本發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：

在超過一個世紀的時間里，充氣輪胎是車輛移動性的所選解決方案。充氣輪胎是張力結構。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勢。充氣輪胎在承載負載方面有效率，因為全部輪胎結構都參與承載負載。充氣輪胎還由于它們具有低接觸壓力而是期望的，低接觸壓力因車輛負載的分布而帶來低的路上磨損。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在于它需要壓縮流體。常規充氣輪胎在完全失去充氣壓力之后變得無用。

被設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聯的許多問題和妥協。既不需要壓力維持也不需要壓力監控。被結構地支撐的輪胎，諸如實心輪胎或其他彈性體輪胎，至今尚未提供常規充氣輪胎所要求的性能水平。實現類似充氣輪胎那樣的性能的被結構地支撐的輪胎的方案將是期望的改進。

非充氣輪胎通常由它們的負載承載效率限定。“底部承載裝置（bottomloaders）”是在基本剛性的結構，其在該結構的輪轂下方的部分中承載大部分負載。“底部承載裝置（bottomloaders）”被設計成使得全部結構都參與承載負載。頂部承載裝置因此具有比底部承載裝置更高的負載承載效率，允許具有較小質量的設計。

因此，期望的是改進的非充氣輪胎，期望該改進的非充氣輪胎具有充氣輪胎的全部特征，但不具有需要充氣的缺點。

技術實現要素：

本發明的一個或多個實施例提供被結構地支撐的非充氣輪胎，包括：接觸地面的環形胎面部分；剪切帶；以及位于所述胎面的徑向向內的加強層，所述加強層沿徑向向內延伸形成側壁，其中，所述加強層由以成短程線模式纏繞的材料條形成。

本發明的一個或多個實施例提供被結構地支撐的非充氣輪胎，包括：接觸地面的環形胎面部分；剪切帶；以及位于所述胎面的徑向向內的加強層，所述加強層沿徑向向內延伸形成側壁，其中，所述加強層由以成短程線模式纏繞的材料條形成，所述條相對于其自身的角β嚴格大于90度。

本發明的一個或多個實施例提供被結構地支撐的非充氣輪胎，包括：接觸地面的環形胎面部分；剪切帶；以及位于所述胎面的徑向向內的加強層，所述加強層沿徑向向內延伸形成側壁，其中，所述加強層由以成短程線模式纏繞的材料條形成，其中，所述條被連續地纏繞。

本發明的一個或多個實施例提供被結構地支撐的非充氣輪胎，包括：接觸地面的環形胎面部分；剪切帶；以及位于所述胎面的徑向內部的加強層，所述加強層沿徑向向內延伸形成側壁，其中，所述加強層由以成短程線模式纏繞的材料條形成，其中，在整個簾布層的層中，所述條相對于其自身的角β為大體上180度。

本發明的一個或多個實施例提供被結構地支撐的非充氣輪胎，包括：接觸地面的環形胎面部分；剪切帶；以及位于所述胎面的徑向向內的加強層，所述加強層沿徑向向內延伸形成側壁，其中，所述加強層由以成短程線模式纏繞的材料條形成，其中，在整個所述加強層中，所述條的角β是常數。

本發明的一個或多個實施例提供被結構地支撐的非充氣輪胎，包括：接觸地面的環形胎面部分；剪切帶；以及位于所述胎面的徑向向內的加強層，所述加強層沿徑向向內延伸形成側壁，其中，所述加強層由以成短程線模式纏繞的材料條形成，其中，在整個所述加強層中，所述簾布層相對于其自身的角β為180度或更小。

本發明的一個或多個實施例提供被結構地支撐的非充氣輪胎，包括：接觸地面的環形胎面部分；剪切帶；以及位于所述胎面的徑向向內的加強層，所述加強層沿徑向向內延伸形成側壁，其中，所述加強層由以成短程線模式纏繞的材料條形成，其中，所述條與位于每個側壁的徑向最內側點處的點相切。

本發明的一個或多個實施例提供被結構地支撐的非充氣輪胎，包括：接觸地面的環形胎面部分；剪切帶；以及位于所述胎面的徑向向內的加強層，所述加強層沿徑向向內延伸形成側壁，其中，所述加強層由以成短程線模式纏繞的材料條形成，其中，所述非充氣輪胎不具有環形胎圈。

本發明的一個或多個實施例提供被結構地支撐的非充氣輪胎，包括：接觸地面的環形胎面部分；剪切帶；以及位于所述胎面的徑向向內的加強層，所述加強層沿徑向向內延伸形成側壁，其中，所述加強層由以成短程線模式纏繞的材料條形成，其中，所述非充氣輪胎被安裝在輪輞上，其中，所述輪輞軸向可調節。

本發明的一個或多個實施例提供被結構地支撐的非充氣輪胎，包括：接觸地面的環形胎面部分；剪切帶；以及位于所述胎面的徑向向內的加強層，所述加強層沿徑向向內延伸形成側壁，其中，所述加強層由以成短程線模式纏繞的材料條形成，其中，所述加強層與徑向方向成角α，從而使得所述側壁成角度。

本發明的一個或多個實施例提供被結構地支撐的非充氣輪胎，包括：接觸地面的環形胎面部分；剪切帶；以及位于所述胎面的徑向向內的加強層，所述加強層沿徑向向內延伸形成側壁，其中，所述加強層由以成短程線模式纏繞的材料條形成，其中，在整個簾布層中，所述條相對于其自身的角β為大體180度，并且其中，所述角α在-20至+20度的范圍內。

本發明的一個或多個實施例提供被結構地支撐的非充氣輪胎，包括：接觸地面的環形胎面部分；剪切帶；以及位于所述胎面的徑向向內的加強層，所述加強層沿徑向向內延伸形成側壁，其中，所述加強層由以成短程線模式纏繞的材料條形成，其中，所述加強層的徑向內端被固定到輪輞。

本發明的一個或多個實施例提供被結構地支撐的非充氣輪胎，包括：接觸地面的環形胎面部分；剪切帶；以及位于所述胎面的徑向向內的加強層，所述加強層沿徑向向內延伸形成側壁，其中，所述加強層由以成短程線模式纏繞的材料條形成，其中，所述加強層位于所述剪切帶的徑向向內。

本發明的一個或多個實施例提供被結構地支撐的非充氣輪胎，包括：接觸地面的環形胎面部分；剪切帶；以及位于所述胎面的徑向向內的加強層，所述加強層沿徑向向內延伸形成側壁，其中，所述加強層由以成短程線模式纏繞的材料條形成，其中，所述加強層位于所述剪切帶的徑向向外。

本發明的一個或多個實施例提供被結構地支撐的非充氣輪胎，包括：接觸地面的環形胎面部分；剪切帶；以及位于所述胎面的徑向向內的加強層，所述加強層沿徑向向內延伸形成側壁，其中，所述加強層由以成短程線模式纏繞的材料條形成，其中，所述加強層的一部分位于所述剪切帶的加強層之間。

本發明還涉及如下技術方案：

1.一種被結構地支撐的非充氣輪胎，包括：

接觸地面的環形胎面部分；

剪切帶；

位于所述胎面的徑向向內的加強層，所述加強層沿徑向向內延伸形成側壁，其中，所述加強層由以成短程線模式纏繞的材料條形成。

2.如技術方案1所述的被結構地支撐的非充氣輪胎，其中，所述條相對于其自身的角β嚴格大于90度。

3.如技術方案1所述的被結構地支撐的非充氣輪胎，其中，所述條被連續地纏繞。

4.如技術方案1所述的被結構地支撐的非充氣輪胎，其中，在整個簾布層的層中，所述條相對于其自身的角β為大體上180度。

5.如技術方案1所述的被結構地支撐的非充氣輪胎，其中，在整個所述加強層中，所述條的角β是常數。

6.如技術方案1所述的被結構地支撐的非充氣輪胎，其中，在整個所述加強層中，所述簾布層相對于其自身的角β為180度或更小。

7.如技術方案1所述的被結構地支撐的非充氣輪胎，其中，所述條與位于每個側壁的徑向最內側點處的點相切。

8.如技術方案1所述的被結構地支撐的非充氣輪胎，其中，所述非充氣輪胎不具環形胎圈。

9.如技術方案1所述的被結構地支撐的非充氣輪胎，其中，所述非充氣輪胎被安裝在輪輞上，其中，所述輪輞能夠軸向調節。

10.如技術方案1所述的被結構地支撐的非充氣輪胎，其中，所述加強層與徑向方向成角α，從而使得所述側壁成角度。

11.如技術方案4所述的被結構地支撐的非充氣輪胎，其中，所述角α在-20至+20度的范圍內。

12.如技術方案1所述的非充氣輪胎，其中，所述加強層的徑向內端被固定到輪輞。

13.如技術方案1所述的非充氣輪胎，其中，所述加強層位于所述剪切帶的徑向向內。

14.如技術方案1所述的非充氣輪胎，其中，所述加強層位于所述剪切帶的徑向向外。

15.如技術方案1所述的非充氣輪胎，其中，所述加強層的一部分位于所述剪切帶的加強層之間。

附圖說明

通過參照以下描述和附圖，將更好地理解本發明，在附圖中：

圖1是本發明的非充氣輪胎的立體圖；

圖2是圖1的非充氣輪胎的沒有輪輞和保護蓋的側視圖；

圖3是圖1的非充氣輪胎的剖視圖；

圖4是非充氣輪胎的立體圖，示出加強層的短程線簾布層路徑；

圖5是沒有胎面的簾布層的胎冠的放大俯視圖；

圖6是非充氣輪胎的剖視圖，示出位于剪切帶的加強層之間的簾布層；

圖7圖示圍繞可選的彈性構件夾持的簾布層的替代性實施例；

圖8是剪切帶上自力f的撓曲的測量。

具體實施方式

定義

對于本說明書，以下術語被定義如下。

“赤道面”表示垂直于穿過輪胎中心線的輪胎旋轉軸線的平面。

“子午面”表示平行于輪胎旋轉軸線并從所述軸線徑向向外延伸的平面。

“遲滯（hysteresis）”表示在10%動態剪應變和25℃下測量的動態損失正切（losstangent）。

在附圖中示出了本發明的非充氣輪胎100。圖1圖示了非充氣輪胎100具有在側壁之上的可選的保護蓋250。本發明的非充氣輪胎包括徑向接觸地面的外胎面200、剪切帶300和加強層400。本發明的非充氣輪胎被設計成頂部負載的結構，從而使得剪切帶300和加強層400有效地承載負載。剪切帶300和加強層400被設計成使得剪切帶的剛度與輪胎的彈性系數直接相關。加強層被設計成剛性結構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載。這允許未處于印跡區域中的結構的其余部分能夠承載負載，得到負載效率很高的結構。由于以上原因，期望的是最小化此負載，并且允許剪切帶彎曲以克服路面障礙。大致的負載分布是使得大致95-100%的負載由剪切帶和加強層400的徑向上部分承載，從而使得承受壓縮的加強結構的下部分幾乎承載零負載，并且優選承載小于10%的負載。

胎面部分200可以是按期望的常規胎面，并且可包括花紋溝或多個縱向定向的胎面花紋溝，在該多個縱向定向的胎面花紋溝之間形成基本縱向的胎面花紋條。花紋條可沿橫向或縱向被進一步劃分，以形成適于特定車輛應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可根據需要包括諸如花紋條、花紋塊、凸紋（lugs）、花紋溝和細縫（sipes），以改進各種情況下輪胎的性能。

剪切帶

剪切帶300優選是環形的。圖3示出了剪切帶的剖視圖。剪切帶300位于輪胎胎面200的徑向內部。剪切帶300包括第一和第二加強彈性體層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層310、320，并且該兩個不可延伸的加強層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可由被嵌入彈性體覆層中的平行的不可延伸的加強簾線311、321形成。加強簾線311、321可以是鋼、芳族聚酰胺、尼龍、聚酯或其他不可延伸結構。剪切帶300還可以可選地包括位于第一和第二加強彈性體層310、320之間的第三加強彈性體層340（未示出）。

此外優選的是，剪切帶的橫向外端302、304是圓角的，以便控制側壁的屈曲形狀并減小撓曲應力。

在第一加強彈性體層310中，加強簾線相對于輪胎赤道面以在0至約+/-10度范圍內的角φ定向。在第二加強彈性體層320中，加強簾線相對于輪胎赤道面以在0至約+/-10度范圍內的角φ定向。優選地，第一層的角φ沿與第二層中加強簾線的角φ相反的方向。也就是第一加強彈性體層中的角+φ和第一加強彈性體層中的角-φ。

剪切基體330具有在約0.10英寸至約0.2英寸范圍內的徑向厚度，更優選地約0.15英寸。剪切基體優選由剪切模量gm在15至80mpa的范圍內的彈性體材料形成，更優選地在40至60mpa范圍內的彈性體材料形成。

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。測試樣本的上表面經歷橫向力f，如圖8所示。測試樣本是從剪切基體材料獲取的具有相同徑向厚度的代表性樣本。

然后根據以下等式計算剪切剛度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梁力學（beammechanics）利用三點彎曲測試確定。該測試代表梁置于兩個輥子支撐件上并且經歷被應用于梁中間的集中負載的情形。彎曲剛度ei根據以下公式確定：ei=pl³/48*δx，其中，p是負載，l是梁長度，并且δx是撓曲（deflection）。

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。可接受的ga/ei比率將在0.01和20之間，優選范圍在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，優選為1至50。剪切帶300優選能夠承受住在15-30%范圍內的最大剪應變。

剪切帶300具有彈性系數k，彈性系數k可通過向在剪切帶頂部的水平板施加向下力并測量撓曲量來實驗地確定。彈性系數k根據力-撓曲曲線的斜率確定。

非充氣輪胎具有總彈性系數kt，總彈性系數kt經實驗確定。非充氣輪胎被安裝在輪輞上，并且負載被通過輪輞應用于輪胎的中心。根據力-撓曲曲線的斜率確定彈性系數kt。對于小型低速車輛，諸如割草機，彈性系數kt優選在500至1000的范圍內。

本發明不限于本文公開的剪切帶結構，并且可包括具有ga/ei在0.01至20范圍內、或ea/ei比率在0.02至100范圍內、或彈性系數kt在500至1000范圍內及其任何組合的任何結構。更優選地，剪切帶具有0.01至5的ga/ei比率、或1至50的ea/ei比率及其任何子組合。輪胎胎面優選地圍繞剪切帶纏繞，并且優選地被一體模制到該剪切帶。

短程線加強結構

加強結構400用于承載從剪切層傳送的負載。加強結構400主要被負載以張力和剪力，并且不承載壓縮負載。如圖3所示，加強層400具有經由夾持環500被夾持到輪輞的徑向內端，該夾持環500與輪輞連接，而不需要胎圈。如圖3所示，加強層從剪切帶300徑向向外延伸。

圖2圖示了以短程線模式布置的加強層400。加強結構400由材料條410形成，該材料條410可被以短程線模式連續纏繞。材料條可包括任何織物或柔性結構，諸如尼龍、聚酯、棉、橡膠。優選地，材料條包括由平行的加強結構形成的加強條，該加強結構為尼龍、聚酯或芳族聚酰胺。

任何表面上的短程線路徑是兩點之間的最短距離或最小曲率。在諸如圓環面的曲面上，短程線路徑是直線。真正的短程線簾布層模式精確地遵循數學公式：

ρcosα=ρ0cosα0

其中，ρ是給定位置處從芯部的旋轉軸線至簾線的徑向距離；α是給定位置處簾布層簾線相對于中周向面（midcircumferentialplane）的角；并且ρ0是周向面處從芯部的旋轉軸線至胎冠的徑向距離，并且α0是簾布層簾線相對于胎面中心線或中周向面的角。

圖4圖示了輪胎的若干不同的短程線曲線1-4。曲線1是短程線曲線的特殊情形，其中，簾線與由半徑r1所限定的內徑相切。曲線1具有約等于180度的角β。對于曲線1，以下公式適用：

α=cos-1(r1/ρ)。

圖2圖示了加強層400，其中，加強層的條或加強簾線410與輪胎的半徑r1相切。可利用計算機控制的簾布層制造設備在心軸上成型加強層，諸如美國專利第us8845836號所示的，其通過引用合并于此。心軸可具有圓柱形形狀，諸如輪胎成型鼓，但優選具有最終輪胎的形狀。橡膠涂覆的加強簾線條以短程線模式被應用于心軸上，其遵循數學公式ρcosα=常數。

形成側壁的加強層優選被定向為使得該加強層相對于徑向方向成角α，如圖3所示。角α有助于加強層400的預張，并且還增大和諧調輪胎的橫向剛度。這產生具有成角度的側壁的非充氣輪胎。角α相對于徑向方向測量，并且可以是+/-40度，更優選地為+/-20度。可利用輪輞502的軸向調節特征，如所期望的那樣諧調角α。輪輞502可軸向地調節，以使軸向輪輞寬度變窄或變寬。這種軸向調節控制簾布層張力，允許獨立于徑向剛度地調節橫向剛度。可通過被安裝在相反的輪輞平行壁506、508中的拉緊構件或螺栓504調節輪輞。夾持環500被固定到輪輞壁506、508的外端。

可選的柔性構件800可用于形成環狀的端部，如圖6所示，其中，柔性構件800和簾布層端部然后被固定到輪輞夾持件500，如圖7所示。可選的柔性構件800可以是o形環或柔性橡膠帶，可包括該柔性構件800以促進將加強結構安裝在輪輞夾持件上，如圖7所示。因此，本發明已經消除了對胎圈或環形張力構件的需要，這降低了設計的重量、成本和復雜度。

加強結構400不必須位于剪切帶的徑向向外。加強結構可位于徑向向內并且沿軸向方向在剪切帶下面延伸。替代地，加強層的一部分甚至可位于剪切帶的加強層之間，如圖6所示。但是，有利的是，使加強層位于剪切帶的徑向向外，因為這樣消除在剪切帶和負載承載構件或連接結構之間的結合部分上的張應力。此優點在剪切帶和簾布層是不相似材料時尤其重要。

申請人理解，通過閱讀以上說明書，許多其他改變對于本領域普通技術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利要求限定的本發明的精神和范圍內。