CN103998260A - 重型充气轮胎 - Google Patents

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Abstract

一种轮胎(1)包括：胎面(2)；一对胎侧壁(3)，其从胎面端部沿径向略向内延伸；一对胎圈(4)，其沿径向位于胎侧壁(3)的略内侧；和搭接部(5)，其从胎侧壁(3)延伸至胎圈(4)，其中凹曲面(21)沿圆周方向在搭接部(5)的外表面上延伸，以及在轮辋凸缘(30)的外侧端上沿径向形成的凸曲面(22)和凹曲面(21)是可接合；凹曲面(21)的曲率半径R1和轮辋凸缘的凸曲面(22)的曲率半径R的比例R1/R满足下式：1.7≤R1/R≤2.5；凹曲面(21)的曲率半径R1和凸曲面(22)的曲率半径R均为沿包含轮胎中心轴的平面取得的横截面上的圆弧的曲率半径。

Description

重型充气轮胎
技术领域
本发明涉及一种重型充气轮胎。具体而言，本发明涉及一种待安装在卡车、公共汽车等等的重型充气轮胎。
背景技术
就应用于卡车和公共汽车的高负载的轮胎而言，过去往往关注胎圈部分的刚度。这是因为在负载的情况下，胎圈部分的变形(deformation)会增加。也就是说，在负载情况下，胎圈部分沿轴向向外方向变形和弯曲(deflected)。胎体帘布层的卷起部的一端沿径向方向设置成接近于胎圈三角胶的中部。根据市场调查表明，轮胎侧壁部的很多损坏都基本发生在接近卷起部的末端处。
另一方面，市场高度需求重量减轻的用于卡车和公共汽车的轮胎。作为减轻重型充气轮胎重量的一种方法，可以选择降低胎圈三角胶的厚度。胎圈三角胶厚度的降低导致胎圈部分的刚度降低。在负载情况下，胎圈部的弯曲度沿轮胎向外的方向增加。也就是说，胎圈部的变形增加。因此，胎体帘布层的卷起部末端的移动增加，由此更易于发生损坏。这已经通过使用有限元法和CT扫描的定量测定进行确认。因此，强烈需求一种即使胎圈三角胶的厚度由于例如降低轮胎重量而降低，胎圈部的耐久性仍然不会降低的轮胎结构。
本发明提供了一种解决上述问题的技术。该技术与例如日本专利No.3643191中所述的一种应用于卡车和公共汽车的子午线轮胎相关。在该轮胎中，胎圈部的侧壁表面橡胶部分包括弯曲凹部，其与位于轮辋凸缘部边缘(在下文中称为轮辋凸缘)的弯曲凸部相接合。当内部压力和负载施加于轮胎时，轮辋凸缘的弯曲凸部与胎圈部的弯曲凹部相接合并相配。结果，胎圈部的弯曲凹部和轮辋凸缘的弯曲凸部之间的接触压力可能趋于一致。进一步地，侧壁表面橡胶部分的蠕变量(creep change amount)可能降低。
在上述技术中，胎圈部的弯曲凹部的曲率半径设置为使其值接近轮辋凸缘的弯曲凸部的曲率半径值，这使得轮辋凸缘的弯曲凸部与胎圈部的弯曲凹部更好地相配。结果，当轮胎处于负载情况下并且胎圈部向外弯曲时，形变(distortion)易于集中于位于胎圈中的与轮辋凸缘的凸部相匹配的部分的上方的部分(接近胎体帘布层卷起部末端的位置)。
引用文献列表
专利文献
专利文献1：日本专利No.3643191
发明内容
发明要解决的问题
本发明是鉴于以上情况完成的，本发明的一个目的是提供一种重型充气轮胎，其能够在为了降低轮胎重量而降低胎圈三角胶重量的同时，抑制胎圈部耐久性的降低。
用于解决问题的方案
根据本发明的一种重型充气轮胎，其包括：
具有外表面的胎面，所述外表面形成胎面表面；
一对胎侧壁，其分别从胎面端部沿径向略向内延伸；
一对胎圈，其沿径向分别位于胎侧壁的略内侧；和
搭接部，其从胎侧壁延伸至胎圈，其中
凹曲面沿圆周方向在搭接部的外表面上延伸，以及在轮辋凸缘的外侧端上沿径向形成的凸曲面和所述凹曲面是可接合的，
凹曲面的曲率半径R1与轮辋凸缘的凸曲面的曲率半径R的比例R1/R满足下式：
1.7≤R1/R≤2.5，并且
凹曲面的曲率半径R1和凸曲面的曲率半径R均是沿包括轮胎中心轴的平面取得的横截面上的圆弧的曲率半径。
优选地，凹曲面横截面上的圆弧的长度L1相对于凸曲面的曲率半径R之间的比例L1/R满足下式：
0.7≤L1/R≤1.5。
优选地，进一步提供一种胎体帘布层，其沿胎面和胎侧壁、在两个胎圈之上和两个胎圈之间延伸。
每个胎圈包括胎圈芯和沿径向位于胎圈芯外侧的胎圈三角胶，
所述胎体帘布层包括主体部和卷起部，所述卷起部由胎体帘布层围绕胎圈芯从内侧向外侧卷起而形成，并且
当N1表示沿径向从胎圈基线到胎体帘布层各卷起部末端的距离时，沿径向的距离N1与凸曲面的曲率半径R的比例N1/R满足下式：
2.1≤N1/R≤3.5，
其中所述胎圈基线穿过胎圈芯的下端、并且和轮胎中心轴平行。
发明的有利效果
根据本发明的重型充气轮胎可在为了降低轮胎重量而降低胎圈三角胶重量的同时，抑制胎圈部的耐久性的降低。
附图说明
图1是根据本发明的一个具体实施方式的重型充气轮胎的沿包括轮胎中心轴的平面取得的横截面视图。
图2是主要说明图1所示轮胎的胎圈部的放大的横截面视图。
具体实施方式
下面将基于优选的实施方式结合适当的附图具体介绍本发明。
图1图示了一种重型充气轮胎1。所述轮胎1包括胎面2、胎侧壁3、胎圈4、搭接部5、胎体6、带束层7、加强层8、橡胶涂层9、内衬层10和胎圈包布11。轮胎1为无内胎式。轮胎1可以安装到卡车、公共汽车等。从胎侧壁3下面的部分至胎圈4外侧的胎圈包布11形成搭接部5。
在图1中，上下方向代表径向方向，左右方向代表轴向方向，垂直于纸面的方向为圆周方向。如图1所示，轮胎1的形状相对于点划线CL基本两侧对称。点划线CL代表轮胎1的赤道面。在图1中，引用字符PT代表胎面2的边缘。边缘PT代表胎面2和各胎侧壁3之间的界限。胎面2由耐磨性优异的交联橡胶形成。胎面2具有沿径向向外突出的形状。胎面2的外圆周表面形成了胎面表面12，所述胎面表面12和路面相接触。胎面表面12具有在其内形成的沟槽13。由沟槽13形成胎面花纹。
每个胎侧壁3均是由胎面2的边缘沿径向略向内延伸。胎侧壁3由交联橡胶形成。胎侧壁3可以防止胎体6损伤。
胎圈4沿径向设置在胎侧壁3的内侧。每个胎圈4包括胎圈芯14和从胎圈芯14沿径向向外延伸的胎圈三角胶15。胎圈芯14为环状，并包括不可延伸的缠绕的帘线(典型地，钢帘线)。胎圈三角胶15沿径向向外逐渐变细。胎圈三角胶15由高硬度的交联橡胶形成。
搭接部5沿径向设置在胎侧壁3的略内侧。搭接部5沿轴向设置在胎圈4和胎体6的外侧。如图2所示，每个搭接部5都和轮辋凸缘30相接合并被轮辋凸缘30挤压。
胎体6包括胎体帘布层16。胎体帘布层16沿胎面2和胎侧壁3经两侧在胎面4之上和之间延伸。胎体帘布层16围绕每一胎圈芯14沿轴向从内侧向外侧卷起。通过将胎体帘布层16卷起，胎体帘布层16包括主体部17和卷起部18。卷起部18在胎圈包布11和胎圈三角胶15之间层叠。每个卷起部18的末端18a沿径向设置于接近胎圈三角胶15的中部。
在本实施方式中，为了降低轮胎1的重量，和相同大小的传统轮胎相比，胎圈三角胶15的厚度降低了。具体而言，在本实施方式的轮胎1中，位于每个卷起部18的末端18a位置处的胎圈三角胶15的厚度T1(图2)为大约8mm，但其在传统型轮胎中是大约11mm。换句话说，厚度T1代表了在卷起部18的末端18a的位置处的胎体帘布层16所夹持部分的距离。
带束层7沿径向在胎体6的外侧层叠。带束层7加强胎体6。在轮胎1中，带束层7包括第一层7a，第二层7b和第三层7c。第一层7a、第二层7b和第三层7c均包括许多彼此之间平行的帘线，和图中未显示的贴胶橡胶。每个帘线都是由钢构成的。有机纤维可用于帘线。帘线相对于赤道面是倾斜的。
加强层8围绕胎圈芯14缠绕。加强层8在胎体帘布层16上层叠。每个加强层8都包括许多彼此之间平行的帘线和贴胶橡胶。每个帘线都是由钢构成的。加强层8也可称为钢填料。加强层8有益于轮胎1的耐久性。
橡胶涂层9沿轴向设置在胎圈三角胶15的外侧。橡胶涂层9在胎体帘布层16的卷起部18的上面层叠。每个卷起部18的末端18a都覆盖着橡胶涂层9。集中在末端18a上的应力通过每个橡胶涂层9被降低。每个加强层8的一端也都覆盖着橡胶涂层9。集中在一端上的应力通过各个橡胶涂层9被降低。
胎圈包布11设置成接近胎圈4。胎圈包布11沿径向从胎侧壁3向内延伸。当轮胎1安装到轮辋上时，每个胎圈包布11和轮辋凸缘30相接触(图2)。通过该接触，接近胎圈4的区域得到保护。胎圈包布11典型地是由织物和浸渍到织物中的橡胶构成的。也可以使用仅由橡胶构成的胎圈包布11。
内衬层10连接到胎体6的内侧圆周表面。内衬层10沿径向从胎圈包布11向外延伸。内衬层10经左右两侧在胎圈包布11上或之间延伸。内衬层10由交联橡胶构成。气密性优异的橡胶用于内衬层10。内衬层10的功能在于维持轮胎1的内部压力。
如图1和图2所示，在每个搭接部5的外表面上，也就是说在每个胎圈包布11的外表面上，形成沿轮胎圆周方向上延伸的凹曲面21。在轮胎1的各个侧面部分的整个圆周上形成凹曲面21。组合的轮辋中的各个凸缘30的边缘部分能够和凹曲面21相接合。如图2所示，沿包括轮胎1中心轴的平面取得的凹曲面21的横截面代表曲率半径为R1的圆弧23。在每个轮辋凸缘30的边缘部分，形成和凹曲面21可接合的凸曲面22。在每个轮辋凸缘30的边缘部分的整个圆周上形成凸曲面22。如图2所示，沿包括轮胎1中心轴的平面取得的凸曲面22的横截面代表曲率半径为R的圆弧24。
搭接部5的凹曲面21中的圆弧23的曲率半径R1设置为下述可以提高胎圈4耐久性的值。也就是说，凹曲面21中的圆弧23的曲率半径R1的值设置为高于每个轮辋凸缘30中的凸曲面22的圆弧24的曲率半径R的值。凹曲面21的曲率半径R1和凸曲面22的曲率半径R之间的比例R1/R满足下式：
1.7≤R1/R≤2.5。
当R1/R的比例低于1.7时，则轮胎1在负载时，接近凹曲面21的橡胶的移动被过度降低。结果，形变会集中于胎体帘布层16的卷起部18的末端18a附近，这可能难以确定地获得胎圈4的耐久性。另一方面，当R1/R的比例高于2.5时，则轮胎1在负载时，难以降低胎体帘布层16的卷起部18的末端18a的移动。结果，这可能难以确定地获得胎圈4的耐久性。
在上述结构中，由于轮胎1的胎圈部的耐久性被改善，故为了降低轮胎1的重量可以降低每个胎圈三角胶15的厚度。
沿包括轮胎1中心轴的平面取得的凹曲面21的横截面(图2)的长度为L1。也就是说，该横截面上具有曲率半径R1的圆弧23的长度是L1。为了提高胎圈4的耐久性，优选将凹曲面21中的圆弧23的长度L1设置如下。也就是说，圆弧23的长度L1相对于每个轮辋凸缘30的凸曲面的曲率半径R之间的比例L1/R满足下式：
0.7≤L1/R≤1.5。
当L1/R的比例低于0.7时，则轮胎1在负载时，难以降低胎体帘布层16的卷起部18的末端18a的移动。结果，这可能难以确定地获得胎圈4的耐久性。另一方面，当L1/R的比例高于1.5时，则轮胎1在负载时，接近凹曲面21的橡胶的移动会被过度降低。结果，形变会集中于胎体帘布层16的卷起部18的末端18a附近，这可能难以确定地获得胎圈4的耐久性。
为了提高胎圈4的耐久性，胎体帘布层16的每个卷起部18优选具有下述长度。也就是说，当沿径向从胎圈基线BL到胎体帘布层16的卷起部18的末端18a的距离用N1代表时，那么距离N1和凸曲面22的曲率半径R之间的比例N1/R满足下式：
2.1≤N1/R≤3.5。
胎圈基线BL代表一条直线，其穿过胎圈芯14的下端并和轮胎中心轴平行。当比例N1/R低于2.1时，卷起部18会过短，于是在成型操作之后卷起部18很可能会从胎圈三角胶15中脱离。另一方面，当N1/R的比例高于3.5时，卷起部18是延长的，卷起部18的末端18a很可能位于轮胎侧部范围之内，在负载情况下，该轮胎侧部中的形变很大。结果，在负载情况下，卷起部18的末端18a的移动会增加，于是胎圈的耐久性可能不能提高。
就具备上述结构的重型充气轮胎1而言，进行评估胎圈耐久性性能的测试和评估用于重量评估的滚动阻力性能的测试。使用具有转鼓(driving drum)的小型试验机器进行用于评估胎圈耐久性的测试。测试轮胎1的尺寸是11R22.5。将测试轮胎1安装到测试轮辋中，所述测试轮辋的轮辋宽度为7.50×22.5。在测试轮辋的凸缘部分的边缘部形成凸曲面22。如JATMA标准中所规定的，测试轮胎的测试内部压力为700kPa。施加于测试轮胎的垂直负载为81.75kN，其为JATMA标准中规定的负载(27.25kN)的三倍。垂直负载是沿轮胎径向向轮胎施加的负载。通过转鼓，该测试轮胎在负载下运行。运行速度为30km/h。测量并记录测试轮胎1的胎圈部直至损坏时所经历的运行时间。具有测定的更长运行时间的测试轮胎，在胎圈耐久性性能方面更加优异。
通过使用滚动阻力测试机器，进行用于评估滚动阻力性能的测试。将与用于评估胎圈耐久性的测试轮胎具有相同尺寸的测试轮胎安装到测试轮辋中，所述测试轮辋的轮辋宽度为7.50×22.5。如JATMA标准中所规定的，测试轮胎的测试内部压力为700kPa。如JATMA标准中所规定的，施加到测试轮胎的垂直负载为27.25kN。通过转鼓，该测试轮胎在负载下运行。运行速度为80km/h。在运行期间测量滚动阻力。具有测定的更低滚动阻力的测试轮胎，在滚动阻力性能方面更加优异。通过胎圈耐久性评估测试和滚动阻力评估测试，可以确定，具有上述结构的轮胎的耐久性被可靠地获得。
实施例
在下文中，根据实施例可以明显看到本发明的效果。然而本发明并不限于所述实施例。
[实施例1至4]
作为实施例1至4的轮胎，生产如图1和图2所示的具有凹曲面21的重型充气轮胎1。轮胎1的尺寸为11R22.5。用于凹曲面21的数值因数(如上所述的R1/R的比例和L1/R的比例)如表1所示。胎圈三角胶15的高度值N1也如表1所示。位于卷起部18的末端18a处的胎圈三角胶15的厚度T1的值也如表1所示。针对测试轮胎1，进行如上所述的胎圈耐久性评估测试和滚动阻力评估测试。将每个测试轮胎1安装到具有凸曲面22的轮辋凸缘30中。轮胎的测试内部压力为700kPa。在胎圈耐久性评估测试中，施加到轮胎的垂直负载为81.75kN。在滚动阻力评估测试中，施加到轮胎的垂直负载为27.25kN。在胎圈耐久性评估测试中，轮胎的运行速度为30km/h，而在滚动阻力评估测试中，轮胎的运行速度为80km/h。测试结果(评估结果)如表1所示。
[实施例5至13]
作为实施例5至13的轮胎，生产如图1和图2所示的具有凹曲面21的重型充气轮胎1。针对这些测试轮胎1，凹曲面21的数值因数和胎圈三角胶15的高度值N1和胎圈三角胶15的厚度值T1如表2所示。轮胎1的其他结构和测试条件与上述实施例1相同。轮胎1的测试结果(评估结果)如表2所示。
[比较例1和2]
作为比较例1和2的轮胎，重型充气轮胎被生产。该测试轮胎没有凹曲面21。每个测试轮胎的胎圈三角胶15的高度值N1和胎圈三角胶15的厚度值T1如表1所示。轮胎的其他结构和测试条件与上述实施例1相同。轮胎的测试结果(评估结果)如表1所示。
[比较例3至5]
作为比较例3至5的轮胎，重型充气轮胎被生产。针对每个测试轮胎，凹曲面21的数值因数和胎圈三角胶15的高度值N1和胎圈三角胶15的厚度值T1如表1所示。轮胎的其他结构和测试条件与上述实施例1相同。轮胎的测试结果(评估结果)如表1所示。
[评估]
根据实施例1至13和比较例1至5的轮胎的性能评估结果如表1和表2所示。在比较例1中的结果为100的情况下，胎圈耐久性评估测试结果表示为指数。指数越高，性能越好。在比较例1中的结果为100的情况下，滚动阻力评估测试的结果也表示为指数。指数越低，性能越好。评估结果清晰地表明了本发明更好。
工业实用性
上述重型充气轮胎适用于不同的车辆例如卡车和公共汽车。
引用符号说明
1…轮胎
2…胎面
3…胎侧壁
4…胎圈
5…搭接部
6…胎体
14…胎圈芯
15…胎圈三角胶
16…胎体帘布层
17…主体部
18…卷起部
21…(搭接部的)凹曲面
22…(轮辋凸缘的)凸曲面
23…(凹曲面的)圆弧
24…(凸曲面的)圆弧
30…轮辋凸缘
CL…赤道面
R…(凸曲面的)圆弧的曲率半径
R1…(凹曲面的)圆弧的曲率半径
L1…(凹曲面的)圆弧的长度
N1…(卷起部的)末端部分的高度
T1…胎圈三角胶的厚度

Claims (3)

1.一种重型充气轮胎，其包括：
具有外表面的胎面，所述外表面形成胎面表面；
一对胎侧壁，其分别从胎面端部沿径向略向内延伸；
一对胎圈，其沿径向分别位于胎侧壁的略内侧；和
搭接部，其从胎侧壁延伸至胎圈，其中
凹曲面沿圆周方向在搭接部的外表面上延伸，以及在轮辋凸缘的外侧端上沿径向形成的凸曲面和所述凹曲面是可接合的，
凹曲面的曲率半径R1与轮辋凸缘的凸曲面的曲率半径R的比例R1/R满足下式：
1.7≤R1/R≤2.5，并且
凹曲面的曲率半径R1和凸曲面的曲率半径R均是沿包含轮胎中心轴的平面取得的横截面上的圆弧的曲率半径。
2.如权利要求1所述的重型充气轮胎，其特征在于，凹曲面的横截面上的圆弧的长度L1相对于凸曲面的曲率半径R之间的比例L1/R满足下式：
0.7≤L1/R≤1.5。
3.如权利要求1或2所述的重型充气轮胎，其特征在于，进一步包含胎体帘布层，所述胎体帘布层沿胎面和胎侧壁、在两个胎圈之上和两个胎圈之间延伸，其中
每个胎圈包括胎圈芯和沿径向位于胎圈芯外侧的胎圈三角胶，
所述胎体帘布层包括主体部和卷起部，所述卷起部由胎体帘布层围绕胎圈芯从内侧向外侧卷起而形成，并且
当N1表示沿径向从胎圈基线到胎体帘布层各卷起部末端的距离时，沿径向的距离N1与凸曲面的曲率半径R的比例N1/R满足下式：
2.1≤N1/R≤3.5，
其中所述胎圈基线穿过胎圈芯的下端、并且和轮胎中心轴平行。
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