在本说明下述术语如下确定：
“赤道面”指的是垂直穿过该旋转轴线并等分该轮胎结构的平面。
“子午面”指的是经过并包括该轮胎旋转轴的平面。
弹性材料的“模量”指的是ASTM标准检测方法D412测量的10 ％延长时的弹性模量。
该隔片的“模量”指的是在环向上1％的延长乘以该隔片有效厚度 的弹性模量。常规轮胎钢带材料的这个模量可以由等式1计算，这个 模量由上标“’”标示。
弹性材料的“剪切模量”指的是弹性的剪切模量，并确定等于上 述弹性材料的弹性模量的三分之一。
“滞变”指的是在工作张力、温度和频率下测量的切向动力损失 (tanΔ)，本领域技术人员可以理解对于特定状态该工作条件不同， 例如高尔夫球车和赛车需要的不同载荷和速度，对于特定的状态该张 力、温度和频率是特定的。
根据本发明的结构支撑弹性轮胎在图1中被简要显示。结构支撑 指的是该轮胎用其没有充气压力支撑的结构部件承载一个载荷。所公 开的用于多种变换的结构支撑弹性轮胎的结构使用相似的基本部件， 在附图中标记的标号指着每一种变换中相同的形式。该附图没有绘出 比例，并且为了清楚地显示，部件的尺寸被放大或缩小。
图1所示的轮胎10具有一个接触地面的胎面部分105，一个该胎 面部分径向里边的加强环形带110，和多个从该加强环形带横向经过并 径向向里延伸的辐板条150，以及一个在该幅条径向里端的安装带 160。该安装带160将该轮胎100固定在一个车轮10或轮辋上。在此 所使用的“横向延伸”指的是该幅条150可以轴向对准，或相交于该 轮胎轴。此外，“径向向里延伸”指的是该幅条150可以位于该轮胎轴 径向平面，或倾斜于该径向平面。另外，如下文所述，一个第二组幅 条可以在赤道面上延伸。
参照图2，它以子午面截面显示了该轮胎100和车轮10，该加强 环形带110具有一个弹性剪切层120，一个附接在该弹性剪切层120 区域的径向里边的第一隔片130，和一个附接在该弹性剪切层120区 域的径向外边的第二隔片140。该隔片130和140具有大于该弹性剪 切层120剪切强度的拉伸强度。这样，加强环形带110可经受得住负 载的剪切变形。
该加强环形带110支撑该轮胎上的载荷。如图1所示，该轮胎旋 转轴X上的一个载荷L由该幅条150上的拉力转递给该环形带110。 该环形带110以类似于弓形的方式起作用，并提供在该轮胎赤道面上 的一个环向压缩强度和一个纵向弯曲强度，这些强度足够高以作为该 载荷的支撑部件。在载荷下，通过包括该环形带剪切变形的机构，与 地面接触的接触区域C中的该环形带变形。具有剪切的变形能力提供 了与充气轮胎相似的适应地面接触区域C的能力，并具有相似的优良 效果。
参照图3和4，通过比较一个相同材料的刚性环形带122，例如金 属环，它在载荷下不允许有大于可以忽略的剪切变形，可以理解本发 明环形带110剪切机构的优点。在图3中的该刚性环形带122中，该 压力分布满足力的平衡，和弯曲运动的需要，这是由在每个接触区域 端部的一对集中力F造成的，在图3中示出了一个端部。与之相反， 如果该环形带具有图4所示的本发明剪切层120的结构，通过压缩该 内加强件130和外加强件140，它导致剪切变形，在该接触区域上所 得到的压力分布S基本是均匀的。
本发明的该环形带的有益结果是在该接触区域长度上更均匀地分 布地面接触压力S，这类似于充气轮胎，并提供了超过其他非充气轮 胎的轮胎功能。
在实心轮胎和软心轮胎中，该载荷是由接触区域中的该轮胎结构 的压缩来支撑的，该承载能力由接触区域中的轮胎材料的数量和类型 限制。在特定类型的弹簧轮胎中，该刚性外环支撑轮胎上的载荷，并 通过弹性的弹簧部件与该轮辋或车轮连接。然而，刚性环并不具有剪 切机构，并由于上述原因，刚性环在该接触区域的端部具有集中的地 面反作用力，它影响该轮胎将力传递到地面和吸收地面振动的能力。
该剪切层120具有一个有约3Mpa到约20Mpa的剪切模量的弹性 材料层。适合用于该剪切层120的材料包括天然或人造橡胶、聚亚胺 酯、发泡橡胶和发泡聚亚胺酯、分段嵌段共聚物和嵌段共聚物尼龙材 料。在承载下的滚动中，该剪切层120的重复变形产生导致轮胎发热 的滞变损失。这样，该剪切层的滞变可以保持工作温度低于所用材料 允许的工作温度。对于常规的轮胎材料(即橡胶)，该剪切层的滞变可 以确定在连续使用中产生的温度低于约130℃。
该胎面部分105可以没有沟槽，或可以具有多个形成于基本纵向 的胎面凸棱109之间的纵向排列的胎面沟槽107，如图2所示。此外， 该胎面105从一边到另一边是平的，这适合于小汽车和其他车辆，但 也可以是用于自行车、摩托车和其他两轮车辆的圆弧胎面。可以使用 本领域已知的任何胎面花纹。
根据本发明的一个最佳实施例，该第一隔片130和第二隔片140 具有嵌入弹性包覆物中的不可延伸芯线加强件。对于弹性材料构成的 轮胎，该隔片130和140用固化弹性材料附接在该剪切层120上。在 本发明的范围中，隔片130和140可以用任何适当的化学、粘接或机 械固定方法附接在该剪切层120上。在该隔片130和140中的加强部 件可以是任何用于常规轮胎中轮胎带体加强件的多种材料，例如钢制 单丝或芯线、芳族聚酸铵纤维或其他高模量织物。对于在此所描述的 轮胎，该加强件是钢制芯线，各具有0.28mm直径的四根金属丝(4 ×0.28)。
根据本发明的一个最佳实施例，该第一隔片具有两个加强层131 和132，该第二隔片140也具有两个加强层141和142。
尽管在此所公开的本发明变换中，每个隔片具有芯线加强层，满 足下面该环形带所需的拉伸强度、弯曲强度和抗压缩特性的材料都可 以用于该隔片。就是说，该隔片可以是任何多种材料选择，例如相同 的材料(即薄钢片)、纤维加强基体或不连续的加强部件层。
在第一最佳实施例中，该第一隔片130的层131和132具有相对 该轮胎赤道面以约10°至约45°角排列的平行芯线。该各层的芯线具 有相对的排列。同样，该第二隔片140的层141和142具有相对该赤 道面以约10°至约45°角排列的平行芯线。然而，在一个隔片中成对 的层的芯线不需要以相等或相对的角度排列。例如该成对的层的芯线 可相对该轮胎赤道面不对称。
根据另一个实施例，该隔片的至少一个层的芯线可以相对该赤道 面是或接近0°，以增加该隔片的拉伸强度。
每一层131、132和141、142的芯线嵌入一个约3Mpa到约20Mpa 剪切模量的弹性包覆层。最好是该包覆层的剪切模量基本等于该剪切 层120的剪切模量，以保证该环形带的变形主要是该剪切层120中的 剪切变形。
该弹性剪切层120的剪切模量与该隔片130和140的有效纵向拉 伸模量E’membrane之间的关系式控制着在施加载荷下该环形带的变形。 用常规轮胎带体材料并具有相对该赤道面至少10°排列的隔片加强芯 线的隔片有效拉伸模量E’membrane可如下估算：
$E_{\mathrm{MEMBRANE}}^{\prime }=(2D+t)\frac{E_{\mathrm{RUBBER}}}{2\left({1-v}^2\right)}[\left(\frac{P}{P-D}\right)\frac{2-(1+v){\mathrm{SIN}}^2\left(2\alpha \right)}{{\mathrm{SIN}}^4\alpha }+\left(\frac{t}{D}\right)\frac{1}{{\mathrm{TAN}}^2\alpha }(\frac{1}{{\mathrm{TAN}}^2\alpha }-v)]----\left(1\right)$
在此，Eruber＝该弹性包覆材料的拉伸模量；P＝垂直于该芯线测 量的芯线间距(芯线中心线距离)；D＝芯线直径；υ＝该弹性包覆材料 的横向变形系数；α＝相对该赤道面的该芯线角度；t＝在相邻层中的 缆索之间的橡胶厚度。
对于该加强芯线相对该赤道面小于10°排列的剪切层隔片，下面 的关系式可用于估算该隔片拉伸模量E’membrane：
           E’membrane＝Ecable*V*tmembrane        (2)
在此，Ecable是该缆索的模量，V是在该隔片中该缆索的体积系数， 以及tmembrane是该隔片的厚度。
对于具有相同材料、纤维或其他材料加强基体的隔片，该模量等 于该材料或基体的模量。
可以注意到，E’membrane是该隔片的弹性模量乘以该隔片的有效 厚度。当比例E’membrane/G相对较低时，在载荷下该环形带的变形 接近于相同材料的带，并产生图3所示的不均匀地面接触压力。另一 方面，当比例E’membrane/G相对较高时，在载荷下该环形带的变形 基本是隔片有小的纵向拉伸或压缩的剪切层的剪切变形，因此，在图4 所示的实施例中，地面接触压力基本是均匀的。
根据本发明，该隔片纵向拉伸模量E’membrane与该剪切层的剪切 模量G的比例至少约100∶1，并且最好至少1000∶1。
图2所示的该轮胎，胎面105、第一隔片130和第二隔片140具 有较平的横向形状。在该接触区域C中的该环形带部分上的张力将压 缩该第二隔片140。当该轮胎的垂向偏移增加时，该接触长度可以增 加，使得该第二隔片140上的压缩应力超过该临界弯曲应力，并产生 该隔片的纵向弯曲。这个弯曲现象产生一个该接触区域的纵向延长部 分，降低接触压力。当该隔片弯曲消除时，在整个该接触区域长度上 获得一个更均匀的地面接触压力。具有弯曲横向截面的隔片将更好地 抵抗接触区域的该弯曲，并在承载下弯曲时更好。
图5显示了本发明轮胎的一种变化，其中该轮胎300具有一个波 浪形第二隔片340，它在径向上具有一个波幅，在轴向上具有一个波 长。该波幅确定为该隔片340的最大和最小径向延长之间的差，该波 长确定为该隔片340相邻的径向最大处之间的轴向距离。由于在该接 触区域中的压力如上述像作用在一个弓形部件上，该波浪形第二隔片 340防止了弯曲。该波浪形第二隔片340在外加载荷作用下从一个环 形变成平的，而不发生该第二隔片的纵向弯曲，并在整个地面接触区 域长度上保持基本均匀的地面接触压力。这样具有第二隔片340的轮 胎300能够使其横向曲率半径有利于地面接触压力不依赖抗变弯力。 最好是，该第二隔片340具有两至四个波浪循环，并具有该胎面部分 310滚动胎面宽度的约20％至约50％的波长，该波幅最好在该剪切层 320最大厚度约20％至50％之间，并且可以是恒定的或变化的波幅。
当隔膜的纵向拉伸模量E’membrane、和该剪切层的剪切模量G符 合上述状态，并且该环形带基本上是由于剪切层中的剪切而变形时， 一个最佳关系允许在一个给定状态下确定剪切模量值G和剪切层厚度 h：
                  Peff*R≈G*h            (3)
在此，Peff＝地面接触压力；G＝层120的剪切模量；h＝层120的 厚度；以及R＝该第二隔片相对于该旋转轴的径向位置。
Peff和R是根据该轮胎的使用而选择的设计参数。等式3指出该剪 切层的弹性剪切模量与该剪切层的厚度的乘积约等于该地面接触压力 与该第二隔片最外伸出径向位置的乘积。图13以曲线给出了在一个较 宽接触压力范围中的关系，并可以用于估算许多不同状态的该剪切层 特征。
参照图6，该幅条150是一个片形部件，它在径向上具有一个长 度N，在相应于该环形带110轴向宽度的轴向具有一个宽度W，并在 垂直于其它两个尺寸上具有一个厚度。该厚度大大地小于该长度N和 宽度W，并且最好是该轮胎半径R的约1％至5％，它允许该幅条在 压力下弯曲，如图1所示。最薄的辐板条基本没有抗压能力，将在接 触区域上弯曲，即不提供大于可以忽略的压力来支承载荷。随着该幅 条厚度的增加，这些幅条可以在地面接触区域提供一些压缩载荷支承 压力。然而该幅条传递的主要载荷是拉力，特定的幅条厚度可以被选 择来适应该车辆的特殊需要。
根据本发明的一个最佳实施例，该幅条150由具有10至100Mpa 拉伸模量的材料构成。如果需要，可以加强该幅条。该幅条材料还可 以具有弹性性能，在拉紧到30％之后可以恢复到初始长度，并在拉紧 到4％时具有恒定的拉力。此外，在相应的工作状态下，具有不大于 0.1的tanΔ的材料是希望的。例如，民用橡胶或聚亚胺酯材料可以满 足这些需要。本发明人发现康涅狄格州Uniroyal Chemical division of Crompton Corporation of Middlebury的Vibrathane B836牌聚氨酯适 合于该幅条。
参照图2，在一个实施例中，该幅条150通过一个内安装环160 相互连接，它环绕车轮或轮辋10安装到该轮胎。一个接合环170使该 幅条150在径向外端相互连接。该接合环170将该幅条150与该环形 带110连接。为了简便，该辐板条、安装环160和接合环170可以作 为一个整体用单一材料模制。
此外，根据该环形带110和轮辋或车轮10的结构材料和制作工艺， 一个分离的安装环160或接合环170可以被省去，幅条可以模制或成 型直接附接于该环形带和车轮上。例如，如果该环形带或该车轮或轮 辋用相同或相容的材料制造，在轮胎可以一步制造，该幅条与该环形 带或车轮成形成或模制成一个整体，在这种情况下，该安装环160和 /或接合环170作为该车轮或环形带的一部分整体构成。另外，该幅 条150可以机械安装在该车轮上，例如在每个辐板条的内端提供一个 扩大部分，与车轮上的一个长槽啮合。
本发明的轮胎支撑所施加载荷的方式可以参照图1至6理解。该 环形带110的范围A，即不接触地面区域，像一个弓形作用，该幅条 150受拉力，该轮胎上的载荷L从车辆(未示出)传递给基本上悬挂 在弓形区域A的该轮辋或车轮10。在该过渡区域B和接触区域C中 的辐板条没有受到拉力。根据一个最佳实施例，该幅条相对较薄，并 不提供大于可以忽略的垂向承载力。当然，在该轮胎旋转时，起弓形 作用的该环形带110的特定部分连续改变，然而该弓形的概念用于理 解该机构。
具有高拉伸强度和低压缩强度的幅条获得几乎全部的载荷支撑 力。为了有助于在地面接触区域上变弯，该幅条可以是弯曲的。该幅 条可以模制成具有一曲率，并通过在冷却时的热收缩拉直，提供一个 变弯的予处理。
该幅条150可以在该环形带110和该车轮10之间承受扭矩，例 如，当对车轮施加扭矩时。此外，在诸如行驶或转弯时，该幅条150 可以承受横向倾斜。可以理解，在该径向一轴向平面中的幅条150， 即在径向和轴向都对齐，的幅条150对于轴向力具有很高的抵抗力， 但如果在径向上被拉长，在环向上抵抗扭矩有困难。对于特定车辆和 场合，例如产生相对小的加速力，具有在径向上对齐的相对短的辐板 条的幅条束是适合的。
对于高扭矩的场合，图7-9所示结构之一可能更适合。在图7中， 该幅条150在轴向看排列成重复的X形，它具有成对的在中间连接构 成X的杆件。在图8中，该幅条相对该径向排列成曲折形。在图9中 的辐板条以曲折形相对该轴向相邻幅条相反排列。在这些变换中，该 排列在径向和环向都提供了受力部件，由此增加了抗扭矩性，同时保 留了径向和横向的受力部件。该排列的角度可以根据所用辐板条的数 量和相邻幅条的间距选择。
可以利用另一个变换的结构，如图10所示，该幅条在径向看可以 排列成波浪形或V形。再一种变换是如图11所示相邻的幅条在轴向排 列和横向排列之间交替排列。然而由于在接触区域的该幅条弯曲比较 困难，这些变换可能不是最好的。
该幅条的变换结构允许根据接触压力及相互之间的强度协调该垂 向、横向和切向强度。
垂向强度涉及承载时该轮胎的抗偏移能力。该轮胎的垂向强度受 不与地面接触的轮胎部分载荷反作用的很大影响，该轮胎的“反向偏 移”。图12以放大的比例显示了这种现象。当轮胎承受载荷L时，它 偏移一个量f与地面接触的部分适应该地面形成一个地面接触区域C。 可以注意到，为了参照图12描述，该轮胎轴X保持在一个固定的位置， 地面向上朝该轴移动。该轮胎是一个弹性体，该垂向偏移f与该载荷L 成比例，由此可以得出该轮胎的垂向强度Kυ。由于该环形带110(简 要示出)受到趋于保持固定长度的该隔片(未示出)的约束而保持为 该隔片的长度，该轮胎不与地面接触或反向偏移的部分，如图中虚线 所示离开该接触区域C。该反向偏移量λ也与该载荷L成比例，并由 此可以得到该反向偏移强度Kλ。该反向偏移强度Kλ主要与环向压缩强 度和不与地面接触的幅条承受载荷的方式有关。为了减小延伸，该环 形带包括横向和纵向弯曲。
通过将轴固定的该轮胎置于载荷F下，测量该接触区域的偏移和 与接触区域相对的胎面的偏移，可以直接测量该反向偏移。然后通过 该载荷F除以反向偏移量λ确定反向偏移强度。
特别是，该反向偏移强度Kλ基本上决定该轮胎的垂向强度，由此 决定该轮胎轴在承载下的偏移。如图12中所见，该反向偏移强度Kλ 确定该接触区域的长度。低反向偏移强度允许该环形带110在承载时 垂直移动，并由此降低在这个偏移下的承载能力。
因此，高反向偏移强度的轮胎具有相对小的反向偏移和较长的接 触区域。
图14以曲线给出了该轮胎反向偏移强度Kλ和垂向强度之间的近 似关系。图14证明了垂向强度及本发明的所用的接触压力的独立性， 这允许设计上具有在充气轮胎中是不能利用的灵活性。一个泄气的充 气轮胎具有小于0.1DaN/mm2的单位接触区域宽度的反向偏移强度。 根据本发明的轮胎可以设计成具有超过0.1DaN/mm2的单位接触区 域宽度的反向偏移强度。
最好是，对于任何需要的场合的初始设计参数可以利用图14结合 图13选择。一旦利用图13选定接触压力、垂向载荷和接触区域，该 轮胎的垂向强度特征可以用图14确定。从图13获得的接近希望值的 反向偏移强度Kλ，设计者可以利用解析工具，例如有限元解析，确定 达到这个强度的结构。最后的工作是确定设计参数，包括制造和测试 轮胎。
例如，为了设计用于小客车的轮胎，设计者可以选择1.5到2.5DaN /mm2的设计接触压力Peff，和约335mm半径的轮胎尺寸。通过这些 数值的乘积，可以确定50.25到83.75DaN/cm的“剪切层因数”，它 可以用于确定该剪切层厚度和剪切模量。在这种情况下，剪切模量在 约3Mpa到约10Mpa的范围内，该剪切层的厚度至少为5mm，并且 最好在约10mm到约20mm之间。
此外，根据本发明，该地面接触压力和该轮胎的强度是彼此不相 关的，与两者相关联充气压力的充气轮胎相反。这样，轮胎可以被设 计得具有高接触压力P，但具有相对低的强度。这在制造小质量和低 滚定阻力，同时保持承载能力的轮胎是有利的。
该反向偏移强度Kλ可以以多种方式改变，一些设计参数用于调整 这个强度，例如辐板条的模量、辐板条的长度、辐板条的曲率、辐板 条的厚度、该环形带隔片的压缩模量、该剪切层的厚度、该轮胎的直 径和该环形带的宽度。
垂向强度可以调整来优化给定轮胎承载能力。再者，垂向强度可 以调整来提供减小厚度的环形带，用于降低接触压力或轮胎质量，同 时保持所需的水平垂向强度。
通过该环形带和侧壁部分的向心力作用也可以影响本发明轮胎的 垂向强度。当该轮胎滚动速度增加时，产生向心力。在常规径向轮胎 中，向心力可以增加轮胎的工作温度，而本发明的轮胎相反，从该相 同的力获得了意料不到的有益结果。当本发明的轮胎在承载下旋转时， 向心力导致该环形带趋于环向伸长，并在该幅条上产生一个附加的拉 力，该径向较硬的幅条趋于延长该轮胎外接触(图1中区域A)来抵 消这些向心力，这形成了一个净向上的合成力。增加该轮胎的有效垂 向强度，并减小相对静止的不旋转状态而言的径向偏移，当在该赤道 面上的带的纵向强度(2*E’membrane)与该幅条的有效强度的比率小于 100∶1时，这个结果达到显著的程度。
本领域技术人员在阅读上述说明中可以理解多种变换，在本发明 构思和范围内的这些和其他变换由权利要求限定。