КОНСТРУКТИВНО ПОДДЕРЖИВАЕМОЕ НЕПНЕВМАТИЧЕСКОЕ КОЛЕСО С УЗЛОМ НЕПРЕРЫВНОГО КОНТУРА
STRUCTURALLY SUPPORTED SOLID WHEEL WITH CONTINUOUS CONTOUR ASSEMBLY

ПРИТЯЗАНИЕ НА ПРИОРИТЕТ
[0001] Данная заявка испрашивает приоритет по заявке на патент США №12/661,196, поданной 12 марта 2010 г., и по предварительной заявке на патент США №61/428,074, поданной 29 декабря 2010 г., которые включены в настоящее описание посредством ссылки для всех целей.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0002] Настоящее изобретение относится к непневматическому колесу. Более конкретно, изобретение относится к непневматическому колесу, имеющему узел непрерывного контура, который может выдерживать нагрузку, и имеет рабочие характеристики, подобные пневматическим шинам.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0003] Пневматическая шина представляет собой известное решение для достижения эластичности, комфорта, массы и сопротивления качению; однако пневматическая шина имеет ряд недостатков, заключающихся в сложности, необходимости обслуживания и подверженности к повреждениям. Средство улучшения рабочих характеристик пневматических шины могло бы обеспечить, например, большую эластичность, лучший контроль жесткости, сниженные требования к обслуживанию и устойчивость к повреждению.
[0004] Обычные массивные шины, пружинные шины и шины с обрезиненным ободом, даже при отсутствии необходимости обслуживания и склонности к повреждениям пневматических шин, к сожалению, не имеют своих эксплуатационных преимуществ. В частности, сплошные шины и шины с обрезиненным ободом, как правило, содержат твердотельный обод, окруженный слоем эластичного материала. Такие шины основываются на сжатии контактирующей с грунтом части эластичного слоя, находящейся непосредственно под нагрузкой, для удержания нагрузки. Такие типы шин могут быть тяжелыми и жесткими и испытывать недостаток в амортизирующей способности пневматических шин.
[0005] Пружинные шины, как правило, имеют жесткий деревянный, металлический или пластмассовый обод с пружинами или пружинистыми элементами, соединяющими обод со ступицей. Хотя ступица, таким образом, подвешена пружинами, несгибаемый обод имеет лишь небольшую контактную поверхность с дорогой, что по существу не создает эластичности и обеспечивает плохое сцепление и рулевое управление.
[0006] Следовательно, было бы полезно обеспечить непневматическое колесо, имеющее рабочие характеристики, подобные пневматическому колесу. Более конкретно, было бы целесообразно обеспечить непневматическое колесо, которое не требует воздушного давления заполнения для обеспечения рабочих характеристик пневматической шины. Также, было бы очень полезным такое непневматическое колесо, которое может быть выполнено со ступицей или соединяться со ступицей для установки на транспортном средстве или другом транспортном приспособлении.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0007] Аспекты и преимущества настоящего изобретения частично изложены в нижеследующем описании, или могут быть очевидными из описания, или могут быть изучены в результате практического применения данного изобретения.
[0008] Согласно варианту реализации настоящего изобретения предложено непневматическое колесо, которое определяет радиальное, окружное и поперечное направления. Колесо включает в себя кольцевой бандаж, поддерживающий контактирующую с грунтом протекторную часть и проходящий по окружному направлению. Узел усиления непрерывного контура размещен в пределах кольцевого бандажа. Опорный бандаж расположен радиально-внутри указанного кольцевого бандажа. Множество перемычек-спиц соединены с указанным кольцевым бандажом и проходят радиально между указанным кольцевым бандажом и опорным бандажом.
[0009] Узел усиления непрерывного контура может включать в себя первый гибкий цилиндрический бандаж и второй гибкий цилиндрический бандаж, расположенный на расстоянии от первого гибкого цилиндрического бандажа и радиально-снаружи от него. Один или оба из первого гибкого цилиндрического бандажа и второго гибкого цилиндрического бандажа могут включать в себя виток, содержащий один или более материалов, смотанных в спираль, и по меньшей мере один фиксатор, прикрепленный к указанному витку и выполненный с возможностью поддержания целостности указанного витка. Один или более материалов витка могут содержать материалы, выбранные из группы, содержащей металл, сталь, углерод, арамид и стекло.
[0010] По меньшей мере один фиксатор может включать в себя материал с более высокой температурой плавления и материал с более низкой температурой плавления. Указанный материал с более высокой температурой плавления и указанный материал с более низкой температурой плавления могут быть скомпонованы в виде структуры сердцевина/оболочка. По меньшей мере, один фиксатор может содержать один или более элемент из группы, содержащей нить из моноволокна, нить из множества волокон и нити из штапельного волокна. По меньшей мере, один фиксатор может содержать связывающую усиливающую нить и конструктивную усиливающую нить, имеющую большую жесткость, чем указанная связывающая усиливающая нить. Связывающая усиливающая нить может содержать материал, обладающий более низкой температурой плавления, чем температура плавления конструктивной усиливающей нити. Конструктивная усиливающая нить может обладать низким сжатием при нагреве до более низкой температуры плавления указанной связывающей усиливающей нити. Связывающая усиливающая нить может содержать полимер с более низкой температурой плавления и полимер с более высокой температурой плавления, причем указанный полимер с более высокой температурой плавления испытывает сжатие при нагреве до температуры плавления указанного полимера с более низкой температурой плавления. По меньшей мере один фиксатор может содержать множество усиливающих нитей, сплетенных в указанный виток перевивочным переплетением с перекрещиванием нитей, возникающим между одним или более материалами указанного витка. По меньшей мере, один фиксатор может содержать множество усиливающих нитей, сплетенных в указанный виток схемой плетения петлями в стиле «Malimo».
[0011] Узел усиления непрерывного контура может включать в себя прокладку, помещенную между первым гибким цилиндрическим бандажом и вторым гибким цилиндрическим бандажом. Прокладка может включать в себя пористый материал, который может быть, например, сетчатым пенопластом. Кольцевой бандаж может включать в себя связующий материал, который вводится в пористый материал прокладки. Связующий материал может быть изготовлен, например, из полиуретана.
[0012] Узел усиления непрерывного контура может включать в себя множество прокладок, помещенных между первым гибким цилиндрическим бандажом и вторым гибким цилиндрическим бандажом. Узел усиления непрерывного контура может включать в себя множество гибких цилиндрических бандажей, которые разнесены друг от друга в радиальном направлении.
[0013] Эти и другие особенности, аспекты и преимущества настоящего изобретения станут понятнее при рассмотрении нижеследующего описания и приложенной формулы изобретения. Прилагаемые чертежи, которые включены в и составляют часть данного описания, иллюстрируют варианты реализации настоящего изобретения и, совместно с описанием, служат пояснением принципов данного изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0014] Полное и достаточное для воплощения раскрытие настоящего изобретения, включая наилучший вариант его реализации, ориентированное на специалистов в данной области техники, приведено в описании, которое ссылается на приложенные чертежи, описание которых приведено далее.
[0015] Фиг.1 представляет собой вид в перспективе варианта реализации узла 10 с непрерывным контуром настоящего изобретения, имеющего первый гибкий цилиндрический усиливающий бандаж 100, промежуточную упругую прокладку 200 и второй гибкий цилиндрический усиливающий бандаж 300.
[0016] Фиг.2 представляет собой вид в перспективе первого гибкого цилиндрического усиливающего бандажа 100 фиг.1.
[0017] Фиг.3А и 3В являются местным видом двух вариантов реализации первого гибкого цилиндрического усиливающего бандажа 100, показанного на фиг.2.
[0018] Фиг.4 представляет вид в перспективе второго гибкого цилиндрического усиливающего бандажа 300, показанного на фиг.1.
[0019] Фиг.5А и 5В являются местным видом двух вариантов реализации второго гибкого цилиндрического усиливающего бандажа 300, показанного на фиг.4.
[0020] Фиг.6 представляет собой вид в перспективе промежуточной упругой прокладки 200, показанной на фиг.1.
[0021] Фиг.7 является видом в перспективе узла 10 усиления непрерывного контура с разрывом, иллюстрирующим другой вариант реализации промежуточной упругой прокладки 200.
[0022] Фиг.8 представляет вид в перспективе узла 10 усиления непрерывного контура с разрывом, иллюстрирующий еще один вариант реализации промежуточной упругой прокладки 200.
[0023] Фиг.9 изображает вид в перспективе другого варианта реализации узла 10 усиления с непрерывным контуром, содержащего первый гибкий цилиндрический усиливающий бандаж 100, промежуточную упругую прокладку 200 и второй гибкий цилиндрический усиливающий бандаж 300 и дополнительно включающего в себя вторую промежуточную упругую прокладку 400 и третий гибкий цилиндрический усиливающий бандаж 500.
[0024] Фиг.10 демонстрирует вид в перспективе варианта реализации непневматического колеса 401 по настоящему изобретению.
[0025] Фиг.11 является местным видом в разрезе варианта реализации фиг.10, выполненным по линии 11-11.
[0026] Фиг.12-14 представляют собой местные виды в поперечном разрезе дополнительных вариантов реализации кольцевого бандажа 405, которые могут использоваться с вариантом реализации пневматической шины 400, показанной на фиг.10.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0027] Настоящее изобретение предлагает непневматическое колесо, имеющее узел усиления непрерывного контура, который может выдерживать нагрузку и иметь характеристики, подобные пневматическим шинам. Предложены различные конфигурации непневматического колеса, включая разновидности узла усиления непрерывного контура. По меньшей мере одна упругая прокладка может быть установлена с узлом усиления непрерывного контура и может быть выполнена с возможностью приема связующего материала.
[0028] Для раскрытия изобретения далее приведено подробное описание с ссылками на варианты реализации и/или способы согласно изобретению, по меньшей мере один из примеров которых проиллюстрирован на чертежах или совместно с ними. Каждый пример представлен с целью пояснения изобретения, а не в качестве его ограничения. Специалистам в данной области техники будет очевидно, что в настоящем изобретении могут быть выполнены различные модификации и изменения, не отступая от объема или сущности данного изобретения. Например, конструктивные особенности или этапы, проиллюстрированные или описанные в рамках одного варианта реализации, могут использоваться совместно с другим вариантом реализации или этапами для создания дополнительных вариантов реализации или способов. Таким образом, предполагается, что настоящее изобретение охватывает такие модификации и изменения, которые входят в объем приложенной формулы изобретения, и их эквиваленты.
[0029] На фиг.1 изображен вариант реализации узла 10 усиления непрерывного контура согласно настоящему изобретению. Узел 10 усиления непрерывного контура обеспечивает усиление для связующего материала, такого как эпоксидная смола, полиуретан или другой эластомер. Узел 10 может быть встроен в непневматическое колесо для обеспечения эластичного конструктивного усиления, как описано далее. Узел 10 усиления с непрерывным контуром имеет пористую структуру для приема связующего материала и встраивается в пределы непневматического колеса. Узел 10 с непрерывным контуром согласно настоящему изобретению является гибким в радиальном направлении, чтобы обеспечит распределение радиальных сил, прикладываемых к непневматическому колесу, которое усилено узлом 10 усиления непрерывного контура. В настоящем описании усиление непрерывного контура означает включение одной или более нитей или тросиков, которые смотаны в спираль, содержащую по меньшей мере три оборота. Более конкретно, одна или более нитей или тросиков проходят вокруг по отношению к себе без использования шва поперек бандажа.
[0030] Как проиллюстрировано на фиг.1-4 и 6, узел 10 усиления непрерывного контура включает в себя первый гибкий цилиндрический усиливающий бандаж 100, второй гибкий цилиндрический усиливающий бандаж 300 и промежуточную упругую прокладку 200, расположенную между первым гибким цилиндрическим усиливающий бандажом 100 и вторым гибким цилиндрическим усиливающий бандажом 300. Первый гибкий цилиндрический усиливающий бандаж 100 имеет первую бандажную внутреннюю поверхность 101 и первую бандажную наружную поверхность 102. Второй гибкий цилиндрический усиливающий бандаж 300 имеет вторую бандажную внутреннюю поверхность 301 и вторую бандажную наружную поверхность 302. Промежуточная упругая прокладка 200 (фиг.6) имеет внутреннюю поверхность 201, которая контактирует с наружной поверхностью 102, и наружную поверхность 202, которая входит в контакт с внутренней поверхностью 301.
[0031] Первый гибкий цилиндрический бандаж 100 (фиг.2) является цилиндрическим элементом, обладающим гибкостью в радиальном направлении. В предпочтительном варианте реализации бандаж 100 обладает некоторой гибкостью, причем бандаж 100 может подвергаться воздействию с радиусом изгиба, который равняется одной десятой или менее от его нормального внутреннего диаметра, в узле 10 усиления с непрерывным контуром, не вызывая остаточной деформации в материале. Поскольку бандаж 100 является усиливающим компонентом узла 10 усиления с непрерывным контуром, модуль Юнга материала в бандаже 100 по его касательному направлению будет больше, чем модуль Юнга матрицы, усиленной бандажом 100. В одном предпочтительном варианте реализации модуль Юнга бандажа 100 по меньшей мере в 1000 раз больше, чем модуль Юнга матрицы, усиленной бандажом 100.
[0032] В варианте реализации, проиллюстрированном на фиг.2, первый гибкий цилиндрический бандаж 100 содержит непрерывный бандаж из витка 110 (фиг.3А и 3В), подобного витку, сформированному из одной или более нитей или тросиков 111, свитых в спираль, при этом каждый тросик 111 совершает по меньшей мере три оборота вокруг первого гибкого цилиндрического бандажа 100. В настоящем описании «непрерывный бандаж» представляет собой полосу, которая проходит по окружности по отношению к себе без использования шва поперек бандажа. Указанные тросики 111 обладают высоким продольным растяжением, высокой жесткостью при сжатии и гибкостью по направлению касательной. Предпочтительные материалы для тросиков 111 охватывают материалы с высоким модулем упругости, такие как металл, сталь, углерод, арамид или стекловолокна.
[0033] Множество фиксаторов 112 могут крепиться к тросику 111 для поддержания целостности витка 110. Указанные фиксаторы 112 могут быть полимерным материалом, вплетенным в тросик 111, металлической полоской, завитой в тросик 111, и т.п. Данные фиксаторы 112 обеспечивают осевую жесткость первому гибкому цилиндрическому бандажу 100 до объединения связующего материала с узлом 10 усиления непрерывного контура.
[0034] На фиг.3А и 3В изображены два варианта реализации первого гибкого цилиндрического бандажа 100 с фиксаторами 112, содержащими усиливающие нити 112а и 112b. Усиливающие нити 112а и 112b могут быть разными концами одной нити или двумя разными нитями. Данные усиливающие нити 112а и 112b сплетены или связаны продольно в виток 110 между тросиками 111. Усиливающие нити 112а и 112b не только должны быть достаточно гибкими, чтобы соединиться в виток 110, они также должны обеспечивать осевую жесткость первому гибкому цилиндрическому усиливающий бандажу 100.
[0035] По-прежнему обращаясь к фиг.3А и 3В, в одном предпочтительном варианте реализации по меньшей мере одна из усиливающих нитей 112а и 112b содержит полимерную нить с материалом, обладающим высокой температурой плавления, и материалом, обладающим низкой температурой плавления. В предпочтительном варианте реализации обе усиливающих нити 112а и 112b содержат полимерные нити с материалом, обладающим высокой температурой плавления, и материалом, обладающим низкой температурой плавления. Перед любым сплавлением этих материалов, обладающих двумя температурами плавления, усиливающие нити 112а и 112b объединяют в виток 110. Таким образом, усиливающие нити 112а и 112b являются достаточно гибкими для объединения в виток 110 с минимальными затруднениями. После объединения усиливающих нитей в виток 110 данная предварительная сборка подвергается воздействию температуры, которая выше температуры плавления материала, обладающего низкой температурой плавления, и ниже температуры плавления материала, обладающего высокой температурой плавления. После расплавления материала с низкой температурой плавления, температура понижается ниже его температуры плавления, сплавляя материал, обладающий низкой температурой плавления, с материалом, обладающим высокой температурой плавления, тем самым создавая сплавленную усиленную распределяющую нить. Путем сплавления усиливающих нитей 112а и 112b фиксатор 112, сформированный данными нитями, становится более жестким. Такая дополнительная жесткость обеспечивает первому гибкому цилиндрическому бандажу увеличенную осевую жесткость. Для сохранения осевой устойчивости первого гибкого цилиндрического усиливающего бандажа 100 в процессе объединения матрицы с узлом 10 усиления непрерывного контура предпочтительно, чтобы материал усиливающих нитей, обладающий низкой температурой плавления, имел температуру плавления выше температуры формования или вулканизации матрицы.
[0036] Вновь обращаясь к фиг.3А и 3В, усиливающие нити 112а и 112b, использующие материалы с различными температурами плавления, могут формироваться из волокна или волокон, имеющих материалы с разными точками плавления, таких как волокна сердцевины/оболочки, или могут быть сформированы из комбинации волокон, имеющих разные точки плавления. Усиливающие нити 112а и 112b могут быть нитями из моноволокна, нитями из множества волокон или нитями из штапельного волокна. При выборе нитей для усиливающих нитей 112а и 112b следует уделять внимание выбору нитей, которые будут выдерживать силы трения узла и любую обработку узла 10 усиления непрерывного контура до объединения его с матрицей, например промывание. Предпочтительно, чтобы материал таких выбираемых усиливающих нитей, обладающий высокой температурой плавления, имел достаточную эластичность с тем, чтобы снизить вероятность проблем при сборке. Также предпочтительно, чтобы материал таких выбираемых усиливающих нитей, обладающий высокой температурой плавления, имел показатели низкого сжатия, особенно когда подвергается воздействию высокой температуры сплавления усиливающих нитей и объединению связующего материала в узел усиления непрерывного контура. В одном варианте реализации нить или волокна представляют собой конфигурацию на основе сердцевины и оболочки, в которой полимер с высокой температурой плавления является сердцевиной, а полимер с низкой температурой плавления является оболочкой. В другом варианте реализации нить содержит нити или волокна из полимера с высокой температурой плавления и отдельные нити или волокна из полимера с низкой температурой плавления.
[0037] Снова обращаясь к фиг.3А и 3В, усиливающая нить 112а проиллюстрирована как конструктивная нить, а усиливающая нить 112b проиллюстрирована как связывающая нить. Конструктивная усиливающая нить 112а является более жесткой и крепкой, чем связывающая усиливающая нить 112b. Конструктивная усиливающая нить 112а обеспечивает осевую жесткость витка 110. Усиливающая нить 112а может крепиться снаружи или внутри витка 110. В одном варианте реализации конструктивная усиливающая нить 112а является нитью из моноволокна. Связывающая усиливающая нить 112b закрепляет тросики 111 витка рядом с конструктивной усиливающей нитью 112а. В одном варианте реализации связывающая усиливающая нить 112b включает в себя полимерный материал с низкой температурой плавления, как описано выше, и может включать в себя полимерный материал с высокой температурой плавления, как описано выше. Температура плавления полимерного материала, присутствующего в связывающей нити и обладающего низкой температурой плавления, соответствует более низкой температуре, чем температура плавления исходных материалов в конструктивной усиливающей нити 112а. Таким образом, для лучшего скрепления тросиков 111 витка 110 с конструктивными усиливающими нитями может использоваться связывающая усиливающая нить 112b.
[0038] При использовании связывающей усиливающей нити 112b, имеющей полимер с низкой температурой плавления, предпочтительно, чтобы конструктивная усиливающая нить 112а обладала малым сжатием под воздействием температуры плавления полимера с низкой температурой плавления, содержащегося в связывающей усиливающей нити 112b, такой как полимерная нить с термофиксацией. В одном варианте реализации связывающая усиливающая нить 112b включает в себя нити или штапельные волокна с низкой температурой плавления и нити или штапельные волокна с высокой температурой плавления. В тех случаях, когда связывающая усиливающая нить 112b включает в себя нити или штапельные волокна из полимера с низкой температурой плавления, и высокой температурой плавления, то также предпочтительно, чтобы нить, содержащая полимер с высокой температурой плавления, обладала некоторым сжатием в течение плавления полимера с низкой температурой плавления, как например, в случае с нитью, которая не подвергается термофиксации, тем самым подтягивая связь между конструктивной усиливающей нитью 112а и по меньшей мере одним тросиком 111 витка 110.
[0039] Вновь обращаясь к фиг.3А и 3В, на которых изображены две различных схемы для усиливающих нитей 112а и 112b. На фиг.3А усиливающие нити 112а и 112b скрепляют тросики 111 витка 110 схемой плетения. Как проиллюстрировано на фиг.3А, усиливающие нити 112а и 112b вплетаются в виток 110 при перевивочном переплетении с перекрещиванием нитей, возникающим между тросиками. Однако усиливающие нити 112а и 112b могли быть введены в виток 110 другими схемами плетения. На фиг.3В усиливающие нити 112а и 112b скрепляют тросики 111 витка 110 с использованием схемы переплетения петлями в стиле «Malimo». Однако усиливающие нити 112а и 112b могут быть введены в виток 110 другими схемами переплетения. Хотя на фиг.3А и 3В показаны усиливающие нити 112а и 112b, которые введены в виток 110 схемой переплетения или вязания, некоторый ряд одиночных усиливающих нитей 112 может быть также намотан по витку 110.
[0040] Обращаясь теперь к фиг.4, второй гибкий цилиндрический бандаж 300 является цилиндрическим элементом, обладающим гибкостью в радиальном направлении. В предпочтительном варианте реализации бандаж 300 обладает некоторой гибкостью, при которой бандаж 300 может подвергаться воздействию с радиусом изгиба, который равняется одной десятой или менее от его нормального внутреннего диаметра, в узле 10 усиления непрерывного контура, не вызывая остаточной деформации в материале. Поскольку второй гибкий цилиндрический бандаж 300 является компонентом усиления узла 10 усиления непрерывного контура, модуль Юнга материала в бандаже 300 в направлении касательной будет больше, чем модуль Юнга матрицы, усиленной бандажом 300. В одном предпочтительном варианте реализации модуль Юнга бандажа 300 по меньшей мере в 1000 раз больше, чем модуль Юнга матрицы, усиленной бандажом 300.
[0041] В варианте реализации, проиллюстрированном на фиг.4, второй гибкий цилиндрический бандаж 300 содержит непрерывный бандаж из витка 310, такой как виток, сформированный из одного или более тросиков 311, смотанных в спираль, при этом каждый тросик 311 выполняет по меньшей мере три оборота вокруг второго гибкого цилиндрического бандажа 300. Указанные тросики 311 обладают высоким продольным растяжением, высокой жесткостью при сжатии и гибкостью в направлении касательной. Предпочтительные материалы для тросиков 311 охватывают материалы с высоким модулем упругости, такие как металл, сталь, углерод, арамид или стекловолокна. Множество фиксаторов 312 могут крепиться к тросику 311 для поддержания целостности витка 310. Данные фиксаторы 312 могут представлять полимерный материал, сплетенный в тросики 311, металлическую полоску, свитую с тросиком 311, и т.п. Указанные фиксаторы 312 обеспечивают осевую жесткость второму гибкому цилиндрическому бандажу 300 до объединения связующего материала с узлом 10 усиления непрерывного контура.
[0042] На фиг.5А и 5В изображены два варианта реализации второго гибкого цилиндрического бандажа 300 с фиксаторами 312, содержащими усиливающие нити 312а и 312b. Данные усиливающие нити 312а и 312b могут быть разными концами единственной нити или двумя разными нитями. Усиливающие нити 312а и 312b вплетаются продольно в виток 310 между тросиками 311. Усиливающие нити 312а и 312b не только должны быть достаточно гибкими, чтобы соединяться в виток 110, но также должны обеспечивать осевую жесткость второму гибкому цилиндрическому усиливающему бандажу 300.
[0043] Вновь обращаясь к фиг.5А и 5В, в одном предпочтительном варианте реализации по меньшей мере одна из усиливающих нитей 312а и 312b содержит полимерную нить с материалом, обладающим высокой температурой плавления, и материалом, обладающим низкой температурой плавления. В предпочтительном варианте реализации обе усиливающие нити 312а и 312b содержат полимерные нити с материалом, обладающим высокой температурой плавления, и материалом, обладающим низкой температурой плавления. Перед любым сплавлением этих материалов, обладающих двумя температурами плавления, усиливающие нити 312а и 312b объединяются в виток 310. Таким образом, усиливающие нити 312а и 312b являются достаточно гибкими для объединения в виток 310 с минимальными затруднениями. После объединения усиливающих нитей в виток 310 данная предварительная сборка подвергается воздействию температуры, которая выше температуры плавления материала, обладающего низкой температурой плавления, и ниже температуры плавления материала, обладающего высокой температурой плавления. После расплавления материала с низкой температурой плавления температура понижается ниже его температуры плавления, сплавляя материал, обладающий низкой температурой плавления, с материалом, обладающим высокой температурой плавления, тем самым, создавая сплавленную усиленную распределяющую нить. Путем сплавления усиливающих нитей 312а и 312b фиксатор 312, сформированный данными нитями, становится более жестким. Такая дополнительная жесткость обеспечивает первому гибкому цилиндрическому бандажу увеличенную осевую жесткость. Для сохранения осевой устойчивости второго гибкого цилиндрического усиливающего бандажа 300 в процессе объединения матрицы с узлом 10 усиления непрерывного контура предпочтительно, чтобы материал усиливающих нитей, обладающий низкой температурой плавления, имел температуру плавления выше температуры формования или вулканизации матрицы.
[0044] По-прежнему обращаясь к фиг.5А и 5В, усиливающие нити 312а и 312b, использующие материалы с различными температурами плавления, могут формироваться из волокна или волокон, имеющих материалы с разными точками плавления, таких как волокна сердцевины/оболочки, или могут быть сформированы из комбинации волокон, имеющих разные точки плавления. Усиливающие нити 312а и 312b могут быть нитями из моноволокна, нитями из множества волокон или нитями из штапельного волокна. При выборе нитей для усиливающих нитей 312а и 312b следует уделять внимание выбору нитей, которые будут выдерживать силы трения узла и любую обработку узла 10 усиления непрерывного контура, например промывание, до объединения его с матрицей. Предпочтительно, чтобы материал таких выбираемых усиливающих нитей, обладающий высокой температурой плавления, имел достаточную эластичность с тем, чтобы снизить вероятность возникновения проблем при сборке. Также предпочтительно, чтобы материал таких выбираемых усиливающих нитей, обладающий высокой температурой плавления, имел показатели малого сжатия, особенно когда подвергается воздействию высокой температуры сплавления усиливающих нитей и введению связующего материала в узел усиления непрерывного контура. В одном варианте реализации нить или волокна представляют собой конфигурацию на основе сердцевины и оболочки, в которой полимер с высокой температурой плавления принадлежит сердцевине, а полимер с низкой температурой плавления принадлежит оболочке. В другом варианте реализации нить содержит нити или волокна из полимера с высокой температурой плавления и отдельные нити или волокна из полимера с низкой температурой плавления.
[0045] Снова обращаясь к фиг.5А и 5В, усиливающая нить 312а показана как конструктивная нить, а усиливающая нить 312b показана как связывающая нить. Конструктивная усиливающая нить 312а является более жесткой и крепкой, чем связывающая усиливающая нить 312b. Конструктивная усиливающая нить 312а обеспечивает осевую жесткость витку 310. Усиливающая нить 312а может крепиться снаружи или внутри витка 310. В одном варианте реализации конструктивная усиливающая нить 312а является нитью из моноволокна. Связывающая усиливающая нить 312b скрепляет тросики 311 витка рядом со конструктивной усиливающей нитью 312а. В одном варианте реализации связывающая усиливающая нить 312b включает в себя полимерный материал с низкой температурой плавления, как описано выше, и может включать в себя полимерный материал с высокой температурой плавления, как описано выше. Температура плавления полимерного материала, находящегося в связывающей нити и обладающего низкой температурой плавления, соответствует более низкой температуре, чем температура плавления исходных материалов в конструктивной усиливающей нити 312а. Таким образом, для лучшего скрепления тросиков 311 витка 310 с конструктивными усиливающими нитями может использоваться связывающая усиливающая нить 312b.
[0046] При использовании связывающей усиливающей нити 312b, имеющей полимер с низкой температурой плавления, предпочтительно, чтобы конструктивная усиливающая нить 312а обладала низким сжатием под воздействием температуры плавления полимера с низкой температурой плавления, содержащегося в связывающей усиливающей нити 312b, такой как полимерная нить с термофиксацией. В одном варианте реализации связывающая усиливающая нить 312b включает в себя нити или штапельные волокна с низкой температурой плавления и нити или штапельные волокна с высокой температурой плавления. В тех случаях, когда связывающая усиливающая нить 312b включает в себя нити или штапельные волокна как из полимера с низкой температурой плавления, так и полимера с высокой температурой плавления, то также предпочтительно, чтобы нить, содержащая полимер с высокой температурой плавления, обладала некоторым сжатием во время плавления полимера с низкой температурой плавления, как например, в случае с нитью, которая не подвергается термофиксации, тем самым стягивая соединение между конструктивной усиливающей нитью 312а и по меньшей мере одним тросиком 311 витка 310.
[0047] Вновь обращаясь к фиг.5А и 5В, изображены две различных схемы для усиливающих нитей 312а и 112b. На фиг.5А усиливающие нити 312а и 312b скрепляют тросики 311 витка 310 схемой плетения. Как проиллюстрировано на фиг.5А, усиливающие нити 312а и 312b вплетаются в виток 310 при перевивочном переплетении с перекрещиванием нитей, возникающим между тросиками. Однако усиливающие нити 312а и 312b могли быть введены в виток 310 другими схемами плетения. На фиг.5В, усиливающие нити 312а и 312b скрепляют тросики 311 витка 310 с использованием схемы переплетения петлями в стиле «Malimo». Однако усиливающие нити 312а и 312b могли быть введены в виток 310 другими схемами переплетения. Хотя фиг.5А и 5В иллюстрируют усиливающие нити 312а и 312b как введенные в виток 310 схемой переплетения или вязания, некоторый ряд одиночных усиливающих нитей 312 мог быть также намотан по витку 310.
[0048] Теперь, обращаясь к фиг.1-6, промежуточная упругая прокладка 200 представляет собой эластичный материал, который оказывает постоянное давление на наружную поверхность 102 первого бандажа и внутреннюю поверхность 301 второго бандажа. Под понятием «упругая» понимается то, что указанная упругая прокладка создает увеличивающиеся силы противодействия с увеличением величины сжатия. Толщина промежуточной упругой прокладки 200 в радиальном направлении больше, чем зазор в радиальном направлении, образованный между первым гибким цилиндрическим усиливающим бандажом 100 и вторым гибким цилиндрическим усиливающим бандажом 300. Таким образом, промежуточная упругая прокладка 200 вызывает постоянное давление между двумя гибкими цилиндрическими усиливающими бандажами 100, 300 по окружности узла 10 усиления с непрерывным контуром. Для создания равномерного давления вокруг узла 10 усиления непрерывного контура промежуточная упругая прокладка 200 предпочтительно имеет по существу равномерную толщину и является по существу однородной по составу. Такое постоянное равномерное давление поддерживает пространственное расположение между первым гибким цилиндрическим бандажом 100 и вторым гибким цилиндрическим усиливающим бандажом 300. Данное равномерное давление между первым гибким цилиндрическим усиливающим бандажом 100 и вторым гибким цилиндрическим усиливающим бандажом 300 создает равновесие сил, которое будет поддерживать центрирование двух бандажей, даже если будут возникать изменения диаметра первого или второго гибких цилиндрических бандажей 100, 300. При разработке промежуточной упругой прокладки 20 должны быть предприняты меры предосторожности по предотвращению избыточного давления на первом гибком цилиндрическом усиливающем бандаже 100. Когда промежуточная упругая прокладка 200 оказывает избыточное давление на первый гибкий цилиндрический усиливающий бандаж 100, указанный первый гибкий цилиндрический усиливающий бандаж 100 будет выгибаться, искажая форму. В одном варианте реализации промежуточная упругая прокладка 200 может упруго восстанавливаться по меньшей мере из сжатия в 30%. В другом варианте реализации материалы, формирующие промежуточную упругую прокладку 200, могут за счет эластичности восстанавливаться после большего сжатия, чем сжатие в 80%.
[0049] Предпочтительно промежуточная упругая прокладка 200 удерживает себя и два усиливающих бандажа 100, 300 в рабочем положении без дополнительной фиксации. Как правило, нормальное давление и образующаяся сила трения между промежуточной упругой прокладкой 200 и двумя усиливающими бандажами 100, 300 достаточны для обеспечения устойчивости узлу 10 усиления непрерывного контура, даже в течение введения связующего материала при формировании цилиндрического элемента. Когда промежуточная упругая прокладка 200 создает давление между двумя гибкими цилиндрическими усиливающими бандажами 100, 300, она также взывает выгнутость материала прокладки между тросиками 111, 311. Такая выгнутость между тросиками 111, 311 приводит в результате к дополнительной стабилизации усиливающего узла 10 непрерывного контура и способствует стабилизации положения отдельных тросиков 111, 311 в пределах гибких цилиндрических усиливающих бандажей 100, 300, соответственно. В других вариантах реализации промежуточная упругая прокладка 200 может использовать материал с очень маленькими выступами или плечами, которые удерживают тросики 111, 311, тем самым стабилизируя положение отдельных тросиков 111, 311 в пределах цилиндрических усиливающих бандажей 100, 300, соответственно. Стабилизация усиливающих бандажей 100, 300 и промежуточная упругая прокладка 200 могут быть улучшены за счет связующих веществ и геометрии материала, которая обеспечивает зажимающий эффект между промежуточной упругой прокладкой 200 и гибкими цилиндрическими усиливающими бандажами 100, 300. Увеличенное трение, прилипание или захват между промежуточной упругой прокладкой 200 и первым гибким цилиндрическим усиливающим бандажом 100 также будут повышать давление, которое может прикладываться промежуточной упругой прокладкой 200 к первому гибкому цилиндрическому усиливающему бандажу 100 перед началом изгибания первого гибкого цилиндрического усиливающего бандажа 100.
[0050] Помимо обеспечения пружинистости, такой как постоянное давление, между этими двумя усиливающими бандажами 200, 300, промежуточная упругая прокладка 200 также является пористой для того, чтобы принимать связующий материал, который является усиленным. Предпочтительно, промежуточная упругая прокладка 200 является пористой без замкнутых пустот или изогнутых путей для потока, которые изменяют направление потока или создают тупиковые потоки. Пористый материал будет содержать пустоты, уменьшающие величину массы, составляющей пористый материал. Предпочтительно увеличивать область пустот в пористом материале путем снижения величины массы в пористом материале до минимального практического количества. В качестве примера, величина массы, формирующей пористый материал, может иметь максимальную величину сорок процентов (40%). Альтернативно величина массы, формирующей пористый материал, может иметь максимальную величину пятнадцать процентов (15%). В предпочтительном варианте реализации величина массы, формирующей пористый материал, обладает максимальной величиной пять процентов (5%). Дополнительно, в одном предпочтительном варианте реализации, промежуточная упругая прокладка 200 содержит такой же материал, как в матрице, такой как полиуретан.
[0051] В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения промежуточная упругая прокладка 200 является гибким элементом. Изгибание промежуточной упругой прокладки 200 облегчает сборку узла 10 усиления непрерывного контура и позволяет конечному усиленному элементу матрицы сгибаться без функционального повреждения компонентов узла 10 усиления с непрерывным контуром или матрицы. Подобно первому гибкому цилиндрическому усиливающему бандажу 100 и второму гибкому цилиндрическому усиливающему бандажу 300 предпочтительно, чтобы промежуточная упругая прокладка 200 обладала некоторой гибкостью, при которой данная промежуточная упругая прокладка 200 может быть подвергнута воздействию с радиусом изгиба, который равняется одной десятой или менее от ее нормального внутреннего диаметр, в узле 10 усиления непрерывного контура, не вызывая остаточной деформации в материале. В другом предпочтительном варианте реализации промежуточная прокладка 200 обладает большей гибкостью, чем цилиндрические усиливающие бандажи, с которыми данная прокладка контактирует.
[0052] В одном варианте реализации промежуточная упругая прокладка 200 может представлять собой полосу материала, которая отрезается желаемой толщины, ширины и длины, и затем вставляется между первым усиливающий бандажом 100 и вторым усиливающий бандажом 300. В одном варианте реализации концы такой полосы материала скрепляются для формирования промежуточной упругой прокладки 200. В другом варианте реализации такая полоса материала, размещенная между первым усиливающий бандажом 100 и вторым усиливающий бандажом 300 в качестве промежуточной упругой прокладки 200, представляет собой полосу материала, которая не скреплена концами, а наоборот, ее концы неплотно примыкают друг к другу. В некоторых случаях может допускаться небольшой зазор между концами материала, формирующего промежуточную упругую прокладку 200. Также, осевая ширина промежуточной упругой прокладки 200 не всегда должна равняться полной ширине усиливающих бандажей 100 или 300.
[0053] В одном варианте реализации промежуточная упругая прокладка 200 представляет собой пенопласт. Для придания прокладке свойств пористости указанный пенопласт может быть ячеистым пенопластом. В частности, сетчатый пенопласт обеспечивает пористый эластичный материал для промежуточной упругой прокладки 200. В сетчатом пенопласте стенки пор удаляются способами, такими как пропускание через материал регулируемого пламени или текучей среды для химического травления. Оставшийся материал сетчатого пенопласта может также обеспечить плечи, которые фиксируют тросики 111, 311, в пределах цилиндрических усиливающих бандажей 100, 300. Кроме того, данный пенопласт может быть такого же материала, как матрица, подлежащая усилению. Например, полиуретановый пенопласт может использоваться в качестве промежуточной упругой прокладки 200 в цилиндрическом усиливающем элементе 10 для усиления полиуретановой матрицы.
[0054] В другом варианте реализации промежуточная упругая прокладка 200 является нетканым материалом. Одним типом нетканого материала, который мог бы использоваться в качестве прокладки, является нетканый материал с толстыми нитями, которые сформированы в виде трехмерной формы, такой как двух- или трехмерная гофрированная конфигурация. Нетканые материалы с ориентированными по толщине или ориентированными в форме «z» волокнами могут придать нетканому материалу свойства эластичности.
[0055] В другом варианте реализации промежуточная упругая прокладка 200 является прокладочной тканью. Прокладочная ткань представляет собой вязанную или сплетенную ткань, которая имеет два внешних слоя, отделенных волокнами или нитями, проходящими между этими двумя слоями. Волокна между указанными двумя слоями обеспечивают пружинящее усилие, которое противодействует сжатию прокладочной ткани. Основаниями для применения такой прокладочной ткани выступали бы пористость, форма пор, размер пор, жесткость, направление отделяющих волокон или нитей, способность материала прилипать к связующему материалу и т.п.
[0056] На фиг.7 изображен вариант реализации настоящего изобретения с промежуточной упругой прокладкой 200, имеющей меньшую ширину, чем ширина первого цилиндрического усиливающего бандажа 100 или второго цилиндрического усиливающего бандажа 300. В этом варианте реализации промежуточная упругая прокладка 200 расположена по центру ширины узла 10 усиления непрерывного контура. Гибкие цилиндрические усиливающие бандажи 100, 300 выполнены с возможностью поддержания постоянного пространственного расположения между собой по ширине за пределами промежуточной упругой прокладки 200.
[0057] На фиг.8 изображен вариант реализации настоящего изобретения с первым гибким цилиндрическим усиливающим бандажом 100 и вторым гибким цилиндрическим усиливающим бандажом 300, разнесенными друг от друга двумя промежуточными упругими прокладками 200а и 200b. В этом варианте реализации промежуточные упругие прокладки 200а и 200b более узкие, чем гибкие цилиндрические усиливающие бандажи 100, 300, и расположены у противоположных наружных кромок гибких цилиндрических усиливающих бандажей 100, 300. За счет разделения промежуточной упругой прокладки на две полосы, расположенные у наружных кромок гибких цилиндрических элементов 100, 300 усиления, узел 10 усиления с непрерывным контуром будет обладать лучшим сопротивлением к внеплоскостным возмущениям вращательного движения.
[0058] Обращаясь теперь к фиг.9, изображен вариант реализации настоящего изобретения, где третий гибкий цилиндрический усиливающий бандаж 500 расположен снаружи второго гибкого цилиндрического усиливающего бандажа 300, а вторая промежуточная упругая прокладка 400 расположена между вторым гибким цилиндрическим усиливающим бандажом 300 и третьим цилиндрическим усиливающим бандажом 500. Третий гибкий цилиндрический усиливающий бандаж 500 имеет такие же свойства и характеристики, как первый гибкий цилиндрический усиливающий бандаж 100 или второй гибкий усиливающий бандаж 300. Вторая промежуточная упругая прокладка 400 также имеет те же свойства и характеристики, что и промежуточная гибкая упругая прокладка 200. Предусмотрено, что данный цилиндрический узел усиления по настоящему изобретению мог бы иметь множество слоев из цилиндрических усиливающих бандажей, отделенных одним или более промежуточными эластичными слоями.
[0059] Следует понимать, что в другом типовом варианте реализации узел непрерывного контура может изготавливаться также без упругой прокладки. Более конкретно, обращаясь к фиг.1, узел 10 усиления с непрерывным контуром может быть создан без упругой прокладки 200. В таком случае следует следить за поддержанием надлежащего зазора между усиливающими бандажами 100 и 300 в ходе изготовления узла 10. Например, между правильно разнесенными усиливающими бандажами 100 и 300 материал может быть введен каплями или впрыснут с тем, чтобы не нарушить зазор между ними. Такой материал должен иметь относительно высокую вязкость и должен затвердевать при соприкосновении с усиливающими бандажами 100 и 300 с тем, чтобы поддерживать надлежащий зазор. Предпочтительно такой материал также будет иметь более высокую температуру плавления, чем материал, использованный для создания усиливающих бандажей 100 и 300. Также, могут использоваться другие способы изготовления узла усиления непрерывного контура без упругой прокладки.
[0060] На фиг.10 показан вид в перспективе варианта реализации конструктивно поддерживаемого колеса 401 в соответствии с настоящим изобретением. В настоящем описании «конструктивно поддерживаемое» означает, что шина выдерживает нагрузку посредством своих конструктивных компонентов без помощи давления газа для накачки шин. На фиг.11 показан местный вид в поперечном разрезе колеса 401, выполненном по линии 11-11, как показано на фиг.10. Стрелки С указывают направление вдоль окружности. Стрелка R обозначает радиальное направление. Стрелки А указывают осевое направление, также называемое иногда поперечным или боковым направлением.
[0061] Обращаясь теперь к фиг.11, узел 10 усиления непрерывного контура размещен в пределах бандажа 405, проходящего по круговому направлению С. В данном варианте реализации узел 10 включает в себя первый гибкий цилиндрический бандаж 100 и второй гибкий цилиндрический бандаж 300, разделенные упругой прокладкой 200, как было описано ранее. Бандажи 100 и 300 обеспечивают, например, вертикальную жесткость для колеса 401, тогда как упругая прокладка 200 способствует обеспечению слоя сдвига для колеса 401, как описано далее.
[0062] Согласно настоящему изобретению колесо 401 пригодно в применениях, где сила сцепления, управляемость или качества подвески пневматической шины являются предпочтительными или нуждаются в усовершенствовании. Конструктивно поддерживаемое колесо 401, выполненное в соответствии с настоящим изобретением, как подробнее описано далее, может предложить улучшенные характеристики эластичности и жесткости в колесе, требующем меньшего техобслуживания, чем пневматическая шина. Помимо применения на автомобилях, такое колесо также могло быть преимущественно использовано, например, на кресле на колесах, каталке, больничной койке, тележке для чувствительного оборудования или других транспортных средствах или перевозочных средствах, для которых чувствительность к тряске имеет большое значение. Кроме того, колесо может использоваться вместо мебельных колесиков для стульев или другой мебели или в качестве колеса для детской коляски, скейтбордов, однорядных роликовых коньков и т.д. Колесо 401 по настоящему изобретению может использоваться в машинах или устройствах, где применяются поддерживаемые или нагружающие колеса. Термин «транспортное средство» использован ниже с целью описания; однако, любое устройство, на котором могут быть установлены эластичные колеса, охватывается нижеследующим описанием, и следует понимать, что «транспортное средство» включает в себя такие колеса.
[0063] Колесо 401, как изображено на фиг.10 и 11, имеет кольцевой бандаж 405 и передающие растяжение элементы, показанные в виде перемычек-спиц 420, проходящих в поперечном направлении через бандаж 405 и внутрь от него к опорному бандажу 425, находящемуся у радиально внутреннего конца перемычек-спиц 420. Опорный бандаж 425 прикрепляет колесо 401 к ступице 430. Протекторная часть 410 сформирована по внешней периферии бандажа 405. Протекторная часть 410 может представлять собой дополнительный слой, присоединенный к бандажу 405, например, чтобы обеспечить характеристики сцепления и износа, отличные от характеристик материала, используемого для создания бандажа 405. Альтернативно, протекторная часть 410 может быть сформирована как часть наружной поверхности эластичного бандажа, как показано на фиг.10. Геометрические элементы протектора могут быть сформированы в протекторной части 410 и могут включать в себя блоки 415 и канавки 440.
[0064] Как было упомянуто, перемычки-спицы 420 в варианте реализации, проиллюстрированном на фиг.10 и 11, проходят в поперечном направлении через колесо 401, что в контексте данного описания означает, что указанные перемычки-спицы 420 проходят поперек колеса 401 и могут быть соосными оси вращения или могут быть наклонными к оси колеса. Более того, «проходящие внутрь» означает, что перемычки-спицы 420 проходят между бандажом 405 и опорным бандажом 425 и могут лежать в плоскости, радиальной оси колеса, или могут быть наклонными к радиальной плоскости. В дополнение, как показано на фиг.10, перемычки-спицы 420 фактически могут содержать спицы под различными углами к радиальной плоскости. Могут использоваться различные формы и шаблоны, как представлено, например, в патенте США 7,013,939.
[0065] Бандаж 405 поддерживает нагрузку, оказывающую на колесо 401, и эластично деформируется для принятия формы дороги (или другой опорной поверхностью) с тем, чтобы обеспечить возможности сцепления и управления. Более конкретно, как описано в патенте США 7,013,939, когда нагрузка прикладывается к колесу 401 через ступицу 430, бандаж 405 действует эластично в том смысле, что он изгибается и иным образом деформируется для образования контакта с грунтом и формирует пятно контакта, которое является частью колеса 401, которое контактирует с грунтом под действием такой нагрузки. Часть бандажа 405, которая не находится в контакте с грунтом, действует подобно арке и обеспечивает в экваториальной плоскости окружную жесткость при сжатии и продольную жесткость при изгибе достаточно высокими для действия в качестве несущего нагрузку элемента. Как используется в данном описании, «экваториальная плоскость» означает плоскость, которая проходит перпендикулярно оси вращения колеса и делит пополам структуру колеса.
[0066] Нагрузка на колесе 401, передаваемая от транспортного средства (не показано) ступице 430, по существу удерживается перемычками-спицами 420, прикрепленными к несущей нагрузку части бандажа 405. Перемычки-спицы 420 в зоне контакта с грунтом не испытывают усилие растяжения вследствие нагрузки. Разумеется, по мере вращения колеса 401 определенная часть эластичного бандажа 405, выступающая в качестве арки, непрерывно изменяется, однако, понятие арки применимо для понимания несущего нагрузку механизма. Степень изгиба бандажа 405 и, соответственно, размер пятна контакта пропорциональны нагрузке. Способность бандажа 405 эластично изгибаться под действием нагрузки обеспечивает эластичную площадь контакта с грунтом, которая действует подобно площади контакта пневматической шины, достигая аналогичные предпочтительные результаты.
[0067] Например, бандаж 405 может огибать препятствия, чтобы обеспечить более спокойную поездку. Кроме того, бандаж 405 может передавать усилия грунту или дороге для формирования тягового усилия, совершения маневра и управления. В отличие от этого, в типичных твердых и шинах с обрезиненным ободом, нагрузка воспринимается за счет сжатия структуры шины в области контакта, которое включает в себя сжатия опорного материала под действием жесткой ступицы. Эластичность опорного материала ограничена свойствами сжатия материала и толщиной материала по жесткому колесу или ступице.
[0068] Продолжая рассматривать фиг.10 и 11, перемычки-спицы 420 являются по существу листовыми элементами, имеющими длину L в радиальном направлении, ширину W в осевом направлении, соответствующую обычно осевой ширине эластичного бандажа 405, хотя могут использоваться другие ширины W, включая ширины W, которые изменяются вдоль радиального направления, как изображено на фиг.11. Перемычки-спицы 420 также имеют толщину (т.е. размерность, перпендикулярную длине L и ширине W), которая, как правило, намного меньше либо длины L, либо ширины W, что позволяет перемычке-спице гнуться или изгибаться при сжатии. Более тонкие перемычки-спицы будут изгибаться при прохождении через контактную поверхность, по существу не создавая никого сопротивления сжатию, другими словами, не прикладывая вообще или прикладывая лишь незначительное сжимающее усилие к воспринимающему нагрузку элементу. По мере увеличения толщины перемычек-спиц 420 такие перемычки-спицы могут обеспечивать в области контакта с грунтом некоторое сжимающее усилие несущему нагрузку элементу. Однако преобладающее передающее нагрузку действие перемычек-спиц 420 в целом заключается в работе на растяжение. Толщина конкретной перемычки-спицы может выбираться так, чтобы соответствовать характерным требованиям транспортного средства или области применения.
[0069] Как видно на фиг.11, предпочтительно перемычки-спицы 420 ориентированы относительно эластичного бандажа 405 поперек осевого направления А. Таким образом, напряжение в перемычках-спицах 420 распределяется через бандаж 405 для удержания нагрузки. В качестве примера перемычки-спицы 420 могут формироваться из эластомерного материал, имеющего модуль упругости на растяжение примерно от 10 до 100 МПа. При необходимости перемычки-спицы 420 могут быть усилены. Материал, используемый для создания материала перемычек-спиц 420, также должен обладать эластичностью, чтобы возвращаться к исходной длине после растяжения, например, на 30%, и демонстрировать постоянное напряжение при растяжении материала перемычек-спиц, например, на 4%. Кроме того, желательно иметь в составе материал с tan δ, не превышающим 0,1 при соответствующих рабочих условиях. Например, могут быть установлены коммерчески доступные резиновые или полиуретановые материалы, которые соответствуют данным требованиям. В качестве дополнительного примера, для изготовления перемычки-спицы 420 был пригоден уретан марки Vibrathane B836, производимый Chemtura Corporation, Middlebury, Conn.
[0070] В варианте реализации, проиллюстрированном на фиг.10 и 11, перемычки-спицы 420 соединены между собой радиально-внутренним опорным бандажом 425, который окружает ступицу 430 для установки колеса 401 на указную ступицу 430. В зависимости от конструктивных материалов и технологического процесса, ступица 430, опорный бандаж 425, кольцевой бандаж 405 и перемычки-спицы 420 могут формоваться как единый блок. Альтернативно один или более таких компонентов могут быть сформованы отдельно и затем скреплены друг с другом посредством, например, связующих веществ или прессования в пресс-форме. Кроме того, могут быть включены и другие компоненты. Например, бандаж сопряжения может использоваться для соединения перемычек-спиц 420 у их радиально-внешних концов, и затем бандаж сопряжения будет присоединен к бандажу 405.
[0071] Согласно дополнительному варианту реализации перемычки-спицы 420 могут быть механически прикреплены к ступице 430, например, путем обеспечения удлиненной части на внутреннем конце каждой перемычки-спицы 420, которая зацепляется с пазом, расположенным в ступице 430, либо путем скрепления смежных перемычек-спиц 420 для формирования петли на крючке или полоске, сформированной в ступице 430.
[0072] По существу удержание исключительно растягивающей нагрузки достигается наличием перемычки-спицы 420, которая обладает высокоэффективным сопротивлением растяжению, но очень низкой жесткостью при сжатии. Для облегчения изгибания в конкретном направлении перемычки-спицы 420 могут быть искривленными.
Альтернативно, перемычки-спицы 420 могут формоваться с искривлением и выпрямленными посредством термического сжатия в течение охлаждения, чтобы обеспечить склонность к изгибу в конкретном направлении.
[0073] Перемычки-спицы 420 должны сопротивляться скручиванию между кольцевым бандажом 405 и ступицей 430, например, когда к колесу 401 прикладывается крутящий момент. Более того, перемычки-спицы 420 должны быть устойчивы к боковому отклонению, например, при совершении поворота или маневра. Как будет понятно, перемычки-спицы 420, которые лежат в радиально-осевой плоскости, т.е. совпадают и с радиальным, и с осевым направлениями, будут обладать высокой устойчивостью к осевым усилиям, однако, если будут удлинены в радиальном направлении R, могут иметь относительно низкую устойчивость к скручиванию в окружном направлении С. Для некоторых транспортных средств и областей применения, например, таких, которые создают относительно низкий крутящий момент, подходящим будет комплект из перемычек-спиц, имеющий относительно короткие перемычки-спицы 420, совпадающие с радиальным направлением R. Для областей применения, в которых ожидается высокий крутящий момент, более подходящей будет одна из компоновок, например, представленных на фиг.5-8 патента США 7,013,939. В представленных здесь вариантах реализации обеспечены ориентации перемычек-спиц, которые содержат сопротивляющийся усилиям компонент и в радиальном, и в окружном направлениях, таким образом, повышая сопротивление крутящему моменту, при одновременном сохранении компонентов, сопротивляющихся радиальным и поперечным усилиям. Угол ориентации может быть выбран в зависимости от числа используемых перемычек-спиц и расстояния между смежными перемычками-спицами. Также, могут использоваться другие альтернативные компоновки.
[0074] Одно преимущество эластичного колеса согласно настоящему изобретению состоит в том, что выбор размера и расположения бандажа 405 и перемычек-спиц 420 обеспечивает регулируемую вертикальную устойчивость, боковую устойчивость и жесткость на скручивание колеса независимо от контактного давления и друг друга. Рабочие параметры бандажа 405, представляющие собой перенос нагрузки и эластичность, определяются отчасти выбором материалов, обладающих жесткостью при окружном сжатии и жесткостью при продольном изгибе в экваториальной плоскости, чтобы соответствовать требованиям расчетной нагрузки. Данные параметры исследуются, учитывая диаметр колеса 401, ширину кольцевого бандажа 405 в осевом направлении А, толщину бандажа 405 в радиальном направлении R, а также длину и разнесение перемычек-спиц 420. Число перемычек-спиц выбирается с тем, чтобы сохранить округлость бандажа 405, и зависит также от расстояния между соседними перемычками-спицами 420.
[0075] Продолжая рассматривать фиг.11, как было указано ранее, бандаж 405 включает в себя узел 10 усиления непрерывного контура, который может, например, выполнен формованием как часть непневматического колеса 401 или изготавливаться отдельно и затем соединяться с другими элементами колеса 401. Там, где упругая прокладка 200 является пористой, связующий материал, использованный для изготовления бандажа 405, может также использоваться для пропитки прокладки 200 путем прохождения внутрь и через ее пористый материал. Например, упругая прокладка 200 может быть изготовлена в виде ячеистого пенопласта, в который вводится полимер, такой как полиуретан. Полиуретан, подходящий для такой структуры, включает в себя, например, уретан марки Vibrathane B836, производимый Chemtura Corporation, Middlebury, Conn.
[0076] Фиг.11 предусматривает лишь один вариант реализации бандажа 405, который может использоваться с настоящим изобретением. Например, на фиг.12 показан другой пример бандажа 405, который может использоваться в колесе 401 (перемычки-спицы 420 исключены на данном виде в разрезе, как и на видах фиг.13 и 14). Здесь узел 10 усиления непрерывного контура фиг.7 изображен встроенным в бандаж 405. Как изображено, упругая прокладка 200 является более узкой, чем первый гибкий цилиндрический бандаж 100 или второй гибкий цилиндрический бандаж 300. Упругая прокладка 200 может быть изготовлена ранее описанными способами.
[0077] На фиг.13 представлен другой пример бандажа 405, который может использоваться в колесе 401, при этом указанный бандаж 405 включает в себя узел 10 усиления непрерывного контура 10, показанный на фиг.8. Как изображено, упругая прокладка 200 выполнена из двух промежуточных упругих прокладок 200а и 200b. Между прокладками 200а и 200b изображен зазор 435. Данный зазор 435 может быть пустым или может быть заполнен связующим материалом. Упругие прокладки 200а и 200b могут быть изготовлены способами, описанными ранее в отношении прокладки 200.
[0078] На фиг.14 проиллюстрирован другой пример бандажа 405, который может использоваться в колесе 401, при этом данный бандаж 405 включает в себя узел 10 усиления непрерывного контура, показанный на фиг.9. Как изображено, упругая прокладка 200 выполнена из двух упругих прокладок 200 и 400 и включает в себя третий гибкий цилиндрический усиливающий бандаж 500. Фиг.14 представлена лишь в качестве примера, и в зависимости от применения могут быть также добавлены дополнительные прокладки и гибкие цилиндрические бандажи.
[0079] Несмотря на то что настоящее изобретение подробно описано в отношении его конкретных вариантов реализации и способов, понято, что специалисты в данной области техники, после достижения понимания вышеизложенной сути, смогут представить изменения, разновидности и эквиваленты таких вариантов реализации. Следовательно, следует рассматривать настоящее раскрытие в качестве примера, а не ограничения, и объект раскрытия не исключает содержания таких модификаций, изменений и/или дополнений к настоящему изобретению, которые были бы абсолютно очевидны для специалиста в данной области техники.