可调节径向刚度的轮胎及制造方法与流程

1.本发明涉及轮胎技术领域，具体地涉及一种可调节径向刚度的轮胎及制造方法。


背景技术：

2.汽车轮胎与路面接触，支撑车身和缓解外界冲击，保证车辆的行驶性能。同时，汽车轮胎常在复杂的路面环境下使用，因此汽车轮胎必须具备较好的承载性能；在轮胎技术领域中常通过轮胎的径向刚度反映其承载性能，传统的充气轮胎可通过调节胎压进行径向刚度调节，但一般的非充气轮胎由于采用一体注塑成型的制造工艺，其径向刚度不可进行二次调节，因而其承载性能也无法进行调节。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种可调节径向刚度的轮胎，旨在解决如何调节非充气轮胎的径向刚度的技术问题。
4.为实现上述目的，本发明第一方面提供了一种可调节径向刚度的轮胎，包括：外轮胎；同心设置在所述外轮胎内部的轮毂；固定连接在所述轮毂外侧与所述外轮胎内侧之间的若干弹性支撑件；及设于所述轮毂内侧用于调节所述轮毂外径大小的径向调节装置，其中，通过调节所述轮毂的外径大小，对应压缩或拉伸所述弹性支撑件进行轮胎的径向刚度调节。
5.优选地，所述径向调节装置包括：
6.底盘，所述底盘的外侧沿周向设有若干支撑杆；
7.与所述底盘转动装配的转盘；
8.间隔围设在所述转盘外侧且与所述转盘连接的若干轮毂片，每个所述轮毂片对应于一个所述支撑杆；
9.当相对转动所述转盘与所述底盘时，所述轮毂片沿所述转盘径向伸展或收缩。
10.优选地，所述转盘上设置有若干间隔排布的渐开线凹槽，每个所述轮毂片的连接部上设置有渐开线凸起，与所述渐开线凹槽相互配合。
11.优选地，所述轮毂还包括：盖板，所述盖板的内侧沿周向设置有若干导向滑槽，每个所述导向滑槽对应于一个所述轮毂片。
12.优选地，所述盖板内侧还设有滑动轴承；所述转盘内侧设置有滑动轴圈，与所述滑动轴承间隙配合。
13.优选地，每个所述轮毂片的连接部上设置有腰型孔。
14.优选地，所述转盘上设置有转动助力结构，所述转动助力结构用于配合转动所述转盘。
15.优选地，所述转盘上设置有排渣结构，所述排渣结构用于排出进入所述转盘的杂物。
16.优选地，所述外轮胎包括外圈和内圈；所述外圈用于与路面接触；所述内圈设置有
若干间隔排布的安装凹槽，用于连接所述弹性支撑件的径向外端。
17.优选地，所述弹性支撑件的径向内端或径向外端的形状包括工字型、土字型和士字型中的任意一种。
18.优选地，所述弹性支撑件包含两类接触面，所述弹性支撑件与所述轮毂外径表面配合处，所述弹性支撑件与所述外轮胎内圈径向内表面配合处为第一类接触面；所述弹性支撑件与所述轮毂外径内表面配合处，所述弹性支撑件与所述外轮胎内圈沿径向方向最外卡槽配合处为第二类接触面；其中，所述弹性支撑件的所述第一类接触面呈受压状态，所述弹性支撑件的所述第二类接触面呈受拉状态。
19.本发明第二方面提供了一种可调节径向刚度的轮胎的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
20.步骤s1，分别浇注或注塑或3d打印加工形成若干弹性支撑件；
21.步骤s2，通过胶粘或热模压成型或注塑或浇注成型连接内圈和外圈，形成外轮胎；
22.步骤s3，将若干轮毂片、底盘、和转盘固定连接，形成径向调节装置；
23.步骤s4，将所述径向调节装置和盖板固定连接，形成轮毂；
24.步骤s5，将若干所述弹性支撑件通过嵌入配合或胶粘连接所述外轮胎和所述轮毂。
25.优选地，还包括：步骤s6，向所述弹性支撑件与所述轮毂之间的连接配合处涂抹胶水，向所述弹性支撑件与所述外轮胎的连接配合处涂抹胶水。
26.优选地，所述嵌入配合包括过盈、过渡或者间隙中的任意一种。
27.优选地，步骤s5中，还包括，更换不同形状或长度的弹性支撑件，并调整所述外轮胎与所述轮毂之间的夹角。
28.优选地，当所述弹性支撑件的数量为m个时，所述外轮胎与所述轮毂之间的夹角的调整角度范围为[0～360
°
/m]。
[0029]
本发明中的可调节径向刚度的轮胎，包括：外轮胎、轮毂、弹性支撑件和径向调节装置；本发明中的轮胎无需拆卸调整其径向刚度，通过配合工具调节轮毂的外径大小，对弹性支撑件进行压缩或拉伸，进行轮胎的径向刚度调节，从而实现调整轮胎的承载性能。
附图说明
[0030]
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要实用的附图作简单地介绍。应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被视为对保护范围的限定。
[0031]
图1是本发明可调节径向刚度的轮胎的一个实施例的立体结构示意图；
[0032]
图2是本发明可调节径向刚度的轮胎的一个实施例的侧视图；
[0033]
图3是本发明轮毂的一个实施例的立体结构示意图；
[0034]
图4是本发明轮毂分解后的一个实施例的结构示意图；
[0035]
图5是本发明底盘的一个实施例立体的结构示意图；
[0036]
图6是本发明轮毂片的一个实施例的立体结构示意图；
[0037]
图7是本发明转盘的一个实施例的侧视图；
[0038]
图8是本发明渐开线凹槽的一个实施例的结构说明图；
[0039]
图9是本发明盖板的一个实施例的立体结构示意图；
[0040]
图10是本发明外轮胎的一个实施例的正视图；
[0041]
图11是本发明弹性支撑件的一个实施例的立体结构示意图；
[0042]
图12是本发明弹性支撑件的一个实施例的材料应力应变曲线图；
[0043]
图13是本发明轮胎制造方法的一个实施例的说明图；
[0044]
附图标记说明：201、外轮胎；202、弹性支撑件；203、轮毂；201a、外圈；201b、内圈；201ba、安装凹槽；202a、第一类接触面；202b、第二类接触面；203a、轮毂片；203b、底盘；203c、盖板；203d、螺母；203e、螺栓；203f、转盘；203aa、第一配合面；203ab、第二配合面；203ac、第三配合面；203ad、腰型孔；203ae、渐开线凸起；203af、轮毂片连接部；203ba、紧固孔；203bb、轮毂安装孔：203bc、支撑杆：203ca、滑动轴承；203cb、通过孔；203cc、导向滑槽；203fa、渐开线凹槽；203fb、排渣孔；203fc、轮齿；203fd、滑动轴圈。
具体实施方式
[0045]
应当注意的是，此处所公开的具体结构和功能细节仅仅是代表性的，并且是用于描述本发明的示例性实施例的目的。但是本发明可以通过许多替换形式来具体实现，并且不应当被解释成仅仅受限于这里所阐述的实施例。
[0046]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“横向”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。另外，术语“包括”及其任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
[0047]
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0048]
下面参考附图和可选的实施例对本发明作进一步详细说明。
[0049]
在一实施例中，如图1至图2所示，一种可调节径向刚度的轮胎，包括：外轮胎201；同心设置在外轮胎201内部的轮毂203；固定连接在轮毂203外侧与外轮胎201内侧之间的若干弹性支撑件202；及设于轮毂203内侧用于调节轮毂203外径大小的径向调节装置，其中，通过调节轮毂203的外径大小，对应压缩或拉伸弹性支撑件202进行轮胎的径向刚度调节。
[0050]
其中，外轮胎201的外侧用于与路面接触，若干弹性支撑件202间隔分布在轮毂203外侧与外轮胎201内侧之间，弹性支撑件202的径向外端与外轮胎201内侧固定连接，其径向内端与轮毂203外侧固定连接，因弹性支撑件202兼具一定的支撑性能和弹性性能，因此具备一定的承载性能和形变能力，轮毂203内侧设置有调节轮毂203外径大小的径向调节装置，当轮毂203外径增大或减小时，弹性支撑件202被压缩或被拉伸，导致轮胎整体的径向刚
度减小或增加，从而实现调整轮胎的承载性能。
[0051]
进一步的，径向调节装置包括：底盘203b，底盘203b的外侧沿周向设有若干支撑杆203bc；与底盘203b转动装配的转盘203f；间隔围设在转盘203f外侧且与转盘203f连接的若干轮毂片203a，每个轮毂片203a对应一个支撑杆203bc；当相对转动转盘203f与底盘203b时，轮毂片203a沿转盘203f径向伸展或收缩。
[0052]
在一实施例中，如图3至图6所示，底盘203b的外侧沿周向设有若干支撑杆203bc，用于固定支撑转盘203f，且每个支撑杆203bc对应一个轮毂片203a；每个支撑杆203bc端部预留紧固孔203ba，用于配合螺栓203e进行固定连接，底盘203b内侧预留若干轮毂安装孔203bb；若干轮毂片203a沿转盘203f外周间隔围设，且轮毂片203a的连接部203af与转盘203f固定连接；轮毂片203a之间的间隙用于连接弹性支撑件202的径向内端；其中，轮毂片203a的第一配合面203aa、第二配合面203ab和第三配合面203ac与弹性支撑件202的径向内端接触配合。
[0053]
当相对转动转盘203f与底盘203b时，轮毂片203a沿转盘203f径向伸展或收缩，增加或减小轮毂203的外径，进而压缩或拉伸弹性支撑件202，导致轮胎整体的径向刚度减小或增加，从而实现调整轮胎的承载性能。
[0054]
进一步的，转盘203f上设置有若干间隔排布的渐开线凹槽203fa，每个轮毂片203a的连接部203af上设置有渐开线凸起203ae，与渐开线凹槽203fa相互配合。
[0055]
在一实施例中，如图6至图8所示，每个轮毂片203a的连接部203af上设置有渐开线凸起203ae，与转盘203f上的渐开线凹槽203fa相互配合进行固定连接，实现轮毂片203a可沿转盘203f径向伸展或收缩，增加或减小轮毂203的外径，进而压缩或拉伸弹性支撑件202，导致轮胎整体的径向刚度减小或增加，从而实现调整轮胎的承载性能。
[0056]
此处对渐开线凸起203ae及渐开线凹槽203fa的结构形态以及数量不做具体限定，以上结构仅为举例说明。
[0057]
进一步的，轮毂203还包括：盖板203c，盖板203c的内侧沿周向设置有若干导向滑槽203cc，每个导向滑槽203cc对应一个轮毂片203a。
[0058]
在一实施例中，如图9所示，盖板203c内侧沿周向设置有若干导向滑槽203cc，每个导向滑槽203cc对应一个轮毂片203a的连接部203af，用于限制轮毂片203a沿转盘203f仅进行径向运动；每个导向滑槽203cc端部预留有通过孔203cb，用于配合螺栓203e进行固定连接；设置盖板203c能够保证轮毂片203a沿转盘203f进行径向运动，同时能够对轮毂片203a的连接部203af结构进行有效保护，进一步提高轮毂203整体结构的稳定性和可靠性。
[0059]
进一步的，盖板203c内侧还设有滑动轴承203ca；转盘203f内侧设置有滑动轴圈203fd，滑动轴圈203fd与滑动轴承203ca间隙配合。
[0060]
在一实施例中，如图7和图9所示，盖板203c内周设置有滑动轴承203ca，用于支撑转盘203f进行旋转运动，转盘203f内侧设置有滑动轴圈203fd，用于配合滑动轴承203ca；滑动轴承203ca与滑动轴圈203fd之间的间隙范围为0.01至0.1；以上滑动轴承203ca的设置能够对转盘203f提供支撑，同时还保持转盘203f在旋转过程中的位置准确性，减小旋转过程中发生的转盘203f磨损，延长转盘203f的使用寿命。
[0061]
进一步的，每个轮毂片203a上设置有腰型孔203ad。
[0062]
在一实施例中，如图6所示，每个轮毂片203a上设置有腰型孔203ad，用于限制轮毂
片203a在转盘203f径向上的运动位置；同时，腰型孔203ad也作为轮毂片203a、盖板203c和底盘203b之间固定连接的螺栓通道；以上腰型孔203ad的设置能够对提高轮毂片203a沿转盘径向运动位置的精确性，减少误差，当相对转动转盘203f与底盘203b时，每个轮毂片203a沿转盘203f径向发生相同距离的位移变化，保证每个轮毂片203a沿转盘203f径向上受力均匀，进一步提供轮毂203的受力稳定性。
[0063]
进一步的，转盘203f上设置有转动助力结构，转动助力结构用于配合转动转盘203f。
[0064]
在一实施例中，如图2和图7所示，围绕转盘203f外周边缘设有若干间隔分布的轮齿203fc，用于配合齿轮工具对转盘203f进行转动；设置轮齿203fc能够为转动转盘203f过程中提供助力，同时在不拆卸该轮胎的情况下，通过使用工具配合轮齿203fc对转盘203f进行旋转调整，方便使用者迅速调整车轮的径向刚度，从而调整轮胎的承载性能。
[0065]
需要说明的是，此处对转动助力结构的结构形态、相对位置关系以及数量不做具体限定，以上结构仅为举例说明；本实施例中，转动助力结构只要能够在转动转盘203f时提供助力即可，必要时可根据应用情况的具体需求对转动助力结构进行调整。
[0066]
进一步的，转盘203f上设置有排渣结构，排渣结构用于排出进入转盘203f的杂物。
[0067]
在一实施例中，如图7所示，围绕转盘203f外周边缘设有若干间隔分布的排渣孔203fb，每个排渣孔203fb对应一渐开线凹槽203fa；通过轮胎旋转时产生的离心力，以上排渣孔203fb的设置，能够对转盘203f进行保护，通过轮胎旋转时产生离心力把进入转盘203f的杂物通过排渣孔203fb进行排出，避免转盘203f发生损坏或卡壳等现象。
[0068]
需要说明的是，此处对排渣结构的结构形态、相对位置关系以及数量不做具体限定，以上结构仅为举例说明；本实施例中，排渣结构只要能够利用轮胎的离心力排出进入转盘203f的杂物即可，必要时可根据应用情况的具体需求对排渣解构进行调整。
[0069]
进一步的，外轮胎201包括外圈201a和内圈201b；外圈201a用于与路面接触，内圈201b设置有若干间隔排布的安装凹槽201ba，用于连接弹性支撑件202的径向外端。
[0070]
在一实施例中，如图10所示，内圈201b设置有若干间隔排布的安装凹槽201ba，用于连接弹性支撑件202的径向外端，安装凹槽201ba的形状与弹性支撑件202的径向外端的形状相匹配；以上安装凹槽201ba的设置能够使外轮胎201与弹性支撑件202的径向外端的连接更加牢固紧密，提供整体轮胎的结构稳定性。
[0071]
进一步的，弹性支撑件202的径向内端或径向外端的形状包括工字型、土字型和士字型中的任意一种。
[0072]
在一实施例中，如图11所示的弹性支撑件202，其径向内端和径向外端的形状呈工字型且接触面带有一定弧度，使弹性支撑件202的径向外端与安装凹槽201ba，及弹性支撑件202的径向内端与轮毂片203a更加贴合；其中，当相对转动转盘203f与底盘203b时，弹性支撑件沿径向方向上发生缩短或伸长，以上弹性支撑件202的形状设置能够有效提高弹性支撑件202的结构强度，进一步提供轮胎整体受力缓冲性能。
[0073]
如图11所示的弹性支撑件202包含两类接触面，弹性支撑件202与轮毂203外径表面配合处，弹性支撑件202与外轮胎内圈201b径向内表面配合处为第一类接触面202a；弹性支撑件202与轮毂203外径内表面配合处，弹性支撑件202与外轮胎内圈201b沿径向方向最外卡槽配合处为第二类接触面202b；
[0074]
其中，弹性支撑件202的第一类接触面202a呈受压状态，弹性支撑件202的第二类接触面202b呈受拉状态。
[0075]
本发明还提出了一种可调节径向刚度的轮胎的制造方法，包括以下步骤：
[0076]
步骤s1，分别浇注或注塑或3d打印加工形成若干弹性支撑件202；
[0077]
步骤s2，通过胶粘或热模压成型或注塑或浇注成型连接内圈201b和外圈201a，形成外轮胎201；
[0078]
步骤s3，将若干轮毂片203a、底盘203b、和转盘203f固定连接，形成径向调节装置；
[0079]
步骤s4，将径向调节装置和盖板203c固定连接，形成轮毂203；
[0080]
步骤s5，将若干弹性支撑件202通过嵌入配合或胶粘连接外轮胎201和轮毂203。
[0081]
在一实施例中，可以设置弹性支撑件202选用具备一定硬度和弹性的高分子聚合物材料，例如：聚氨酯材料：cpu、tpu等；橡胶材料：hnbr、nbr、epdm等，以优化弹性支撑件202的承载性能及弹性性能。
[0082]
在一实施例中，可以设置外圈201a或内圈201b选用具备较高硬度的高分子聚合物材料，例如：橡胶、聚氨酯等，以优化外轮胎201的支撑性能。
[0083]
在一实施例中，螺栓203e穿过轮毂片203a上的腰型孔203ad、底盘203b上的紧固孔203ba，配合螺母203d将轮毂片203a、底盘203b和转盘203f固定连接，形成径向调节装置；然后通过盖板203c上的通过孔203cb配合螺母203d实现径向调节装置和盖板203c的固定连接，形成轮毂203；此处能够通过简单的机械连接结构即可实现轮毂203各组件的固定连接，同时方便拆卸更换损坏的轮毂203部分组件。
[0084]
在一实施例中，将弹性支撑件202的径向外端嵌入内圈201b的安装凹槽201ba，其径向内端嵌入轮毂片203a之间的间隙，连接外轮胎201与轮毂203；其中，轮毂片203a的第一配合面203aa、第二配合面203ab和第三配合面203ac与弹性支撑件202的径向内端接触配合；此处通过嵌入配合方式连接外轮胎201与轮毂203，区别于传统的使用胶粘剂粘接方式，更加环保。
[0085]
在另一实施例中，向弹性支撑件202的径向外端、径向内端表面涂抹胶水后，将弹性支撑件202的径向外端与内圈201b的安装凹槽201ba连接，其径向内端与轮毂片203a连接，连接外轮胎201与轮毂203；此时，轮毂片203a的第一配合面203aa、第二配合面203ab和第三配合面203ac与弹性支撑件202的径向内端通过胶水进行固定连接；此处通过使用胶水或胶粘剂方式连接外轮胎201与轮毂203，在生产过程中具备可批量化生产的优点。
[0086]
进一步的，可调节径向刚度的轮胎的制造方法还包括：步骤s6，向弹性支撑件202与轮毂203之间的连接配合处涂抹胶水，向弹性支撑件202与外轮胎201的连接配合处涂抹胶水。
[0087]
在一实施例中，将弹性支撑件202的径向外端和径向内端通过嵌入配合分别连接外轮胎201和轮毂203后，向径向外端与内圈201b之间的连接配合处涂抹胶水，向径向内端与轮毂片203a的第一配合面203aa、第二配合面203ab和第三配合面203ac之间的连接配合处涂抹胶水；在连接配合处涂抹胶水能增加外轮胎201、弹性支撑件202及轮毂203的连接强度，提高轮胎整体的结构稳定性。
[0088]
进一步的，嵌入配合包括过盈、过渡或者间隙中的任意一种。
[0089]
在一实施例中，可以通过过盈、过渡或者间隙中的任意一种方式将弹性支撑件202
嵌入内圈201b的安装凹槽201ba及轮毂片203a之间的间隙中，使其与安装凹槽201ba及轮毂片203a之间的间隙表面进行充分贴合，增加整体轮胎的结构稳定性，避免在轮胎在行驶过程中出现晃动现象。
[0090]
本发明的轮胎，相比浇注、一体成型的非充气轮胎或充气式轮胎，本发明的轮胎更具有替换性；同时，本发明的轮胎具备良好的装配性能，也易于实现量产，在生产装配过程中，无需大型设备辅助。
[0091]
进一步地，步骤s5中，还包括，更换不同形状或长度的弹性支撑件202，并调整外轮胎201与轮毂203之间的夹角。根据大量实验得出如图12所示的弹性支撑件202的材料应力应变曲线图，横坐标为弹性支撑件202材料预应变，纵坐标为弹性支撑件202材料应力，可利用材料应力
‑
应变曲线定向确定施加预应力的大小，从而对弹性支撑件202进行有效调节，使轮胎整体的径向刚度在一定范围内发生变化，防止弹性支撑件202由于过应力而导致撕裂，发生破坏。
[0092]
在一实施例中，如图13所示，根据实际应用需求，在轮胎的制造组装过程中，更换不同长度或形状的弹性支撑件202，并调整外轮胎201与轮毂203之间的夹角，从而实现在制造轮胎过程中调节整体轮胎的径向刚度。
[0093]
进一步的，当弹性支撑件202的数量为m个时，外轮胎201与轮毂203之间的夹角的调整角度范围为[0～360
°
/m]。
[0094]
根据大量模拟实验及经验得出，当弹性支撑件202的数量为m个，外轮胎201与轮毂203之间的夹角的调整角度范围为[0～360
°
/m]；在该调整角度范围内，弹性支撑件202在其弹性形变限度内维持较好的承载性能。
[0095]
本发明的有益效果在于，本发明中的轮胎无需拆卸调整其径向刚度，通过配合工具调节轮毂203的外径大小，对弹性支撑件202进行压缩或拉伸，进行轮胎的径向刚度调节，从而实现调整轮胎的承载性能。同时，本发明的轮胎，其制造方法工艺简单，工序合理，且在轮胎制造装配过程中，无需大型设备辅助；机械式结构装配可以不使用胶粘剂进行固定，更加环保；且可以通过快速更换部分损坏部件进行重新使用，节约成本。
[0096]
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员，本发明可以有各种更改和变化的方案。凡在本发明表达的描述和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
[0097]
虽然已经通过列举例子对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应当了解，以上例子仅是为了进行解释说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应当理解，可在不偏离本发明的范围的情况下，对以上的实施例进行修改，本发明的范围由所附权利要求限定。