包括螺旋彈簧的不充氣輪胎的製作方法

2023-05-02 02:43:21 1

專利名稱：包括螺旋彈簧的不充氣輪胎的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種輪胎。
背景技術：
國家航空航天管理局(NASA)開發新型地面車輛，以支持長距離月球探索和月球基地的開發。這些車輛將比阿波羅計劃在19世紀60年代後期開發的月球車(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十倍的重量和堅持高達一百倍的行駛距離，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400 K)之間會顯著地變化。另外，當沒有大氣保護而暴露於太陽直接輻射時，橡膠會降解。最後，由於輪胎漏氣的可能性，對於載人月球車來說，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計，並該輪胎設計已成功應用在阿波羅任務15、16和17號上。該輪胎由琴弦編織而成，其耐月球溫度變化和太陽輻射，操作於真空之中，並且不需要空氣用於負載支撐。該結構還用於吻合月球地形，有助於牽引並減小傳遞到阿波羅月球車的振動。因為對月球車的新的重量和距離的要求，所以需要具有更高強度和耐用性的輪胎。—個傳統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其行駛的地形來調節，以提高車輛的性能。該輪胎具有弓形構件，該弓形構件具有連接輪轂的第一端和第二端。該弓形構件在第一端和第二端之間以弧形向外延伸。該弓形構件形成繞著輪轂在周向上間隔開並且從輪轂徑向向外延伸的多個撓性箍。更具體地，該傳統的非充氣輪胎形成由38個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製成，該金屬絲切割成期望長度並穿過所述彈簧的中心。傳統的輪轂可軸向擴張/收縮，以改變輪胎的直徑。發現阿波羅月球車輪胎的原來的絲網設計無法容易地可擴展。具體地，為製造支撐原始設計的十倍載荷的輪胎而增大線絲直徑，產生了兩個明顯的限制1)喪失了吻合地形的能力，從而限制了牽引和隔離振動的能力；和2)增大的線絲應力限制了使用壽命。根據本發明的輪胎克服了這些限制因素，為輪胎帶來了適用於月球、地球、以及其它行星表面的革新技術進步。

發明內容
根據本發明的輪胎包括多個螺旋彈簧。每個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。每個螺旋彈簧都與多個螺旋彈簧的至少另一個螺旋彈簧交織，從而形成繞著輪胎的整個圓周延伸的編織環面結構。根據本發明的另一方面，一子組的螺旋彈簧緊固至車輪的第一環形輪輞和/或車輪的第二環形輪輞。根據本發明的再一方面，在輪胎的每個軸向側都具有環形輪輞的車輪將輪胎緊固至車輪上。根據本發明的又一方面，所述編織環面結構限定了輪胎的第一帘布層。根據本發明的再一方面，第二帘布層徑向地重疊第一帘布層。根據本發明的又一方面，所述第二帘布層包括具有多個螺旋彈簧的編織環面結構。根據本發明的再一方面，所述第二帘布層的每個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。所述第二帘布層的每個螺旋彈簧與第二帘布層的至少另一個螺旋彈簧交織，從而形成繞著輪胎的整個圓周延伸的編織環面結構。根據本發明的另一輪胎包括多個彈簧。每個彈簧都包括第一端部部分、與第一端部部分相對的第二端部部分、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。每個彈簧都從所述第一端部部分徑向向外延伸至中間部分並且從所述中間部分徑向向內延伸至所述第二端部部分。每個彈簧都與在該彈簧的第一側上的相鄰彈簧交織，並且進一步與在該彈簧的第二相反側上的相鄰彈簧交織，從而形成繞著所述輪胎的整個圓周延伸的環面結構。根據本發明的另一方面，每個彈簧的第一端部部分緊固至車輪的第一環形輪輞並且每個彈簧的第二端部部分緊固至車輪的第二環形輪輞。根據本發明的又一方面，每個彈簧形成從車輪徑向向外延伸的弓形。根據本發明的再一方面，在輪胎的每個軸向側都具有環形輪輞的車輪將彈簧緊固至車輪上。 根據本發明的又一方面，所述環面結構限定了輪胎的第一帘布層。根據本發明的再一方面，第二帘布層徑向地重疊第一帘布層。根據本發明的又一方面，所述第二帘布層包括具有多個彈簧的環面結構。根據本發明的再一方面，第二帘布層的每個彈簧都包括第一端部部分、與所述第一端部部分相對的第二端部部分、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。所述第二帘布層的每個彈簧從所述第一端部部分徑向向外延伸至所述中間部分並且從所述中間部分徑向向內延伸至所述第二端部部分。每個彈簧與在該彈簧的第一側上的相鄰彈簧交織，並且進一步與在該彈簧的第二相反側上的相鄰彈簧交織，從而形成繞著輪胎的整個圓周延伸的環面結構。


圖1表示傳統金屬絲網片材的示意圖。圖2表示用於與本發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表示將兩個片材(例如圖2中的片材)緊固在一起的步驟。圖6表示用於與本發明一起使用的螺旋彈簧。圖7表示圖6中的螺旋彈簧處於撓曲狀態。圖8表示根據本發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。
具體實施例方式輪胎可包括交織的多個螺旋彈簧(即，在載荷下彈性變形而幾乎沒有能量損失的螺旋線)。輪胎限定了用於安裝至車輪的環面形結構。輪胎可吻合輪胎接合的表面，以便於牽引，同時減輕傳遞至相應車輛的振動。螺旋彈簧支撐和/或分布車輛的負載。輪胎可為充氣的或不充氣的。在車輛的重量下，輪胎可被驅動、拖動或給車輛提供轉向。輪胎的螺旋彈簧可通過相對於彼此彎曲和移動而被動地吻合任何地形。螺旋彈簧的交織結構給輪胎提供了穩定性，並且在輪胎旋轉和接合變化地形時防止該結構塌縮。輪胎的螺旋彈簧可在有限變形範圍內是彈性的，從而可使用相對較剛性的框架來防止過大變形。徑向取向的彈簧可用於將輪胎連接到車輪上。這些彈簧可以是交織的。以分布負荷為目的，其它彈簧可從徑向到周向以任意的偏角與輪胎相結合。這些其它彈簧可為螺旋彈簧。另外，作為一個例子，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。可增加某類外覆層(即，胎面)，以保護螺旋彈簧不受衝擊損害和/或改變輪胎漂移和產生牽引的能力。作為一個例子，可使用四個基本步驟來製造一個示例輪胎i)將螺旋彈簧扭絞在一起，以形成具有對應於期望輪胎圓周的長度的矩形片；ii)將彈簧矩形片的端部交織，形成網狀圓筒；iii)摺疊網狀圓筒的一端，並將其連接到車輪的輪輞；和iv)將網狀圓筒的另一端裡面朝外地翻，並將其連接到車輪的另一軸向相對的輪輞。根據本發明的輪胎可用在地球、月球、火星和/或任意其它行星體上，因為它的元件在這些行星的大氣和地形條件下能可靠地操作。該輪胎可獨立地應用，或者結合進其它輪胎類型中作為局部或輔助載荷支撐/分布系統。然而，該輪胎不需要空氣，不需要橡膠，操作在困難環境中，並且吻合所有地形。輪胎提供了對阿波羅月球車的傳統絲網輪胎的改進。由於螺旋彈簧的線材尺寸可被增大而功能改變相對很小，所以輪胎提供了更高的承載能力。由於螺旋彈簧的線材應力在整個結構上分布得更加均勻，所以輪胎提供了更長的循環壽命。另外，由於交織的螺旋彈簧網織品比捲曲的金屬絲網從根本上強度更高，所以對於每單位的被支撐的車輛重量，輪胎提供相對低的重量。另外，由於螺旋彈簧可以相互旋進而非交織在一起，所以輪胎提供了改進的可製造性。而且，螺旋彈簧能夠壓縮和伸長，以適應製造的變化。最後，由於可增加載荷分布彈簧來改變在不同的輪胎位置和方向的輪胎強度，所以輪胎提供了改進的設計多用性。由於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，該輪胎可提供相對較低的能量損失。輪胎含有冗餘載荷承載元件，即便在顯著的損壞之後也能正常地操作。因此，對於需要低車輛能量消耗、輪胎故障造成嚴重危險、行駛通過不平地形、車輛暴露於極端溫度或高水平輻射、和/或車輛暴露於炮火或炸彈爆炸的情況可利用根據本發明的輪胎。如圖1中所示，編織絲網已經被用於傳統的月球車輪胎。然而，如上所述，期望更高的強度和耐用性。圖2表示可比絲網提供更高強度和耐用性的交織螺旋彈簧55的網狀片50。圖3、4和5表示形成圖2中所示網狀片50的中間步驟。在圖3中，第一螺旋彈簧 55圖示為正在旋轉，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，從而將該第三彈簧與已經編織好的第一和第二彈簧55交織。在圖 5中，一個螺旋彈簧55圖示為正在旋轉，用於連接由多個螺旋彈簧55製成的兩個網狀片50 (即，圖2中的片)。圖6表示用作上述圖2-5中的單獨一個螺旋彈簧55。圖7表示用在輪胎中撓曲的單獨一個螺旋彈簧55，如下所述。如圖8-10中所示，根據本發明的例子總成100包括車輪200和輪胎300。車輪200 在每個軸向側都具有環形輪輞202，用於將輪胎300緊固至車輪上。每個輪輞202都相對於另一輪輞202固定。每個輪輞202可包括用於將輪胎300與輪輞對齊的多個插口孔204。 可使用任意其它適當的裝置來將輪胎300緊固至輪輞200上。輪胎300可包括以弓形結構從車輪200徑向向遠處延伸並徑向延伸回車輪的多個螺旋彈簧310。每個彈簧310的每個端部315可以在車輪的相應輪輞202處緊固至車輪上。 每個彈簧310都具有互連接端部315的中間部分。每個端部315都可在軸向方位(圖9)或在有角度的方位被緊固，每個彈簧310從一個輪輞202向外地延伸，然後遠離車輪300，再折回自身，然後向內延伸，最後朝著另一輪輞202延伸。從而每個彈簧的每個端部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，每個彈簧55可與相鄰的彈簧55交織(圖2)，能夠在彈簧之間分擔載荷。如圖2中所示，每個彈簧55都與在該彈簧的第一側上的相鄰彈簧55交織或交錯編織，並且進一步與在該彈簧的第二相反側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的整個圓周延伸的編織環面結構(圖8-10)。螺旋彈簧310可為任意適當的長度、規格、節距。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範圍產生連續網狀織物。螺旋彈簧 310還可構造為兩個或多個層，一個或多個徑向內部層被一個或多個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的材料。在前面的描述中，為便於簡潔、清楚和理解使用了某些術語；但是因為這類術語用於描述性目的並且意欲被廣義地解釋，所以從這些術語沒有暗示超過現有技術要求的不必要限制。此外，本發明的描述和圖示是示例的，本發明的範圍不限於所示或所述的確切細節。 現已描述了本發明的特徵、發現和原理、構造和使用本發明的方式、該構造的特徵、以及獲得的有利的、新的及有用的結果，因此，新的有用的結構、裝置、元件、布置、零件及組合的範圍在所附權利要求中被闡述。
權利要求
1.一種輪胎，包括多個螺旋彈簧，每個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，每個螺旋彈簧與至少另一個螺旋彈簧交織，從而形成繞著所述輪胎的整個圓周延伸的編織環面結構。
2.如權利要求1所述的輪胎，其中一子組螺旋彈簧緊固至車輪的第一環形輪輞和所述車輪的第二環形輪輞。
3.如權利要求1所述的輪胎，進一步包括在所述輪胎的每個軸向側都具有環形輪輞的車輪用於將輪胎緊固至所述車輪。
4.如權利要求1所述的輪胎，其中所述環面結構限定所述輪胎的第一帘布層。
5.如權利要求4所述的輪胎，進一步包括第二帘布層，所述第二帘布層徑向地重疊所述第一帘布層。
6.如權利要求5所述的輪胎，其中所述第二帘布層包括具有多個螺旋彈簧的編織環面結構。
7.如權利要求6所述的輪胎，其中所述第二帘布層的每個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，每個螺旋彈簧與至少另一個螺旋彈簧交織，從而形成繞著所述輪胎的整個圓周延伸的編織環面結構。
8.一種包括多個彈簧的輪胎，每個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，每個彈簧從所述第一端部部分徑向向外延伸至所述中間部分並且從所述中間部分徑向向內延伸至所述第二端部部分，每個彈簧與在該彈簧的第一側上的相鄰彈簧交織，並且進一步與在該彈簧的第二相反側上的相鄰彈簧交織，從而形成繞著所述輪胎的整個圓周延伸的環面結構。
9.如權利要求8所述的輪胎，其中每個彈簧的第一端部部分緊固至車輪的第一環形輪輞並且每個彈簧的第二端部部分緊固至所述車輪的第二環形輪輞。
10.如權利要求8所述的輪胎，其中每個彈簧都形成從車輪徑向向外延伸的弓形。
11.如權利要求8所述的輪胎，進一步包括在所述輪胎的每個軸向側都具有環形輪輞的車輪用於將彈簧緊固至所述車輪。
12.如權利要求8所述的輪胎，其中所述環面結構限定所述輪胎的第一帘布層。
13.如權利要求12所述的輪胎，進一步包括第二帘布層，所述第二帘布層徑向地重疊所述第一帘布層。
14.如權利要求13所述的輪胎，其中所述第二帘布層包括具有多個彈簧的環面結構。
15.如權利要求14所述的輪胎，其中所述第二帘布層的每個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，所述第二帘布層的每個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並且從所述中間部分徑向向內延伸至所述第二端部部分，所述第二帘布層的每個彈簧都與在該彈簧的第一側上的相鄰彈簧交織，並且進一步與在該彈簧的第二相反側上的相鄰彈簧交織，從而形成繞著所述輪胎的整個圓周延伸的環面結構。
全文摘要
輪胎包括多個螺旋彈簧。每個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。每個螺旋彈簧與至少另一個螺旋彈簧交織，從而形成繞著輪胎的整個圓周延伸的編織環面結構。
文檔編號B60B9/06GK102448737SQ201080023717
公開日2012年5月9日 申請日期2010年5月3日 優先權日2009年5月29日
發明者A. 本京二世 J., C. 基什 J., M. 阿斯納尼 V. 申請人:固特異輪胎和橡膠公司