本發(fā)明總體涉及車輛輪胎和非充氣輪胎，更具體地，涉及非充氣輪胎。

背景技術(shù)：

充氣輪胎已作為車輛移動性的所選方案超過一個世紀(jì)。充氣輪胎是張力結(jié)構(gòu)。充氣輪胎具有至少四個特征使得充氣輪胎在今天如此占優(yōu)勢。充氣輪胎可以有效地承載負(fù)載，因為所有輪胎結(jié)構(gòu)都參與承載負(fù)載。充氣輪胎也是期望的，因為它們具有低接觸壓力，因而由于車輛負(fù)載的分布而降低路上的磨損。充氣輪胎還具有低剛度，這確保舒適地乘車。充氣輪胎的主要缺點(diǎn)是它需要壓縮流體。常規(guī)充氣輪胎在完全失去充氣壓力之后變得無用。

被設(shè)計成在沒有充氣壓力的情況下操作的輪胎可消除與充氣輪胎相關(guān)的許多問題和損害。既不需要保持壓力也不需要監(jiān)控壓力。被結(jié)構(gòu)地支撐的輪胎，諸如實心輪胎或其他彈性體結(jié)構(gòu)，到目前為止尚未提供常規(guī)充氣輪胎所要求的性能水平。實現(xiàn)類似充氣輪胎的性能的被結(jié)構(gòu)地支撐的輪胎方案將是期望的改進(jìn)。

非充氣輪胎通常由它們的負(fù)載承載效率限定?！暗撞砍休d裝置（bottomloaders）”是在輪轂下面的結(jié)構(gòu)部分中承載大部分負(fù)載的基本剛性結(jié)構(gòu)?！绊敳砍休d裝置（toploaders）”被設(shè)計成使得整個結(jié)構(gòu)都參與承載負(fù)載。因此頂部承載裝置具有比底部承載裝置高的負(fù)載承載效率，允許具有更小質(zhì)量的設(shè)計。

因此，期望的是改進(jìn)的非充氣輪胎,該改進(jìn)的非充氣輪胎期望具有充氣輪胎的所有特征但不具有需要空氣充氣的缺點(diǎn)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明包括如下技術(shù)方案：

1.一種被結(jié)構(gòu)地支撐的非充氣輪胎，包括：

接觸地面的環(huán)形胎面部分；

剪切帶；

連接到所述剪切帶的連接的輪輻盤，其中，所述連接的輪輻盤具有被連接板聯(lián)接在一起的兩個或更多個周向輪輻，其中，所述連接的輪輻盤的彈性系數(shù)大于所述剪切帶的彈性系數(shù)。

2.如技術(shù)方案1所述的被結(jié)構(gòu)地支撐的非充氣輪胎，其中，所述輪輻具有的軸向厚度小于所述輪輻盤的軸向厚度。

3.如技術(shù)方案1所述的被結(jié)構(gòu)地支撐的非充氣輪胎，其中，所述輪輻的軸向厚度小于所述輪輻的寬度。

4.如技術(shù)方案4所述的被結(jié)構(gòu)地支撐的非充氣輪胎，其中，所述周向輪輻具有相同的彈性常數(shù)。

5.如技術(shù)方案1所述的非充氣輪胎，其中，所述連接的周向輪輻是不具有孔的實心環(huán)形盤。

6.如技術(shù)方案1所述的非充氣輪胎，其中，所述連接的周向輪輻是具有一個或多個孔的實心環(huán)形盤。

7.如技術(shù)方案6所述的非充氣輪胎，其中，所述連接的周向輪輻具有多個孔，所述多個孔被布置在沿徑向定向的排中。

8.如技術(shù)方案1所述的非充氣輪胎，其中，所述連接的周向輪輻具有多個徑向地定向的輪輻。

9.如技術(shù)方案1所述的非充氣輪胎，其中，所述連接的輪輻相對于軸向方向以在60-80度范圍內(nèi)的角α成角度。

10.如技術(shù)方案1所述的非充氣輪胎，其中，每個輪輻的寬度w與軸向厚度t的比率w/t在15至80的范圍內(nèi)。

11.如技術(shù)方案1所述的非充氣輪胎，其中，每個輪輻的高度h與軸向厚度t的比率在約2.5至25的范圍內(nèi)。

12.如技術(shù)方案1所述的非充氣輪胎，其中，所述輪輻的徑向外端軸向地偏離所述輪輻的徑向內(nèi)端。

13.如技術(shù)方案1所述的非充氣輪胎，其中，所述輪輻從所述徑向外端向所述徑向內(nèi)端彎曲。

14.如技術(shù)方案1所述的非充氣輪胎，其中，所述輪輻在負(fù)載下沿軸向方向彎屈。

15.如技術(shù)方案1所述的非充氣輪胎，其中，所述連接的輪輻盤的輪輻具有矩形剖面。

16.如技術(shù)方案1所述的非充氣輪胎，其中，所述連接的輪輻盤的彈性系數(shù)在所述剪切帶的彈性系數(shù)的4至12倍的范圍內(nèi)。

17.一種非充氣輪胎，包括：

接觸地面的環(huán)形胎面部分；

剪切帶；

連接到所述剪切帶的至少一個輪輻盤，其中，所述輪輻盤具有被連接板聯(lián)接在一起的兩個或更多個輪輻，其中，所述每個周向輪輻具有寬度w和軸向厚度t，其中，w/t的比率在15至80之間的范圍內(nèi)。

18.如技術(shù)方案17所述的非充氣輪胎，其中，所述輪輻具有矩形剖面。

19.如技術(shù)方案17所述的非充氣輪胎，其中，所述輪輻具有沿徑向方向延伸的多個徑向構(gòu)件。

20.如技術(shù)方案17所述的非充氣輪胎，其中，所述連接的輪輻盤的彈性系數(shù)大于所述剪切帶的彈性系數(shù)。

21.如技術(shù)方案17所述的被結(jié)構(gòu)地支撐的非充氣輪胎，其中，w/t的比率在30至60之間的范圍內(nèi)。

22.如技術(shù)方案17所述的被結(jié)構(gòu)地支撐的非充氣輪胎，其中，所述連接的輪輻盤的彈性系數(shù)在所述剪切帶的彈性系數(shù)的4至12倍的范圍內(nèi)。

23.如技術(shù)方案1或17所述的被結(jié)構(gòu)地支撐的非充氣輪胎，其中，具有多個輪輻盤，并且其中，所述連接的輪輻盤的彈性系數(shù)大于所述剪切帶的彈性系數(shù)。

24.如技術(shù)方案1或17所述的被結(jié)構(gòu)地支撐的非充氣輪胎，其中，所述輪輻是彎曲的。

附圖說明

通過參照以下描述和附圖，將更好地理解本發(fā)明，在附圖中：

圖1是本發(fā)明的非充氣輪胎的第一實施例的立體圖；

圖2是本發(fā)明的輪輻盤的前視圖；

圖3是沿方向3-3截取的圖1的連接的輪輻盤的剖視圖；

圖4是圖2的僅輪輻盤的立體剖視圖；

圖5是圖1的非充氣輪胎的剖視圖；

圖6是被示出為處于負(fù)載狀態(tài)的圖1的非充氣輪胎的剖視圖；

圖7是本發(fā)明的輪輻的替代性實施例；

圖8是本發(fā)明的輪輻的替代性實施例；

圖9a圖示剪切帶或輪輻盤的彈性系數(shù)測試，而圖9b圖示根據(jù)力位移曲線的斜率確定的彈性系數(shù)k；

圖10a圖示輪胎的彈性系數(shù)測試，而圖10b圖示根據(jù)力位移曲線的斜率確定的彈性系數(shù)k；

圖11a示出了進(jìn)行張力測試的測試樣本上的張力方向；

圖11b是進(jìn)行張力測試的測試樣本的示意圖；以及

圖12是剪切剛度ga計算的示意圖。

具體實施方式

定義

對于本說明書，以下術(shù)語定義如下。

“赤道面”表示垂直于穿過輪胎中心線的輪胎旋轉(zhuǎn)軸線的平面。

“子午面”表示平行于輪胎旋轉(zhuǎn)軸線并從所述軸線徑向向外延伸的平面。

“滯后（hysteresis）”表示在10%動態(tài)剪應(yīng)變和25℃下測量的動態(tài)損失正切（losstangent）。

圖1示出本發(fā)明的非充氣輪胎100。本發(fā)明的輪胎包括徑向向外與地面接合的胎面200、剪切帶300（shearband）和輪輻盤（spokedisk）400。本發(fā)明的非充氣輪胎被設(shè)計成頂部負(fù)載結(jié)構(gòu)，從而使得剪切帶300和連接的輪輻盤400有效地承載負(fù)載。剪切帶300和連接的輪輻盤400被設(shè)計成使得剪切帶的剛度與輪胎的彈性系數(shù)直接相關(guān)。輪輻盤被設(shè)計成剛性結(jié)構(gòu)以在輪胎印跡中屈曲或變形并且不壓縮或不承載壓縮的負(fù)載。這允許未處于印跡區(qū)域中的其余輪輻能夠承載負(fù)載。由于在印跡外的輪輻多于在印跡內(nèi)的輪輻，因此每個輪輻的負(fù)載將較小，使得更小的輪輻能夠承載輪胎負(fù)載，帶來負(fù)載效率很高的結(jié)構(gòu)。并非所有輪輻都將能夠彈性地屈曲并且在保持在印跡中的壓縮的負(fù)載的一部分。由于以上原因，期望的是最小化此種負(fù)荷，并且允許剪切帶彎曲以克服路面障礙。大致的負(fù)載分布是使得大致90-100%的負(fù)載由剪切帶和上輪輻承載，從而使得下輪輻事實上不承載負(fù)載，優(yōu)選承載小于10%的負(fù)載。

胎面部分200可不具有花紋溝或者可具有在其間形成基本縱向的胎面花紋條的多個縱向定向的胎面花紋溝。花紋條可沿橫向或縱向被進(jìn)一步劃分，以形成適合特定車輛應(yīng)用的使用要求的胎面圖案。胎面花紋溝可具有與輪胎的計劃用途相一致的任何深度。輪胎胎面200可根據(jù)需要包括諸如花紋條、花紋塊、凸紋（lugs）、花紋溝和槽紋（sipes），以改進(jìn)各種情況下輪胎的性能。

剪切帶

剪切帶300優(yōu)選是環(huán)形的，并且在圖5中示出。剪切帶300位于輪胎胎面200的徑向內(nèi)部。剪切帶300包括第一和第二加強(qiáng)彈性體層310、320。在剪切帶300的第一實施例中，剪切帶包含平行地布置的兩個不可延伸的加強(qiáng)層310、320，并且該兩個不可延伸的加強(qiáng)層310、320被彈性體制成的剪切基體（shearmatrix）330分開。每個不可延伸層310、320可由被嵌入彈性體涂層中的平行的不可延伸的加強(qiáng)簾線311、321形成。加強(qiáng)簾線311、321可以是鋼、芳族聚酰胺、尼龍、聚酯或其他不可延伸結(jié)構(gòu)。剪切帶300還可以可選地包括位于第一和第二加強(qiáng)彈性體層310、320之間的第三加強(qiáng)彈性體層340。

在第一加強(qiáng)彈性體層310中，加強(qiáng)簾線311相對于輪胎赤道面以在0至約+/-10度范圍內(nèi)的角φ定向。在第二加強(qiáng)彈性體層320中，加強(qiáng)簾線321相對于輪胎赤道面以在0至約+/-10度范圍內(nèi)的角定向。優(yōu)選地，第一層的角φ沿與第二層中的加強(qiáng)簾線的角在相反的方向。就是說，第一加強(qiáng)彈性體層中的角+φ和第二加強(qiáng)彈性體層中的角-。

剪切基體330具有在約0.10英寸至約0.2英寸范圍內(nèi)的徑向厚度，更優(yōu)選地約0.15英寸的徑向厚度。剪切基體優(yōu)選由剪切模量gm在2.5至40mpa的范圍的彈性體材料，并且更優(yōu)選地在20至40mpa范圍內(nèi)的彈性體材料形成。

剪切帶具有剪切剛度（shearstiffness）ga。剪切剛度ga的確定可通過測量從剪切帶取得的代表性測試樣本上的撓曲（deflection）。測試樣本的上表面經(jīng)歷橫向力f，如圖12所示。然后根據(jù)以下公式計算剪切剛度ga：ga=f*l/δx。

剪切帶具有彎曲剛度ei。彎曲剛度ei可就剪切帶的代表性測試樣本根據(jù)梁力學(xué)（beammechanics）利用三點(diǎn)彎曲測試確定。該測試代表梁置于兩個輥支撐件上并且經(jīng)歷被應(yīng)用于梁中間的集中負(fù)載的情形。彎曲剛度ei根據(jù)以下公式確定：ei=pl³/48*δx，其中，p是負(fù)載，l是梁長度，并且δx是撓曲。

期望的是最大化剪切帶的彎曲剛度ei并最小化剪切帶剛度ga?？山邮艿膅a/ei比率將在0.01和20之間，優(yōu)選范圍在0.01和5之間。ea是剪切帶的可延伸剛度（extensiblestiffness），并且通過應(yīng)用張力并測量長度改變來實驗地確定。剪切帶的ea與ei的比率的可接受范圍為0.02至100，優(yōu)選為1至50。

剪切帶300具有彈性系數(shù)k，通過向在剪切帶頂部的水平板施加向下力并測量，如圖9a所示的撓曲量來實驗地確定彈性系數(shù)k。根據(jù)力-撓曲曲線的斜率確定彈性系數(shù)k，如圖9b所示。

本發(fā)明不限于本文公開的剪切帶結(jié)構(gòu)，并且可包括具有在0.01至20范圍內(nèi)dga/ei、或在0.02至100范圍內(nèi)的ea/ei比率、或在20至2000范圍內(nèi)的彈性系數(shù)的及其任何組合的任何結(jié)構(gòu)。更優(yōu)選地，剪切帶具有0.01至5的ga/ei比率、或1至50的ea/ei比率、或170磅/英寸的彈性系數(shù)、及其任何子組合。輪胎胎面優(yōu)選地被剪切帶纏繞，并且優(yōu)選地被一體模制到該剪切帶。

連接的輪輻盤

本發(fā)明的非充氣輪胎還包括一個連接的輪輻盤400，如圖1、9、10所示。該連接的輪輻盤400用于承載從剪切層傳遞的負(fù)載。連接的輪輻盤主要被負(fù)載以張力和剪力，并且不承載壓縮負(fù)載。如圖4所示，連接的輪輻盤400是環(huán)形的，并且具有外徑向邊緣406和內(nèi)徑向邊緣403用于接收金屬或剛性加強(qiáng)環(huán)405以形成輪轂。連接的輪輻盤400具有軸向厚度aw，該軸向厚度aw優(yōu)選地與非充氣輪胎的寬度相同。每個輪輻盤400具有兩個或更多個周向輪輻412。周向輪輻412在其外徑處被上連接板414聯(lián)接在一起。周向輪輻412在其內(nèi)徑處被下連接板416聯(lián)接在一起。每個周向輪輻412具有顯著小于非充氣輪胎的軸向厚度aw的軸向厚度t。下面更詳細(xì)地描述軸向厚度t。

然后連接的輪輻盤400具有彈性系數(shù)sr，彈性系數(shù)sr可通過測量在已知負(fù)載下的撓曲來實驗地確定，如圖9a所示。一種確定輪輻盤彈性系數(shù)k的方法是將輪輻盤安裝到輪轂，并且將輪輻盤的外環(huán)附接到剛性測試固定裝置。向輪轂應(yīng)用向下力，并記錄輪轂的位移。根據(jù)如圖9b所示的力撓曲曲線的斜率確定彈性系數(shù)k。優(yōu)選地，連接的輪輻盤的彈性系數(shù)大于剪切帶的彈性系數(shù)。優(yōu)選地，連接的輪輻盤的彈性系數(shù)在剪切帶的彈性系數(shù)的4至12倍的范圍內(nèi)，更優(yōu)選地是剪切帶的彈性系數(shù)的6至10倍的范圍內(nèi)?？赏ㄟ^增加輪輻盤的周向葉片的數(shù)量調(diào)節(jié)非充氣輪胎的彈性系數(shù)。替代地，通過改變輪輻盤的幾何形狀或改變材料,每個輪輻盤的彈性系數(shù)可不同。

輪輻

如圖2所示，每個周向輪輻412具有沿徑向方向延伸的徑向構(gòu)件410。

每個周向輪輻被設(shè)計成沿軸向方向凸出或變形，從而使得當(dāng)非充氣輪胎處于負(fù)載下時，每個周向輪輻軸向地變形或彎曲，如圖5所示。每個輪輻盤可被定向成使得在盤一側(cè)上的周向輪輻沿第一方向變形，而在盤相反側(cè)上的輪輻盤沿相反方向凸出或變形，如圖6所示。替代地，所有周向輪輻可被定向成使得每個周向輪輻沿相同方向軸向向外凸出。當(dāng)非充氣輪胎被負(fù)載時，每個周向輪輻在通過印痕時將變形或軸向地彎屈（bow）而基本沒有壓縮阻力，向載承供應(yīng)零或很小的壓縮力。連接的輪輻盤的主要負(fù)載是通過張力和剪力，而非壓縮。

如圖2所示，每個周向輪輻的徑向構(gòu)件410具有矩形剖面，但是不限于矩形剖面，并且可以是圓形、正方形、橢圓形等。優(yōu)選地，徑向構(gòu)件410的剖面幾何形狀被選擇用于縱向屈曲，并且具有的輪輻寬度w與輪輻軸向厚度的比率w/t優(yōu)選在約15至約80的范圍內(nèi)，更優(yōu)選地在約30至約60的范圍內(nèi)，并且最優(yōu)選地在約45至約55的范圍內(nèi)。優(yōu)選的矩形輪輻設(shè)計的獨(dú)特方面在于輪輻承載剪切負(fù)載的能力，這允許彈性剛度散布在處于張力負(fù)載和剪力負(fù)載的輪輻之間。提供剪切剛度的這種幾何能力是輪輻厚度t和輪輻徑向高度h之間的比率。優(yōu)選的h/t比率在約2.5至25（約表示+/-10%）的范圍內(nèi)，更優(yōu)選地在在約10至20（約表示+/-10%）的范圍內(nèi)，并且最優(yōu)選地在12-17的范圍內(nèi)。

外周向輪輻410優(yōu)選在徑向平面中以角α成角度，如圖3所示。角α優(yōu)選在60至88度的范圍內(nèi)，更優(yōu)選地在70至85度的范圍內(nèi)。此外，徑向外端415軸向地偏離輪輻410的徑向內(nèi)端413，以促進(jìn)輪輻沿軸向方向彎屈或變形。替代地，輪輻412可如所示地彎曲。

圖7是連接的輪輻盤的替代性實施例700。輪輻盤是環(huán)形的，并且主要是實心的，具有多個孔702?？卓杀徊贾脼樵谘貜较蚍较蚨ㄏ虻呐胖?。

圖8是連接的輪輻盤的替代性實施例800。輪輻盤是環(huán)形實心的，沒有孔。連接的輪輻盤700、800的剖面與圖3相同。連接的輪輻盤700、800具有與圖3中所示相同的厚度、軸向?qū)挾取?/p>

連接的輪輻盤優(yōu)選由彈性體材料形成，更優(yōu)選地由熱塑性彈性體形成。基于以下材料特性中的一個或多個選擇連接的輪輻盤的材料。利用iso527-1/-2標(biāo)準(zhǔn)測試方法，盤材料的張力（楊氏）模量優(yōu)選在45mpa至650mpa的范圍內(nèi)，更優(yōu)選地在85mpa至300mpa的范圍內(nèi)。玻璃轉(zhuǎn)化溫度小于-25攝氏度，更優(yōu)選地小于-35攝氏度。所得斷裂屈服應(yīng)變大于30%，并且更優(yōu)選地大于40%。斷裂伸長率大于或等于斷裂屈服應(yīng)變，更優(yōu)選地是斷裂屈服應(yīng)變的200%。熱撓曲溫度在0.45mpa下大于40攝氏度，更優(yōu)選地在0.45mpa下大于50攝氏度。在23攝氏度利用iso179/iso180進(jìn)行的izod和charpy缺口測試未產(chǎn)生斷裂。兩種合適的盤材料可通過dsmproducts商購并且以商品名arnitelpm420和arnitelpl461銷售。

申請人理解，通過閱讀以上說明書，許多其他改變對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說是顯而易見的。這些改變和其他改變在由以下所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。