具有短程线连接网的非充气轮胎的制作方法

本发明总体涉及车辆轮胎和非充气轮胎，更具体地，涉及非充气轮胎。

背景技术：

在超过一个世纪的时间里，充气轮胎是车辆移动性的所选解决方案。充气轮胎是张力结构。充气轮胎具有至少四个特征使得充气轮胎在今天如此占优势。充气轮胎在承载负载方面有效率，因为全部轮胎结构都参与承载负载。充气轮胎还由于它们具有低接触压力而是期望的，低接触压力因车辆负载的分布而带来低的路上磨损。充气轮胎还具有低刚度，这确保舒适地乘车。充气轮胎的主要缺点在于它需要压缩流体。常规充气轮胎在完全失去充气压力之后变得无用。

被设计成在没有充气压力的情况下操作的轮胎可消除与充气轮胎相关联的许多问题和妥协。既不需要压力维持也不需要压力监控。被结构地支撑的轮胎，诸如实心轮胎或其他弹性体轮胎，至今尚未提供常规充气轮胎所要求的性能水平。实现类似充气轮胎那样的性能的被结构地支撑的轮胎的方案将是期望的改进。

非充气轮胎通常由它们的负载承载效率限定。“底部承载装置（bottomloaders）”是在基本刚性的结构，其在该结构的轮毂下方的部分中承载大部分负载。“底部承载装置（bottomloaders）”被设计成使得全部结构都参与承载负载。顶部承载装置因此具有比底部承载装置更高的负载承载效率，允许具有较小质量的设计。

因此，期望的是改进的非充气轮胎，期望该改进的非充气轮胎具有充气轮胎的全部特征，但不具有需要充气的缺点。

技术实现要素：

本发明的一个或多个实施例提供被结构地支撑的非充气轮胎，包括：接触地面的环形胎面部分；剪切带；以及位于所述胎面的径向向内的加强层，所述加强层沿径向向内延伸形成侧壁，其中，所述加强层由以成短程线模式缠绕的材料条形成。

本发明的一个或多个实施例提供被结构地支撑的非充气轮胎，包括：接触地面的环形胎面部分；剪切带；以及位于所述胎面的径向向内的加强层，所述加强层沿径向向内延伸形成侧壁，其中，所述加强层由以成短程线模式缠绕的材料条形成，所述条相对于其自身的角β严格大于90度。

本发明的一个或多个实施例提供被结构地支撑的非充气轮胎，包括：接触地面的环形胎面部分；剪切带；以及位于所述胎面的径向向内的加强层，所述加强层沿径向向内延伸形成侧壁，其中，所述加强层由以成短程线模式缠绕的材料条形成，其中，所述条被连续地缠绕。

本发明的一个或多个实施例提供被结构地支撑的非充气轮胎，包括：接触地面的环形胎面部分；剪切带；以及位于所述胎面的径向内部的加强层，所述加强层沿径向向内延伸形成侧壁，其中，所述加强层由以成短程线模式缠绕的材料条形成，其中，在整个帘布层的层中，所述条相对于其自身的角β为大体上180度。

本发明的一个或多个实施例提供被结构地支撑的非充气轮胎，包括：接触地面的环形胎面部分；剪切带；以及位于所述胎面的径向向内的加强层，所述加强层沿径向向内延伸形成侧壁，其中，所述加强层由以成短程线模式缠绕的材料条形成，其中，在整个所述加强层中，所述条的角β是常数。

本发明的一个或多个实施例提供被结构地支撑的非充气轮胎，包括：接触地面的环形胎面部分；剪切带；以及位于所述胎面的径向向内的加强层，所述加强层沿径向向内延伸形成侧壁，其中，所述加强层由以成短程线模式缠绕的材料条形成，其中，在整个所述加强层中，所述帘布层相对于其自身的角β为180度或更小。

本发明的一个或多个实施例提供被结构地支撑的非充气轮胎，包括：接触地面的环形胎面部分；剪切带；以及位于所述胎面的径向向内的加强层，所述加强层沿径向向内延伸形成侧壁，其中，所述加强层由以成短程线模式缠绕的材料条形成，其中，所述条与位于每个侧壁的径向最内侧点处的点相切。

本发明的一个或多个实施例提供被结构地支撑的非充气轮胎，包括：接触地面的环形胎面部分；剪切带；以及位于所述胎面的径向向内的加强层，所述加强层沿径向向内延伸形成侧壁，其中，所述加强层由以成短程线模式缠绕的材料条形成，其中，所述非充气轮胎不具有环形胎圈。

本发明的一个或多个实施例提供被结构地支撑的非充气轮胎，包括：接触地面的环形胎面部分；剪切带；以及位于所述胎面的径向向内的加强层，所述加强层沿径向向内延伸形成侧壁，其中，所述加强层由以成短程线模式缠绕的材料条形成，其中，所述非充气轮胎被安装在轮辋上，其中，所述轮辋轴向可调节。

本发明的一个或多个实施例提供被结构地支撑的非充气轮胎，包括：接触地面的环形胎面部分；剪切带；以及位于所述胎面的径向向内的加强层，所述加强层沿径向向内延伸形成侧壁，其中，所述加强层由以成短程线模式缠绕的材料条形成，其中，所述加强层与径向方向成角α，从而使得所述侧壁成角度。

本发明的一个或多个实施例提供被结构地支撑的非充气轮胎，包括：接触地面的环形胎面部分；剪切带；以及位于所述胎面的径向向内的加强层，所述加强层沿径向向内延伸形成侧壁，其中，所述加强层由以成短程线模式缠绕的材料条形成，其中，在整个帘布层中，所述条相对于其自身的角β为大体180度，并且其中，所述角α在-20至+20度的范围内。

本发明的一个或多个实施例提供被结构地支撑的非充气轮胎，包括：接触地面的环形胎面部分；剪切带；以及位于所述胎面的径向向内的加强层，所述加强层沿径向向内延伸形成侧壁，其中，所述加强层由以成短程线模式缠绕的材料条形成，其中，所述加强层的径向内端被固定到轮辋。

本发明的一个或多个实施例提供被结构地支撑的非充气轮胎，包括：接触地面的环形胎面部分；剪切带；以及位于所述胎面的径向向内的加强层，所述加强层沿径向向内延伸形成侧壁，其中，所述加强层由以成短程线模式缠绕的材料条形成，其中，所述加强层位于所述剪切带的径向向内。

本发明的一个或多个实施例提供被结构地支撑的非充气轮胎，包括：接触地面的环形胎面部分；剪切带；以及位于所述胎面的径向向内的加强层，所述加强层沿径向向内延伸形成侧壁，其中，所述加强层由以成短程线模式缠绕的材料条形成，其中，所述加强层位于所述剪切带的径向向外。

本发明的一个或多个实施例提供被结构地支撑的非充气轮胎，包括：接触地面的环形胎面部分；剪切带；以及位于所述胎面的径向向内的加强层，所述加强层沿径向向内延伸形成侧壁，其中，所述加强层由以成短程线模式缠绕的材料条形成，其中，所述加强层的一部分位于所述剪切带的加强层之间。

本发明还涉及如下技术方案：

1.一种被结构地支撑的非充气轮胎，包括：

接触地面的环形胎面部分；

剪切带；

位于所述胎面的径向向内的加强层，所述加强层沿径向向内延伸形成侧壁，其中，所述加强层由以成短程线模式缠绕的材料条形成。

2.如技术方案1所述的被结构地支撑的非充气轮胎，其中，所述条相对于其自身的角β严格大于90度。

3.如技术方案1所述的被结构地支撑的非充气轮胎，其中，所述条被连续地缠绕。

4.如技术方案1所述的被结构地支撑的非充气轮胎，其中，在整个帘布层的层中，所述条相对于其自身的角β为大体上180度。

5.如技术方案1所述的被结构地支撑的非充气轮胎，其中，在整个所述加强层中，所述条的角β是常数。

6.如技术方案1所述的被结构地支撑的非充气轮胎，其中，在整个所述加强层中，所述帘布层相对于其自身的角β为180度或更小。

7.如技术方案1所述的被结构地支撑的非充气轮胎，其中，所述条与位于每个侧壁的径向最内侧点处的点相切。

8.如技术方案1所述的被结构地支撑的非充气轮胎，其中，所述非充气轮胎不具环形胎圈。

9.如技术方案1所述的被结构地支撑的非充气轮胎，其中，所述非充气轮胎被安装在轮辋上，其中，所述轮辋能够轴向调节。

10.如技术方案1所述的被结构地支撑的非充气轮胎，其中，所述加强层与径向方向成角α，从而使得所述侧壁成角度。

11.如技术方案4所述的被结构地支撑的非充气轮胎，其中，所述角α在-20至+20度的范围内。

12.如技术方案1所述的非充气轮胎，其中，所述加强层的径向内端被固定到轮辋。

13.如技术方案1所述的非充气轮胎，其中，所述加强层位于所述剪切带的径向向内。

14.如技术方案1所述的非充气轮胎，其中，所述加强层位于所述剪切带的径向向外。

15.如技术方案1所述的非充气轮胎，其中，所述加强层的一部分位于所述剪切带的加强层之间。

附图说明

通过参照以下描述和附图，将更好地理解本发明，在附图中：

图1是本发明的非充气轮胎的立体图；

图2是图1的非充气轮胎的没有轮辋和保护盖的侧视图；

图3是图1的非充气轮胎的剖视图；

图4是非充气轮胎的立体图，示出加强层的短程线帘布层路径；

图5是没有胎面的帘布层的胎冠的放大俯视图；

图6是非充气轮胎的剖视图，示出位于剪切带的加强层之间的帘布层；

图7图示围绕可选的弹性构件夹持的帘布层的替代性实施例；

图8是剪切带上自力f的挠曲的测量。

具体实施方式

定义

对于本说明书，以下术语被定义如下。

“赤道面”表示垂直于穿过轮胎中心线的轮胎旋转轴线的平面。

“子午面”表示平行于轮胎旋转轴线并从所述轴线径向向外延伸的平面。

“迟滞（hysteresis）”表示在10%动态剪应变和25℃下测量的动态损失正切（losstangent）。

在附图中示出了本发明的非充气轮胎100。图1图示了非充气轮胎100具有在侧壁之上的可选的保护盖250。本发明的非充气轮胎包括径向接触地面的外胎面200、剪切带300和加强层400。本发明的非充气轮胎被设计成顶部负载的结构，从而使得剪切带300和加强层400有效地承载负载。剪切带300和加强层400被设计成使得剪切带的刚度与轮胎的弹性系数直接相关。加强层被设计成刚性结构以在轮胎印迹中屈曲或变形并且不压缩或不承载压缩的负载。这允许未处于印迹区域中的结构的其余部分能够承载负载，得到负载效率很高的结构。由于以上原因，期望的是最小化此负载，并且允许剪切带弯曲以克服路面障碍。大致的负载分布是使得大致95-100%的负载由剪切带和加强层400的径向上部分承载，从而使得承受压缩的加强结构的下部分几乎承载零负载，并且优选承载小于10%的负载。

胎面部分200可以是按期望的常规胎面，并且可包括花纹沟或多个纵向定向的胎面花纹沟，在该多个纵向定向的胎面花纹沟之间形成基本纵向的胎面花纹条。花纹条可沿横向或纵向被进一步划分，以形成适于特定车辆应用的使用要求的胎面图案。胎面花纹沟可具有与轮胎的计划用途相一致的任何深度。轮胎胎面200可根据需要包括诸如花纹条、花纹块、凸纹（lugs）、花纹沟和细缝（sipes），以改进各种情况下轮胎的性能。

剪切带

剪切带300优选是环形的。图3示出了剪切带的剖视图。剪切带300位于轮胎胎面200的径向内部。剪切带300包括第一和第二加强弹性体层310、320。在剪切带300的第一实施例中，剪切带包含平行地布置的两个不可延伸的加强层310、320，并且该两个不可延伸的加强层310、320被弹性体制成的剪切基体（shearmatrix）330分开。每个不可延伸层310、320可由被嵌入弹性体覆层中的平行的不可延伸的加强帘线311、321形成。加强帘线311、321可以是钢、芳族聚酰胺、尼龙、聚酯或其他不可延伸结构。剪切带300还可以可选地包括位于第一和第二加强弹性体层310、320之间的第三加强弹性体层340（未示出）。

此外优选的是，剪切带的横向外端302、304是圆角的，以便控制侧壁的屈曲形状并减小挠曲应力。

在第一加强弹性体层310中，加强帘线相对于轮胎赤道面以在0至约+/-10度范围内的角φ定向。在第二加强弹性体层320中，加强帘线相对于轮胎赤道面以在0至约+/-10度范围内的角φ定向。优选地，第一层的角φ沿与第二层中加强帘线的角φ相反的方向。也就是第一加强弹性体层中的角+φ和第一加强弹性体层中的角-φ。

剪切基体330具有在约0.10英寸至约0.2英寸范围内的径向厚度，更优选地约0.15英寸。剪切基体优选由剪切模量gm在15至80mpa的范围内的弹性体材料形成，更优选地在40至60mpa范围内的弹性体材料形成。

剪切带具有剪切刚度（shearstiffness）ga。剪切刚度ga的确定可通过测量从剪切带取得的代表性测试样本上的挠曲。测试样本的上表面经历横向力f，如图8所示。测试样本是从剪切基体材料获取的具有相同径向厚度的代表性样本。

然后根据以下等式计算剪切刚度ga：

ga=f*l/δx。

剪切带具有弯曲刚度ei。弯曲刚度ei可就剪切带的代表性测试样本根据梁力学（beammechanics）利用三点弯曲测试确定。该测试代表梁置于两个辊子支撑件上并且经历被应用于梁中间的集中负载的情形。弯曲刚度ei根据以下公式确定：ei=pl³/48*δx，其中，p是负载，l是梁长度，并且δx是挠曲（deflection）。

期望的是最大化剪切带的弯曲刚度ei并最小化剪切带刚度ga。可接受的ga/ei比率将在0.01和20之间，优选范围在0.01和5之间。ea是剪切带的可延伸刚度（extensiblestiffness），并且通过应用张力并测量长度改变来实验地确定。剪切带的ea与ei的比率的可接受范围为0.02至100，优选为1至50。剪切带300优选能够承受住在15-30%范围内的最大剪应变。

剪切带300具有弹性系数k，弹性系数k可通过向在剪切带顶部的水平板施加向下力并测量挠曲量来实验地确定。弹性系数k根据力-挠曲曲线的斜率确定。

非充气轮胎具有总弹性系数kt，总弹性系数kt经实验确定。非充气轮胎被安装在轮辋上，并且负载被通过轮辋应用于轮胎的中心。根据力-挠曲曲线的斜率确定弹性系数kt。对于小型低速车辆，诸如割草机，弹性系数kt优选在500至1000的范围内。

本发明不限于本文公开的剪切带结构，并且可包括具有ga/ei在0.01至20范围内、或ea/ei比率在0.02至100范围内、或弹性系数kt在500至1000范围内及其任何组合的任何结构。更优选地，剪切带具有0.01至5的ga/ei比率、或1至50的ea/ei比率及其任何子组合。轮胎胎面优选地围绕剪切带缠绕，并且优选地被一体模制到该剪切带。

短程线加强结构

加强结构400用于承载从剪切层传送的负载。加强结构400主要被负载以张力和剪力，并且不承载压缩负载。如图3所示，加强层400具有经由夹持环500被夹持到轮辋的径向内端，该夹持环500与轮辋连接，而不需要胎圈。如图3所示，加强层从剪切带300径向向外延伸。

图2图示了以短程线模式布置的加强层400。加强结构400由材料条410形成，该材料条410可被以短程线模式连续缠绕。材料条可包括任何织物或柔性结构，诸如尼龙、聚酯、棉、橡胶。优选地，材料条包括由平行的加强结构形成的加强条，该加强结构为尼龙、聚酯或芳族聚酰胺。

任何表面上的短程线路径是两点之间的最短距离或最小曲率。在诸如圆环面的曲面上，短程线路径是直线。真正的短程线帘布层模式精确地遵循数学公式：

ρcosα=ρ0cosα0

其中，ρ是给定位置处从芯部的旋转轴线至帘线的径向距离；α是给定位置处帘布层帘线相对于中周向面（midcircumferentialplane）的角；并且ρ0是周向面处从芯部的旋转轴线至胎冠的径向距离，并且α0是帘布层帘线相对于胎面中心线或中周向面的角。

图4图示了轮胎的若干不同的短程线曲线1-4。曲线1是短程线曲线的特殊情形，其中，帘线与由半径r1所限定的内径相切。曲线1具有约等于180度的角β。对于曲线1，以下公式适用：

α=cos-1(r1/ρ)。

图2图示了加强层400，其中，加强层的条或加强帘线410与轮胎的半径r1相切。可利用计算机控制的帘布层制造设备在心轴上成型加强层，诸如美国专利第us8845836号所示的，其通过引用合并于此。心轴可具有圆柱形形状，诸如轮胎成型鼓，但优选具有最终轮胎的形状。橡胶涂覆的加强帘线条以短程线模式被应用于心轴上，其遵循数学公式ρcosα=常数。

形成侧壁的加强层优选被定向为使得该加强层相对于径向方向成角α，如图3所示。角α有助于加强层400的预张，并且还增大和谐调轮胎的横向刚度。这产生具有成角度的侧壁的非充气轮胎。角α相对于径向方向测量，并且可以是+/-40度，更优选地为+/-20度。可利用轮辋502的轴向调节特征，如所期望的那样谐调角α。轮辋502可轴向地调节，以使轴向轮辋宽度变窄或变宽。这种轴向调节控制帘布层张力，允许独立于径向刚度地调节横向刚度。可通过被安装在相反的轮辋平行壁506、508中的拉紧构件或螺栓504调节轮辋。夹持环500被固定到轮辋壁506、508的外端。

可选的柔性构件800可用于形成环状的端部，如图6所示，其中，柔性构件800和帘布层端部然后被固定到轮辋夹持件500，如图7所示。可选的柔性构件800可以是o形环或柔性橡胶带，可包括该柔性构件800以促进将加强结构安装在轮辋夹持件上，如图7所示。因此，本发明已经消除了对胎圈或环形张力构件的需要，这降低了设计的重量、成本和复杂度。

加强结构400不必须位于剪切带的径向向外。加强结构可位于径向向内并且沿轴向方向在剪切带下面延伸。替代地，加强层的一部分甚至可位于剪切带的加强层之间，如图6所示。但是，有利的是，使加强层位于剪切带的径向向外，因为这样消除在剪切带和负载承载构件或连接结构之间的结合部分上的张应力。此优点在剪切带和帘布层是不相似材料时尤其重要。

申请人理解，通过阅读以上说明书，许多其他改变对于本领域普通技术人员来说是显而易见的。这些改变和其他改变在由以下所附权利要求限定的本发明的精神和范围内。