CN114312164A - 一种补强层及防爆轮胎 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种补强层及防爆轮胎，属于防爆轮胎领域。所述补强层设置于三角胶外侧；所述补强层的宽度L为：与L0差值最小的以0或5结尾的数值；所述L0＝SW*n*a+L3。本发明提供的补强层通过提供宽度的确定方式，可根据不同规格快速确认补强层宽度，提高研发及生产效率。同时进一步限定了补强层的上下端点的定位、贴合位置及材质，应用于防爆轮胎方面，解决了现有防爆轮胎子口位置易破坏或胎体断裂的技术问题，提高了轮胎的安全性能及零气压耐久性能。

Description

一种补强层及防爆轮胎

技术领域

本发明属于防爆轮胎领域，尤其涉及一种补强层及防爆轮胎。

背景技术

随着科学技术的飞速发展，高速道路建设的提升以及生活水平的提高，人们对汽车在高速行驶下的安全性能及舒适性能提出了更高的要求。轮胎作为汽车在行驶中与路面接触的关键部件，其安全性能对汽车的安全性能起着至关重要的作用。

各大轮胎企业对安全轮胎的研究日渐增多，市场上现有的缺气保用安全轮胎，通过厚、硬等特点来增加胎侧的支撑性能，达到零气压下的耐久性能。但是过厚、过硬的支撑体，在零气压高速行驶下，易导致高生热，径向的剪切应力大，从而产生子口裂、三角胶横向断裂，以及轮胎与轮辋剥离的危险因子，存在汽车发生侧翻的安全隐患。而且由于增加了支撑胶，三角胶是硬胶，在行驶过程中，由于三角胶的硬度和子口位置的变形，三角胶近端点附近由于三角胶硬度的原因，容易破坏胎体，造成胎体提前损坏。

发明内容

本发明提出一种补强层及防爆轮胎，解决了现有防爆轮胎子口位置易破坏或胎体断裂的技术问题，降低了胎圈与轮辋剥离的风险，提高了轮胎的安全性能及零气压耐久性能。

本发明提供了一种补强层，所述补强层设置于三角胶外侧；

所述补强层的宽度L为：与L0差值最小的以0或5结尾的数值；

所述L0＝SW*n*a+L3；

其中L0：补强层计算宽度；SW：名义断面宽度；n：轮胎的扁平系数；a：补强层宽度计算系数，取值范围为0.2～0.38；L3：补强层上端点与三角胶上端点的距离，且5mm≤L3≤15mm。

优选的，所述补强层的下端点与钢丝圈持平，补强层的上端点位于三角胶的上端点以上。

优选的，当轮胎为单层胎体设计时，所述补强层紧贴在三角胶外侧。

优选的，当轮胎为1#胎体帘布和2#胎体帘布双层胎体设计时，所述补强层位于2#胎体帘布反包与1#胎体帘布之间。

优选的，所述补强层为尼龙、聚酯或芳纶材质。

优选的，所述补强层的角度为45～65°。

本发明还提供了一种防爆轮胎，包含上述任一一项方案所述的补强层。

优选的，所述防爆轮胎还包括胎面、冠带层、带束层、胎侧、胎体帘布、支撑胶、外护、三角胶、钢丝圈和内衬层。

优选的，所述胎体帘布为单层胎体帘布或双层胎体帘布。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明提供一种补强层及防爆轮胎，在轮辋保护和子口位置增加补强层，并将补强层设置于三角胶外侧，一方面对支撑胶的支撑性能起到补充作用，更增强了胎侧的支撑性能，子口位置的刚性增强，下沉量减小，提升了零气压耐久性能；同时对比传统较厚的支撑胶，一定程度上提升了舒适性能；另一方面，补强层可以分散子口位置的压力分布，避免应力集中导致子口裂等病象的发生；第三，补强层的补强作用可以在一定程度上保护三角胶，三角胶作为子口位置的重要部件，在零气压行驶时，由于径向压力，容易发生横向的碾压断裂，轮辋滑移，胎圈与轮辋剥离的风险。补强层结构的加入，一定程度上增加了子口位置的支撑性能，对三角胶和轮辋起到一定的保护作用。而且，不仅保证了在零气压下的性能，还保证了在正常行驶下的性能。

同时，限定了补强层的宽度，本发明通过限定补强层的宽度可以适度平衡补强支撑效果及成本，既不会因为设计过窄不能对三角胶进行有效补充增强，又不会因宽度过大造成成本提高。同时该公式的应用，可根据不同规格快速确认补强层宽度，提高研发及生产效率。

进一步的，本发明限定了补强层的嵌入位置(补强层上下端点的定位)，可以分散子口位置的压力分布，避免应力集中导致子口裂等病象的发生；同时可以在一定程度上保护三角胶。

进一步的，本发明限定了补强层的贴合位置，这样设计一方面能够减少子口裂的发生，另一方面能显著提高“全防爆”乘用车轮胎轮辋保护、子口位置的强度和刚性，保证零胎压行驶时的子口与轮辋的配合强度，减弱了轮辋保护及子口位置的压力分布，解决了适用普通轮辋零胎压行驶时容易脱圈和轮辋滑移的技术难题。

本发明进一步限定了补强层采用柔韧性较好的尼龙、聚酯或芳纶材质材料，不仅可提高轮辋保护和子口位置的刚性，提升零气压耐久性能外，还可以实现与子口部位的柔性过渡，达到应力分散效果，一定程度上提升了舒适性能。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例中单层胎体时的结构示意图；

图2为本发明实施例中双层胎体时的结构示意图；

图3为本发明实施例中补强层径向刚性曲线；

图4为本发明实施例中应力集中效果图，其中左图为方案1，右图为方案5；

图5为有限元仿真模拟分析压力分布；

图6为充气压力220kPa时，有限元仿真模拟分析温度分布；

图7为充气压力0kPa时，有限元仿真模拟分析温度分布。

附图说明：①胎面，②冠带层，③带束层，④胎侧，⑤-1 1#胎体帘布，⑤-2 2#胎体帘布，⑥补强层，⑦支撑胶，⑧外护，⑨三角胶，⑩钢丝圈，

内衬层。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行描述和说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明提供的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本发明应用于其他类似情景。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本发明公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本发明揭露的技术内容的基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本发明公开的内容不充分。

在本发明中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域普通技术人员显式地和隐式地理解的是，本发明所描述的实施例在不冲突的情况下，可以与其它实施例相结合。

除非另作定义，本发明所涉及的技术术语或者科学术语应当为本发明所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明所涉及的“一”、“一个”、“一种”、“该”等类似词语并不表示数量限制，可表示单数或复数。本发明所涉及的术语“包括”、“包含”、“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含；例如包含了一系列步骤或模块(单元)的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可以还包括没有列出的步骤或单元，或可以还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。本发明所涉及的“连接”、“相连”、“耦接”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电气的连接，不管是直接的还是间接的。本发明所涉及的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。本发明所涉及的术语“第一”、“第二”、“第三”等仅仅是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序。

本发明实施例提供了一种补强层⑥，参考图1～2所示，所述补强层⑥设置于三角胶⑨外侧；

所述补强层⑥的宽度L为：与L0差值最小的以0或5结尾的数值；

所述L0＝SW*n*a+L3；

其中L0：补强层计算宽度；SW：名义断面宽度；n：轮胎的扁平系数；a：补强层⑥宽度计算系数，取值范围为0.2～0.38；L3：补强层⑥上端点与三角胶⑨上端点的距离，且5mm≤L3≤15mm。

在本发明中，在轮辋保护和子口位置增加补强层⑥，将补强层⑥设置在三角胶外侧，一方面对支撑胶⑦的支撑性能起到补充作用，更增强了胎侧④的支撑性能，子口位置的刚性增强，下沉量减小，提升了零气压耐久性能；同时对比传统较厚的支撑胶⑦，一定程度上提升了舒适性能；另一方面，补强层⑥可以分散子口位置的压力分布，避免应力集中导致子口裂等病象的发生；第三，补强层⑥的补强作用可以在一定程度上保护三角胶⑨，三角胶⑨作为子口位置的重要部件，在零气压行驶时，由于径向压力，容易发生横向的碾压断裂，轮辋滑移，胎圈与轮辋剥离的风险。补强层⑥结构的加入，一定程度上增加了子口位置的支撑性能，对三角胶⑨和轮辋起到一定的保护作用。

在防爆轮胎中，由于增加了支撑胶⑦，三角胶⑨是硬胶，在行驶过程中，由于三角胶⑨的硬度和子口位置的变形，三角胶⑨近端点附近由于三角胶⑨硬度的原因，容易破坏胎体，提前损坏。本发明通过限定补强层⑥不仅保证在零气压下的性能，还得保证在正常行驶下的性能。

在本发明中，补强层⑥的宽度通过公式L0＝SW*n*a+L3计算得到，在本发明中为了方便进行半成品管理，在采用公式L0＝SW*n*a+L3公式计算得到补强层宽度后，再取与L0差值最小的以0或5结尾的数值。例如以225/55R17轮胎为例，L0＝225*0.55*0.36+10＝54.55，则L的宽度为55mm。在本发明中，系数a考虑的因素，需要满足不同扁平率，补强层⑥的上端点要高于轮辋保护和三角胶⑨端点。本发明通过限定补强层⑥的宽度可以适度平衡补强支撑效果及成本，既不会因为设计过窄不能对三角胶⑨进行有效补充增强，又不会因宽度过大造成成本提高。同时该公式的应用，可根据不同规格快速确认补强层⑥宽度，提高研发及生产效率。需要说明的是，如果补强层过窄，补强支撑的效果会大大降低；另一方面，在0气压下，由于应力集中在轮辋保护区域，如果低于三角胶高度，可能会出现三角胶断裂的风险，不能对三角胶和轮辋起到一定的保护作用。而补强层过宽，一方面会使胎侧的变形减小，增加了径向刚性，同时也会大大的增加成本。

在本发明中，进一步的，所述补强层⑥的下端点与钢丝圈⑩持平。本实施例中通过这样的设置可以使补强层⑥的下端点避开钢丝圈⑩底部位置，防止补强层⑥端点与轮辋间变形剪切导致生热增加，易出现端点脱层，产生子口裂的病象。

在本发明中，进一步的，所述补强层⑥的上端点位于三角胶⑨的上端点以上。三角胶⑨作为子口位置的重要部件，在零气压行驶时，由于径向压力，容易发生横向的碾压断裂，轮辋滑移，胎圈与轮辋剥离的风险。本实施例，将补强层⑥的上端点位于三角胶⑨的上端点以上，可以在在零气压行驶时，对三角胶⑨有一定的补充增强作用。

在本发明中，进一步的，当轮胎为单层胎体设计时，所述补强层⑥紧贴在三角胶⑨外侧。当轮胎为1#胎体帘布⑤-1和2#胎体帘布⑤-2双层胎体设计时，所述补强层⑥位于2#胎体帘布反包与1#胎体帘布之间。需要说明的是，在零气压行驶时，由于径向压力，轮胎与轮辋接合的位置变形大，行驶过程中，容易产生滑移。本实施例中通过限定补强层⑥贴合的位置一方面可以减少子口裂的发生，另一方面能显著提高“全防爆”乘用车轮胎轮辋保护、子口位置的强度和刚性，保证零胎压行驶时的子口与轮辋的配合强度，通过有限元仿真模拟分析也验证了这样贴合的补强层⑥，减弱了轮辋保护及子口位置的压力分布，解决了适用普通轮辋零胎压行驶时容易脱圈和轮辋滑移的技术难题。

在本发明中，进一步的，所述补强层⑥为尼龙、聚酯或芳纶材质。本发明限定补强层⑥结构采用柔韧性较好的尼龙、聚酯或芳纶材料，不仅可以提高轮辋保护和子口位置的刚性，提升零气压耐久性能外，还可以实现与子口部位的柔性过渡，达到应力分散效果，一定程度上提升了舒适性能。在本实施例中，所述尼龙材质的排列面密度为1000根/m，EPI为25，破断力≥215.6N/根，角度60°。

本发明还提供了一种防爆轮胎，包含上述任一一项方案所述的补强层⑥。

在本发明中，进一步的，所述防爆轮胎还包括胎面①、冠带层②、带束层③、胎侧④、胎体帘布、支撑胶⑦、外护⑧、三角胶⑨、钢丝圈⑩和内衬层

在本发明中，进一步的，所述胎体帘布为单层胎体帘布或双层胎体帘布。

性能测试

1、补强层与防爆轮胎性能数据

以225/55R17为例，支撑胶为梯形支撑胶，支撑胶MAX.厚度为6.0mm。补强层的结构选择排列面密度为1000根/m，EPI为25，破断力≥215.6N/根(5476N/inch)的尼龙材料，角度为60°。具体方案如表1所示，性能测试结果如表2所示，对方案1和方案5的应力集中效果进行对比，具体结果如图4所示。

表1 试验方案

表2 性能测试数据

由表2可以看出，方案1的耐久性能和脱圈性能等均低于其他增加补强层的方案。方案2，方案3的耐久性能和脱圈性能虽均有提高，但是胎体和子口位置均出现鼓包或者子口裂的病象。方案4和方案5的耐久性能和脱圈性能相差不大，但是耐久试验中，方案4出现子口鼓包的病象，解析破坏处断面，发现胎体反包外侧出现脱层。方案5未发现此种病象，0气压耐久破坏位置使胎肩掉块，应为缺气碾压行驶造成的现象。同时方案5的舒适性性能与未添加补强层的方案1性能相当，舒适性能也取得了较好的效果。另外，对方案5进行室外0气压性能测评，能够以60km/h行驶60min以上，表明方案5也具有良好的室外性能。

由图4可以看出，相较于方案1，方案5中设置补强层可以分散子口部位应力。

2、补强层与径向刚性关系

表3所提供试验方案以225/55R17为例，支撑胶为梯形支撑胶，支撑胶MAX.厚度为6.0mm。补强层的结构选择排列面密度为1000根/m，EPI为25，破断力≥215.6N/根(5476N/inch)的尼龙材料，角度为60°。具体方案如表3所示，性能测试结果如图3所示。

表3 补强层与径向刚性关系试验方案

由图3可以看出，不同负荷，作用力下，发生的轮胎变形不一样。相同作用力下，方案4产生的轮胎变形较小，根据径向刚性＝作用力/轮胎变形值，方案4的径向刚性较其他方案较大。

3、仿真模拟分析

对表3中方案1～4进行有限元仿真模拟，有限元仿真模拟分析下沉量结果如表4所示。有限元仿真模拟分析压力分布如图5所示。充气压力220kPa时，有限元仿真模拟分析温度分布如图6所示。充气压力0kPa时，有限元仿真模拟分析温度分布如图7所示。

表4 有限元仿真模拟下沉量结果

由表4可以看出，通过不同气压，不同负荷下的下沉量数值，方案4的下沉量最小，相应的对轮胎提供的支撑补强作用最大，安全性能大大提升。

由图5可以看出，通过在一定负荷一定速度下的动态仿真的印痕图，方案4胎肩压力分布较其他方案是有改善的，肩部压力集中的区域相对有所减小。

由图6可以看出，充气压力220kPa时，通过在一定负荷一定速度下的动态仿真的温度分布曲线图，不难发现，方案1、方案2在胎肩位置及子口位置均是温度升高最快的位置，也是最容易发生破坏的位置。方案3和方案4在子口位置的生热减小，但是方案4改善效果更明显，同时胎肩位置的生热也稍有降低。(在充气撞状态下，轮胎胎面位置与地面接触，相应的应力集中主要体现在肩部位置。)

由图7可以看出，0气压行驶下，通过在一定负荷一定速度下的动态仿真的温度分布曲线图，不难发现，方案1无补强层时，子口位置出现大面积的应力集中，导致生热较大；方案3和方案4增加了一定宽度的补强层结构，子口位置明显改善，压力分布更均匀。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种补强层，其特征在于：所述补强层设置于三角胶外侧；

所述补强层的宽度L为：与L0差值最小的以0或5结尾的数值；

所述L0＝SW*n*a+L3；

其中L0：补强层计算宽度；SW：名义断面宽度；n：轮胎的扁平系数；a：补强层宽度计算系数，取值范围为0.2～0.38；L3：补强层上端点与三角胶上端点的距离，且5mm≤L3≤15mm。

2.根据权利要求1所述的补强层，其特征在于，所述补强层的下端点与钢丝圈持平，补强层的上端点位于三角胶的上端点以上。

3.根据权利要求1所述的补强层，其特征在于，当轮胎为单层胎体设计时，所述补强层紧贴在三角胶外侧。

4.根据权利要求1所述的补强层，其特征在于，当轮胎为1#胎体帘布和2#胎体帘布双层胎体设计时，所述补强层位于2#胎体帘布反包与1#胎体帘布之间。

5.根据权利要求1所述的补强层，其特征在于，所述补强层为尼龙、聚酯或芳纶材质。

6.根据权利要求5所述的补强层，其特征在于，所述补强层的角度为45～65°。

7.一种防爆轮胎，其特征在于：包含权利要求1～6任一项所述的补强层。

8.根据权利要求7所述的防爆轮胎，其特征在于，所述防爆轮胎还包括胎面、冠带层、带束层、胎侧、胎体帘布、支撑胶、外护、三角胶、钢丝圈和内衬层。

9.根据权利要求8所述的防爆轮胎，其特征在于，所述胎体帘布为单层胎体帘布或双层胎体帘布。

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