CN101746501B - 航空器子午线轮胎 - Google Patents

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Abstract

航空器充气子午线轮胎被描述为具有在60％至70％之间的B/A，其中B是在所述轮凸缘之间的轮胎宽度，且A是在额定压力下膨胀轮胎宽度。该轮胎还可视情况包括具有在大约1至大约2.1之间的Ra/Fr1关系的轮胎胎圈部分，其中Ra是处于未膨胀且在新的未使用状态下的轮胎胎踵半径，且Fr1是在轮胎的胎踵部段的轮凸缘椭圆半径。轮胎还可视情况包括在大约0.1至大约0.5范围的SW/TS比例，其中SW是在区域A处的胎圈包布量，TS是在区域A处的总侧壁橡胶量，其中A被定义为在具有下子午线断点和上子午线断点的侧壁中的区域，所述下子午线断点是由处于膨胀、未加载状态的轮胎与凸缘之间的接触点所限定，且所述上子午线断点Ah是由当轮胎处于膨胀且受100％额定荷载时的轮胎-轮凸缘接触点所限定。

Description

航空器子午线轮胎
技术领域
本发明大体而言涉及子午线轮胎或子午线帘布层轮胎(radial plytire)，且更特定而言，本发明涉及承受很重荷载和高压力的轮胎。
背景技术
航空器轮胎经受由于每个轮胎的重荷载与航空器的高速度相结合所造成的极端操作条件。由于重荷载，轮胎承受比乘用车或卡车轮胎更大的偏转。
航空器轮胎具有两种常见构造：斜交与子午线。超过80％的航空器轮胎是斜交的，这表示它们具有由多层交错帘布层制成的外胎，交错帘布层相对于胎面中心线成基本上小于90度的交错角。但是，由于航空器机身制造商追求更轻的重量，子午线轮胎变得较为常见。子午线轮胎与乘用车轮胎的相似之处在于它们具有相对于胎面中心线以基本上90度定向的帘布层。航空器轮胎具有一定的尺码的范围，但H尺码范围在历史上为斜交轮胎。由于现代趋势，希望可利用H尺码的子午线航空器轮胎。这在过去是不可能的，这是因为，它们由于受荷载发生弯曲而在侧壁中具有较多偏转。结果，子午线轮胎可在轮胎的胎圈区域中具有有所增加的发热和机械疲劳。也可能会存在着在胎圈区中出现胎圈裂纹和划痕以及在胎圈芯下方出现橡胶变形的问题。
因此，希望有一种抗疲劳和抗弯曲性都有所增强的改进型子午线轮胎。
发明内容
本发明的第一方面是一种航空器充气轮胎，其具有子午线轮胎胎体、胎面、胎冠加强件，该胎冠加强件包括一个或更多个带束层或条带，所述带束层或条带是通过以一个相对于轮胎赤道平面为0°与45°之间的角度而相对于周向定向的帘线来加强的。轮胎的B/Ao在60％至70％之间的范围，其中B是轮凸缘之间的轮胎宽度，且A是额定压力下的膨胀轮胎宽度。
本发明的第二方面包括航空器充气轮胎，其具有子午线轮胎胎体、胎面、冠胎加强件，该冠胎加强件具有一个或更多个带束层或条带，所述带束层或条带是通过以一个相对于轮胎赤道平面为0°与45°之间的角度而相对于周向定向的帘线来加强的。该轮胎包括范围在大约0.6至大约0.7的B/Ao比例，其中B是轮凸缘之间的轮胎宽度，且Ao是在额定压力下的膨胀轮胎宽度。轮胎还可视情况包括所具有的Ra/Fr1关系在大约0.6至大约2.1的范围内的轮胎胎圈部分，其中：Ra是处于未膨胀且新的并未使用状态下的胎圈侧壁的轮胎半径，且Fr1是轮凸缘最大椭圆半径。轮胎还可视情况包括在大约0.1至大约0.5的范围内的SW/TS比例，其中SW是在区域A的胎圈包布(chafer)量，TS是在区域A的总的侧壁橡胶量，其中A被定义为具有下子午线断点和上子午线断点的侧壁中的区域，下子午线断点被定义为在处于膨胀、未加载状态的轮胎与凸缘之间的接触点，上子午线断点AH被定义为当轮胎处于膨胀状态且处于100％额定荷载下时的轮胎-轮凸缘接触点。
定义
“胶芯(apex)”表示在子午线定位于胎圈芯上方的未加强弹性体。
轮胎的“纵横比”表示其截面高度与其截面宽度的比乘以100％以作为百分比表达。
“轴向(的)”和“沿轴向(地)”表示平行于轮胎旋转轴线的线或方向。
“胎圈”表示下面这样的轮胎部件，其包括由帘布层帘线包裹的或者以其它方法附连到帘布层帘线的、并加以成形的环形抗拉构件，其具有或不具有其它加强元件，诸如胎圈芯包布(flipper)、切片(chipper)、胶芯、胎趾保护件(toe guard)和胎圈包布，以适配所设计的轮辋。
“带束或缓冲层加强结构”表示在胎面下面、未锚固到胎圈上的编织或非编织的平行帘线的至少两层帘布层，且它们具有相对于轮胎赤道平面成5°至45°范围的左帘线角度和右帘线角度。
“斜交帘布层轮胎”表示具有下面这样的胎体的轮胎，其中在胎体帘布层中的加强帘线在轮胎上相对于轮胎的赤道平面以大约25°至65°角度从胎圈芯对角地延伸到胎圈芯。帘线在交错层中以相反角度运行。
“胎体”表示除了胎面下方的带束结构胎面和在帘布层上的侧壁橡胶之外的、但包括胎圈的轮胎结构。
“周向”表示沿着与轴向垂直的环形胎面表面的周边延伸的线或方向。
“胎圈包布”是指放置于胎圈外部周围的材料条带，其用于保护帘线帘布层免于轮辋损坏，且用于在轮辋上方分配挠曲以及用于密封该轮胎。
“帘线”表示加强绞线之一，所述加强绞线构成轮胎中的帘布层。
“赤道平面(EP)”表示垂直于轮胎旋转轴线且穿过其胎面中心的平面。
“胎圈芯包布”表示绕胎圈芯包裹的经加强的织物。
“接地印痕(footprint)”表示接地面积为在零速度和在正常荷载与压力下带有平坦表面的轮胎胎面的区域。
“H型轮胎”表示B/Ao范围在60％至70％之间，其中B是轮凸缘之间的宽度，且Ao是在额定压力下的膨胀后的轮胎宽度。
“内衬”表示形成无内胎轮胎的内表面、且在轮胎内包含膨胀流体的一层或多层弹性体或其它材料。
“净/毛比”表示在与路表面接触的同时在该接地印痕中的轮胎胎面橡胶面积除以该接地印痕中包括诸如凹槽这样的非接触部分的胎面面积的比例。
“正常膨胀压力”是指由适当的标准组织对于轮胎使用状况所指定的具体设计膨胀压力和荷载。
附图说明
将以举例说明的方式且参看附图来描述本发明，在附图中：
图1是采用本发明的胎圈芯设计的充气子午线轮胎的截面图；
图2是图1的轮胎的胎圈部分的截面图；
图3是本发明的轮胎轮接触压力的曲线图；以及
图4是本发明的轮胎胎圈发热与滚动距离的曲线图。
具体实施方式
参看图1，示出子午线帘布层轮胎100的截面图。如图所示的轮胎100是用作航空器轮胎的构造。举例而言，轮胎100是暴露于很高的内压力及巨大的荷载的航空器子午线轮胎。本发明并不限于航空器轮胎，且可用于其它轮胎上，诸如推土机、商用卡车和越野/工程车辆轮胎。
轮胎100是无内胎型构造的子午线帘布层轮胎。轮胎100具有不透空气的内衬22，其包含受压力的流体或空气。内衬22的子午线外部是一个或更多个子午线帘布层20。每个帘布层20从通常被称作胎圈芯30的环形抗拉构件延伸。如图所示，帘布层20可绕胎圈芯30包裹，沿着轴向而向外翻转和向上翻转形成帘布层翻折、或者替代地沿着轴向而向内翻转且在胎圈芯30下方。帘布层可利用本领域技术人员已知的其它配置而锚固到胎圈上。
在胎圈芯30的子午线上方是第一橡胶胶芯40。第一橡胶胶芯优选地是三角形，且优选地并不延伸经过点AH，这将在下文中更详细地解释。胎圈芯包布31包裹于第一胶芯和胎圈芯周围，且具有在胶芯40子午线内部的端部。优选地，在帘布层20子午线下方是胎圈包布11，其从胎圈子午线内部的位置延伸到胎圈趾，然后到胎圈踵，到胎圈子午线外部的位置，终止于点CH 13。优选地，胎圈包布11子午线向外延伸，使得端部CH 13在AH的子午线外部。A是轮胎与轮凸缘的接触区域，且具有由处于膨胀但未加载状态下的接触边缘所限定的下点AI、以及在100％额定荷载下处于膨胀状态的接触边缘的上限AH。
帘布层20的轴向外部是第二可选的胶芯43，其是邻近着胎圈包布而在胎圈的子午线外部延伸的弹性材料的细长条带。这个胶芯43插置于侧壁9、胎圈包布11与帘布层20之间。
胎体帘布层20的子午线外部是多个带束加强层50，每一层是利用帘线51加强的。织物层53被示出在带束层50的子午线外部。在织物层53的上方是胎面18，如图所示，胎面18具有多个周向连续凹槽17。
所提到的轮胎结构100是能利用本发明的胎圈芯30的轮胎结构的一种类型的实例。但如图所示的轮胎100为航空器轮胎结构，本发明也可用于其它轮胎，诸如卡车轮胎、工程车辆轮胎或者高载荷的重载轮胎。参看图2，示出本发明的胎圈芯30。如图所示，中央芯33被图示为以360°缠绕的单根丝或杆34。丝34的端部优选地被焊接以形成一个连续箍或中央芯33。中央芯33由铝或者诸如镁、钛这样的其它轻质金属的合金，或者具有比钢更轻重量的任何金属合金制成。
铝是理想合金，因为当与钢一起使用时其提供优良的耐腐蚀性且其在焊接接头处很强固。铝可被回火处理，进一步增加中央芯33的抗拉强度。6061铝合金的抗拉强度可在6061T0的125MPa至6061T6的310MPa范围内变动。在6061T4范围的铝合金可具有极佳的强度比且同时维持良好的延展性。
如进一步图示，中央芯33由两个或两个以上鞘层35的鞘所包裹，优选地至少两个鞘层35。鞘层的丝36是绕中央芯33螺旋或盘旋的钢。本发明并不限于图示的胎圈芯，且可利用其它胎圈设计。
本发明的胎圈区域设计通过减小轮胎轮接触压力和减小发热来减轻胎圈裂开和变形的问题。如在图2中最佳地示出，轮胎具有半径Ra。在未使用的或新的轮胎上测量Ra，且之后安装于轮辋上。半径Ra的中心点位于轮胎外部，导致在轮胎的轮辋接触部分上的凹曲度。如果选择使用的凸缘具有最大半径为FR1的椭圆形状，那么Ra应在Fr1的0.6倍至2.1倍的数值范围内，且更优选地在Fr1的大约1.3倍至大约2.1倍。这导致由于胎圈蹭靠摩擦所述凸缘而造成的发热有所减少。
本发明的胎圈被设计成具有小于大约24％且更优选地小于大约18％的胎圈压缩比。胎圈压缩比可被定义为t1/T，其中：t1是在轮辋与轮胎之间的胎圈包布橡胶的干涉量，如在与轮胎胎圈座表面14垂直的胎圈芯的中心下方所测量。t1可通过从轮辋凸缘半径减去胎圈座半径来计算。T是在胎圈芯下方的总材料量，如沿着胎圈芯中心线在子午线上、从胎圈芯33的子午线最内部的边缘15到胎圈区域14的子午线最内部的边缘所测量。
因此，
t 1 T ≤ . 24 ; 且更优选地， t 1 T ≤ . 18 .
为了改进胎圈耐久性，另一重要参数由以下关系定义：
SW TS = 0.1 ~ 0.5
其中：SW是点A处的侧壁的厚度量；
A是轮胎与轮凸缘的接触区域，且具有由处于膨胀但未加载状态下的接触边缘所限定的下点A1，和处于膨胀状态且在100％额定荷载下受载的上限AH；TS是侧壁和诸如胶芯这样的其它橡胶部件的总橡胶量，其在帘布层的轴向外部，如在点AH处所测量。
下表I列出了实例轮胎1至6的列表值和结果。所有轮胎为以下尺码型号：H37.5x12.0R19 20PR，安装于轮尺码型号H37.5x12.0R19上，且具有椭圆凸缘形状、并且轮凸缘之间的宽度是7.75”。确定了参数Ra、Fr1、T、t1、TS、Sw。在表I中的所有轮胎经受滑跑距离指数，该指数是针对在动态轮胎测试器上受测试的每个轮胎，在51200lbs测试荷载下以40mph的测试速度、在212psi额定压力下以25,600lbs额定荷载而进行测量得到的。轮胎在测试条件下连续运行直到爆胎。
表1的每个轮胎构造经受FAA TSO测试。在测试之后，通过目视检查和对胎圈区域中裂纹的宽度、深度和长度进行测量来确定每个轮胎的磨损指数。也通过测量变形的深度量来测量出胎圈座处胎圈芯下方的胎圈变形。对于所有三个指数，数值越高，性能越好。因此，对于所有三个指数，最佳性能的轮胎是本发明的实例5和6。
表I
  例1   例2   例3   例4   例5   例6
  Ra(mm)   71   50   19.8   10   19.8   19.8
  Fr1(mm)   19.7   19.7   19.7   19.7   19.7   19.7
  T(mm)   13.1   13.6   11.4   11.4   11.4   11.4
  t1(mm)   3.8   4.3   1.8   1.8   1.3   1.3
  TS(mm)   8   8.5   16   16   11   11
  SW(mm)   6   6   3   5   3   3
  CH-AH(mm) 3.5 6.5 -16.5 3.5 3.5 3.5
  Ra/Fr1   3.60   2.54   1.01   0.51   1.01   1.01
  BCP(t1/T)   0.29   0.32   0.16   0.16   0.11   0.11
  SW/TS   0.75   0.71   0.19   0.31   0.27   0.27
  滑跑距离(指数)   100   98   145   118   140   145
  胎圈芯下方的胎圈变形(指数) 100 92 120 120 130 130
  磨损(指数)   100   100   83   97   120   120
图3示出了对于本发明的实例1轮胎和实例轮胎5所进行的接触压力测试结果。实例1轮胎测试结果表示出在胎趾与胎踵之间的中点处的峰值接触压力。实例1轮胎的最大接触压力值是实例5轮胎的4倍。因此，实例5示出更佳的性能。
图4示出对于实例1轮胎、实例2轮胎和实例6轮胎，胎圈温度对距离(指数)的实际测试数据。在希望低胎圈温度时，实例6轮胎具有更佳的性能。
鉴于本文所提供的本发明的描述，能对本发明做出变化。虽然出于说明本发明的目的，示出特定代表性实施例和细节，对于本领域技术人员显而易见的是，在不偏离本发明的范畴的情况下，可以对本发明做出各种变化和修改。因此，应了解到可对本文所述的特定实施例做出改变，这些改变在所附权利要求书所限定的本发明的全部预期范畴内。

Claims (9)

1.一种航空器充气轮胎，其具有子午线轮胎胎体、胎面、胎冠加强件，所述胎冠加强件包括一个或更多个带束层或条带，所述带束层或条带是通过以一个相对于所述轮胎的赤道平面介于0°与45°之间的角度而相对于周向定向的帘线来加强的，且所述轮胎的B/Ao比例在0.6至0.7之间的范围，其中B是轮凸缘之间的宽度，且Ao是在额定压力下的膨胀轮胎宽度，其中所述轮胎安装于具有凸缘的轮上，所述凸缘在与所述轮胎的踵部配合的区域中具有椭圆形状。
2.根据权利要求1所述的充气轮胎，其具有由包封着中央芯的多个鞘丝形成的胎圈芯，所述中央芯是具有比钢金属更轻重量的轻质金属合金材料。
3.根据权利要求1所述的充气轮胎，所述轮胎胎圈部分具有在0.6至2.1的范围内的Ra/Fr1关系，其中Ra是处于未膨胀和未使用状态的轮胎胎圈部分半径，且所述半径Ra的中心点位于所述轮胎的外部，且Fr1是轮凸缘的最大椭圆半径。
4.根据权利要求2所述的充气轮胎，其中处于新的或未使用状态的所述胎圈芯下方的材料的胎圈压缩比t1/T小于24％，其中t1是在所述胎圈芯下方的橡胶的干涉量，且T是在所述胎圈芯的子午线内部或下方的总材料量。
5.根据权利要求4所述的充气轮胎，其中所述胎圈压缩比t1/T小于18％。
6.根据权利要求1所述的充气轮胎，其还包括胎圈包布，所述胎圈包布具有末端，所述末端在AH的子午线外部，其中AH是由当轮胎处于膨胀且受100％额定荷载时的轮胎-轮凸缘接触点所限定的。
7.根据权利要求6所述的充气轮胎，其中SW/TS的范围在0.1至0.5的范围，其中SW是在区域A处的胎圈包布量，TS是在区域A处的总侧壁橡胶量，其中A被定义为具有下子午线端点和上子午线端点的侧壁中的区域，所述下子午线端点是由处于膨胀、未加载状态的轮胎与凸缘之间的接触点所限定，所述上子午线端点是由当所述轮胎处于膨胀且受100％额定荷载时的轮胎-轮凸缘接触点所限定。
8.根据权利要求6所述的充气轮胎，其中所述胎圈包布由在5至15mpa范围内具有300％模数(M300)的橡胶制成。
9.一种航空器充气轮胎，其具有子午线轮胎胎体、胎面、胎冠加强件，所述胎冠加强件包括一个或更多个带束层或条带，所述带束层或条带是通过以一个相对于所述轮胎的赤道平面介于0°与45°之间的角度而相对于周向定向的帘线来加强的，
且所述轮胎的B/Ao比例在0.6至0.7的范围，其中B是轮凸缘之间的宽度，且Ao是受额定压力的膨胀轮胎宽度，
所述轮胎胎圈部分具有在0.6至2.1的范围内的Ra/Fr1关系，其中Ra是处于未膨胀并且是新的未使用状态的轮胎胎圈部分半径，且具有位于所述轮胎外部的半径为Ra的中心点、且Fr1是所述轮凸缘的最大椭圆半径；
且SW/TS比例在0.1至0.5的范围，其中SW是在区域A处的胎圈包布量，TS是在区域A处的总侧壁橡胶量，其中A被定义为在具有下子午线端点和上子午线端点的侧壁中的区域，所述下子午线端点是由处于膨胀、未加载条件的轮胎与凸缘之间的接触点所限定，且所述上子午线端点AH是由当所述轮胎处于膨胀且受100％额定荷载时的轮胎-轮凸缘接触点所限定。
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