CN113825651B - 重型卡车轮胎胎面和具有不对称泪滴沟槽的重型卡车轮胎 - Google Patents

Abstract

提供了一种重型卡车轮胎定向型胎面，其在纵向方向上具有两个连续的不对称沟槽(14)，该不对称沟槽在侧向方向上共享至少一些与胎面边缘的相同偏移。两个不对称沟槽(14)中的每个都具有本体(28)和泪滴(30)。沟槽(14)的底部的表面具有沿底部的整个表面不是相同的曲率半径。沟槽的几何结构抵抗裂纹萌生和传播，并由等式R_A.B.avg>1.4 x R_ref控制，其中，R_A.B.avg是沟槽的底部的特定部分的平均半径，并且R_ref是沟槽的底部的参考半径。

Description

重型卡车轮胎胎面和具有不对称泪滴沟槽的重型卡车轮胎

技术领域

本发明总体上涉及轮胎胎面和轮胎。更具体地，本发明涉及最适合于重型卡车的轮轴诸如在牵引车半拖车组合中使用的牵引车或单机直卡车的驱动轮轴的轮胎胎面和轮胎，其具有连续的不对称泪滴(tear drop)沟槽(sipe)，该连续的不对称泪滴沟槽具有抵抗裂纹萌生和传播的几何结构。

背景技术

轮胎胎面大体上围绕轮胎的外圆周延伸，以用作轮胎与轮胎在其上行进的表面(操作表面)之间的中间物。轮胎胎面与操作表面之间的接触沿着轮胎的覆盖面积发生。轮胎胎面提供可以在轮胎加速、制动和/或转弯期间产生的用以抵抗轮胎打滑的抓地力。轮胎胎面还可以包括胎面特征，诸如肋片、凸耳、凹槽和沟槽，它们中的每一个可以帮助在轮胎在特定条件下操作时提供目标轮胎性能。轮胎并且特别是驱动轮胎的胎面的一个问题是牵引力、滚动阻力与磨损/异常磨损之间的折衷。

已知的是，在轮胎肋片中添加沟槽可以改善磨损率并提高牵引力，但但沟槽的存在也可能增加开裂的风险，通常在沟槽的底部。沟槽可以作为泪滴沟槽提供，其在底部具有扩大的通常为圆形的截面形状，以解决沟槽底部的开裂问题。圆形截面形状增加了沟槽底部的半径，从而减少了底部的应力集中，以使裂纹萌生最小化。

众所周知，驱动轮轴轮胎的肩部包括泪滴沟槽。对于这些沟槽，需要大大小的泪滴以减少由于施加到轮胎上的大量扭矩而导致的开裂。然而，如此大直径的泪滴会在肩部中产生其他问题，诸如由于大直径泪滴形成的底切而导致肩部中的块的边缘的不希望的压缩。这种底切可能会导致轮胎异常磨损。因此，在所属领域中仍有变化和改善的空间。

附图说明

参考附图，在说明书中阐述了针对本领域普通技术人员的本发明的完整且能够实现的公开内容，包括其最佳模式，在附图中：

图1是重型卡车轮胎的立体图。

图2是包括不对称沟槽的胎面的一部分的前视图。

图3A是沿图2的线3A-3a截取的截面图。

图3B是图3A的圆圈3B的详细视图。

图4是根据另一示例性实施方式的包括不对称沟槽的胎面的一部分的前视图。

图5A是沿图4的线5A-5A截取的截面图。

图5B是图5A的圆圈5B的详细视图。

图6是具有椭圆形泪滴的不对称沟槽的截面图。

图7是连续的不对称沟槽由凹槽隔开的截面图。

附图中使用相同或类似的附图标记表示相同或类似的特征。

具体实施方式

现在将详细地参看本发明的实施方式，在附图中示出了所述实施方式的示例。这些示例是当作对本发明的阐释而提供。

本发明提供具有泪滴沟槽14的胎面12，该泪滴沟槽具有不对称形状。沟槽14的泪滴30在形状上是不对称的，使得沟槽14的底表面44不具有在其整个长度上都相同的曲率半径50。底表面44的构造使得切点A和B之间的平均半径R_A.B.avg比参考半径R_ref的1.4倍大。这种布置得到不对称的沟槽14，其中泪滴30的曲率半径50在纵向方向16上在底表面44的的中点后面大体上远离滚动方向22较大。提供具有R_ref与R_A.B.avg的比率的泪滴30使得泪滴30的几何结构可以起作用以减少或消除在泪滴30的这个大体向后部分处本来基于扭矩施加到胎面12的方式较可能发生的裂纹萌生和传播。

图1示出了轮胎10，其为重型卡车轮胎10。在这点上，轮胎10不是设计用于汽车、摩托车或轻型卡车(有效载荷容量小于4000磅)，而是为重型卡车诸如18轮车、垃圾车或箱式卡车设计并且与其一起使用的。轮胎10可以是转向轮胎、驱动轮胎、拖车轮胎或全位置轮胎。轮胎10包括外胎68，胎面12设置在该外胎上。轮胎10的中心轴线72延伸穿过外胎68的中心，并且轮胎10的侧向(在这种情况下为轴向)方向18平行于中心轴线72。轮胎10的可以被称为厚度方向20的径向方向20垂直于中心轴线72，并且胎面12被定位成在径向方向20上比外胎68离中心轴线72远。胎面12在轮胎10的还被称为纵向方向16的圆周方向16上完全围绕外胎68延伸，并且360度围绕中心轴线72。

胎面12具有五个肋片，所述肋片由在圆周方向16上延伸的四个纵向凹槽分开。五个肋片可以被分类为中心肋片、两个中间肋片和两个肩部肋片。然而，在其它示例性实施方式中可以存在任意数量的肋片，或者没有肋片，并且五个肋片仅在一些实施方式中存在。肩部肋片60之一被具体地标识并且其在侧向方向18上的一侧以圆周凹槽74为边界并且相反侧以胎面边缘24为边界。肋片可以各自由可以具有各种形状、大小和配置的数个胎面花块构成。包括这些结构特征在使用中给予了胎面12不同的性能特性。胎面12可以包括可以增强牵引力或磨损率的某些结构特征。参考图1示出的一个此类结构特征可以是在侧向方向18上延伸越过肋片的胎面块的沟槽14。图1中指出的特定沟槽14在中间肋片之一中。胎面12在侧向方向18上具有第一胎面边缘24和相对设置的第二胎面边缘。胎面12的滚动胎面宽度从一个边缘24延伸到另一边缘，并且是胎面12的被设计成当轮胎10是新的时在任何胎面12已经发生磨损之前接合地面的一部分。

图2示出了根据一个示例性实施方式的胎面12的前部的一部分。胎面12是被设计成主要在一个方向上滚动的定向型胎面。滚动方向22是胎面12被设计成在纵向方向16上滚动的方向，纵向方向可以是车辆的向前方向，与车辆的向后、逆向方向相对照。响应于该滚动方向22布置不对称沟槽14。在所有示例性实施方式中具有不对称沟槽14的胎面12可以作为新轮胎10的一部分提供，或者可以作为附接到用过的外胎68的翻新带提供。不对称沟槽14被布置成使得它们是连续的。不对称沟槽14在纵向方向16上接续第二不对称沟槽70。沟槽14、70在侧向方向18上与胎面边缘24共享至少一些共同的偏移26。在这点上，不对称沟槽14、70在纵向方向16上是连续的并且具有至少一些在侧向方向18上是相同位置的共同部分。

图3A是沿图2的线3A-3A截取的、示出了不对称沟槽14、70的截面形状的截面图。不对称沟槽14、70彼此相同，但在其他实施方式中不必相同。沟槽14具有本体28，该本体具有位于胎面12的胎面表面56处的顶端58。与顶端58相反的端是本体28的底端32，泪滴30从底端32沿厚度方向20朝轮胎10的中心46延伸。本体28以倾斜角度从泪滴30延伸到胎面表面56，使得底端32在纵向方向16上与顶端58不在相同的位置。在其他实施方式中，本体14可以在相对于滚动方向22的相反方向上成角度，或者可以在胎面12的各种布置中根本不成角度。

同样参考图3B，其是图3A的泪滴30的详细视图，示出了泪滴30的不对称形状。泪滴30在形状上是不对称的并且具有左切点36和右切点38。切点36和38是沿纵向方向16位于泪滴30的相对端处的点，它们是位于泪滴30的最前端末端和最后端末端的位置。向前切线L1延伸通过左切点36，向后切线L2延伸通过右切点38。切线L1和L2中的至少一个在厚度方向20上延伸。在其他实施方式中，切线L1和L2都沿厚度方向延伸。两个切线L1和L2彼此平行。两个切线L1和L2在纵向方向16上在泪滴30的前述前端和后端末端处接合泪滴30。

赤道40是被限定为延伸通过左切点36和右切点38的直线的线。赤道40将泪滴30分成底部42和顶部48。泪滴30的底部42具有底表面44。底部42是泪滴30的在赤道40的靠近轮胎10的中心46或者在厚度方向20上位于胎面12内较深的一侧上的部分。泪滴30的顶部48是泪滴30的以赤道40为边界的在厚度方向20上比底部42更靠近胎面表面56的部分。顶部48在底端32处接合本体28。关于泪滴30的顶部48和底部42，赤道40将这两个部分48和42分开并且顶部48在厚度方向20上比底部42相对于胎面表面56更靠近胎面表面56.

底部42的底表面44是弯曲的并且沿着整个底表面44不具有相同的曲率半径50。底表面44的曲率通常是凹形的。底表面44的曲率半径50在至少两个不同的位置是不同的。底表面44可以设置成使得存在许多不同的曲率半径50，例如沿整个底表面44从5-10、从11-15或理论上最多达无限数量的不同的曲率半径50。泪滴30可以被描述为形状不对称，因为底表面44具有至少两个不同的曲率半径50，使得底表面44的曲率半径50沿着整个底表面44不相同。面积S是泪滴30的以赤道40和底表面44为边界的截面的面积。本领域中已知的任何技术可以用于计算截面面积S。

泪滴30的几何结构是相对于参考半径R_ref构建的。参考半径R_ref由以下等式限定：

参考半径R_ref可以在获得面积S之后计算。参考半径R_ref代表底表面44的平均半径并且稍后将用于限定不对称沟槽14关于平均半径A到B R_A.B.avg的值的几何结构。

一旦确定了沟槽14的某些其他几何特征，就可以计算平均半径A到BR_A.B.avg。线L3绘制在沟槽14上并且是垂直于厚度方向20的线。在一些实施方式中，线L3在纵向方向16上延伸。线L3与底表面44相切。线L3与底表面44相切的点被指定为切点A。如果线L3与底表面44的相切构成线而不是单个点，则点A被限定为切线末端处最靠近右切点38的点。然后可以相对于沟槽14绘制线L4。线L4定向为与厚度方向20成45度角。45度角定向处的线L4与底表面44相切，并且该切点被指定为切点B，其是底表面44上的一点。切点A和B具有这样的关系，即它们都在底表面44处并且切点A在滚动方向22上位于切点B的前方。因此，切点B在滚动方向22上位于切点A的后方，切点B在底表面44上的右切点38的下方并且不位于右切点38处。如果线L4与底表面44的相切构成线而不是单个点，则点B被限定为切线末端处最靠近切点A的点。

线L5通过切点A和切点B。通过建立该线L5，可以计算值d_max。值d_max是从线L5到底表面44的最大垂直距离。从线L5到底表面44的距离是在从线L5垂直于线L5延伸到底表面44时测量的。最大测量距离被指定在d_max最大距离处。为确定沟槽14的几何结构而测量的另一值是d_A.B.，其是切点A和切点B之间的直线距离。切点A和切点B之间的距离是沿着线L5测量的。

切点A和B之间的平均半径表示为R_A.B.avg，并且可以使用以下等式计算：

在计算切点A和B之间的平均半径R_A.B.avg后，沟槽的设计使得R_A.B.avg与参考半径r_ref之间的以下关系存在并如下：

R_A.B.avg>1.4x R_ref。

因此，沟槽30具有其中切点A和B之间的平均半径R_A.B.avg比参考半径R_ref的1.4倍大的形状。沟槽14的不对称性限定在泪滴30部分中，因为底表面44的曲率半径50不是沿着底部42的整个长度相同，而是至少在两个位置不同。轮胎胎面12包括第二不对称沟槽70，其在纵向方向16上与第一不对称沟槽14连续，使得在第一和第二连续沟槽14和70之间没有其他凹槽或沟槽。如图3A所示的第二不对称沟槽70具有与第一不对称沟槽14相同的截面配置，并且不需要重复所有前述特征。因此，第二不对称沟槽70可以包括如上所述的线、距离、点和曲率中的所有。第二不对称沟槽70可以与第一不对称沟槽14相同地形成，或者可以不同，只要它具有如前所述的R_A.B.avg>1.4x R_ref关系。

驱动轮胎10在扭矩下在泪滴30的底表面44发生开裂通常离开底表面44的下死点开始。申请人推测，作用在胎面12上的扭矩导致裂纹在与滚动方向22相反的方向上在死点后面发展，如果存在的话，这会导致裂纹在块的前缘下方传播。因此，关系R_A.B.avg>1.4x R_ref已经被设计成防止或最小化这种开裂。底表面44具有可以位于裂纹萌生概率最高的位置处的形状。如本文所公开的胎面12本质上是定向型的，从而可以根据滚动方向22来设置泪滴30的定向以确保其处于最有可能经历开裂的位置。不对称沟槽14、70的设计可以允许使用较小的泪滴30，从而在抗开裂的情况下保持牵引力和耐磨性能。

参考图4、5和5A说明胎面12的另一实施方式。此处，不对称沟槽14再次位于胎面12的肩部肋片60内。肩部肋片60是在侧向方向18上一侧以胎面边缘24为边界并且相对侧以圆周肩部凹槽74为边界的肋片。根据各种示例性实施方式，沟槽14可以位于肩部肋片、中间肋肋片和/或中心肋肋片中。尽管被示出在肩部肋片中，但不对称沟槽14根本不需要排他地或在其他实施方式中位于其中。沟槽14可以与其他胎面12元件一起以定向型方式进行布置，使得胎面12被设置为定向型胎面12。沟槽14在侧向方向18上一直延伸越过肩部肋片60的宽度。胎面12具有第一不对称沟槽14和第二不对称沟槽70，它们在侧向方向18上具有相同的长度，并且具有相同的共同偏移26。共同偏移26是沟槽14和70在侧向方向18上共享的距胎面边缘24距离。与将第一不对称沟槽14与胎面12上的一些其他沟槽例如在中心肋片中的沟槽或在相对的肩部肋片中的沟槽相比较形成对照，该共同偏移26用于将两个沟槽14、70彼此连接。胎面12包括位于连续的不对称沟槽14、70之间的三个对称沟槽64，这些对称沟槽也在侧向方向18上延伸越过肩部肋片60的整个宽度并且与沟槽14、70共享相同的共同偏移26。

沟槽14、70和64的截面图在图5A和5B中示出并且是沿着由于沟槽14、70、64相对于纵向方向16的角定向而相对于纵向方向16成角度的线通过它们的截面宽度截取的。图5A和5B中所示的不对称沟槽14的截面图具有仅在厚度方向20上而不在纵向方向16上延伸的本体28，使得本体28不成角度，这与如图2和3所示的本体28不同。泪滴30可以以与先前在其他实施方式中讨论的方式类似的方式进行布置，在其他实施方式中呈现关系R_A.B.avg>1.4xR_ref。

图4、5A和5B中的实施方式包括相对第一不对称沟槽14的第二、连续的不对称沟槽70。第二不对称沟槽70的布置可以与第一不对称沟槽14的布置相同。或者，第二不对称沟槽70可以不同于第一不对称沟槽14，只要保持关系R_A.B.avg>1.4x R_ref。三个对称沟槽64在纵向方向16上位于两个不对称沟槽14、70之间。然而，不对称沟槽14、70仍被称为是连续的，因为它们是在纵向方向16上连续地彼此相邻的两个不对称沟槽14、70。对称沟槽64具有对称的泪滴。在这点上，对称沟槽64的泪滴的底部都具有相同的曲率半径。然而，如果截面是镜像，曲率半径可以不同并且沟槽64仍然对称。在讨论沟槽的对称性时，可能的情况是仅泪滴的底部使其对称或不对称，因为本体的端部在接合泪滴的顶部时可能会产生不对称，即使泪滴的其余部分是对称的。因此，可以基于泪滴的底部的对称性或不对称性来评估对沟槽的不对称性的确定，如前所述。

图6是根据另一示例性实施方式的胎面12的截面图，其中两个连续的不对称沟槽14、70再次利用关系R_A.B.avg>1.4x R_ref进行设置。不对称沟槽14、70具有椭圆形的泪滴30。椭圆被定向成使得实现关系R_A.B.avg>1.4x R_ref。存在本胎面12的其他实施方式，其中在不是椭圆形泪滴30的两个连续不对称沟槽14、70中R_A.B.avg>1.4x R_ref。在纵向方向16上的两个连续的不对称沟槽14、70之间不存在对称沟槽64、凹槽66或其他胎面特征。因此，不对称沟槽14、70的形状不仅是椭圆形，而且是相对于厚度和纵向方向20、16定向的椭圆形，使得如限定的R_A.B.avg>1.4x R_ref。应当理解，泪滴30的形状可以是椭圆形，但在其他实施方式中不必是椭圆形。可以使用任何形状的泪滴30，只要遵循所公开的几何边界以产生R_A.B.avg>1.4x R_ref关系。可以使用上述技术来计算这种关系，并且不需要重复该信息。

图7示出了胎面12的实施方式，其中两个连续的不对称沟槽14、70存在于胎面12中并且再次包括关系R_A.B.avg>1.4x R_ref。可以使用上述技术来计算这种关系，并且不需要重复该信息。凹槽66在纵向方向16上位于两个不对称沟槽14、70之间。

提供了计算R_ref和R_A.B.avg以描述R_A.B.avg如何大于R_ref的1.4倍的示例。此处，泪珠30具有椭圆形状，其用于限定泪珠30的底部轮廓44并且沿其最长轴具有3.4mm的尺寸并且沿其最短轴具有2.0mm的尺寸。椭圆的面积公式是πab，其中a是长轴的半长，b是短轴的半长。根据这个公式，椭圆的面积是5.34mm²。知道赤道线40正好平分椭圆，以赤道线40和底表面44为边界的面积是完整椭圆面积的一半，或2.67mm²。使用用于R_ref的等式，然后参考半径R_ref计算为1.30mm。然后可以检查和测量椭圆形泪滴30的定向以在该特定示例中产生d_A.B＝1.95mm和d_max＝0.09mm。使用上述等式计算点A和B之间的平均半径R_A.B.avg为5.33mm。该值大于1.4x R_ref(5.33mm>1.82mm)。

对本领域的技术人员而言将明显的是，在不脱离本发明的范围或精神的情况下可以在本发明中进行各种修改和改变。举例来说，被例示或描述为一个实施方式的部分的特征可以与另一实施方式一起使用以得到又一实施方式。如上文已讨论的，根据本发明的胎面或轮胎还可以包括彼此显著不同的胎面半部，只要每个胎面半部保持在由权利要求所限制的本发明的范围内。因此，本发明意在涵盖落在所附权利要求及其等效物的范围内的此类修改和变化。

Claims (11)

1.重型卡车轮胎定向型轮胎胎面，其具有纵向方向、侧向方向和厚度方向以及在纵向方向上的滚动方向，包括：

胎面边缘；

在纵向方向上的两个连续的不对称沟槽，其在侧向方向上共享至少一些与所述胎面边缘的相同偏移，其中，两个不对称沟槽中的每个不对称沟槽被布置为具有：

本体；以及

位于所述本体的底端处的泪滴，其中，所述泪滴具有向前切线L1和向后切线L2，其中，所述向前切线和所述向后切线中的一者沿所述厚度方向延伸，其中，所述向前切线L1平行于所述向后切线，其中，所述向前切线L1延伸通过左切点，并且其中，所述向后切线L2延伸通过右切点，其中，赤道是延伸通过所述左切点和所述右切点的直线，赤道将泪滴分成底部和顶部，其中底部是泪滴的在赤道的靠近轮胎的中心或者在厚度方向上位于胎面内较深的一侧上的部分，顶部是泪滴的以赤道为边界的在厚度方向上比底部更靠近胎面表面的部分；其中，所述底部具有一表面，所述表面的曲率半径沿着所述底部的整个表面不是相同的；其中，S是以所述赤道和所述底部的所述表面为边界的面积，并且其中，参考半径R_ref计算如下：

其中，线L3垂直于所述厚度方向并延伸通过位于所述底部的所述表面处的切点A；

其中，切点B在相对于切点A与滚动方向相反的方向上位于所述底部的所述表面处，线L4延伸通过切点B并定向成与所述厚度方向成45度角；

其中，线L5延伸通过切点A和切点B；

其中，d_max是垂直于线L5测量的线L5和所述底部的所述表面之间的最大距离；

其中，d_A.B.为沿线L5从切点A到切点B的直线距离；

其中，切点A和切点B之间的平均半径R_A.B.avg计算如下：

其中R_A.B.avg>1.4x R_ref。

2.根据权利要求1所述的胎面，其中，所述泪滴具有椭圆形截面形状。

3.根据权利要求1或2所述的胎面，其中，所述胎面具有胎面表面，并且其中，所述本体具有位于所述胎面表面处的顶端，其中，所述本体的顶端与所述本体的底端在所述厚度方向上彼此隔开，并且在所述纵向方向上彼此不隔开。

4.根据权利要求1或2所述的胎面，其中，所述胎面具有胎面表面，并且其中，所述本体具有位于所述胎面表面处的顶端，其中，所述本体的顶端与所述本体的底端在所述厚度方向上彼此隔开，并且在所述纵向方向上彼此隔开。

5.根据权利要求1所述的胎面，其中，所述胎面具有至少部分地由所述胎面边缘限定的肩部肋片，并且其中，所述两个连续的不对称沟槽中的每个不对称沟槽都位于所述肩部肋片中。

6.根据权利要求1所述的胎面，其中，所述两个连续的不对称沟槽在所述侧向方向上与所述胎面边缘具有相同的偏移。

7.根据权利要求1所述的胎面，其中，所述两个连续的不对称沟槽在所述纵向方向上紧邻，使得没有任何沟槽及任何凹槽在所述纵向方向上、在所有由所述两个连续的不对称沟槽共享的与所述胎面边缘的相同偏移处位于所述两个连续的不对称沟槽之间。

8.根据权利要求1所述的胎面，其中，至少一个对称沟槽在所述纵向方向上、在至少一些由所述两个连续的不对称沟槽共享的与所述胎面边缘的相同偏移处位于所述两个连续的不对称沟槽之间。

9.根据权利要求8所述的胎面，其中，三个对称沟槽在纵向方向上、在至少一些由所述两个连续的不对称沟槽共享的与所述胎面边缘的相同偏移处位于两个连续的不对称沟槽之间。

10.根据权利要求1所述的胎面，其中，凹槽在纵向方向上、在至少一些由所述两个连续的不对称沟槽共享的与所述胎面边缘的相同偏移处位于两个连续的不对称沟槽之间。

11.一种重型卡车轮胎，其包括根据前述权利要求中任一项所述的胎面。

Images