一种仿生免充气轮胎

技术领域

本发明属于轮胎技术领域，具体涉及一种仿生免充气轮胎。

背景技术

长期以来，车辆普遍使用的轮胎是充气轮胎，充气轮胎优越的缓冲性能和低滚动阻力的特性迄今为止尚无其他轮胎可以超越。但是，充气轮胎需要定期进行胎压维护、易刺破漏气、爆胎后果严重。免充气轮胎，也就是不用充气的轮胎，不借助空气，仅利用轮胎自身材料和结构实现支撑、缓冲性能，例如实心轮胎、弹簧轮胎、缓冲轮胎等。但是现有的免充气轮胎普遍存在舒适性能差、减震能力弱、噪声大、油耗高的缺陷，因此，难以在民用轮胎领域推广应用。

申请号为201921964609.5的中国专利公开了一种仿生非充气轮胎，包括胎冠、仿生辐板支撑体和辐板内圈，仿生辐板支撑体仿袋鼠下肢结构设计。仿生轮胎一定程度上提高了免充气轮胎的减震特性，但是减震效果仍然与充气轮胎相去甚远，并且噪声、滚阻及舒适性仍不能满足人们的需求。

发明内容

针对现有的免充气轮胎存在的减震性能差、噪声大的上述问题，本发明提供一种仿生免充气轮胎，通过Z形缓冲结构和菱形蜂窝结构，使轮胎既能够对大振动进行有效缓冲，又能够对小振动进行有效缓冲，打破风噪频率降低免充气轮胎风噪，避免单一结构自身由于强度不足导致发生永久形变的问题。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种仿生免充气轮胎，由外到内依次包括胎面、连接层、仿生缓冲结构及安装体，所述胎面直接与地面接触的面上设有轮胎花纹，所述胎面与仿生缓冲结构通过连接层紧密连接，所述轮胎通过安装体与车辆固定连接，所述仿生缓冲结构包括仿猫科动物的后肢的Z形缓冲板、蜂窝状弹性体、第一外圈和第一内圈，所述Z形缓冲板在第一外圈和第一内圈之间的环形区域内呈辐射状分布，Z形缓冲板、第一外圈和第一内圈之间的区域填充蜂窝状弹性体，自第一内圈至第一外圈蜂窝状弹性体的孔由小逐渐变大，所述胎面、连接层、仿生缓冲结构及安装体之间紧密连接成一个整体。

进一步的，所述仿生缓冲结构与安装体之间还设置自适应缓冲结构，所述自适应缓冲结构由I形缓冲板、第二外圈和第二内圈构成，所述I形缓冲板在第二外圈和第二内圈之间的环形区域内呈辐射状分布，所述I形缓冲板相对于第二内圈的斜向设置，其倾斜方向与Z形缓冲板中段的倾斜方向一致。

进一步的，所述I形缓冲板的数量与Z形缓冲板的数量相同。

进一步的，所述Z形缓冲板靠近第一外圈的内角为5-120°，优选30-70°，更优选50-60°；靠近第二外圈的内角为5-120°，优选30-70°，更优选40-50°

进一步的，所述Z形缓冲板与I形缓冲板均为热塑性弹性体。

进一步的，所述蜂窝状弹性体为菱形蜂窝状弹性体。

进一步的，所述胎面为纳米橡胶层。

进一步的，所述Z形缓冲板的厚度为0.5mm-20mm，优选5-15mm，更优选8-12mm；Z形缓冲板靠近第一外圈的拐点到第一外圈的距离为5-110mm，优选30-90mm，更优选80mm；Z形缓冲板靠近第一内圈的拐点到第二外圈的距离为5-110mm，优选30-80mm,更优选60mm。

进一步的，I形缓冲板的厚度为1-30mm，优选5-25mm，更优选10-15mm，I形缓冲板相对于轮胎周线的夹角为0-60°，优选20-40，更优选25°。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明通过结合Z形缓冲结构和蜂窝结构，一是，使轮胎既能够对大振动进行有效缓冲，又能够对小振动进行有效缓冲，从而提升车辆在急速转弯、过坑道、凹凸路面等状态下轮胎的操控性能；二是，增强整周Z型缓冲结构之间的结构强度，避免单一结构自身由于强度不足导致发生永久形变的问题，提升高速状态下免充气轮胎的径向刚度、周向刚度；三是打破风噪频率降低免充气轮胎风噪。

附图说明

图1为实施例1仿生免充气轮胎的立体图；

图2为实施例1仿生免充气轮胎的侧面示意图；

图3为实施例1仿生免充气轮胎的A-A剖视图；

图4为实施例1菱形蜂窝状弹性体的示意图；

图5为实施例2仿生免充气轮胎的立体图；

图6为实施例2仿生免充气轮胎的侧面示意图；

图7为实施例2仿生免充气轮胎的A-A剖视图；

图8为实施例2仿生免充气轮胎的局部示意图。

以上各图中：1、胎面；2、连接层；3、Z形缓冲板；4、菱形蜂窝状弹性体；41、菱形蜂窝状弹性体的空心区；5、第一外圈；6、第一内圈；7、安装体；8、I形缓冲板；81、I形缓冲板之间的空心区；9、第二外圈；10、第二内圈。

具体实施方式

下面结合具体实施例及附图对本发明做进一步详细说明。

实施例1

如图1所示，一种仿生免充气轮胎，由外到内依次包括胎面1、连接层2、仿生缓冲结构及安装体7，上述各部分之间紧密连接成一个整体。胎面1直接与地面接触，其表面设有轮胎花纹。胎面1优选纳米橡胶层。连接层2为粘结材料，将胎面1与仿生缓冲结构紧密连接。安装体7为轮胎的安装件，仿生轮胎通过安装体7与车辆固定连接。

如图2所示，仿生缓冲结构由仿猫科动物的后肢的Z形缓冲板3、菱形蜂窝状弹性体4、第一外圈5和第一内圈6构成。第一外圈5紧贴连接层2设置，第一内圈6紧贴安装体7设置，第一外圈5和第一内圈6之间形成环形区域，Z形缓冲板3沿着第一内圈6在环形区域内呈辐射状分布。Z形缓冲板3、第一外圈5和第一内圈6之间的区域内填满菱形蜂窝状弹性体4。Z形缓冲板与I形缓冲板均为热塑性弹性体。菱形蜂窝状弹性体4的蜂窝尺寸图如图4所示，菱形蜂窝缓弹性体4由不同角度及不同尺寸大小的弹性薄片组成，并且自第一内圈6至第一外圈5菱形蜂窝状弹性体的孔由小逐渐变大，相应的弹性体材料的密度从大逐渐变小。更优选的方案是，菱形蜂窝在轮胎径向上的尺寸相同，在轮胎周向上的尺寸由第一内圈6至第一外圈5逐渐增大。

Z型缓冲板3针对较大振动及轮胎撞击具有良好的缓冲性能，并且可以迅速恢复形状，但是针对微小振动由于Z型缓冲板4自身结构强度的支撑要求，缓冲性能较差，而通过在Z型缓冲板3之间填充蜂窝缓弹性体4恰好可以弥补这一缺陷。而且孔的尺寸逐渐变化的蜂窝状弹性体，能够保持免充气轮胎的线性吸振，提升轮胎舒适性。

相比单一的仿生缓冲结构，Z型仿生缓冲结构结合蜂窝状缓冲结构设计，还有助与在免充气轮胎行驶中打破风噪频率降低免充气轮胎风噪。还可以避免车辆在行驶中防止杂物卷入造成安全危害。

该轮胎特别适合尺寸在17寸及17寸以上的大尺寸轮胎。大尺寸的免充气轮胎一般都是装在车重及性能较高的车辆上，载荷大，速度级别高，需要装配轮辋使用。

生产方式：

该仿生免充气轮胎通过三维参数化设计的轮胎三维模型导入专用的3D打印机内进行打印生产。也可以通过传统轮胎设备及专用设计的轮胎模具进行生产，其具体工序分为轮胎缓冲体成型、胎面胶料压出、免充气轮胎粘合成型。

实施例2

如图5所示，一种仿生免充气轮胎，由外到内依次包括胎面、连接层、仿生缓冲结构、自适应缓冲结构及安装体。与实施例1相比，该仿生免充气轮胎增加了自适应缓冲结构。

胎面、连接层及自适应缓冲结构与实施例1类似。

如图6所示，自适应缓冲结构由I形缓冲板8、第二外圈9和第二内圈10构成，第二外圈9紧贴第一内圈6，第二内圈10紧贴安装体7，第二外圈9与第二内圈10之间形成环形区域，I形缓冲板8沿着第二内圈10在环形区域内呈辐射状分布，并且I形缓冲板8相对于第二内圈10斜向设置，其倾斜方向与Z形缓冲板3中间部分的倾斜方向一致。

优选，I形缓冲板8的数量与Z形缓冲板3的数量相同，优选均为弹性体材料。Z形缓冲板3与I形缓冲板8一一对应，形成M形的缓冲结构，进一步提升轮胎的缓冲性能。

优选，Z形缓冲板3靠近第一外圈5的内角Ra2为55°；靠近第二外圈6的内角Ra3为45°。Z形缓冲板的厚度D为15mm，Z形缓冲板靠近第一外圈的拐点到第一外圈的距离D1为80mm，Z形缓冲板靠近第一内圈的拐点到第二外圈的距离D2为60mm，I形缓冲板的厚度W1为25mm，I形缓冲板相对于轮胎周线的夹角Ra1为25°。为了便于清楚的展示上述结构，图8选取了数个完整的Z形缓冲板和I形缓冲板，省略了菱形蜂窝状弹性体及其余Z形缓冲板和I形缓冲板。

该轮胎特别适合尺寸在17寸以下的小尺寸轮胎。小尺寸的免充气轮胎，对舒适性要求高，仿生缓冲结构和自适应缓冲结构能够提升小尺寸免充气轮胎的舒适性，同时降低生成成本。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。