机械装备创新背景下新型PC模型轮胎突破与创新发展★
——基于负泊松比结构的新型免充气轮胎

路立萍，朱文龙，齐小彤，刘家铭，徐紫妍

（青岛理工大学，山东 青岛 266520）

1 项目概述

1.1 项目背景

近年来，我国汽车产量以及保有量均在逐年增加，已连续多年成为全球最大汽车生产国和消费市场。随着汽车产业的发展和市场需求的升级，对于轮胎产品的技术性能和科技含量提出了更高的要求。在新的技术、新的模式等推动下，中国的轮胎产业也开始进入转型升级的关键期。

针对轮胎行业发展的现状，不少企业开始重视轮胎的高性能，对原材料要求严格、生产设备更新换代、积极研发技术创新、延伸产业链布局。针对目前轮胎市场的发展现状，亟需研发一种新型轮胎产品解决目前充气式轮胎存在的种种问题。

1.2 项目简介

1.2.1 产品简介

本新型轮胎设备旨在解决现有轮胎装置中存在的突发性轮胎漏气或爆胎等技术问题。同时该新型产品轴承采用轮毂轴承，它将两套轴承合为一体，具有组装性能好、可省略游隙调整、重量轻、结构紧凑、载荷容量大、为密封轴承可事先装入润滑脂、省略外部轮毂密封及免于维修等优点[1]，使非充气轮胎在一定舒适性条件下应力水平降低，承载性和稳定性提升[2]。

1.2.2 研发简介

与市场上的普通轮胎相比，我们研发的产品在旨在解决突发性爆胎和漏气问题，具有一定的优势地位，而这一问题的解决也将减少此类原因引发的交通事故，带来一定的社会效益。但是目前，我们的产品尚且处于研发初期，产品的各个方面可能存在诸多缺点和不足，在后期产品的推广过程中，我们团队会根据用户的使用体验以及他们的建议和意见进行产品的改造和升级，以便更好地满足客户和市场的需求。

2 产品介绍

2.1 产品结构

免充气式轮胎是一种涉及到轮胎领域的新型轮胎产品，该产品包括轴承座、第一加强附耳、第二加强附耳、蒙皮、防滑加强结构。其设备整体装置示意图如图1所示。

2.1.1 轴承座结构

轮胎的轴承座位于轮胎的中心部分，该轴承采用轮毂轴承。如图1所示位于内环的轴承座，抽轴承座用于穿设驱动轴，并支持驱动轴在其内部旋转，轮胎为圆形，轴承座故置于内环，用于穿设驱动轴。

2.1.2 加强附耳

此处的加强附耳包含2个部分，即第一加强附耳和第二加强附耳。该产品采用负泊松比结构，负泊松比结构在轴向受压时侧向收缩，轴向受拉时侧向膨胀，在能量吸收、多孔渗透性、抗剪性和抗断裂性等方面均具有较好的性能[3]，使得轮胎具有较低的碰撞峰值力和较高的比吸能，能够起到替代充气的作用，如图2所示。

2.1.3 防滑加强结构

该结构由加强连接柱、加强片以及防滑齿构成。如图3所示。

具体地，该防滑加强结构安装在第一加强附耳和第二加强附耳上，在加强连接柱上连有防滑齿，将该结构应用于汽车轮胎上便会起到很好的防滑作用，由于连接的是负泊松比柔性材料，故其可以根据外界环境自发的防滑齿的深度，而不需要一个适应外界环境的过程，由此大大增强了该轮胎的环境适应性。防滑齿为圆柱形，圆柱形可有效增加轮胎与地面的接触面积，达到较佳的防滑效果。

2.1.4 蒙皮结构

蒙皮是轮胎的外部结构，直接与地面接触，由热塑性工程塑料聚氨酯、SMP光敏树脂、PUR聚酰胺、多孔聚合物材料一次性注塑成型。如图4所示，蒙皮上的孔直接与上述防滑加强结构中的防滑齿连接，配合完成防滑工作。

该蒙皮具体为负泊松比柔性材料，多个加强连接柱沿轴承座的轴向排布，并连接第一平面连接部和第二平面连接部提高了该轮胎的环境适应性较高，其应用范围也相对较广。

2.2 产品创新点

轴承采用轮毂轴承，具有组装性能好、可省略游隙调整、重量轻、结构紧凑、载荷容量大、为密封轴承可事先装入润滑脂、省略外部轮毂密封及免于维修等优点。

负泊松比结构具有特殊的力学性质，负泊松比结构在轴向受压时侧向收缩，轴向受拉时侧向膨胀，在能量吸收、多孔渗透性、抗剪性和抗断裂性等方面均具有较好的性能。

该轮胎的突出特点为在第一加强附耳和第二加强附耳上连接了加强连接柱，在加强连接柱上连有防滑齿，蒙皮具体为负泊松比柔性材料。将该结构应用于汽车轮胎上便会起到很好的防滑作用。

2.3 竞争优势

目前国内的免充气式轮胎技术还并不成熟，相关企业参与免充气式轮胎的研发和创新较少，大部分的应用在自行车或者小型机动车领域，其他较大型的交通工具的应用较少。所以目前国内免充气式轮胎的竞争性并不强。由此，提高轮胎行业的创新，实现免充气式轮胎的推广、实现装备制造现代化势在必行。

3 可行性分析

3.1 技术可行性

免充气轮胎的工作原理为位于内环的轴承座；位于所述轴承座外侧并抵接所述轴承座外表面的第一加强附耳；所述第一加强附耳包括多个第一“V”形部和多个第一平面连接部，所述第一“V”形部的顶角抵接所述轴承座外表面；多个所述第一“V”形部通过多个所述第一平面连接部形成圆环形；位于所述第一加强附耳外侧并抵接所述第一加强附耳外表面的第二加强附耳；所述第二加强附耳包括多个第二“V”形部和多个第二平面连接部，所述第二“V”形部的顶角抵接所述第一“V”形部的底部；多个所述第二“V”形部通过多个所述第二平面连接部形成圆环形；所述第一平面连接部和所述第二平面连接部的通过加强连接柱连接，所述加强连接柱伸出所述第二平面连接部向外侧延伸并连接有防滑齿；所述第二加强附耳外表面覆盖有蒙皮，所述蒙皮包围所述防滑齿；所述防滑齿可在所述蒙皮内露出或缩进。最终达到免充气且防滑的目的。

3.2 市场可行性

该产品正是根据传统轮胎所存在的一些难点问题进行创新，简化设计工作量和使用成本的同时，便于此款轮胎广泛生产，零件也便于更换，利用新技术新科技提高轮胎的环境适应性，拓宽其应用范围。

4 结论

免充气式轮胎是一种涉及轮胎领域的新型轮胎产品，可以有效避免防滑通用性差及天气对轮胎防滑性能的不同要求情况的发生，该结构简化了设计工作量与使用成本，使产品好推广，便于该非充气式轮胎广泛生产，并且零件也便于更换。由于该轮胎的环境适应性较高，其应用范围扩大的同时也更加创新高效。