專利名稱：包括螺旋彈簧的不充氣輪胎的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種輪胎。
背景技術(shù)：
國(guó)家航空航天管理局(NASA)開發(fā)新型地面車輛，以支持長(zhǎng)距離月球探索和月球基地的開發(fā)。這些車輛將比阿波羅計(jì)劃在19世紀(jì)60年代后期開發(fā)的月球車(LRV)更重且行駛的距離更大。因此，與阿波羅LRV上使用的輪胎相比，將需要新型的輪胎來支撐高達(dá)十倍的重量和堅(jiān)持高達(dá)一百倍的行駛距離，從而需要與地球上使用的轎車相類似的操作特性。 然而，傳統(tǒng)的橡膠充氣輪胎在月球上無法令人滿意地工作。例如，橡膠特性在陰影中的低溫(低至40 K)與陽光中的高溫(高達(dá)400 K)之間會(huì)顯著地變化。另外，當(dāng)沒有大氣保護(hù)而暴露于太陽直接輻射時(shí)，橡膠會(huì)降解。最后，由于輪胎漏氣的可能性，對(duì)于載人月球車來說，填充空氣的輪胎是不允許的。為了克服這些限制， 為阿波羅月球車已開展了輪胎設(shè)計(jì)，并該輪胎設(shè)計(jì)已成功應(yīng)用在阿波羅任務(wù)15、16和17號(hào)上。該輪胎由琴弦編織而成，其耐月球溫度變化和太陽輻射，操作于真空之中，并且不需要空氣用于負(fù)載支撐。該結(jié)構(gòu)還用于吻合月球地形，有助于牽引并減小傳遞到阿波羅月球車的振動(dòng)。因?yàn)閷?duì)月球車的新的重量和距離的要求，所以需要具有更高強(qiáng)度和耐用性的輪胎。—個(gè)傳統(tǒng)車輪與非充氣輪胎總成具有可變的直徑，除了改變其直徑之外，該總成還可改變其寬度，從而增大車輪接合地面的面積。因此，該非充氣輪胎可根據(jù)其行駛的地形來調(diào)節(jié)，以提高車輛的性能。該輪胎具有弓形構(gòu)件，該弓形構(gòu)件具有連接輪轂的第一端和第二端。該弓形構(gòu)件在第一端和第二端之間以弧形向外延伸。該弓形構(gòu)件形成繞著輪轂在周向上間隔開并且從輪轂徑向向外延伸的多個(gè)撓性箍。更具體地，該傳統(tǒng)的非充氣輪胎形成由38個(gè)等距間隔的徑向延伸箍組成的骨架， 所述箍在輪轂的軸向外緣之間成弓形。所述箍由填充的螺旋鋼彈簧制成，該金屬絲切割成期望長(zhǎng)度并穿過所述彈簧的中心。傳統(tǒng)的輪轂可軸向擴(kuò)張/收縮，以改變輪胎的直徑。發(fā)現(xiàn)阿波羅月球車輪胎的原來的絲網(wǎng)設(shè)計(jì)無法容易地可擴(kuò)展。具體地，為制造支撐原始設(shè)計(jì)的十倍載荷的輪胎而增大線絲直徑，產(chǎn)生了兩個(gè)明顯的限制1)喪失了吻合地形的能力，從而限制了牽引和隔離振動(dòng)的能力；和2)增大的線絲應(yīng)力限制了使用壽命。根據(jù)本發(fā)明的輪胎克服了這些限制因素，為輪胎帶來了適用于月球、地球、以及其它行星表面的革新技術(shù)進(jìn)步。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的輪胎包括多個(gè)螺旋彈簧。每個(gè)螺旋彈簧都包括第一端部部分、第二端部部分、以及將所述第一端部部分與所述第二端部部分互相連接的弓形中間部分。每個(gè)螺旋彈簧都與多個(gè)螺旋彈簧的至少另一個(gè)螺旋彈簧交織，從而形成繞著輪胎的整個(gè)圓周延伸的編織環(huán)面結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一子組的螺旋彈簧緊固至車輪的第一環(huán)形輪輞和/或車輪的第二環(huán)形輪輞。根據(jù)本發(fā)明的再一方面，在輪胎的每個(gè)軸向側(cè)都具有環(huán)形輪輞的車輪將輪胎緊固至車輪上。根據(jù)本發(fā)明的又一方面，所述編織環(huán)面結(jié)構(gòu)限定了輪胎的第一簾布層。根據(jù)本發(fā)明的再一方面，第二簾布層徑向地重疊第一簾布層。根據(jù)本發(fā)明的又一方面，所述第二簾布層包括具有多個(gè)螺旋彈簧的編織環(huán)面結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明的再一方面，所述第二簾布層的每個(gè)螺旋彈簧都包括第一端部部分、 第二端部部分、以及弓形中間部分。所述第二簾布層的每個(gè)螺旋彈簧與第二簾布層的至少另一個(gè)螺旋彈簧交織，從而形成繞著輪胎的整個(gè)圓周延伸的編織環(huán)面結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明的另一輪胎包括多個(gè)彈簧。每個(gè)彈簧都包括第一端部部分、與第一端部部分相對(duì)的第二端部部分、以及將所述第一端部部分和所述第二端部部分互相連接的弓形中間部分。每個(gè)彈簧都從所述第一端部部分徑向向外延伸至中間部分并且從所述中間部分徑向向內(nèi)延伸至所述第二端部部分。每個(gè)彈簧都與在該彈簧的第一側(cè)上的相鄰彈簧交織，并且進(jìn)一步與在該彈簧的第二相反側(cè)上的相鄰彈簧交織，從而形成繞著所述輪胎的整個(gè)圓周延伸的環(huán)面結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，每個(gè)彈簧的第一端部部分緊固至車輪的第一環(huán)形輪輞并且每個(gè)彈簧的第二端部部分緊固至車輪的第二環(huán)形輪輞。根據(jù)本發(fā)明的又一方面，每個(gè)彈簧形成從車輪徑向向外延伸的弓形。根據(jù)本發(fā)明的再一方面，在輪胎的每個(gè)軸向側(cè)都具有環(huán)形輪輞的車輪將彈簧緊固至車輪上。 根據(jù)本發(fā)明的又一方面，所述環(huán)面結(jié)構(gòu)限定了輪胎的第一簾布層。根據(jù)本發(fā)明的再一方面，第二簾布層徑向地重疊第一簾布層。根據(jù)本發(fā)明的又一方面，所述第二簾布層包括具有多個(gè)彈簧的環(huán)面結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明的再一方面，第二簾布層的每個(gè)彈簧都包括第一端部部分、與所述第一端部部分相對(duì)的第二端部部分、以及將所述第一端部部分與所述第二端部部分互相連接的弓形中間部分。所述第二簾布層的每個(gè)彈簧從所述第一端部部分徑向向外延伸至所述中間部分并且從所述中間部分徑向向內(nèi)延伸至所述第二端部部分。每個(gè)彈簧與在該彈簧的第一側(cè)上的相鄰彈簧交織，并且進(jìn)一步與在該彈簧的第二相反側(cè)上的相鄰彈簧交織，從而形成繞著輪胎的整個(gè)圓周延伸的環(huán)面結(jié)構(gòu)。


圖1表示傳統(tǒng)金屬絲網(wǎng)片材的示意圖。圖2表示用于與本發(fā)明一起使用的一片交織螺旋彈簧。圖3表示形成圖2中的片材的中間步驟。圖4表示形成圖2中的片材的另一中間步驟。圖5表示將兩個(gè)片材(例如圖2中的片材)緊固在一起的步驟。圖6表示用于與本發(fā)明一起使用的螺旋彈簧。圖7表示圖6中的螺旋彈簧處于撓曲狀態(tài)。圖8表示根據(jù)本發(fā)明的輪胎與車輪總成的示意圖。圖9表示通過圖8中線9-9的截面。圖10表示通過圖9中線10-10的截面。
具體實(shí)施例方式輪胎可包括交織的多個(gè)螺旋彈簧(即，在載荷下彈性變形而幾乎沒有能量損失的螺旋線)。輪胎限定了用于安裝至車輪的環(huán)面形結(jié)構(gòu)。輪胎可吻合輪胎接合的表面，以便于牽引，同時(shí)減輕傳遞至相應(yīng)車輛的振動(dòng)。螺旋彈簧支撐和/或分布車輛的負(fù)載。輪胎可為充氣的或不充氣的。在車輛的重量下，輪胎可被驅(qū)動(dòng)、拖動(dòng)或給車輛提供轉(zhuǎn)向。輪胎的螺旋彈簧可通過相對(duì)于彼此彎曲和移動(dòng)而被動(dòng)地吻合任何地形。螺旋彈簧的交織結(jié)構(gòu)給輪胎提供了穩(wěn)定性，并且在輪胎旋轉(zhuǎn)和接合變化地形時(shí)防止該結(jié)構(gòu)塌縮。輪胎的螺旋彈簧可在有限變形范圍內(nèi)是彈性的，從而可使用相對(duì)較剛性的框架來防止過大變形。徑向取向的彈簧可用于將輪胎連接到車輪上。這些彈簧可以是交織的。以分布負(fù)荷為目的，其它彈簧可從徑向到周向以任意的偏角與輪胎相結(jié)合。這些其它彈簧可為螺旋彈簧。另外，作為一個(gè)例子，這些其它彈簧可在輪胎的徑向外部部分繞著輪胎周向地延伸?？稍黾幽愁愅飧矊?即，胎面)，以保護(hù)螺旋彈簧不受沖擊損害和/或改變輪胎漂移和產(chǎn)生牽引的能力。作為一個(gè)例子，可使用四個(gè)基本步驟來制造一個(gè)示例輪胎i)將螺旋彈簧扭絞在一起，以形成具有對(duì)應(yīng)于期望輪胎圓周的長(zhǎng)度的矩形片；ii)將彈簧矩形片的端部交織，形成網(wǎng)狀圓筒；iii)折疊網(wǎng)狀圓筒的一端，并將其連接到車輪的輪輞；和iv)將網(wǎng)狀圓筒的另一端里面朝外地翻，并將其連接到車輪的另一軸向相對(duì)的輪輞。根據(jù)本發(fā)明的輪胎可用在地球、月球、火星和/或任意其它行星體上，因?yàn)樗脑谶@些行星的大氣和地形條件下能可靠地操作。該輪胎可獨(dú)立地應(yīng)用，或者結(jié)合進(jìn)其它輪胎類型中作為局部或輔助載荷支撐/分布系統(tǒng)。然而，該輪胎不需要空氣，不需要橡膠，操作在困難環(huán)境中，并且吻合所有地形。輪胎提供了對(duì)阿波羅月球車的傳統(tǒng)絲網(wǎng)輪胎的改進(jìn)。由于螺旋彈簧的線材尺寸可被增大而功能改變相對(duì)很小，所以輪胎提供了更高的承載能力。由于螺旋彈簧的線材應(yīng)力在整個(gè)結(jié)構(gòu)上分布得更加均勻，所以輪胎提供了更長(zhǎng)的循環(huán)壽命。另外，由于交織的螺旋彈簧網(wǎng)織品比卷曲的金屬絲網(wǎng)從根本上強(qiáng)度更高，所以對(duì)于每單位的被支撐的車輛重量，輪胎提供相對(duì)低的重量。另外，由于螺旋彈簧可以相互旋進(jìn)而非交織在一起，所以輪胎提供了改進(jìn)的可制造性。而且，螺旋彈簧能夠壓縮和伸長(zhǎng)，以適應(yīng)制造的變化。最后，由于可增加載荷分布彈簧來改變?cè)诓煌妮喬ノ恢煤头较虻妮喬?qiáng)度，所以輪胎提供了改進(jìn)的設(shè)計(jì)多用性。由于螺旋彈簧在變形期間幾乎不消耗能量，所以與在胎體中使用摩擦或遲滯材料的輪胎相比，該輪胎可提供相對(duì)較低的能量損失。輪胎含有冗余載荷承載元件，即便在顯著的損壞之后也能正常地操作。因此，對(duì)于需要低車輛能量消耗、輪胎故障造成嚴(yán)重危險(xiǎn)、行駛通過不平地形、車輛暴露于極端溫度或高水平輻射、和/或車輛暴露于炮火或炸彈爆炸的情況可利用根據(jù)本發(fā)明的輪胎。如圖1中所示，編織絲網(wǎng)已經(jīng)被用于傳統(tǒng)的月球車輪胎。然而，如上所述，期望更高的強(qiáng)度和耐用性。圖2表示可比絲網(wǎng)提供更高強(qiáng)度和耐用性的交織螺旋彈簧55的網(wǎng)狀片50。圖3、4和5表示形成圖2中所示網(wǎng)狀片50的中間步驟。在圖3中，第一螺旋彈簧 55圖示為正在旋轉(zhuǎn)，從而將同一第一彈簧與第二螺旋彈簧55交織。在圖4中，第三螺旋彈簧55圖示為正在旋轉(zhuǎn)，從而將該第三彈簧與已經(jīng)編織好的第一和第二彈簧55交織。在圖 5中，一個(gè)螺旋彈簧55圖示為正在旋轉(zhuǎn)，用于連接由多個(gè)螺旋彈簧55制成的兩個(gè)網(wǎng)狀片50 (即，圖2中的片)。圖6表示用作上述圖2-5中的單獨(dú)一個(gè)螺旋彈簧55。圖7表示用在輪胎中撓曲的單獨(dú)一個(gè)螺旋彈簧55，如下所述。如圖8-10中所示，根據(jù)本發(fā)明的例子總成100包括車輪200和輪胎300。車輪200 在每個(gè)軸向側(cè)都具有環(huán)形輪輞202，用于將輪胎300緊固至車輪上。每個(gè)輪輞202都相對(duì)于另一輪輞202固定。每個(gè)輪輞202可包括用于將輪胎300與輪輞對(duì)齊的多個(gè)插口孔204。 可使用任意其它適當(dāng)?shù)难b置來將輪胎300緊固至輪輞200上。輪胎300可包括以弓形結(jié)構(gòu)從車輪200徑向向遠(yuǎn)處延伸并徑向延伸回車輪的多個(gè)螺旋彈簧310。每個(gè)彈簧310的每個(gè)端部315可以在車輪的相應(yīng)輪輞202處緊固至車輪上。 每個(gè)彈簧310都具有互連接端部315的中間部分。每個(gè)端部315都可在軸向方位(圖9)或在有角度的方位被緊固，每個(gè)彈簧310從一個(gè)輪輞202向外地延伸，然后遠(yuǎn)離車輪300，再折回自身，然后向內(nèi)延伸，最后朝著另一輪輞202延伸。從而每個(gè)彈簧的每個(gè)端部315可與同一彈簧的另一端部315同軸地(或以一定角度)定向。另外，每個(gè)彈簧55可與相鄰的彈簧55交織(圖2)，能夠在彈簧之間分擔(dān)載荷。如圖2中所示，每個(gè)彈簧55都與在該彈簧的第一側(cè)上的相鄰彈簧55交織或交錯(cuò)編織，并且進(jìn)一步與在該彈簧的第二相反側(cè)上的相鄰彈簧陽交織。因此，彈簧310徑向地和軸向地延伸， 且形成繞著輪胎300的整個(gè)圓周延伸的編織環(huán)面結(jié)構(gòu)(圖8-10)。螺旋彈簧310可為任意適當(dāng)?shù)拈L(zhǎng)度、規(guī)格、節(jié)距。螺旋彈簧310可在線圈直徑上變化(即，可使用圓筒形彈簧)，以在輪胎中徑向位置的整個(gè)范圍產(chǎn)生連續(xù)網(wǎng)狀織物。螺旋彈簧 310還可構(gòu)造為兩個(gè)或多個(gè)層，一個(gè)或多個(gè)徑向內(nèi)部層被一個(gè)或多個(gè)徑向外部層徑向地重疊。螺旋彈簧310可為Ti-N合金、鋼、鈦、聚合物、陶瓷或任意其它適當(dāng)?shù)牟牧?。在前面的描述中，為便于?jiǎn)潔、清楚和理解使用了某些術(shù)語；但是因?yàn)檫@類術(shù)語用于描述性目的并且意欲被廣義地解釋，所以從這些術(shù)語沒有暗示超過現(xiàn)有技術(shù)要求的不必要限制。此外，本發(fā)明的描述和圖示是示例的，本發(fā)明的范圍不限于所示或所述的確切細(xì)節(jié)。 現(xiàn)已描述了本發(fā)明的特征、發(fā)現(xiàn)和原理、構(gòu)造和使用本發(fā)明的方式、該構(gòu)造的特征、以及獲得的有利的、新的及有用的結(jié)果，因此，新的有用的結(jié)構(gòu)、裝置、元件、布置、零件及組合的范圍在所附權(quán)利要求中被闡述。
權(quán)利要求
1.一種輪胎，包括多個(gè)螺旋彈簧，每個(gè)螺旋彈簧包括第一端部部分、第二端部部分、 以及弓形中間部分，每個(gè)螺旋彈簧與至少另一個(gè)螺旋彈簧交織，從而形成繞著所述輪胎的整個(gè)圓周延伸的編織環(huán)面結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的輪胎，其中一子組螺旋彈簧緊固至車輪的第一環(huán)形輪輞和所述車輪的第二環(huán)形輪輞。
3.如權(quán)利要求1所述的輪胎，進(jìn)一步包括在所述輪胎的每個(gè)軸向側(cè)都具有環(huán)形輪輞的車輪用于將輪胎緊固至所述車輪。
4.如權(quán)利要求1所述的輪胎，其中所述環(huán)面結(jié)構(gòu)限定所述輪胎的第一簾布層。
5.如權(quán)利要求4所述的輪胎，進(jìn)一步包括第二簾布層，所述第二簾布層徑向地重疊所述第一簾布層。
6.如權(quán)利要求5所述的輪胎，其中所述第二簾布層包括具有多個(gè)螺旋彈簧的編織環(huán)面結(jié)構(gòu)。
7.如權(quán)利要求6所述的輪胎，其中所述第二簾布層的每個(gè)螺旋彈簧包括第一端部部分、第二端部部分、以及弓形中間部分，每個(gè)螺旋彈簧與至少另一個(gè)螺旋彈簧交織，從而形成繞著所述輪胎的整個(gè)圓周延伸的編織環(huán)面結(jié)構(gòu)。
8.一種包括多個(gè)彈簧的輪胎，每個(gè)彈簧包括第一端部部分、第二端部部分、以及將所述第一端部部分與所述第二端部部分互相連接的弓形中間部分，每個(gè)彈簧從所述第一端部部分徑向向外延伸至所述中間部分并且從所述中間部分徑向向內(nèi)延伸至所述第二端部部分，每個(gè)彈簧與在該彈簧的第一側(cè)上的相鄰彈簧交織，并且進(jìn)一步與在該彈簧的第二相反側(cè)上的相鄰彈簧交織，從而形成繞著所述輪胎的整個(gè)圓周延伸的環(huán)面結(jié)構(gòu)。
9.如權(quán)利要求8所述的輪胎，其中每個(gè)彈簧的第一端部部分緊固至車輪的第一環(huán)形輪輞并且每個(gè)彈簧的第二端部部分緊固至所述車輪的第二環(huán)形輪輞。
10.如權(quán)利要求8所述的輪胎，其中每個(gè)彈簧都形成從車輪徑向向外延伸的弓形。
11.如權(quán)利要求8所述的輪胎，進(jìn)一步包括在所述輪胎的每個(gè)軸向側(cè)都具有環(huán)形輪輞的車輪用于將彈簧緊固至所述車輪。
12.如權(quán)利要求8所述的輪胎，其中所述環(huán)面結(jié)構(gòu)限定所述輪胎的第一簾布層。
13.如權(quán)利要求12所述的輪胎，進(jìn)一步包括第二簾布層，所述第二簾布層徑向地重疊所述第一簾布層。
14.如權(quán)利要求13所述的輪胎，其中所述第二簾布層包括具有多個(gè)彈簧的環(huán)面結(jié)構(gòu)。
15.如權(quán)利要求14所述的輪胎，其中所述第二簾布層的每個(gè)彈簧包括第一端部部分、第二端部部分、以及將所述第一端部部分與所述第二端部部分互相連接的弓形中間部分，所述第二簾布層的每個(gè)彈簧都從所述第一端部部分徑向向外延伸至所述中間部分并且從所述中間部分徑向向內(nèi)延伸至所述第二端部部分，所述第二簾布層的每個(gè)彈簧都與在該彈簧的第一側(cè)上的相鄰彈簧交織，并且進(jìn)一步與在該彈簧的第二相反側(cè)上的相鄰彈簧交織，從而形成繞著所述輪胎的整個(gè)圓周延伸的環(huán)面結(jié)構(gòu)。
全文摘要
輪胎包括多個(gè)螺旋彈簧。每個(gè)螺旋彈簧包括第一端部部分、第二端部部分、以及弓形中間部分。每個(gè)螺旋彈簧與至少另一個(gè)螺旋彈簧交織，從而形成繞著輪胎的整個(gè)圓周延伸的編織環(huán)面結(jié)構(gòu)。
文檔編號(hào)B60B9/06GK102448737SQ201080023717
公開日2012年5月9日 申請(qǐng)日期2010年5月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月29日
發(fā)明者A. 本京二世 J., C. 基什 J., M. 阿斯納尼 V. 申請(qǐng)人:固特異輪胎和橡膠公司