機械裝備創新背景下新型PC模型輪胎突破與創新發展★
——基于負泊松比結構的新型免充氣輪胎

路立萍，朱文龍，齊小彤，劉家銘，徐紫妍

（青島理工大學，山東 青島 266520）

1 項目概述

1.1 項目背景

近年來，我國汽車產量以及保有量均在逐年增加，已連續多年成為全球最大汽車生產國和消費市場。隨著汽車產業的發展和市場需求的升級，對于輪胎產品的技術性能和科技含量提出了更高的要求。在新的技術、新的模式等推動下，中國的輪胎產業也開始進入轉型升級的關鍵期。

針對輪胎行業發展的現狀，不少企業開始重視輪胎的高性能，對原材料要求嚴格、生產設備更新換代、積極研發技術創新、延伸產業鏈布局。針對目前輪胎市場的發展現狀，亟需研發一種新型輪胎產品解決目前充氣式輪胎存在的種種問題。

1.2 項目簡介

1.2.1 產品簡介

本新型輪胎設備旨在解決現有輪胎裝置中存在的突發性輪胎漏氣或爆胎等技術問題。同時該新型產品軸承采用輪轂軸承，它將兩套軸承合為一體，具有組裝性能好、可省略游隙調整、重量輕、結構緊湊、載荷容量大、為密封軸承可事先裝入潤滑脂、省略外部輪轂密封及免于維修等優點[1]，使非充氣輪胎在一定舒適性條件下應力水平降低，承載性和穩定性提升[2]。

1.2.2 研發簡介

與市場上的普通輪胎相比，我們研發的產品在旨在解決突發性爆胎和漏氣問題，具有一定的優勢地位，而這一問題的解決也將減少此類原因引發的交通事故，帶來一定的社會效益。但是目前，我們的產品尚且處于研發初期，產品的各個方面可能存在諸多缺點和不足，在后期產品的推廣過程中，我們團隊會根據用戶的使用體驗以及他們的建議和意見進行產品的改造和升級，以便更好地滿足客戶和市場的需求。

2 產品介紹

2.1 產品結構

免充氣式輪胎是一種涉及到輪胎領域的新型輪胎產品，該產品包括軸承座、第一加強附耳、第二加強附耳、蒙皮、防滑加強結構。其設備整體裝置示意圖如圖1所示。

2.1.1 軸承座結構

輪胎的軸承座位于輪胎的中心部分，該軸承采用輪轂軸承。如圖1所示位于內環的軸承座，抽軸承座用于穿設驅動軸，并支持驅動軸在其內部旋轉，輪胎為圓形，軸承座故置于內環，用于穿設驅動軸。

2.1.2 加強附耳

此處的加強附耳包含2個部分，即第一加強附耳和第二加強附耳。該產品采用負泊松比結構，負泊松比結構在軸向受壓時側向收縮，軸向受拉時側向膨脹，在能量吸收、多孔滲透性、抗剪性和抗斷裂性等方面均具有較好的性能[3]，使得輪胎具有較低的碰撞峰值力和較高的比吸能，能夠起到替代充氣的作用，如圖2所示。

2.1.3 防滑加強結構

該結構由加強連接柱、加強片以及防滑齒構成。如圖3所示。

具體地，該防滑加強結構安裝在第一加強附耳和第二加強附耳上，在加強連接柱上連有防滑齒，將該結構應用于汽車輪胎上便會起到很好的防滑作用，由于連接的是負泊松比柔性材料，故其可以根據外界環境自發的防滑齒的深度，而不需要一個適應外界環境的過程，由此大大增強了該輪胎的環境適應性。防滑齒為圓柱形，圓柱形可有效增加輪胎與地面的接觸面積，達到較佳的防滑效果。

2.1.4 蒙皮結構

蒙皮是輪胎的外部結構，直接與地面接觸，由熱塑性工程塑料聚氨酯、SMP光敏樹脂、PUR聚酰胺、多孔聚合物材料一次性注塑成型。如圖4所示，蒙皮上的孔直接與上述防滑加強結構中的防滑齒連接，配合完成防滑工作。

該蒙皮具體為負泊松比柔性材料，多個加強連接柱沿軸承座的軸向排布，并連接第一平面連接部和第二平面連接部提高了該輪胎的環境適應性較高，其應用范圍也相對較廣。

2.2 產品創新點

軸承采用輪轂軸承，具有組裝性能好、可省略游隙調整、重量輕、結構緊湊、載荷容量大、為密封軸承可事先裝入潤滑脂、省略外部輪轂密封及免于維修等優點。

負泊松比結構具有特殊的力學性質，負泊松比結構在軸向受壓時側向收縮，軸向受拉時側向膨脹，在能量吸收、多孔滲透性、抗剪性和抗斷裂性等方面均具有較好的性能。

該輪胎的突出特點為在第一加強附耳和第二加強附耳上連接了加強連接柱，在加強連接柱上連有防滑齒，蒙皮具體為負泊松比柔性材料。將該結構應用于汽車輪胎上便會起到很好的防滑作用。

2.3 競爭優勢

目前國內的免充氣式輪胎技術還并不成熟，相關企業參與免充氣式輪胎的研發和創新較少，大部分的應用在自行車或者小型機動車領域，其他較大型的交通工具的應用較少。所以目前國內免充氣式輪胎的競爭性并不強。由此，提高輪胎行業的創新，實現免充氣式輪胎的推廣、實現裝備制造現代化勢在必行。

3 可行性分析

3.1 技術可行性

免充氣輪胎的工作原理為位于內環的軸承座；位于所述軸承座外側并抵接所述軸承座外表面的第一加強附耳；所述第一加強附耳包括多個第一“V”形部和多個第一平面連接部，所述第一“V”形部的頂角抵接所述軸承座外表面；多個所述第一“V”形部通過多個所述第一平面連接部形成圓環形；位于所述第一加強附耳外側并抵接所述第一加強附耳外表面的第二加強附耳；所述第二加強附耳包括多個第二“V”形部和多個第二平面連接部，所述第二“V”形部的頂角抵接所述第一“V”形部的底部；多個所述第二“V”形部通過多個所述第二平面連接部形成圓環形；所述第一平面連接部和所述第二平面連接部的通過加強連接柱連接，所述加強連接柱伸出所述第二平面連接部向外側延伸并連接有防滑齒；所述第二加強附耳外表面覆蓋有蒙皮，所述蒙皮包圍所述防滑齒；所述防滑齒可在所述蒙皮內露出或縮進。最終達到免充氣且防滑的目的。

3.2 市場可行性

該產品正是根據傳統輪胎所存在的一些難點問題進行創新，簡化設計工作量和使用成本的同時，便于此款輪胎廣泛生產，零件也便于更換，利用新技術新科技提高輪胎的環境適應性，拓寬其應用范圍。

4 結論

免充氣式輪胎是一種涉及輪胎領域的新型輪胎產品，可以有效避免防滑通用性差及天氣對輪胎防滑性能的不同要求情況的發生，該結構簡化了設計工作量與使用成本，使產品好推廣，便于該非充氣式輪胎廣泛生產，并且零件也便于更換。由于該輪胎的環境適應性較高，其應用范圍擴大的同時也更加創新高效。