一种具有厚度梯度的蜂窝式非充气轮胎

本发明涉及一种非充气轮胎，特别涉及一种具有厚度梯度的蜂窝式非充气轮胎，属于车辆轮胎。

背景技术：

1、作为车辆行驶系统关键部件之一的轮胎也是车辆与路面直接接触并产生相互作用的唯一部件。轮胎可以承受载荷，轮胎与地面相互作用并产生相互作用力可以给车辆在行驶和制动过程中提供必要的纵向力、侧向力，缓冲车辆行驶过程中受到的地面激励等，进而影响车辆的操纵稳定性、行驶平顺性、乘坐舒适性等方面的性能。目前我国高速公路交通事故中，由于爆胎导致的事故占有较大比例。爆胎导致的人员伤亡占高速事故伤亡人数的63.94％，而高速爆胎直接导致的财产损失占到总数的43.38％。因此，轮胎的安全性一直是轮胎领域研发的重点，其中非充气轮胎技术就是安全轮胎的一个研究方向。

2、非充气轮胎顾名思义就是不再需要压缩气体，所以非充气轮胎最大的特点就是不会发生爆胎事故，耐刺穿。同时由于没有空气也不需要维持气压，拥有更广阔的适用领域，比如航天外太空、农业和军事等领域。而且，非充气轮胎组件可回收，提高资源利用性，生产可以是环境友好型的。

3、非充气轮胎的径向刚度曲线与传统充气轮胎的径向刚度曲线差异也较大。为了增加舒适性，非充气轮胎就要减小轮辐的刚度，以获得较好的缓冲性能，但是这增加了滚动阻力，会增加油耗。同时，如果为了减低能耗，则需要增加轮辐的刚度，从而会将道路的不规则性传递到车身，影响乘坐的舒适性。目前非充气轮胎的各种研究也主要集中在辐条上，对辐条结构(具体包括辐条的形状、数量、宽厚等结构参数)进行设计和优化，研究辐条结构的改变对非充气轮胎径向刚度、接触压力、变形形状、应力分布等方面的影响。

4、蜂窝结构具有高孔隙率，在满足轻量化的同时还具有较高的结构强度，同时还具有较佳的吸能、隔热和隔音性能。功能梯度材料通过改变微观结构的空间变化梯度，使材料的性能随空间位置呈现梯度变化，通过对蜂窝结构进行微观的梯度设计可以提高整体结构的强度、刚度、抗弯强度等性能。然而目前为止，鲜有对蜂窝式轮辐结构的辐条厚度进行梯度设计开展相关研究，从而在一定程度上限制了非充气轮胎多性能协同提升的实现。

5、因此，开展一种具有厚度梯度的蜂窝式非充气轮胎研究具有重要的理论探索和工程应用的价值。

技术实现思路

1、发明目的：针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种具有厚度梯度的蜂窝式非充气轮胎，包括胎体层、蜂窝式支撑轮辐和轮毂，所述蜂窝式支撑轮辐包括沿轮毂圆周方向等周期n均匀分布的基准胞元，相邻所述基准胞元之间相互连接，通过对辐条厚度的梯度设计可以使非充气轮胎具有优良的承载能力和缓冲减振性能，能够大大提高车辆行驶的舒适性。

2、技术方案：一种具有厚度梯度的蜂窝式非充气轮胎，包括胎体层、蜂窝式支撑轮辐和轮毂，所述蜂窝式支撑轮辐包括沿轮毂圆周方向等周期n均匀分布的基准胞元，相邻所述基准胞元之间相互连接；

3、单个所述基准胞元中包括沿轮毂到胎体层的径向方向上依次首尾连接的第一辐条l1、第二辐条l2、第三辐条l3、第四辐条l4和第五辐条l5，其中第一辐条l1的首端连接轮毂，第五辐条l5的尾端连接胎体层，第二辐条l2至第四辐条l4的交接构成一个沿第一辐条l1对称的多边形结构；

4、所述第一辐条l1至第五辐条l5的厚度沿轮毂到胎体层的径向方向依次递减。

5、本发明中轮胎的蜂窝式支撑轮辐部分采用厚度梯度蜂窝结构设计，这种具有梯度功能的蜂窝结构通过基准胞元微观结构上的变化，使结构宏观上的弹性模量、泊松比和密度在空间位置上呈现梯度变化，可以使非充气轮胎具有优良的承载能力和缓冲减振性能，能够大大提高车辆行驶的舒适性。

6、优选项，单个所述基准胞元中包括一个垂直连接于轮毂表面的第一辐条l1；

7、两个首端与第一辐条l1尾端交接且尾端向外的第二辐条l2；

8、两个首端与第二辐条l2尾端交接且尾端向内的第三辐条l3；

9、四个均分两组且首端分别与两个第三辐条l3尾端交接的第四辐条l4，两组所述第四辐条l4尾端向内的一端交接在第一辐条l1的延长线上；

10、以及两个首端分别交接在第四辐条l4任一尾端和交接点的第五辐条l5。

11、优选项，以基准胞元所对应的圆心角θ为基础，对圆心角θ进行四等分，第二辐条l2与第一辐条l1的交接点b位于圆心角θ的中心线上；

12、第二辐条l2与第三辐条l3的交接点c1、c2分别位于圆心角θ的边角线上；

13、第三辐条l3与第四辐条l4的交接点d1、d2分别位于圆心角θ的四等分线上；

14、第四辐条l4与第五辐条l5的交接点e1、e2分别位于圆心角θ的边角线和中心线上。

15、将辐条设置在边角线、四等分线以及中心线位置，便于生产制造，定位更加便捷准确，使整体结构对称，受力均匀。

16、优选项，为了保证轮胎的刚度，所述基准胞元在圆周方向上进行等周期均匀分布时，基准胞元所对应的圆心角θ的角度变化范围为18°、14.4°和12°三种，对应的轮辐在圆周上等周期n分别为20、25和30。

17、优选项，为了实现辐条的连接能够构成一个基准胞元，所述第二辐条l2以圆心角θ的中心线为基准左右对称，且第二辐条l2与圆心角θ的中心线的夹角α的取值范围为在30°至90°之间。

18、优选项，第三辐条l3(213)以圆心角θ的中心线为基准左右对称，且第三辐条l3(213)与竖直方向的夹角∠2的取值范围在30°至90°之间。

19、优选项，所述第四辐条l4在交点d1或d2处相交的两个辐条关于过d1或d2点圆心角θ的四等分线对称；且交点d1与交点e2相连所构成的辐条与圆心角θ的中心线之间的夹角∠1在30°至90°之间变化；所述第四辐条l4以圆心角θ的中心线为基准左右对称。

20、优选项，所述第五辐条l5分别位于圆心角θ的任意一条边角线及其中心线上，第五辐条l5的长度为单个基准胞元径向长度r的10％至20％之间，且与胎体层垂直相交。

21、优选项，所述第一辐条l1的长度为单个基准胞元径向长度r的10％至20％之间，且与轮毂垂直相交。

22、优选项，所述的第二辐条l2至第五辐条l5中任一辐条与靠近轮毂一侧的上一辐条的厚度变化比例控制在-1至0之间，但不包括0。

23、优选项，所述胎体层为多层复合式结构，由内表面到外表面依次贴合有内覆盖层、内加强层、剪切带层、外加强层、外覆盖层、橡胶外胎面层。

24、优选项，所述蜂窝式支撑轮辐采用聚氨酯材料。

25、有益效果：本发明中的轮胎是非充气式轮胎，消除了传统充气式轮胎存在的不防扎钉、漏气、爆胎等潜在的危险因素，提高了车辆行驶的安全性；本发明中轮胎的蜂窝式支撑轮辐部分采用厚度梯度蜂窝结构设计，这种具有梯度功能的蜂窝结构通过基准胞元微观结构上的变化，使结构宏观上的弹性模量、泊松比和密度在空间位置上呈现梯度变化，可以使非充气轮胎具有优良的承载能力和缓冲减振性能，能够大大提高车辆行驶的舒适性；本发明蜂窝式支撑轮辐采用聚氨酯材料，耐磨和耐腐蚀性能强，可以在重载、高速和恶劣的多种环境下使用，重复利用率高；在保持蜂窝式支撑轮辐、轮毂等结构不变的情况下，对轮胎的胎体层进行翻新或者替换，可以有效提高轮胎的使用寿命和经济性。