CN105682943B - 用于航空器轮胎的胎冠增强件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及航空器轮胎,特别地涉及航空器轮胎的胎冠增强件。航空器轮胎(1)包括工作增强件(2),所述工作增强件(2)沿径向位于胎面(3)的内部并沿径向位于胎体增强件(4)的外部。工作增强件(2)包括至少一个工作层(5),通过在具有轮胎(1)的旋转轴线作为其轴线的圆柱形表面上以周期性曲线(7)沿周向之字形缠绕条带(6)而形成所述工作层(5),所述周期性曲线(7)的峰对峰幅度定义了工作层(5)在第一轴向端部(I)与第二轴向端部(I’)之间的轴向宽度L。在包括轮胎(1)的旋转轴线的任何子午平面(YZ)中,工作层(5)由条带(6)的沿轴向从工作层(5)的第一轴向端部(I)延伸至第二轴向端部(I’)的部分的布置组成,宽度W的条带(6)由覆盖有弹性体配混物的织物增强体组成。本发明人为其自身设定的任务是通过降低工作层的轴向端部处的额外厚度相对于开裂风险的敏感性从而提高航空器轮胎的工作增强件的耐久性。根据本发明,在包括轮胎(1)的旋转轴线的任何子午平面(YZ)中,沿轴向从工作层(5)的第一轴向端部(I)延伸至第二轴向端部(I’)的条带部分(6)的布置使得两个连续的条带部分(6)至少部分地以重叠宽度e重叠,并且两个连续的条带部分(6)之间的重叠宽度e在工作层(5)的整个轴向宽度L上不变。
Description
技术领域
本发明涉及航空器轮胎,特别地涉及航空器轮胎的胎冠增强件。
背景技术
通常,轮胎包括胎面,所述胎面旨在经由胎面表面与地面接触并由两个胎侧连接至两个胎圈,两个胎圈旨在提供轮胎与轮辋(轮胎安装在该轮辋上)之间的机械连接。
在下文中,轮胎的周向、轴向和径向方向分别表示在轮胎的旋转方向上与轮胎的胎面表面正切的方向、平行于轮胎的旋转轴线的方向和垂直于轮胎的旋转轴线的方向。“分别地在径向上位于内部或在径向上位于外部”意指“分别地更接近轮胎的旋转轴线或更远离轮胎的旋转轴线”。“分别地在轴向上位于内部或在轴向上位于外部”意指“分别地更接近轮胎的赤道平面或更远离轮胎的赤道平面”,轮胎的赤道平面为经过轮胎的胎面表面的中间并垂直于轮胎的旋转轴线的平面。
子午线航空器轮胎更特别地包括例如在文献EP 1381525中描述的径向胎体增强件和胎冠增强件。
径向胎体增强件是连接轮胎的两个胎圈的轮胎增强结构。航空器轮胎的径向胎体增强件通常包括至少一个胎体层,每个胎体层由增强体组成,所述增强体通常为覆盖有弹性体或弹性体混合物类型的聚合材料的织物,增强体互相平行且与周向方向形成80°与100°之间的角度。
胎冠增强件是在径向上位于胎面的内部且至少部分在径向上位于径向胎体增强件的外部的轮胎增强结构。航空器轮胎的胎冠增强件通常包括至少一个胎冠层,每个胎冠层由互相平行的增强体组成,所述增强体覆盖有弹性体或弹性体混合物类型的聚合材料。在胎冠层中,在构成工作增强件且通常由织物增强体组成的工作层与构成保护增强件的保护层之间存在差别,所述保护增强件由金属或织物增强体组成并在径向上设置在工作增强件的外部。工作层控制胎冠增强件的机械性质。保护层主要保护工作层免受可能通过胎面沿径向朝着轮胎内部传播的攻击。胎冠层,特别是工作层,在几何上的特征在于其轴向宽度,即其轴向端部之间的距离。
胎体层和胎冠层的织物增强体通常为由纺丝织物长丝制成的帘线,优选由脂族聚酰胺或芳族聚酰胺制成的帘线。织物增强体在拉伸下的机械性质(模量、伸长率和断裂力)在预先调节之后测量。“预先调节”意指织物增强体在测量之前在根据欧洲标准DIN EN20139(20±2℃的温度;65±2%的相对湿度)的标准大气下储存至少24小时。以已知的方式使用ZWICK GmbH&Co(德国)的1435型或1445型拉伸试验机进行测量。织物增强体在400mm的初始长度上以200mm/min的标称速率经受拉伸。所有结果在10次测量值上取平均。
例如用于覆盖胎体层的和胎冠层的增强体的弹性体材料可以在固化之后通过由拉伸试验确定的拉伸应力-应变特征进行机械表征。根据本领域技术人员已知的方法(例如根据国际标准ISO 37)并在由国际标准ISO 471定义的标称温度(23+或-2℃)和相对湿度(50+或–5%相对湿度)条件下在试样上进行该拉伸试验。弹性体配混物在10%伸长率下的用兆帕(MPa)表示的弹性模量是赋予在试样的10%伸长率下测得的拉伸应力的名称。
制成覆盖有弹性体配混物的增强体的复合材料还可以通过在单位宽度的试样上进行的拉伸试验而进行机械表征。特别地,可以测量单位宽度的复合材料试样的拉伸刚度K和断裂拉伸力或断裂强度R。
在航空器轮胎的制造过程中,更具体地在铺设工作增强件的步骤的过程中,通常通过在成型鼓的侧表面上沿周向之字形缠绕或者通过沿周向成圈缠绕条带从而获得工作层,所述条带由至少一根覆盖有弹性体混合物的连续织物增强体制成。不管是通过沿周向之字形缠绕制造还是通过沿周向成圈缠绕制造,工作层由缠绕的每圈条带的并置宽度构成。
沿周向之字形缠绕意指在轮胎的周向方向上以周期性曲线进行缠绕,所述周期性曲线意指由在极端之间震荡的周期性波纹形成的曲线。以周期性曲线缠绕条带意指经缠绕条带的中线(定义为离条带边缘等距的线)与周期性曲线一致。周期性曲线的极端之间的峰对峰幅度由此定义了工作层的轴向宽度,即其轴向端部之间的距离。周期性曲线的周期通常为其上铺设条带的成型鼓的周长的0.5倍与3倍之间。周期性曲线的特征还在于其在轮胎的赤道平面中与轮胎的周向方向形成的角度,以及在周期性曲线的极端处的曲率半径。对于常规之字形缠绕,周期性曲线相对于周向方向的角度(所述角度对应于由构成条带的相互平行的织物增强体形成的角度)通常在5°与35°之间。沿周向之字形缠绕暗示了工作层必须成对组装,一对工作层构成工作双层。工作双层在主要部段中(即在沿轴向位于工作双层的两个轴向端部的内部的部分中)由沿径向重叠的两个工作层组成,并且在其轴向端部处由多于两个沿径向重叠的工作层组成。相比于主要部段中的两个工作层,在轴向端部处的在径向方向上的额外数量的额外工作层被称为轴向端部额外厚度。该轴向端部额外厚度由条带在周期性曲线的极端处的交叉形成。工作增强件因此由多个工作双层的径向重叠组成。包括通过沿周向之字形缠绕条带获得的工作层的所述工作增强件已经描述于文献EP0540303、EP 0850787、EP 1163120和EP 1518666中。
沿周向成圈缠绕意指在轮胎的周向方向上以直径等于其上铺设条带的成型鼓的直径的螺旋形进行缠绕,并且相对于周向方向的平均角度在0°与5°之间。通过成圈缠绕获得的工作层被称为周向的,因为条带的相互平行的组成条带的织物增强体在赤道平面中与周向方向形成的角度在0°与5°之间。沿周向成圈缠绕的原理造成产生单个工作层而不是之字形缠绕获得的工作双层。
在沿周向之字形缠绕的情况下,已知工作双层的轴向端部额外厚度对耐久性损伤的开始(例如可能发展成工作增强件的明显劣化的裂纹)敏感,因此轮胎的寿命缩短。这些裂纹可能在工作双层的轴向端部额外厚度的内界面处或者在两个相邻工作双层的轴向端部额外厚度之间的界面处出现。
发明内容
本发明人为其自身设定的目的是通过降低工作层的轴向端部额外厚度对开裂风险的敏感性从而提高航空器轮胎的工作增强件的耐久性。
根据本发明,由包括如下特征的航空器轮胎实现该目的:
-工作增强件,所述工作增强件沿径向位于胎面的内部并沿径向位于胎体增强件的外部,
-工作增强件包括至少一个工作层,所述工作层通过在具有轮胎的旋转轴线作为其旋转轴线的圆柱形表面上以周期性曲线沿周向之字形缠绕条带形成,所述周期性曲线的峰对峰幅度定义了工作层在第一轴向端部与第二轴向端部之间的轴向宽度L,
-在包括轮胎的旋转轴线的任何子午平面中,工作层由条带的沿轴向从工作层的第一轴向端部延伸至第二轴向端部的部分的布置组成,
-宽度W的条带由覆盖有弹性体配混物的织物增强体组成,
在包括轮胎的旋转轴线的任何子午平面中,条带的沿轴向从工作层的第一轴向端部延伸至第二轴向端部的部分的布置使得条带的两个连续部分至少部分地以重叠宽度e重叠,并且条带的两个连续部分之间的重叠宽度e在工作层的整个轴向宽度L上不变。
根据本发明,工作层由条带的沿轴向从工作层的第一轴向端部延伸至第二轴向端部的部分的布置组成,使得条带的两个连续部分至少部分地以重叠宽度e重叠。换言之,不同于现有技术的常规工作层,条带的两个连续部分不是并置而是部分重叠。所述工作层被称为重叠工作层。在远离轴向端部的主要部段中,重叠工作层的径向厚度等于条带厚度的2*W/(W-e)倍,其中W为条带的宽度,e为重叠宽度,而常规工作双层的径向厚度等于条带厚度的两倍。在轴向端部处,条带部分以v形构造布置,即重叠层的轴向端部额外厚度小于双层的等效径向堆叠的轴向端部额外厚度的总和,从而减小轴向端部额外厚度处的内部开裂风险。此外,相比于常规工作层,重叠原则能够增加工作层的主要部段中的厚度,因此能够减少为获得工作增强件的目标断裂强度所需要重叠的工作层数量。这样的好处是,工作层的轴向端部额外厚度之间的界面数量减少,由此减小两个连续的轴向端部额外厚度之间的界面处的开裂风险。
重叠工作层的断裂强度等于由条带部分的轴向并置形成的常规工作层的断裂强度R的W/(W-e)倍。因此重叠宽度等于条带的宽度W的0.5倍的重叠工作层具有等于2R的断裂强度,从而等同于工作双层。通常,重叠宽度的选择意味着可以仅使用一个工作层来调节拉伸刚度和断裂强度的水平。
连续条带部分的重叠实际上存在于重叠工作层的整个宽度上,因此条带增强体的量在主要部段与轴向端部额外厚度之间更均匀地分布。相比于常规工作层,主要部段中的增强体的数量由于重叠而更多,因此工作层在该主要部段中的断裂强度更高,从而确保更好的承受轮胎充气压力的能力。
最后,重叠宽度在重叠工作层的整个轴向宽度上不变,使得可以获得在重叠工作层的整个轴向宽度上平均的断裂强度。
有利地,条带的两个连续部分之间的重叠宽度e等于条带宽度W的至少0.5倍和至多0.8倍。小于0.5的e/W比例不允许获得明显的重叠效果。高于0.8的e/W比例暗示了条带部分在任何子午平面中相对于轴向方向的倾斜角度过高,因此难以控制重叠工作层的几何形状。
根据第一个优选的实施方案,条带的两个连续部分之间的重叠宽度e等于条带宽度W的0.5倍。该值能够获得从断裂强度角度来看等同于两个工作层或等同于一个工作双层的重叠工作层,优点是在轴向端部额外厚度处的条带部分之间少一个界面,从而降低开裂风险。
根据第二个优选的实施方案,条带的两个连续部分之间的重叠宽度e等于条带宽度W的0.66倍。该值能够获得从断裂强度角度来看等同于三个工作层的重叠工作层,优点是在轴向端部额外厚度处的条带部分之间少两个界面,从而降低开裂风险。
有利地,条带的宽度W至少等于2mm,优选至少等于6mm。条带通常包括至少2个织物增强体,所述织物增强体的直径大约等于1mm,因此产生2mm的最小条带宽度。小于2mm的条带宽度不允许在条带的两个连续部分之间实现明显的重叠宽度。至少等于6mm的条带宽度能够缩短形成重叠工作层的构造时间,从而提高生产率。
还更有利地,条带的宽度W最多等于20mm,优选最多等于14mm。条带的宽度越大,轴向端部额外厚度处的条带部分之间的界面数量越多,因此开裂风险越大。因此,至多等于20mm,优选至多等于14mm的条带宽度确保了耐久性与生产率之间的良好折中。
有利的是条带包括由脂族聚酰胺制成的增强体。这是因为由脂族聚酰胺(例如尼龙)制成的增强体通常用于航空器轮胎的领域,因为其相对轻质,明显节约轮胎的重量,因此允许航空器有效载荷的增加。
替代性地,条带包括由芳族聚酰胺制成的增强体。由芳族聚酰胺(例如芳纶)制成的增强体事实上能够获得机械强度与质量之间的良好折衷。对于具有给定断裂强度的工作层,相比于由脂族聚酰胺制成的增强体,由芳族聚酰胺制成的增强体能够减小工作层的质量。
另一个方案是条带包括由脂族聚酰胺和芳族聚酰胺的组合制成的增强体。所述增强体通常被称为混合增强体并且提供尼龙和芳纶的技术优点:机械强度、拉伸变形性和轻质重量。对于具有给定断裂强度的工作层,相比于由脂族聚酰胺制成的增强体,混合增强体能够减少工作层的质量。
本发明还涉及制造根据本发明的航空器轮胎的方法。该方法包括制造工作层的步骤,在所述步骤中通过在半径Rf的成型鼓的侧表面上以周期性曲线沿周向之字形缠绕宽度W的条带从而获得工作层,所述成型鼓具有轮胎的旋转轴线作为旋转轴线,所述周期性曲线的峰对峰幅度定义了工作层在第一轴向端部与第二轴向端部之间的轴向宽度L。
附图说明
借助于图1至图5将更好地理解本发明的特征和其它优点,图1至图5未按比例绘制:
-图1:参照轮胎在穿过轮胎旋转轴线(YY’)的子午平面或径向平面(YZ)中的一半截面图。
-图2:组成参照轮胎的工作层的条带的一般布置。
-图3A和图3B:分别为参照轮胎的工作层的轴向端部的平面图和根据本发明的轮胎的重叠工作层的轴向端部的平面图。
-图4A和图4B:分别为参照轮胎的工作双层的轴向端部的截面图和根据本发明的轮胎的重叠工作层的轴向端部的截面图。
-图5:在重叠工作层的情况下在成型鼓的侧表面上以周期性曲线沿周向之字形缠绕的条带的立体图。
具体实施方式
图1显示了航空器轮胎1在穿过轮胎1的旋转轴线(YY’)的径向或子午平面(YZ)中的一半截面图,所述航空器轮胎1包括工作增强件2,所述工作增强件2沿径向位于胎面3的内部并沿径向位于胎体增强件4的外部。工作增强件2包括至少两个工作层5,所述工作层5沿径向重叠并在每个轴向端部(I)处包括轴向端部额外厚度,所述轴向端部额外厚度包括多于两个沿径向重叠的工作层。每个工作层5的特征在于其在第一轴向端部I与第二轴向端部I’(未显示)之间的轴向宽度L,或其在第一轴向端部I与赤道平面(XZ)之间的半宽度L/2。在参照轮胎的情况下,每个工作层5由宽度W的条带6的轴向并置组成,
图2显示了组成参照轮胎的轴向宽度L的工作层的条带6的一般布置。图2显示了两圈上的之字形缠绕。宽度W的条带6具有中线,所述中线在周向上(即在方向(XX’)上)沿着包括极端8的周期性曲线7延伸。换言之,周期性曲线7为支持条带6的中线的曲线。周期性曲线7在赤道平面(XZ)中与周向方向(XX’)限定非零角度A。周期性曲线7在其极端8处具有平均曲率半径R。对于每圈之字形缠绕,条带6沿轴向偏离以便获得宽度W的条带部分的轴向并置。
图3A显示了参照轮胎的工作层5的一个轴向端部的平面图,所述层由宽度W的条带(61、62、63)部分的轴向并置组成。白色区域对应于一倍厚度的条带,浅灰色区域对应于两倍厚度的条带,深灰色区域对应于三倍厚度的条带。
图3B为根据本发明的轮胎的重叠工作层5的一个轴向端部的平面图,所述层由宽度W的条带(61、62、63)部分的布置组成,所述布置使得条带(61、62、63)的两个连续部分至少部分地以重叠宽度e重叠。在所示情况下,重叠宽度e等于宽度W的0.5倍。
图4A为参照轮胎的工作双层的轴向端部区域在径向平面(YZ)中的截面图,所述工作双层在主要部段由沿径向重叠的两个工作层5组成,并且在轴向端部额外厚度处由至少部分重叠的四个工作层组成。每个工作层由宽度W的条带6部分的轴向并置组成。每个条带6部分包括覆盖有弹性体配混物的织物增强体9。
图4B为根据本发明的轮胎的重叠工作层5的轴向端部区域在径向平面(YZ)中的截面图。在主要部段中,宽度W的条带6的两个连续部分以重叠宽度e重叠。在所示情况下,重叠宽度e等于宽度W的0.5倍。在重叠工作层的轴向端部处,条带6的部分以v形构造设置。每个条带6部分包括覆盖有弹性体配混物的织物增强体9。
图5为在成型鼓11的侧表面10上以周期性曲线7沿周向之字形缠绕的条带6的立体图,所述成型鼓11具有半径Rf、高度L并具有轮胎的旋转轴线(YY’)作为旋转轴线。宽度W的条带6的两个连续部分以重叠宽度e重叠。
本发明人针对尺寸1400X530 R 23的航空器轮胎实施本发明。
在所研究的轮胎中,组成重叠工作层的条带具有11mm的宽度W,且条带的两个连续部分以等于5.5mm的重叠宽度重叠,产生等于0.5的e/W比例。根据本发明的轮胎的工作增强件沿径向从内部朝向外部由重叠宽度等于5.5mm、轴向宽度为390mm的之字形缠绕的重叠工作层的径向重叠,轴向宽度为365mm的之字形缠绕的工作双层,以及轴向宽度为316mm的成圈缠绕的工作层组成。参照轮胎的工作增强件沿径向从内部朝向外部由轴向宽度分别为390mm、365和345mm的三个之字形缠绕的工作双层的径向重叠以及轴向宽度为316mm的成圈缠绕的工作层组成。相比于参照轮胎,根据本发明的包括重叠工作层的轮胎的耐久性的增长带来经预计等于至少10%的耐久性增长。通过在经受由欧洲航空安全局(EASA)定义的规定TSO测试的轮胎上发现的损坏量来测量该耐久性。
Claims (11)
1.一种航空器轮胎(1),包括:
-工作增强件(2),所述工作增强件(2)沿径向位于胎面(3)的内部且沿径向位于胎体增强件(4)的外部,
-工作增强件(2)包括至少一个工作层(5),通过在圆柱形表面上以周期性曲线(7)沿周向之字形缠绕条带(6)而形成所述工作层(5),该圆柱形表面具有轮胎(1)的旋转轴线作为其旋转轴线,所述周期性曲线(7)的峰对峰幅度定义了工作层(5)在第一轴向端部(I)与第二轴向端部(I’)之间的轴向宽度L,
-在包括轮胎(1)的旋转轴线的任何子午平面(YZ)中,工作层(5)由条带(6)的沿轴向从工作层(5)的第一轴向端部(I)延伸至第二轴向端部(I’)的部分的布置组成,
-宽度W的条带(6)由覆盖有弹性体配混物的织物增强体组成,
其特征在于,在包括轮胎(1)的旋转轴线的任何子午平面(YZ)中,条带(6)的沿轴向从工作层(5)的第一轴向端部(I)延伸至第二轴向端部(I’)的部分的布置使得条带(6)的两个连续部分至少部分地以重叠宽度e重叠,并且条带(6)的两个连续部分之间的重叠宽度e在工作层(5)的整个轴向宽度L上不变,其中条带(6)的两个连续部分之间的重叠宽度e等于条带(6)的宽度W的至少0.5倍和至多0.8倍。
2.根据权利要求1所述的航空器轮胎(1),其中条带(6)的两个连续部分之间的重叠宽度e等于条带(6)的宽度W的0.5倍。
3.根据权利要求1所述的航空器轮胎(1),其中条带(6)的两个连续部分之间的重叠宽度e等于条带(6)的宽度W的0.66倍。
4.根据权利要求1所述的航空器轮胎(1),其中条带(6)的宽度W至少等于2mm。
5.根据权利要求1所述的航空器轮胎(1),其中条带(6)的宽度W至多等于20mm。
6.根据权利要求1所述的航空器轮胎(1),其中工作层(5)的增强体(9)由脂族聚酰胺制成。
7.根据权利要求1所述的航空器轮胎(1),其中工作层(5)的增强体(9)由芳族聚酰胺制成。
8.根据权利要求1所述的航空器轮胎(1),其中工作层(5)的增强体(9)由脂族聚酰胺和芳族聚酰胺的组合制成。
9.制造根据权利要求1至8中的任一项所述的航空器轮胎(1)的方法,包括制造工作层(5)的步骤,在所述步骤中通过在半径Rf的成型鼓(11)的侧表面(10)上以周期性曲线(7)沿周向之字形缠绕宽度W的条带(6)从而获得工作层(5),所述成型鼓(11)具有轮胎(1)的旋转轴线作为旋转轴线,所述周期性曲线(7)的峰对峰幅度定义了工作层(5)在第一轴向端部(I)和第二轴向端部(I’)之间的轴向宽度L。
10.根据权利要求1所述的航空器轮胎(1),其中条带(6)的宽度W至少等于6mm。
11.根据权利要求1所述的航空器轮胎(1),其中条带(6)的宽度W至多等于14mm。
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