CN110914066B - 具有优化的轮辋凸缘形状的车轮轮辋 - Google Patents
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Abstract
一种用于轮胎的轮辋(3)，所述轮辋具有旋转轴线DD'，所述轮辋具有轮辋座(31)，所述轮辋座(31)通过轮辋凸缘(32)轴向地向外延伸，所述轮辋凸缘(32)具有第一部分(321)，所述第一部分(321)基本上定向在相对于所述轮辋座(31)的垂直平面中并且在径向上位于外部，其特征在于，所述轮辋凸缘(32)具有第二部分(322)，所述第二部分(322)朝向外部倾斜，所述第二部分(322)相对于所述第一部分(321)在轴向上位于外部，所述第二部分(322)相对于所述轮辋座(31)至少部分地在径向上位于外部；所述车轮轮辋具有连接部分(320)，所述连接部分(320)在所述第一部分(321)和所述第二部分(322)之间。
Description
技术领域
本发明的主题是一种滚动组件，该滚动组件由轮胎、刚性轮辋以及经由柔性延长件置于轮胎和轮辋之间的连接件组成。众所周知，轮胎包括用于安装在胎圈座上的两个胎圈。本发明涉及滚动组件，其中，胎圈不直接安装在刚性轮辋上，而是安装在柔性的延长件上，该延长件安装在轮辋上。
如本发明中所讨论的轮胎、轮辋和延长件通常通过在中间平面(即，包含轮胎的旋转轴线的平面)中的描绘来描述。所有这些产品(轮胎、轮辋、延长件)都是具有围绕其旋转轴线旋转的几何形状的物体。径向方向和轴向方向分别表示垂直于轮胎的旋转轴线的方向和平行于轮胎的旋转轴线的方向。在下文中，表述“径向地”和“轴向地”分别表示“在径向方向上”和“在轴向方向上”。术语“径向地在内侧上”和“径向地在外侧上”分别表示“在径向方向上更靠近轮胎的旋转轴线”和“在径向方向上更远离轮胎的旋转轴线”。中间平面是垂直于轮胎的旋转轴线的平面，该平面轴向地定位成与胎面的表面基本上在轮胎的胎圈之间的中间相交。术语“轴向地在内侧上”和“轴向地在外侧上”分别表示“在轴向方向上更靠近轮胎的中间平面”和“在轴向方向上更远离轮胎的中间平面”。术语“径向地在内侧上”和“径向地在外侧上”分别表示“在径向方向上更靠近轮胎的旋转轴线”和“在径向方向上更远离轮胎的旋转轴线”。最后，还应当记得，“径向横截面”或“径向截面”是指包含轮辋(以及轮辋所配备的轮胎)的旋转轴线的平面中的横截面或截面。
背景技术
文献US 4,274,466提出了一种轮胎和车轮组件，该组件在轮辋座中具有周向沟槽，该周向沟槽与轮胎的胎圈的端部的橡胶尖端配合以将胎圈在轮辋上锁定就位。
文献WO2016/046197建议在轮胎胎圈与轮辋之间插入柔性延长件。例如读者可以参考该文件的图5，以便使自己熟悉属于本发明领域的滚动组件。他将在其中看到包括轮胎、轮辋以及两个相同的延长件的滚动组件。考虑到上述语言习惯，并且参考将这种延长件安装在轮辋上的方式，这种延长件在轴向上从内侧到外侧包括用于将延长件固定到轮辋的轴向内端部，称为延长件胎圈。这种延长件还包括轴向外端部，该轴向外端部用于容纳轮胎胎圈并且将其轴向地固定就位。主体连接轴向内端部和轴向外端部。
延长件安装在轮辋上，轮辋大多数时候是铝的部件。轮辋在每一侧上具有轮辋凸缘，所述轮辋凸缘特别用于将延长件轴向地固定就位。该轮辋凸缘的另一个功能是使延长件变形，以形成轮胎在充气时(如同没有延长件的常规轮胎和轮辋组件)相交的凸台(对于轮辋，通常称为“凸起”)。如果在异常低的充气压力下使用轮胎，凸台有助于防止或延迟轮胎从胎圈座脱离(众所周知，在从胎圈座脱离的情况下，轮胎的导向能力会大大降低，甚至在轮胎从轮辋上脱落时失去导向能力；轮胎变得很有可能从轮辋上脱落)。
在探索性研究期间，选择了采用ETRTO所述的“B”型凸缘(高度14.1mm+/-0.6)，作为用于具有延长件的滚动组件的轮辋凸缘的径向高度，而乘用车辆轮胎的凸缘通常为“J”型(高度17.3mm+/-0.6)。尽管这种B形凸缘(其在本文件中称为较高的凸缘)具有的优点是有助于普通轮胎/轮辋组件(在低压下)的良好的从胎圈座脱离的值，但在安装有延长件的情况下，也会产生问题。
首先，该凸起足够大，以使得充气压力值过高，以至于无法简单地装配安装在带有延长件的轮辋上的轮胎。其次，该凸缘使得延长件在其径向地悬挂该延长件的位置处大大变形。具体地，在完全没有应力的状态下，延长件离开模具时的自然形状为近似圆柱形(实际上非常轻微的圆锥形)，直径远小于在金属凸缘的顶点处测量的直径。延长件的装配因此引起延长件的较大的局部径向变形。由于在该位置，延长件内的增强件通常是“相交帘布层”型的，因此，延长件对这种变形具有较高的抵抗力。与常规的轮辋凸起相比，这导致在凸台位置处的延长件和金属凸缘之间产生较高的压力。
由于橡胶和铝之间的良好粘合性，很容易理解，轮胎在压力下产生的并且趋向于轴向拉伸延长件的一些轴向载荷，会局部反应在此界面处，而为了确保延长件的均衡安装，最好使所有这些载荷都由延长件的根部反应在金属凸缘上。就目前情况而言，因为延长件的整个边缘不一定安装得完全相同，延长件的位置没有明确限定的事实会导致几何形状的不规则性，这又导致由于不均匀性而造成的滚动过程中的振动。
申请人的观察因此导致了脱离通常的轮辋构造规则。
发明内容
出乎意料地，该目的通过在轮辋的设计方面(更具体而言是在轮辋凸缘的设计方面)脱离现有技术教导而实现。
因此，本发明的主题是一种用于轮胎的轮辋，所述轮辋具有旋转轴线DD'，所述轮辋具有轮辋座，所述轮辋座通过轮辋凸缘轴向地向外延伸，所述轮辋凸缘具有径向外部的支承面，所述径向外部的支承面具有第一部分、第二部分和连接部分，所述第一部分基本上定向在相对于所述轮辋座的垂直平面中并且在径向上位于外部，朝向外部倾斜的第二部分相对于所述第一部分在轴向上位于外部，所述第二部分相对于所述轮辋座至少部分地在径向上位于外部，所述连接部分在所述第一部分和所述第二部分之间。该轮辋的特征在于，所述支承面的所述第二部分是大致截头圆锥形的，通过使所述大致截头圆锥形部分连续而确定的虚拟顶点相对于所述轮辋座轴向地位于外侧。
实际上，本发明提出一种轮辋，该轮辋的凸缘具有显著的宽度，该轮辋的形状设计成在充气至标称压力的轮胎组件中为延长件的径向内表面提供支承面或者适合于所述延长件的形状的支撑，以使所述延长件变形并且采用有利于正常工作的形状。
有利地，所述第二基本截头圆锥形部分与旋转轴线DD'形成角度α，该角度α的值在5°至30°之间。优选地，第二部分和连接部分的累积轴向宽度在15mm至21.5mm之间。
根据现有技术，就其径向吸收冲击的能力而言，安装在金属轮辋上的延长件实际上形成了轮胎的胎圈座。它们赋予了滚动组件更大的径向柔韧性。尽管过去人们认为，如果轮胎的胎圈在轴向上未完全位于轮辋的外侧，则无法显著改善这种吸收冲击的能力，已经发现，通过规划轮胎的胎圈的倾斜度以及朝向滚动组件的旋转轴线的径向位移，既可以保持一定的径向柔韧性，又可以兼具延长件的优异的耐久性和改善的道路保持性能(众所周知当轮胎能够产生有利于车辆严格横向导向的高漂移推力时该道路保持性能会更好)。与例如在引用文献WO2016/046197中提出的滚动组件几何形状相比，轮辋凸缘的径向外支承面在轮胎的胎圈下方的延伸能够有效地改善滚动组件的道路保持性能。
本发明赋予了轮辋新的功能，即由于在轮胎的胎圈的胎趾的径向下方存在刚性的支承表面，或多或少地缚紧了延长件的形状，当考虑到胎圈的轴向最外侧部分时，提供了一种刚性支撑，该刚性支撑迫使轮胎开始倾斜运动，该倾斜运动不能抵消胎圈的足够的径向位移。
观察表明，就对于径向方向的冲击的耐受性而言，其性能与通过应用现有技术的教导所获得的性能相当甚至更好。优选地，滚动组件具有两个延长件，该两个延长件提供了安装轮辋与轮胎的两个胎圈之间的连接。
每一个延长件是柔性的；这被理解为是指它是可弹性变形的，如在子午线截面中所见，在充气至标称压力的轮胎的使用期间，在使用应力载荷下，允许弯曲和径向位移而不会离开弹性区域。应当指出，在轮胎充气至标称压力的正常操作期间，不期望延长件轴向变形。
轮辋的构成材料优选地由选自以下材料：钢或者铝和/或镁的合金，基于碳纤维、玻璃纤维、芳族聚酰胺纤维、植物纤维的复合材料，所述纤维包含在基于热固性化合物或热塑性化合物的基质中，或包含弹性体的复合物和基于树脂和纤维的复合物，所述纤维选自碳纤维、玻璃纤维、芳族聚酰胺纤维、植物纤维或任何材料组合。
对于轮辋本身或延长件本身的其他方面，读者可以参考上述文献WO2015/086662和WO2016/046197。
附图说明
下面参照图1至图7描述本发明，图1至图7仅作为示例给出：
-图1是根据本发明的具有轮辋的滚动组件的子午线截面图，
-图2是该组件左侧部分的放大图，
-图3是根据本发明的轮辋的局部子午线截面图，
-图4和图5分别以侧视图和俯视图显示了路缘石抵抗力测试，
-图6显示了根据本发明的滚动组件在路缘石测试中的性能结果，而
-图7是根据本发明的轮辋的另一个实施方案的局部子午线截面图。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的滚动组件。该组件包括两个相同的延长件1、轮胎2和轮辋3。轮胎2具有两个胎圈21。通常，需要指出的是，轮辋宽度的选择应使得在给定延长件的宽度L(参见图2)的情况下，轮胎的配置与如果不使用延长件将其直接安装在适当的轮辋上所具有的配置尽可能相似。
通过更具体地参考图3，很明显，轮辋3具有两个轮辋座31，每一个轮辋座31通过轮辋凸缘32延伸。轮辋凸缘32具有径向外侧的支承面33，该径向外侧的支承面33旨在用作延长件主体的支撑。当轮胎安装在延长件上并且延长件安装在轮辋上，轮胎充气至标称压力的时候，轮辋凸缘32的支承面33与延长件1接触。该支承面33具有第一部分321，该第一部分321基本上在垂直于滚动组件的旋转轴线DD'的平面中定向，并且相对于所述轮辋座31在径向上位于外侧。轮辋凸缘32的支承面33具有基本上为截头圆锥形的第二部分322，该第二部分322相对于所述第一部分321在轴向上位于外侧，并且相对于所述轮辋座31至少部分地在径向上位于外侧，所述第二部分322基本上为截头圆锥形，角度α为15°。支承面33还包括在所述第一部分321和所述第二部分322之间的连接部分320。在所示的示例中，轮辋凸缘32的轴向宽度WR为18.3mm。
图3中的附图标记E和I分别表示轮辋的轴向外侧和轴向内侧。第二部分322轴向向外侧倾斜：因此，通过将其轴向向外侧延伸，第二部分322在虚拟顶点S处与轴线DD'(相对于轮辋3不成比例的位置)相交，该顶点S位于轴向上朝向外侧非常远的位置，在图3中用S下方的箭头表示。
本发明可以与轮胎2的未示出的内部构造的多种变型一起使用，并且与延长件1的未示出的内部构造的多种变型一起使用。
回到图2，很明显，每一个延长件1具有轴向内端部10，该轴向内端部用于安装在所述轮辋座31的一个上。其具有轴向外端部11和主体12，该主体12基本上轴向定向并且布置在所述轴向外端部11和所述轴向内端部10之间。主体12具有径向内表面122。延长件的轴向内端部10具有基本上垂直于旋转轴线D-D'的轴向定位面101，并且在滚动组件的充气压力的作用下通过轴向压靠在轮辋凸缘32上而固定就位。轴向外端部11具有肩部111，该肩部111部分地形成基本上垂直于旋转轴线DD'的面。所述延长件1具有延长件座13。胎圈21在胎圈21与延长件座13的交界处具有轴向宽度WB。胎圈21通过在滚动组件的充气压力的作用下轴向地压靠延长件的所述轴向外端部11而固定就位。
使轴向外端部11的肩部111的迹(trace)线径向地向内延伸，并且使延长件座13的迹线延伸，获得一个点，该点是直径为D1的圆的迹点，所述直径本身对应于使用根据本发明的延长件1的滚动组件的轮胎的标准直径。使轴向定位面101的迹线径向地向内延伸并且使轮辋座31的迹线延伸，获得一个点，该点是直径为D0的圆的迹点，该直径为轮辋座31的标准直径。对于所参考的标准的信息，读者应当查阅ETRTO(欧洲轮胎和轮辋技术组织)的文档。轮辋凸缘的在轮辋座310的迹线与凸缘32的径向部分321的迹线之间的交点与凸缘32的径向最外点F之间所测得的高度h为8.5mm(见图7)。这使得可以获得延长件的适合于将轮胎的胎圈保持在延长件座上的凸台，而不会在延长件的结构中引起过度的应力。
一旦完成安装，轮胎的胎圈会引起延长件1的周向收缩。轮辋凸缘32在胎圈21下方轴向延伸距离S，使得比率S/WB等于0.3。因此，明显的是，径向内表面122在其整个轴向宽度WR上支承在轮辋凸缘32的径向外侧的支承面33上，该轴向宽度WR为18.3mm并且比已知的实施方案大得多，从而在轮胎的胎圈21承受在径向上显著增加的载荷时，迫使轮胎的胎圈21在旋转运动中倾斜(对于在图2中示出的轮胎2的侧面沿逆时针方向)。
图7示出了根据本发明的主题之一的轮辋的可选择的实施方案的局部子午线截面。相同的附图标记对应于相同或相似的部分。
该轮辋3与图3所示的轮辋的不同之处在于，它具有轮辋座310，该轮辋座310在两个过渡区域311和312之间基本上是圆柱形的，并且轴向宽度P小得多，大约为15.3mm。这两个修改使得当将延长件1安装在轮辋上的时候，就可以将延长件1的延长件胎圈锁定在其使用位置，而无需依靠在轮胎安装在轮辋和延长件组件上时滚动组件的充气压力。
通过使滚动组件在相对于轮胎向前行进的方向以60°的角度β经过高50至90mm的路缘石，测量路缘石抵抗力(与垂直于轮胎行进方向的方向相对应的90°角，请参见图4和图5)；路缘石的边缘具有10mm的曲率半径；以不同的速度相继经过，直到轮胎失去充气压力，或者直到轮胎或延长件或车轮永久变形，并且在每次经过时获得在车辆上传递到路缘石和/或轮毂的力。将参考组件与根据本发明的组件进行比较。参考组件T1是常规的不带有延长件的组件，具有
PS4S型的245/35R20轮胎和宽度为8英寸的轮辋，凸缘为J型凸缘。如图4所示，所测试的滚动组件的车轮4是具有辐条42的车轮。
用可变的比率S/WB的值测试了四个具有延长件的滚动组件：
·第一个E1具有如图3所示的轮辋，其比率S/WB等于0.27；
·第二个E2具有如图7所示的轮辋，其比率S/WB等于0.27；
·第三个E3具有如图7所示的轮辋，其比率S/WB等于0.49；
·第四个E4具有如图7所示的轮辋，其比率S/WB等于0.70。
图6显示了路缘石测试的结果。
图6中的图表的x轴表示轮胎向前移动的速度，以km/h为单位，y轴表示在冲击期间在地面上测得的径向载荷的最大值，以daN为单位。
不具有延长件的控制滚动组件T1在18km/h的试验中出现胎侧凸起，在20km/h的试验中出现穿孔。
对于具有延长件的四个滚动组件，在整个测试的速度范围内，即使径向载荷的最大值随速度显著增加，也没有轮胎受损。
应当注意，径向载荷的最大值根据车轮上的冲击的位置而显著不同。与冲击发生在两个辐条之间相比，如果冲击发生在车轮的辐条上，则Fz更高。
因此，不能够区分这四个组件的结果；然而，应注意的是，即使随着比率S/WB的值的增加而出现径向载荷的增加，比率S/WB的增加也不会降低滚动组件对路缘石的抵抗力。
对于滚动组件E1，从42km/h开始观察到车轮在冲击位置处的永久变形。根据本发明的三个其他滚动组件的最佳抵抗力可以与轮辋凸缘的几何形状的改变以及朝向轮辋凸缘的外侧的延伸相关。
相比之下，在行动测试期间，观察到随着比率S/WB的增加，驱动精度得到了显著的改善。
Claims (3)
1.一种用于轮胎的轮辋(3)，所述轮辋具有旋转轴线DD'，所述轮辋具有轮辋座(31)，所述轮辋座(31)通过轮辋凸缘(32)轴向地向外延伸，所述轮辋凸缘(32)具有径向外部的支承面(33)，所述径向外部的支承面(33)具有第一部分(321)、第二部分(322)和连接部分(320)，所述第一部分(321)基本上定向在相对于所述轮辋座(31)的垂直平面中并且在径向上位于外部，其中，朝向外部倾斜的第二部分(322)相对于所述第一部分(321)在轴向上位于外部，所述第二部分(322)相对于所述轮辋座(31)至少部分地在径向上位于外部，所述连接部分(320)在所述第一部分(321)和所述第二部分(322)之间，其特征在于，所述第二部分(322)是大致截头圆锥形的，通过使所述大致截头圆锥形部分连续而确定的虚拟顶点相对于所述轮辋座(31)轴向地位于外侧。
2.根据权利要求1所述的轮辋，其中，所述第二部分(322)与旋转轴线DD'形成角度α，该角度α的值在5°至30°之间。
3.根据权利要求1和2中任一项所述的轮辋，其中，所述第二部分(322)和所述连接部分(320)具有在15mm至21.5mm之间的累积轴向宽度WR。
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