511，“八”字形组件511顶端与外承压环4连接。第一支撑体51与外承压环4连接承载外承压环的荷载。

继续参见图3，结合图4，图4为负泊松比单元的局部放大图，负泊松比单元由正V组件522和倒V组件521通过第三端部523连接而成，每层负泊松比单元层的负泊松比单元通过第三端部523周向连接，多层负泊松比单元层的负泊松比单元通过第四端部524径向连接，近内承压环6一侧的负泊松比单元层通过第四端部524与内承压环4连接。多个负泊松比单元周期性排列使支撑体呈棋形排布，能有效进行汽车轴上载荷传递和轮胎承载，该结构提高了支撑体结构的刚度和强度，满足其受力变形趋势，减轻了支撑体的重量，提高了轮胎的舒适性。

继续参见图3，结合图4，第一支撑体51中V形组件512的第二端部514与第二支撑体52近外承压环4一侧的负泊松比单元层中倒V组件521的第四端部524径向连接。上述设置可使第一支撑体的受力均匀传递给第二支撑体的各个负泊松比单元，能有效进行汽车轴上载荷传递和轮胎承载，又能提高轮胎的变形能力和减轻支撑体重量，提高轮胎的舒适性。

参见图4，作为优选的实施例，构成负泊松比单元的正V组件522和倒V组件521的片段位于负泊松比单元内部的边缘向内凸起成弧面，位于负泊松比单元外部的边缘向外凸起成弧面；构成“八”字形组件511的片段两侧边缘均凸起成弧面。上述结构能满足一个方向上受力收缩时，两个方向上同时收缩，意味着负泊松比结构有较高的可压缩性同时较难发生剪切变形，这种结构提高了支撑体结构的刚度和强度满足其受力变形趋势。

继续参见图3，作为优选的实施例，构成V形组件512的片段的夹角大于构成倒V组件521的片段的夹角，负泊松比单元中，构成正V组件522的片段的夹角与构成倒V组件521的片段的夹角相同。在此结构中，使得第一支撑体的的结构受力向内部的第二支撑体传递。

继续参见图3，作为更优选的实施例，多层负泊松比单元层沿轮胎径向由外向内的多个负泊松比单元中，构成正V组件522的片段的夹角与构成倒V组件521的片段的夹角均依次减小。上述设置不仅能使得多层的负泊松比单元均沿轮胎圆周方向紧密排布，还能顺利的从将荷载逐级向内传递，提高轮胎的承压和抗变形性能。

参见图5，为本发明一实施例的免充气轮胎胎侧结构示意图，弹性支撑体外部设置与橡胶胎面相连的胎侧，外承压环4与内承压环6之间的胎侧包括多段弧线结构，相邻的弧线两两相切。一实施例为上宽下窄式多段相切弧线结构，自外承压环到内承压环多段相切弧线由外向里均匀过度，这种支撑体胎侧结构保证轮胎足够支撑性的基础上降低轮胎重量并增加美观性；另一实施例为上下等宽多段弧相切结构，上下等宽多段弧相切结构自外承压环到内承压环多段相切弧线内陷式均匀过度，这种支撑体胎侧结构保证轮胎足够支撑性的基础上也能降低轮胎重量并增加美观性。

参见图6，图6为本发明一实施例的免充气轮胎的胎面圆弧设计示意图。橡胶胎面周向断面的顶部圆弧为中部高两端低的一段弧或两段相切弧结构。一实施例中，橡胶胎面周向断面的顶部圆弧为一段弧结构时，圆弧中点较两端高2-4mm，三点画圆即可得到圆弧曲线。另一实施例中，顶部圆弧为二段相切弧结构时，行驶面高度为2-7mm，两段圆弧相互相切，胎冠弧弧长约为行驶面长度的60％～70％，轮胎接地印痕呈现椭圆或方形。上述胎面圆弧设计均有利于降低胎面磨损。

参见图7和图8，图7和图8为第一卡槽及第二卡槽立体图。外承压环4外侧设置有第一卡槽41。一种实施方式为第一卡槽41的轴向截面形状为倒“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相对应的第二卡槽21，第二卡槽21的轴向截面为正“凸”字形，正“凸”字形的短边朝向轮胎转轴。另一种实施方式为第一卡槽41的轴向截面形状为内凹“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相对应的第二卡槽21，第二卡槽21的轴向截面为外凸“十”字形。第一卡槽41和第二卡槽21沿轮胎周向等间距分布。上述结构防止轮胎以较高速度(60-85km/h)行驶时支撑体与基部胶产生脱层，增强基部胶与支撑体的贴合能力，使胎面与基部胶复合件“镶嵌”到“坚硬”的支撑体上。

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。同时选用既符合轮胎使用性能，又满足比重小的要求的胎面，以降低轮胎重量；同时优化橡胶胎面1和基部胶2复合件总厚度为15mm～30mm，并对现有胎面胶料进行配方优化，提高其低滚阻性能，以有效降低轮胎滚动阻力，对节能减排、降低油耗极为有利，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。