非充气轮胎的制作方法

本发明大体上涉及轮辐具有裂纹抑制特征的非充气轮胎，所述裂纹抑制特征使轮辐开裂减到最小并延长轮胎寿命。更确切地说，本申请涉及一种裂纹抑制特征，其是致使应变能释放速率足够低以阻止裂纹扩展的位于轮辐上的三维特征。

背景技术：

用于车辆和其它应用的轮胎可包含被向外径向安置的胎面周向围绕的内部轮毂或车轮，所述胎面包含环形剪切带。一系列轮辐可径向安置在轮毂与胎面之间，且可用以连接这两个组件。当轮胎在负荷下旋转时，轮辐在靠近轮胎接触面位于下部时经受弯曲、延伸和压缩变形。轮辐在接触面外部伸直，从而减轻弯曲和压缩变形。轮辐因此在轮胎旋转时经受循环变形。这些重复的变形循环导致轮辐疲劳，并且限制了轮辐和轮胎的寿命。

在制造轮胎中的轮辐期间出现的工艺缺陷和气泡往往会大大增加特定轮辐位置处的局部能量密度。这些缺陷会导致形成裂纹，且在适当位置没有用以阻止裂纹扩展的机构的情况下，裂纹会扩展到轮辐故障的程度。轮辐中的裂纹也可能因在使用轮胎期间造成的损坏而产生。阻止轮辐中的裂纹的当前方法涉及在偏转期间使轮辐中的应变能密度减到最小。用以改进轮辐耐久性的此类设计可见于题为“具有优化厚度以改进耐久性的用于轮胎的轮辐(spoke for a tire with optimized thickness for improved durability)”的第WO 2013/152067 A1号公开申请中，所述申请的全部内容出于所有目的以引用的方式并入本文中。此设计力图修改轮辐的边缘以降低其对裂纹萌生的敏感性。

尽管已知力图阻止裂纹产生的先前设计，但可能的情况是，阻止已经形成的裂纹的设计可同样用以阻止开裂并延长轮辐和轮胎的寿命。由此，本领域内仍存在变化和改进的空间。

附图说明

针对本领域的一般技术人员的本发明的全部且启发性公开内容，包含其最佳模式，在说明书的其余部分中得到更具体的阐述，所述阐述参考附图，在附图中：

图1是具有轮辐的轮胎的透视图。

图2是根据一个示范性实施例的具有包含裂纹抑制特征的轮辐的轮胎的透视图。

图3是沿着图2的线3-3截取的横截面图。

图4是图2的裂纹抑制特征和相关联元件的正视图。

图5是展示裂纹长度对应变能释放速率的图表。

图6是根据另一示范性实施例的包含裂纹抑制特征的轮辐的俯视图。

图7是根据又一示范性实施例的具有裂纹抑制特征的轮辐的俯视图。

图8是根据又一示范性实施例的具有裂纹抑制特征的轮辐的俯视图。

图9是具有裂纹抑制特征的轮辐的正视图，所述裂纹抑制特征具有方格图案(waffle pattern)。

图10是沿着图9的线10-10截取的横截面图。

图11是沿着图9的线11-11截取的横截面图。

图12是根据又一示范性实施例的具有方格图案的裂纹抑制特征的透视图。

图13是根据另一示范性实施例的具有方格图案的裂纹抑制特征的正视图，所述方格图案具有菱形突起。

图14是沿着图13的线14-14截取的横截面图。

图15是沿着图13的线15-15截取的横截面图。

图16是图13的轮辐的后视图。

在本说明书和附图中重复使用参考标号意图表示本发明的相同或相似特征或元件。

具体实施方式

现在将详细参考本发明的实施例，在附图中说明本发明的实施例的一或多个实例。以解释本发明的方式提供每个实例，且并不意味着限制本发明。举例来说，说明或描述为一个实施例的一部分的特征可以与另一个实施例一起使用以产生第三个实施例。本发明意图包含这些和其它修改和变化。

应理解，本文中所提及的范围包含位于指定范围内的所有范围。由此，本文中所提及的所有范围包含所提及范围中所包含的所有子范围。举例来说，从100到200的范围还包含从110到150、170到190和153到162的范围。此外，本文中所提及的所有限制包含所提及限制中所包含的所有其它限制。举例来说，最多为7的限制也包含最多为5、最多为3并且最多为4.5的限制。

本发明提供轮辐12，所述轮辐12在其上具有裂纹抑制特征14，所述裂纹抑制特征14可通过阻止可能在轮辐12中出现的裂纹68扩展来延长轮辐12的寿命。裂纹抑制特征14的几何结构具有低于裂纹68扩展的阈值的应变能释放速率，使得裂纹68不会扩展通过此几何结构。

现在参考图1，说明包含轮毂16和胎面18的无空气轮胎10。一系列轮辐12在径向方向22上安置在轮毂16与胎面18之间。轮辐12可接合胎面18的柔性横梁。轮辐12被安置成360度围绕轮胎10的轴线，使得轮辐12在轮胎10的纵向方向20上完全围绕轴线延伸。轮胎10的轴向方向24延伸穿过轮胎10的轴线，且垂直于径向方向22。纵向方向20围绕轮胎10的圆周延伸，且实际上环绕轮胎10的轴线。轮辐12用以支撑轮胎10，使得轮辐12在轮胎10底部处、胎面18接合道路的区域处弯曲变形，且在轮胎10顶部处、与接合道路的区域相对的区域中拉伸。

图2到4说明包含轮辐12中的一个的轮胎10的一部分。轮辐12接合轮毂16的外表面26，且延伸到胎面18的内表面28。轮辐12具有用以阻止裂纹68扩展通过轮辐12以增加轮辐12的寿命且因此增加轮胎10的寿命的裂纹抑制特征14。可以多种方式提供裂纹抑制特征14。如所说明，裂纹抑制特征14包含延伸到轮辐12的第一面30中的凹槽34。凹槽34的横截面形状是半圆形，且在径向方向22上沿着轮辐12的整个径向长度48延伸。然而，在其它示范性实施例中，凹槽34可在径向方向22上延伸小于整个径向长度48。根据各种示范性实施例，裂纹抑制特征14可存在于轮胎10的仅单个轮辐12上，或可存在于所有轮辐12或任何数目个轮辐12上。

尽管可存在单个凹槽34，但根据其它示范性实施例，任何数目个凹槽34可包含在裂纹抑制特征14中。举例来说，在其它布置中，从2到4、从5到10、从11到20、从21到50或多达200个凹槽34可包含在轮辐12的裂纹抑制特征14中。图2到4中所说明的多个第一凹槽42的数目为四，且其全部以相同方式来布置。然而，在其它实施例中，凹槽34无需全部以相同方式布置。

凹槽34导致在轮辐12中形成薄片38，且一系列第一肋状物36在轴向方向24上位于凹槽34之间。薄片38可被视为位于轮辐12的底座40处，肋状物36可在纵向方向20上从所述底座40延伸。轮辐12具有与第一面30相对的第二面32。裂纹抑制特征14可能不位于第二面32处。在这点上，第二面32可能不包含任何凹槽、肋状物或抑制裂纹68扩展的其它特征。第一面30可在轮胎10的纵向方向20上与第二面32相对地安置。在这点上，面30和32可在轴向方向24上和在径向方向22上延伸彼此相同的距离，但在轮胎10的纵向方向20上彼此间隔开。多个第一凹槽42可均彼此平行，或在不同布置中无需彼此平行。凹槽42可与轮辐12的轴向边缘间隔开，使得凹槽42在轮辐12的外轴向边缘72的内侧且在轮辐12的内轴向边缘74的外侧。

裂纹68展示在轮辐12中，且在轴向方向24上从轮辐12的外轴向边缘72向内侧延伸。裂纹68延伸穿过轮辐12，但在凹槽34的薄片38中中止，且并不在轴向方向24上从此点继续通过轮辐12。其它裂纹68可在轮辐12的其它位置处出现在轮辐12中，例如出现在内部肋状物36中的一个中。此处，当各自具有薄片38的凹槽42在肋状物36的两侧上时，裂纹68会中止。裂纹68可向内侧或外侧轴向扩展，但在能够在轴向方向24上穿过轮辐12的整个长度之前会与薄片38中的一个相遇。在使用轮胎10期间，轮辐12的薄片38中的应变能释放速率较低。轮辐12的较厚部分，例如包含肋状物36的部分将具有高的能量释放速率。一旦可在较厚部分中出现的裂纹68到达能量释放速率低于扩展阈值的薄片38，裂纹68就会停止扩展。

裂纹抑制特征14可布置在轮辐12上，使得其在轴向方向24上与轮辐12的外轴向边缘72偏移。在这点上，第一面30在外轴向边缘72与凹槽34之间的部分可不具备用以阻止裂纹68扩展的任何特征。第一面30在轮辐12的内轴向边缘74与凹槽34之间最靠近内轴向边缘74的区域可同样不具备用以阻止裂纹68扩展的特征，使得整个裂纹抑制特征14与外轴向边缘72和内轴向边缘74间隔开。

图5说明用以展示裂纹抑制特征14将如何阻止裂纹68扩展的裂纹长度对应变能释放速率的图表。凹槽34的深度70是从第一面30处的肋状物36到薄片38的距离，如例如图3中所展示。在纵向方向20上测量深度70。深度70在图5中展示为0.5mm、1.0mm、2.0mm和3.0mm。图5中还显示不存在凹槽34且因此不存在裂纹抑制特征14的读数。轮辐16在纵向方向20上的厚度为4.0mm。作为实例，对于可用以组成轮辐12的特定材料，裂纹68扩展的阈值为0.2mJ/mm^2。

可见，当裂纹68在轴向方向24上扩展时，应变能释放速率增大，这又继续致使裂纹68扩展。裂纹抑制特征14的存在致使应变能释放速率在裂纹68扩展通过凹槽34时减小。在不具有凹槽34的配置中，应变能释放速率是平直的。在凹槽深度70为0.5mm、1.0mm和2.0mm的配置中，当这些凹槽34的深度70不足够大以使应变能释放速率低于阈值0.2mJ/mm^2时，裂纹68继续扩展。裂纹68将继续移动通过凹槽34且将继续扩展。然而，在深度70为3.0mm的情况下，应变能释放速率低于阈值0.2mJ/mm^2，且裂纹68停止扩展。轮辐12将不再受裂纹68损坏，这是因为其过程将在薄片38处停止。应理解，3.0mm的深度70是出于一个实例目的，且在其它布置中提供各种深度70以致使应变能释放速率降至低于遏制裂纹68所需的阈值。

当裂纹68在轴向方向24上延伸时，随着裂纹68向肋状物36的壁下倾，能量释放速率的峰值出现。当裂纹68到达凹槽34的包含薄片38的底部时，能量释放速率接着大大降低。裂纹68在达到最小能量释放速率时受到遏制，如果此位置处的能量释放速率低于裂纹68扩展阈值，那么所述位置可在凹槽34的底部处的薄片38处。

可根据其它示范性实施例以多种方式布置裂纹抑制特征14。参考图6，裂纹抑制特征14包含横截面形状不是半圆形的凹槽34。替代地，凹槽34在纵向方向20上延伸到轮辐12的底座40，且在薄片38处在轴向方向24上是平坦的。多个凹槽42中的其余凹槽可以与凹槽34相同的方式来布置，或可以相对于其大小或形状不同的方式来配置。底座40可以是与肋状物36分开的组件，使得底座40和肋状物36附接到彼此。替代地，肋状物36和底座40可彼此一体地形成，使得其是单个组件。第二面32可能缺少任何裂纹抑制特征14。

图7中的示范性实施例包含第一面30上的多个第一凹槽42，所述第一凹槽42在纵向方向20上在一系列第一肋状物36之间延伸。裂纹抑制特征14还位于轮辐12的第二面32上，第二面32被定位成在纵向方向20上与第一面30相对。多个第二凹槽44可在纵向方向20上从第二面32在多个第二肋状物46之间延伸。可以彼此相同的方式对凹槽42和44塑形并设定大小，因此轮辐16在纵向方向20和轴向方向24上是对称的。肋状物36和46可各自在纵向方向20上从底座40延伸相同距离。然而，应理解，在其它示范性实施例中，肋状物36和46无需对称地形成于轮辐12上。此外，肋状物36的数目可不同于轮胎10的其它版本中的肋状物46的数目，且肋状物36的形状和配置可不同于轮胎10的其它设计中的肋状物46的形状和配置。

图8公开裂纹抑制特征14的设计，其中多个第一凹槽42和第一肋状物36在第一面30上形成正弦形设计。第一凹槽42将同样形成用以遏止在轮辐12中形成的裂纹68扩展的薄片38。第二面32包含在轴向方向24上位于多个第二肋状物46之间的多个第二凹槽44。第二凹槽44和第二肋状物46限定轮辐12的正弦形第二面32。第二凹槽44可关于多个第一凹槽42对称。厚度在纵向方向20上减小将同样致使裂纹68停止扩展通过轮辐12。

图9到11公开裂纹抑制特征14的替代示范性实施例，其中方格图案形成于第一面30上。方格图案可横越第一面30的整个轴向宽度在轴向方向24上延伸，且可横越第一面30的整个径向高度在径向方向22上延伸。方格图案由布置成一系列第一行52的多个第一肋状物36形成，所述第一肋状物36彼此平行且成角度地延伸以便具有轴向方向24和径向方向22上的延伸分量。多个第二肋状物46被布置成一系列第二行54，且同样彼此平行且延伸以便具有轴向方向24和径向方向22两者上的延伸分量。第一行52和第二行54两者的延伸分量的量值可以是相同的。

第一肋状物36和第二肋状物46可从轮辐12的底座40延伸，且在纵向方向20上均可具有彼此相同的高度。第一行52与第二行54彼此相交以在其间形成一系列菱形空隙50。各种薄片38位于菱形空隙50处，且用以阻止裂纹68扩展通过轮辐12。菱形空隙50的定向可使得其同样阻止在径向方向22上进行的裂纹68扩展，这是因为在此裂纹抑制特征14方向上还存在较厚和较薄材料区域。成角度的方格图案可维持轮辐12的侧向刚度，且还可用以调节轮胎10的侧向刚度。尽管第一行52和第二行54展示为被定向成具有径向方向22和轴线方向24两者上的延伸分量，但应理解，在其它实施例中，行52、54无需具有这两个方向上的延伸分量。举例来说，在一些实施例中，第一行52可仅在径向方向22上延伸，且第二行54可仅在轴向方向24上延伸，使得方格图案包含矩形空隙而非菱形空隙。

裂纹抑制特征14可一直延伸到外轴向边缘72和内轴向边缘74，使得裂纹抑制特征14横越轮辐12的整个轴向长度在轴向方向24上延伸。在其它布置中，裂纹抑制特征14可在轴向方向24上与外轴向边缘72间隔开，以便在外轴向边缘72的内侧，使得在外轴向边缘72与行52、54和空隙50之间有一些空间。同样，轮辐12可被布置以使得在轴向方向24上在内轴向边缘74与行52、54和空隙50之间存在空间。

裂纹抑制特征14且因此方格图案可仅位于第一面30上，使得这些特征不位于第二面32处。图12展示其中裂纹抑制特征14除了位于第一面30处之外同样位于第二面32处以使得方格图案同样位于第二面32处的布置。第二面32上的肋状物56可以与第一面30上的肋状物36和46相同的方式布置成一系列行，以在第二面32上形成方格图案。肋状物56可关于肋状物36对称，使得第一面30和第二面32上的方格图案对称且彼此相同。

参考图13到15说明轮辐12的另一布置，其中第一面30包含具有第一系列凹槽58和第二系列凹槽60的裂纹抑制特征14。第一系列凹槽58彼此平行且延伸，以便具有径向方向22和轴线方向24两者上的延伸分量。同样，第二系列凹槽60延伸以便具有径向方向22和轴线方向24两者上的延伸分量，且彼此平行。所述系列凹槽58、60的延伸分量的量值可彼此相同。在其它布置中，所述系列凹槽58或60可不具有径向方向22和轴向方向24两者上的延伸分量，而是可以在那些方向中的仅一个上具有延伸分量。举例来说，在一个布置中，第一系列凹槽58可仅在径向方向22上延伸且不在轴向方向24上延伸，而第二系列凹槽60在轴向方向24上延伸但不在径向方向22上延伸。

所述系列凹槽58、60彼此相交以在其间形成包含多个突起62的方格图案。在图13到15中的实施例中，突起62是从底座40向上延伸的菱形突起62，且全部具有相同的大小和形状。第一系列凹槽58和第二系列凹槽60使用用以阻止裂纹68扩展的一系列薄片38限定底座40和突起62，这是因为这些区域的应变能释放速率过低而无法继续裂纹68扩展。裂纹抑制特征14可仅存在于轮辐12的第一面30上，且不存在于第二面32上。使用具有突起62和凹槽58、60的方格图案的设计可减轻突起62中的应力同时保持延伸刚度较高。

裂纹抑制特征14可位于外轴向边缘72和内轴向边缘74处，使得第一系列凹槽58和第二系列凹槽60以及突起62存在于边缘72、74处。在其它实施例中，第一系列凹槽58和第二系列凹槽60以及突起62可在轴向方向24上与外轴向边缘72和/或内轴向边缘74间隔开。

在其它示范性实施例中，裂纹抑制特征14除了位于第一面30上之外，还可位于第二面32上。轮辐16的第二面32展示在图16中，且裂纹抑制特征14以方格图案布置在第二面32上。第三系列凹槽64沿着第二面32延伸，以便具有径向方向22和轴线方向24两者上的延伸分量。多行第三系列凹槽64均彼此平行。第四系列凹槽66也包含在裂纹抑制特征14中，并且延伸以便具有径向方向22和轴线方向24两者上的延伸分量。多行第四系列凹槽66均彼此平行。第三系列凹槽64和第四系列凹槽66彼此相交且在其间形成突起62。根据某些示例性实施例，突起62可以是菱形，但在其它实施例中，当以不同方式布置第三系列凹槽64和第四系列凹槽66时，突起62可以是矩形或正方形。第三系列凹槽64和第四系列凹槽66形成应变能释放速率过低而无法继续裂纹68扩展的区域，使得裂纹抑制特征14用以遏止裂纹68出现。同样，尽管第一行52和第二行54以及空隙50展示为位于外轴向边缘72和内轴向边缘74处，但在其它布置中可与边缘72和/或74间隔开。

尽管描述为具有彼此平行的一系列凹槽58和60以及平行的一系列凹槽64和彼此平行的一系列凹槽66，但应理解，可提供裂纹抑制特征14的其它布置，在所述布置中，所述系列凹槽58不彼此平行和/或所述系列凹槽60不彼此平行。这同样适用于所述系列凹槽64和66(如果提供)。举例来说，所述系列凹槽58可以弯曲方式、以正弦方式或所述凹槽58不竖直延伸且彼此平行的一些其它布置延伸到彼此。这同样适用于所述系列凹槽60、64和66(如果提供)。通过以各种方式使所述系列凹槽58、60、64和66延伸到彼此，可按需要调节轮辐12的属性。

组成包含轮辐12和裂纹抑制特征14的轮胎10的材料可以是任何类型的材料，且可包含例如聚氨酯。在其它实施例中，可使用其它热固性或热塑性材料。可使用各种类型的制造工艺来建构轮胎10，所述制造工艺例如旋转成型、铸造或注射成型。轮辐12可通过径向收缩来脱模。如本文中所使用，轮辐12可以是轮胎10中并非轮胎10的侧壁的部分，而是轮胎10中自身完全360度围绕轴线24延伸的部分，以小于360度的某一量围绕轴线24延伸的部分。

例如图4、9和13等各图展示在径向方向22上向上延伸以便在径向方向22上平坦延伸的轮辐12，且没有纵向方向20上的延伸分量。在轮胎10的一些应用中，轮辐12将在纵向方向20上向前或向后弯曲，且因此将在纵向方向20上从轮毂16延伸，使得轮辐12不以平坦方式在径向方向22上完全延伸。轮辐12的这种弯曲可发生在轮辐12静止且不具有施加于其上的压缩或张力时。此外，轮辐12的这种弯曲可发生在轮辐12静止时、具有施加于其上的压缩时，和具有施加于其上的张力时。由此，说明为清楚起见公开未在纵向方向20上延伸时的轮辐12，但应理解，存在轮辐12在连接到轮毂16和胎面18时实际上在纵向方向20上向前或向后延伸的各种布置。在本公开中描述为平行的例如凹槽34、第一肋状物36、多个第一凹槽42、多个第二凹槽44、第一行52、第二行54、第一系列凹槽58、第二系列凹槽60、第三系列凹槽64和第四系列凹槽66等特征的平行原因在于，其沿着轮辐12的第一面30或第二面32的表面平行。如果轮辐12在从轮毂16延伸以便在径向方向22和纵向方向20两者上延伸后弯曲，那么轮辐12上的特征仍像公开的那样是平行的，这是因为所述特征沿着面30、32的表面平行，即使面30、32的这些表面弯曲也是如此，因为所述特征在纵向方向20上延伸。由此，如在权利要求书中限定为平行的那样，如果轮辐12在纵向方向20上从轮毂16延伸，如果轮辐12是平直的以使得其不弯曲且因此不在纵向方向20上延伸，那么特征是平行的。轮辐12在制造期间可具有拔模角，且在轴向方向24上可以不完全竖直。

虽然已结合某些优选实施例描述了本发明，但应理解，本发明所涵盖的主题并不限于那些特定实施例。相反，希望本发明的主题包含如可包含在所附权利要求书的精神和范围内的所有替代方案、修改和同等物。