CN102770287A - 对脱圈具有更高抵抗性的轮胎 - Google Patents

Abstract

一种轮胎（10），包括两个胎圈（20）和锚固在所述胎圈中的胎体增强件（60），所述胎圈包括多个环状增强结构（70），所述环状增强结构设置为形成平行于所述胎体增强件的一部分的至少一个锚固队列（71、72），所述胎圈在任一径向横截面中进一步包括附加硬化增强件（120），所述附加硬化增强件在第一端（121）和第二端（122）之间延伸，所述第一端设置为与座形成胎圈部分（22）的切线（130）相距距离H1，该距离H1大于或等于在至少一个锚固队列的最接近所述切线的环状增强结构和所述切线之间的最小距离H0的20%，且小于或等于该最小距离H0的70%，垂直于所述切线对所述距离H1和H0进行测量，所述第一端与所述轮胎的内表面相距轴向距离L1，所述轴向距离L1大于或等于所述胎圈的最大轴向宽度L0的50%，且小于或等于该最大轴向宽度L0的85%，所述第二端在径向上与所述第一端位于相同高度处或者位于所述第一端的外侧，且在轴向上与所述第一端位于相同高度处或者位于所述第一端的外侧，选择所述第二端，使得分离所述第一端和第二端的距离LA大于或等于所述环状增强结构的至少一个锚固队列的平均长度的30%，并且其中所述附加硬化增强件（120）由至少两个环状增强结构（124）的一个单一队列形成。

Description

对脱圈具有更高抵抗性的轮胎

技术领域

本发明涉及用于客车的轮胎。其更具体地涉及适合于运动型公路行驶的轮胎。

背景技术

当轮胎的充气压力降低且对轮胎施加横向力时，轮胎因松动而脱圈（脱离其轮辋座）并随后从轮辋脱离，这种松动是轮胎的特征之一，其对于装配有轮胎的车辆的乘客安全性是重要的。因此，标准组织已经设定了待获得的目标值（例如中国标准GB/T 2978-2008）和对应的测试方法（例如中国标准GB/T 4502-2009中推荐的方法）。在专利US 3662 597中也描述了测试方法的一个实例，从而将圆锥模型应用于轮胎胎侧，然后增加施加到胎侧的压力并记录胎侧的运动。在NHTSA（National Highway Traffic Safety Administration，the American FederalRoad Safety Organization）的Federal Motor Vehicle Safety Standard No.109中已经采用了相似的测试方法。

设计用于运动型公路行驶的大多数轮胎具有相对短的胎侧高度，并且这在脱圈测试时将其置于不利之处。由标准组织设置的逐渐提高的要求推荐正在产生使这些轮胎对脱圈和脱离更具抵抗性的需要。

理论上，对脱圈的抵抗性能够通过将轮胎联结到安装轮辋来提升，但该方案的缺点是使轮胎极难卸下。还可以修改轮辋的几何形状来使得更难脱圈，但该方法则需要脱离标准。

发明内容

本发明的一个目的是增加轮胎对脱圈的抵抗性，同时不会使装配和拆卸变得更困难，也不需要改动惯常使用的安装轮辋。

根据本发明的一个方面实现了该目的，其涉及一种意在安装在车轮的安装轮辋上的轮胎，所述轮胎包括：

两个胎圈，每一个胎圈包括至少一个锚固区域以及意在与所述安装轮辋接触的座形成部分；

两个胎侧，所述两个胎侧使所述胎圈径向向外延伸，并且接合在一起以形成胎冠，所述胎冠包括由胎面覆盖的胎冠增强件；

至少一个胎体增强件，所述胎体增强件从每一个胎圈经过所述胎侧延伸直至所述胎冠，并且被锚固在所述胎圈的锚固区域中。

在任一径向横截面中，每一个胎圈的锚固区域包括多个环状增强结构，所述环状增强结构设置为形成至少一个锚固队列。所述至少一个锚固队列沿着平行于所述胎体增强件的一部分的轨迹在径向最内环状增强结构和径向最外环状增强结构之间在长度LT上延伸。

所述胎圈在任一径向横截面中进一步包括附加硬化增强件，所述附加硬化增强件由至少两个环状增强结构的一个单一队列形成，并且在如下两端之间延伸：

第一端，所述第一端设置为与所述座形成部分的切线相距距离H1，所述距离H1大于或等于最小距离H0的20%（更优选为大于或等于该最小距离H0的30%），且小于或等于该最小距离H0的70%（更优选为小于或等于该最小距离H0的45%），所述最小距离H0为如下部件之间的最小距离：（i）所述至少一个锚固队列的最接近所述座形成部分的切线的环状增强结构，和（ii）所述座形成部分的切线；垂直于所述切线对所述距离H1和H0进行测量，所述第一端与所述轮胎的内表面相距轴向距离L1，所述轴向距离L1大于或等于所述胎圈的最大轴向宽度L0的50%（更优选为大于或等于该最大轴向宽度L0的70%），且小于或等于该最大轴向宽度L0的85%；以及

第二端，所述第二端在径向上与所述第一端位于相同高度处或者位于所述第一端的外侧，且在轴向上与所述第一端位于相同高度处或者位于所述第一端的外侧。

选择所述第二端，使得：

连接所述第一端和第二端的直线与径向方向形成角度α（阿尔法），所述角度α（阿尔法）大于或等于0°且小于或等于90°；并且

分离所述第一端和第二端的距离LA大于或等于所述环状增强结构的至少一个锚固队列的平均长度的30%。

优选地，每一个胎圈仅包含一个附加硬化增强件。

优选地，所述角度α（阿尔法）大于或等于25°且小于或等于80°，并且更优选为大于或等于60°且小于或等于75°。

这样的附加硬化增强件的存在的影响是提升轮胎对脱圈的抵抗性，这是因为脱圈需要使胎圈相对于安装轮辋旋转。在该旋转的过程中，如上述定位的附加硬化增强件必须承受延长。因为所述附加硬化增强件抵抗该延长，所以使轮胎脱圈所需的力增大。

根据一个具体实施方案，每一个胎圈包括至少两个锚固队列，所述至少两个锚固队列中的每一个沿着平行于所述胎体增强件的一部分的轨迹延伸，使得所述胎体增强件的一部分被夹在所述至少两个锚固队列的两个之间。本身公知的这种结构提升了所述胎体增强件在所述锚固区域中的锚固。

根据一个具体实施方案，所述附加硬化增强件由织物制成。其可以具体地由织物帘线的队列或织物纤维的带子制成。

根据一个优选实施方案，所述附加硬化增强件由金属制成。金属增强件的优点是其对延长更具抵抗性。优选地，将使用在断裂之前具有明显延长的钢制成的增强件。

优选地，形成所述附加硬化增强件的所述环状增强结构和包含在所述锚固区域中的所述环状增强结构是同一种类型，这就降低了制造阶段的复杂性。

有利地，构成所述附加硬化增强件的环状增强结构的数量等于构成所述锚固区域中的每一个锚固队列的环状增强结构的数量。

当然，可以甚至可预期将两种或更多种所述实施方案进行组合。

附图说明

图1显示了根据现有技术的轮胎。

图2显示了根据现有技术的轮胎的局部立体图。

图3在径向截面中显示了根据现有技术的轮胎的四分之一。

图4在径向截面中显示了根据现有技术的轮胎的胎圈。

图5和6显示了环状增强结构的队列的长度的概念。

图7和8在径向截面中显示了在脱圈测试开始时观察到的轮胎的两种构型。

图9显示了轮胎胎侧随着在脱圈测试的过程中施加到轮胎胎侧的力而进行的运动。

图10至12在径向截面中显示了在脱圈测试最后阶段时观察到的轮胎的三种构型。

图13在径向截面中显示了根据本发明实施方案的轮胎的胎圈。

图14在径向截面中显示了根据本发明实施方案的轮胎的胎圈。

图15显示了通过根据本发明实施方案的轮胎所获得的对脱圈的抵抗性的提升。

具体实施方式

在使用术语“径向”时，其适合于在使用该词的本领域技术人员的大量不同方式之间进行区别。首先，该表述指的是轮胎的半径。这意味着，如果点P1比点P2更接近轮胎的旋转轴线，则称点P1位于点P2的“径向内侧”（或者“在径向上位于”点P2的“内侧”）。相反，如果点P3比点P4更远离轮胎的旋转轴线，则称点P3位于点P4的“径向外侧”（或者“在径向上位于”点P4的“外侧”）。当在更短（或更长）半径的方向上前进时，该行进将被称为“径向向内（或向外）”。就径向距离而言，该词的这一含义同样适用。

相比而言，当丝线或增强件的增强元件与周向方向形成大于或等于80°且小于90°的角度时，则称该丝线或增强件是“径向的”。在本文中，特别指出，术语“丝线”应在其最通用意思上进行理解，并且包括单丝、多丝、帘线、纱线或等同组件形式的丝线，无论制成该丝线的材料如何，也无论其是否进行了为增强其与橡胶联结的表面处理。

最后，本文的“径向截面”或“径向横截面”意指包含轮胎的旋转轴线的平面中的截面或横截面。

“轴向”方向是平行于轮胎的旋转轴线的方向。如果点P5比点P6更接近轮胎的中平面，则称点P5位于点P6的“轴向内侧”（或者“在轴向上位于”点P6的“内侧”）。相反，如果点P7比点P8更远离轮胎的中平面，则称点P7位于点P8的“轴向外侧”（或者“在轴向上位于”点P8的“外侧”）。轮胎的“中平面”是垂直于轮胎的旋转轴线且与每个胎圈的环状增强结构等距的平面。

“周向”方向是垂直于轮胎的半径以及轴向方向两者的方向。“周向截面”是垂直于轮胎的旋转轴线的平面上的截面。

在本文中，当两个增强元件之间形成的角度的绝对值小于或等于20°时，则称这两个元件是“平行的”。当说到环状增强结构的锚固队列“沿着平行于胎体增强件的一部分的轨迹”延伸时，其应当理解为意指在任一径向横截面中，在（i）穿过径向最内环状增强结构的中心并穿过径向最外环状增强结构的中心的直线和（ii）胎体增强件的位于第一点和第二点之间的那部分的切线之间的角度的绝对值小于或等于30°，该第一点与所述锚固队列的径向最内环状增强结构具有相同的径向位置，该第二点与锚固队列的径向最外环状增强结构具有相同的径向位置。

表述“橡胶混配物”表示包含至少一种弹性体和至少一种填料的橡胶混配物。

轮胎的“内表面”表示当轮胎安装在安装轮辋上且被充气到其工作压力时，轮胎的意在与对轮胎进行充气的气体接触的表面。轮胎的作为其部件的“外表面”表示轮胎的与大气气体接触的表面。

在本文中，当讨论“多个环状增强结构”时，其并非暗示必须具有叠置的不同环状结构。该表述还包括螺旋缠绕的帘线，该帘线的各匝随后形成多个环状增强结构。在后一情形下，“径向最内环状增强结构”是在径向上最接近内侧的那一匝，而“径向最外环状增强结构”是在径向上最外的那一匝。

确定胎圈的“最大轴向宽度”L0对于本领域技术人员来说基本不存在任何问题。在从胎圈到胎侧的过渡部并不明显且由此使胎圈和胎侧之间的区别并不明显的轮胎的情况下，特别是在胎侧非常厚时，胎圈被认为延伸直至等于轮胎高度H的50%的径向高度。轮胎高度H被限定为径向最内环状增强结构的径向最内点和胎圈的径向最外点之间的径向距离。对于安装在安装轮辋上且充气到其工作压力的轮胎来测量高度H、H0和H1、长度L0和L1以及角度α（阿尔法）。

当胎圈仅具有一个锚固队列时，“至少一个锚固队列的平均长度”等于锚固队列的长度。

为了使利用附图所示的实施方案的替代形式的描述更为易于理解，使用相同的附图标记来表示具有等同结构的元件。

图1示意性地显示了根据现有技术的轮胎10。轮胎10包括胎冠、两个胎侧30以及两个胎圈20，胎冠包括由胎面40覆盖的胎冠增强件（图1中不可见），胎侧30使胎冠径向向内延伸，胎圈20位于胎侧30的径向内侧。

图2示意性地显示了根据现有技术的轮胎10的局部立体图，并且显示了轮胎的各种部件。轮胎10包括胎体增强件60以及两个胎圈20，胎体增强件60由涂覆有橡胶混配物的丝线61构成，每一个胎圈包括将轮胎10保持在轮辋（未显示）上的环状增强结构70。胎体增强件60锚固在每一个胎圈20中。轮胎10进一步包括胎冠增强件，该胎冠增强件包括两个帘布层80和90。每一个帘布层80和90利用丝线状增强元件81和91进行增强，增强元件81和91在每一层之内平行并且从一层到另一层交叉，从而与周向方向形成在10°和70°之间的角度。轮胎进一步包括环箍增强件100，环箍增强件100位于胎冠增强件的径向外侧，该环箍增强件由增强元件101制成，增强元件101取向为周向并且螺旋缠绕。胎面40铺设在环状增强件上；并且胎面40在轮胎10和路面之间提供了接触。所示的轮胎10是“无内胎”轮胎：其包括“内衬”50，该内衬50由充气气体不可渗透的橡胶混配物制成且覆盖轮胎的内表面。

图3在径向截面中示意性地显示了根据现有技术的轮胎10的四分之一。轮胎10包括意在与安装轮辋（未显示）接触的两个胎圈20，每个胎圈20包括多个环状增强结构70。两个胎侧30使胎圈20在径向上向外延伸，并且在胎冠25中接合在一起，胎冠25包括由第一增强元件层80和第二增强元件层90形成的胎冠增强件，该胎冠增强件在径向上由胎面40覆盖。附图标记110表示轮胎10的中平面。

图4在径向截面中显示了根据现有技术的轮胎的胎圈20。胎圈20包括“锚固区域”21，该锚固区域21的范围由虚线勾画出。该锚固区域21包括两个锚固队列71和72以及橡胶混配物，锚固队列71和72由毗邻胎体增强件60的线性对列的环状增强结构70形成，橡胶混配物填充各个环状增强结构70之间的空间以及环状增强结构和胎体增强件60之间的空间。锚固区域21的环状增强结构70、橡胶混配物以及胎体增强件60的与该橡胶混配物接触的那部分之间的协作对胎体增强件60在胎圈20中的锚固具有影响。锚固队列71在径向最接近内侧的环状增强结构74和径向最接近外侧的环状增强结构75之间在长度LT上延伸。

图5显示了如何确定长度LT；该长度对应于各个环状增强结构70的直径之和加上使两个毗邻的环状增强结构70分离的最小距离。图6显示了对于环状增强结构70的非线性队列的弯曲长度LT。尽管在图5和6中显示的长度LT采用了直线和曲线，但是应当理解，对于环状增强结构70的队列能够使用各种其它的线形。一个这种可行方案例如是“S”形，在此情形下长度LT将沿循该形状。

图4所示的胎圈20进一步包括座形成部分22，所述座意在接触安装轮辋（未显示）。

图9所示的曲线图显示了根据中国标准GB/T 4502-2009进行的脱圈测试的数值模拟结果。圆锥形模型被挤靠轮胎胎侧。该圆锥形模型以设定速度前进。使该圆锥形模型以该速度前进所需的力FT被描绘为圆锥形模型的行程DT的函数。

图7显示了轮胎10在其安装轮辋5上的初始情形（该轮胎仅有胎圈和胎侧的一部分被显示）。

当圆锥形模型运动时，轮胎的抵抗性本身在力FT近乎线性的增加中得以表现。胎圈开始运动直至其开始倾斜的那点。图8中显示的就是这样的情形。该倾斜使得使圆锥形模型前进所需的力降低，直到胎圈已经完全倾斜，如图12所示。接下来，力再次增大，这是因为必须使胎圈骑到安装轮辋5的“峰部”6，如图11所示。只有在胎圈已经骑上“峰部”6（图10所示情形）时，才完成了脱圈。

因此，如上所述，本发明的一个目的是增加轮胎对脱圈的抵抗性，同时不会使装配和拆卸变得更困难，也不需要改动常规使用的安装轮辋。

通过提供具有附加硬化增强件的胎圈已经实现了该目的。

图13在径向截面中显示了根据本发明实施方案的轮胎的胎圈20。胎圈20包括由四个金属环状增强结构124的一个队列形成的附加硬化增强件120。有利地但非必要地，根据本发明的轮胎的附加硬化增强件由金属制成。通常而言，在附加硬化增强件的刚度与延长的比值（拉伸模量）大于或等于50GPa时，会获得脱圈抵抗性的明显提升。附加硬化增强件由芳族聚酰胺（拉伸刚度：大约73GPa）或由钢（拉伸刚度：大约200GPa）制成，因此可以获得对脱圈的更好的抵抗性。

附加硬化增强件在第一端121和第二端122之间延伸。

第一端121与座形成部分22的切线130相距距离H1，距离H1大于或等于最小距离H0的20%且小于或等于该最小距离H0的70%，该最小距离H0为如下部件之间的最小距离：

（i）最接近座形成部分22的切线130的锚固队列71和72的环状增强结构70，和

（ii）座形成部分22的切线130。

垂直于切线130对距离H1和H0进行测量。在该具体实例中，H1＝0.45·H0。

第一端121还设置为与轮胎内表面11相距轴向距离L1，轴向距离L1大于或等于胎圈最大轴向宽度L0的50%且小于或等于该最大轴向宽度L0的85%。在该具体实例中，L1＝0.55·L0。如上所述，沿着轴向方向对距离L1进行测量。

第二端122在径向上与第一端位于相同高度处或位于第一端的外侧（总的来说，第二端在径向上不会位于第一端的内侧），且在轴向上与第一端位于相同高度处或位于第一端的外侧（换句话说，第二端在轴向上不会位于第一端的内侧）。选择第二端122，使得连接第一端121和第二端122的直线140与径向方向（在此利用箭头R表示）形成角度α（阿尔法），该角度α（阿尔法）大于或等于0°且小于或等于90°。在该具体实例中，该角度α（阿尔法）等于54°。

分离第一端和第二端的距离LA大于或等于环状增强结构70的两个锚固队列71和72的平均长度的30%。根据与对于用于锚固胎体增强件的环状增强结构的锚固队列提到的相同原理（参考图5和6及其相关描述）来确定距离LA。在该具体实例中，LA＝0.51·<LT>，其中<LT>为锚固队列71和72的平均长度。附加硬化增强件的最大长度由胎圈的几何形状确定。因此，需要通过至少1mm厚的橡胶混配物层使附加硬化增强件的第二端122与轮胎的外表面12分离。同样，当角度α（阿尔法）小时，其将适合于避免使附加硬化增强件的端部122与用于锚固胎体增强件60的一个环状增强结构70接触。

图14在径向截面中显示了根据本发明实施方案的另一个轮胎的胎圈20。附加硬化增强件120由三个环状增强结构124的一个单一队列构成。在该具体实例中，角度α（阿尔法）等于70°，H1＝0.57·H0，L1＝0.64·L0，且LA＝0.36·<LT>。与图13所示的轮胎不同，图14所示的轮胎包括两个胎体增强件60和62，其利用环状增强结构70的三个锚固队列71、72、73进行锚固。

图15显示了通过根据本发明实施方案的轮胎所获得的脱圈抵抗性的提升。将包括对应于图13所示胎圈的两个胎圈的轮胎与不同之处仅在于其缺乏附加硬化增强件的轮胎进行比较。该曲线图给出了根据中国标准GB/T 4502-2009进行的脱圈测试结果。使圆锥形模型前进以挤靠轮胎胎侧所需的力FT再一次被描绘为该圆锥形模型的行程DT的函数。曲线B对应于根据本发明实施方案的轮胎，曲线A对应于不具有附加硬化增强件的相同轮胎。正如根据上述标准进行量化的，设置附加硬化增强件确实清楚地提升了轮胎对脱圈的抵抗性。

Claims (9)

1.一种轮胎（10），意在安装在车轮的安装轮辋上，所述轮胎包括：

两个胎圈（20），每一个胎圈包括至少一个锚固区域（21）以及适合于与所述安装轮辋相接触的座形成部分（22）；

两个胎侧（30），所述两个胎侧使所述胎圈径向向外延伸，并且该两个胎侧接合在一起以形成胎冠（25），所述胎冠包括由胎面（40）覆盖的胎冠增强件（80、90）；

至少一个胎体增强件（60、62），所述胎体增强件从所述两个胎圈中的每一个经过所述胎侧延伸直至所述胎冠，并且被锚固在所述胎圈的锚固区域中；

其中，在任一径向横截面中，每一个胎圈的锚固区域（21）包括多个环状增强结构（70），所述环状增强结构设置为形成至少一个锚固队列（71、72、73），所述至少一个锚固队列沿着平行于所述胎体增强件的一部分的轨迹而在径向最内环状增强结构（74）和径向最外环状增强结构（75）之间在长度LT上延伸，

所述两个胎圈的每一个在任一径向横截面中进一步包括附加硬化增强件（120），所述附加硬化增强件在如下两端之间延伸：

（a）第一端（121），所述第一端设置为与所述座形成部分（22）的切线（130）相距距离H1，所述距离H1大于或等于最小距离H0的20%，且小于或等于该最小距离H0的70%，所述最小距离H0为如下部件之间的最小距离：

（i）所述至少一个锚固队列的最接近所述座形成部分的切线的环状增强结构，和

（ii）所述座形成部分的切线，

垂直于所述切线对所述距离H1和H0进行测量，所述第一端与所述轮胎的内表面相距轴向距离L1，所述轴向距离L1大于或等于所述胎圈的最大轴向宽度L0的50%，且小于或等于该最大轴向宽度L0的85%；以及

（b）第二端（122），所述第二端在径向上与所述第一端位于相同高度处或者位于所述第一端的外侧，且在轴向上与所述第一端位于相同高度处或者位于所述第一端的外侧，选择所述第二端，使得：

连接所述第一端和第二端的直线（140）与径向方向形成角度α（阿尔法），所述角度α（阿尔法）大于或等于0°且小于或等于90°；并且

其中所述第一端和第二端之间隔开距离LA，所述距离LA大于或等于所述环状增强结构的至少一个锚固队列的平均长度的30%，

并且其中所述附加硬化增强件（120）由至少两个环状增强结构（124）的一个单一队列形成。

2.根据权利要求1所述的轮胎，其中所述距离H1大于或等于最小距离H0的30%，且小于或等于该最小距离H0的45%。

3.根据权利要求1或2所述的轮胎，其中所述轴向距离L1大于或等于所述胎圈的最大轴向宽度L0的70%，且小于或等于该最大轴向宽度L0的85%。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述的轮胎，其中所述角度α（阿尔法）大于或等于25°且小于或等于80°。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的轮胎，其中每一个胎圈包括至少两个锚固队列（71、72），所述至少两个锚固队列中的每一个沿着平行于所述胎体增强件的一部分的轨迹来进行延伸，使得所述胎体增强件（60）的一部分被夹在所述至少两个锚固队列的两个队列之间。

6.根据权利要求1至5中任意一项所述的轮胎，其中所述附加硬化增强件（120）由织物制成。

7.根据权利要求1至5中任意一项所述的轮胎，其中所述附加硬化增强件（120）由金属制成。

8.根据权利要求1至7中任意一项所述的轮胎，其中形成所述附加硬化增强件（120）的所述环状增强结构（124）和包含在所述锚固区域（21）中的所述环状增强结构（70）是同一种类型。

9.根据权利要求8所述的轮胎，其中构成所述附加硬化增强件（120）的环状增强结构（124）的数量等于构成所述锚固区域（21）中的每一个锚固队列（71、72）的环状增强结构（70）的数量。

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