CN100436166C

CN100436166C - 重载轮胎

Info

Publication number: CN100436166C
Application number: CNB2004100866994A
Authority: CN
Inventors: 丸冈清人; 见寄明男
Original assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Priority date: 2003-12-10
Filing date: 2004-12-10
Publication date: 2008-11-26
Anticipated expiration: 2024-12-10
Also published as: JP3902177B2; CN1626369A; US20050126675A1; US7040368B2; JP2005170205A

Abstract

一种重载轮胎包括一胎体层，其绕每个胎圈部的胎圈心卷起以形成一对卷起部分和一个主体部分；一位于胎圈部内的胎圈增强层，其包括一轴向外部和一轴向内部；其中轮胎在50kpa的状态下，即轮胎安装在一标准轮辋上并被充气至50kpa：卷起部分以小于90度的角度向胎体层主体部分倾斜；卷起部分的端部距胎圈心的径向外侧面的距离La为5至12毫米；轴向外部的径向高度Ho为20至35毫米；轴向外部距胎圈部分的轴向外表面的距离To为6至12毫米；且距离To与高度Ho的比To/Ho为0.25至0.5。

Description

重载轮胎

技术领域

本发明涉及一种充气轮胎，具体涉及一种对胎圈耐用性有所改善的重载轮胎的胎圈结构。

背景技术

近年来，提出了如图7所示的一种通常的胎圈缠绕结构，在此结构中，胎体层的卷起部分a一旦包围胎圈心b即实现缠绕，从而其边缘a1被置于胎圈心b的径向外侧面bs。已公开的日本专利申请第JP-A-11-321244号揭露了该结构。然而，在该结构中，因为边缘部分a1较短且其弯曲角度较大，其反冲较大。钢丝帘线尤其具有这样的问题。因此，在制造轮胎的过程中，在边缘部分和胎圈心之间易形成一空腔，如虚线所示，反冲卷起部分的帘线端部与胎体主体部分的帘线接触；从而易产生摩擦磨损。

在已公开的日本专利申请第JP-A-2002-67628号中提出了如图8所示的一种胎圈缠绕结构，在此结构中，一个软橡胶g置于边缘部分a1和胎圈心b之间，该软橡胶g具有0.5-8.0毫米基本恒定的厚度和1.0-8.5Mpa的50％的模数。然而，已发现在此结构中，在胎圈心b的轴向最内点Q1，胎体帘线丝和橡胶之间易发生微分离；并且在诸如高温和重载等异常工作条件下，该微分离有可能发展成层分离故障。

发明内容

因此，本发明要解决的一个问题是提供一种采用了通常的胎圈缠绕结构的重载轮胎，在高温等恶劣工作条件和正常工作条件下其胎圈部分的耐用性得到了有效的改善。

为此，本发明的重载轮胎包括：

一胎面部，

一对胎侧部，

一对胎圈部，每一胎圈部内带有一胎圈心，

一胎体层，穿过胎面部和胎侧部在胎圈部间延伸，并围绕每个胎圈部的胎圈心从轮胎的轴向内侧向轴向外侧卷起，以在胎圈心之间形成一对卷起部分和一主体部分，和

一胎圈增强层，位于每个胎圈部内，其中

卷起部分包括：

一基部和一偏折部，基部沿胎圈心的轴向内侧面、径向内侧面和轴向外侧面弯曲，偏折部远离胎圈心轴向向内延伸，

胎圈增强层包括：

一弯曲部分，其沿着卷起部分的基部的径向内侧延伸，

一轴向外部，其远离基部径向向外延伸并轻微轴向向外倾斜，和

一轴向内部，其沿着胎体层主体部分的轴向内侧延伸，

轮胎在50kpa的状态下，即轮胎安装在一标准轮辋并被充气至50kpa：

偏折部以一角度θ向胎体层主体部分倾斜，该角度θ相对于胎圈心的径向外侧面小于90度；

偏折部的端部距胎圈心的径向外侧面的距离La为5至12毫米；

轴向外部距胎圈基线的径向高度Ho为20至35毫米；

轴向外部的端部距胎圈部分的轴向外表面的距离To为6至12毫米；且

距离To与高度Ho的比To/Ho为0.25至0.5。

此处，标准轮辋是指经JATMA(日本和亚洲)、T&RA(北美洲)、ETRTO(欧洲)、STRO(斯堪的纳维亚)等标准组织官方通过的用于轮胎的设计轮辋或轮缘。下述的胎圈基线是指画过相应于轮缘直径位置的一条轴线。

因此，胎圈心的轴向最内点的微分离得以控制；并且具体来说高温条件下的胎圈耐用性得到了有效的改善。

附图说明

以下将结合附图对本发明的实施例进行详细描述。

图1是本发明充气轮胎的截面图。

图2(a)和2(b)是胎圈部分的放大截面图。

图3是胎圈部分的放大截面图，其中橡胶填料12有改变。

图4是说明Q1点的应变δ与径向高度Hi和Ho关系的图表。

图5是表明Q1点的应变δ作为Q1点橡胶厚度t1的函数的图表。

图6是作为传统结构用于下述的比较试验的胎圈部分的截面图。

图7和8是现有技术的结构的截面图。

具体实施方式

图中，本发明的重载轮胎1是一卡车/公共汽车的径向轮胎，其包括一胎面部2、一对胎侧部3、一对胎圈部4、一胎体6和一带束层7；每一胎圈部4内均有一胎圈心5，胎体6在胎圈部4间延伸，带束层7径向置于胎面部2处的胎体6外。

在以下的实施例中，轮胎的尺寸例如为11R22.5(轮辋尺寸7.50×22.5)。此尺寸的正常轮胎充气压力大约是700kpa。

在图中及以下的描述中，除特别指明，轮胎都是安装在一标准轮辋或其设计轮辋上并被充气至50kpa。

胎圈心5是一圆环，通过以预定次数缠绕钢丝至一特定的横截面形状而形成。在此例中，横截面形状是六边形，即其在轮胎的轴向方向较长，且其径向内侧面SL几乎与胎圈部4的底面平行，因此当安装在标准轮辋J时，径向内侧面SL基本上与标准轮辋J的胎圈座J1平行。

在此实施例中，因为标准轮辋J是一15度的中心下降轮辋，且胎圈座J1向轴向内侧面以15度渐缩，因此胎圈心5的径向内侧面SL和径向外侧面SU相对于轮胎轴向基本上倾斜15度。

然而，除此充气的六边形外，也可以采用不同的形状，如规则的六边形、椭圆形等。因此，在此例中，虽然下文使用径向外侧面SU或其延伸范围作为确定不同尺寸和角度的参考线，其也可由一平行于胎圈底部(准确说是胎圈座J1)且与胎圈心5的径向外侧面相切的直线K替代。

带束层7至少包括两层，通常包括三或更多层，这些层至少包括两交叉的层，该两个交叉的层均由相互平行的帘线制成，且使其中一层的帘线与另一层中的帘线交叉。

在此例中，带束层7由四层组成：一径向最内第一缓冲层7A，其由钢丝帘线制成且与轮胎赤道成45-75度角；和第二、三及四缓冲层7B、7C及7D，其也由钢丝帘线制成且与轮胎赤道成10-35度角。胎体6包括一单层的帘线层6A，其与轮胎赤道成70-90度角。在此例中，胎体帘线使用钢丝帘线。然而，可以使用有机纤维帘线，如芬芳聚酰胺、聚酯、人造纤维、尼龙等。特别优选的是高模数帘线。

胎体层6A由一主体部分6a和一对卷起部分6b组成；主体部分6a从其中一个胎圈心5的向另一个延伸，每个卷起部分6b围绕每个胎圈部的胎圈心5从轴向内侧向轴向外侧卷起。

胎体层卷起部分6b沿胎圈心5的下半部并远离胎圈心5卷起，其向胎体层主体部分6a延伸并在胎体层主体部分6a前停止，且边缘固定于下述三角胶芯8和橡胶装填物12之间。换言之，卷起部分6b由一基部10和一自基部10延伸的偏折部11组成；基部10沿胎圈心5的轴向内侧面Si、上述径向内侧面SL和一轴向外侧面So弯曲。偏折部11向胎体层主体部分6a延伸，并同时向径向内侧面倾斜。为了避免爆裂现象，倾斜角度θ设置为处于相对于上述胎圈心5的径向外侧面SU小于90度的范围内，更适宜地，小于75度。此处，如上所述倾斜的偏折部11设置为定位于一径向外侧面SU的延伸范围(横截面图中一直线)的径向向外的部分。该部分11可以是直的。但是，在此例中，为了提高拔出阻抗，该部分11在上述延伸范围的附近一位置弯曲。由于同样的原因，其可以弯曲为一圆弧或类似形状。

偏折部11的端部Pa距径向外侧面SU的距离La(最短距离)为5-12毫米，7-12毫米较佳。

如果距离La小于5毫米，偏折部11的反冲力趋向增加。如果距离La大于12毫米，当轮胎严重变形时，在偏折部11的端部Pa产生很大的应力，则分离故障易从端部Pa发生。

优选地，在端部Pa和胎体层主体部分6a之间形成1-5毫米的间隙Lb。

如果小于1毫米，因为偏折部11的帘线端部很易与胎体层主体部分6a的帘线接触，则易发生摩擦磨损。如果大于5毫米，则很难将卷起部分6b保持在胎圈部分。

一橡胶填充物12置于胎体层6A和胎圈心5之间。

橡胶填充物12包括一主体部分12A和一可选的薄膜状的相对较薄的部分12B；主体部分12A具有一三角形横截面形状且填充由胎体层主体部分6a、卷起部分6b(偏折部11)和胎圈心的径向外侧面SU围成的三角形空间；薄膜状的相对较薄的部分12B位于胎体层卷起部分6b的基部10和上述的胎圈心5的侧面Si、SL及So之间。

橡胶填充物12由具有较好的减震效应的低模橡胶化合物制成。

如果综合弹性模数Ea^*大于25Mpa，则不能有效地减轻端部Pa的应力。如果小于2Mpa，当通过轮胎充气等向下拉胎体层卷起部分6b时，卷起部分6b易移动且很难取得高温时必要的胎圈耐用性。因此，模数Ea^*设为不小于2Mpa，优选大于3Mpa，更优选大于8Mpa，更优选大于13Mpa，但不能超过25Mpa。

对于橡胶填充物12来说，优选使用富含硫的橡胶化合物，以避免橡胶在高温条件下软化。

虽然硫磺作为硫化剂的含量通常为1.0-4.5phr，在此例中，硫磺的含量设为不小于5.0phr，优选不小于7.0phr，但优选不大于12phr，更优选不大于10phr。

如果硫磺的含量大于12phr，橡胶易过硫化，因此，不易粘合相邻的轮胎元件。

三角胶芯8包括一径向内胶芯8A和一径向外胶芯8B；径向内胶芯8A的综合弹性模数Eb1^*为35-60Mpa，径向外胶芯8B的综合弹性模数Eb2^*小于模数Eb1^*，但大于橡胶填充物12的综合弹性模数Ea^*。

其间的边界径向向内倾斜，并从胎体层主体部分向卷起部分轴向向外延伸。此例中，为了获得乘车的舒适性和驾驶的稳定性，径向内胶芯8A距胎圈基线BL的径向高度h01设为三角胶芯8距胎圈基线BL的总径向高度h0的40-60％。

此处，总弹性模数在70摄氏度的温度、10赫兹的频率和正/负2％的动态应变的测量条件下用一粘弹性分光计测得。

每个胎圈部4均具有一胎圈增强层15。

胎圈增强层15由与轮胎圆周方向成10-40度角的单层钢丝帘线制成，如图3所示，其包括：一弯曲部15A，其与胎体层卷起部分6b的的基部10邻接；一轴向外部15o，其远离基部10径向向外延伸，并轻微轴向向外倾斜；和一轴向内部15i，其沿着胎体层主体部分6a延伸。轴向外部15o沿着三角胶芯8的轴向外表面延伸，且在此例中终止于胶芯8B的轴向外表面。

另一方面，对于轴向内部15i来说，从胎圈心5的径向最外端附近的一径向位置至轴向内部15i的端部，轴向内部15i轻微且逐渐地与胎体层主体部分分离，且在该端部的最大间距或橡胶厚度小于胎体层帘线直径，即小于1毫米左右。因此，胎圈部4具有一U形的横截面形状。

如果无轴向内部15i，当轮胎用于重载时，下部侧壁部分沿着轮辋边缘的弯曲部分严重倾斜。因此，如图2(b)所示，胎圈部的橡胶径向向内移动，且胎圈部还绕胎圈心旋转。因此，橡胶产生的热增加，并在胎体层主体部分和胎圈心的轴向内部区域(Q1)之间产生一较大应变。具体来说，在很高温度的条件下，橡胶的硬度降低，移动和旋转增加。耐用性变差。

相反地，通过提供胎圈增强层15，当轮胎用于重载时，轴向内部15i的增强帘线抵抗张力且控制侧壁倾斜。因此，避免了橡胶的移动和胎圈部分的旋转。

如果轴向外部15o的端部的径向高度ho较低，则很难在很高温条件下提高耐用性。然而，如果径向高度ho大于35毫米，且应力集中于其端部，常温条件下的耐用性变差。因此，距胎圈基线BL的径向高度ho不大于35毫米但优选不小于20毫米。

轴向外部15o的端部距胎圈部4的轴向外表面的距离(即，端部的侧壁橡胶厚度To)为6-12毫米。

距离To与径向高度Ho的比To/Ho为0.25至0.5。

如果距离To小于6毫米且/或To与Ho的比To/Ho小于0.25，耐用性为常温条件的耐用性。

轴向内部15i的端部距胎圈基线BL的径向高度Hi优选为10-60毫米。如果小于10毫米，很难有效地增强胎圈部。如果大于60毫米，在轴向内部15i的端部易产生应力集中，从而即使在常温范围内，耐用性也易变得不足。

轴向外部15o的端部距胎体层主体部分6a的距离Tn为7-20毫米。

距离Tn的增大对常温范围的耐用性并无不良影响。但是，如果距离Tn增大很多，当运行中积聚的热量增加时，高温下胎圈耐用性变差。通过如上限制距离Tn，在高温和常温下均可以获得足够的耐用性。

进一步地，针对发明人使用有限元方法分析的结果，发现可以通过设置径向高度Ho和Hi的值来满足一特定条件，而改善高温下胎圈的耐用性。

按照分析结果，点Q1处的胎体层6A和胎圈心5之间的分应变δ与径向高度Hi和Ho具有相关性。当径向高度Hi和Ho变化时，在特定的椭圆区域内，应变δ变的比外侧区域的小，且应变δ在靠近椭圆区域中心的过程中降低。图4所示为该椭圆区域。最大椭圆区域的内侧由下述条件式(1)表示。中间椭圆区域的内侧由下述条件式(2)表示。最小椭圆区域的内侧由下述条件式(3)表示。因此，径向高度Hi和Ho优选满足条件式(1)，更优选满足条件式(2)，再优选满足条件式(3)。

(1)0.072-0.004×Ho-0.004×Hi+6.82×10^-5×Ho²

-6.016×10^-5×Hi×Ho+9.562×10^-5×Hi²≤0

(2)0.102-0.004×Ho-0.004×Hi+6.82×10^-5×Ho²

-6.016×10^-5×Hi×Ho+9.562×10^-5×Hi²≤0

(3)0.118-0.004×Ho-0.004×Hi+6.82×10^-5×Ho²

-6.016×10^-5×Hi×Ho+9.562×10^-5×Hi²≤0

尽管很高温度下的胎圈耐用性可以改善，但考虑到常温下的胎圈耐用性与防止轴向外部15o和轴向内部15i的端部的故障，径向高度Hi不大于60毫米，径向高度Ho不大于60毫米，优选不大于35毫米。

进一步地，发现将径向高度Ho限定在最大轮胎截面宽度点且将上述点Q1处的橡胶厚度t1限定在一特定范围内，对很高温度下的胎圈耐用性是优选的。

图5所示为在不同径向高度Ho和Hi组合下，点Q1处的橡胶厚度t1和点Q1处的应变δ的关系。其所示为当橡胶厚度t1增大时，应变δ有下降的趋势，且当应变δ约为0.24时，可以得到充分的耐用性。

因此，在胎圈的轴向最内点Q1处，胎圈线和胎体层帘线之间的橡胶厚度t1设为0.8至2.8毫米。

进一步地，轴向外部15o距胎圈基线BL的径向高度Ho设为胎体层6a(图1所示)的最大截面宽度点Pm距胎圈基线的径向高度Hm的13％至33％。如果橡胶厚度t1小于0.8毫米，则很难控制应变δ。如果橡胶厚度t1大于2.8毫米，则很难将胎体层卷起部分6b固持在胎圈部分内。

如果径向高度Ho小于高度Hm的13％，即使当橡胶厚度t1被降至2.8毫米的下限，也很难降低应变δ。如果径向高度Ho大于33％，轴向外部15o端部的应力集中增大，且常温下的耐用性趋于降低。

橡胶厚度t1被限定在胎圈心5径向外侧面SU方向的宽度W的4.5至16.5％对很高温度下的胎圈耐用性是优选的。进一步地，胎圈心5的径向最内点Q2处的橡胶厚度设为0.8至2.8毫米。径向高度Hi设为10至60毫米。

比较试验

用于卡车和公共汽车的尺寸为11R22.5(轮辋尺寸为7.50×22.5)的子午线轮胎具有如图1所示的相同结构，除了用于胎圈耐用性试验的表格中另有说明。

(I)常温下的胎圈耐用性试验

使用一个鼓形试验装置，试验轮胎安装于一7.50×22.5的标准轮辋上并被充气至常压，在下述加速试验条件下运行，且检测直到任意故障或胎圈损坏发生的总运行时间。结果基于传统结构为100时的指数表示，其中指数数字越大，耐用性越好。

轮胎压力：700kpa

轮胎负载：27.25KN×3(最大负载的300％)

运行速度：30km/h

(II)高温下的胎圈耐用性试验

前述试验在将轮辋加热而保持130摄氏度的温度下做出。

从试验结果可以确定，在常温和高温条件下的耐用性均得以提高。在高温条件下，胎圈损坏由胎圈心的轴向最内点Q1处的帘线和橡胶之间的微分离引起。

表1

表2

表3

^*1)高度Hm＝114毫米

Claims

1.一种重载轮胎包括

一胎面部，

一对胎侧部，

一对胎圈部，每一胎圈部内带有一胎圈心，

一胎体层，穿过胎面部和胎侧部在胎圈部间延伸，并绕每个胎圈部内的胎圈心从轮胎的轴向内侧向轴向外侧卷起，以在胎圈心之间形成一对卷起部分和一主体部分，和

一胎圈增强层，位于每个胎圈部内；其特征在于：

卷起部分包括一基部和一偏折部，基部沿胎圈心的轴向内侧面、径向内侧面和轴向外侧面弯曲，偏折部远离胎圈心轴向向内延伸，

胎圈增强层包括一弯曲部分、一轴向外部和一轴向内部，弯曲部分沿着卷起部分的基部的径向内侧延伸，轴向外部远离卷起部分的基部径向向外延伸并轻微轴向向外倾斜，轴向内部沿着胎体层主体部分的轴向内侧延伸，

轮胎在50kpa的状态下，即轮胎安装在一标准轮辋上并被充气至50kpa：

偏折部的端部距胎圈心的径向外侧面的距离La为5至12毫米；

轴向外部的端部距胎圈基线的径向高度Ho为20至35毫米；

轴向外部的端部距胎圈部的轴向外表面的距离To为6至12毫米；且

距离To与高度Ho的比To/Ho为0.25至0.5。

2.根据权利要求1所述的重载轮胎，其特征在于，卷起部分的端部和胎体层主体部分之间的距离Lb为1至5毫米。

3.根据权利要求1所述的重载轮胎，其特征在于，在50kpa的状态下，轴向外部的端部距胎体层主体部分的距离Tn为7至20毫米。

4.根据权利要求1所述的重载轮胎，其特征在于，在50kpa的状态下，轴向外部的端部距胎圈基线的径向高度Ho和轴向内部的端部距胎圈基线的径向高度Hi满足下述条件(1)

(1)0.072-0.004×Ho-0.004×Hi+6.82×10^-5×Ho²

-6.016×10^-5×Hi×Ho+9.562×10^-5×Hi²≤0。

5.根据权利要求1或4所述的重载轮胎，其特征在于，在50kpa的状态下，轴向外部的端部距胎圈基线的径向高度Ho是胎体层最大截面宽度点距胎圈基线的径向高度Hm的13-33％，且胎圈心的轴向最内点处的胎圈线和胎体帘线之间的橡胶厚度为0.8至2.8毫米。

6.一种重载轮胎包括

一胎面部，

一对胎侧部，

一对胎圈部，每一胎圈部内带有一胎圈心，

一胎圈增强层，位于每个胎圈部内，其特征在于：

偏折部的端部距胎圈心的径向外侧面的距离La为5至12毫米；且

轴向外部的端部距胎圈基线的径向高度Ho和轴向内部的端部距胎圈基线的径向高度Hi满足下述条件(1)

(1)0.072-0.004×Ho-0.004×Hi+6.82×10^-5×Ho²

-6.016×10^-5×Hi×Ho+9.562×10^-5×Hi²≤0。

7.根据权利要求6所述的重载轮胎，其特征在于，卷起部分的端部和胎体层主体部分之间的距离Lb为1至5毫米。

8.一种重载轮胎包括

一胎面部，

一对胎侧部，

一对胎圈部，每一胎圈部内带有一胎圈心，

一胎圈增强层，位于每个胎圈部内，其特征在于：

卷起部分包括一基部和一偏折部，基部沿胎圈心的轴向内侧面、径向内侧面和轴向外侧面弯折，偏折部远离胎圈心轴向向内延伸，

偏折部以角度θ向胎体层主体部分倾斜，该角度θ相对于胎圈心的径向外侧面小于90度；

偏折部的端部距胎圈心的径向外侧面的距离La为5至12毫米；

轴向外部的端部距胎圈基线的径向高度Ho是胎体层主体部分的最大截面宽度点距胎圈基线的径向高度Hm的13-33％；且

胎圈心的轴向最内点处的胎圈线与胎体帘线之间的橡胶厚度t1为0.8至2.8毫米。

9.根据权利要求8所述的重载轮胎，其特征在于，卷起部分的端部和胎体层主体部分之间的距离Lb为1至5毫米。