专利名称：非充气使用的弹性轮胎的制作方法
技术领域：
本发明涉及任何类型的汽车车轮，尤其涉及为能够在没有充气压力下承载负荷而设计的轮胎，称之为非充气轮胎。
众所周知，充气到工作压力的加强橡胶轮胎现已成为通用轮胎，因为其舒适而坚固。它成功地适用于各种不同的旅行汽车、土木工程机械、飞机、摩托车、农业机械、载重运输汽车等。充气压力使它能承载负荷并将负荷分布到地上。
虽然充气轮胎的可靠性是不平常的，但我们知道爆裂的危险并没有完全消除。问题是，在丧失了充气压力的情况下，或者在更不易发现的充气压力明显降低的情况下，轮胎就不再处于为其设计的良好工作条件下。有过许多非充气轮胎的建议(例如参见专利US5，050，656)，其目的是消除轮胎破裂(爆裂)的主要原因，但都不能提供足够水平的舒适和／或耐久性和／或承载重负荷的能力。还有许多建议，目的是使轮胎获得更大的在没有充气压力下暂时滚动的能力，例如在专利US5，535，800中所提出的。
但是，上述的建议都具有缺点，即如何设计一个轮胎，使其侧壁保持有弹性，并且能够无损伤地轻缓地承载在道路，这一点非常复杂，甚至是不可能的。实际上，在很强应力的情况下，加到侧壁中的加强件在其径向的外端和径向内基部的连接处有被弯曲的危险。在这种情况下，如果这些加强件在局部被弯曲得足够厉害，使其曲率半径非常小，根据使用的材料不同，将会超过其断裂极限或其弹性极限。因此，所建议的目的就没有足够的安全性，有很大的可能性被所述应力所毁坏(或者在更坏的情况下，发生很危险的但不是立即表现出来的局部损坏)，这样的应力(对侧壁轮缘的冲击)当然是极端情况，但还是在正常范围内。另外，通常使用的，甚至是充气不足的轮胎也能够借助其柔软的侧壁很好地承载这些应力，可是侧壁本身不能够承载负荷。
技术现状表明从人们在激进解决办法(非充气轮胎)和使轮胎获得能在无压力时滚动的有限能力的解决办法之间的迟疑即可以看出，可能的胎体破裂问题是很难解决的。
另外，除了该破裂问题之外，目前所讨论的轮胎还具有其它一些早就引起人们关注的缺点。例如设计了一种用来将轮胎装上轮辋和从轮辋上取下的胎圈，并通过轮胎在轮辋的充分咬和，在轮胎和轮辋之间传递工作应力。这需要相当精确地校准。这就导致我们目前所见的相当沉重而坚实的结构。但是，如果考虑到对用户的用处，在这里是有某些材料的浪费，因为其一部分的用途只是要保证轮胎的安装和拆卸。
我们还知道，在舒适(侧壁要尽可能柔软)和性能(精确地导向，这需要使侧壁坚硬，并且／或者对于旅行汽车的轮胎来说，高度要越来越低)之间的协调是很难控制的。我们还知道，旅行汽车的轮胎，在有较大的侧向加速度时，在弯道外侧前轮倾向于呈倾斜状态。在此情况下，轮胎的工作情况很不好，胎面的内侧离开了地面，只靠轮胎的肩部支撑在道路上。
本发明的目的是提供一种非充气轮胎，在没有充气压力时它可以正确地使用，形象地说，能够使轮胎承载大的负载，同时又获得良好的舒适感、好的附着性以及传递相当大的侧向推力的良好能力。它是一种对充气轮胎的替换方案。它不是简单地给轮胎提供缺气行驶的临时能力。
本发明提供一种柔性的轮胎，它具有一个旋转轴线，并主要包括一个柔性支撑结构支撑的胎面，该结构在径向上位于所述胎面的内部，并至少部分地界定了旋转的内腔，所述的支撑结构包括
-径向地在旋转轴线侧的固定区，用于将所述支撑结构固定在与轮毂连接的装置上，所述固定区沿轴向设置在所述支撑结构的侧限位器之间，所述固定区用来和与轮毂相连的装置接触，所述与轮毂相连的装置形成了刚性组件，-多个支撑部件，基本是横向延伸，设置在固定区和胎面之间，所述支撑部件沿圆周并排并分布在整个圆周上，支撑部件嵌在所述固定区内，每个支撑部件包括一束叠置的柔软基块，各基块之间由一层粘在每块基块上的弹性体分隔开，形成能承受弯曲应力的梁；-在支撑部件之间相互连接的结构，其排列方式使得支撑部件的部分径向应力转移到圆周上相邻的支撑部件上，同时允许在相邻支撑部件之间存在位移差。
在所建议的轮胎中，支持负荷的能力主要来自于这些支撑部件。由于沿着圆周分布，这些支撑部件在轮胎滚动时依次起作用，用来承载负荷。最好有几个支撑部件在接触区同时发挥作用。支撑部件是横向的，主要承受弯曲应力，以使各个支撑部件用于承受负荷(此即所谓“Z”方向应力)。这里，引入了弯曲应力，但读者在后面将会理解，此应力并不排斥其他的应力。
至于每个支撑部件的构成，在后面将要看到，它包括一束带状的柔性基块，这些基块在径向上叠置，被一层粘在基块底部的弹性体分隔开。如此形成的梁适合于承受在径向平面中的弯曲应力。但支撑部件的这种结构形式并不是限制性的，特别是如果我们注意到，在各支撑部件的变形不都是一样的情况下，这些支撑部件还应该适应其他的变形，在后面的叙述中将要明白这一点。在指出与轮毂连接的装置形成一个刚性组件的同时，还应指出，在地面和转动轴之间的全部偏斜都来自本发明柔性轮胎的变形，而不是象目前通行的轮胎相对于其车轮那样，来自轮毂、车轮或充当轮毂连接装置的任何合适装置。
通过三个用
的非限定性实施例的叙述，将更详细地说明本发明图1显示按照本发明的轮胎的第一实施例的径向截面，它具有突起形状的胎面，与用于大倾角运转的轮胎相类似；图2是在图1上圆圈A所圈定部分的放大图；图3显示被变形至中等挠曲水平的同一轮胎；图4是沿图1中Ⅳ-Ⅳ的截面；图5是沿图1中Ⅴ-Ⅴ的截面；图6显示了按照本发明轮胎的第二实施例的径向截面，它具有相当平的胎面，这对于设计成以零倾角或很小倾角运转的轮胎是常用的；图7显示了被变形至中等挠曲水平的图6所示的轮胎；图8显示按照本发明轮胎的第三实施例的径向截面，它也具有很平的胎面，这对于设计成以零倾角或很小倾角运转的轮胎是常用的；图9显示了安装在不同轮辋上的图8的轮胎；图10是一个局部立体图，主要显示按照本发明的第二和第三实施例的轮胎结构没有负荷并处于完全无应力的状态；图11是一个局部立体图，主要显示按照本发明的第二和第三实施例的轮胎结构在负载作用下的变形。
在图1中，显示了包括一个胎面11的轮胎，胎面具有大体变曲的形状。轮胎的壁主要包括两个部分，即第一和第二结构部11I和11E。这两个第一和第二结构部在径向上叠置，形成串联起作用的两个弹簧，并分别布置在径向内侧和外侧。此第一实施例的特征是分隔第一结构部11I和第二结构部11E的伪铰链，其构成一个抗弯曲强度较小的区域。轮胎的这个区域，按其结构来说，不妨碍或很少妨碍径向内侧的第一结构部和径向外侧的第二结构部的端部的弯折亦即相对转动。第一支撑结构部和第二支撑结构部的每个端部基本都位于支撑结构的侧端。支撑部件是由层合部件12组成的。第一支撑结构部的每个支撑部件从横向的一端延伸到横向的另一端。径向外表面的形状与摩托车轮胎的形状类似。
层合部件12比通常用于加强轮胎的帘线甚至是金属丝相比能更大的程度地支撑弯曲力矩。层合部件12包括一叠柔性薄片13，这些薄片层叠起来，并由橡胶层15隔开(见图2)。在所有的实施例中建议使用橡胶作为弹性体，但这不是限制性的。承载负荷时每个薄片13弯曲，每个橡胶层15都受到剪切应力。每个橡胶层15的厚度(这可以是变化的)、每个薄片13的厚度(这也是可以变化的)、薄片的数目、薄片使用材料的弹性模量、使用橡胶的弹性模量以薄片及的排列情况都是用来调节轮胎性能的参数(这些参数可调节“负荷-挠曲曲线”，该曲线根据轮胎挤压情况给出与轮胎的支撑负荷能力相应的力)。
薄片主要由例如热固性或热塑性材料构成，在每根薄片中用主要沿纵向排布的纤维增强，这就是说在轮胎中，纤维平行于子午线平面(即过轮胎旋转轴线的平面)。用玻璃纤维会得到很好的结果，但可以使用其它种类的由其特征会带来优点的纤维。可以设想薄片有许多实施方案。例如，如在图2中所见到的，每根薄片由彼此重叠粘贴在一起的带14组成。
这些带可以是例如就地粘贴的，即在制造轮胎的过程中粘贴在轮胎中。这是用来以如图1所示的所需曲率将薄片安装在轮胎中时在无预负载或至少是预负载可以忽略的情况下制造薄片的方案之一。由薄带所带来的优点是，它们能够很容易地由制造所述带的任何方法制造成确切地符合任何最终形状。可以借助于例如在带之间的薄橡胶层，或者借助于树脂将它们粘合在一起，在后一种情况下，薄片的整体性更强一些。
这样，本发明的意图是一种柔性轮胎的制造方法，该轮胎具有一个旋转轴线和一个支撑结构，支撑结构具有与旋转轴线相垂直的子午线平面并界定了转动内腔，该支撑结构包括了许多沿圆周分布的支撑部件，每个支撑部件基本是横向排列，每个支撑部件都是包括在径向叠置的柔性薄片的层合部件，在该方法中，制造轮胎所需的各组件在一个可破坏的支承结构上进行组装，所述方法尤其包括如下的步骤-在支承结构上铺上一段带；-弯曲该带段，使其贴合支承结构的形状；-固定带段的两端；-重复前面的步骤，直至得到所要的叠合条带。
在此第一实施例中，在层合部件12中，沿着薄片按照从一个侧端向另一个侧端的方向移动时，将薄片的长度作为曲线的横坐标，在层合部件的厚度上从腔内向外移动时，每个薄片13的所述长度逐渐缩短。在图1和图3中这是很明显的。在采用这种布置时，使薄片层适应其应该局部支撑的弯曲扭矩，并使薄片层适应希望得到的挠曲，就可以调节轮胎的柔性特性。
每个层合部件最好至少在径向外侧支撑结构部分是对称的，并轴向地居中。最后要指出，如在图1和图3中所看到的，固定区11O是一个部件。这意味着用于固定在轮毂上(或者借助于替代的与轮毂相连的装置)的该部分不具有层合结构。例如，它只包括树脂基质和增强纤维，当然，其组成材料最好与薄片相同，并且不包括橡胶。此固定区保证支撑部件的嵌入。
在叙述了从子午线截面观察的该轮胎结构的主要特点之后，让我们观察从圆周截面看构造如何，请参看图4和图5。在一个层合部件中，最好将宽度1视为沿着薄片顺圆周方向移动时薄片的尺寸，薄片的宽度1是恒定的(见图4和图5，以及图10和图11，因为象许多其它的叙述一样，读者将理解对于其他实施例也有此特点)。实际上，最简单的是只制造宽度相同的薄片。当然，正如通过比较图4和图5我们可以看到，既然薄片13的宽度是恒定的，那么在径向内侧的支撑结构部件11I中，层合部件之间的间隔就小于在径向外侧的支撑结构部件11E中的间隔。
另外，支撑部件(从圆周观察)的宽度Is最好总是这样的，使得在整个圆周上支撑部件数至少为80。在图10和图11上就显示了这一点。这使轮胎有足够的均匀性，尽管例如对于其模制来说，如此实现的结构在圆周上不能被看作是均匀的。按照传统的术语，这样的支撑结构具有周期性的对称。为了改善均匀性，可以增加支撑部件的数量，减小其在圆周上的圆周宽度Is。因此本发明的轮胎最好是这样的将所述宽度Is作为支撑部件在圆周方向上的尺寸，该宽度Is使得在整个圆周上支撑部件的数目至少在200个左右。
在径向的外侧支撑结构部分，本发明所建议的连接结构包括至少在胎面下面的圆周加强件。它们是例如周向金属丝16，尤其如图1和图4所示。这些金属丝保证了轮胎在离心力作用下的尺寸稳定性。另外，这些周向金属丝16有助于将支撑部件(层合部件12)的负荷分散在相邻的一个或几个支撑部件上。设想一下其支撑部件爬上一个点状障碍的过程，该支撑部件就要有一个避开的趋势，因为该负荷倾向于仅仅加在此层合部件上，而不是分布在多个层合部件上。一旦过载的层合部件的挠曲大于其相邻的部件，则圆周金属丝16就牵拉相邻的支撑部件，如此就转移了部分负荷。这伴随着支撑部件的某种变形。支撑部件的结构使得它可以允许某种程度的变形。对于由逐块重叠并被橡胶层分隔开的基块(即弹性薄片13)组成的层合部件，本发明建议的实施方案是与所希望的变形程度相容的。当然另外的实施方案也是可以设想的。这样的轮胎能够“吞下”点状障碍，例如在马路上的碎石。此外，周向金属丝16通过将应力分散到轮胎整个圆周的层合部件组上而有助于经受住力矩的作用。
另外，建议的连接结构还包括一个橡胶块165，用来将圆周薄片分隔开(见图4)。我们顺便指出，为了将本发明应用于例如应力适中的轮胎，所述连接结构只能包括保证在支撑部件之间实现连接的橡胶。在所述实施例中，所述橡胶完全充满相邻两个层合部件之间的空间。另外，橡胶层完全遮盖住轮胎的结构加强件，如此形成一个连续的外表面，具有普通轮胎的外观。当然，可以开发其它的方案，例如在圆周金属丝16的径向下方不用橡胶或用很少的橡胶。如要得到较小的前进阻力，这种方案可以是有益的。
在本申请中，在很一般的意义上使用了术语“金属丝”，指的是所述金属丝必须充分具有可以将部分径向应力转移到相邻支撑部件并更好地将负荷传递到接触区之外的特征。可以使用单丝、多丝或丝的集合体，如缆索，或者任何等效的结构，无论是什么材料，无论模量如何，也无论这些金属丝受到什么处理，例如表面处理或涂层，或预先上胶以有利于粘接在橡胶上。“周向”意味着与支撑部件旋转轴线的垂直平面的夹角为0°的方向，这都采用轮胎的通常习惯。实际上，可以通过以一定的排列间距缠绕金属丝来实现增强，由此导致夹角不严格为0°，而在实际上是至少局部略大于0°，以能够扫过全部希望的宽度。
但是在前面三段中叙述的设计都不是强制性的。该层合部件可以通过与每个堆积层的薄片13相似的薄片相连接。当然也可以实施其它形式的连接。总而言之，从实质上说，层合部件承载负荷时，不是彼此完全孤立地工作，而是互相联系，以保证整体工作得更好，避免在相邻两个层合部件之间有太大的剪切力，并赋予其更好的均匀性，即无论轮胎圆周相对于地面处于什么位置，都有相对恒定的性能。
让我们回到径向外侧支撑结构部11E和径向内侧支撑结构部11I之间的连接件，关于它我们说形成了一种铰链17。埋在橡胶块中的基本不可延伸的径向金属丝170覆盖着其外侧结合处，以便适当地固定径向内支撑结构部和径向外支撑结构部(见图1的左边部分)。这些径向的金属丝170排列在较小弯曲强度的区域，并埋在橡胶中。在一个实施方案(见图1的右边部分)中，每根径向金属丝相对于支撑部件的排列是在一个支撑结构部的内腔一侧(见金属丝170a和170c)，并在另一个支撑结构部的外侧(见金属丝170b和170d)，在所述第一径向内支撑结构部上连续的金属丝的排列是，一些在内腔的外侧，另一些在内腔的内侧，并最好是交替排列。
在此第一实施方案中，层合部件12类似于复合弹簧，只是在此处薄片是通过橡胶层彼此粘贴在一起的。径向内支撑结构部11E和径向外支撑结构部11I在整个子午线平面内在通过铰链17的虚圆柱体两侧上准对称。径向内支撑结构部11E和径向外支撑结构部11I的构成方式是，各自都承担由负荷导致的挠曲的一半，这对于形成铰链的区域的耐久性是有利的，因为可以随着支撑结构部的轴向端的相对运动发生变形。图3显示了有负荷时轮胎的外形。
我们知道，在很大过载的情况下，例如由于对路缘的冲击，径向外支撑结构部自然地与径向内支撑结构部相冲撞。在层合部件挠曲达到断裂点之前这可以很好地发生。这就是为什么本发明所建议的轮胎坚固耐用，能很好地耐受在正常使用汽车时遇到的最恶劣的应力作用。
在前面叙述的用来说明第一实施例的轮胎包括基本呈径向排列的层合部件。与我们知道常用的子午线轮胎的运行相似，我们注意到，当通过接触区时，除了弯曲以外，还有扭曲应力，这些层合部件就略微“非径向定位”。我们把大体径向位于侧壁中的加强件(对于常用轮胎来说是胎体帘线，对于此处叙述的轮胎的实施例来说是支撑部件)略微偏离径向方向这个事实称作“偏离径向化”，在进入和驶出与路面接触区时可以观察到支承结构的最大偏离值。我们要注意到，由于支撑部件所具有的适应径向平面中简单变形以外的其它变形的能力，偏离径向化就是可能的。
至于在与轮毂连接装置上的固定，该轮胎可以固定在车轮的圆盘上，或者固定在其它保证与轮毂有刚性连接功能的机构上。与我们所熟悉的轮胎相似，轮胎和车轮组件具有足够的横向刚性，使得能够引导汽车，特别是在拐弯时。在轮胎方面，将一个或几个不能伸展的周向加强件，例如在第一实施例中的刚性箍18，设置在固定区，有利于在有横向应力时更好地将轮胎固定在轮毂上。
图6说明第二实施例，其中从子午线截面观察的轮胎断面形状，类似于工作倾角为零或很小度数的轮胎的断面形状(例如客车的轮胎)。侧壁29是圆的，而且占据了该轮胎径向高度的主要部分。该支撑结构主要包括层合部件22，它包括叠置且被橡胶层25分隔开的柔性薄片23堆积块，这些薄片构成了支撑部件。固定区210在轮胎径向内壁的中心。穿过此固定区并在两侧形成悬臂梁的支撑部件与在第一实施例中的完全一样，嵌在所述固定区内，以便能承受弯曲应力。
确定和调整按照此第二实施例的轮胎性能的参数也就是前面提到的那些，即每层25的厚度、每层薄片23的厚度、薄片数、薄片使用材料的弹性模量、使用的弹性体的弹性模量、薄片的排列方式等。同样，对于薄片23的构成，可参阅对薄片13所提供的说明。该轮胎还包括在胎面下方沿圆周排列的加强件(未示出)。
此轮胎包括一胎面21，当没有承载负荷时它可以是稍微弯曲的。支撑结构的径向外部，即包括胎面21和接近胎面21的侧壁29部分的区域对在负荷作用下产生的挠曲(在径向方向)只有很小的贡献。侧壁29，更具体说是其径向内部，以及支撑结构的径向内壁都是在负荷作用下产生大部分挠曲的变形部位。径向内支撑结构部在零负荷时基本是直线形的(图6)，与旋转轴线平行，该零件变形时为弧形，弧形的凹面向内(图7)，与此同时，其两侧边界稍微靠近。这种变形模式向在胎面下方的支撑结构的每个侧面区域施加一个趋于将负荷转移到胎面中心区的力矩，该力矩同时减轻了轮胎胎肩的负荷，这一切都保证了在接触区对地面的压力的相对恒定。
如同在第一实施中一样，轮胎固定在车轮的圆盘上，或者固定在与轮毂有刚性连接功能的其它结构上。在支撑结构的径向内壁的子午线区，组件具有足够为车辆导向的横向刚性，特别是在转弯时。
我们还要注意到，我们可以通过设计轮胎与轮毂相连的装置，通常被称为“轮辋”来调节轮胎的性能。通过或多或少地、最好以对称的方式增大轮胎支撑在轮毂上的支撑面291，就可以调节轮胎的径向柔软性，有点象轮胎的充气压力一样，对于同样型号的轮胎，可以根据装备的车辆、车辆的轴、以及车辆是处于负载作用下还是空车来进行调节。因此，根据使用的轮辋不同，装在轮辋上的轮胎的径向柔软性也是变化的。
本发明还提供如前所述的可变形轮胎使用的轮辋，所述轮辋包括安装装置，用来接受和固定轮胎的所述固定区，并在至少轴向一侧(最好是两侧)具有一个基本平行于所述轮胎固定区的支承面，其与轮胎接触的轴向最外点284的轴向位置是可调的(见图7，注意，所述支撑面在轴向位于在由轴向最外点284或图9中的384所限定的界限之间)。这样，可以改变轮胎在轮辋上的支撑面291。沿着整个支撑面，轮胎壁在径向不能向着旋转轴线移动，这将改变轮胎的运转。
图8和图9说明与第二实施例相似的第三实施例。设置有胎面31和支撑部件32。连接结构包括薄片形的周向加强件36。固定区被沿圆周方向开槽(图10和图11的简化视图没有表示)，因此该轮胎具有两个楔形连接增厚处320，能够彼此相对沿轴向移动。所述楔形连接件320每个都用来与所述与轮毂连接装置接触，特别是通过在每个所述楔形连接件320的径向内侧上的接触面391而接触。构成已经提到的固定区的所述楔形连接件保证了支撑部件32的嵌入。
在图8中看到，所述的连接装置与用来借助于适当形状的型件321夹住所述楔形连接件320的狭窄的轮毂很相似。我们看到一个车轮的圆盘38，其伸出一个第一轮缘380。第二轮缘381借助于螺栓和螺帽382安装在圆盘38上，使得型件321和所述轮胎楔形连接件插入其间。型件321是一个旋转件，在图8和图9上可以看到在圆周上断开的其沿子午线剖开的剖面，这样就容易插入到轮胎的所述楔形连接件320之间。然后，将在所述楔形件320之间插入型件321后的轮胎相对于第一轮缘380正确地定位，然后将第二轮缘381固定在第一轮缘上，其间插入所述型件。此型件321可以与第一轮缘和第二轮缘380和381一起，将所述楔形连接件320夹起来，从而使轮胎安装在与轮毂相连的装置上，这是轮胎的一种优选的安装方式。
因此，本发明也延伸到一种轮辋，其包括接受和固定柔性轮胎的安装装置，所述轮胎具有旋转轴线并主要包括由柔性支撑结构支撑的胎面，该支撑结构沿径向位于所述胎面的内部，并至少部分地限定了内旋转腔，所述支撑结构包括径向在旋转轴线一侧的固定区，以将所述支撑结构固定在与轮毂相连的装置上，所述与轮毂相连的装置形成一个刚性组合体，所述固定区轴向地设置在所述支撑结构的两侧端之间，所述固定区在圆周方向上被开槽，致使该轮胎具有两个楔形连接件320，它们可以互相在轴向相对移动，所述轮辋包括-两个轮缘380、381，它们每个都作为两个楔形连接件320中之一的支承面；-型件321，用来与轮缘380、381相配合，将所述楔形件320夹起来并将其固定在轮辋上。
制造的轮胎的形状可以不同于由代替轮辋而采用的连接装置所指定的形状。例如，在安装时可以强制所述楔形连接件320在轴向靠拢。形成一种燕尾榫的所述楔形连接件320有助于避免在其中设置的预应力作用下发生各种意外的轮胎脱落。这样，就可以在层合部件32中根据在轮胎的所述楔形连接件320之间的间距，通过预加负荷来调节柔软性。
另外，如同在前面所说明的，根据接触支撑面391的尺寸，可以影响轮胎的挠曲。也可以增加补充的环形件383，以便为上述目的扩大轮胎的支撑面(见在图9中的支撑面391b)。
最后，图10和图11表示柔性支撑结构的一般形状。将这两个图进行比较就显示了用本发明轮胎得到的挠曲。我们注意到，在前述的所有实施例中都存在某些支撑部件相对径向的偏离。在图11的下部特别可以看到这一点，注意看挠曲区D，在这里我们看到，支撑部件的弯曲伴随着一定程序的翘曲，这促使其超出嵌入处以外的部分发生变形，此变形和此翘曲比剖面图中的纵向挠曲还要大。
在解释本发明的实施例中，支撑部件具有层合部件的形状。因此，由一叠薄片连同夹在其间的橡胶形成一束基块，而无论该薄片本身制造的形状如何。通过下面的叙述，将更清楚地理解这些支撑部件的功能，当然，专业人员可以以其它的实施方案代替这些层合部件，即以其它形状的结构代替薄片，只要该支撑部件提供所需的柔软性并对承载负荷作出所需的贡献即可，而且还要适合于给轮胎提供在非径向应力(轮胎是所述应力的支承面)作用下适当的表面特征(即所谓“X”方向和“Y”方向应力的传递)，并与相邻的支撑部件一起和谐地工作。这就是说，支撑结构在变形时，允许与地面接触所涉及的胎面下的区域有一定程度的变平，这样一来，有负荷的轮胎在地面上的压痕具有一定的面积，就象所熟知的充气轮胎的运转一样。
我们还要注意到，每个支撑部件至少存在于包括在所述支撑结构的侧端和胎面之间的支撑结构部中，在胎面下方不是必须的，尽管在所叙述的实施例中，所述支撑部件是连续地存在于胎面之下的。但是，在变化的方案中，至少在大部分胎面的下方，可以用刚性足够大的环代替薄片堆，即基块束，所述环例如是美国专利4，111，249中在胎面下作为加强件的那种。还可以用比较刚性的杆代替薄片堆，在圆周方向排列大量的杆，所有杆之间被铰接起来，如此形成一种圆周向的履带结构(见例如在专利申请书EP-0，836，956中所述的胎面下增强结构)。更一般地，还可以在胎面下排列任何的结构，只要能够将剪切力传给轮胎的横向部分即可。
我们还要注意到，在所建议的各种实施例中，最接近旋转轴线的径向内支撑结构部对在负荷下的挠曲具有大的贡献，因此就对轮胎获得的舒适感有较大贡献。因此，所述固定区最好位于相当于在轴向距离轮胎侧向边界之间的距离不超过50％的部分。因此，柔性支撑结构的所述径向内部就成为从固定区延伸出很多的悬臂梁。最有利的结构排列是，刚好超出固定区的支撑部件在与旋转轴线基本平行的方向。在下文所述实施例中就是这样的。最后我们注意到，所叙述的轮胎是对称的，固定区基本在所述轮胎的两边界中间，但这不是限制性的。当然也可以采用非对称的结构，特别是在固定区的局部。
至于径向外支撑结构部对负荷作用下挠曲的贡献度，根据实施例的不同是可以改变的。
在建议的第一实施例中，该支撑结构包括第一径向内支撑结构部和第二径向外支撑结构部，所述第一和第二支撑结构部通过对弯曲有较少阻碍的区域彼此固定住，每个所述第一和第二支撑结构部包括所述的支撑部件，第一径向内支撑结构部的每个支撑部件从至少一个侧端伸展到所述固定区，使得在工作应力的作用下，在第一支撑结构部和第二支撑结构部之间的对弯曲有较小阻碍的区域可相对于固定区在径向移动。第二径向外支撑结构部的每个支撑部件最好从一个侧端延伸到所述第二支撑结构部的另一个侧端。
径向内支撑结构部形成了两个区域，它们是相对于刚性中心连接件的悬臂梁。按照本发明，这两个区域完全实现轮胎的柔软性。这就是为什么上文明确指出，在工作应力的作用下，所述抗挠曲强度较少的区域可相对于所述固定区发生径向的移动。由此导致明显的结果，并且对于所有的实施例都是有效的为了使本发明的轮胎能够更好地运转，任何障碍都不应该制约所述径向内侧支撑结构部，即与所述刚性中心连接件相邻部分发生径向向内的弹性变形。该部分在挠曲时稍微靠近旋转轴线。因此，在最大弯曲时轮胎的形状就确定了一个外边界，在此边界的外面不应该有汽车的任何机械部件车轮圆盘和／或轮毂、刹车装置、悬挂装置等。
在所说明的第一实施例中，在负荷作用下径向外支撑结构部对挠曲的贡献度与在负荷作用下径向内支撑结构部对挠曲的贡献度是相当的。当然，所述对弯曲有较小阻碍的区域可以不那么小，而涉及到支撑结构壁的更大部分。
在第二实施例中，支撑部件在侧壁中是连续的。对挠曲的贡献主要来自于在径向位于内部的支撑结构部。综合参照图6和图7我们看到，负荷产生的弯曲促进了由支撑部件形成的曲率半径的减小在图6中表示无负荷时轮胎的R要大于在图7中表示有负荷时轮胎的r。
现在来看本发明所建议的轮胎的安装。在普通轮胎的情况下，我们知道轮辋基本具有轮胎的宽度。在此处则相反，轮胎在取代轮辋的中心机械部件的两侧沿宽度方向伸出，该机械件部在本发明开头是用比较功能性的用语“与轮毂相连的装置”来描述的。此装置可以采取各种不同的形状。可以是与车轮圆盘相似的圆盘，它以一个旋转件作为其边界，此旋转件的子午线截面形状是一个向最大半径处开口的凹槽，例如分成两部分制造，能够围住具有互补形状的轮胎肋部。还可以是例如在专利US-5，071，196中所叙述的一种车轮，即没有圆盘的车轮。总而言之，就其实质而言，所述与轮毂相连的装置是刚性的，如同现有技术中具有轮毂的车轮一样。
至于构成基块的材料，最好是复合材料，即各种不同材料的组合材料。在此处说明的支撑部件是层合部件。支撑部件的几何性状使其获得所希望的柔软性，而在遇到的变形下既不会断裂，也不会达到弹性极限。每一层薄片的厚度都是很薄的。因此它们能够在变形时达到很小的曲率半径。每个薄片都不能单独支撑所需的正常负荷。因此要把这些薄片复合起来，它们各自对承载负荷的贡献大致加和在一起。用粘接到所述薄片上的橡胶将薄片相互固定起来。因此，由于几层很薄的薄片堆积在一起，在达到较大的挠曲的同时，就得到了足够的支撑力。
所述轮胎的结构能够构成无充气气压就能够工作的轮胎(无充气轮胎)。我们注意到，很重要的一点是，所述方案并不妨碍在所建议的轮胎中充一定压力的空气。当然，只需使轮胎是密封的就可以了。在支撑结构上加上适当的表层，后者用来在任何情况下避免内腔的污染。这时可以通过来调节内腔的压力p来调节轮胎特性，特别是柔软性。与充气轮胎类似，这里所提到的为本发明轮胎加一定压力p可以与所述充气轮胎设计的正常压力P附近的压力变化Δp相比。因此，为了明了本发明的思想可作如下对比按照用途的不同，我们使用压力水平在P至P+Δp的传统胎，而在使用本发明的轮胎时，按照其用途，压力在0(即没有压力)至Δp的“水平”。
但是，这只是已经被说明过的众多结构的调节装置中的一种方式。实际上，建议的轮胎被设计成没有充气压力时也能正确地运转，它包括-径向地在旋转轴线一侧的固定区，用来将所述支撑结构固定在与轮毂相连的装置上，所述与轮毂相连的装置设计成一个刚性组件；-多个支撑部件，它们基本是横向展开的，排列在固定区和胎面之间，所述支撑部件在圆周上是并排的，所有的都顺着圆周分布，每个支撑部件包括重叠的柔性基块13、23，粘在每块基块上的橡胶层15、25将它们分隔开，形成承受弯曲应力的梁；-在支撑部件之间的连接结构，其排列方式使一个支撑部件的径向应力转移到在圆周上相邻的支撑部件上，同时还要允许相邻支撑部件之间有位移差；-该支撑部件和连接结构的尺寸确定使得所述轮胎在无充气压力时可以工作。
本发明的优点是提出了一种结构，该结构使得可以承载所希望的负荷，同时无损坏地吸收点状的障碍，如在路面上的碎石。
不是通过将胎圈紧固在轮辋上，本发明的另一个优点是保证了轮胎和轮辋或代替轮辋的部件之间的连接，以提供作为旋转轴线的基准。这导致节省了轮胎这部分的材料，因而减轻了重量。
我们已经看到，所建议的柔性轮胎包括一个支撑结构、一个在该支撑结构外面的径向胎面以及与刚性轮辋或与相当机械部件相连的装置。我们还看到，该支撑结构包括多个并排并分布在整个圆周上的支撑部件，每个支撑部件按照基本上为横向以及大体上是径向的方向排列，当该轮胎滚动并承受负荷时，每个支撑部件依次发挥作用，使一部分轮胎负荷从胎面传递到轮毂上，每个支撑部件受到的负荷基本转变成弯曲应力。说明本发明的轮胎实施例能够获得良好的粘接和良好的传递横向大推力的能力。此外我们还观察到，对于符合图6至图11的轮胎，由于在例如转弯时造成的横向应力增大伴随着所述轮胎径向挠曲的轻微减小，因而获得了抗侧向摆动的效果。
总之，支撑部件最好包括由柔性薄片堆积组成的层合部件，这些柔性薄片沿径向叠置并被粘在每层薄片上的弹性体层分隔开，层合部件的弯曲伴随着薄片之间的相对切向位移和弹性体的剪切应力。在工作应力下每个层合部件在径向是柔软的，层合部件的弯曲把力矩传递到所述固定装置上。另外我们还看到，该支撑结构包括在支撑部件(层合部件)之间的连接装置，其排列方式使得支撑部件的一部分径向应力传递到在圆周上相邻的支撑部件上，同时还允许在相邻层合部件之间存在位移差。此连接装置可涉及整个长度上的支撑部件，或者只涉及其一部分，尤其是涉及在胎面下面的支撑部件。该支撑结构被装配的方式，使得当轮胎所受到的径向挠曲将径向外支撑结构部抵到固定在轮辋上的固定区时，支撑部件中由于弯曲所造成的应力小于断裂极限(并且，如果构成基块的某种材料的弹性极限小于该断裂极限，该应力小低于该弹性极限)。
权利要求
1．一种具有一个旋转轴线并主要包括由柔性支撑结构支撑的胎面的弹性轮胎，该支撑结构沿径向位于所述胎面的内侧并至少部分地界定了一个旋转内腔，所述支撑结构包括-径向上在旋转轴线侧的固定区，用来将所述支撑结构固定在与轮毂相连的装置上，所述固定区在轴向上位于所述支撑结构的侧边界之间，所述固定区用来与和轮毂相连的装置接触，所述与轮毂相连的装置设计成形成一个刚性组件；-多个支撑部件，它们基本是横向延伸的，排列在固定区和胎面之间，所述支撑部件在圆周上是并置的并分布在整个圆周上，这些支撑部件被嵌入到所述的固定区中，每个支撑部件包括一束叠置的柔性基块(13、23)，粘在每个基块上的橡胶层(15、25)将它们分隔开，以使形成能够承受弯曲应力的梁；-在支撑部件之间的连接结构，其排列方式使得一个支撑部件的径向应力可转移到在圆周上相邻的支撑部件上，同时还使得在相邻支撑部件之间有位移差。
2．一种具有一个旋转轴线并主要包括由柔性支撑结构支撑的胎面的弹性轮胎，该支撑结构沿径向位于所述胎面的内侧并至少部分地界定了一个旋转内腔，所述支撑结构包括-径向上在旋转轴线侧的固定区，用来将所述支撑结构固定在与轮毂相连的装置上，所述与轮毂相连的装置设计成一个刚性组件；-多个支撑部件，它们基本是横向延伸的，排列在固定区和胎面之间，所述支撑部件在圆周上是并置的并分布在整个圆周上，每个支撑部件包括叠置的柔性基块(13、23)，粘在每块基块上的橡胶层(15、25)将它们分隔开，以便形成能够承受弯曲应力的梁；-在支撑部件之间的连接结构，其排列方式使得一个支撑部件的径向应力可转移到在圆周上相邻的支撑部件上，同时还使得在相邻支撑部件之间有位移差；-该支撑部件和连接结构的尺寸确定使所述轮胎在无充气压力时可以工作。
3．按照权利要求1的轮胎，其特征在于，固定区位于相当于距离所述侧边界的轴向距离不超过50％的一部分上。
4．按照权利要求1、2或3的轮胎，其特征在于，所述支撑部件在胎面下是连续的。
5．按照权利要求1至4之一所述的的轮胎，其特征在于，基块是由复合材料制造的。
6．按照权利要求1至5之一所述的轮胎，其特征在于，支撑部件在刚好从固定区伸出时沿着基本与旋转轴线平行的方向定向。
7．按照权利要求1至6之一所述的轮胎，其特征在于，固定区基本上居中地位于所述轮胎的轴向边界之间。
8．按照权利要求1至7之一所述的的轮胎，其特征在于，固定区是一体的。
9．按照权利要求1至8之一所述的的轮胎，其特征在于，支撑结构包括第一径向内支撑结构部(11I)和第二径向外支撑结构部(11E)，所述第一和第二支撑结构部通过一个对弯曲有较少阻碍的区域(17)相互固定，每个所述第一和第二支撑结构部包括所述的支撑部件，第一支撑结构部的每个支撑部件至少从一个侧端部向所述固定区伸展，以使第一和第二支撑结构部之间的抗挠曲强度较小的区域在工作应力的作用下可相对于固定区径向移动。
10．按照权利要求9的轮胎，其特征在于，第二径向外支撑结构部的每个支撑部件从所述第二支撑结构部的一个侧端延伸到另一个侧端。
11．按照权利要求9或10的轮胎，其特征在于，第一径向内支撑结构部的每个支撑部件从一个侧端延伸到另一个侧端。
12．按照权利要求9至11之一所述的轮胎，其特征在于，第一径向内支撑结构部的子午线截面的大体形状为弧形，其凹面沿径向向着外部。
13．按照权利要求9至12之一所述的轮胎，其特征在于，第二径向外支撑结构部的子午线截面的大体形状为弧形，其凹面沿径向向着内部。
14．按照权利要求9至13之一所述的轮胎，其特征在于，第一和第二每个支撑结构部的端部大体上位于该支撑结构的侧边界处。
15．按照权利要求9至14之一所述的轮胎，其特征在于，抗挠曲强度较小区域包括埋在弹性体基质中的不可延伸的径向金属丝(170)。
16．按照权利要求15的轮胎，其特征在于，每根金属丝相对于支撑部件的排列是这样的在一个支撑结构上是在内腔一侧，而在另一个支撑结构上是在外侧，在所述第一径向内支撑结构部上相邻的金属丝的排列是一些在内腔的外侧，另一些在内腔的内侧。
17．按照权利要求9至16之一所述的轮胎，其特征在于，在支撑部件中，就沿着横坐标曲线的基块长度而言，在支撑部件的厚度上从腔向外面移动时，每个基块的长度减小。
18．按照权利要求1至8之一所述的轮胎，其特征在于，固定区沿圆周方向被开槽，以使轮胎具有两个楔形连接件(320)，它们能沿轴向彼此相对位移。
19．按照权利要求1至8之一或18的轮胎，其特征在于，在位于胎面下的支撑部件中，就沿着横坐标线的基块长度而言，在支撑部件的厚度上从腔向外部移动时，每个基块的长度增大。
20．按照权利要求1至19之一所述的轮胎，其特征在于，每个基块都是柔软的薄片，以使每个支撑部件形成一个包括一叠所述柔软薄片的层合部件。
21．按照权利要求20的轮胎，其特征在于，在层合部件中，就沿着圆周方向的薄片尺寸宽度1而言，薄片宽度是恒定的。
22．按照权利要求20或21的轮胎，其特征在于，每个薄片由带(14)叠合而成，所述带相互粘结在一起。
23．按照权利要求20至22之一所述的轮胎，其特征在于，薄片由热塑性或热固性树脂的基质构成，并由在每个薄片中主要沿纵向排列的纤维加强。
24．按照权利要求1至23之一所述的轮胎，其特征在于，将宽度ls作为沿圆周方向支撑部件的尺寸，宽度1s的取值使得在整个圆周上支撑部件的数量至少为80。
25．按照权利要求1至23之一所述的轮胎，其特征在于，将宽度ls作为沿圆周方向支撑部件的尺寸，宽度1s的取值使得在整个圆周上支撑部件的数量至少为200。
26．按照权利要求1至25之一所述的轮胎，其特征在于，连接结构包括至少位于胎面下的圆周加强件(16)。
27．按照权利要求1至26之一所述的轮胎，其特征在于，连接结构包括在圆周上将支撑部件分隔开的弹性体基质(165)。
28．按照权利要求1至27之一所述的轮胎，其特征在于，支撑部件基本沿径向排列。
29．按照权利要求1至28之一所述的轮胎，其特征在于，固定区包括至少一个沿圆周方向不可延伸的加强件(18)。
30．按照权利要求1至29之一所述的轮胎，其特征在于，弹性体是橡胶。
31．一种与如权利要求1至30之一所述的轮胎一起使用的轮辋，它包括用于接受和固定轮胎的所述固定区的安装装置，还包括至少在轴向基本平行于轮胎的所述固定区延伸的支撑面，其中与轮胎接触的轴向最外侧点(284、384)的轴向位置是可以调节的。
32．一种包括用来接受和固定柔性轮胎的安装装置的轮辋，该柔性轮胎具有一个旋转轴线并主要包括一个胎面，所述胎面被沿径向位于胎面内侧并至少部分界定旋转内腔的柔性支撑结构支撑，所述支撑结构包括一个径向地位于旋转轴线侧的固定区，用来将所述支撑结构固定在与轮毂相连的装置上，所述固定区轴向位于所述支撑结构的侧边界之间，所述与轮毂相连的装置形成一个刚性组件，所述固定区被沿圆周方向开槽，使该轮胎具有两个楔形连接件(320)，这两个楔形连接件可在轴向相对移动，所述轮辋包括-两个轮缘(380、381)，其每个都用来作为两个楔形连接件(320)之一的支撑面；-型件(321)，它用来与所述轮缘(380、381)相配合而将所述楔形连接件(320)夹起来并固定在轮辋上。
33．按照权利要求32的轮辋，其特征在于，它包括能够增大轮胎在轮辋上的支撑面的附加环形件(383)。
34．一种制造柔性轮胎的方法，该轮胎具有一个旋转轴线，并包括具有与旋转轴线相垂直的子午线平面并界定一个旋转内腔的支撑结构，该支撑结构包括多个分布在整个圆周上的支撑部件，每个支撑部件基本按横向排列，每个支撑部件都是包括一叠沿径向叠置的柔性薄片的层合部件，在该方法中，制造轮胎所需的各组件在一个可破坏的支承结构上进行组装，所述方法包括如下步骤-在支承结构上放上一段带；-将该带段弯曲，使其贴合支承结构的形状；-固定带段的两端；-重复前面的步骤，直至得到所要的叠合条带。
全文摘要
本发明所提出的非充气弹性轮胎具有通过能够支撑弯曲力矩的层合部件(12)支承负荷的能力。该层合部件(12)包括一叠叠置的柔性薄片,薄片被粘在其上的橡胶层(15)分隔开,以便形成能够承受弯曲应力的梁。
文档编号B60C5/00GK1291142SQ99802995
公开日2001年4月11日 申请日期1999年12月20日 优先权日1998年12月18日
发明者丹尼尔·劳伦特, 安东尼奥·德尔菲诺, 亨利·欣克 申请人:米什兰构思与开发公司