專利名稱：非充氣使用的彈性輪胎的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及任何類型的汽車車輪，尤其涉及為能夠在沒有充氣壓力下承載負荷而設計的輪胎，稱之為非充氣輪胎。
眾所周知，充氣到工作壓力的加強橡膠輪胎現已成為通用輪胎，因為其舒適而堅固。它成功地適用于各種不同的旅行汽車、土木工程機械、飛機、摩托車、農業(yè)機械、載重運輸汽車等。充氣壓力使它能承載負荷并將負荷分布到地上。
雖然充氣輪胎的可靠性是不平常的，但我們知道爆裂的危險并沒有完全消除。問題是，在喪失了充氣壓力的情況下，或者在更不易發(fā)現的充氣壓力明顯降低的情況下，輪胎就不再處于為其設計的良好工作條件下。有過許多非充氣輪胎的建議(例如參見專利US5，050，656)，其目的是消除輪胎破裂(爆裂)的主要原因，但都不能提供足夠水平的舒適和／或耐久性和／或承載重負荷的能力。還有許多建議，目的是使輪胎獲得更大的在沒有充氣壓力下暫時滾動的能力，例如在專利US5，535，800中所提出的。
但是，上述的建議都具有缺點，即如何設計一個輪胎，使其側壁保持有彈性，并且能夠無損傷地輕緩地承載在道路，這一點非常復雜，甚至是不可能的。實際上，在很強應力的情況下，加到側壁中的加強件在其徑向的外端和徑向內基部的連接處有被彎曲的危險。在這種情況下，如果這些加強件在局部被彎曲得足夠厲害，使其曲率半徑非常小，根據使用的材料不同，將會超過其斷裂極限或其彈性極限。因此，所建議的目的就沒有足夠的安全性，有很大的可能性被所述應力所毀壞(或者在更壞的情況下，發(fā)生很危險的但不是立即表現出來的局部損壞)，這樣的應力(對側壁輪緣的沖擊)當然是極端情況，但還是在正常范圍內。另外，通常使用的，甚至是充氣不足的輪胎也能夠借助其柔軟的側壁很好地承載這些應力，可是側壁本身不能夠承載負荷。
技術現狀表明從人們在激進解決辦法(非充氣輪胎)和使輪胎獲得能在無壓力時滾動的有限能力的解決辦法之間的遲疑即可以看出，可能的胎體破裂問題是很難解決的。
另外，除了該破裂問題之外，目前所討論的輪胎還具有其它一些早就引起人們關注的缺點。例如設計了一種用來將輪胎裝上輪輞和從輪輞上取下的胎圈，并通過輪胎在輪輞的充分咬和，在輪胎和輪輞之間傳遞工作應力。這需要相當精確地校準。這就導致我們目前所見的相當沉重而堅實的結構。但是，如果考慮到對用戶的用處，在這里是有某些材料的浪費，因為其一部分的用途只是要保證輪胎的安裝和拆卸。
我們還知道，在舒適(側壁要盡可能柔軟)和性能(精確地導向，這需要使側壁堅硬，并且／或者對于旅行汽車的輪胎來說，高度要越來越低)之間的協(xié)調是很難控制的。我們還知道，旅行汽車的輪胎，在有較大的側向加速度時，在彎道外側前輪傾向于呈傾斜狀態(tài)。在此情況下，輪胎的工作情況很不好，胎面的內側離開了地面，只靠輪胎的肩部支撐在道路上。
本發(fā)明的目的是提供一種非充氣輪胎，在沒有充氣壓力時它可以正確地使用，形象地說，能夠使輪胎承載大的負載，同時又獲得良好的舒適感、好的附著性以及傳遞相當大的側向推力的良好能力。它是一種對充氣輪胎的替換方案。它不是簡單地給輪胎提供缺氣行駛的臨時能力。
本發(fā)明提供一種柔性的輪胎，它具有一個旋轉軸線，并主要包括一個柔性支撐結構支撐的胎面，該結構在徑向上位于所述胎面的內部，并至少部分地界定了旋轉的內腔，所述的支撐結構包括
-徑向地在旋轉軸線側的固定區(qū)，用于將所述支撐結構固定在與輪轂連接的裝置上，所述固定區(qū)沿軸向設置在所述支撐結構的側限位器之間，所述固定區(qū)用來和與輪轂相連的裝置接觸，所述與輪轂相連的裝置形成了剛性組件，-多個支撐部件，基本是橫向延伸，設置在固定區(qū)和胎面之間，所述支撐部件沿圓周并排并分布在整個圓周上，支撐部件嵌在所述固定區(qū)內，每個支撐部件包括一束疊置的柔軟基塊，各基塊之間由一層粘在每塊基塊上的彈性體分隔開，形成能承受彎曲應力的梁；-在支撐部件之間相互連接的結構，其排列方式使得支撐部件的部分徑向應力轉移到圓周上相鄰的支撐部件上，同時允許在相鄰支撐部件之間存在位移差。
在所建議的輪胎中，支持負荷的能力主要來自于這些支撐部件。由于沿著圓周分布，這些支撐部件在輪胎滾動時依次起作用，用來承載負荷。最好有幾個支撐部件在接觸區(qū)同時發(fā)揮作用。支撐部件是橫向的，主要承受彎曲應力，以使各個支撐部件用于承受負荷(此即所謂“Z”方向應力)。這里，引入了彎曲應力，但讀者在后面將會理解，此應力并不排斥其他的應力。
至于每個支撐部件的構成，在后面將要看到，它包括一束帶狀的柔性基塊，這些基塊在徑向上疊置，被一層粘在基塊底部的彈性體分隔開。如此形成的梁適合于承受在徑向平面中的彎曲應力。但支撐部件的這種結構形式并不是限制性的，特別是如果我們注意到，在各支撐部件的變形不都是一樣的情況下，這些支撐部件還應該適應其他的變形，在后面的敘述中將要明白這一點。在指出與輪轂連接的裝置形成一個剛性組件的同時，還應指出，在地面和轉動軸之間的全部偏斜都來自本發(fā)明柔性輪胎的變形，而不是象目前通行的輪胎相對于其車輪那樣，來自輪轂、車輪或充當輪轂連接裝置的任何合適裝置。
通過三個用


的非限定性實施例的敘述，將更詳細地說明本發(fā)明圖1顯示按照本發(fā)明的輪胎的第一實施例的徑向截面，它具有突起形狀的胎面，與用于大傾角運轉的輪胎相類似；圖2是在圖1上圓圈A所圈定部分的放大圖；圖3顯示被變形至中等撓曲水平的同一輪胎；圖4是沿圖1中Ⅳ-Ⅳ的截面；圖5是沿圖1中Ⅴ-Ⅴ的截面；圖6顯示了按照本發(fā)明輪胎的第二實施例的徑向截面，它具有相當平的胎面，這對于設計成以零傾角或很小傾角運轉的輪胎是常用的；圖7顯示了被變形至中等撓曲水平的圖6所示的輪胎；圖8顯示按照本發(fā)明輪胎的第三實施例的徑向截面，它也具有很平的胎面，這對于設計成以零傾角或很小傾角運轉的輪胎是常用的；圖9顯示了安裝在不同輪輞上的圖8的輪胎；圖10是一個局部立體圖，主要顯示按照本發(fā)明的第二和第三實施例的輪胎結構沒有負荷并處于完全無應力的狀態(tài)；圖11是一個局部立體圖，主要顯示按照本發(fā)明的第二和第三實施例的輪胎結構在負載作用下的變形。
在圖1中，顯示了包括一個胎面11的輪胎，胎面具有大體變曲的形狀。輪胎的壁主要包括兩個部分，即第一和第二結構部11I和11E。這兩個第一和第二結構部在徑向上疊置，形成串聯起作用的兩個彈簧，并分別布置在徑向內側和外側。此第一實施例的特征是分隔第一結構部11I和第二結構部11E的偽鉸鏈，其構成一個抗彎曲強度較小的區(qū)域。輪胎的這個區(qū)域，按其結構來說，不妨礙或很少妨礙徑向內側的第一結構部和徑向外側的第二結構部的端部的彎折亦即相對轉動。第一支撐結構部和第二支撐結構部的每個端部基本都位于支撐結構的側端。支撐部件是由層合部件12組成的。第一支撐結構部的每個支撐部件從橫向的一端延伸到橫向的另一端。徑向外表面的形狀與摩托車輪胎的形狀類似。
層合部件12比通常用于加強輪胎的簾線甚至是金屬絲相比能更大的程度地支撐彎曲力矩。層合部件12包括一疊柔性薄片13，這些薄片層疊起來，并由橡膠層15隔開(見圖2)。在所有的實施例中建議使用橡膠作為彈性體，但這不是限制性的。承載負荷時每個薄片13彎曲，每個橡膠層15都受到剪切應力。每個橡膠層15的厚度(這可以是變化的)、每個薄片13的厚度(這也是可以變化的)、薄片的數目、薄片使用材料的彈性模量、使用橡膠的彈性模量以薄片及的排列情況都是用來調節(jié)輪胎性能的參數(這些參數可調節(jié)“負荷-撓曲曲線”，該曲線根據輪胎擠壓情況給出與輪胎的支撐負荷能力相應的力)。
薄片主要由例如熱固性或熱塑性材料構成，在每根薄片中用主要沿縱向排布的纖維增強，這就是說在輪胎中，纖維平行于子午線平面(即過輪胎旋轉軸線的平面)。用玻璃纖維會得到很好的結果，但可以使用其它種類的由其特征會帶來優(yōu)點的纖維?？梢栽O想薄片有許多實施方案。例如，如在圖2中所見到的，每根薄片由彼此重疊粘貼在一起的帶14組成。
這些帶可以是例如就地粘貼的，即在制造輪胎的過程中粘貼在輪胎中。這是用來以如圖1所示的所需曲率將薄片安裝在輪胎中時在無預負載或至少是預負載可以忽略的情況下制造薄片的方案之一。由薄帶所帶來的優(yōu)點是，它們能夠很容易地由制造所述帶的任何方法制造成確切地符合任何最終形狀?？梢越柚诶缭趲еg的薄橡膠層，或者借助于樹脂將它們粘合在一起，在后一種情況下，薄片的整體性更強一些。
這樣，本發(fā)明的意圖是一種柔性輪胎的制造方法，該輪胎具有一個旋轉軸線和一個支撐結構，支撐結構具有與旋轉軸線相垂直的子午線平面并界定了轉動內腔，該支撐結構包括了許多沿圓周分布的支撐部件，每個支撐部件基本是橫向排列，每個支撐部件都是包括在徑向疊置的柔性薄片的層合部件，在該方法中，制造輪胎所需的各組件在一個可破壞的支承結構上進行組裝，所述方法尤其包括如下的步驟-在支承結構上鋪上一段帶；-彎曲該帶段，使其貼合支承結構的形狀；-固定帶段的兩端；-重復前面的步驟，直至得到所要的疊合條帶。
在此第一實施例中，在層合部件12中，沿著薄片按照從一個側端向另一個側端的方向移動時，將薄片的長度作為曲線的橫坐標，在層合部件的厚度上從腔內向外移動時，每個薄片13的所述長度逐漸縮短。在圖1和圖3中這是很明顯的。在采用這種布置時，使薄片層適應其應該局部支撐的彎曲扭矩，并使薄片層適應希望得到的撓曲，就可以調節(jié)輪胎的柔性特性。
每個層合部件最好至少在徑向外側支撐結構部分是對稱的，并軸向地居中。最后要指出，如在圖1和圖3中所看到的，固定區(qū)11O是一個部件。這意味著用于固定在輪轂上(或者借助于替代的與輪轂相連的裝置)的該部分不具有層合結構。例如，它只包括樹脂基質和增強纖維，當然，其組成材料最好與薄片相同，并且不包括橡膠。此固定區(qū)保證支撐部件的嵌入。
在敘述了從子午線截面觀察的該輪胎結構的主要特點之后，讓我們觀察從圓周截面看構造如何，請參看圖4和圖5。在一個層合部件中，最好將寬度1視為沿著薄片順圓周方向移動時薄片的尺寸，薄片的寬度1是恒定的(見圖4和圖5，以及圖10和圖11，因為象許多其它的敘述一樣，讀者將理解對于其他實施例也有此特點)。實際上，最簡單的是只制造寬度相同的薄片。當然，正如通過比較圖4和圖5我們可以看到，既然薄片13的寬度是恒定的，那么在徑向內側的支撐結構部件11I中，層合部件之間的間隔就小于在徑向外側的支撐結構部件11E中的間隔。
另外，支撐部件(從圓周觀察)的寬度Is最好總是這樣的，使得在整個圓周上支撐部件數至少為80。在圖10和圖11上就顯示了這一點。這使輪胎有足夠的均勻性，盡管例如對于其模制來說，如此實現的結構在圓周上不能被看作是均勻的。按照傳統(tǒng)的術語，這樣的支撐結構具有周期性的對稱。為了改善均勻性，可以增加支撐部件的數量，減小其在圓周上的圓周寬度Is。因此本發(fā)明的輪胎最好是這樣的將所述寬度Is作為支撐部件在圓周方向上的尺寸，該寬度Is使得在整個圓周上支撐部件的數目至少在200個左右。
在徑向的外側支撐結構部分，本發(fā)明所建議的連接結構包括至少在胎面下面的圓周加強件。它們是例如周向金屬絲16，尤其如圖1和圖4所示。這些金屬絲保證了輪胎在離心力作用下的尺寸穩(wěn)定性。另外，這些周向金屬絲16有助于將支撐部件(層合部件12)的負荷分散在相鄰的一個或幾個支撐部件上。設想一下其支撐部件爬上一個點狀障礙的過程，該支撐部件就要有一個避開的趨勢，因為該負荷傾向于僅僅加在此層合部件上，而不是分布在多個層合部件上。一旦過載的層合部件的撓曲大于其相鄰的部件，則圓周金屬絲16就牽拉相鄰的支撐部件，如此就轉移了部分負荷。這伴隨著支撐部件的某種變形。支撐部件的結構使得它可以允許某種程度的變形。對于由逐塊重疊并被橡膠層分隔開的基塊(即彈性薄片13)組成的層合部件，本發(fā)明建議的實施方案是與所希望的變形程度相容的。當然另外的實施方案也是可以設想的。這樣的輪胎能夠“吞下”點狀障礙，例如在馬路上的碎石。此外，周向金屬絲16通過將應力分散到輪胎整個圓周的層合部件組上而有助于經受住力矩的作用。
另外，建議的連接結構還包括一個橡膠塊165，用來將圓周薄片分隔開(見圖4)。我們順便指出，為了將本發(fā)明應用于例如應力適中的輪胎，所述連接結構只能包括保證在支撐部件之間實現連接的橡膠。在所述實施例中，所述橡膠完全充滿相鄰兩個層合部件之間的空間。另外，橡膠層完全遮蓋住輪胎的結構加強件，如此形成一個連續(xù)的外表面，具有普通輪胎的外觀。當然，可以開發(fā)其它的方案，例如在圓周金屬絲16的徑向下方不用橡膠或用很少的橡膠。如要得到較小的前進阻力，這種方案可以是有益的。
在本申請中，在很一般的意義上使用了術語“金屬絲”，指的是所述金屬絲必須充分具有可以將部分徑向應力轉移到相鄰支撐部件并更好地將負荷傳遞到接觸區(qū)之外的特征?？梢允褂脝谓z、多絲或絲的集合體，如纜索，或者任何等效的結構，無論是什么材料，無論模量如何，也無論這些金屬絲受到什么處理，例如表面處理或涂層，或預先上膠以有利于粘接在橡膠上?！爸芟颉币馕吨c支撐部件旋轉軸線的垂直平面的夾角為0°的方向，這都采用輪胎的通常習慣。實際上，可以通過以一定的排列間距纏繞金屬絲來實現增強，由此導致夾角不嚴格為0°，而在實際上是至少局部略大于0°，以能夠掃過全部希望的寬度。
但是在前面三段中敘述的設計都不是強制性的。該層合部件可以通過與每個堆積層的薄片13相似的薄片相連接。當然也可以實施其它形式的連接?？偠灾瑥膶嵸|上說，層合部件承載負荷時，不是彼此完全孤立地工作，而是互相聯系，以保證整體工作得更好，避免在相鄰兩個層合部件之間有太大的剪切力，并賦予其更好的均勻性，即無論輪胎圓周相對于地面處于什么位置，都有相對恒定的性能。
讓我們回到徑向外側支撐結構部11E和徑向內側支撐結構部11I之間的連接件，關于它我們說形成了一種鉸鏈17。埋在橡膠塊中的基本不可延伸的徑向金屬絲170覆蓋著其外側結合處，以便適當地固定徑向內支撐結構部和徑向外支撐結構部(見圖1的左邊部分)。這些徑向的金屬絲170排列在較小彎曲強度的區(qū)域，并埋在橡膠中。在一個實施方案(見圖1的右邊部分)中，每根徑向金屬絲相對于支撐部件的排列是在一個支撐結構部的內腔一側(見金屬絲170a和170c)，并在另一個支撐結構部的外側(見金屬絲170b和170d)，在所述第一徑向內支撐結構部上連續(xù)的金屬絲的排列是，一些在內腔的外側，另一些在內腔的內側，并最好是交替排列。
在此第一實施方案中，層合部件12類似于復合彈簧，只是在此處薄片是通過橡膠層彼此粘貼在一起的。徑向內支撐結構部11E和徑向外支撐結構部11I在整個子午線平面內在通過鉸鏈17的虛圓柱體兩側上準對稱。徑向內支撐結構部11E和徑向外支撐結構部11I的構成方式是，各自都承擔由負荷導致的撓曲的一半，這對于形成鉸鏈的區(qū)域的耐久性是有利的，因為可以隨著支撐結構部的軸向端的相對運動發(fā)生變形。圖3顯示了有負荷時輪胎的外形。
我們知道，在很大過載的情況下，例如由于對路緣的沖擊，徑向外支撐結構部自然地與徑向內支撐結構部相沖撞。在層合部件撓曲達到斷裂點之前這可以很好地發(fā)生。這就是為什么本發(fā)明所建議的輪胎堅固耐用，能很好地耐受在正常使用汽車時遇到的最惡劣的應力作用。
在前面敘述的用來說明第一實施例的輪胎包括基本呈徑向排列的層合部件。與我們知道常用的子午線輪胎的運行相似，我們注意到，當通過接觸區(qū)時，除了彎曲以外，還有扭曲應力，這些層合部件就略微“非徑向定位”。我們把大體徑向位于側壁中的加強件(對于常用輪胎來說是胎體簾線，對于此處敘述的輪胎的實施例來說是支撐部件)略微偏離徑向方向這個事實稱作“偏離徑向化”，在進入和駛出與路面接觸區(qū)時可以觀察到支承結構的最大偏離值。我們要注意到，由于支撐部件所具有的適應徑向平面中簡單變形以外的其它變形的能力，偏離徑向化就是可能的。
至于在與輪轂連接裝置上的固定，該輪胎可以固定在車輪的圓盤上，或者固定在其它保證與輪轂有剛性連接功能的機構上。與我們所熟悉的輪胎相似，輪胎和車輪組件具有足夠的橫向剛性，使得能夠引導汽車，特別是在拐彎時。在輪胎方面，將一個或幾個不能伸展的周向加強件，例如在第一實施例中的剛性箍18，設置在固定區(qū)，有利于在有橫向應力時更好地將輪胎固定在輪轂上。
圖6說明第二實施例，其中從子午線截面觀察的輪胎斷面形狀，類似于工作傾角為零或很小度數的輪胎的斷面形狀(例如客車的輪胎)。側壁29是圓的，而且占據了該輪胎徑向高度的主要部分。該支撐結構主要包括層合部件22，它包括疊置且被橡膠層25分隔開的柔性薄片23堆積塊，這些薄片構成了支撐部件。固定區(qū)210在輪胎徑向內壁的中心。穿過此固定區(qū)并在兩側形成懸臂梁的支撐部件與在第一實施例中的完全一樣，嵌在所述固定區(qū)內，以便能承受彎曲應力。
確定和調整按照此第二實施例的輪胎性能的參數也就是前面提到的那些，即每層25的厚度、每層薄片23的厚度、薄片數、薄片使用材料的彈性模量、使用的彈性體的彈性模量、薄片的排列方式等。同樣，對于薄片23的構成，可參閱對薄片13所提供的說明。該輪胎還包括在胎面下方沿圓周排列的加強件(未示出)。
此輪胎包括一胎面21，當沒有承載負荷時它可以是稍微彎曲的。支撐結構的徑向外部，即包括胎面21和接近胎面21的側壁29部分的區(qū)域對在負荷作用下產生的撓曲(在徑向方向)只有很小的貢獻。側壁29，更具體說是其徑向內部，以及支撐結構的徑向內壁都是在負荷作用下產生大部分撓曲的變形部位。徑向內支撐結構部在零負荷時基本是直線形的(圖6)，與旋轉軸線平行，該零件變形時為弧形，弧形的凹面向內(圖7)，與此同時，其兩側邊界稍微靠近。這種變形模式向在胎面下方的支撐結構的每個側面區(qū)域施加一個趨于將負荷轉移到胎面中心區(qū)的力矩，該力矩同時減輕了輪胎胎肩的負荷，這一切都保證了在接觸區(qū)對地面的壓力的相對恒定。
如同在第一實施中一樣，輪胎固定在車輪的圓盤上，或者固定在與輪轂有剛性連接功能的其它結構上。在支撐結構的徑向內壁的子午線區(qū)，組件具有足夠為車輛導向的橫向剛性，特別是在轉彎時。
我們還要注意到，我們可以通過設計輪胎與輪轂相連的裝置，通常被稱為“輪輞”來調節(jié)輪胎的性能。通過或多或少地、最好以對稱的方式增大輪胎支撐在輪轂上的支撐面291，就可以調節(jié)輪胎的徑向柔軟性，有點象輪胎的充氣壓力一樣，對于同樣型號的輪胎，可以根據裝備的車輛、車輛的軸、以及車輛是處于負載作用下還是空車來進行調節(jié)。因此，根據使用的輪輞不同，裝在輪輞上的輪胎的徑向柔軟性也是變化的。
本發(fā)明還提供如前所述的可變形輪胎使用的輪輞，所述輪輞包括安裝裝置，用來接受和固定輪胎的所述固定區(qū)，并在至少軸向一側(最好是兩側)具有一個基本平行于所述輪胎固定區(qū)的支承面，其與輪胎接觸的軸向最外點284的軸向位置是可調的(見圖7，注意，所述支撐面在軸向位于在由軸向最外點284或圖9中的384所限定的界限之間)。這樣，可以改變輪胎在輪輞上的支撐面291。沿著整個支撐面，輪胎壁在徑向不能向著旋轉軸線移動，這將改變輪胎的運轉。
圖8和圖9說明與第二實施例相似的第三實施例。設置有胎面31和支撐部件32。連接結構包括薄片形的周向加強件36。固定區(qū)被沿圓周方向開槽(圖10和圖11的簡化視圖沒有表示)，因此該輪胎具有兩個楔形連接增厚處320，能夠彼此相對沿軸向移動。所述楔形連接件320每個都用來與所述與輪轂連接裝置接觸，特別是通過在每個所述楔形連接件320的徑向內側上的接觸面391而接觸。構成已經提到的固定區(qū)的所述楔形連接件保證了支撐部件32的嵌入。
在圖8中看到，所述的連接裝置與用來借助于適當形狀的型件321夾住所述楔形連接件320的狹窄的輪轂很相似。我們看到一個車輪的圓盤38，其伸出一個第一輪緣380。第二輪緣381借助于螺栓和螺帽382安裝在圓盤38上，使得型件321和所述輪胎楔形連接件插入其間。型件321是一個旋轉件，在圖8和圖9上可以看到在圓周上斷開的其沿子午線剖開的剖面，這樣就容易插入到輪胎的所述楔形連接件320之間。然后，將在所述楔形件320之間插入型件321后的輪胎相對于第一輪緣380正確地定位，然后將第二輪緣381固定在第一輪緣上，其間插入所述型件。此型件321可以與第一輪緣和第二輪緣380和381一起，將所述楔形連接件320夾起來，從而使輪胎安裝在與輪轂相連的裝置上，這是輪胎的一種優(yōu)選的安裝方式。
因此，本發(fā)明也延伸到一種輪輞，其包括接受和固定柔性輪胎的安裝裝置，所述輪胎具有旋轉軸線并主要包括由柔性支撐結構支撐的胎面，該支撐結構沿徑向位于所述胎面的內部，并至少部分地限定了內旋轉腔，所述支撐結構包括徑向在旋轉軸線一側的固定區(qū)，以將所述支撐結構固定在與輪轂相連的裝置上，所述與輪轂相連的裝置形成一個剛性組合體，所述固定區(qū)軸向地設置在所述支撐結構的兩側端之間，所述固定區(qū)在圓周方向上被開槽，致使該輪胎具有兩個楔形連接件320，它們可以互相在軸向相對移動，所述輪輞包括-兩個輪緣380、381，它們每個都作為兩個楔形連接件320中之一的支承面；-型件321，用來與輪緣380、381相配合，將所述楔形件320夾起來并將其固定在輪輞上。
制造的輪胎的形狀可以不同于由代替輪輞而采用的連接裝置所指定的形狀。例如，在安裝時可以強制所述楔形連接件320在軸向靠攏。形成一種燕尾榫的所述楔形連接件320有助于避免在其中設置的預應力作用下發(fā)生各種意外的輪胎脫落。這樣，就可以在層合部件32中根據在輪胎的所述楔形連接件320之間的間距，通過預加負荷來調節(jié)柔軟性。
另外，如同在前面所說明的，根據接觸支撐面391的尺寸，可以影響輪胎的撓曲。也可以增加補充的環(huán)形件383，以便為上述目的擴大輪胎的支撐面(見在圖9中的支撐面391b)。
最后，圖10和圖11表示柔性支撐結構的一般形狀。將這兩個圖進行比較就顯示了用本發(fā)明輪胎得到的撓曲。我們注意到，在前述的所有實施例中都存在某些支撐部件相對徑向的偏離。在圖11的下部特別可以看到這一點，注意看撓曲區(qū)D，在這里我們看到，支撐部件的彎曲伴隨著一定程序的翹曲，這促使其超出嵌入處以外的部分發(fā)生變形，此變形和此翹曲比剖面圖中的縱向撓曲還要大。
在解釋本發(fā)明的實施例中，支撐部件具有層合部件的形狀。因此，由一疊薄片連同夾在其間的橡膠形成一束基塊，而無論該薄片本身制造的形狀如何。通過下面的敘述，將更清楚地理解這些支撐部件的功能，當然，專業(yè)人員可以以其它的實施方案代替這些層合部件，即以其它形狀的結構代替薄片，只要該支撐部件提供所需的柔軟性并對承載負荷作出所需的貢獻即可，而且還要適合于給輪胎提供在非徑向應力(輪胎是所述應力的支承面)作用下適當的表面特征(即所謂“X”方向和“Y”方向應力的傳遞)，并與相鄰的支撐部件一起和諧地工作。這就是說，支撐結構在變形時，允許與地面接觸所涉及的胎面下的區(qū)域有一定程度的變平，這樣一來，有負荷的輪胎在地面上的壓痕具有一定的面積，就象所熟知的充氣輪胎的運轉一樣。
我們還要注意到，每個支撐部件至少存在于包括在所述支撐結構的側端和胎面之間的支撐結構部中，在胎面下方不是必須的，盡管在所敘述的實施例中，所述支撐部件是連續(xù)地存在于胎面之下的。但是，在變化的方案中，至少在大部分胎面的下方，可以用剛性足夠大的環(huán)代替薄片堆，即基塊束，所述環(huán)例如是美國專利4，111，249中在胎面下作為加強件的那種。還可以用比較剛性的桿代替薄片堆，在圓周方向排列大量的桿，所有桿之間被鉸接起來，如此形成一種圓周向的履帶結構(見例如在專利申請書EP-0，836，956中所述的胎面下增強結構)。更一般地，還可以在胎面下排列任何的結構，只要能夠將剪切力傳給輪胎的橫向部分即可。
我們還要注意到，在所建議的各種實施例中，最接近旋轉軸線的徑向內支撐結構部對在負荷下的撓曲具有大的貢獻，因此就對輪胎獲得的舒適感有較大貢獻。因此，所述固定區(qū)最好位于相當于在軸向距離輪胎側向邊界之間的距離不超過50％的部分。因此，柔性支撐結構的所述徑向內部就成為從固定區(qū)延伸出很多的懸臂梁。最有利的結構排列是，剛好超出固定區(qū)的支撐部件在與旋轉軸線基本平行的方向。在下文所述實施例中就是這樣的。最后我們注意到，所敘述的輪胎是對稱的，固定區(qū)基本在所述輪胎的兩邊界中間，但這不是限制性的。當然也可以采用非對稱的結構，特別是在固定區(qū)的局部。
至于徑向外支撐結構部對負荷作用下撓曲的貢獻度，根據實施例的不同是可以改變的。
在建議的第一實施例中，該支撐結構包括第一徑向內支撐結構部和第二徑向外支撐結構部，所述第一和第二支撐結構部通過對彎曲有較少阻礙的區(qū)域彼此固定住，每個所述第一和第二支撐結構部包括所述的支撐部件，第一徑向內支撐結構部的每個支撐部件從至少一個側端伸展到所述固定區(qū)，使得在工作應力的作用下，在第一支撐結構部和第二支撐結構部之間的對彎曲有較小阻礙的區(qū)域可相對于固定區(qū)在徑向移動。第二徑向外支撐結構部的每個支撐部件最好從一個側端延伸到所述第二支撐結構部的另一個側端。
徑向內支撐結構部形成了兩個區(qū)域，它們是相對于剛性中心連接件的懸臂梁。按照本發(fā)明，這兩個區(qū)域完全實現輪胎的柔軟性。這就是為什么上文明確指出，在工作應力的作用下，所述抗撓曲強度較少的區(qū)域可相對于所述固定區(qū)發(fā)生徑向的移動。由此導致明顯的結果，并且對于所有的實施例都是有效的為了使本發(fā)明的輪胎能夠更好地運轉，任何障礙都不應該制約所述徑向內側支撐結構部，即與所述剛性中心連接件相鄰部分發(fā)生徑向向內的彈性變形。該部分在撓曲時稍微靠近旋轉軸線。因此，在最大彎曲時輪胎的形狀就確定了一個外邊界，在此邊界的外面不應該有汽車的任何機械部件車輪圓盤和／或輪轂、剎車裝置、懸掛裝置等。
在所說明的第一實施例中，在負荷作用下徑向外支撐結構部對撓曲的貢獻度與在負荷作用下徑向內支撐結構部對撓曲的貢獻度是相當的。當然，所述對彎曲有較小阻礙的區(qū)域可以不那么小，而涉及到支撐結構壁的更大部分。
在第二實施例中，支撐部件在側壁中是連續(xù)的。對撓曲的貢獻主要來自于在徑向位于內部的支撐結構部。綜合參照圖6和圖7我們看到，負荷產生的彎曲促進了由支撐部件形成的曲率半徑的減小在圖6中表示無負荷時輪胎的R要大于在圖7中表示有負荷時輪胎的r。
現在來看本發(fā)明所建議的輪胎的安裝。在普通輪胎的情況下，我們知道輪輞基本具有輪胎的寬度。在此處則相反，輪胎在取代輪輞的中心機械部件的兩側沿寬度方向伸出，該機械件部在本發(fā)明開頭是用比較功能性的用語“與輪轂相連的裝置”來描述的。此裝置可以采取各種不同的形狀?？梢允桥c車輪圓盤相似的圓盤，它以一個旋轉件作為其邊界，此旋轉件的子午線截面形狀是一個向最大半徑處開口的凹槽，例如分成兩部分制造，能夠圍住具有互補形狀的輪胎肋部。還可以是例如在專利US-5，071，196中所敘述的一種車輪，即沒有圓盤的車輪。總而言之，就其實質而言，所述與輪轂相連的裝置是剛性的，如同現有技術中具有輪轂的車輪一樣。
至于構成基塊的材料，最好是復合材料，即各種不同材料的組合材料。在此處說明的支撐部件是層合部件。支撐部件的幾何性狀使其獲得所希望的柔軟性，而在遇到的變形下既不會斷裂，也不會達到彈性極限。每一層薄片的厚度都是很薄的。因此它們能夠在變形時達到很小的曲率半徑。每個薄片都不能單獨支撐所需的正常負荷。因此要把這些薄片復合起來，它們各自對承載負荷的貢獻大致加和在一起。用粘接到所述薄片上的橡膠將薄片相互固定起來。因此，由于幾層很薄的薄片堆積在一起，在達到較大的撓曲的同時，就得到了足夠的支撐力。
所述輪胎的結構能夠構成無充氣氣壓就能夠工作的輪胎(無充氣輪胎)。我們注意到，很重要的一點是，所述方案并不妨礙在所建議的輪胎中充一定壓力的空氣。當然，只需使輪胎是密封的就可以了。在支撐結構上加上適當的表層，后者用來在任何情況下避免內腔的污染。這時可以通過來調節(jié)內腔的壓力p來調節(jié)輪胎特性，特別是柔軟性。與充氣輪胎類似，這里所提到的為本發(fā)明輪胎加一定壓力p可以與所述充氣輪胎設計的正常壓力P附近的壓力變化Δp相比。因此，為了明了本發(fā)明的思想可作如下對比按照用途的不同，我們使用壓力水平在P至P+Δp的傳統(tǒng)胎，而在使用本發(fā)明的輪胎時，按照其用途，壓力在0(即沒有壓力)至Δp的“水平”。
但是，這只是已經被說明過的眾多結構的調節(jié)裝置中的一種方式。實際上，建議的輪胎被設計成沒有充氣壓力時也能正確地運轉，它包括-徑向地在旋轉軸線一側的固定區(qū)，用來將所述支撐結構固定在與輪轂相連的裝置上，所述與輪轂相連的裝置設計成一個剛性組件；-多個支撐部件，它們基本是橫向展開的，排列在固定區(qū)和胎面之間，所述支撐部件在圓周上是并排的，所有的都順著圓周分布，每個支撐部件包括重疊的柔性基塊13、23，粘在每塊基塊上的橡膠層15、25將它們分隔開，形成承受彎曲應力的梁；-在支撐部件之間的連接結構，其排列方式使一個支撐部件的徑向應力轉移到在圓周上相鄰的支撐部件上，同時還要允許相鄰支撐部件之間有位移差；-該支撐部件和連接結構的尺寸確定使得所述輪胎在無充氣壓力時可以工作。
本發(fā)明的優(yōu)點是提出了一種結構，該結構使得可以承載所希望的負荷，同時無損壞地吸收點狀的障礙，如在路面上的碎石。
不是通過將胎圈緊固在輪輞上，本發(fā)明的另一個優(yōu)點是保證了輪胎和輪輞或代替輪輞的部件之間的連接，以提供作為旋轉軸線的基準。這導致節(jié)省了輪胎這部分的材料，因而減輕了重量。
我們已經看到，所建議的柔性輪胎包括一個支撐結構、一個在該支撐結構外面的徑向胎面以及與剛性輪輞或與相當機械部件相連的裝置。我們還看到，該支撐結構包括多個并排并分布在整個圓周上的支撐部件，每個支撐部件按照基本上為橫向以及大體上是徑向的方向排列，當該輪胎滾動并承受負荷時，每個支撐部件依次發(fā)揮作用，使一部分輪胎負荷從胎面?zhèn)鬟f到輪轂上，每個支撐部件受到的負荷基本轉變成彎曲應力。說明本發(fā)明的輪胎實施例能夠獲得良好的粘接和良好的傳遞橫向大推力的能力。此外我們還觀察到，對于符合圖6至圖11的輪胎，由于在例如轉彎時造成的橫向應力增大伴隨著所述輪胎徑向撓曲的輕微減小，因而獲得了抗側向擺動的效果。
總之，支撐部件最好包括由柔性薄片堆積組成的層合部件，這些柔性薄片沿徑向疊置并被粘在每層薄片上的彈性體層分隔開，層合部件的彎曲伴隨著薄片之間的相對切向位移和彈性體的剪切應力。在工作應力下每個層合部件在徑向是柔軟的，層合部件的彎曲把力矩傳遞到所述固定裝置上。另外我們還看到，該支撐結構包括在支撐部件(層合部件)之間的連接裝置，其排列方式使得支撐部件的一部分徑向應力傳遞到在圓周上相鄰的支撐部件上，同時還允許在相鄰層合部件之間存在位移差。此連接裝置可涉及整個長度上的支撐部件，或者只涉及其一部分，尤其是涉及在胎面下面的支撐部件。該支撐結構被裝配的方式，使得當輪胎所受到的徑向撓曲將徑向外支撐結構部抵到固定在輪輞上的固定區(qū)時，支撐部件中由于彎曲所造成的應力小于斷裂極限(并且，如果構成基塊的某種材料的彈性極限小于該斷裂極限，該應力小低于該彈性極限)。
權利要求
1．一種具有一個旋轉軸線并主要包括由柔性支撐結構支撐的胎面的彈性輪胎，該支撐結構沿徑向位于所述胎面的內側并至少部分地界定了一個旋轉內腔，所述支撐結構包括-徑向上在旋轉軸線側的固定區(qū)，用來將所述支撐結構固定在與輪轂相連的裝置上，所述固定區(qū)在軸向上位于所述支撐結構的側邊界之間，所述固定區(qū)用來與和輪轂相連的裝置接觸，所述與輪轂相連的裝置設計成形成一個剛性組件；-多個支撐部件，它們基本是橫向延伸的，排列在固定區(qū)和胎面之間，所述支撐部件在圓周上是并置的并分布在整個圓周上，這些支撐部件被嵌入到所述的固定區(qū)中，每個支撐部件包括一束疊置的柔性基塊(13、23)，粘在每個基塊上的橡膠層(15、25)將它們分隔開，以使形成能夠承受彎曲應力的梁；-在支撐部件之間的連接結構，其排列方式使得一個支撐部件的徑向應力可轉移到在圓周上相鄰的支撐部件上，同時還使得在相鄰支撐部件之間有位移差。
2．一種具有一個旋轉軸線并主要包括由柔性支撐結構支撐的胎面的彈性輪胎，該支撐結構沿徑向位于所述胎面的內側并至少部分地界定了一個旋轉內腔，所述支撐結構包括-徑向上在旋轉軸線側的固定區(qū)，用來將所述支撐結構固定在與輪轂相連的裝置上，所述與輪轂相連的裝置設計成一個剛性組件；-多個支撐部件，它們基本是橫向延伸的，排列在固定區(qū)和胎面之間，所述支撐部件在圓周上是并置的并分布在整個圓周上，每個支撐部件包括疊置的柔性基塊(13、23)，粘在每塊基塊上的橡膠層(15、25)將它們分隔開，以便形成能夠承受彎曲應力的梁；-在支撐部件之間的連接結構，其排列方式使得一個支撐部件的徑向應力可轉移到在圓周上相鄰的支撐部件上，同時還使得在相鄰支撐部件之間有位移差；-該支撐部件和連接結構的尺寸確定使所述輪胎在無充氣壓力時可以工作。
3．按照權利要求1的輪胎，其特征在于，固定區(qū)位于相當于距離所述側邊界的軸向距離不超過50％的一部分上。
4．按照權利要求1、2或3的輪胎，其特征在于，所述支撐部件在胎面下是連續(xù)的。
5．按照權利要求1至4之一所述的的輪胎，其特征在于，基塊是由復合材料制造的。
6．按照權利要求1至5之一所述的輪胎，其特征在于，支撐部件在剛好從固定區(qū)伸出時沿著基本與旋轉軸線平行的方向定向。
7．按照權利要求1至6之一所述的輪胎，其特征在于，固定區(qū)基本上居中地位于所述輪胎的軸向邊界之間。
8．按照權利要求1至7之一所述的的輪胎，其特征在于，固定區(qū)是一體的。
9．按照權利要求1至8之一所述的的輪胎，其特征在于，支撐結構包括第一徑向內支撐結構部(11I)和第二徑向外支撐結構部(11E)，所述第一和第二支撐結構部通過一個對彎曲有較少阻礙的區(qū)域(17)相互固定，每個所述第一和第二支撐結構部包括所述的支撐部件，第一支撐結構部的每個支撐部件至少從一個側端部向所述固定區(qū)伸展，以使第一和第二支撐結構部之間的抗撓曲強度較小的區(qū)域在工作應力的作用下可相對于固定區(qū)徑向移動。
10．按照權利要求9的輪胎，其特征在于，第二徑向外支撐結構部的每個支撐部件從所述第二支撐結構部的一個側端延伸到另一個側端。
11．按照權利要求9或10的輪胎，其特征在于，第一徑向內支撐結構部的每個支撐部件從一個側端延伸到另一個側端。
12．按照權利要求9至11之一所述的輪胎，其特征在于，第一徑向內支撐結構部的子午線截面的大體形狀為弧形，其凹面沿徑向向著外部。
13．按照權利要求9至12之一所述的輪胎，其特征在于，第二徑向外支撐結構部的子午線截面的大體形狀為弧形，其凹面沿徑向向著內部。
14．按照權利要求9至13之一所述的輪胎，其特征在于，第一和第二每個支撐結構部的端部大體上位于該支撐結構的側邊界處。
15．按照權利要求9至14之一所述的輪胎，其特征在于，抗撓曲強度較小區(qū)域包括埋在彈性體基質中的不可延伸的徑向金屬絲(170)。
16．按照權利要求15的輪胎，其特征在于，每根金屬絲相對于支撐部件的排列是這樣的在一個支撐結構上是在內腔一側，而在另一個支撐結構上是在外側，在所述第一徑向內支撐結構部上相鄰的金屬絲的排列是一些在內腔的外側，另一些在內腔的內側。
17．按照權利要求9至16之一所述的輪胎，其特征在于，在支撐部件中，就沿著橫坐標曲線的基塊長度而言，在支撐部件的厚度上從腔向外面移動時，每個基塊的長度減小。
18．按照權利要求1至8之一所述的輪胎，其特征在于，固定區(qū)沿圓周方向被開槽，以使輪胎具有兩個楔形連接件(320)，它們能沿軸向彼此相對位移。
19．按照權利要求1至8之一或18的輪胎，其特征在于，在位于胎面下的支撐部件中，就沿著橫坐標線的基塊長度而言，在支撐部件的厚度上從腔向外部移動時，每個基塊的長度增大。
20．按照權利要求1至19之一所述的輪胎，其特征在于，每個基塊都是柔軟的薄片，以使每個支撐部件形成一個包括一疊所述柔軟薄片的層合部件。
21．按照權利要求20的輪胎，其特征在于，在層合部件中，就沿著圓周方向的薄片尺寸寬度1而言，薄片寬度是恒定的。
22．按照權利要求20或21的輪胎，其特征在于，每個薄片由帶(14)疊合而成，所述帶相互粘結在一起。
23．按照權利要求20至22之一所述的輪胎，其特征在于，薄片由熱塑性或熱固性樹脂的基質構成，并由在每個薄片中主要沿縱向排列的纖維加強。
24．按照權利要求1至23之一所述的輪胎，其特征在于，將寬度ls作為沿圓周方向支撐部件的尺寸，寬度1s的取值使得在整個圓周上支撐部件的數量至少為80。
25．按照權利要求1至23之一所述的輪胎，其特征在于，將寬度ls作為沿圓周方向支撐部件的尺寸，寬度1s的取值使得在整個圓周上支撐部件的數量至少為200。
26．按照權利要求1至25之一所述的輪胎，其特征在于，連接結構包括至少位于胎面下的圓周加強件(16)。
27．按照權利要求1至26之一所述的輪胎，其特征在于，連接結構包括在圓周上將支撐部件分隔開的彈性體基質(165)。
28．按照權利要求1至27之一所述的輪胎，其特征在于，支撐部件基本沿徑向排列。
29．按照權利要求1至28之一所述的輪胎，其特征在于，固定區(qū)包括至少一個沿圓周方向不可延伸的加強件(18)。
30．按照權利要求1至29之一所述的輪胎，其特征在于，彈性體是橡膠。
31．一種與如權利要求1至30之一所述的輪胎一起使用的輪輞，它包括用于接受和固定輪胎的所述固定區(qū)的安裝裝置，還包括至少在軸向基本平行于輪胎的所述固定區(qū)延伸的支撐面，其中與輪胎接觸的軸向最外側點(284、384)的軸向位置是可以調節(jié)的。
32．一種包括用來接受和固定柔性輪胎的安裝裝置的輪輞，該柔性輪胎具有一個旋轉軸線并主要包括一個胎面，所述胎面被沿徑向位于胎面內側并至少部分界定旋轉內腔的柔性支撐結構支撐，所述支撐結構包括一個徑向地位于旋轉軸線側的固定區(qū)，用來將所述支撐結構固定在與輪轂相連的裝置上，所述固定區(qū)軸向位于所述支撐結構的側邊界之間，所述與輪轂相連的裝置形成一個剛性組件，所述固定區(qū)被沿圓周方向開槽，使該輪胎具有兩個楔形連接件(320)，這兩個楔形連接件可在軸向相對移動，所述輪輞包括-兩個輪緣(380、381)，其每個都用來作為兩個楔形連接件(320)之一的支撐面；-型件(321)，它用來與所述輪緣(380、381)相配合而將所述楔形連接件(320)夾起來并固定在輪輞上。
33．按照權利要求32的輪輞，其特征在于，它包括能夠增大輪胎在輪輞上的支撐面的附加環(huán)形件(383)。
34．一種制造柔性輪胎的方法，該輪胎具有一個旋轉軸線，并包括具有與旋轉軸線相垂直的子午線平面并界定一個旋轉內腔的支撐結構，該支撐結構包括多個分布在整個圓周上的支撐部件，每個支撐部件基本按橫向排列，每個支撐部件都是包括一疊沿徑向疊置的柔性薄片的層合部件，在該方法中，制造輪胎所需的各組件在一個可破壞的支承結構上進行組裝，所述方法包括如下步驟-在支承結構上放上一段帶；-將該帶段彎曲，使其貼合支承結構的形狀；-固定帶段的兩端；-重復前面的步驟，直至得到所要的疊合條帶。
全文摘要
本發(fā)明所提出的非充氣彈性輪胎具有通過能夠支撐彎曲力矩的層合部件(12)支承負荷的能力。該層合部件(12)包括一疊疊置的柔性薄片,薄片被粘在其上的橡膠層(15)分隔開,以便形成能夠承受彎曲應力的梁。
文檔編號B60C5/00GK1291142SQ99802995
公開日2001年4月11日 申請日期1999年12月20日 優(yōu)先權日1998年12月18日
發(fā)明者丹尼爾·勞倫特, 安東尼奧·德爾菲諾, 亨利·欣克 申請人:米什蘭構思與開發(fā)公司