CN101610920B - 充气轮胎 - Google Patents

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Abstract

一种充气轮胎包括：一对胎圈部(11)；胎圈芯(12)，各胎圈芯在横截面中均具有多角形构造；各端部绕对应的胎圈芯从轮胎内侧向轮胎外侧卷绕的子午线胎体(13)；设置在子午线胎体(13)的相对于胎圈芯(12)的外侧的一层钢丝胎圈包布(14)；以及设置在胎圈部(11)和适用轮辋(R)之间的接触区中的橡胶胎圈包布(16)，其中，在与适用轮辋(R)装配的轮胎的横截面中，由胎圈芯的底边(12a)与适用轮辋(R)的胎圈座(Ra)形成的角度被设定在0±2°范围内，构成钢丝胎圈包布(14)的钢帘线(15)的螺旋单丝或最外层单丝的位于轮胎外表面侧的部分以相对于构成子午线胎体(13)的帘布层帘线的延伸方向呈90±5°的角度范围内的角度延伸。

Description

充气轮胎
技术领域
本发明涉及一种充气轮胎，具体地，本发明涉及一种适于在施工车辆中使用的重负载用充气子午线轮胎。本发明特别提出一种用于改进轮辋在轮胎胎圈部中的防滑性以及还用于改进胎圈部中的钢丝胎圈包布(wire chafer)的耐剥离性(separation resistance properties)，以显著提高胎圈部的耐久性的技术。
背景技术
已知的是，这种类型的传统充气子午线轮胎的胎圈部中经常发生钢丝胎圈包布剥离。由于当轮胎在其上施加有载荷的情况下转动时，胎圈底部的橡胶物质从胎圈芯的宽度方向上的中心位置分别向胎踵侧和胎趾侧进行逃逸变形(runawaydeformation)，因此出现这种剥离。由于钢丝胎圈包布的这种剥离，胎圈底部和轮辋的胎圈座(bead seat)之间的接触反作用力被分散，由此如果不能确保轮辋和胎圈底部之间的充足的接触压力，则可能发生轮辋滑动。
为了防止胎圈部中发生这种剥离，并提高胎圈部的耐久性，如日本特开2006-021588号公告所公开的那样，传统上已经进行了主要在结构部件方面而不是钢丝胎圈包布方面的改进，例如胎圈芯内径、环形状(ring shape)、橡胶胎圈包布的硬度、变形吸收层等，从而减小钢丝胎圈包布的涂层橡胶的剪切应变，以减小输入到剥离发生部的力。
发明内容
发明要解决的问题
尽管现有技术中所采用的上述方法对于解决减小钢丝胎圈包布周围的宏应变的问题是有效的，但是这些方法对于钢丝胎圈包布帘线附近的微应变不能取得足够的效果。特别地，对于出现“失效核”(nucleus of failure)的部分尚未提出有效的解决方案。
因此，为了使胎圈部中的钢丝胎圈包布不太可能发生剥离并且有效地提高胎圈部的耐剥离性，除了采用传统技术之外，钢丝胎圈包布自身的结构也需要改进。有鉴于此，本发明的目的是提供一种能够在维持胎圈部的轮辋的良好防滑性的同时有利地提高胎圈部的耐剥离性的充气轮胎。
用于解决问题的方案
为了实现上述目的，根据本发明的充气轮胎包括：一对胎圈部；胎圈芯，其被设置于各胎圈部并且在横截面中具有多角形构造；子午线胎体，其以环状形状从一个胎圈部向另一个胎圈部延伸，并且子午线胎体的各端部绕对应的胎圈芯从轮胎内侧向轮胎外侧卷绕；至少一层钢丝胎圈包布，其被设置在子午线胎体的相对于胎圈芯的外侧；以及橡胶胎圈包布，其被设置在所述胎圈部和适用轮辋之间的接触区，
其中，在与适用轮辋装配的轮胎的横截面中，由胎圈芯的底边与适用轮辋的胎圈座形成的角度被设定在0±2°范围内，
构成钢丝胎圈包布的钢帘线的螺旋单丝(filament)或最外层单丝的位于轮胎外表面侧的部分以相对于构成子午线胎体的帘布层帘线的延伸方向呈90±5°角度范围内的角度延伸。
在本发明中，“适用轮辋”表示根据轮胎的规格由标准适用轮辋，该标准是在轮胎的制造地或使用地有效的工业标准。上述标准的示例包括美国的轮胎和轮辋协会(THE TIRE ANDRIM ASSOCIATION INC.)的“年鉴”(YEAR BOOK)，欧洲的欧洲轮胎和轮辋技术组织的“标准手册”(STANDARDMANUAL)，以及日本的日本自动车轮胎制造者协会的“日本自动车轮胎制造者协会年鉴”(JATMA YEAR BOOK)。
此外，在本发明的实施方式中，优选的是，充气轮胎的钢丝胎圈包布被设置成覆盖至少从与胎圈芯的轮胎宽度方向上外端对应的位置到胎圈芯的中心的正下方的整个区域。
进一步地，在本发明的另一实施方式中，优选的是，充气轮胎的钢丝胎圈包布由以沿轮胎周向分开的方式设置的多片胎圈包布构件构成。
更进一步地，在本发明的另一实施方式中，优选的是，充气轮胎的胎圈芯被设置成使得，在与适用轮辋装配的轮胎的横截面中，由胎圈芯的底边与适用轮辋的胎圈座形成的角度被设定为0°。
更进一步，在本发明的另一实施方式中，优选的是，JIS A硬度小于橡胶胎圈包布的JIS A硬度并且大于钢丝胎圈包布的涂层橡胶的JIS A硬度的变形吸收橡胶层被设置在钢丝胎圈包布和橡胶胎圈包布之间。
发明的效果
在根据本发明的充气轮胎中，由于采用了如下结构：构成钢丝胎圈包布的钢帘线的螺旋单丝或最外层单丝的位于轮胎外表面侧的部分以相对于构成子午线胎体的帘布层帘线的延伸方向呈90±5°角度范围内的角度延伸，螺旋单丝或最外层单丝在与帘布层帘线的延伸方向，即被施加在钢丝胎圈包布的涂层橡胶上的水平剪切力的输入方向大体上正交的方向延伸。结果，使被施加剪切力的面积较小，因此应变被分散，由此能够有效地提高胎圈部的耐剥离性。
此外，在本发明的轮胎中，通过一起使用具有底边为直线状的多角形截面构造的胎圈芯结构以及胎圈芯和胎圈座之间形成的锥度差角为0±2°的结构，抑制由胎圈底部施加在轮辋上的接触压力的峰值的出现，由此能分散在传统轮胎中易于集中在压力峰值位置处的应变。此外，由于使施加在轮辋上的接触压力的分布较广，因此总接触压力增大，由此确保了轮辋的良好防滑性。在锥度差角超出上述范围的情况下，轮辋上的接触压力将是“尖峰”的。
在上述充气轮胎中，通过将钢丝胎圈包布设置成覆盖至少从与胎圈芯的轮胎宽度方向上的外端对应的位置到胎圈芯的中心的正下方的整个区域，与帘布层帘线直接被橡胶胎圈包布覆盖的情况相比，由于钢丝胎圈包布的插入，减小了各帘布层帘线上的应变。进一步地，以沿轮胎周向分开的方式设置的多片胎圈包布构件构成钢丝胎圈包布在使轮胎的制造更简单方面和保持轮胎的良好性能更稳定方面是有效的。
在本发明中，通过采用如下结构：在与适用轮辋装配的轮胎的横截面中，由胎圈芯的底边与适用轮辋的胎圈座形成的角度被设定为0°，轮辋上的接触压力的分布没有峰值，因此防止应变集中。
进一步地，在采用JIS A硬度小于橡胶胎圈包布的JIS A硬度并且大于钢丝胎圈包布的涂层橡胶的JIS A硬度的变形吸收橡胶层被设置在钢丝胎圈包布和橡胶胎圈包布之间的结构的情况下，获得减小由橡胶胎圈包布施加的剪切力的效果。
附图说明
图1是示出根据本发明的实施方式的轮胎的主要部分的横截面图。
图2是从轮胎的外表面以立体的方式示出覆盖子午线胎体的钢丝胎圈包布的局部说明图。
图3是与图2相似的图，示出覆盖子午线胎体的另一钢丝胎圈包布。
附图标记说明
10充气轮胎
11胎圈部
12胎圈芯
12a底边
13子午线胎体
14钢丝胎圈包布
15钢帘线
15a螺旋单丝
15b最外层单丝
16橡胶胎圈包布
17变形吸收橡胶层
R适用轮辋
Ra胎圈座
具体实施方式
下文中，将参照附图说明实施本发明的优选方式。
图1是示出轮胎与适用轮辋装配状态下的本发明的实施方式的充气轮胎的仅一个胎圈部的沿轮胎宽度方向的剖面图，即横截面图。如图1中所示，充气轮胎10包括将与适用轮辋R装配在一起的一对胎圈部11。例如，充气轮胎10可以是具有例如TRA(轮胎和轮辋协会)中规定的不小于1.7的负载系数(K-FACTOR，K-因子)的相对高输出的被安装至施工车辆等的重负载用充气子午线轮胎。与轮胎装配在一起的适用轮辋R可以是具有5°至8°的锥度的深槽轮辋(drop center rim)。
在各胎圈部11中，以埋设的方式设置具有多角形轮廓或构造的横截面及平坦底面的各胎圈芯12，从而在如图1所示的轮胎-轮辋组件中，具有大体六角形构造的横截面的各胎圈芯12的底边12a相对于适用轮辋R的胎圈座Ra以一定角度定位，作为底边12a和轮辋R的胎圈座之间的锥度差的该角度在0±2°的范围内。
在上述结构中，可以将作为胎圈芯12的底边12a和适用轮辋R的胎圈座Ra之间的锥度差的角度设定为0°。
此外，在各胎圈部之间，设置子午线胎体13，该子午线胎体13由以环状形状从一个胎圈部向另一个胎圈部延伸的至少一个胎体帘布层构成，并且子午线胎体13的各端部绕对应的胎圈芯12从轮胎内侧向轮胎外侧卷绕。进一步地，在各胎圈部11，作为由金属帘线制成的帘线加强层的至少一层钢丝胎圈包布14(下文中将称为“WCH”)被设置在也由钢帘布层帘线制成的子午线胎体13的相对于胎圈芯12的外侧，从而WCH与子午线胎体13邻接。
WCH 14优选地被设置在至少覆盖如下的整个区域的范围：该整个区域为从与胎圈芯12的轮胎宽度方向上的外端P对应的位置到胎圈芯12的中心O的正下方，即沿着径向延伸的直线OL的区域。在上述结构中，WCH 14的钢帘线可以被设置为，当从轮胎的一侧观察时，WCH 14的钢帘线以0°至90°角度范围内的角度与子午线胎体13的帘布层帘线交叉的方式延伸。
WCH 14可以由单片胎圈包布构件或由以沿轮胎周向分开的方式布置的多片胎圈包布构件构成。
在本实施方式中，构成WCH 14的钢帘线具有加捻结构(twined structure)，具体地，具有如图2所示的结构或如图3所示的结构，在图2中，钢丝胎圈包布的一部分被放大。
在设置在子午线胎体13的外侧以覆盖子午线胎体的WCH14的各钢帘线15中，如图2和图3所示，钢帘线15的最外周部由螺旋单丝15a或最外(周)层丝15b形成。
此外，在从轮胎的外表面侧以立体的方式示例性地示出WCH的一部分的图2所示的轮胎中，各钢帘线15的螺旋单丝15a的在轮胎外表面侧的部分以相对于构成子午线胎体13的帘布层帘线的延伸方向13a(图2中的上下方向)呈90±5°角度范围内的角度延伸，从而螺旋单丝15a以大体上与子午线胎体13的帘布层帘线交叉的方式延伸。
作为可选方案，WCH 14的各钢帘线15可以被构造成，使钢帘线15的最外层单丝15b的在轮胎外表面侧的部分以相对于子午线胎体13的帘布层帘线的延伸方向13a(图3中的上下方向)呈90±5°角度范围内的角度延伸，如图3所示。
在图2示出的结构或图3示出的结构中，螺旋单丝或最外层单丝在相对于帘布层帘线的延伸方向，即如上所述的剪切力的输入方向大体上正交的方向上延伸，由此可以分散应变并有效地提高胎圈部的耐剥离性。
在降低被施加剪切力的面积方面，钢帘线15的螺旋单丝15a或最外层单丝15b相对于帘布层帘线的交叉角最优选的是90°。只要交叉角保持在90±5°的范围内，就能够通过降低被施加剪切力的面积而实现充分的应力分散效果。然而，在交叉角超出90±5°的范围的情况下，将产生具有增大应变的失效核。
此外，如图1所示，橡胶胎圈包布16被设置在胎圈部11和适用轮辋R之间的接触区。橡胶胎圈包布16的橡胶硬度例如被设定在70至80的JIS A硬度范围内。进一步地，用于吸收由台阶所引起的刚性差而产生的剪切变形的变形吸收橡胶层17被设置在橡胶胎圈包布16和WCH 14之间。
在本实施方式中，变形吸收橡胶层17的JIS A硬度被设定在65至70范围内，使得变形吸收橡胶层17的橡胶硬度小于橡胶胎圈包布16的硬度，并且大于WCH的涂层橡胶的橡胶硬度，WCH的涂层橡胶的橡胶硬度例如在60至65范围内。
变形吸收橡胶层17优选地被设置在从胎圈芯的轮胎宽度方向上的外端到胎圈芯的中心O的正下方的区域中。
如上所述，具有上述结构的充气轮胎10可以产生以下作用和效果。
1.在具有多角形横截面构造和平坦底面部的胎圈芯结构中，通过在横截面中将胎圈芯的底边和适用轮辋的胎圈座之间的锥角差设定在0±2°的范围内，能够抑制胎圈芯的底边和适用轮辋R之间的接触压力中出现峰值，由此在现有技术中易于在压力峰值位置处集中的应变能够被分散，以抑制否则将从作为开始点的压力峰值位置处发生的剥离问题。
2.基于如下发现：失效核在WCH 14的钢帘线15的最外层单丝的螺旋处产生并且可以通过分散应变而减小失效核开始部处的应变来有效地阻止失效核在这些失效核开始部处的产生，如图2和图3所示，WCH 14的各钢帘线15的螺旋单丝15a或最外层单丝15b被设置成与子午线胎体13的帘线的延伸方向，即被施加的水平剪切力相对于钢丝胎圈包布的涂层橡胶的输入方向交叉(例如，正交)，由此减小剪切力作用的面积并且因此分散应变。
3.通过使钢丝胎圈包布覆盖至少从与胎圈芯的轮胎宽度方向上的外端对应的位置到胎圈芯中心的正下方的整个区域，防止了接触压力峰值的出现，由此防止应变集中。
4.通过由以沿轮胎周向分开的方式设置的多片胎圈包布构件来构成钢丝胎圈包布，可以获得减小由橡胶胎圈包布施加的剪切力的效果。
实施例
制备WCH钢帘线的螺旋单丝的延伸方向与子午线胎体的钢帘布层帘线的延伸方向平行排列的传统例轮胎，以及WCH钢帘线的螺旋单丝的延伸方向被设定为与子午线胎体的钢帘布层帘线的延伸方向正交的本发明的实施例轮胎，并且这些轮胎均具有ORR 59/80R63的规格。每个轮胎与TRA规定的具有5°锥度的深槽轮辋装配在一起，并且对各装配轮胎进行如下试验：在该试验中，在轮胎以600kPa的内压被充气且施加至轮胎的负载为最大负载能力的100％至160％的条件下，将施加至装配轮胎的负载每24小时阶梯式增加。测量钢丝胎圈包布的涂层橡胶上出现剥离龟裂的面积，以评价各装配轮胎中剥离龟裂的进展速度。
在上述试验中，当在转鼓上驱动各轮胎时，对胎圈胎锺部中的剥离龟裂的进展速度进行比较，由此获得以指数值表示的结果，如表1所示。
越小的指数值表示越好的结果。
表1
  传统轮胎   实施例轮胎
  龟裂进展速度指数   100   45
关于指数值，越小的值代表越好的结果。
如表1所示，应当理解的是，实施例轮胎能够显著地降低龟裂进展速率。

Claims (6)

1.一种充气轮胎，其包括：
一对胎圈部；
胎圈芯，所述胎圈芯被设置于各胎圈部并且在横截面中具有多角形构造；
子午线胎体，所述子午线胎体以环状形状从一个胎圈部向另一个胎圈部延伸，并且所述子午线胎体的各端部绕对应的胎圈芯从轮胎内侧向轮胎外侧卷绕；
至少一层钢丝胎圈包布，所述钢丝胎圈包布被设置在所述子午线胎体的相对于所述胎圈芯的外侧；以及
橡胶胎圈包布，所述橡胶胎圈包布被设置在所述胎圈部和适用轮辋之间的接触区，
其中，在与所述适用轮辋装配的轮胎的横截面中，由所述胎圈芯的底边与所述适用轮辋的胎圈座形成的角度被设定在0±2°范围内，
构成所述钢丝胎圈包布的钢帘线的螺旋单丝的位于轮胎外表面侧的部分以相对于构成所述子午线胎体的帘布层帘线的延伸方向呈90±5°角度范围内的角度延伸。
2.一种充气轮胎，其包括：
一对胎圈部；
胎圈芯，所述胎圈芯被设置于各胎圈部并且在横截面中具有多角形构造；
子午线胎体，所述子午线胎体以环状形状从一个胎圈部向另一个胎圈部延伸，并且所述子午线胎体的各端部绕对应的胎圈芯从轮胎内侧向轮胎外侧卷绕；
至少一层钢丝胎圈包布，所述钢丝胎圈包布被设置在所述子午线胎体的相对于所述胎圈芯的外侧；以及
橡胶胎圈包布，所述橡胶胎圈包布被设置在所述胎圈部和适用轮辋之间的接触区，
其中，在与所述适用轮辋装配的轮胎的横截面中，由所述胎圈芯的底边与所述适用轮辋的胎圈座形成的角度被设定在0±2°范围内，
构成所述钢丝胎圈包布的钢帘线的最外层单丝的位于轮胎外表面侧的部分以相对于构成所述子午线胎体的帘布层帘线的延伸方向呈90±5°角度范围内的角度延伸。
3.根据权利要求1或2所述的充气轮胎，其特征在于，所述钢丝胎圈包布被设置成覆盖至少从与所述胎圈芯的轮胎宽度方向上的外端对应的位置到所述胎圈芯的中心的正下方的整个区域。
4.根据权利要求1或2所述的充气轮胎，其特征在于，所述钢丝胎圈包布由以沿轮胎周向分开的方式设置的多片胎圈包布构件构成。
5.根据权利要求1或2所述的充气轮胎，其特征在于，在与所述适用轮辋装配的轮胎的横截面中，由所述胎圈芯的底边与所述适用轮辋的胎圈座形成的角度被设定为0°。
6.根据权利要求1或2所述的充气轮胎，其特征在于，JISA硬度小于所述橡胶胎圈包布的JIS A硬度并且大于所述钢丝胎圈包布的涂层橡胶的JIS A硬度的变形吸收橡胶层被设置在所述钢丝胎圈包布和所述橡胶胎圈包布之间。
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