CN103328230B - 具有用于改进热磨损的特征的胎面花纹块 - Google Patents

Abstract

提供具有改进热磨损性能的特征的轮胎胎面。胎面花纹块设置有孔。孔以减小胎面花纹块中的应力和/或应变以便减少热磨损的方式定位和形成尺寸。提供孔的深度和形状的某些变型。这种胎面特征能够提供这样的轮胎：对于给定载荷而言，该轮胎能够以较高速度操作。

Description

具有用于改进热磨损的特征的胎面花纹块

技术领域

本发明涉及具有改进热磨损性能的特征的轮胎胎面。

背景技术

具有大型特征（例如其间具有大型凹槽的大型花纹块雕刻）的轮胎胎面经常用于将越野行驶的重型车辆，例如军用车辆。购买者和使用者认为大型花纹块与韧性、耐久性、和/或在软土和泥中改进的牵引相关。通过举例的方式，尺寸为90mm×80mm及以上的胎面花纹块已用于某些军事应用。

由于购买者和使用者通过例如改变车辆设计而使被置于这种轮胎上的重量增加，因此这种轮胎所经受的应力和应变也增加。这种应力和应变在轮胎材料中产生的热能够对轮胎，特别是胎面的寿命有害。更具体地，因为材料变热，其还能够经历热磨损，原因在于材料根据例如应力和应变的大小以及由于操作轮胎造成的应力和应变持续时间周期而开始降级。

热磨损问题随着速度增大而增加。当速度增大时，轮胎通过接触贴片的旋转周期的频率增大。该增大的频率接着造成重复应力和应变，所述重复应力和应变使温度和热磨损增加。

一种减少热磨损的解决方案是基于轮胎的载荷提供对使用轮胎的速度限制。例如，轮胎可能对于轮胎上5600千克的载荷具有90kph的限制。可能基于轮胎的载荷、轮胎的设计、以及影响热磨损的其它因素应用不同的限制。然而，对于一些应用而言，速度限制可能是不实际的。车辆的应用可能需要在较高速度下操作。此外，驾驶员可能不愿意根据需要限制其速度。

已尝试的其它的解决方案包括减小胎面花纹块的尺寸、使用较低滞后性能材料（lowerhysteresismaterial）、使用较薄的结构、以及其它等。然而，这些解决方案对于一些应用而言可能是不可用的。例如，由于所感知的较浅的胎面深度对例如越野牵引的影响，减小胎面深度对于一些购买者而言可能是不可接受的。滞后较低的材料可能使成本增大或者是以其它的期望性能为代价换取的。

因此，具有提供热磨损改进的特征的轮胎将是有用的。更具体地，具有提供胎面内减小的应变和/或应力以便减少热磨损的胎面特征的轮胎将是非常有益的。能够易于在现有的轮胎设计和胎面构造中实施的这种胎面特征也将是有用的。

发明内容

本发明的各个方面以及优点将会在下文的描述中部分地阐述，或者是通过描述可以显而易见的，或者是可以通过实施本发明而学到。

在一个示例性实施例中，本发明提供一种轮胎，该轮胎包括用于在轮胎操作期间与地面相接触的胎面部分。至少一个胎面花纹块定位在胎面部分中。胎面花纹块限定了地面接触表面、具有质心、和沿径向方向的高度H。孔由胎面花纹块和沿胎面花纹块的地面接触表面的开口限定。该孔与胎面花纹块的质心径向对准。沿径向方向的胎面花纹块内的孔的非零深度D小于胎面花纹块的高度H的0.25。

各种形状能够用于孔。例如，孔的形状能够是圆形的、能够包括与胎面花纹块的形状类似的形状、并且也能够包括其它形状。通过其它例子的方式，孔的形状能够是圆形的并且限定了与胎面花纹块的质心相交的中心线。备选地，孔的形状能够是圆形的并且限定了相对于胎面花纹块的质心偏置的中心线。

孔具有S₁的突出表面面积。胎面花纹块具有S₂的未开孔的地面接触表面。S₁与S₂的比值能够处于大约5%到25%的范围内。在某些实施例中，S₁处于大约252mm²到大约1300mm²的范围内。

该轮胎还能够包括胎面花纹块，胎面花纹块具有定位在孔内的突出部。突出部限定了定位在孔内的凹槽，孔包绕突出部。突出部限定了顶部表面，顶部表面能够是4mm或更小的沿径向方向的非零深度。

在另一个备选方式中，轮胎能够包括胎面花纹块，胎面花纹块具有限定了孔的壁。壁能够相对于径向方向倾斜。例如，壁能够被设置成相对于径向方向处于小于80度的非零角度。

参照下文的描述以及所附权利要求，本发明的这些和其它的特征、方面以及优点将变得更好理解。结合到本说明书中并且构成本说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例并且与描述一起用于解释本发明的原理。

附图说明

参照附图，说明书中阐述了面向本领域普通技术人员的本发明的完整公开，这种公开使得本领域普通技术人员能够实现本发明，包括本发明的最佳模式，在附图中：

图1提供了根据本发明的示例性实施例的轮胎胎面的一部分的透视图。

图2提供了沿如图1中所示的线3-3截取的本发明的胎面花纹块的示例性实施例的横截面图。

图3-5均提供了本发明的胎面花纹块的进一步其它的示例性实施例的横截面图。

图6是图1的胎面花纹块的地面接触表面的透视图并且提供了如下文更全面地描述的图1的示例性实施例的表面面积S1和S2的识别。

具体实施方式

本发明提供了轮胎胎面，该轮胎胎面具有改进的热磨损性能的特征。更具体地，提供了限定孔的胎面花纹块。孔以减小胎面花纹块中的应力和/或应变以便减少热磨损的方式定位和形成尺寸。如下文所详细描述地提供了孔的深度和形状的某些变型。该胎面特征能够提供这样的轮胎：对于给定的载荷，该轮胎能够以较高速度操作。

为了描述本发明的目的，现在将详细地参照本发明的实施例和/或方法，其中的一个或多个例子示于附图中或者通过附图示出。每个例子都以对本发明进行解释的方式提供，并不对本发明构成限制。实际上，对于本领域技术人员而言显而易见的是，在不偏离本发明的范围和精神的情况下，能够在本发明中进行各种改型和变型。例如，作为一个实施例的一部分示出和描述的特征或步骤能够与另一个实施例或步骤一起使用，以产生进一步的实施例或方法。因此，当落入所附权利要求及其等同形式的范围内时，期望本发明覆盖这种改型和变型。

现在参照图1，提供了根据本发明的示例性实施例的轮胎胎面10的一部分的透视图。胎面部分10包括沿周向方向C和轴向方向A定位的多个胎面花纹块12。胎面部分10在轮胎的侧壁和/或肩部（未示出）之间沿轴向方向延伸。

胎面花纹块12在图1中示为特定形状和特定图案的部分。然而，本发明不限于用于胎面花纹块12的特定形状或者用于胎面部分10的特定图案。还可以使用用于以不同胎面图案布置的花纹块12的其它形状。此外，与沿轴向方向A的胎面部分10的总体宽度相比，花纹块12是相对较大的。如将通过下文的权利要求理解的，尽管本发明可以通过这种大型花纹块提供更大的影响，但是本发明的范围包括各种尺寸的花纹块。

如图1和2中所示，胎面花纹块12通过壁15和底部表面17限定了孔14。孔14包括中心线C/L，C/L与胎面花纹块12的质心13相交。如本文中所使用的，胎面花纹块的质心指的是胎面花纹块12的质量中心。对于由相对均质的材料（例如均匀的橡胶成分）构造的胎面花纹块而言，能够通过几何形状来确定质心的位置而不考虑密度变化。

如图2中所示，孔14还具有深度D，深度D是孔14凹入地面接触表面19下方的量。同样如图所示，孔14不包括胎面花纹块12的质心13。更具体地，质心13定位在孔14外侧。然而，假设深度D保持在小于高度H的0.25的非零值时，孔14的相对于质心13的深度D可以发生变化。因此，对于高度H例如为大约25mm的图示的示例性实施例而言，深度D优选地为小于5mm的非零值。甚至更优选地，对于具有例如大约25mm的高度的胎面花纹块而言，深度D处于大约1mm到小于5mm的范围内。可以使用沿轴向方向A的多个宽度。例如，可以使用处于5mm到30mm的范围内的宽度以及其它尺寸。

现在参照图6，S₁是孔14的突出表面面积。备选地描述，S₁是被孔14去除的地面接触表面19的表面面积。S₂是胎面花纹块12的地面接触表面的未开孔的表面面积。更具体地，S₂是如果不存在孔14的话胎面花纹块12将具有的地面接触表面面积的量。因此，S₂包括地面接触表面19的表面面积以及孔14的突出的表面面积S₁。

然而，假设表面面积S₁相对于表面面积S₂的比值处于大约5%到大约25%的范围内的话，S₁和S₂的表面面积的相对量可以发生变化。例如，对于朝向如图1中所示的胎面的中心定位并且具有5200mm²的表面面积S₂的胎面花纹块12而言，能够使用具有处于大约260mm²到大约1300mm²的突出表面面积S₁的孔14。对于定位在肩部附近或具有5037mm²的表面面积S₂的胎面部分10外侧的胎面花纹块而言，能够使用处于大约252mm²到大约1259mm²的范围内的突出表面面积S₁。

尽管示为孔14的中心线C/L与质心13相交，但是应当理解，假设孔14的位置保持与胎面花纹块12的质心13径向对准，那么也可以使用其它构造。如本文中所使用的，“径向对准”的意思是孔14的一些部分与通过质心13的半径（即与径向方向R平行的直线）相交。对于图2而言，孔14的中心线与这种半径相符合。然而，可以使用其它构造，使得中心线C/L相对于通过质心13的半径偏置。

图3提供了如可以与本发明一起使用的具有孔24的胎面花纹块22的另一个示例性实施例。孔24由胎面花纹块22所提供的壁25限定。在孔24内，突出部28沿径向方向R延伸。孔24的突出部28和壁25限定了凹槽26，凹槽26包绕突出部28。如图3中所示，D₂表示孔24（其中包括凹槽26）的深度。对于该示例性实施例而言，深度D₂优选地为小于高度H的0.25的非零值。例如，如果胎面花纹块22的高度H为大约25mm，那么优选地，深度D₂为小于5mm的非零值。像前述实施例一样，突出表面面积S₁相对于表面面积S₂处于大约5%到大约25%的范围内。

突出部28限定了定位在孔24内的顶部表面27。D₁表示顶部表面27凹入与地面相接触的部分29下方的沿半径方向R的距离。优选地，D₁是处于小于5mm的范围内的非零值。甚至更优选地，D1是处于大约4mm或更小的范围内的非零值。像图1和2的实施例一样，孔24的中心线C/L能够与胎面花纹块22的质心23相交或者假设孔24保持与这种质心23径向对准的话能够相对于胎面花纹块22的质心23偏置。

尽管图1至3示出了圆形的孔，但是假设如上文所描述地遵守孔的深度和突出表面面积限制的话，则可以很好地使用其它的形状和构造。例如，可以应用非圆形形状。在本发明的一个示例性实施例中，孔包括与胎面花纹块的形状基本类似的形状。更具体地，这种孔的壁与胎面花纹块的形状相符合但是偏置，以提供与地面相接触的部分。

假设保持上文所描述的深度和突出表面面积突出部，则也可以应用用于孔的壁（多个壁）的不同形状。例如，本发明的胎面花纹块32的另一个示例性实施例示于图4中。胎面花纹块32包括由壁35限定的孔34。如图所示，壁35相对于径向方向R成角度γ。通过该方式，壁35提供孔34的顶部表面39与底部表面37之间的更平滑的过渡，这对于某些应用而言可能是优选的。通过举例的方式，角度γ可以处于0到80度的范围内。

图5示出了本发明的胎面花纹块42的另一个示例性实施例。胎面花纹块42包括孔44，孔44具有由其中心与中心线C/L相符的半径弧产生的平滑表面45。孔44具有处于上文所描述的范围内的深度D。也可以使用不同形状的弧。像上述实施例一样，孔44的中心线C/L可以与花纹块42的质心相交或者假设孔44保持与质心径向对准的话可以偏置。共混物也可以设置在弧与胎面42的顶部表面49的相交部之间。上文所描述的深度和表面面积限制也适用于图4和5的示例性实施例中的孔。

表I介绍了使用与图1类似的胎面图案进行的某些实验，其中高度H为大约21mm并且尺寸为90mm×80mm的胎面花纹块设置有在深度1mm、5mm、和15mm处直径为25mm的孔。表I示出了使用这些孔所获得的轮胎的速度限制的增益（gain）。以未期望的方式，1mm深的孔和5mm深的孔在轮胎的速度限制增大方面提供基本类似的结果，而15mm的深度提供有效性较小的结果。

表1

孔深度	孔直径	速度限制增益
			15mm	25mm	5.5kph
5mm	25mm	8.3kph
			Imm	25mm	7kph

kph=千克每小时

不限于特定的操作理论，认为孔降低了在操作期间拉伸和压缩的材料的量并且由此有助于减少热产生。这接着允许速度限制增益。本发明的孔的有效性可以在胎面花纹块尺寸的增大时更加明显。然而，以未期望的方式，效果也可以具有边界或者可以不具有如表I中的结果所示的与孔深度的线性关系。

尽管已经相对于具体的示例性实施例及其方法详细地描述了本主题，但是应当领会，当获得对上文的理解时，本领域技术人员可以易于产生这种实施例的改变、变型、和等同形式。因此，如对于本领域普通技术人员而言将易于显而易见的，本公开的范围是通过举例而不是限制的方式，并且主题公开不排除包括对本主题的这种改型、变型和/或增加。

Claims (14)

1.一种轮胎，所述轮胎包括：

胎面部分，所述胎面部分用于在所述轮胎操作期间与地面相接触；

至少一个胎面花纹块，所述至少一个胎面花纹块定位在所述胎面部分中，所述胎面花纹块限定了地面接触表面并且具有质心，所述胎面花纹块具有沿径向方向的高度H；以及

孔，所述孔由所述胎面花纹块和沿所述胎面花纹块的地面接触表面的开口限定，所述孔与所述胎面花纹块的所述质心径向对准，其中沿径向方向的所述胎面花纹块内的所述孔的非零深度D小于所述胎面花纹块的高度H的0.25，

其中所述孔具有S₁的突出表面面积并且所述胎面花纹块具有S₂的不开孔的地面接触表面面积，并且其中S₁与S₂的比值处于5％到25％的范围内。

2.根据权利要求1所述的轮胎，其中所述孔的形状是圆形的并且所述孔限定了中心线，所述中心线与所述胎面花纹块的所述质心相交。

3.根据权利要求1所述的轮胎，其中所述孔的形状是圆形的并且所述孔限定了中心线，所述中心线相对于所述胎面花纹块的所述质心偏置。

4.根据权利要求1所述的轮胎，其中S₁处于252mm²到1300mm²的范围内。

5.根据权利要求1所述的轮胎，其中所述孔的形状与所述胎面花纹块的形状基本类似。

6.根据权利要求1所述的轮胎，其中沿径向方向的所述胎面花纹块内的所述孔的深度处于1mm到5mm的范围内。

7.根据权利要求1所述的轮胎，所述轮胎还包括定位在所述孔内的突出部并且限定了定位在所述孔内和包绕所述突出部的凹槽。

8.根据权利要求7所述的轮胎，其中所述突出部限定了顶部表面，所述顶部表面处于4mm或更小的沿径向方向的非零深度处。

9.根据权利要求7所述的轮胎，其中所述孔的形状是圆形并且所述孔限定了中心线，所述中心线与所述胎面花纹块的所述质心相交。

10.根据权利要求7所述的轮胎，其中所述孔的形状是圆形的并且所述孔限定了中心线，所述中心线相对于所述胎面花纹块的所述质心偏置。

11.根据权利要求7所述的轮胎，其中所述孔的形状与所述胎面花纹块的形状基本类似。

12.根据权利要求1所述的轮胎，其中所述胎面花纹块包括壁，所述壁限定了所述孔，并且其中所述壁相对于径向方向倾斜。

13.根据权利要求1所述的轮胎，其中所述胎面花纹块包括壁，所述壁限定了所述孔，并且其中所述壁是相对于径向方向的小于80度的非零角度。

14.根据权利要求1所述的轮胎，其中所述胎面花纹块包括壁，所述壁限定了所述孔，并且其中所述壁围绕整个孔设置有曲率。