CN101553372A - 重载用充气子午线轮胎 - Google Patents
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Abstract
一种重载用充气子午线轮胎，其增强了三种耐久性：胎体的卷起部的耐久性、胎体的橡胶层的耐久性和胎体帘线的抗断裂强度。钢子午线胎体(12)由主胎体部(12M)和卷起部(12E)构成。轮胎被安装在标准轮辋(20)上，假设P1是在轮胎外表面上距离轮胎中心轴线的径向距离为(R+1.18×Hf)的位置，P2是在轮胎外表面上距离轮胎中心轴线的径向距离为(R+0.81×Hf)的位置，T1和T2分别是所述卷起部(12E)与从P1和P2向所述主胎体部(12M)绘制的法线的交点，M1和M2分别是所述主胎体部(12M)与所述法线的交点，所述位置T1、T2、M1和M2满足预定的相互位置关系。
Description
技术领域
本发明涉及重载用充气子午线轮胎，该轮胎提高其胎圈部的耐久性。
背景技术
重载用充气子午线轮胎已经用于卡车、公共汽车、施工车辆等。随着近年来耐磨性技术的改进以及胎面体积的增加，实际情况是与之前的轮胎相比，直到轮胎被废弃而反复施加的输入力增加大约20％。因此，利用现有技术难以有效地保持胎圈的耐久性。
作为应对该问题的对策，专利文献1和2公开了能够提高胎圈耐久性的胎圈结构。然而，专利文献1中公开的结构涉及帘线的强度在胎体的卷起部处倾向于变弱的不利后果。此外，专利文献2中公开的结构采取措施以防止帘线在胎体的卷起部处被割裂(cut)。然而，在提高胎体帘线的抗割裂强度以及防止胎体的卷起部的故障和防止橡胶层的故障之间存在折衷(trade-off)，因此在专利文献2中考虑这三者之间的关系时不能同时提高这三者的耐久性。
专利文献1：日本特开2006-218936号公报(JP2006218936A)
专利文献2：日本特开2006-199111号公报(JP2006199111A)
发明内容
因此，考虑到上述事实，本发明的目的是提供重载用充气子午线轮胎，该轮胎有效地提高三种耐久性，即胎体的卷起部的耐久性、胎体的橡胶层的耐久性和胎体帘线的抗割裂强度(cut resistance)。
根据本发明的第一方面，本发明是一种重载用充气子午线轮胎，该轮胎包括：至少一个钢子午线胎体，其由在一对胎圈芯之间以环状形状延伸的主胎体部和沿着胎圈芯从轮胎内侧向轮胎外侧沿轮胎的子午线方向卷起的卷起部构成，其中，在轮胎被安装在标准轮辋上并且以50kPa的内压充气的情况下，满足以下条件(1)至(4)：
5.3％SH＜W1pt＜6.8％SH (1)
1.7％SH＜W1tm＜3.2％SH (2)
2.8％SH＜W2tm＜4.3％SH (3)；以及
1.0％SH＜W1pt-W2pt＜3.0％SH (4)
其中，SH是轮胎剖面高度，R是轮辋半径，Hf是标准轮辋的轮辋凸缘的高度，P1是在轮胎外表面上距离轮胎中心轴线的径向距离为(R+1.18×Hf)的位置，P2是在轮胎外表面上距离轮胎中心轴线的径向距离为(R+0.81×Hf)的位置，T1和T2分别是从P1和P2向所述主胎体部绘制的法线与所述卷起部的交点，M1和M2是所述法线与所述主胎体部的交点，W1pt是从P1到T1的距离，W1tm是从T1到M1的距离，而W2pt是从P2到T2的距离。
如此处所使用的，术语“标准轮辋”是指由JATMA在日本出版的YEAR BOOK 2006版中规定的适用尺寸的标准轮辋，并且在使用或者制造中采用TRA标准或者ETRTO标准的情况下，上述定义遵循该标准。
在完成本发明的第一方面所述的本发明的过程中，本发明人研究了三种耐久性，即胎圈芯周围胎体的卷起部的耐久性、胎体的橡胶层的耐久性以及胎体帘线(纤维)的抗割裂强度。而后本发明人发现，当轮胎受到载荷从而引起塌陷变形(collapse deformation)时，导致胎体的卷起部的剪应变、胎体帘布层之间的橡胶层的剪应变以及胎体的卷起部的压缩应变，并且反复输入高剪应变或者高压缩应变会导致故障。为了降低这些应变的水平，发明人进一步进行了下述分析和试验并且研究如下：
(1)胎体卷起部的耐久性和胎体橡胶层的耐久性
剥离发生在胎体卷起部的T1部位，该部位位于T1点的附近。这是因为当轮胎受到载荷而引起塌陷变形时，使以轮辋凸缘为支撑点的塌陷量大，从而在靠近T1部位的剪应变最大(参见例如图3)。
为了抑制T1部位的塌陷，有效的是通过增加W1pt而扩大接触轮辋的部位和T1部位之间的距离，以及通过减小W1tm而将卷起部(卷起帘布)设置为靠近即使在载荷下张力也大的主胎体部(主帘布)处(参见例如图4)，这样能够减小T1部位的剪应变。
应注意的是，由于所产生的热量的增加，W1pt的过度增加可能降低耐久性，从而必须设定可接受的极限。具体地，当W1pt小于5.3％SH或者W1tm大于3.2％SH时，对于要求严格使用条件(重载等)的用户来说不能确保胎体卷起部的足够耐久性。
当W1tm小于1.7％SH时，胎体的橡胶层的剪应力增加，并且胎体的橡胶层的剥离在胎体卷起部的剥离之前发生，所以在现有条件下1.7％就是极限。因此，关系式
1.7％SH＜W1tm＜3.2％SH
就是所需的限定。
同时，当满足上述关系式但是W1pt大于6.8％SH时，胎圈部的温度升高超出传统轮胎的温度的升高。因此，关系式
5.3％SH＜W1pt＜6.8％SH
就是进一步所需的限定。
(2)胎体帘线(纤维)的抗割裂强度
轮胎受到载荷而引起轮胎的胎圈部等向轮胎外部塌陷变形，但是如果将胎体的卷起部布置在接近弯曲变形(主胎体)的中性面的区域，就能够减小施加到卷起部的压缩力的大小以抑制压缩应变。
具体地，重要的是从胎圈芯的上表面到W1tm部分的胎体内的橡胶厚度(gauge thickness)，在W1tm部分处，主胎体部与卷起部之间的橡胶厚度一般是均一的。挤压W2tm部分处的外表线(case line)，W2tm部分是胎圈芯的上表面与W1tm部分之间的大约中间部分，即，使胎体的迹线(path lines)之间的间隔变窄会降低从胎圈芯施加到卷起部的压缩力的大小，这会使压缩应变的减小量增大。
应注意，过多地减小W2tm将降低设置在主胎体部与卷起部之间的橡胶部的刚度，从而增大载荷下的塌陷量，从而使胎体卷起部的耐久性劣化，所以应该确定可接受的极限。
另外，在轮胎制造中难以形成局部变形到很大程度的胎体迹线L1(见图5)和胎体迹线L2(见图6)，所以当W2tm部分变窄时，应该确定用于W1pt与W2pt之间的关系的可接受极限。
具体地，如果W2tm大于4.3％SH，则帘线的抗割裂强度比传统产品劣化。如果满足关系式(1)和(2)，但是W2tm小于2.8％SH，则载荷下的塌陷量增大，从而使剪应变劣化，对于要求严格使用条件的用户来说，这样不能确保胎体卷起部的充分耐久性。因此关系式
2.8％SH＜W2tm＜4.3％SH
就是所需的限定。
由于制造限制，当W1pt-W2pt小于1.0％SH时，出现如图5所示的胎体迹线L1，而当W1pt-W2pt大于3.0％SH时，出现如图6所示的胎体迹线L2。因此，关系式
1.0％SH＜W1pt-W2pt＜3.0％SH
就是所需的限定。
以此方式，通过改变胎圈部周围的胎体迹线，权利要求1所述的本发明就能够提高三种耐久性，即胎圈芯周围胎体的卷起部的耐久性、胎体的橡胶层的耐久性以及胎体帘线的抗割裂强度，而无需使用另外的部件，从而提供了一种具有较长寿命的重载用充气子午线轮胎。
发明的效果
根据本发明，重载用充气子午线轮胎能够具有三种耐久性，即胎圈芯周围胎体的卷起部的耐久性、胎体的橡胶层的耐久性以及胎体帘线的抗割裂强度。
附图说明
图1是沿根据本发明的一个实施例的重载用充气子午线轮胎的轮胎径向的剖面图。
图2是根据本发明的一个实施例的重载用充气子午线轮胎的胎圈部的剖面图。
图3是示出在胎圈部中剪应变的分布的分析实例的分析模型图，其中较高的点密度表示较大的剪应变。
图4是示出载荷下的胎圈部的形状的分析实例的分析模型图。
图5是胎圈部的剖面图，其示出在制造轮胎中难以实现的胎体迹线的形状的示例。
图6是胎圈部的剖面图，其示出在制造轮胎中难以实现的胎体迹线的形状的示例。
附图标记说明
10 重载用充气子午线轮胎
12 钢子午线胎体
12E 卷起部
12M 主胎体部
20 轮辋(标准轮辋)
具体实施方式
下文中讨论本发明的实施例。如图1和图2所示，根据本发明的一个实施例的重载用充气子午线轮胎10设置有钢子午线胎体帘布层12(下文中简称为胎体12)。胎体12具有：在胎圈部14的两个胎圈芯16之间环状地延伸的主胎体部12M；以及沿着胎圈芯16从轮胎内侧向轮胎外侧沿轮胎的子午线方向卷起的卷起部12E。由多层带束层构成的带束部设置在胎冠部的外周侧上，而且设置有槽的胎面18形成在轮胎径向外侧的带束部上。应注意的是，在该实施例中，充气子午线轮胎10的扁平比(profile ratio)是90％以上。
在该实施例中，如图2所示，以下面的方式定义位置和距离。
R是标准轮辋20的半径，Hf是轮辋凸缘22的高度，P1是轮胎外表面上距离轮胎的中心轴线的径向距离为(R+1.18×Hf)的位置，P2是轮胎外表面上距离轮胎的中心轴线的径向距离为(R+0.81×Hf)的位置。T1和T2分别是从P1和P2向主胎体部12M的胎体迹线13M(下文中称为主胎体迹线)绘制的法线与卷起部12E的胎体迹线13E(下文中称为卷起胎体迹线)的交点，M1和M2是所述法线与主胎体迹线13M的交点。W1pt是从P1到T1的距离，W1tm是从T1到M1的距离，W2pt是从P2到T2的距离。
本实施例满足以下关系式(1)至(4)。
5.3％SH＜W1pt＜6.8％SH (1)；
1.7％SH＜W1tm＜3.2％SH (2)；
2.8％SH＜W2tm＜4.3％SH (3)；以及
1.0％SH＜W1pt-W2pt＜3.0％SH (4)，
当满足关系(1)时，能够提高胎体卷起部的耐久性，而与传统轮胎的胎圈部相比，不会升高胎圈部14的温度。当满足关系式(2)时，胎体橡胶层的耐久性等于或者超过传统轮胎的胎体橡胶层的耐久性，并且能够提高胎体卷起部的耐久性。另外，当满足关系式(3)时，能够提高胎体帘线的抗割裂强度和胎体卷起部的耐久性。另外，当满足关系式(4)时，即使在W2tm较小的情况下，主胎体迹线13M和卷起胎体迹线13E也能够呈现可在轮胎制造中获得的形状。
因此，胎体卷起部的耐久性、胎体12的橡胶层的耐久性和胎体帘线的抗割裂强度都能够被提高，从而能够提供具有更长寿命的重载用充气子午线轮胎10。换言之，与传统轮胎相比，仅通过改变胎圈部14周围的胎体迹线就能够提高所有上述三种耐久性，而无需使用另外的部件。应注意，胎圈芯周围的胎体迹线极大地影响胎体帘线(纤维)的抗割裂强度的提高，因此本实施例利用该事实来有效地提高胎体帘线的抗割裂强度。
<分析示例>
为了确认本发明的效果，发明人利用FEM(有限元方法)对载荷下的轮胎中产生的应变进行分析计算，以评价上述实施例的重载用充气子午线轮胎10的一个示例(下文中称为ET)、传统轮胎的重载用充气子午线轮胎的一个示例(下文中称为CT)和用于对比的重载用充气子午线轮胎的四个示例(下文中称为RT1-4)的抗变阻力(strain resistance)。
在这些分析示例中，所有的轮胎都用于施工车辆(或者轮胎)并且尺寸为46/90R57。
表1中示出在该分析示例中的每个胎圈部的状况。
[表1]
在该分析示例中，在所有的轮胎都安装在标准轮辋(TRA)上并且施加规定的内压(TRA)和规定的载荷(TRA)的情况下，利用FEM计算应变。假设传统轮胎的评价指数是100，计算其它轮胎的评价指数，其它轮胎的评价指数是相对于传统轮胎的评价指数的值。表1中也示出了其它轮胎的结果。关于表1中的应变，较小的评价指数表示较佳的性能。
如表1可见，实施例轮胎(ET)在胎体卷起部的剪应变、胎体橡胶层的剪应变和卷起部的压缩应变中都具有较佳的评价指数。
另外，在该分析示例中确认的是，当轮胎受到载荷而引起塌陷变形时，朝向轮辋凸缘22的塌陷量为最大，并且在T1部位处剪应变为最大，如图3所示。
另外，在该分析示例中还确认的是，与属于传统轮胎的模型1相比，具有与本发明一样小的W1tm的模型2在减压(deflation)情况下(内压：50kPa)能够减小T1部位的塌陷，从而能够减小剪应变。注意，模型1和2具有相同的W1pt。
<示例>
为了确认本发明的效果，发明人实际制造了上述实施例轮胎、对比轮胎和传统轮胎，并且进行了胎圈部的耐久性试验以评价耐久性。
在这些示例中，所有的轮胎都安装在标准轮辋上，然后在施加规定的内压和100％的规定载荷(TRA)、行驶速度为8km/h且转鼓(drum)直径为5米的情况下测量胎圈部的温度。表1中也示出了测量结果。
接着，施加170％的规定载荷(TRA)，并且转鼓试验持续进行500小时。无论是试验能够持续进行500小时的情况还是试验仅能够进行小于500小时的情况，胎圈部都被拆下以评价胎圈部中的问题。表1中也示出了这些结果。
如表1中可见，示例轮胎和对比轮胎1-4的行驶时间比传统轮胎更长。另外，示例轮胎和对比轮胎2-4能够行驶500小时。
示例轮胎足以满足所有三种耐久性，即，1)胎圈芯周围的胎体的卷起部的耐久性，2)胎体的橡胶层的耐久性，以及3)胎体帘线(纤维)的抗割裂强度。
已经通过示例讨论了本发明的实施例，但是这些实施例仅是示例，并且只要不脱离本发明的要旨，就可以对本发明进行变形。另外，本发明的范围当然不限于上述实施例。
Claims (1)
1.一种重载用充气子午线轮胎，其包括至少一个钢子午线胎体，所述钢子午线胎体由在一对胎圈芯之间以环状形状延伸的主胎体部和沿着所述胎圈芯从轮胎内侧向轮胎外侧沿轮胎的子午线方向卷起的卷起部，其中，在所述轮胎被安装在标准轮辋上并且以50kPa的内压充气的情况下，满足以下关系式：
5.3％SH＜W1pt＜6.8％SH；
1.7％SH＜W1tm＜3.2％SH；
2.8％SH＜W2tm＜4.3％SH；以及
1.0％SH＜W1pt-W2pt＜3.0％SH，
其中，SH是轮胎剖面高度，R是轮辋半径，Hf是标准轮辋的轮辋凸缘的高度，P1是在轮胎外表面上距离轮胎中心轴线的径向距离为(R+1.18×Hf)的位置，P2是在轮胎外表面上距离轮胎中心轴线的径向距离为(R+0.81×Hf)的位置，T1和T2分别是从P1和P2向所述主胎体部绘制的法线与所述卷起部的交点，M1和M2是所述法线与所述主胎体部的交点，W1pt是从P1到T1的距离，W1tm是从T1到M1的距离，W2pt是从P2到T2的距离。
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