CN102825979B - 航空器子午线轮胎 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及航空器子午线轮胎。描述了一种充气子午线航空器轮胎，其具有范围在60-70%之间B/A，其中B是轮子凸缘之间的轮胎的宽度，并且A是额定压力下的已充气轮胎宽度。可选地，该轮胎可进一步包括轮胎胎圈部，该轮胎胎圈部具有范围从约1至约2.1的Ra/Fr1关系，其中：Ra是在未充气且在新的未使用状态下的轮胎胎圈部半径，并且Fr1是轮子凸缘处的轮子凸缘椭圆最大半径。可选地，该轮胎可进一步包括范围从约0.1至约0.5的SW/TS比率，其中，SW是区域A处的胎圈包布规格尺寸，并且TS是区域A处的整个胎侧橡胶规格尺寸，其中A被定义为胎侧中的如下区域，该区域具有：下子午线端点，其由在未充气未承载状态下的凸缘和轮胎之间的接触点所限定；以及上子午线端点AH，其由当轮胎在充气且在200%额定负载状态下时轮胎－轮子凸缘接触点所限定。

Description

航空器子午线轮胎
技术领域
本发明大体涉及子午线轮胎，并且更具体地，涉及承受极重负载、高压及高速的轮胎。
背景技术
航空器轮胎因每个轮胎的重负载外加飞机的高速而承受极端工作条件。因为重负载，与载客轮胎或卡车轮胎相比，这种轮胎承受大得多的挠曲。
航空器轮胎具有两种普通的结构：斜交结构和子午线结构。70%以上的航空器轮胎是斜交结构，这意味着它们具有由多层交替帘布层形成的外胎，交替帘布层呈相对胎面的中心线基本上小于90度的交错角。然而，由于机身制造商追求更轻的重量，所以子午线轮胎正变得更普遍。子午线轮胎与载客轮胎的相同之处在于，它们的帘布层相对于胎面中心线呈基本上90度取向。航空器轮胎的尺寸范围较大，然而，H型尺寸范围在历史上一直是斜交轮胎。由于现代趋势，期望子午线航空器轮胎可用于H型尺寸。这在过去一直是不可能的，因为它们在胎侧上具有因承载下的弯曲所导致的更大的挠曲。因此，子午线轮胎在轮胎的胎圈区域中可能具有增加的热量产生和机械疲劳。也可能存在如下问题：在胎圈区域中的胎圈开裂和擦伤，以及在胎圈芯下方的橡胶变形。
因此，期望具有增加的耐久性和抗弯强度的改进的子午线轮胎。
发明内容
本发明的第一方面是一种充气航空器轮胎，该轮胎具有子午线胎体、胎面和胎冠加强件，该加强件包括一个或多个通过帘线加强的带束层或带束条，所述帘线相对于圆周方向定向成关于该轮胎的赤道面成0°和45°之间的角度。该轮胎的B/W范围在60-70%之间，其中B是轮子凸缘（wheelflange）之间的轮胎宽度，并且W是额定压力下的充气轮胎宽度。
本发明的第二方面包括一种充气航空器轮胎，该轮胎具有子午线胎体、胎面和胎冠加强件，该加强件具有一个或多个通过帘线加强的带束层或带束条，所述帘线相对于圆周方向定向成相对于该轮胎的赤道面成0°和45°之间的角度。该轮胎包括范围从约0.6至约0.7(60%-70%)的B/W比率，其中B是轮子凸缘之间的轮胎宽度，并且W是额定压力下的充气轮胎宽度。可选地，该轮胎可进一步包括轮胎胎圈部，该轮胎胎圈部具有范围从约0.6至约2.1的Ra/Fr1关系，其中：Ra是胎圈胎侧在未充气且在新的未使用状态下的轮胎半径，并且Fr1是轮子凸缘最大半径。可选地，该轮胎可进一步包括范围从约0.1至约0.5的SW/TS比率，其中，SW是区域A处的胎圈包布规格尺寸，并且TS是点AH处的整个胎侧橡胶规格尺寸，其中A被定义为胎侧中的下述区域，该区域具有：下子午线端点，其由在已充气、未承载状态下的凸缘和轮胎之间的接触点所限定；以及上子午线端点AH，其由当轮胎在已充气且在200%额定负载状态下时轮胎－轮子凸缘接触点所限定。
定义
“三角胶芯”意指位于胎圈芯径向上方的非增强弹性体。
“高宽比”意指其断面高度与其断面宽度的比值乘以100%，表示为百分比。
“轴向的”和“轴向地”意指平行于轮胎的旋转轴线的线或方向。
“胎圈”意指包括由帘布层帘线包绕或附接到帘布层帘线且成形为带有或不带其它增强元件的环形抗拉构件的轮胎的一部分，所述增强元件诸如用以适配于设计轮辋的胎圈芯包布、加强片、三角胶芯、护趾胶和胎圈包布。
“带束或缓冲层加固结构”意指由平行帘线构成的至少两个帘布层，帘线经过编织或未经编织，位于胎面下方，非锚定于胎圈上，并且具有相对于轮胎赤道面范围从5°至45°的左右帘线角。
“斜交帘布层轮胎”意指具有如下胎体的轮胎：胎体帘布层中的加强帘线以相对于轮胎赤道面约25°至65°角斜对角地穿过轮胎从胎圈芯至胎圈芯延伸。帘线在交替的层内以相反的角度延伸。
“胎体”意指除带束层结构、胎面、底胎面以及帘布层上的胎侧橡胶之外的轮胎结构，但是包括胎圈。
“周向的”意指沿垂直于轴向方向的环形胎面的表面的周边延伸的线或方向。
“胎圈包布”指的是围绕胎圈外侧的狭窄的带形材料，用以保护帘线帘布层免受轮辋干扰，将挠曲分布在轮辋上方，以及用以密封轮胎。
“帘线”意指组成轮胎中的帘布层的加强线束之一。
“赤道面（EP）”意指垂直于轮胎的旋转轴线并且穿过其胎面中心的平面。
“胎圈芯包布”意指绕胎圈芯缠绕的加强织物。
“印迹”意指在零速度下以及标准载荷和压力下轮胎胎面与平坦表面的接地面积或接触区域。
“H型轮胎”表示在60-70%之间的B/W范围，其中B是轮子凸缘之间的宽度，并且W是额定压力下的充气轮胎宽度。
“内衬”意指形成无内胎轮胎的内表面的一层或多层弹性体或其它材料，其含有轮胎内的充气流体。
“净－毛比率”意指在印迹中时与路面接触的轮胎胎面橡胶，除以在印迹中的包括诸如沟槽的非接触部分的胎面面积的比率。
“正常充气压力”表示由适当的标准组织对轮胎工作条件下所规定的特定设计充气压力和负载。
“断面宽度”是当被充气至额定压力且非承载时在轮胎最宽部分处所测量的轮胎胎侧之间的距离。
“Z字形带束加强结构”意指至少两层帘线或平行帘线的带状物，每个带状物中具有1到20条帘线并且以交错模式铺设，在带束层的横向边缘之间以5°和30°之间的角度延伸。
附图说明
将以举例方式并且参照附图描述本发明，其中：
图1是利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中的轮胎的胎圈部分的截面图；
图3是本发明的胎圈热量产生与滚动距离的曲线；以及
图4是图1的轮胎的带束层包的一半的截面图。
具体实施方式
参照图1，示出了子午线轮胎100的截面图。如所示出的轮胎100是用作航空器轮胎的结构。以举例方式，轮胎100是暴露于高内部压力和极重负载的子午线航空器轮胎。本发明不限于航空器轮胎，并且可用于诸如推土机、商用卡车的其它轮胎和越野轮胎。
轮胎100是无内胎类型结构的子午线轮胎。轮胎100具有不透气内衬22，该内衬包含在压力下的流体或空气。内衬22的径向外侧是一层或多层子午线帘布层20。每个帘布层20从通常被称为胎圈芯30的环形抗拉构件延伸。如所示出的，帘布层20可绕胎圈芯30缠绕，轴向地向外和向上翻转形成帘布层反包，或可替代地在胎圈芯30内和下方轴向地翻转。可利用本领域的技术人员所熟知的其它构造将帘布层锚固到胎圈上。
这些胎体帘布层20中的每一个可以包括任何适当的帘线，所述帘线通常是诸如尼龙-6,6帘线的尼龙帘线，基本上垂直于轮胎的赤道面EP延伸（即，沿着轮胎的子午线方向延伸）。优选地，尼龙帘线具有1890旦尼尔/2/2或1890旦尼尔/3结构。胎体帘布层中的一个或多个还可以包括芳族聚酰胺和尼龙帘线结构，例如，混合帘线、高能帘线或组合帘线。在美国专利No.4,893,665、美国专利No.4,155,394或美国专利No.6,799,618中描述了适当的帘线的例子。优选地，帘布层帘线具有大于8%且小于30%并且更优选大于9%且小于28%的断裂延伸率。
轮胎示出为安装在轮辋凸缘上，该凸缘具有从一个胎圈到另一个胎圈延伸的轮辋凸缘宽度并且在图1中以B表示。轮胎的截面宽度在图1中以W表示，并且是轮胎在被充气到正常压力和非负载时的最宽部分的截面宽度。本发明的航空器轮胎优选是具有在约0.63至约0.7范围内并且更优选在约0.65至约0.68的范围内的B/W比率的H型轮胎。此外，优选轮辋凸缘宽度与最大带束宽度的比率B/BW在约084至约1的范围内，并且更优选在约0.86至0.92的范围内，并且最优选在约0.88至约0.9的范围内。
在胎圈芯30的径向上方的是第一橡胶三角胶芯40。第一橡胶三角胶芯在形状上优选为三角形，并且优选延伸不超过点AH，这一点将在下面更详细地解释。胎圈芯包布31缠绕第一三角胶芯和胎圈芯，并且在三角胶芯40的径向内侧具有端部。优选地，在帘布层20径向下方的是胎圈包布11，该胎圈包布从胎圈的径向内侧的位置延伸至胎趾，然后延伸至胎跟，延伸至胎圈的径向外侧的位置，终止于点CH13。优选的是胎圈包布11径向向外延伸，使得端部CH13在AH的径向外侧。A是在负载状态下轮胎与轮子凸缘的接触面积，并且具有：下部点AI，其由在充气但未承载状态下的接触边缘限定；以及上限AH，其由在充气状态下且在200%额定负载下的接触边缘限定。
在帘布层20的轴向外侧的是第二可选的三角胶芯43，该三角胶芯是弹性材料制成的细长带体，与胎圈包布相邻在胎圈的径向外侧延伸。该三角胶芯43置于侧壁9、胎圈包布11和帘布层20之间。
在胎体帘布层20的径向外侧的是带束层包50。织物层53示出为在带束层包50的径向外侧。在织物层53上方是如所示出的胎面18，胎面18具有多个的周向连续的沟槽17。
如图4中所示的带束层包50包括定位成与胎体相邻的第一带束层51。第一带束层51优选由相对于中间圆周平面具有10度或更小并且更优选5度或更小的角度的帘线形成。优选地，第一带束层51由具有两个或多个帘线的浸胶带体形成，该带体通过相对于圆周方向呈螺线形地或呈螺旋形地缠绕帘线而制成。第一带束层51是带束层包50的最窄的带束层结构，并且具有在轮辋宽度（在凸缘之间的宽度）的约13%至约100%范围内的宽度。
如图4中所示，带束层包50进一步包括第二带束层60，该第二带束层位于第一带束层51的径向外侧。第二带束层60优选由相对于中间圆周平面具有5度或更小角度的帘线形成。优选地，第二带束层60由具有两个或多个帘线的浸胶带体形成，该带体通过相对于圆周方向呈螺线形地或呈螺旋形地缠绕帘线而制成。第二带束层具有在轮辋宽度的约101%至约120%的范围内的宽度，并且具有大于第一带束层51的宽度。更优选地，第二带束层60是带束层包50的最宽的带束层。此外，优选的是最窄带束层与最宽带束层的比率BWs/BW在约0.3至约0.6的范围内，并且更优选在约0.4至约0.5的范围内。
带束层包50进一步包括至少一个Z字形带束加强结构70。Z字形带束加强结构70由两层帘线交错编织在一起构成，其中每层帘线在倾斜成在交错的横向带束层边缘之间延伸的同时，大体上在圆周方向上倾斜。带体沿着这样的Z字形路径缠绕多次，同时带体在圆周方向上移动预期的量，从而在相邻带体之间不形成间隙。因此，帘线在圆周方向上延伸，同时在两端处在折返点处改变弯曲方向。当如上所述带体在帘布层的两个侧端之间在每360度圆周内往复至少一次时，Z字形带束层结构的帘线通常以相对于轮胎的赤道面EP5度至30度的帘线角相互交叉。形成在每个Z字形带束层结构中的两层帘线不可分割地嵌入带束层中，并且其中在带束层外侧横向端处不存在任何切口端。
优选Z字形带束层结构70是带束层包50的径向最外侧的带束层结构。此外，优选只存在一个Z字形带束层结构。Z字形带束层结构70优选比第一带束层结构51宽，并且更优选比第一带束层结构51宽，但具有比第二带束层结构60小的宽度。Z字形带束层宽度BWz与第二带束层结构宽度BW的比率优选如下：
(1)0.6<BWz/BW＜1.0
上述螺旋形或Z字形带束层中的任一种的帘线可以是尼龙、尼龙6,6、芳族聚酰胺或其组合，包括本领域的技术人员所熟知的组合结构、混合结构、高能结构。适合于带束层帘线、胎体帘线（或两者）的帘线结构的一个例子可以包括芳族聚酰胺和尼龙的复合物，该复合物含有：两条聚酰胺（芳族聚酰胺）的帘线，其具有3300分特6.7捻度的结构；以及一条尼龙或尼龙6/6帘线，其具有1880分特4.5捻度的结构。总体组合线缆捻度是6.7。优选地，带束帘线具有大于约8%且小于约26%的断裂延伸率以及大于约400N的断裂强度。更优选地，带束帘线具有在约9%至约25%的范围内的断裂延伸率。此外，优选帘布层帘线具有比带束帘线断裂延伸率更大的断裂延伸率。诸如断裂延伸率、线密度和抗拉强度的帘线特性根据在浸渍之后但在轮胎硫化之前所提取的帘线样品确定。
如所述的轮胎结构100是本发明的能够利用胎圈芯30的一种类型的轮胎结构的一个例子。虽然如所示出的轮胎100是航空器轮胎结构，但是本发明也可用于诸如卡车轮胎、越野轮胎或高度承载的重型轮胎的其它轮胎。参照图2，示出了本发明的胎圈芯30。如所示出的中央芯36示出为缠绕360°的单钢丝或杆35。优选地，对钢丝35的端部进行焊接以形成一个连续的环或中央芯36。中央芯36由铝合金，或者由诸如镁、钛的其它轻质金属合金，或具有比钢轻的任何金属合金制成。
铝是理想的合金，因为当与钢结合使用时，它提供优良的耐蚀性，并且它在焊接接头处具有非常高的强度。能够对铝经进行回火，进一步增加中央芯36的抗拉强度。6061铝合金的抗拉强度可在针对6061T0的125MPa至针对6061T6的310MPa范围内变化。在6061T4范围内的铝合金在维持优良的展延性的同时具有超高强度比率。
如进一步所示，中央芯36由两个或多个护套层35优选至少两个护套层35形成的护套缠绕。护套层的钢丝35是绕中央芯33呈螺线形地或呈螺旋形地缠绕的钢材。本发明并不限于所示的胎圈芯，并且可以利用其它胎圈设计。
本发明的胎圈区域设计通过降低轮胎车轮接触压力和减少热量的产生来减轻胎圈开裂和变形的问题。如图2中最佳所示，轮胎在胎圈包布11接触轮辋凸缘的区域中具有轮辋凸缘接触半径Ra域。Ra在未使用过的或新的轮胎上且在安装到轮辋之前测量。半径Ra的中心点位于轮胎的外侧，导致在轮胎的轮辋接触部分上的凹曲度。如果选定供使用的凸缘具有最大半径Fr1的椭圆形状，则Ra的值应在从0.6至2.1倍的Fr1并且更优选从约1.3至约2.1倍的Fr1的范围内。这导致因胎圈抵靠凸缘摩擦所引起的热量产生减少。
本发明的胎圈被设计成具有小于约24%并且更优选小于约18%的胎圈压缩比。胎圈压缩比能够通过t1/T定义，其中：t1是当在胎圈芯的中心垂直于轮胎胎圈座表面14的状态下测量时，轮辋和轮胎之间的胎圈包布橡胶的过盈规格尺寸。t1能够通过从轮辋凸缘半径减去胎圈座半径而计算。当沿着胎圈芯中心线在径向方向上测量时，T是在胎圈芯下方的总的材料规格尺寸，即，从胎圈芯30的径向最内边缘15到胎圈区域14的径向最内边缘。
因此，
；更优选地，
为了改进胎圈持久性，另一重要的参数将由下列关系定义：
其中：W是点AH处胎侧的规格厚度；A是轮胎与轮子凸缘的接触面积，并且具有：下部点A1，其由在已充气但未承载状态下的接触边缘限定；以及上限AH，其由在充气状态下且在200%额定负载下的接触边缘限定；SW是区域A处的胎圈包布规格尺寸，TS是当在点AH处测量时，在帘布层的轴向外侧的胎侧和诸如三角胶芯的其它橡胶部件的总橡胶规格尺寸。
下面的表I列出了示例轮胎1-6的表列值和结果。所有轮胎具有下列尺寸：H37.5x12.0R1920PR，安装在车轮尺寸：H37.5x12.0R19，具有椭圆形凸缘形状，并且轮子凸缘之间的宽度是7.75”。参数Ra、Fr1、T、t1、TS、Sw被确定。表I中的所有轮胎承受滑行距离指数，该指数在动态轮胎试验机上在如下条件对每个轮胎进行测量：在25600磅(lbs)的额定负载下，在212磅/平方英寸(psi)的额定压力下，在41000磅试验负载下，在40英里/小时（mph）的试验速度下。轮胎在上述试验状态下连续地行走直至轮胎爆裂为止。
表I的每个轮胎结构均经受了FAATSO试验。在试验之后，通过目视检查以及在测量胎圈区域中的开裂的宽度、深度和长度来为每个轮胎确定磨损指数。在胎圈座处胎圈芯下方的胎圈变形也通过测量变形的深度规格来测量。对于所有3个指数，数值越高，性能越好。因此，对于所有3个指数，最佳性能轮胎是本发明的例子5和例子6。
表I
图3示出针对实例1轮胎、实例2轮胎和实例6轮胎的胎圈温度对比距离（指数）的实际试验数据。当期望低胎圈温度时，实例6轮胎是较佳的表现者。
以上所公开的实施例中任一个的充气轮胎，其中轮胎具有至少一个带束帘布层，该层的帘线具有小于约30%并且更优选小于26%的断裂延伸率以及大于约400N的断裂强度。
以上所公开的实施例中任一个的充气轮胎，其中胎体帘布层中的一个或多个包括由尼龙制成的帘线。
以上所公开的实施例中任一个的充气轮胎，其中胎体帘布层帘线具有比带束层帘线更大的断裂延伸率。
以上所公开的实施例中任一个的充气轮胎，其中胎圈包布由在约5mpa至约15mpa范围内具有300%模量（M300）的橡胶制成。
根据此处所提供的对本发明的描述，本发明中的变型是可能的。虽然出于示出本主题发明的目的，已经示出了某些典型实施例和细节，但是对于本领域的技术人员来说，显而易见的是，在不脱离本发明的范围的情况下，能够在其中作出各种改变和修改。因此，应理解，可在所描述的具体实施例中作出改变，这将如下面所附的权利要求所定义的本发明的全部想要的范围内。

Claims (8)

1.一种充气航空器轮胎，具有子午线胎体、胎面、胎冠加强件，其特征在于包括一个或多个通过帘线加强的带束层或带束条，所述帘线相对于圆周方向定向成相对于所述轮胎的赤道面成0°和45°之间的角度，并且所述轮胎的B/W比率的范围在0.6至0.7之间，B是轮子凸缘之间的宽度，并且W是额定压力下的断面宽度，并且B/BW比率的范围从0.84到1，其中BW是最大带束宽度，
其中SW/TS的范围从0.1至0.5，SW是区域A处的胎圈包布规格尺寸，TS是点AH处的整个胎侧橡胶规格尺寸，其中A被定义为胎侧中的区域，所述区域具有：下子午线端点，其由在已充气、未承载状态下的所述凸缘和所述轮胎之间的接触点所限定；以及上子午线端点AH，其由当所述轮胎在已充气且在200%额定负载状态下时轮胎轮子凸缘接触点所限定。
2.根据权利要求1所述的充气航空器轮胎，其特征在于，所述轮胎安装在轮子上，所述轮子具有凸缘，所述凸缘在与所述轮胎的胎跟部分配合的区域内具有椭圆形状。
3.根据权利要求1所述的充气航空器轮胎，轮胎胎圈部具有范围从0.6至2.1的Ra/Fr1关系，其特征在于：Ra是在未充气且在新的或未使用状态下的轮胎胎圈部半径，并且所述半径Ra的中心点位于所述轮胎的外侧，并且Fr1是所述轮子凸缘的最大椭圆半径。
4.一种充气航空器轮胎，具有子午线胎体、胎面、胎冠加强件，其特征在于包括一个或多个通过帘线加强的带束层或带束条，所述帘线相对于圆周方向定向成相对于所述轮胎的赤道面成0°和45°之间的角度，
并且所述轮胎的B/W比率的范围在0.6至0.7之间，其中B是轮子凸缘之间的宽度，并且W是额定压力下的断面宽度，
轮胎胎圈部具有范围从0.6至2.1的Ra/Fr1关系，其中：Ra是在未充气且在新的和未使用状态下的轮胎胎圈部半径，并且所述半径Ra的中心点位于轮胎的外侧，并且Fr1是轮子凸缘的最大椭圆半径；
并且SW/TS比率的范围从0.1至0.5，其中，SW是区域A处的胎圈包布规格尺寸，并且TS是点AH处的整个胎侧橡胶规格尺寸，其中A被定义为胎侧中的区域，所述区域具有：下子午线端点，其由在已充气、未承载状态下的所述凸缘和所述轮胎之间的接触点所限定；以及上子午线端点AH，其由当轮胎在已充气且在200%额定负载状态下时轮胎轮子凸缘接触点所限定，
其中轮子凸缘之间的宽度B与最宽的带束层宽度BW的比率B/BW在0.84至1.0的范围内。
5.根据权利要求4所述的充气航空器轮胎，其特征在于，轮子凸缘之间的宽度B与额定压力下的已充气的轮胎宽度W的比从B/W=0.67至0.7的范围变化。
6.根据权利要求4所述的充气航空器轮胎，其特征在于，处于新的或未使用状态下在轮子上的在胎圈芯下方的材料的胎圈压缩比t1/T小于24%，其中t1是当在胎圈芯的中心垂直于轮胎胎圈座表面的状态下测量时，轮辋和轮胎之间的胎圈包布橡胶的过盈规格尺寸，并且T是所述胎圈芯径向内侧或下方的总体材料规格尺寸。
7.根据权利要求6所述的充气航空器轮胎，其特征在于，所述胎圈压缩比t1/T小于18%。
8.根据权利要求4所述的充气航空器轮胎，其特征在于，所述胎圈包布结束部在点AH的径向外侧，其中点AH由轮胎在已充气状态下且在200%额定负载下的轮胎－轮子凸缘接触点所限定。
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