非充气轮胎的制作方法

专利名称：非充气轮胎的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种非充气的、结构支撑轮胎。特别地，本发明涉及一种非充气轮胎，它用其结构部件支撑载荷，并具有充气轮胎的性能，替代充气轮胎。
充气轮胎能够支承载荷、吸收路面振动和传递力(加速、停止和转弯)，使其用于许多车辆上成为最好的选择，特别是自行车、摩托车、小汽车和卡车。这些性能还在小汽车和其他机动车辆的发展方面具有优越性。能够吸收振动的充气轮胎还用于其他场合，例如用于支撑灵敏的医疗或电气设备。
通常的非充气替代品，例如实心轮胎、弹簧轮胎和软心轮胎缺少充气轮胎性能上的优点。特别是，实心轮胎和软心轮胎依靠地面接触部分的压力支撑载荷，这些类性的轮胎可能很重和很硬，并缺少充气轮胎的吸收振动能力。当制成更有弹性时，常规非充气轮胎缺少充气轮胎的载荷支撑和耐久性。因此，除非情况限制，已知的非充气轮胎不能作为充气轮胎的代用品而广泛使用。
具有类似充气轮胎特性的非充气轮胎可以克服本领域的许多不足，并且是受欢迎的改进。
根据本发明的一个结构支撑的、非充气轮胎包括一个支撑该轮胎上载荷的环形加强带、和多个辐板条，该辐板条以拉力方式传递该环形带和车轮或轮毂之间的载荷力。因此，本发明的轮胎通过其结构特性支撑其载荷，与充气轮胎中的机构不同，没有中间的气压形成的支撑。
根据一个用在机动车上的轮胎的实施例，一个结构支撑轮胎包括一个胎面部分、一个该胎面部分径向里面的加强环形带、多个横向延伸过该加强环形带并从该加强环形带径向向里延伸的辐板条、以及用于连接该辐板条与该车轮或轮毂的装置。
在一个充气轮胎中，该地面接触压力和硬度是该充气压力的直接结果，并且相互关联。根据本发明的轮胎具有硬度特性和一个地面接触压力，它们是基于该轮胎的结构部件，并且最好是，可以彼此独立。
本发明的轮胎没有容纳压缩空气的空腔，因此不需要为了保持内部气压而与轮缘构成的密封，该结构支撑轮胎由此不需要充气轮胎领域所理解的车轮。为了下面说明的目的，该术语“车轮”和“轮毂”指的是用于支撑该轮胎并安装在该车辆的轴上并考虑可在那更换的任何装置或结构。
根据本发明，该环形带具有一个弹性剪切层、至少一个附接在该弹性剪切层的径向里边的第一隔片、以及至少一个附接在该弹性剪切层的径向外边的第二隔片。该隔片具有有效地大于该弹性剪切层剪切弹性模量的环向拉伸弹性模量，使得在施加一个外载荷下，该接触地面的胎面部分由环形变成适应该地面的形状，同时保持该隔片长度基本恒定。由剪切导致的该隔片的相对位移发生在该剪切层中。最好是该隔片包括由嵌入弹性包覆层的不可延伸芯线加强件构成的重叠层。
该弹性剪切层由诸如天然或人造橡胶、聚亚胺酯、发泡橡胶和发泡聚亚胺酯、分段嵌段共聚物和嵌段共聚物尼龙材料构成。最好是该剪切层材料具有约3Mpa到约20Mpa的剪切模量。该环形带具有弯曲成环形，同时在载荷下适应接触表面例如路面的能力。
该辐板条在拉力上起作用，在该车轮和该环形带之间传递载荷力，因此，在其它功能中，支撑该车辆的质量。该支撑力由不与地面接触的辐板条的拉力产生，该车轮或轮辋可以称为挂在该轮胎的上部。最好是该辐板条在拉力方面具有有效高的径向强度，在压力方面具有有效低的径向强度。在压力上的低强度允许在环形带地面接触部分上安装的辐板条弯曲，以吸收路面振动，并且该环形带更好地适应不规则路面。
该辐板条还传递加速、停止和转弯所需的力。该辐板条的布置和排列可以选择以获得所需的功能。例如在产生相当低的环向力的场合，该辐板条可以径向布置并平行于该轮胎的旋转轴。为了在环向上提供强度，可以增加垂直于该旋转轴的辐板条，替代轴向对齐的辐板条。另一种变换是该辐板条倾斜于该旋转轴布置，以在横向和轴向都提供强度。又一种变换是该辐板条交错倾斜排列，就是说在赤道面上看是曲折形式的。
为了有利于该胎面接触地面部分处的辐板条弯曲，该辐板条可以是弯曲的。另外，该辐板条可以在模制时预加压，在一个特定的方向上弯曲。
根据本发明的一个实施例，该结构支撑弹性轮胎包括一个接触地面的胎面部分、一个该胎面部分径向里边的加强环形带、和多个从该加强环形带径向向里延伸的辐板条、连接该多个辐板条和一个车轮或轮辋的装置，该加强环形带包括一个弹性剪切层、至少一个附接在该弹性剪切层区域的径向里边的第一隔片，和至少一个附接在该弹性剪切层区域的径向外边的第二隔片。
根据本发明的另一个实施例，该发明包括一个结构支撑车轮轮胎，其具有一个加强环形带，该加强环形带具有一个弹性剪切层、至少一个附接在该弹性剪切层区域的径向里边的第一隔片、和至少一个附接在该弹性剪切层区域的径向外边的第二隔片，其中每个该隔片具有大于该弹性剪切层剪切模量的纵向拉伸模量，一个胎面附接在该加强环形带区域的径向外边，多个辐板条基本上从该加强环形带横向交叉和径向向里延伸，以及一个多个辐板条在径向里边并与其结合的车轮。
本发明将通过结合附图的下面的描述而更好地理解，其中

图1是承载状态下本发明轮胎的赤道面简图；图2是本发明轮胎沿子午面的剖面视图；图3是一个没有剪切变形的参考相同材料带的地面反作用力简示图；图4是本发明环形带的反作用力简示图；图5是本发明轮胎一个变换实施例的子午面剖面视图；图6是本发明承载轮胎的子午面简要视图，显示了描述该承载机构的一定参考直径；
图7显示了从赤道面看的X形式轮胎幅条布置的截面视图；图8显示了从赤道面看的曲折形式轮胎幅条布置的截面视图；图9显示了向该旋转轴径向看的轴向倾斜形式幅条布置的视图；图10显示了向该旋转轴径向看的交替波浪形式幅条布置的视图；图11显示了向该旋转轴径向看的交替环向和轴向倾斜的交替布置；图12简要描述了从该轮胎赤道面看抗倾斜强度；图13以曲线描述了本发明轮胎接触区域、接触压力和垂向载荷的关系值；图14以曲线描述了本发明轮胎接触压力、垂向强度和抗倾斜强度的关系值。
具体实施例方式
在本说明下述术语如下确定“赤道面”指的是垂直穿过该旋转轴线并等分该轮胎结构的平面。
“子午面”指的是经过并包括该轮胎旋转轴的平面。
弹性材料的“模量”指的是ASTM标准检测方法D412测量的10％延长时的弹性模量。
该隔片的“模量”指的是在环向上1％的延长乘以该隔片有效厚度的弹性模量。常规轮胎钢带材料的这个模量可以由等式1计算，这个模量由上标“’”标示。
弹性材料的“剪切模量”指的是弹性的剪切模量，并确定等于上述弹性材料的弹性模量的三分之一。
“滞变”指的是在工作张力、温度和频率下测量的切向动力损失(tanΔ)，本领域技术人员可以理解对于特定状态该工作条件不同，例如高尔夫球车和赛车需要的不同载荷和速度，对于特定的状态该张力、温度和频率是特定的。
根据本发明的结构支撑弹性轮胎在图1中被简要显示。结构支撑指的是该轮胎用其没有充气压力支撑的结构部件承载一个载荷。所公开的用于多种变换的结构支撑弹性轮胎的结构使用相似的基本部件，在附图中标记的标号指着每一种变换中相同的形式。该附图没有绘出比例，并且为了清楚地显示，部件的尺寸被放大或缩小。
图1所示的轮胎10具有一个接触地面的胎面部分105，一个该胎面部分径向里边的加强环形带110，和多个从该加强环形带横向经过并径向向里延伸的辐板条150，以及一个在该幅条径向里端的安装带160。该安装带160将该轮胎100固定在一个车轮10或轮辋上。在此所使用的“横向延伸”指的是该幅条150可以轴向对准，或相交于该轮胎轴。此外，“径向向里延伸”指的是该幅条150可以位于该轮胎轴径向平面，或倾斜于该径向平面。另外，如下文所述，一个第二组幅条可以在赤道面上延伸。
参照图2，它以子午面截面显示了该轮胎100和车轮10，该加强环形带110具有一个弹性剪切层120，一个附接在该弹性剪切层120区域的径向里边的第一隔片130，和一个附接在该弹性剪切层120区域的径向外边的第二隔片140。该隔片130和140具有大于该弹性剪切层120剪切强度的拉伸强度。这样，加强环形带110可经受得住负载的剪切变形。
该加强环形带110支撑该轮胎上的载荷。如图1所示，该轮胎旋转轴X上的一个载荷L由该幅条150上的拉力转递给该环形带110。该环形带110以类似于弓形的方式起作用，并提供在该轮胎赤道面上的一个环向压缩强度和一个纵向弯曲强度，这些强度足够高以作为该载荷的支撑部件。在载荷下，通过包括该环形带剪切变形的机构，与地面接触的接触区域C中的该环形带变形。具有剪切的变形能力提供了与充气轮胎相似的适应地面接触区域C的能力，并具有相似的优良效果。
参照图3和4，通过比较一个相同材料的刚性环形带122，例如金属环，它在载荷下不允许有大于可以忽略的剪切变形，可以理解本发明环形带110剪切机构的优点。在图3中的该刚性环形带122中，该压力分布满足力的平衡，和弯曲运动的需要，这是由在每个接触区域端部的一对集中力F造成的，在图3中示出了一个端部。与之相反，如果该环形带具有图4所示的本发明剪切层120的结构，通过压缩该内加强件130和外加强件140，它导致剪切变形，在该接触区域上所得到的压力分布S基本是均匀的。
本发明的该环形带的有益结果是在该接触区域长度上更均匀地分布地面接触压力S，这类似于充气轮胎，并提供了超过其他非充气轮胎的轮胎功能。
在实心轮胎和软心轮胎中，该载荷是由接触区域中的该轮胎结构的压缩来支撑的，该承载能力由接触区域中的轮胎材料的数量和类型限制。在特定类型的弹簧轮胎中，该刚性外环支撑轮胎上的载荷，并通过弹性的弹簧部件与该轮辋或车轮连接。然而，刚性环并不具有剪切机构，并由于上述原因，刚性环在该接触区域的端部具有集中的地面反作用力，它影响该轮胎将力传递到地面和吸收地面振动的能力。
该剪切层120具有一个有约3Mpa到约20Mpa的剪切模量的弹性材料层。适合用于该剪切层120的材料包括天然或人造橡胶、聚亚胺酯、发泡橡胶和发泡聚亚胺酯、分段嵌段共聚物和嵌段共聚物尼龙材料。在承载下的滚动中，该剪切层120的重复变形产生导致轮胎发热的滞变损失。这样，该剪切层的滞变可以保持工作温度低于所用材料允许的工作温度。对于常规的轮胎材料(即橡胶)，该剪切层的滞变可以确定在连续使用中产生的温度低于约130℃。
该胎面部分105可以没有沟槽，或可以具有多个形成于基本纵向的胎面凸棱109之间的纵向排列的胎面沟槽107，如图2所示。此外，该胎面105从一边到另一边是平的，这适合于小汽车和其他车辆，但也可以是用于自行车、摩托车和其他两轮车辆的圆弧胎面。可以使用本领域已知的任何胎面花纹。
根据本发明的一个最佳实施例，该第一隔片130和第二隔片140具有嵌入弹性包覆物中的不可延伸芯线加强件。对于弹性材料构成的轮胎，该隔片130和140用固化弹性材料附接在该剪切层120上。在本发明的范围中，隔片130和140可以用任何适当的化学、粘接或机械固定方法附接在该剪切层120上。在该隔片130和140中的加强部件可以是任何用于常规轮胎中轮胎带体加强件的多种材料，例如钢制单丝或芯线、芳族聚酸铵纤维或其他高模量织物。对于在此所描述的轮胎，该加强件是钢制芯线，各具有0.28mm直径的四根金属丝(4×0.28)。
根据本发明的一个最佳实施例，该第一隔片具有两个加强层131和132，该第二隔片140也具有两个加强层141和142。
尽管在此所公开的本发明变换中，每个隔片具有芯线加强层，满足下面该环形带所需的拉伸强度、弯曲强度和抗压缩特性的材料都可以用于该隔片。就是说，该隔片可以是任何多种材料选择，例如相同的材料(即薄钢片)、纤维加强基体或不连续的加强部件层。
在第一最佳实施例中，该第一隔片130的层131和132具有相对该轮胎赤道面以约10°至约45°角排列的平行芯线。该各层的芯线具有相对的排列。同样，该第二隔片140的层141和142具有相对该赤道面以约10°至约45°角排列的平行芯线。然而，在一个隔片中成对的层的芯线不需要以相等或相对的角度排列。例如该成对的层的芯线可相对该轮胎赤道面不对称。
根据另一个实施例，该隔片的至少一个层的芯线可以相对该赤道面是或接近0°，以增加该隔片的拉伸强度。
每一层131、132和141、142的芯线嵌入一个约3Mpa到约20Mpa剪切模量的弹性包覆层。最好是该包覆层的剪切模量基本等于该剪切层120的剪切模量，以保证该环形带的变形主要是该剪切层120中的剪切变形。
该弹性剪切层120的剪切模量与该隔片130和140的有效纵向拉伸模量E’membrane之间的关系式控制着在施加载荷下该环形带的变形。用常规轮胎带体材料并具有相对该赤道面至少10°排列的隔片加强芯线的隔片有效拉伸模量E’membrane可如下估算EMEMBRANE′=(2D+t)ERUBBER2(1-v2)[(PP-D)2-(1+v)SIN2(2α)SIN4α+(tD)1TAN2α(1TAN2α-v)]----(1)]]>在此，Eruber＝该弹性包覆材料的拉伸模量；P＝垂直于该芯线测量的芯线间距(芯线中心线距离)；D＝芯线直径；υ＝该弹性包覆材料的横向变形系数；α＝相对该赤道面的该芯线角度；t＝在相邻层中的缆索之间的橡胶厚度。
对于该加强芯线相对该赤道面小于10°排列的剪切层隔片，下面的关系式可用于估算该隔片拉伸模量E’membrane
E’membrane＝Ecable*V*tmembrane(2)在此，Ecable是该缆索的模量，V是在该隔片中该缆索的体积系数，以及tmembrane是该隔片的厚度。
对于具有相同材料、纤维或其他材料加强基体的隔片，该模量等于该材料或基体的模量。
可以注意到，E’membrane是该隔片的弹性模量乘以该隔片的有效厚度。当比例E’membrane/G相对较低时，在载荷下该环形带的变形接近于相同材料的带，并产生图3所示的不均匀地面接触压力。另一方面，当比例E’membrane/G相对较高时，在载荷下该环形带的变形基本是隔片有小的纵向拉伸或压缩的剪切层的剪切变形，因此，在图4所示的实施例中，地面接触压力基本是均匀的。
根据本发明，该隔片纵向拉伸模量E’membrane与该剪切层的剪切模量G的比例至少约100∶1，并且最好至少1000∶1。
图2所示的该轮胎，胎面105、第一隔片130和第二隔片140具有较平的横向形状。在该接触区域C中的该环形带部分上的张力将压缩该第二隔片140。当该轮胎的垂向偏移增加时，该接触长度可以增加，使得该第二隔片140上的压缩应力超过该临界弯曲应力，并产生该隔片的纵向弯曲。这个弯曲现象产生一个该接触区域的纵向延长部分，降低接触压力。当该隔片弯曲消除时，在整个该接触区域长度上获得一个更均匀的地面接触压力。具有弯曲横向截面的隔片将更好地抵抗接触区域的该弯曲，并在承载下弯曲时更好。
图5显示了本发明轮胎的一种变化，其中该轮胎300具有一个波浪形第二隔片340，它在径向上具有一个波幅，在轴向上具有一个波长。该波幅确定为该隔片340的最大和最小径向延长之间的差，该波长确定为该隔片340相邻的径向最大处之间的轴向距离。由于在该接触区域中的压力如上述像作用在一个弓形部件上，该波浪形第二隔片340防止了弯曲。该波浪形第二隔片340在外加载荷作用下从一个环形变成平的，而不发生该第二隔片的纵向弯曲，并在整个地面接触区域长度上保持基本均匀的地面接触压力。这样具有第二隔片340的轮胎300能够使其横向曲率半径有利于地面接触压力不依赖抗变弯力。最好是，该第二隔片340具有两至四个波浪循环，并具有该胎面部分310滚动胎面宽度的约20％至约50％的波长，该波幅最好在该剪切层320最大厚度约20％至50％之间，并且可以是恒定的或变化的波幅。
当隔膜的纵向拉伸模量E’membrane、和该剪切层的剪切模量G符合上述状态，并且该环形带基本上是由于剪切层中的剪切而变形时，一个最佳关系允许在一个给定状态下确定剪切模量值G和剪切层厚度hPeff*R≈G*h(3)在此，Peff＝地面接触压力；G＝层120的剪切模量；h＝层120的厚度；以及R＝该第二隔片相对于该旋转轴的径向位置。
Peff和R是根据该轮胎的使用而选择的设计参数。等式3指出该剪切层的弹性剪切模量与该剪切层的厚度的乘积约等于该地面接触压力与该第二隔片最外伸出径向位置的乘积。图13以曲线给出了在一个较宽接触压力范围中的关系，并可以用于估算许多不同状态的该剪切层特征。
参照图6，该幅条150是一个片形部件，它在径向上具有一个长度N，在相应于该环形带110轴向宽度的轴向具有一个宽度W，并在垂直于其它两个尺寸上具有一个厚度。该厚度大大地小于该长度N和宽度W，并且最好是该轮胎半径R的约1％至5％，它允许该幅条在压力下弯曲，如图1所示。最薄的辐板条基本没有抗压能力，将在接触区域上弯曲，即不提供大于可以忽略的压力来支承载荷。随着该幅条厚度的增加，这些幅条可以在地面接触区域提供一些压缩载荷支承压力。然而该幅条传递的主要载荷是拉力，特定的幅条厚度可以被选择来适应该车辆的特殊需要。
根据本发明的一个最佳实施例，该幅条150由具有10至100Mpa拉伸模量的材料构成。如果需要，可以加强该幅条。该幅条材料还可以具有弹性性能，在拉紧到30％之后可以恢复到初始长度，并在拉紧到4％时具有恒定的拉力。此外，在相应的工作状态下，具有不大于0.1的tanΔ的材料是希望的。例如，民用橡胶或聚亚胺酯材料可以满足这些需要。本发明人发现康涅狄格州Uniroyal Chemical division ofCrompton Corporation of Middlebury的Vibrathane B836牌聚氨酯适合于该幅条。
参照图2，在一个实施例中，该幅条150通过一个内安装环160相互连接，它环绕车轮或轮辋10安装到该轮胎。一个接合环170使该幅条150在径向外端相互连接。该接合环170将该幅条150与该环形带110连接。为了简便，该辐板条、安装环160和接合环170可以作为一个整体用单一材料模制。
此外，根据该环形带110和轮辋或车轮10的结构材料和制作工艺，一个分离的安装环160或接合环170可以被省去，幅条可以模制或成型直接附接于该环形带和车轮上。例如，如果该环形带或该车轮或轮辋用相同或相容的材料制造，在轮胎可以一步制造，该幅条与该环形带或车轮成形成或模制成一个整体，在这种情况下，该安装环160和/或接合环170作为该车轮或环形带的一部分整体构成。另外，该幅条150可以机械安装在该车轮上，例如在每个辐板条的内端提供一个扩大部分，与车轮上的一个长槽啮合。
本发明的轮胎支撑所施加载荷的方式可以参照图1至6理解。该环形带110的范围A，即不接触地面区域，像一个弓形作用，该幅条150受拉力，该轮胎上的载荷L从车辆(未示出)传递给基本上悬挂在弓形区域A的该轮辋或车轮10。在该过渡区域B和接触区域C中的辐板条没有受到拉力。根据一个最佳实施例，该幅条相对较薄，并不提供大于可以忽略的垂向承载力。当然，在该轮胎旋转时，起弓形作用的该环形带110的特定部分连续改变，然而该弓形的概念用于理解该机构。
具有高拉伸强度和低压缩强度的幅条获得几乎全部的载荷支撑力。为了有助于在地面接触区域上变弯，该幅条可以是弯曲的。该幅条可以模制成具有一曲率，并通过在冷却时的热收缩拉直，提供一个变弯的予处理。
该幅条150可以在该环形带110和该车轮10之间承受扭矩，例如，当对车轮施加扭矩时。此外，在诸如行驶或转弯时，该幅条150可以承受横向倾斜。可以理解，在该径向一轴向平面中的幅条150，即在径向和轴向都对齐，的幅条150对于轴向力具有很高的抵抗力，但如果在径向上被拉长，在环向上抵抗扭矩有困难。对于特定车辆和场合，例如产生相对小的加速力，具有在径向上对齐的相对短的辐板条的幅条束是适合的。
对于高扭矩的场合，图7-9所示结构之一可能更适合。在图7中，该幅条150在轴向看排列成重复的X形，它具有成对的在中间连接构成X的杆件。在图8中，该幅条相对该径向排列成曲折形。在图9中的辐板条以曲折形相对该轴向相邻幅条相反排列。在这些变换中，该排列在径向和环向都提供了受力部件，由此增加了抗扭矩性，同时保留了径向和横向的受力部件。该排列的角度可以根据所用辐板条的数量和相邻幅条的间距选择。
可以利用另一个变换的结构，如图10所示，该幅条在径向看可以排列成波浪形或V形。再一种变换是如图11所示相邻的幅条在轴向排列和横向排列之间交替排列。然而由于在接触区域的该幅条弯曲比较困难，这些变换可能不是最好的。
该幅条的变换结构允许根据接触压力及相互之间的强度协调该垂向、横向和切向强度。
垂向强度涉及承载时该轮胎的抗偏移能力。该轮胎的垂向强度受不与地面接触的轮胎部分载荷反作用的很大影响，该轮胎的“反向偏移”。图12以放大的比例显示了这种现象。当轮胎承受载荷L时，它偏移一个量f与地面接触的部分适应该地面形成一个地面接触区域C。可以注意到，为了参照图12描述，该轮胎轴X保持在一个固定的位置，地面向上朝该轴移动。该轮胎是一个弹性体，该垂向偏移f与该载荷L成比例，由此可以得出该轮胎的垂向强度Kυ。由于该环形带110(简要示出)受到趋于保持固定长度的该隔片(未示出)的约束而保持为该隔片的长度，该轮胎不与地面接触或反向偏移的部分，如图中虚线所示离开该接触区域C。该反向偏移量λ也与该载荷L成比例，并由此可以得到该反向偏移强度Kλ。该反向偏移强度Kλ主要与环向压缩强度和不与地面接触的幅条承受载荷的方式有关。为了减小延伸，该环形带包括横向和纵向弯曲。
通过将轴固定的该轮胎置于载荷F下，测量该接触区域的偏移和与接触区域相对的胎面的偏移，可以直接测量该反向偏移。然后通过该载荷F除以反向偏移量λ确定反向偏移强度。
特别是，该反向偏移强度Kλ基本上决定该轮胎的垂向强度，由此决定该轮胎轴在承载下的偏移。如图12中所见，该反向偏移强度Kλ确定该接触区域的长度。低反向偏移强度允许该环形带110在承载时垂直移动，并由此降低在这个偏移下的承载能力。
因此，高反向偏移强度的轮胎具有相对小的反向偏移和较长的接触区域。
图14以曲线给出了该轮胎反向偏移强度Kλ和垂向强度之间的近似关系。图14证明了垂向强度及本发明的所用的接触压力的独立性，这允许设计上具有在充气轮胎中是不能利用的灵活性。一个泄气的充气轮胎具有小于0.1DaN/mm2的单位接触区域宽度的反向偏移强度。根据本发明的轮胎可以设计成具有超过0.1DaN/mm2的单位接触区域宽度的反向偏移强度。
最好是，对于任何需要的场合的初始设计参数可以利用图14结合图13选择。一旦利用图13选定接触压力、垂向载荷和接触区域，该轮胎的垂向强度特征可以用图14确定。从图13获得的接近希望值的反向偏移强度Kλ，设计者可以利用解析工具，例如有限元解析，确定达到这个强度的结构。最后的工作是确定设计参数，包括制造和测试轮胎。
例如，为了设计用于小客车的轮胎，设计者可以选择1.5到2.5DaN/mm2的设计接触压力Peff，和约335mm半径的轮胎尺寸。通过这些数值的乘积，可以确定50.25到83.75DaN/cm的“剪切层因数”，它可以用于确定该剪切层厚度和剪切模量。在这种情况下，剪切模量在约3Mpa到约10Mpa的范围内，该剪切层的厚度至少为5mm，并且最好在约10mm到约20mm之间。
此外，根据本发明，该地面接触压力和该轮胎的强度是彼此不相关的，与两者相关联充气压力的充气轮胎相反。这样，轮胎可以被设计得具有高接触压力P，但具有相对低的强度。这在制造小质量和低滚定阻力，同时保持承载能力的轮胎是有利的。
该反向偏移强度Kλ可以以多种方式改变，一些设计参数用于调整这个强度，例如辐板条的模量、辐板条的长度、辐板条的曲率、辐板条的厚度、该环形带隔片的压缩模量、该剪切层的厚度、该轮胎的直径和该环形带的宽度。
垂向强度可以调整来优化给定轮胎承载能力。再者，垂向强度可以调整来提供减小厚度的环形带，用于降低接触压力或轮胎质量，同时保持所需的水平垂向强度。
通过该环形带和侧壁部分的向心力作用也可以影响本发明轮胎的垂向强度。当该轮胎滚动速度增加时，产生向心力。在常规径向轮胎中，向心力可以增加轮胎的工作温度，而本发明的轮胎相反，从该相同的力获得了意料不到的有益结果。当本发明的轮胎在承载下旋转时，向心力导致该环形带趋于环向伸长，并在该幅条上产生一个附加的拉力，该径向较硬的幅条趋于延长该轮胎外接触(图1中区域A)来抵消这些向心力，这形成了一个净向上的合成力。增加该轮胎的有效垂向强度，并减小相对静止的不旋转状态而言的径向偏移，当在该赤道面上的带的纵向强度(2*E’membrane)与该幅条的有效强度的比率小于100∶1时，这个结果达到显著的程度。
本领域技术人员在阅读上述说明中可以理解多种变换，在本发明构思和范围内的这些和其他变换由权利要求限定。
权利要求
1.一种结构支撑轮胎，包括一个加强环形带，具有一个弹性剪切层、至少一个附接在该弹性剪切层的径向里边的第一隔片、以及至少一个附接在该弹性剪切层的径向外边的第二隔片，其中每个隔片具有大于该剪切层剪切模量的环向拉伸模量；多个辐板条，横向延伸过该加强环形带并从该加强环形带径向向里延伸；以及用于连接该多个辐板条与一个车轮的装置。
2.根据权利要求1的轮胎，进一步包括一个设置在该加强环形带区域的径向外边的胎面部分。
3.根据权利要求1的轮胎，其中用于连接该多个辐板条与一个车轮的装置包括一个安装带，用于相互连接该辐板条的径向内端。
4.根据权利要求1的轮胎，其中用于连接该多个辐板条与一个车轮的装置包括一个在每个辐板条上的扩大部分，适于固定在车轮上的一个接合槽中。
5.根据权利要求1的轮胎，其中该多个辐板条进一步包括一个径向外带，用于相互连接该辐板条的径向外端。
6.根据权利要求1的轮胎，其中每个辐板条平行于该轴向排列。
7.根据权利要求1的轮胎，其中每个辐板条倾斜于该轴向排列。
8.根据权利要求6的轮胎，其中相互邻近的辐板条以倾斜于该轴向相反的倾角排列。
9.根据权利要求1的轮胎，其中相互邻近的辐板条以倾斜于该径向相反的倾角排列，在该赤道面上形成曲折形。
10.根据权利要求1的轮胎，其中该多个辐板条成对交叉排列，在该赤道面上形成重复的X形。
11.根据权利要求1的轮胎，其中该辐板条具有在该赤道面上的曲率，以在径向压缩下有助于弯曲。
12.根据权利要求1的轮胎，其中一个第一组辐板条平行于该轴向排列，一个第二组辐板条垂直于该轴向排列。
13.根据权利要求1的轮胎，其中每个辐板条具有不大于该轮胎半径约5％的厚度。
14.据权利要求1的轮胎，其中该隔片中的一个纵向拉伸模量与该剪切层的剪切模量的比例至少约100∶1。
15.根据权利要求14的轮胎，其中该隔片中的一个纵向拉伸模量与该剪切层的剪切模量的比例至少约1000∶1。
16.根据权利要求1的轮胎，其中该剪切层的弹性剪切模量与该剪切层的径向厚度的乘积约等于轮胎地面接触压力与该第二隔片最外区域径向位置的乘积。
17.根据权利要求1的轮胎，其中该弹性剪切层具有约3Mpa到约20Mpa的弹性剪切模量。
18.根据权利要求1的轮胎，其中至少每个第一和第二隔片包括嵌入弹性包覆层中的不可延伸芯线加强件层，该包覆层具有至少等于该剪切层弹性剪切模量的弹性剪切模量。
19.根据权利要求18的轮胎，其中该第一和第二隔片的芯线加强件相对该轮胎环向构成约10°至45°之间的角度。
20.根据权利要求1的轮胎，其中该第二隔片具有一个弓形横向形状，其横向曲率半径小于该胎面部分径向最外表面的横向曲率半径。
21.根据权利要求1的轮胎，其中该第二隔片是波浪形的，它在径向上具有一个波幅，在轴向上具有一个波长。
22.根据权利要求1的轮胎，其中该第一和第二隔片是由相同的材料、一个纤维加强基体、以及一个具有不连续加强件的层中的一种形成。
23.一种结构支撑车轮—轮胎，包括一个加强环形带，它包括一个弹性剪切层、至少一个附接在该弹性剪切层的径向里边的第一隔片、以及至少一个附接在该弹性剪切层的径向外边的第二隔片，其中每个隔片具有大于该剪切层剪切模量的环向拉伸模量；一个胎面，附接在该加强环形带径向最外区域上；多个辐板条，横向延伸过该加强环形带并从该加强环形带径向向里延伸；以及一轮胎，位于该多个辐板条的径向里边，并与其相互连接。
24.根据权利要求23的车轮—轮胎，其中该车轮和该多个幅条是一个整体模制的单元。
25.根据权利要求23的车轮—轮胎，其中该多个幅条的每一个机械地与该车轮相互连接。
26.根据权利要求23的车轮—轮胎，其中该多个幅条通过一个附接在该车轮上的安装环相互连接。
全文摘要
一种结构支撑轮胎，包括一个胎面部分、一个该胎面部分径向里面的加强环形带、以及多个横向延伸过该加强环形带并从该加强环形带径向向里延伸并固定在一个车轮或轮辋上的辐板条。该加强环形带包括一个弹性剪切层、至少一个附接在该弹性剪切层的径向里边的第一隔片、以及至少一个附接在该弹性剪切层的径向外边的第二隔片。该隔片具有有效地大于该剪切层剪切模量的纵向拉伸模量，使得在承载下，该轮胎接触地面部分通过剪切层中的剪切拉伸变成平的接触区域，同时保持该隔片长度基本恒定，通过在不与该该轮胎地面接触部分连接的辐板条中的拉力，该辐板条转递该环形带和该轮辋之间的载荷力。
文档编号B60C7/00GK1545454SQ01823573
公开日2004年11月10日 申请日期2001年8月24日 优先权日2001年8月24日
发明者T·B·赖恩, R·H·汤普森, S·M·克龙, K·W·德米诺, T B 赖恩, 克龙, 德米诺, 汤普森 申请人:米其林技术公司, 米其林研究和技术股份有限公司