用于轮胎的加强型环形支撑件的制作方法

本公开的主题大体上涉及用于非充气轮胎的加强型环形支撑件和并入有此类加强型环形支撑件的轮胎。

背景技术：

充气轮胎是一种有名的针对柔顺性、舒适性、质量和滚动阻力的解决方案。然而，充气轮胎具有复杂、需要维护和易受损坏的缺点。改进充气轮胎性能的装置可以例如提供更多的柔顺性、对刚度的更好的控制、更低的维护要求以及抗损坏性。

非充气轮胎或车轮构造提供某些此类改进。非充气轮胎或非充气车轮构造的细节和益处在例如第6,769,465号、第6,994,134号、第7,013,939号以及第7,201,194号美国专利中描述。某些非充气轮胎和车轮构造提出将弹性环形剪切带并入，其实施例在例如第6,769,465号和第7,201,194号美国专利中描述。此类非充气轮胎和车轮构造提供了无需依赖气体充气压力来支撑施加到轮胎或车轮的标称载荷的性能优势。

在一些非充气构造中，车辆载荷施加到通过承载构件与环形剪切带连接的轮毂，所述承载构件呈例如多个辐板或轮辐的形式。这些构件可通过例如拉伸、压缩或这两者将载荷传输到环形剪切带。可以向剪切带施加一层胎面来提供针对行驶表面的保护。

将材料或重物添加到轮胎构造一般会降低能效。因此，设计可以减少材料或重物的数量的非充气轮胎将是有利的。

一些非充气轮胎构造的橫向(即，沿着轴线方向)硬度水平可能不合期望。这种硬度可能会对车辆的组件(例如，悬挂组件)产生不利影响，并导致车辆驾驶员具有不合意的体验。因此，希望设计可以减小橫向硬度的非充气轮胎。

技术实现要素：

本发明提供一种非充气轮胎。一对相对的环形支撑结构围绕轮胎周向延伸，并且以可以减小重量、提高橫向硬度和/或提供其它有利特征的方式来构造。本发明的额外目标和优点将在以下描述中部分地阐述，或者可根据所述描述显而易见，或者可以通过实践本发明来获悉。

在本发明的一个示例性实施例中，提供一种界定轴向、径向和周向方向的轮胎。所述轮胎包含具有一对相对侧面的环形带。一对相对的环形支撑件沿着轴线方向彼此间隔开，其中每个环形支撑件沿着周向方向围绕轮胎延伸。环形支撑件从环形带的相对侧面径向向内延伸。每个环形支撑件包含径向内支撑支腿、与所述径向内支撑支腿形成非零角度的径向外支撑支腿，及连接所述径向内支撑支腿和所述径向外支撑支腿的中心接头。径向内接头连接到所述径向内支撑支腿。径向外接头与径向外支撑支腿连接，并且与所述环形带结合。所述中心接头允许所述径向内支撑支腿和径向外支撑支腿相对于彼此移动。

参考以下描述及所附权利要求书，本发明的这些及其它特征、方面及优点将变得更好理解。并入在本说明书中并且构成本说明书的一部分的附图说明本发明的实施例，并且与所述描述一起用于解释本发明的原理。

附图说明

本发明的完整且具有启发性的公开内容包含其对于所属领域的技术人员来说的最佳模式，在参考附图的说明书中加以阐述，在所述附图中：

图1示出本发明的轮胎的示例性实施例的一半的透视图和横截面图。

图2示出图1的示例性实施例的一部分沿着径向平面的透视图和横截面图。

图3示出可用于图1所示的轮胎的实施例的示例性加强型环形支撑件的一部分的透视图。

图4提供图3的示例性加强型环形支撑件沿着径向平面的横截面图。

图5是图3和4的示例性加强型环形支撑件的透视图和局部横截面图，其中出于说明的目的，已移除各种组件的部分。

图6和7是处于压缩和拉伸下的图3、4和5的示例性加强型环形支撑件的部分的侧视图，如本文进一步描述。

具体实施方式

出于描述本发明的目的，现在将详细参考本发明的实施例，在附图中示出了本发明的实施例的一个或多个实例。每一实例是作为本发明的解释而非本发明的限制而提供的。事实上，所属领域的技术人员将清楚，在不脱离本发明的范围或精神的情况下可以在本发明中进行各种修改和改变。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实施例一起使用以产生又一实施例。因此，希望本发明涵盖此类修改和变化，所述修改和变化处于所附权利要求书及其等效物的范围内。

图中的“轴线方向”或字母“a”是指在沿着道路表面行驶时平行于例如环形带、轮胎和/或车轮的旋转轴线的方向。

图中的“径向方向”或字母“r”是指与轴向方向a正交且在与正交于轴向方向延伸的任何半径相同的方向上延伸的方向。

图中的“周向方向”或字母“c”是指正交于轴向方向a且正交于径向方向r的方向。

“径向平面”意指垂直于赤道平面且穿过车轮的旋转轴线的平面。

如本文所用的“弹性材料”或“弹性体”是指表现出橡胶状弹性的聚合物，如包括橡胶的材料。

如本文所用的“弹性物”是指包括弹性材料或弹性体的材料，如包括橡胶的材料。

“可偏转”意指能够弹性地弯曲。

“标称载荷”或“所需设计载荷”是结构设计成承载的载荷。更确切地说，当在车轮或轮胎的上下文中使用时，“标称载荷”是指车轮或轮胎设计成承载和操作所处的载荷。标称载荷或所需设计载荷包含高达并包含制造商规定的最大载荷的载荷，并且在车辆轮胎的情况下，通常通过轮胎侧面的标记来指示。超过标称载荷的载荷条件可以由所述结构维持，但是可能存在结构损坏、加速磨损或性能降低的情况。小于标称载荷但大于无载荷状态的载荷条件可被视为标称载荷，但是偏转可能小于标称载荷下的偏转。

“模量”或“伸长模量”(mpa)是基于astm标准d412在哑铃形测试件上在23℃的温度下以10％(ma10)测量的。测量在第二次伸长中进行；即，在调节周期之后进行。基于测试件的初始横截面，这些测量值是以mpa为单位的正割模量。

现在参考图1，示出了本发明的轮胎100的示例性实施例的一半的透视图。轮胎100围绕从中截得图1的横截面的平面m是对称的。图2提供并入到轮毂108上的图1的示例性轮胎100的一个端部p处的横截面的特写。在使用期间，轮胎100围绕平行于轴向方向a的旋转轴线旋转。

轮胎100包含一对可偏转的加强型环形支撑件102、104，每个支撑件沿着周向方向c围绕轮胎100延伸以包围开口o。每个复合环形支撑件102、104被配置为壁状结构，对于此示例性实施例，该结构在弹性环形带106和例如圆柱形环形轮毂108之间沿着径向方向r延伸。弹性环形支撑件102、104沿着轴向方向a以相对的间隔开的方式定位。环形支撑件102、104分别与环形带106的相对侧面124和126(图2)连接，并且从其径向向内延伸。如本文进一步描述，环形支撑件102、104的构造在其它方面基本上是相同的。

轮胎100在轮毂108上的安装仅作为实例提供。轮胎100可以并入到例如车轮、轮毂或定位在开口o内或开口o处的另一组件上，使轮胎100例如能够安装到车辆的车轴或另一组件上，使得车辆可以在地面上滚动。作为非限制性实例，此类车辆可包含载客车辆、重型卡车、轻型卡车、全地形车辆、公交、飞机、农用车、采矿车、自行车、摩托车等。轮胎100可以通过使用粘合剂、紧固件及其组合而附接到例如轮毂108上。在又其它实施例中，轮胎100和轮毂108可以一起一体地形成。还可以使用其它轮毂或车轮配置。

环形胎面带110与弹性环形带106结合。胎面带110可以是例如粘附到环形带106上，或者可以与环形带106一体地形成。胎面带110提供用于在轮胎100滚动时接触地面或其它表面的外接触表面112。胎面带100可以使用各种形状和配置，包含例如凸纹、块体及其组合，使得本发明不限于图中所示的胎面。在其它实施例中，环形带106可以完全由胎面带110构造。

环形带106可包含多个加强元件114，每个加强元件在弹性物层118内围绕轮胎100沿着周向方向c延伸。例如，弹性物层118可以由一种或多种橡胶材料、聚氨基甲酸酯及其组合构造。加强元件114可以是例如沿着轴向方向a在层118内的多个行116中布置的帘线或缆线。

在一个示例性实施例中，加强元件114沿着径向方向r或轴向方向a相对于彼此“交织”。在加强元件114沿着轴向方向a交织的情况下，在位于邻近的轴向定向的行116中的加强元件114的中心点之间延伸的假想线将形成斜方形或水平菱形，斜方形的各侧面之间具有非正交角度。在这种交织的水平菱形配置中，相比于位于相同的轴向定向的行116内的加强元件114，位于邻近的轴向定向的行116中的加强元件114更接近。在加强元件114沿着径向方向r交织的情况下，在位于邻近的轴向定向的行116中的加强元件114的中心点之间延伸的假想线将形成斜方形或竖直菱形，斜方形的各侧面之间具有非正交角度。在这种交织的竖直菱形配置中，相比于位于非邻近的轴向定向的行中的加强元件，沿着相同的轴向定向的行的加强元件114将更接近。如所属领域的技术人员使用本文公开的教示内容将理解，在轮胎100的制造期间，由于例如材料在制造过程期间的移动，加强元件114可能无法完美地定位成竖直或水平菱形的形状。因而，菱形配置的加强元件可能会发生略微位移。

加强元件114可以由各种材料构造。例如，加强元件114可以由金属缆线构造或者由通过聚对苯二甲酸伸乙酯(pet)等聚合物丝状纤维、尼龙或其组合构造的缆线构造。作为额外实例，加强元件114可以由具有单丝外观的细长复合元件构造，所述复合元件由大体上对称的技术纤维制成，所述纤维具有很长的长度并且浸渍在初始延伸模量为至少2.3gpa的热固性树脂中，其中所述纤维全都彼此平行。在此实施例中，细长复合元件将以弹性方式变形直至达到至少等于2％的压缩应变。如本文中所使用，“弹性变形”意指当释放应力时，材料将大致回到其原始状态。作为实例，纤维可以由玻璃、具有低模量的某些碳纤维及其组合构造。优选地，热固性树脂具有大于130℃的玻璃转变温度tg。有利地，热固性树脂的初始延伸模量为至少3gpa。加强元件114还可由pet和此类细长复合元件的组合构造。另外，加强元件114可由中空管构造，中空管由pet或尼龙等刚性聚合物制成。还可以使用其它材料。

弹性环形带106配置成当轮胎100在地面上滚动并且带106的部分通过外接触表面112与地面接触的接地面(contactpatch)时进行变形。通过此类变形，环形带106可允许外接触表面112在接地面中变得平坦。具有例如加强元件114的环形带106还提供强度，用于支撑和承载通过轮毂108或车辆的其它附接构件施加到轮胎100的标称载荷。如将进一步描述，此类标称载荷可以通过加强型环形支撑件102、104的压缩、拉伸或这两者而施加到环形带106。

当轮胎100在例如地面上滚动时，每个环形支撑件102、104靠近接地面的部分在外接触表面112通过接地面时可能会在压缩作用下挠曲。环形支撑件102、104可能会在其它地方发生较小偏转，但是支撑件102、104的最大偏转可能发生在接地面附近。同时，每个环形支撑件102、104的其它部分还可在拉伸作用下挠曲，例如，与接地面相对的部分。

图3提供示例性加强型环形支撑件102、104的一部分的透视图，而图4是其横截面图。图5是图3和4的环形支撑件102、104的另一视图，但是其中已经移除各种组件的部分以显示某些特征，如本文进一步描述。图4中的横截面轮廓沿着周向方向c是连续的，因为支撑件102、104围绕轮胎100环形地延伸。尽管在图3到7中所示的环形支撑件102、104的视图中未描绘，但是应理解，环形支撑件102、104沿着周向方向c具有一曲率，如图1和2所描绘。

每个环形支撑件102、104包含径向外接头122和径向内接头120。如图所示，接头120和122沿着径向方向r彼此间隔开，其中接头120相对于接头122径向向内。通过举例，接头120、122可各自由围绕轮胎100沿着周向方向c连续延伸的弹性材料构造。

对于此示例性实施例，沿着一侧，径向外接头122包含径向外连接表面130，此表面沿着周向方向c是连续的，并且沿着轴向方向a具有宽度。尽管例如在图3中示出为平坦的，但是表面130可沿着周向方向c略微弯曲。连接表面130可以与弹性环形带106结合。例如，连接表面130可以与环形带106粘合(例如，使用氰基丙烯酸酯粘合剂)、接合、机械连接和/或与其一体地形成。在其它实施例中，径向外接头122可以与例如胎面带110、环形带106或其组合结合。

类似地，沿着相对侧，径向内接头120包含径向内连接表面128。对于此示例性实施例，连接表面128也沿着周向方向c是连续的，并且沿着轴向方向a具有宽度。尽管在例如图3中示出为平坦的，但是表面128可以沿着周向方向c弯曲。连接表面128可以例如与轮毂108结合。例如，连接表面128可以与轮毂108粘合、接合、机械连接和/或与其一体地形成。在其它实施例中，径向内接头120可以与例如轮毂108、车轮或其组合结合。

在本发明的一个示例性方面中，接头120和/或122可以与轮胎100的其它组件(例如，轮毂108或环形带106)连接，这是通过用未固化橡胶形成此类组件然后一起固化橡胶组件形成一体构造来进行的。类似地，在另一示例性方面中，一个或多个生胶条带可放置在固化或部分固化的组件之间，并且用于将它们一起固化。

在本发明的另一示例性方面中，接头120和122由相对较软的橡胶构造。在一个示例性实施例中，可以使用模量在1mpa到10mpa的范围内的橡胶。在又一实施例中，可以使用模量约为4.8mpa的橡胶。

每个加强型环形支撑件102、104还包含一对支撑支腿132和134。径向内支撑支腿132具有与径向内接头120连接的径向内端136。径向外支撑支腿134具有与径向外接头122连接的径向外端138。沿着径向内支撑支腿132的长度，径向内接头120与中心接头148间隔开且不连续。类似地，沿着径向外支撑支腿134的长度，径向外接头122与中心接头148间隔开且不连续。

对于此示例性实施例，每个支腿132、134围绕轮胎100沿着周向方向c连续延伸。径向外支撑支腿134可以通过径向外接头122与环形带106连接。径向内支撑支腿132可以通过径向内接头120与轮毂108连接。

在某些实施例中，径向内支撑支腿132的长度可与径向外支撑支腿134略微不同(例如在图4的径向横截面中观察)。更具体地说，支腿132可以短于支腿134，或者反过来。使例如径向内支撑支腿132短于径向外支撑支腿143可用于在支撑件102、104的部分在接触表面112通过接地面时受到影响的情况下更好地适应半径的变化。

当轮胎100没有载荷时，支撑支腿132、134形成小于180度的非零角度α。支腿132、134形成每个环形支撑件102、104的中心接头侧面140(与角度α相同的侧面)和相对的支腿接头侧面142。如图1所示，对于此示例性实施例，支撑件102、104的中心接头侧面140沿着轴向方向a向外并且远离彼此。接头120和122定位在环形支撑件102、104的支腿接头侧面142或轴向内侧上。在轮胎100的其它实施例中，中心接头侧面140可以沿着轴向方向a向内面向彼此，即，与图1和2中所示的情况相反。

继续图3、4和5，每个支腿132和134由具有例如橡胶或另一弹性材料内的多个加强件的膜构造。对于此示例性实施例，径向内支腿132包含由多个被橡胶材料164(图5)环绕的细长径向内加强件144形成的径向内膜143。径向外支腿134包含由多个被另一橡胶材料环绕的细长径向外加强件146形成的径向外膜145。

径向内支腿132在中心接头148处的径向外端162和接头120处的径向内端136之间延伸。径向外支腿134在中心接头148处的径向内端160和接头122处的径向外端138之间延伸。对于图中所示的示例性实施例，支腿132和134在中心接头148处未连接。在其它实施例中，132和134可以在中心接头148附近的端部160和162处连接。

径向内加强件144彼此邻近，并且在径向外端162和径向内端136之间沿着径向方向r延伸。径向外加强件146沿着周向方向彼此邻近，并且在径向内端160和径向外端138之间沿着径向方向r延伸。在一个示例性方面中，如图4中所描绘，加强件144大体上在第一平面内，而加强件146大体上在与第一平面成非零角度的第二平面内。对于此示例性实施例，加强件144和146未连接。在本发明的其它实施例中，加强件144和146可以在尖端150附近连接。

细长加强件144和146可具有约1mm的直径，并且可以沿着周向方向c彼此间隔开约2mm的间隔，如在径向内端136或径向外端138处所测量。还可以使用其它间隔和直径。

在某些示例性实施例中，加强件144、146可以例如由细丝构造，细丝通过玻璃增强树脂的拉挤成型而形成。细丝可具有在10gpa到100gpa的范围内的模量。在又一实施例中，细丝可具有例如大致40gpa的模量。还可以使用其它用于构造加强件144、146的材料，包含例如碳纤维，如石墨环氧树脂、玻璃环氧树脂、芳纶增强树脂或环氧树脂，及其组合。还可使用纤维增强塑料加强件144、146或金属加强件144、146，但条件是它们具有足够的挠曲刚度供轮胎100支撑标称载荷。

在又一实施例中，支撑支腿132和134可由纤维增强塑料构造。例如，支撑支腿132和134可以用玻璃纤维增强树脂构造，其中玻璃纤维由例如细丝形成，细丝由玻璃增强树脂的拉挤成型而形成。细丝可具有在10gpa到100gpa的范围内的模量。在又一实施例中，细丝可具有例如大致40gpa的模量。尽管示出为单个层，但是在某些实施例中，支撑支腿132和134同样可以由多个层构造。

支撑支腿132和134以实现挠曲刚度的方式构造和加强，使得每个支撑支腿可以在轮胎100的操作期间在支撑件102、104处于拉伸和压缩下时弹性地变形。例如，支撑支腿132和134可具有例如通过astmd709测量的大致140,000n-mm²的挠曲刚度。

支撑支腿134的径向外端138附接到径向外接头122上，并且能够在轮胎100的操作期间压缩或伸展径向外接头122。类似地，支撑支腿132的径向内端136附接到径向内接头120上，并且能够在轮胎100的操作期间压缩或伸展径向内接头120。

每个加强型环形支撑件102、104还包含中心接头148。中心接头148将支腿132和134连接在一起，并且定位在它们之间。中心接头148位于环形支撑件102、104的中心接头侧面140上，而接头120、122位于相对的支腿接头侧面142上。在一个示例性实施例中，中心接头148由围绕轮胎100沿着周向方向c连续延伸的弹性材料(例如，橡胶)构造。在一个示例性实施例中，可以使用模量在1mpa到10mpa的范围内的橡胶。在又一实施例中，可以使用模量约为4.8mpa的橡胶。中心接头148沿着径向方向r具有沿着轴向方向a改变的厚度。在图1所示的轮胎100的实施例中，例如，从一个环形支撑件102、104向内轴向移动到另一个，中心接头148沿着径向方向r的厚度沿着轴向方向a减小。

中心接头148可以通过位于支腿132和134的支腿接头侧面142上的中心接头膜154来加强。中心接头膜154定位在以下两者之间：i)一个侧面上的弹性覆盖层152，和ii)另一侧面上的支腿132、134和中心接头148。膜154可包含由聚酯纤维构造的加强件158，聚酯纤维由1100x2帘线制成，间隔为大致1mm，且拉伸模量为大致3750mpa。在其它实施例中，膜154可包含由芳纶、棉、尼龙、人造丝及其组合制成的加强件158。此类加强件的间隔、细丝计数、帘线计数和直径可以变化。膜154中的细长加强件158沿着径向方向r可具有与加强件144、146相同的定向，如图5中所示。

对于图4和5中所描绘的实施例，膜154大致延伸支撑件102、104沿着径向方向r的高度的1/5。还可以使用其它尺寸。另外，中心接头148沿着轴向方向a包含大致位于接头148沿着径向方向r的高度的中间的突出部156。还可以使用其它形状。中心接头148的其它实施例可能不包含加强膜154。中心接头148的其它实施例可包含加强件(由类似于加强件144、146的材料构造)，这些加强件定位在中心接头148沿着径向方向r的中心处并且平行于轴向方向a延伸。

每个环形支撑件102、104可具有由橡胶或另一弹性材料制成的覆盖层或外层152。外层152可位于支撑件102、104的两个侧面140、142上。在一个示例性方面中，覆盖层152可具有大致5mpa的模量。

现在参考图6和7(出于说明的目的，未示出弹性覆盖层152)，在轮胎100的操作期间，当它在表面上滚动时，加强型环形支撑件102、104的部分可处于压缩中，同时部分可处于拉伸中。图6的虚线示出环形支撑件102、104经受压缩的一部分，而图7的虚线示出环形支撑件102、104经受拉伸的一部分。

现在将描述在轮胎100的操作期间的支撑件102、104的动作，但是不希望受任何特定理论的束缚。在如图6中所描绘的压缩期间，支撑件102、104径向向内(朝向旋转轴线)变形或挠曲。在这种状态下，中心接头148在支撑支腿132和134之间压缩。同时，径向外接头122沿着最接近中心接头148的部分经受最大压缩，并且在相对的最远离中心接头148的部分上经受最小压缩或经受拉伸。类似地，在压缩期间，径向内接头120沿着最接近中心接头148的部分经受最大压缩，并且在相对的最远离中心接头148的部分上经受最小压缩或经受拉伸。

相反地，在如图7中所描绘的拉伸期间，支撑件102、104径向向外(远离旋转轴线)变形或挠曲。在这种状态下，中心接头148处于拉伸中--被支撑支腿132和134拉扯。同时，径向外接头122沿着最接近中心接头148的部分经受最大拉伸，并且在相对的最远离中心接头148的部分上经受最小拉伸或压缩。类似地，在拉伸期间，径向内接头120沿着最接近中心接头148的部分经受最大拉伸，并且在相对的最远离中心接头148的部分上经受最小拉伸或压缩。

对于所示实施例，支撑支腿132和134未直接连接到轮毂108或环形带106。在压缩(图6)期间，径向内端136和138之间沿着径向方向r的距离可随着支腿132和134移动得越来越靠近而减小。在拉伸(图7)期间，径向内端136和138之间沿着径向方向r的距离可随着支腿132和134移动得越来越远离彼此而增加。在每一个这样的情况下，中心接头148还可以在某种程度上像铰链一样工作，使得当轮胎100在表面上滚动且支撑支腿132和134旋转到接近和远离接地面时，支腿132和134的部分之间的角度α可以改变。

相比于例如使用沿着周向方向间隔开且在环形带和轮毂之间延伸的多个轮辐或其它结构元件的轮胎构造，轮胎100的构造且具体地说是环形支撑件102、104的定向可以减小轮胎100的总重量。另外，同样，相比于此类多个轮辐构造，支撑件102、104可以提供减小的橫向硬度(即，沿着轴向方向a的硬度)。因为它不需要气体充气压力，所以非充气轮胎100相对于充气轮胎还提供了其它优点，例如，即使发生某些损坏事件，如被刺穿，也能继续运作。

虽然已关于本发明的具体示例性实施例及其方法详细地描述本发明主题，但应了解，在获得对前述内容的理解之后所属领域的技术人员可以容易产生对此类实施例的更改、变化及等效物。因此，所属领域的一般技术人员使用本文中所公开的教示内容将容易清楚，本公开的范围是示例性的而非限制性的，并且本公开并不排除包含对本发明主题的这些修改、变化和/或添加。