CN1133548C - 具有改进轮胎磨损的牺牲花纹条的轮胎 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种带有牺牲花纹条的轮胎，以通过延迟不规则磨损的开始和增快来保护轮胎胎面的主花纹条。该轮胎的胎面包括多个由花纹沟形成的主花纹条。牺牲花纹条设置在主花纹条的每个侧向边缘。牺牲花纹条通过花纹沟宽度不大于1.5毫米的窄的胎肩花纹沟与主花纹条分开。牺牲花纹条的表面宽度为胎面宽度的2.5%至12%，并具有从主花纹条的横向或侧向轮廓凹进一个径向偏离的凹进外表面，该偏离值在0.50毫米至2.0毫米之间。邻近每个窄的胎肩花纹沟的主花纹条的边缘具有多个刀槽花纹，它从所述窄的胎肩花纹沟开始以一个大约为15°至35°的侧向角沿着对应于轮胎旋转方向的方向水平延伸，并以一个从一向外的垂直线向着所述轮胎行驶面为大约5°至15°的向后倾斜角垂直延伸。

Description

具有改进轮胎磨损的牺牲花纹条的轮胎
技术领域
本发明涉及车辆轮胎，更具体地说，涉及重型卡车轮胎。本发明尤其用于长途运输作业中以减少前轴轮胎的异常磨损。
背景技术
长途运输卡车轮胎的异常磨损问题是本领域公知的。对于使用寿命中的大部分时间经历直线向前行驶的卡车轮胎会形成不同的磨损图纹。与直线向前的道路行驶产生的轮胎应力相比，来自转弯和机动操作车辆的轮胎应力只存在在有限的时间内。卡车轮轴的定位以及卡车悬架与转向联动装置的配合性在产生轮胎磨损方面变得更加重要。垂直应力可以在产生轮胎磨损方面与纵向应力和侧向应力一样重要。
公开了对转向轮轴卡车轮胎的异常磨损和耐久性的问题的不同解决方法的专利包括：美国专利No.4,214,618、4,480,671、4,890,658、5,010,936、5,099,899和5,131,444；法国专利No.2,303,675(FR675)，英国专利No.2,027,649(GB649)；日本专利No.3-253408(JP408)和PCT专利申请No.9202380-A(PCT380)。这些参考文献公开了用于控制轮胎胎面的胎肩区的形状的方法，以便在轮胎磨损(例如轨道磨损)时尽可能地限制胎面形状出现异常变化。还公开了在轮胎接地面积转变为胎肩区的不同位置使用不同尺寸大小的胎肩花纹沟。但是，所有这些文献没有一个公开一种胎肩花纹条，该胎肩花纹条将减小作用在第一内花纹条上的应力，以便在轮胎胎面使用寿命的大部分时间中延缓和减少异常磨损的形成。
在前转向轮轴卡车轮胎上使用窄的胎肩花纹条以控制主圆周花纹条的磨损在本领域中是公知的。该项技术的一般问题是，将窄的胎肩花纹条与第一内花纹条分隔开的相对窄的胎肩花纹条和窄的花纹沟只在轮胎是相对新的时候有效。窄的胎肩花纹条很快地磨损并产生一个相对大的凹槽，以致于在经历了初始磨损后窄的胎肩花纹条不能承载轮胎负荷足够大的部分。当轮胎的窄的胎肩花纹条在初始磨损过程中形成它自己稳定的凹槽尺寸时，没有初始凹槽或具有大的初始凹槽时该问题都不能被解决。为了改善花纹条的磨损和轮胎的耐久性，在澳大利亚专利No.622983(AU983)、PCT专利申请No.9202380-A(PCT380)和日本专利No.2-253408(JP408)中公开了使用宽的胎肩花纹条和一些窄的花纹沟。下面将对这些文献进行更详细的讨论。
澳大利亚专利AU983公开了一种恒速长途行驶卡车轮胎，在该轮胎上有高的负荷。通过包括宽度为3.5毫米的窄的胎肩花纹沟、各自宽度至少为总接地宽度13％的宽的胎肩花纹条以及尺寸在0.5毫米至5.0毫米之间的胎肩花纹条凹进使胎面的磨损寿命得以改进。所公开的胎肩花纹条宽度相对较大，对于主胎面宽度为200毫米的轮胎，胎肩花纹条宽度至少为35毫米。
在PCT申请PCT380中，公开了一种长期以恒定速度运行的卡车轮胎，该轮胎增加了对胎面基部加强件层之间的分离的抵抗。通过一个宽度在0.6毫米至8毫米之间的窄的胎肩花纹沟、宽度在17毫米至34毫米之间的宽的胎肩花纹条以及一个尺寸小于主胎面花纹沟深度的40％的胎肩花纹条凹进使抗分离能力得以改进。同样地，胎肩花纹条宽度相对较大，优选的凹进也相对较大。
日本专利JP408公开了一种减少胎肩磨损和砾石穿透的轮胎。抗磨损是通过包括花纹沟宽度为主胎面宽度的0.2％至3％之间的细小的窄的胎肩花纹沟来实现的，胎肩花纹条的宽度大于主胎面部分的主花纹沟深度的90％并带有一个20°至60°的倾斜接地表面区，但该专利没有提到胎肩花纹条凹进的大小。胎肩花纹条的倾斜接地表面区至少是20°以有助于防止砾石穿透以及花纹沟龟裂和剪切。
在现有技术中公知的通过减少不规则磨损来帮助增加轮胎胎面使用寿命的另一设计特征是增加间隔开的刀槽花纹，刀槽花纹从主花纹沟侧向延伸到主花纹条，以及从窄的胎肩花纹沟延伸到第一内花纹条。该刀槽花纹的形成可以通过倾斜刀槽花纹进一步改进，倾斜刀槽花纹沿着从一垂直线到轮胎的轮胎行驶面的深度方向倾斜。在日本专利No.5-338418(JP418)和AU983中公开了倾斜刀槽花纹的形成。在JP418中，倾斜的刀槽花纹设置成使得刀槽花纹具有一个内端，该内端在轮胎向前旋转过程中位于表面端后部。该倾斜的刀槽花纹用于降低花纹条刚性。在邻近窄的胎肩端部2(图1)没有刀槽花纹。在AU983中公开的倾斜刀槽花纹与垂直线成一5°至25°的角度在轮胎行驶面上倾斜。该文献中的刀槽花纹和如前所讨论的十分宽的胎肩花纹条一起使用。
在现有技术中公知的通过减少不规则磨损来帮助轮胎胎面增加使用寿命的另一设计特征中，胎面设计通过添加一个临近要保护的花纹条设置的差级花纹条来控制主花纹条上的垂直负荷量。在US44公开的内容中，差级花纹条区在主胎面宽度承压部分接触地面以有助于支承轮胎负荷。差级区的总宽度是在胎面接地区的5％至25％的范围内，并且该差级区有一个凹进，该凹进与轮胎上的负荷和胎面厚度成正比，而与胎面接地面积和胎面橡胶的弹性模数成反比。凹进的大小为2毫米或更大。差级区与地面的接触是基于具有轮胎上的最大负荷的至少50％但小于200％的接触。每个差级区位于胎面的承压部分内并由两个窄的花纹沟或窄的切口加以限制，负荷支承承压部分包括轮胎的整个侧向宽度。US444公开的内容没有提到窄的花纹沟或切口的宽度以及在轮胎胎面的侧向边缘使用差级区。
英国专利No.532,534(GB534)公开了一种胎面设计，该设计通过邻近要保护的花纹条设置的一个差级花纹条来控制承载的垂直负荷量。在负荷支承花纹条之间的花纹沟具有较细小的花纹条，这些花纹条通过宽度为大约0.8毫米的窄的花纹沟与负荷支承花纹条分隔开。较细小的花纹条可以凹进，但对该凹进的大小没有给出数值。GB534专利没有提到胎面侧向边缘上凹进的花纹条。
需要有一个能作为牺牲花纹条的胎肩花纹条，该牺牲花纹条与地面表面接触以减轻由主胎面宽度承载的负荷，尤其是第一内花纹条承载的负荷。一种用于维持胎肩花纹条上的负荷的装置能在直线向前行驶期间有效地减少转向轴卡车轮胎的主花纹条上的应力。该需要将使得整个轮胎胎面的胎面磨损更加均匀。在轮胎的每个侧向边缘上的胎面宽度的第一内花纹条受到高负荷作用，该高负荷产生相对高的应力，需要将高应力减小以改进该第一内花纹条上的磨损，从而使轮胎规则或均匀的磨损。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种重型轮胎，它具有位于主胎面宽度的两个侧向边缘外侧的胎肩花纹条，该胎肩花纹条通过在一个更长的轮胎胎面使用寿命时期内承载更大部分的轮胎负荷，由于磨损而成为牺牲花纹条。
尤其是，本发明的一个目的是给出一个新卡车轮胎的牺牲花纹条和窄的胎肩花纹沟的合适形状和尺寸，以使胎面磨损开始后牺牲花纹条能有效地保护轮胎的主胎面部分。
本发明的另一目的是提供卡车轮胎的侧向牺牲胎肩花纹条以减少第一内花纹条的不规则磨损。该牺牲花纹条有助于延迟主花纹条不规则磨损的开始和不规则磨损的增快。
本发明的再一目的是减少在长途行驶中转向轴卡车轮胎的不规则磨损的发生。邻近圆周花纹沟的轨道磨损的发生受到特别的关注。
本发明的又一个目的是要制造一个具有带束层组、一个胎体、胎圈区和侧壁的卡车轮胎，该侧壁包括牺牲花纹条和窄的胎肩花纹沟以减少轮胎的主胎面区的不规则磨损，其结果是使轮胎主胎面宽度上具有均匀的磨损花纹。
本发明通过提供一个带有牺牲花纹条的轮胎以延迟不规则磨损的发生和不规则磨损的增快来保护轮胎胎面的主花纹条从而实现上述目的。
在本发明的一个实施例中，提供了一种重型轮胎，该轮胎具有一胎面、一个在间隔开的胎圈芯之间延伸的胎体、以及一个位于所述胎体外侧的中心胎冠区，胎冠区具有一个带束层组，用于帮助支承与一个支撑表面接触的所述胎面，所述轮胎包括：由主胎面花纹沟形成的多个主花纹条，它们绕着轮胎的外表面大体沿圆周方向延伸形成轮胎行驶面上的一个主胎面宽度，用于与支撑表面接触；位于主胎面宽度的每个侧边、用于与支撑表面接触的牺牲花纹条，所述牺牲花纹条通过一个窄的胎肩花纹沟与所述主花纹条分开，该窄的胎肩花纹沟的花纹沟宽度使得在负载轮胎直线向前行驶时所述牺牲花纹条与第一内花纹条接触；每个所述牺牲花纹条的表面宽度在所述胎面宽度的大约2.5％至大约12％的范围内；每个所述牺牲花纹条具有一个从所述主花纹条的横向轮廓径向偏离的凹进外表面，当轮胎为新轮胎时，所述径向偏离的值在大约0.5毫米至大约2.0毫米的范围内；邻近每个所述窄的胎肩花纹沟的所述主花纹条的边缘具有多个刀槽花纹，该刀槽花纹从所述窄的胎肩花纹沟开始以一个大约为15°至35°的侧向角沿着对应于轮胎旋转方向的方向水平延伸，并且以一个从一向外的垂直线向着所述轮胎行驶面为大约5°至15°的向后倾斜角垂直延伸。
在本发明的另一实施例中，提供了一种重型卡车轮胎，它具有一轮胎胎面，所述轮胎胎面包括：一个主胎面部分，它在主胎面宽度上具有包括第一内花纹条的至少四个圆周花纹条，花纹条由具有主花纹沟深度的主花纹沟间隔开并在所述主胎面宽度的侧向边缘之间绕着轮胎的外表面延伸，其中，所述主胎面部分的轮胎行驶面限定了所述主胎面的侧向轮廓；一对牺牲花纹条，每个牺牲花纹条位于所述胎面的每个侧向边缘，并由与每个所述侧向边缘邻近的一个窄的胎肩花纹沟与所述第一内花纹条分隔开；每个牺牲花纹条具有一个尺寸在大约10毫米至大约17毫米范围内的侧向表面宽度；每个所述窄的胎肩花纹沟具有一个尺寸在大约0.2毫米至大约1.5毫米范围内的侧向宽度和一个为所述主花纹沟深度的大约90％至大约110％之间的窄的花纹沟深度；每个所述牺牲花纹条具有一个从所述侧向轮廓的一致的延伸部分径向向轮胎内部凹进一个径向偏离的表面区，所述偏离的尺寸在大约0.5毫米至1.5毫米的范围内；每个所述主花纹条的边缘具有多个刀槽花纹，该刀槽花纹从所述窄的胎肩花纹沟开始以一个大约为15°至35°的侧向角沿着对应于轮胎旋转方向的方向水平延伸，并且以一个从一向外的垂直线向着所述轮胎行驶面为大约5°至15°的向后倾斜角垂直延伸。
附图说明
下面将对设计用于实现本发明的结构和本发明的其他特征进行描述。
通过阅读下面的说明书和参考作为说明书一部分的附图，本发明将更加容易理解，这里显示了本发明的一个示例，其中：
图1是现有轮胎的局部平面图，显示了作为参考的一种现有的胎面花纹；
图2是本发明的轮胎的局部平面图，显示了一种新的胎面花纹；
图3是图1的参考轮胎放大的一部分，显示胎面的详细情况；
图4是本发明的轮胎的放大的一部分，显示胎面的详细情况；
图5是沿着线5-5在胎肩部位截取的图1的参考轮胎的径向横截面图；
图6是沿着图2中线6-6在胎肩部位截取的本发明的轮胎的径向横截面图；
图7A是沿着图1、2、3或4中的线A-A在一个内部主花纹沟截取的参考轮胎或本发明的轮胎的径向横截面图；
图7B是沿着图1、2、3或4中的线B-B在一个内部主花纹沟截取的参考轮胎或本发明的轮胎的径向横截面图；
图7C是沿着图2中的线C-C平行并接近一个窄的胎肩花纹沟截取的本发明轮胎的胎冠部分的周向横截面图；
图8是本发明的轮胎的径向横截面图，显示了沿图2中线8-8截取的一个对称轮胎的一半；
图9是显示平均纵向应力分布随本发明的轮胎或现有轮胎的第一内花纹条的接地长度而变化的曲线图，该图是采用一个限定的基本模型得到的，花纹条加负载地与一个支撑表面接触；
图10是显示平均侧向应力分布随本发明的轮胎或现有轮胎的第一内花纹条的接地长度而变化的曲线图，该图是采用一个限定的基本模型得到的，花纹条加负载地与一个支撑表面接触；
图11是显示平均垂直应力分布随本发明的轮胎或现有轮胎的第一内花纹条的接地长度而变化的曲线图，该图是采用一个限定的基本模型得到的，花纹条加负载地与一个支撑表面接触；
图12是显示平均纵向应力分布随本发明的轮胎或现有轮胎的第一内花纹条的接地长度而变化的曲线图，该图是通过实际的轮胎测试得到的，花纹条加负载地与一个支撑表面接触；
图13是显示平均侧向应力分布随本发明的轮胎或现有轮胎的第一内花纹条的接地长度而变化的曲线图，该图是通过实际的轮胎测试得到的，花纹条加负载地与一个支撑表面接触；
图14是显示平均垂直应力分布随本发明的轮胎或现有轮胎的第一内花纹条的接地长度而变化的曲线图，该图是通过实际的轮胎测试得到的，花纹条加负载地与一个支撑表面接触。
具体实施方式
现将参照附图对本发明进行详细的描述。图1、3和5中所示的现有或参考轮胎10具有窄的胎肩花纹条18，它由位于主胎面的侧向边缘的胎肩花纹沟28限定。窄的胎肩花纹条从具有由花纹沟22和24限定的花纹条12、14和16的主胎面部分凹进。在车辆正常的运行期间，窄的花纹条在轮胎使用寿命期间保持凹进，以便在第一内花纹条12上保持一个薄胶边12a。轮胎胎面的整个正常运行宽度是在侧向边15之间。在车辆操作期间，窄的花纹条可折叠在第一内花纹条上以支撑第一内花纹条。现有技术典型的这些窄的胎肩花纹条与第一内花纹条具有联合效果以有助于保持轮胎的胎面表面是一个平的侧向或横向轮廓。窄的胎肩花纹条基本上以与主胎面部分相同的速率磨损以保持一个稳定的径向凹槽或与主胎面轮廓的偏离距离。但是，稳定的偏离值相对较大并且第一内花纹条12上的应力能保持相对较大，尤其是在轮胎运行了相对长的时间后。本发明满足了限制这些应力的需要并且它保持在轮胎的整个使用寿命期间以改善不规则磨损的出现。
本发明的轮胎30具有如图2、4和6所示的相对较宽的牺牲胎肩花纹条38。牺牲花纹条由相对窄的胎肩花纹沟48形成。每个牺牲花纹条的侧向宽度C的值位于主胎面宽度TW(图8)的约2.5％至约12％之间。C值的优选范围约5％至10％之间。在本发明范围内的通常的重型卡车轮胎的牺牲花纹条的侧向宽度的值在大约5毫米至20毫米。牺牲花纹条优选的表面宽度C位于10毫米至17毫米之间。牺牲花纹条的侧向宽度C可以在轮胎胎面的主胎面宽度的约2.5％至约12％之间变化。在本发明范围内的窄的胎肩花纹沟的侧向宽度的值为1.5毫米。窄的胎肩花纹沟48的宽度的优选值G小于或等于1.0毫米。尤其是，大约0.2毫米至0.4毫米的较小宽度G值能最好地改善不规则轮胎磨损。窄的胎肩花纹沟宽度的实际值位于大约0.2毫米至1.0毫米之间。但是，花纹沟龟裂必须被控制。
主胎面部分通过由圆周花纹沟42和44限定的花纹条32、34和36限定。牺牲花纹条最小的初始凹进或从主胎面区域的侧向或横向轮廓线P径向向内地径向偏离值为0.5毫米(图6和图8)。牺牲花纹条从一个新的卡车轮胎的主胎面部分径向向内的初始凹进H最好在大约1.0毫米至1.5毫米之间。从轮廓线凹进的牺牲花纹条外表面的凹进部分可以在本发明的范围内变化。牺牲花纹条的上表面相对于轮廓线可以有一个小于约15。的倾角。凹进部分最好与轮廓线P有一个恒定的距离H且相对于轮廓线的倾角为零(图6)。零倾角有助于牺牲花纹条承担总的轮胎负荷的更大部分(参看图6)。
轮胎胎面正常的总的接地宽度在侧向边缘35之间延伸。胎面宽度TW定义成在第一内花纹条32的外边缘之间的侧向距离(图8)。胎面宽度是轮胎胎面的主要负荷支承侧向宽度部分。牺牲花纹条帮助支承轮胎上的负荷的能力是通过减少轮胎胎面不规则磨损量而延长轮胎使用寿命的关键。
轮胎30的胎肩区的形状最好由一个涉及表面宽度C、胎肩40的斜度M和窄的胎肩花纹沟的深度D-H(图8)的形状系数来限定。通过参照图6A对斜度M作进一步的限定。从窄的胎肩花纹沟48的底部48a平行于侧向轮廓线P作一条线P’使其在牺牲花纹条38的一个第一点38b与轮胎胎肩的外表面40相交。侧向距离K被定义为从窄的胎肩花纹沟的轴向外侧壁48b到第一点的距离。牺牲花纹条38的一个第二点38a被定义在牺牲花纹条的上表面39的轴向外边缘。在第一点38b和第二点38a之间作一条倾斜的直线40a。倾向线40a的轴向长度和径向长度的比被定义为斜度M。即，斜度M约等于(K-C)/(D-H)。对于本发明的轮胎的通常的斜度值在大约0.1至0.3之间。
被定义为SF＝M×(D-H)/C的形状系数SF以及窄的花纹沟宽度G是胎肩结构保护第一内花纹条的能力的一个好的标志。窄的胎肩花纹沟的深度D最好是在主花纹沟深度D’(图8)的大约90％至110％之间。选择形状系数使得轮胎上的负荷更大部分地由牺牲花纹条支承以减轻第一内花纹条上的应力。根据本发明制造的轮胎的通常的形状系数SF的值在大约0.05至0.50之间，而一般的参考或现有轮胎的形状系数为1.0或更大。本发明的牺牲花纹条的形状系数使得轮胎上的负荷更大部分地由牺牲花纹条支承以减轻第一内花纹条32上的应力。此外，选择窄的胎肩花纹沟48的宽度使得在直线向前行驶期间牺牲花纹条38接触第一内花纹条32以进一步支承轮胎上的垂直和侧向负荷。
更详细地参看图4和图6，本发明的轮胎30具有超出主胎面区宽度TW延伸的牺牲花纹条38。其目的是为了在轮胎使用寿命期间保护主胎面区并防止主胎面区的不规则磨损和不规则磨损的增快。结果，在轮胎使用寿命的较长期间被牺牲以承受更大部分的轮胎负荷的胎肩花纹条提供了这种保护。它们随着轮胎胎面宽度TW一起磨损，凹进或径向偏离深度H不会变得过大，以使牺牲花纹条在车辆直线向前行驶期间与支撑表面连续保持接触。
胎肩牺牲花纹条38设计用于减轻轮胎胎面的主花纹条的高应力，尤其是在直线向前行驶期间。此外，本发明的牺牲花纹条的几何形状使得它们能在轮胎使用寿命较长的期间内保持它们的效果。这是通过牺牲花纹条的主要结构特征实现的。第一结构特征是牺牲花纹条的宽度C与现有技术的主要部分相比相对较大。第二结构特征是对从主胎面区的侧向轮廓线P径向向内偏离的牺牲花纹条的上表面采用了一个稍微凹进距离H(图6)。这两个特征被独特地选择用于本发明的轮胎。可以采用的第三结构特征是牺牲花纹条的侧壁部分的斜度M。本发明的第四结构特征是窄的胎肩花纹沟48。该花纹沟具有被选择的间隙宽度G和深度D，以用于对轮胎主胎面区提供保护。间隙宽度的选择使得在胎面表面加负载时牺牲花纹条38将与第一内花纹条32接触。窄的胎肩花纹沟的深度处于主花纹沟的深度的大约90％至110％之间，它使得牺牲花纹条38在轮胎的胎面使用寿命期间独立于第一内花纹条32起作用。小于或等于大约1.5毫米的相对小的G能在窄的胎肩花纹沟底部形成应力集中。集中的应力能在轮胎胎面上产生龟裂，这使得在胎面磨损成为问题前使轮胎就不能使用了。在花纹沟底部的窄的胎肩花纹沟的内表面的最小半径为大约1.0毫米，它能够减轻窄的胎肩花纹沟的底部的应力集中。
本发明的另一实施例包括在每个圆周花纹条的侧向边缘加上刀槽花纹。该实施例将牺牲花纹条和窄的胎肩花纹沟的结构特征结合起来以增加对轮胎防止不规则磨损和不规则磨损的增快的保护。如图4所示，刀槽花纹45邻近窄的胎肩花纹沟48设置在第一内花纹条32的外边缘。刀槽花纹46邻近主花纹沟42和44设置在主花纹条32、34和36上。刀槽花纹45和46侧向线32a成角度L布置。刀槽花纹如图所示沿着从花纹沟到对应的轮胎旋转的方向延伸。侧向角的值在大约15°至35°之间。如图7C所示，刀槽花纹45和46也可有相对于胎面表面的垂直线N向后的倾角V。相对于垂直线的倾角V的值在大约0°至20°之间。优选的倾角在大约5°至15°之间。
作为边缘刀槽花纹的该实施例的一部分，优选的轮胎30如图2和4所示在主花纹条32、34和36的所有边缘上都有相同的刀槽花纹。但是，一个花纹条具有与其它花纹条不相同的刀槽花纹也落在本发明的范围内。内圆周花纹沟42和44制作成与本发明的优选实施例中的相似。内花纹沟的详细细节如图7A和7B中的横截面图所示。花纹沟的底部形成绕着轮胎沿圆周延伸的正弦形花纹(图1和2)。花纹沟的外表面边缘最好是直的。因此，花纹沟的径向侧表面相对于主花纹沟的圆周平面CP有一个变化的角度。优选的刀槽花纹在各自的花纹条内具有平行于花纹沟的圆周平面的边缘46a，46b。
本发明的轮胎的一个示例的横截面图如图8所示。轮胎30相对于轮胎的中平面M对称，因此，只有轮胎的一半显示在径向剖面图中。轮胎绕着车辆轮子的旋转轴线AR旋转。轮胎包括上述讨论的轮胎胎面T的花纹条和花纹沟。标准的胎面橡胶材料可用于制作本发明的轮胎。作为轮胎的主要接地表面区的主胎面的宽度TW采用所述的牺牲花纹条38和窄的胎肩花纹沟48来防止不规则磨损。位于胎面下部的一个带束层组如图所示包括多个用于轮胎的带束层62、64和66。带束层通常采用平行的金属丝来加强，金属丝与邻近的线网层加强件成锐角地相交在每个线网层中。胎体70在带束层下部从胎圈到胎圈90延伸并包围着一个胎圈芯92。胎体具有至少一个胎体线网层，并且最好有多个采用金属丝加强的线网层，金属丝在胎圈芯之间大体径向和轴向延伸。具有侧壁橡胶部分52的侧壁区50在每个胎圈和带束层组60的各自侧向边缘之间延伸。一个橡胶材料的内衬层线网层80帮助轮胎在车辆的轮子上保持充气状态。
在本发明的优选轮胎30的第一内花纹条32上的应力的减小如图9、10和11所示。轮胎的结构和材料的综合效果可采用一个高速计算机作成模型并加以分析。在第一内花纹条上沿纵向X的应力Sx的结果如图9所示。对于对比轮胎10的纵向应力Sx如曲线110所示，对于本发明的轮胎的纵向应力Sx如曲线130所示。图中绘制的是穿过花纹条的纬向平均应力值，该应力值随着沿第一内花纹条接地长度的圆周距离而改变。花纹条与一个支撑表面接触，并且测量是从接地长度的中心(零点)定位的。这些纵向应力表明对比轮胎与本发明的轮胎具有近似相同的纵向应力Sx。Sx应力也导致本发明的轮胎的驱动力增加。
在第一内花纹条上沿侧向Y的应力Sy的结果如图10所示。对于对比轮胎10的侧向应力Sy如曲线210所示，对于本发明的轮胎的侧向应力Sy如曲线230所示。图中绘制的是穿过花纹条的纬向平均应力值，该应力值随着沿第一内花纹条接地长度的圆周距离而改变。花纹条与一个支撑表面接触，并且测量是从接地长度的中心(零点)定位的。这些侧向应力表明本发明的轮胎的侧向应力Sy比对比轮胎的侧向应力低得多。
在第一内花纹条上沿垂直方向Z的应力Sz的结果如图11所示。对于对比轮胎10的垂直应力Sz如曲线310所示，对于本发明的轮胎的垂直应力Sz如曲线330所示。图中绘制的是穿过花纹条的纬向平均应力值，该应力值随着沿第一内花纹条接地长度的圆周距离而改变。花纹条与一个支撑表面接触，并且测量是从接地长度的中心(零点)定位的。这些垂直应力表明本发明的轮胎30的垂直应力Sz比对比轮胎10的垂直应力小得多。
对于本发明的轮胎计算出的综合应力更小。实际的测试值与这些计算的应力值相比较进一步证实了本发明的轮胎与对比轮胎和现有技术中的其它轮胎相比所具有的改进效果。实际的磨损测试结果也公开在下面的实验结果中，它进一步证实了可通过本发明来实现图9、10和11的本发明的计算结果所显示的改进。
在不规则磨损方面的改进大体是通过多个单独的改进的结合来实现的。牺牲花纹条的宽度C的加宽和增加一个凹进部分H使得第一内花纹条32的纵向应力Sx受益。此外，将对比轮胎10的凹进部分H减小，本发明的轮胎30的牺牲花纹条38将使轮胎磨损减少，它将使轮胎在它的使用寿命的较长时期内受益。减小牺牲花纹条38和第一内花纹条32之间的间隙距离G可以使花纹条相互接触，以有助于支承第一内花纹条并减小第一内花纹条上的侧向应力Sy.由于在加负载时牺牲花纹条和第一内花纹条基本上是闭锁在一起，花纹条边缘的影响被消除并且在第一内花纹条上的垂直应力Sz被改善。一种一般的闭锁提供了一个更坚固的牺牲花纹条，以便与对比轮胎相比在高冲击和摩擦的环境中增加更长的耐久性。与对比轮胎的窄的花纹条相比，本发明的轮胎胎面的牺牲花纹条在初始时以较慢的速率磨损，因为它们具有较高的径向展开(小的径向偏离)，这将使牺牲花纹条在轮胎使用寿命期间较长时间地保持起作用。
实验结果
一个现有技术中已知的现有或对比轮胎和一个与现有轮胎基本相同、但具有本发明特征的轮胎一起被测试。所用轮胎是与275/80 R22.5具有相同尺寸、负载范围和应用的重型卡车轮胎，该轮胎由俄亥俄州科普利德(Copleyd)的轮胎与轮辋联合公司的1997年年报的标准所限定。
两个现有轮胎和两个本发明的轮胎安装在两个相同的长途车辆的转向轴上并在车辆之间旋转以校正任何车辆悬架系统差别。如下的结果显示了由本发明的轮胎提供的改进。
除了胎肩花纹条和窄的胎肩花纹沟的几何形状外(图6)，现有轮胎和本发明的轮胎的尺寸基本相同。表I显示了现有轮胎和本发明的轮胎的几何参数。窄的胎肩花纹沟的深度制成等于主胎面宽度上的花纹沟的深度，或大约15毫米。在第一内花纹条的侧向外边缘上包括有刀槽花纹并且现有轮胎具有零侧向和倾斜角，而本发明的轮胎具有侧向角L大约为25°(图4)和倾斜角V大约为10°(图7C)的刀槽花纹。现有轮胎的形状系数是0.81，而本发明的轮胎的形状系数是0.22。
轮胎的测试连续进行直到在现有轮胎上的轮胎磨损达到轮胎不能使用的程度。当轮胎在车辆之间旋转时，右侧的轮胎保持在每个车辆的右侧。在测试期间进行大量的旋转。
                              表I
                   被测试轮胎的胎肩几何参数(mm)被测试的轮胎    胎面宽度    胎肩花纹条宽度    胎肩凹进    窄的花纹沟宽度    斜度
               TW              C              H              G            M现有轮胎           197            4.5            2.8            3.0          0.3本发明的轮胎       197            12.0           1.5            1.0          0.2
表II显示了右侧轮胎的各花纹条的磨损的相对大小，表III显示了左侧轮胎的各花纹条的相对磨损。磨损大小是相对于现有轮胎的外侧第一内花纹条得出的。在轮胎不再使用而拆除时的相对里程值也列出在最后一栏中。
                              表II
                      相对最大磨损：右轮胎被测试    花纹条1      花纹条2      花纹条3      花纹条4     花纹条5    拆除时的轮胎    外侧第一     外侧第二     中间         内侧第二    内侧第一   的相对
      内花纹条     内花纹条     花纹条       内花纹条    内花纹条   里程值现有轮胎    1.0           1.0         1.0           1.2         2.5       1.0
      (参照值)                                                     (参照值)本发明轮胎  1.5           1.5         1.5           1.5         1.7       1.0
                                表III
                          相对最大磨损：左轮胎被测试      花纹条1    花纹条2    花纹条3    花纹条4     花纹条5    拆除时的轮胎      外侧第一   外侧第二    中间      内侧第二    内侧第一   的相对
        内花纹条   内花纹条   花纹条     内花纹条    内花纹条   里程值现有轮胎      1.0        0.4       0.3          0.4         0.4       1.0
       (参照值)                                                (参照值)本发明轮胎    0.6        0.6       0.6          0.6         0.7       1.5
表II和表III的相对磨损测试结果表明本发明的轮胎的各个花纹条形成更加均匀的磨损花纹。对于车辆的右侧轮胎，最大磨损位于相对车辆来说轮胎内侧的第一内花纹条上。它们在相同的里程数时被拆除不再使用，但是，在本发明轮胎上的磨损只是现有轮胎磨损的1.7/2.5×100＝68％。对于车辆的左侧轮胎，现有轮胎的最大磨损位于相对车辆来说轮胎外侧的第一内花纹条上。对于本发明的左侧轮胎来说，最大磨损如右侧轮胎一样位于轮胎的内侧上。本发明的左侧轮胎被拆除不再使用的里程数比现有轮胎的里程数多1.5/1.0×100＝50％，并且本发明轮胎的磨损只是现有轮胎的磨损的0.7/1.0×100＝70％。这些结果表明本发明的轮胎在磨损方面有巨大的改进。
对这些测试轮胎进行了实际的应力测试，以便与采用限定的基本模型(FEM)和高速计算机得出的预测应力相比较。计算机模型得出的应力结果已在前面公开和讨论过，并如图9、10和11中的曲线所示。从实际测试结果得到的显示第一内花纹条上的相对最大应力的新的曲线如图12、13和14所示。
在第一内花纹条上沿纵向X的应力Sx的实际测试结果如图12所示。对于现有轮胎的纵向应力Sx如曲线112所示，对于本发明的轮胎的纵向应力Sx如曲线132所示。在第一内花纹条上沿侧向Y的应力Sy的实际测试结果如图13所示。对于现有轮胎的侧向应力Sy如曲线212所示，对于本发明的轮胎的侧向应力Sy如曲线232所示。在第一内花纹条上沿垂直方向Z的应力Sz的实际测试结果如图14所示。对于现有轮胎的垂直应力Sz如曲线312所示，对于本发明的轮胎的垂直应力Sz如曲线332所示。先前对FEM计算机得出的应力所作的总的评述大体上适用于实际测试结果所得出的应力。实际上，这些曲线十分相似。表IV显示了在各种情况下在现有轮胎的第一内花纹条上的应力Sx、Sy和Sz的相对最大应力与本发明的轮胎的对比结果。
                             表IV
                在第一内花纹条上的相对最大应力轮胎                  预测值(FEM)                 实际值(测试)
                Sx     Sy     Sz              Sx      Sy     Sz现有轮胎           1.0     1.0    1.0             1.0     1.0    1.0
             (参照值)(参照值)(参照值)       (参照值)(参照值)(参照值)本发明轮胎         0.86    0.60   0.70            0.58    0.59   0.71
在各种情况下，在本发明的轮胎上的最大应力小于在现有轮胎上的应力。在与现有轮胎进行两种对照比较时，可以注意到本发明的轮胎在Sx、Sy和Sz有相同的总的减少幅度。这些测试结果证实了本发明的牺牲花纹条在减少磨损和延长轮胎使用寿命方面的重要性。
尽管采用了特定的范围对本发明的优选实施例进行了描述，但这种描述只是为了示例说明，应理解的是，在不脱离附后的权利要求的精神或范围的情况下，可对本发明进行改变和修改。

Claims (16)

1、一种重型轮胎，该轮胎具有一胎面、一个在间隔开的胎圈芯之间延伸的胎体、以及一个位于所述胎体外侧的中心胎冠区，胎冠区具有一个带束层组，用于帮助支承与一个支撑表面接触的所述胎面，所述轮胎包括：
由主胎面花纹沟形成的多个主花纹条，它们绕着轮胎的外表面大体沿圆周方向延伸形成轮胎行驶面上的一个主胎面宽度，用于与支撑表面接触；
位于主胎面宽度的每个侧边、用于与支撑表面接触的牺牲花纹条，所述牺牲花纹条通过一个窄的胎肩花纹沟与所述主花纹条分开，该窄的胎肩花纹沟的花纹沟宽度使得在负载轮胎直线向前行驶时所述牺牲花纹条与第一内花纹条接触；
每个所述牺牲花纹条的表面宽度在所述胎面宽度的大约2.5％至大约12％的范围内；
每个所述牺牲花纹条具有一个从所述主花纹条的横向轮廓径向偏离的凹进外表面，当轮胎为新轮胎时，所述径向偏离的值在大约0.5毫米至大约2.0毫米的范围内；以及
邻近每个所述窄的胎肩花纹沟的所述主花纹条的边缘具有多个刀槽花纹，该刀槽花纹从所述窄的胎肩花纹沟开始以一个大约为15°至35°的侧向角沿着对应于轮胎旋转方向的方向水平延伸，并且以一个从一向外的垂直线向着所述轮胎行驶面为大约5°至15°的向后倾斜角垂直延伸。
2、如权利要求1所述的轮胎，其特征在于，所述牺牲花纹条具有一个范围为所述主胎面宽度的大约5％至大约10％的表面宽度。
3、如权利要求1所述的轮胎，其特征在于，所述牺牲花纹条具有一个尺寸范围为大约10毫米至大约17毫米的表面宽度。
4、如权利要求1所述的轮胎，其特征在于，所述径向偏离的值为大约1.0毫米至1.5毫米。
5、如权利要求1所述的轮胎，其特征在于，所述窄的胎肩花纹沟的所述花纹沟的宽度值在大约0.2毫米至大约1.5毫米的范围内。
6、如权利要求5所述的轮胎，其特征在于，所述胎肩花纹沟的花纹沟深度在为所述主胎面花纹沟的深度的大约90％至大约110％的范围内，所述花纹沟深度是从所述主花纹条的所述轮胎行驶面径向测量的。
7、如权利要求1所述的轮胎，其特征在于，所述花纹沟的宽度不大于大约1.0毫米。
8、如权利要求1所述的轮胎，其特征在于，所述花纹沟宽度的值在大约0.2毫米至大约1.0毫米的范围内。
9、如权利要求8所述的轮胎，其特征在于，所述花纹沟宽度的值在大约0.2毫米至大约0.4毫米的范围内。
10、如权利要求1所述的轮胎，其特征在于，所述牺牲花纹条具有一个形状系数(SF)，它定义为所述窄的胎肩花纹沟的深度(D-H)乘以所述牺牲花纹条的一个外胎肩的斜度(M)再除以所述侧向表面宽度(C)，它表示为：
                 SF＝(D-H)×M/C
该形状系数的值大约为0.05至0.5。
11、如权利要求10所述的轮胎，其特征在于，所述牺牲花纹条的形状系数的值大约为0.2。
12、一种重型卡车轮胎，它具有一轮胎胎面，所述轮胎胎面包括：
一个主胎面部分，它在主胎面宽度上具有包括第一内花纹条的至少四个圆周花纹条，花纹条由具有主花纹沟深度的主花纹沟间隔开并在所述主胎面宽度的侧向边缘之间绕着轮胎的外表面延伸，其中，所述主胎面部分的轮胎行驶面限定了所述主胎面的侧向轮廓；
一对牺牲花纹条，每个牺牲花纹条位于所述胎面的每个侧向边缘，并由与每个所述侧向边缘邻近的一个窄的胎肩花纹沟与所述第一内花纹条条分隔开；
每个牺牲花纹条具有一个尺寸在大约10毫米至大约17毫米范围内的侧向表面宽度；
每个所述窄的胎肩花纹沟具有一个尺寸在大约0.2毫米至大约1.5毫米范围内的侧向宽度和一个为所述主花纹沟深度的大约90％至大约110％之间的窄的花纹沟深度；
每个所述牺牲花纹条具有一个从所述侧向轮廓的一致的延伸部分径向向轮胎内部凹进一个径向偏离的表面区，所述偏离的尺寸在大约0.5毫米至1.5毫米的范围内；以及
每个所述主花纹条的边缘具有多个刀槽花纹，该刀槽花纹从所述窄的胎肩花纹沟开始以一个大约为15°至35°的侧向角沿着对应于轮胎旋转方向的方向水平延伸，并且以一个从一向外的垂直线向着所述轮胎行驶面为大约5°至15°的向后倾斜角垂直延伸。
13、如权利要求12所述的轮胎，其特征在于，所述窄的胎肩花纹沟的所述侧向宽度不大于大约1.0毫米。
14、如权利要求12所述的轮胎，其特征在于，所述牺牲花纹条具有一个形状系数(SF)，它定义为所述窄的胎肩花纹沟的深度(D-H)乘以所述牺牲花纹条的一个外胎肩的斜度(M)再除以所述侧向表面宽度(C)，它表示为：
                    SF＝(D-H)×M/C
该形状系数的值大约为0.05至0.5。
15、如权利要求12所述的轮胎，其特征在于，所述牺牲花纹条的所述表面区是一个从所述侧向轮廓径向向内倾斜的表面，该表面在所述窄的胎肩花纹沟处具有所述径向偏离以及一个小于大约15°的倾斜角。
16、如权利要求15所述的轮胎，其特征在于，所述倾斜角为零度，以提供从所述侧向轮廓的恒定的径向偏离。
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