用于结构性支撑轮胎的剪切带的制作方法

本发明一般涉及车辆轮胎和车轮，并且更加具体地涉及非充气轮胎/车轮组件。

背景技术：

一个多世纪以来，充气轮胎一直作为车辆移动性的所选择的解决方案。当今的带束层、径向胎体、充气轮胎是提供用于支撑所应用的载荷的有效手段并且允许合理的竖直和侧向柔度的卓越产品。充气轮胎机械属性的获得很大程度上是由于轮胎腔体中的内空气压力的作用。对充气压力的反作用校正带束层和胎体部件的刚性。充气压力因此是对于充气轮胎来说是最重要的设计参数之一。

获得充气轮胎的最佳性能需要良好的压力维持。低于规定压力的充气压力能够导致燃料经济性损失。首要重要的是常规充气轮胎在完全失去充气压力之后几乎没有用处。为了在轮胎完全失去空气压力后车辆的继续移动性，已经提出了许多轮胎构造。可商业获得的失压续跑轮胎方案是具有额外的侧壁增强物或填充物的充气轮胎，以便允许侧壁在放气操作期间在压缩状态下用作载荷支撑构件。该额外的增强物通常导致更高的轮胎质量以及降低的驾驶舒适度的缺点。提供失压续跑能力的其他尝试实质上采用在胎冠部分中基本上环形的增强带。在这些方案中，胎面部的刚性部分地由环形增强带的固有特性产生并且部分地由对充气压力的反作用产生。另外的其他方案依赖于附接到车轮上的次级内部支撑结构。这些支撑件增加所安装的组件的质量，并且增加安装难度或者可能需要使用多件式轮辋。所有这些方法是其他的充气轮胎结构的混合并且受到对于充气和放气状态都不是最佳的设计妥协的损害。此外，这些失压续跑方案需要使用一些手段监控轮胎的充气压力，并且如果充气压力在推荐极限之外时通知车辆驾驶员。

被设计成在没有充气压力的情况下操作的轮胎可以消除与充气轮胎相关联的许多问题和妥协。既不需要压力维持也不需要压力监控。结构地支撑的轮胎，诸如实心轮胎或其他弹性体结构，到目前为止尚未提供常规充气轮胎所要求的性能水平。实现充气轮胎那样的性能的结构地支撑的轮胎方案将是期望的改进。

技术实现要素：

根据本发明的结构性支撑轮胎包括与地面接触的环形胎面部，用于支撑轮胎上的载荷的环形箍结构，以及固定至车辆轮辋和胎面部的帘布层结构。箍结构固定至帘布层结构的径向内表面。箍结构包括第一双层钢丝帘线和第二双层钢丝帘线，该第一双层钢丝帘线和第二双层钢丝帘线将第一层非织物增强物、第二层非织物增强物以及单层钢丝帘线夹在中间。

根据轮胎的另一方面，帘布层结构的内径通过两个机械夹具附接至车辆轮辋，该机械夹具的每一个夹持帘布层结构的一部分。

根据轮胎的又另一方面，帘布层结构的内径通过机械夹具附接至车辆轮辋，并且通过添加环来加强夹持力，帘布层结构围绕该环折叠。

根据轮胎的又另一方面，通过调节机构来使第一轴向界限与第二轴向界限之间的轴向距离减小，从而使得该轴向距离小于胎面部的轴向宽度。

根据轮胎的又另一方面，箍结构由多个层构成，从而允许该多个层之间的剪切应变。

根据轮胎的又另一方面，第一双层钢丝帘线相对于轮胎的周向方向以-5°至+5°之间的角度延伸。

根据轮胎的又另一方面，第二双层钢丝帘线相对于轮胎的周向方向以-5°至+5°之间的角度延伸。

根据轮胎的又另一方面，单层钢丝帘线吸收第一双层与第二双层之间的剪切应变。

根据轮胎的又另一方面，第一层非织物增强物由聚合物或者尼龙6,6材料组成。

根据本发明的结构性支撑轮胎和轮辋组件包括：与地面接触的环形胎面部；环形箍结构，该环形箍结构用于支撑轮胎上的载荷，箍结构包括第一双层钢丝帘线和第二双层钢丝帘线，该第一双层钢丝帘线和该第二双层钢丝帘线将第一层非织物增强物、第二层非织物增强物以及单层钢丝帘线夹在中间；以及帘布层结构，该帘布层结构固定至车辆轮辋。

根据组件的另一方面，帘布层结构包括在车辆轮辋与邻近的箍结构之间延伸的多个材料带。

根据组件的又另一方面，帘布层结构由在车辆轮辋与邻近的箍结构之间反复延伸的一个单个材料带组成。

根据组件的又另一方面，单层钢丝帘线吸收第一双层与第二双层之间的剪切应变。

另一结构性支撑轮胎包括：与地面接触的环形胎面部；环形箍结构，该环形箍结构用于支撑轮胎上的载荷，箍结构包括第一双层钢丝帘线和第二双层钢丝帘线，该第一双层钢丝帘线和该第二双层钢丝帘线将第一层非织物增强物、第二层非织物增强物以及单层钢丝帘线夹在中间；以及帘布层结构，该帘布层结构固定至第一轴向界限并且径向向外延伸至邻近的箍结构，并且从邻近的箍结构进一步径向向内延伸至第二轴向界限，帘布层结构固定至第一轴向界限和第二轴向界限。

本发明包括以下方案：

方案1.一种结构性支撑轮胎，其特征在于，所述结构性支撑轮胎包括：

与地面接触的环形胎面部；

环形箍结构，所述环形箍结构用于支撑所述轮胎上的载荷，所述箍结构包括第一双层钢丝帘线和第二双层钢丝帘线，所述第一双层钢丝帘线和所述第二双层钢丝帘线将第一层非织物增强物、第二层非织物增强物以及单层钢丝帘线夹在中间；以及

帘布层结构，所述帘布层结构固定至车辆轮辋和所述胎面部，所述箍结构固定至所述帘布层结构的径向内表面。

方案2.根据方案1所述的结构性支撑轮胎，其特征在于，所述帘布层结构的内径通过两个机械夹具附接至所述车辆轮辋，所述机械夹具的每一个夹持所述帘布层结构的一部分。

方案3.根据方案1所述的结构性支撑轮胎，其特征在于，所述帘布层结构的内径通过机械夹具附接至所述车辆轮辋，并且通过添加环来加强夹持力，所述帘布层结构围绕所述环折叠。

方案4.根据方案1所述的结构性支撑轮胎，其特征在于，通过调节机构来使所述第一轴向界限与所述第二轴向界限之间的轴向距离减小，从而使得所述轴向距离小于所述胎面部的轴向宽度。

方案5.根据方案1所述的结构性支撑轮胎，其特征在于，所述箍结构由多个层构成，从而允许所述多个层之间的剪切应变。

方案6.根据方案1所述的结构性支撑轮胎，其特征在于，所述第一双层钢丝帘线相对于所述轮胎的周向方向以-5°至+5°之间的角度延伸。

方案7.根据方案7所述的结构性支撑轮胎，其特征在于，所述第二双层钢丝帘线相对于所述轮胎的周向方向以-5°至+5°之间的角度延伸。

方案8.根据方案8所述的结构性支撑轮胎，其特征在于，所述单层钢丝帘线吸收所述第一双层与所述第二双层之间的剪切应变。

方案9.根据方案9所述的结构性支撑轮胎，其特征在于，所述第一层非织物增强物由尼龙材料组成。

方案10.一种结构性支撑轮胎和轮辋组件，其特征在于，所述结构性支撑轮胎和轮辋组件包括：

与地面接触的环形胎面部；

环形箍结构，所述环形箍结构用于支撑轮胎上的载荷，所述箍结构包括第一双层钢丝帘线和第二双层钢丝帘线，所述第一双层钢丝帘线和所述第二双层钢丝帘线将第一层非织物增强物、第二层非织物增强物以及单层钢丝帘线夹在中间；以及

帘布层结构，所述帘布层结构固定至车辆轮辋。

方案11.根据方案10所述的组件，其特征在于，所述帘布层结构包括在所述车辆轮辋与邻近的所述箍结构之间延伸的多个材料带。

方案12.根据方案10所述的组件，其特征在于，所述帘布层结构由在所述车辆轮辋与邻近的所述箍结构之间反复延伸的一个单个材料带组成。

方案13.根据方案10所述的组件，其特征在于，所述单层钢丝帘线吸收所述第一双层与所述第二双层之间的剪切应变。

方案14.一种结构性支撑轮胎，其特征在于，所述结构性支撑轮胎包括：

与地面接触的环形胎面部；

环形箍结构，所述环形箍结构用于支撑轮胎上的载荷，所述箍结构包括第一双层钢丝帘线和第二双层钢丝帘线，所述第一双层钢丝帘线和所述第二双层钢丝帘线将第一层非织物增强物、第二层非织物增强物以及单层钢丝帘线夹在中间；以及

帘布层结构，所述帘布层结构固定至第一轴向界限并且径向向外延伸至邻近的箍结构，并且从邻近的箍结构进一步径向向内延伸至第二轴向界限，所述帘布层结构固定至所述第一轴向界限和所述第二轴向界限。

附图说明

通过参照如下描述以及附图将更好地理解本发明，在附图中：

图1是根据本发明的轮胎/车轮组件的一部分的示意性横截面图；

图2是根据本发明的另一轮胎/车轮组件的一部分的示意性横截面图；

图3是用于与本发明一起使用的轮胎/车轮组件的示意性横截面图；

图4是沿着图3中的线“4-4”截取的示意性立视图；以及

图5是描述剪切带的剪切刚度的示意图。

定义

对于本说明书，如下定义下列术语。

“赤道面”表示垂直于轮胎的旋转轴线并且穿过轮胎的中心线的平面。

“子午线面”表示平行于轮胎的旋转轴线并且从所述轴线径向向外延伸的平面。

剪切带的“剪切刚度（shearstiffness）”ga。剪切刚度ga可以通过测量力f在长度l的剪切带上引起的偏转δx来确定，如在图5以及如下方程式中所示：ga=f*l/δx

剪切带的“弯曲刚度（bendingstiffness）”ei。弯曲刚度ei可以使用三点弯曲试验通过梁力学来确定。ei可以表示置于两个辊子支撑件上并且经受施加在梁的中间的集中载荷的梁。可以通过如下方程式来确定弯曲刚度ei：ei=pl3/48*δx，其中，p是载荷，l是梁长度，并且δx是偏转量。

剪切带的“伸展刚度（extensionalstiffness）”ea。伸展刚度ea可以通过在剪切带的周向方向上施加张力并且测量长度的变化来确定。

“迟滞（hysteresis）”表示在10%的动态剪切应变以及在25℃下测量的动态损耗正切。

具体实施方式

常规结构性支撑轮胎可以在没有气体充气压力的支撑的情况下支撑载荷。这种轮胎可以具有与地面接触的胎面部，从胎面部径向向内延伸的侧壁部，以及在侧壁部的端部处的胎圈部。胎圈部可以将轮胎锚固至车辆车轮。胎面部、侧壁部以及胎圈部可以限定中空环形空间。替代地，胎圈部和胎面部可以通过常规连接板在径向方向上连接，该常规连接板可以由多个不同的几何结构组成。这些几何结构可以包括多个径向轮辐或者诸如六边形的多边形网。

一种常规结构性支撑轮胎可以具有连接板或者附接至其的侧壁部。该连接板或者侧壁结构不会径向地延伸超出第一膜状物的径向内侧。该附接可以通过粘合剂结合而实现。由于该轮胎的第一膜状物和第二膜状物以及中间剪切层一起具有很大的箍（hoop）压缩刚度，因此连接板或者侧壁部与第一膜状物的径向内侧之间的界面可能将必然地暴露于很大的剪切应力，使得当轮胎在载荷下旋转时（诸如，大量载荷循环等），该剪切应力趋于降级或者损坏界面处的粘合剂结合。

连接板或者侧壁部或者帘布层结构可以径向向外延伸至箍结构外。替代地，连接板或者侧壁部或者帘布层结构可以在箍结构的第一膜状物与第二膜状物之间或者在第二膜状物与第三膜状物之间径向地延伸。可以通过固化步骤、凝聚和/或通过粘合来将该结构固定在一起。由于连接板或者侧壁部或者帘布层结构径向地定位在箍结构内，因此各层的界面可能不会有利地消除和/或极大地减轻由常规轮胎所引起的损坏性剪切应力。

可以通过在径向方向上或者在径向方向附近定向的基本上不能伸展的帘线来增强连接板或者侧壁部或者帘布层结构。侧壁部的力/伸长特性可能是使得张力引起连接板或者侧壁部或者帘布层结构的最小伸长，诸如，弦（string）的张力的增加可能会引起该弦的最小伸长。例如，连接板或者侧壁部或者帘布层结构可能在张力下具有高的刚度，而在压缩上具有非常低的刚度。

连接板或者侧壁部或者帘布层结构在张力下可以是基本上不能伸展的并且对压缩和/或屈曲（buckling）基本上没有阻力。在该条件下，外部施加的载荷可以在轮轴上方的区域中大体上由连接板或者侧壁部或者帘布层结构中的竖直张力来支撑，而不需要轮轴下方的区域中的竖直张力。竖直刚度可能涉及轮胎在载荷下抵抗竖直偏转的能力。根据本发明的轮胎或者组件不需要充气支撑，并且因此不存在气压维持或者由于突然损失压力而引起的性能损失。

如在图3至图4中所示，用于与本发明一起使用的示例结构性支撑轮胎10可以包括：与地面接触的环形胎面部20，用于支撑轮胎上的载荷的箍结构30，以及帘布层结构60，该帘布层结构60固定至轮辋1的外径的第一轴向界限，并且径向向外延伸并在箍结构与胎面部之间延伸，并且进一步从箍结构与胎面部之间径向向内延伸至轮辋的外径的第二轴向界限。胎面部20可以固定至帘布层结构60的径向外表面62。箍结构30可以固定至帘布层结构60的径向内表面64。帘布层结构60与轮辋1的附接可以以多种方式来实现。例如，车辆轮辋1可以具有第一夹具3和第二夹具5。第一夹具3可以挤压并固定帘布层结构60的第一部分65。第二夹具5可以挤压并固定帘布层结构60的第二部分66。

替代地，第一夹具3可以挤压并固定帘布层结构60的第一部分65以及第一环（未示出）两者，因而消除使第一环不能伸展（例如，像常规胎圈结构一样）的必要。第一夹具5可以挤压并固定帘布层结构60的第二部分66以及第二环（未示出）两者，因而消除使第二环不能伸展（例如，像常规胎圈结构一样）的必要。因此，如果使用的话，该不承载载荷的第一环和第二环可以是便宜的材料，诸如，非常便宜的聚合物o形环。另外，还可以使用粘合剂以及机械紧固件4和6（例如，螺栓等）来挤压/固定和/或补充与帘布层结构的第一部分65和第二部分66的附接。

如在图4中所示，帘布层结构60可以由材料带70限定，材料带70从第一夹具3径向向外延伸并且围绕箍结构30并且延伸至第二夹具5。如下文所描述的，带70可以是能够承载大的张力载荷和非常小的压缩载荷的分层且增强的帘布层材料。

如上文所描述的，轮胎10可以包括箍结构或者剪切带30以及帘布层结构60。帘布层结构60可以以常规胎圈直径进行构件并且然后被向上拉伸到剪切带30上方。帘布层结构60的路径可以从剪切带30的径向最外部分径向向内延伸。这可以允许使帘布层帘线增强以便给剪切带30提供侧向强度，同时还对帘布层结构60的径向外部部分与剪切带的径向内部部分之间的任何间隙的一部分进行填充。角度θ可以发生变化以便调节帘布层结构60中的张力并且同样增加和/或调整轮胎10的总体侧向刚度。如果需要的话，角度θ还可以是零度或者甚至是负值（未示出）。因此，角度θ提供重要的调整参数，该重要的调整参数是任何常规结构性支撑的非充气或者充气轮胎所缺少的。

增强的环形带或者箍结构30可以设置在胎面部20径向向内部。环形带30可以包括弹性体剪切层，第一膜状物以及第二膜状物，该第一膜状物具有粘附至弹性体剪切层的径向最内范围的增强层，该第二膜状物具有粘附至弹性体剪切层的径向最外范围的增强层。胎面部20可以没有沟槽或者可以具有在其之间形成基本上纵向的胎面花纹条的多个纵向定向的胎面沟槽。花纹条可以进一步横向地或者纵向地被划分以便形成适于特定车辆应用的使用要求的胎面花纹。胎面沟槽可以具有符合轮胎的预期使用的任何深度。

第二膜状物可以从胎面沟槽的底部径向向内偏移充分的距离以便防止第二膜状物的结构受到胎面部20的切口和小的穿透的影响。该偏移距离可以取决于轮胎10的预期使用而增加或者减小。例如，重型卡车轮胎可以使用约5mm至7mm的偏移距离。

第一膜状物和第二膜状物的每个层可以包括嵌入在弹性体涂层中的基本上不能伸展的增强帘线。对于由弹性体材料构造而成的轮胎，膜状物可以通过弹性体材料的硫化来粘附至剪切层。膜状物可以通过任何其它合适的化学结合或者粘合剂结合或者机械固定而粘附至剪切层。

第一膜状物和第二膜状物的增强帘线可以是合适的轮胎带束层增强物，诸如，单纤维丝或者钢丝帘线、芳纶和/或其它高模量纺织品。例如，增强帘线可以是四条直径为0.28mm的丝线的钢丝帘线（4×0.28）。尽管增强帘线可以针对每个膜状物发生变化，但对于满足环形带所要求的拉伸强度、弯曲强度以及压缩屈曲阻力的要求的任何合适的材料都可以用于膜状物。另外，膜状物结构可以是均质材料、纤维增强基体或者具有离散的增强元件（例如，短纤维、纳米管等）的层。

在第一膜状物中，各层可以具有相对于轮胎赤道面以一定角度定向的基本上平行的帘线，并且相应邻近层的帘线可以具有相反的定向。也就是说，在一个层中角度为+α以及在另一邻近层中角度为-α。类似地，对于第二膜状物，各层可以具有分别相对于赤道面以角度+β和-β定向的基本上平行的帘线。角度α和β可以在约-5°至约+5°的范围内。替代地，膜状物中的邻近层的帘线可以不是以相等和相反的角度进行定向。例如，可以期望的是，邻近层的帘线相对于轮胎赤道面非对称。各层的帘线可以嵌入在具有约20mpa的剪切模量的弹性体涂层中。该涂层的剪切模量可以大于剪切层的剪切模量，以便使得环形带的变形主要是由于剪切层内的剪切变形。

在轮胎的竖直偏转增加时，接触长度或者印迹可能会增加，从而使得第二膜状物中的压缩应力超过其临界屈曲应力并且可能发生第二膜状物的纵向屈曲。该屈曲现象可能引起印迹区域的纵向延伸区段具有减小的接触压力。当膜状物的屈曲得到缓解和/或被避免时，可以在印迹的长度上实现更加均匀的地面接触压力。

箍结构30可以类似于上文所描述的环形带，其是金属、聚合物、橡胶、增强橡胶或者纤维的环形均质箍，和/或交替的钢丝帘线层或者纤维层和橡胶剪切层的多层结构，只要该箍结构能够通过其压缩箍强度来支撑适当的载荷。一旦轮胎10被完全构造，则可以通过轮胎的整体结构（例如，摩擦、机械约束等）或者通过粘合剂来将箍结构30固定至帘布层结构60的径向内表面64。这与常规的充气和非充气轮胎不同，在常规充气和非充气轮胎中，箍结构仅连接至连接结构的径向外表面，该连接结构是帘布层，加压空气与帘布层的组合，轮辐或者其它网状几何结构。根据本发明的轮胎10可以导致处于压缩中的箍结构30与帘布层结构60之间的界面距印迹（例如，轮胎的顶部）180度，此处张力帘布层载荷最高。

剪切带30的材料可以具有在15mpa至80mpa或者在40mpa至60mpa的范围内的剪切模量。剪切模量是使用纯剪切变形试验，记录应力和应变，并且确定所导致的应力-应变曲线的斜率来定义的。可以期望的是使ei最大化并且使ga最小化。常规轮胎的可接受的ga/ei比可以在0.01与20.0之间。然而，剪切带30的可接受的ga/ei比为0.02至100.0，或者在21.0与100.0之间，或者在1.0与50.0之间。

胎面部20可以通过粘合剂被固定至帘布层结构60的径向外表面62。箍结构30可以具有凹形或者环面形状，从而如所期望地产生弧形胎面部20。箍结构30和帘布层结构60因此可以限定腔体68，该腔体68可以或者可以不朝向大气开放和/或是未加压的。当胎面部20已经由于使用而受到适当磨损时，整个车辆轮辋/轮胎组件10可以保持组装状态，而胎面部的其余部分则被磨掉并且用新的胎面部来替换，这类似于常规轮胎翻修过程。

有利地，根据本发明，上述剪切带30可以由剪切带130替换。如图1中所示，剪切带130可以包括第一双层钢丝帘线131和第二双层钢丝帘线132，该第一双层钢丝帘线131和第二双层钢丝帘线132将第一层大号（jumbo）帘线141、第二层大号帘线142以及单层钢丝帘线151夹在中间。钢丝帘线131、132、151可以包括类似于如上文所描述的在充气轮胎的常规覆盖层包中使用的那种帘线构造。大号帘线141和142可以包括合股有机纤维，诸如，尼龙帘线。钢丝帘线131、132、151以及大号帘线141、142可以以约-5°至约+5°的范围内的角度延伸。

剪切带130的这种构造可以减轻切口扩散，具有更高的断裂伸长率，具有更高的冲击阻力，具有更好的疲劳性能，具有更高的弯曲阻力，具有更小的湿度敏感性，产生较低的滚动阻力，并且比单纤维丝设计产生更少的热量。

再次有利地，根据本发明，上述剪切带30可以由另一剪切带230替换。如图2中所示，剪切带230可以包括第一双层钢丝帘线231和第二双层钢丝帘线232，该第一双层钢丝帘线231和第二双层钢丝帘线232将第一层非织物增强物241、第二层非织物增强物242以及单层钢丝帘线251夹在中间。钢丝帘线231、232、251可以包括类似于如上文所描述的在充气轮胎的常规覆盖层包中使用的那种帘线构造。钢丝帘线231、232、251可以以约-5°至约+5°的范围内的角度延伸。

非织物增强物241和242可以包括竖直地或者径向地重叠的非织物单独聚酯长丝，其粘结至剪切带230的橡胶基体。剪切带230的这种构造可以减轻切口扩散，具有更高的断裂伸长率，具有更高的冲击阻力，具有更好的疲劳性能，具有更高的弯曲阻力，具有更小的湿度敏感性，产生较低滚动阻力，并且比单纤维丝设计产生更少的热量。

申请人理解的是，通过阅读上述说明书，许多其它变型例对于本领域的技术人员而言是明显的。这些变型例和其它变型例都包括在如下所附的权利要求书限定的本发明的精神和范围内。