CN104010843A - 重载充气轮胎 - Google Patents

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Abstract

提供了一种具有减轻重量但没有降低胎圈耐久性的重载充气轮胎(1)，该充气轮胎包括：胎面(2)；一对胎侧壁(3)；一对胎圈(4)；和搭接部(5)，其从胎侧壁(3)延伸至胎圈(4)，其中凹形曲面(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形曲面(22)和凹形曲面(21)是可接合的；凹形曲面(21)的曲率半径R1和轮辋凸缘的凸形曲面(22)的曲率半径R2的比例R1/R2满足下式：1.7≤R1/R2≤3.9；凹形曲面的深度D1与凸形曲面的曲率半径R2的比例D1/R2满足下式：0.05≤D1/R2≤0.09，以及凹形曲面(21)的曲率半径R1和凸形曲面(22)的曲率半径R2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

重载充气轮胎
技术领域
本发明涉及一种重载充气轮胎。具体而言，本发明涉及一种待安装在卡车、公共汽车等等的重载充气轮胎。
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)。在轮胎的胎侧壁部分，距离胎圈基线(接近具有最大宽度的部分)的高度越大，在负载下变形越大。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。卷起部末端的位置越高，末端的移动越大。因此诸如卷起部移动的损害很有可能发生。即胎圈部的耐久性降低。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。作为减轻重载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。胎圈部的变形增加。如上所述，胎体帘布层的卷起部末端位于径向的靠近胎圈三角胶的中间部分。因此卷起部末端的移动增加，由此更易于发生诸如脱离的损坏。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。
一种解决上述问题的技术已经被提出。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。
然而，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)。因此，卷起部末端的移动不能降低。
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载充气轮胎，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，防止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载充气轮胎，其包括：
胎面，其具有形成胎面表面的外表面；
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，其分别位于胎侧壁沿径向的略内侧；和
搭接部，其从胎侧壁延伸至胎圈，其中
在搭接部的外表面上沿圆周方向延伸有凹形曲面，在轮辋凸缘的外侧端上沿径向形成有凸形曲面，所述凸形曲面和所述凹形曲面是可接合的，
所述凹形曲面的曲率半径R1与轮辋凸缘的凸形曲面的曲率半径R2之比R1/R2满足：
1.7≤R1/R2≤3.9，
所述凹形曲面的深度D1与所述凸形曲面的曲率半径R2之比D1/R2满足：
0.05≤D1/R2≤0.09,并且
所述凹形曲面的曲率半径R1和所述凸形曲面的曲率半径R2各自是沿包括轮胎中心轴的平面所取得的横截面上的圆弧的曲率半径。
优选地，进一步提供一种胎体帘布层，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，所述卷起部是由胎体帘布层围绕胎圈芯从内侧向外侧卷起而形成，以及
当N1表示沿径向从胎圈基线到胎体帘布层各个卷起部末端的距离时，沿径向的距离N1与凸形曲面的曲率半径R2之比N1/R2满足：
2.2≤N1/R2≤3.8，
其中所述胎圈基线穿过胎圈芯的下端、并且平行于轮胎中心轴。
优选地，进一步提供一种胎体帘布层，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，所述卷起部是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T1表示在各个卷起部末端位置处的胎圈三角胶的厚度时，厚度T1与凸形曲面的曲率半径R2之比T1/R2满足：
0.5≤T1/R2≤1.0。
发明的有利效果
根据本发明的重载充气轮胎使得轮胎的重量降低但没有降低胎圈部的耐久性。。
附图说明
图1是根据本发明的一个具体实施方式的重载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图示了一种重载充气轮胎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。由胎侧壁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经两侧在胎圈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。
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。每个帘线都是由钢形成的。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。每个帘线都是由钢形成的。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典型地由织物和浸渍到织物中的橡胶形成。也可以使用仅由橡胶形成的胎圈包布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上和胎圈包布11之间延伸。内衬层10由交联橡胶形成。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延伸的凹形曲面21。在轮胎1的各个侧面部分的整个圆周上形成凹形曲面21。组合的轮辋中的各个凸缘30的边缘部分能够和凹形曲面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形曲面21的横截面代表曲率半径为R1的圆弧23。通过形成轮胎的模具确定凹形曲面21的形状。在每个轮辋凸缘30的边缘部分，形成和凹形曲面21可接合的凸形曲面22。在每个轮辋凸缘30的边缘部分的整个圆周上形成凸形曲面22。如图2所示，沿包括轮胎1中心轴的平面取得的凸形曲面22的横截面代表曲率半径为R2的圆弧24。
搭接部5的凹形曲面21中的圆弧23的曲率半径R1设置为显示可以提高胎圈4耐久性的预定值。也就是说，凹形曲面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中的凸形曲面22的圆弧24的曲率半径R2的值。凹形曲面21的曲率半径R1和凸形曲面22的曲率半径R2之间的比例R1/R2满足下式：
1.7≤R1/R2≤3.9。
当比例R1/R2小于1.7或大于3.9时，则轮胎1在负载时，能减少用于胎侧壁等的橡胶移动的部分被减少。这是由于当比例R1/R2超出上述范围时，凹形曲面21的体积是不合适的。因此，这可能在负载时，难以降低胎体帘布层的卷起部的末端的移动。因此，这可能难以确保获得胎圈4的耐久性。
凹形曲面21具有深度D1。深度D1表示凹形曲面21的圆弧23部分的深度，凹形曲面21在沿包括轮胎1中心轴的平面取得的横截面(图2)上具有曲率半径R1。凹形曲面21的圆弧23部分的深度D1被设置为预定深度从而提高每个胎圈4的耐久性。即圆弧23部分的深度D1与轮辋辋圈30的凸形曲面22的曲率半径R2的比例D1/R2满足下式：
0.05≤D1/R2≤0.09.
当D1/R2小于0.05或大于0.09时，则轮胎1在负载时，能减少用于胎侧壁等的橡胶移动的部分被减少。这是由于当比例D1/R2超出上述范围时，凹形曲面21的体积是不合适的。因此，可能很难降低负载时的胎体帘布层的卷起部末端的移动。因此，这可能难以确保获得胎圈4的耐久性。
在上述结构中，由于提高了轮胎1中的胎圈的耐久性，故各胎圈三角胶15的厚度可以被降低从而降低了轮胎1的重量。
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和凸形曲面22的曲率半径R2之间的比例N1/R2满足下式：
2.2≤N1/R2≤3.8。
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/R2低于2.2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，当比例N1/R2高于3.8时，卷起部18被延长，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4的耐久性可能不能提高。
在本发明的实施方式中，胎圈三角胶15的厚度被减少从而降低了轮胎1的重量。尤其是，位于每个卷起部分18的末端18a处的胎圈三角胶15的厚度T1(图2)优选被限定于下述的预定范围内。换句话说，厚度T1表示在卷起部18的末端18a的位置处被胎体帘布层16夹持的部分的距离。厚度T1的预定范围优选被确定为使得厚度T1与凸形曲面22的曲率半径R2的比例T1/R2满足下式：
0.5≤T1/R2≤1.0.
当比例T1/R2小于0.5时，侧部的厚度减小。因此负载时，胎体帘布层的卷起部末端的移动增加，由此胎圈4的耐久性可能得不到提高。另一方面，当比例T1/R2大于1.0时，胎圈三角胶15的厚度增加，由此可能难以降低重量。
就具备上述结构的重载充气轮胎1而言，进行评估胎圈耐久性性能的测试和进行评估胎圈三角胶部的重量的测定。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8.25×22.5。在测试轮辋的凸缘部分的边缘部形成凸形曲面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20km/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。
进行评估胎圈三角胶部的重量的测定。在形成测试轮胎1之前，测定胎圈三角胶15的重量。测量值越低，重量越低。
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5]
作为实施例1至5的轮胎，生产如图1和图2所示的具有凹形曲面21的重载充气轮胎1。轮胎1的尺寸为11R22.5。凹形曲面21的数值因数(如上所述的比例R1/R2和比例D1/R2)如表1所示。胎圈三角胶15的高度N1的值也如表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进行上述的胎圈三角胶重量的测定。在胎圈耐久性评估测试中，将每个测试轮胎1安装到具有凸形曲面22的轮辋凸缘30中。轮胎的测试内部压力为700kPa。施加到轮胎的垂直负载为81.75kN。轮胎的运行速度为20km/h，测试结果(评估结果)和上述的重量测定结果如表1所示。
[实施例6至10]
作为实施例6至10的轮胎，生产如图1和图2所示的具有凹形曲面21的重载充气轮胎1。针对这些测试轮胎1，凹形曲面21的数值因数和胎圈三角胶15的高度N1的值和胎圈三角胶15的厚度T1的值如表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]
作为比较例1的轮胎，重载充气轮胎被生产。该测试轮胎没有凹形曲面21。该测试轮胎的胎圈三角胶15的高度N1的值和厚度T1的值如表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2]
作为比较例2的轮胎，重载充气轮胎被生产。测试轮胎没有凹形曲面21。测试轮胎的胎圈三角胶15的高度N1的值和厚度T1的值如表2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2所示。
[比较例3]
作为比较例3的轮胎，重载充气轮胎被生产。关于该测试轮胎，凹形曲面21的数值因数、胎圈三角胶15的高度N1的值和厚度T1的值显示在表2中。轮胎的其它结构和测试条件与上述实施例1中的相同。轮胎的测试结果(评估结果)显示在表2中。
[比较例4-7]
作为比较例4-7的轮胎，重载充气轮胎被生产。关于该测试轮胎，凹形曲面21的数值因数、胎圈三角胶15的高度N1的值和厚度T1的值显示在表3中。轮胎的其它结构和测试条件与上述实施例1中的相同。轮胎的测试结果(评估结果)显示在表3中。
表1 评估结果
比较例1 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
比例R1/R2 无 2.2 1.7 3.9 2.8 2.8
比例D1/R2 无 0.08 0.07 0.07 0.05 0.09
比例N1/R2 2.9 2.5 3.0 3.0 3.0 3.0
比例T1/R2 1.0 0.8 0.7 0.7 0.7 0.7
重量指数 100 70 75 75 75 75
胎圈耐久性 100 135 120 100 100 130
表2 评估结果
表3 评估结果
比较例4 比较例5 比较例6 比较例7
比例R1/R2 4.0 1.0 2.8 2.8
比例D1/R2 0.04 0.01 0.04 0.10
比例N1/R2 2.5 2.5 2.5 2.5
比例T1/R2 1.1 0.7 0.7 0.7
重量指数 100 65 65 65
胎圈耐久性 95 70 95 80
[评估]
根据实施例1至10和比较例1至7的轮胎的性能评估结果如表1-3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，胎圈三角胶部的重量测定结果也表示为指数。指数越低，结果越好。评估结果清晰地表明了本发明更好。
工业实用性
上述重载充气轮胎可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)凹形曲面
22···(轮辋凸缘的)凸形曲面
23···(凹形曲面的)圆弧
24···(凸形曲面的)圆弧
30···轮辋凸缘
CL···赤道面
R1···(凹形曲面的)圆弧的曲率半径
R2···(凸形曲面的)圆弧的曲率半径
D1(凹形曲面的)圆弧部分的深度
N1···(卷起部的)末端部分的高度
T1···胎圈三角胶的厚度

Claims (3)

1.一种重载充气轮胎，其包括：
胎面，其具有形成胎面表面的外表面；
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，其分别位于胎侧壁沿径向的略内侧；和
搭接部，其从胎侧壁延伸至胎圈，其中
在搭接部的外表面上沿圆周方向延伸有凹形曲面，在轮辋凸缘的外侧端上沿径向形成有凸形曲面，所述凸形曲面和所述凹形曲面是可接合的，
所述凹形曲面的曲率半径R1与轮辋凸缘的凸形曲面的曲率半径R2之比R1/R2满足：
1.7≤R1/R2≤3.9，
所述凹形曲面的深度D1与所述凸形曲面的曲率半径R2之比D1/R2满足：
0.05≤D1/R2≤0.09，并且
所述凹形曲面的曲率半径R1和所述凸形曲面的曲率半径R2各自是沿包含轮胎中心轴的平面所取得的横截面上的圆弧的曲率半径。
2.如权利要求1所述的重载充气轮胎，其特征在于，所述重载充气轮胎进一步包括胎体帘布层，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，所述卷起部是由胎体帘布层围绕胎圈芯从内侧向外侧卷起而形成，以及
当N1表示沿径向从胎圈基线到胎体帘布层的各个卷起部末端的距离时，沿径向的距离N1与凸形曲面的曲率半径R2之比N1/R2满足：
2.2≤N1/R2≤3.8，
其中所述胎圈基线穿过胎圈芯的下端并且平行于轮胎中心轴。
3.如权利要求1或2所述的重载充气轮胎，其特征在于，所述重载充气轮胎进一步包括胎体帘布层，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，所述卷起部是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T1表示在各个卷起部末端位置处的胎圈三角胶的厚度时，厚度T1与凸形曲面的曲率半径R2之比T1/R2满足：
0.5≤T1/R2≤1.0。
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