CN1175512A

CN1175512A - 一种用环束层作周向刚性补强的轮胎

Info

Publication number: CN1175512A
Application number: CN 96116495
Authority: CN
Inventors: 崔世泰
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-09-03
Filing date: 1996-09-03
Publication date: 1998-03-11

Abstract

本发明创造公开了一种用环束层(4)作周向刚性补强的实心或充气轮胎。环束层(4)是骨架材料做成的环圈,有较大的弯曲刚度和/或断面呈正弧形,两边缘用环圈周向补强,使自然平衡时周向应力沿轴向分布平坦,因而做成活胎面时容易固定,还可以降低轮胎滚动阻力和弹性率。设置在实心或充气胎体外侧时束紧胎体,设置在内侧时束紧或撑紧胎体。

Description

一种用环束层作周向刚性补强的轮胎

本发明创造涉及一种轮胎，尤其是具有周向刚性补强的轮胎。

通常轮胎分实心轮胎和充气轮胎，二者都包括胎面、胎体和胎圈。起承载作用的胎体两末端和固着在轮辋上的胎圈相连。由中心向两侧延伸的胎面覆盖在胎体外侧。实心胎体是未补强弯曲刚度的橡胶或聚氨酯弹性体，充气胎体是两末端包裹在胎圈的钢丝圈或半硬质胶芯上的斜交或子午线方向的帘布层，充气后和实心胎体一样起弹性体作用。这种轮胎的周向刚性或者无补强层补强，如实心轮胎或斜交轮胎，或者如子午线轮胎用宽而平的带束层(周向力)补强。这里周向力指自然平衡状态的周向力，下文中如无“在外载下”的特别说明提到的力都指自然平衡状态的力。由于带束层宽度方向(即轴向)平坦，约呈水平直线，边缘部分不能承受周向拉伸以及其骨架材料(钢、尼龙、聚酯等)帘线弯曲刚度可以忽略，使带束层周向拉伸应力沿轴向分布(简称周向应力分布)呈正弧形，中间高高凸起，两边很小接近零，均匀性差。导致轮胎稳定性，可靠性较差。

本发明创造的目的是提供一种周向刚性补强层补强的轮胎，补强层周向应力分布较平坦，均匀性较好。

本发明创造的目的是这样实现的。用骨架材料做成叫做环束层的环圈作周向刚性补强。环束层，胎面和胎体由内向外顺序排列。由于以下两个原因周向应力分布平坦。a、环束层有不可忽略的弯曲刚度使应力分布平坦，由于环束层周向力和弯矩都承载，因而周向力可以下降，这使周向应力分布进一步平坦；这时环束层和胎体是互相补强的，弯曲刚度约束了胎体冠部弯曲变形，而环束层弯曲位移又被固着在轮辋上的胎体侧部约束。b、环束层断面(过轮子转动轴线的平面)正弧形外凸，更接近胎体冠部充气自然平衡时的轮廓；和/或环束层两边缘用抗周向拉伸的环圈补强。前者因形状后者因刚度分布改变而使周向力平坦。应力分布均匀化使结构变形能降低，可靠性稳定性提高。可以使活胎面轮胎的可卸换胎条固定在胎体上。另外由于周向力下降，可以避免(带束层)周向力大产生的较大剪切力，并提高泄气保用功能。环束层还提高防刺、转弯、在松软泥路行驶功能，胎体应力集中的降低减小了生热，提高了材料利用率。

本发明创造的具体结构由以下实例及附图给出。其中图1-7，15、16及10-12是各实例略去剖面线的断面图的一半。

图1，实例1。环束层在胎体3内侧，a型。

图2，实例2。环束层4在胎体3和胎面5之间。

图3，实例3。环束层4带有用以增加粘合性的突起8。

图4，实例4。环束层4在胎面5外侧。

图5，实例5。实心胎体3内侧的环束层4。

图6，实例6。环束层4在实心胎体3和胎面5之间。

图7，实例7。实心胎体3带轴向加强筋6。

图8，例7实心胎体周向展开局部。

图9，图1环束层4A向视图周向展开局部。

图10，实例8。环束层4是有限个周向断面为环形的环圈。

图11，实例9。补强的环圈11是帘布层的e型环束层4。

图12，实例10。环束层4是e型螺旋形环圈。

图13，(B，k)图。

图14，例11。胎体侧部3′波形。

图15，例12。胎体3内设环束层4、实心胎体3″。

图16，例13。胎体3在圈11处外凸。

图17，图9B-B剖视图。

图18，例14，胎体3在圈11处内凸

下面结合附图详细说明本发明创造提出的轮胎细节及工作原理。

图1、2、3、4、10、11、12是充气轮胎，图5、6、7是免充气实心轮胎。它们包括的胎面5，胎体3，胎圈2除有前述通常轮胎胎面，胎体，胎圈的特征外还有以下特征。实心胎体(3)由中心向两侧延伸连成一片(图5)或分成左右两部分(图6，7)。实心胎体3可以带(图7，8)或不带(图5，6)轴向加强筋6。胎面5包括胎面胶5′和胎侧胶5″，向下延伸到胎圈2(图1～6)。实心轮胎胎面5可以只包括胎面胶5′并只延伸到胎体3中侧部(图7)。图7的实心胎面5既可以是橡胶层也可以是高模量骨架层(铁或尼龙)，后者可用作脚轮轮胎。实心轮胎胎圈2可以不含钢丝圈或半硬质胶芯(图7)。此外还包括环束层4，用穿过环束层4，胎体3与胎面5的径向直线7确定三者由内向外的顺序。环束层4可以在胎体3内侧(图1，5)；或外侧，即在胎体3和胎面5之间(图2，7，6)或胎面5外侧(图4)。在胎体3外侧时仿子午线轮胎本发明创造的轮胎可以是固定胎面的(图2)或活胎面的(图3，11，12，16)，后者轮胎包括胎体和可卸换的活胎条。环束层4有周向平面弯曲刚度B和断面弯曲刚度B′。B＞0，B′＞0表示弯曲刚度不可忽略；B＝0，B′＝0表示可忽略。环束层4有下列5种形式。a型(图1，9)，周向断面9为齿形的环圈，使B＝0，B′≥0。每个齿的B-B剖视图17可以是带缝隙的使得沿图示方向弯曲B′＞0，反方向弯曲时B′＝0，叫做B′半＞0；当然也可以两个方向都B′＞0，叫做B′全＞0。b型，有限个周向断面为环形的环圈，图10是20个，图3是1个并带有用以增加粘合性的突起8。c型，细长骨架材料经编织、卷绕或缠绕而成的环圈，图10也可看作内外层两个螺旋形环圈。d型，细长骨架材料做成的网格形环圈(图4)，镶嵌在周向花纹为主的花纹沟中。e型，图16包括帘布层10的环圈。帘布层10断面正弧形和/或在两边缘像胎体帘布层在胎圈部包裹钢丝圈那样包裹钢丝环圈11。帘布层10帘线在冠部和周向可以夹任意角W，如35-50度，但最好是10-35度，W较小时圈11受周向拉力较小。帘布层10断面正弧形的曲率随W增加而增加，W＝0度时断面平直(图18)曲率为零。胎体3在圈11处可以内凸(图18)或外凸(图16)。补强的环圈11也可以是与周向夹0-30度角、被帘布层10包裹或平贴(图11)的帘布层环圈11。

环束层和胎体构成复合体。设轮胎断面高H，外直径D，高度系数m＝2H/D。胎体径向弹性系数k公斤/平方厘米。环束层外半径r，弹性模量E，截面惯矩I。参数X＝r⁴k/B＝r⁴k/EI。轮胎问题是环束层在胎体作成的弹性基础上弯曲变形。环束层与胎体的变形都由接地处沿周向向两边衰减，集中在某周向角θ内。对于X＞2000，m≤0.23的实心力车胎，θ＜π/3，胎体周向剪切力可忽略，简化成胎体只受径向力的线性问题，并可求出其解析解。其他情况可用最小余能原理求出数值解，一般说B＞0时X＜10⁷，表示θ＜π/36。当X＜10时，θ＞π。所以X→∞时θ→0，表示无环束层时胎体应力集中。环束层在接地处有最大曲率变化值ν，X＝0时ν＝0。ν随X增加而增加。在重力P作用下，设轮辋下沉距离a，环束层最高点下沉b，令n＝b/a。当x由0→∞时，n由1→0，所以，X较小时环束层近似于整体刚性移动。环束层起的作用是改变轮胎刚度分布使胎体中的力由无环束层时的应力集中改变成θ角内的分布力。可以用较小的X值设计大负荷力车(推车、三轮车等)实心胎，较大的X值(＞50)设计轻便自行车实心胎。设V是由胎体与环束层共同贡献产生的整体弹性率。V较小时轮胎抗震及乘用舒适性好。轮胎滚动阻力矩R的形成如下；在垂直重力P作用下轮胎有关于中垂线对称变形，包括接地处胎面胶5′压缩和环束层弯曲(实心胎的环束层最低点最好保持曲率＞0)，因而地面反力合力F与P共线。此时再施加使接地处最后边一点仍和地面接触但该点地面反力减为零的力矩R，R使接地处胎冠和环束层增加不对称变形，导致合力F向前平移距离S，产生力矩FS＝PS＝R。R随B，k增加而减小，是B和k共同负贡献产生的。B＝0时弹性率V和R不能同时较小，B＞0时能，图13是(B，k)图，B＝0时在k轴上，C点V″较小，但R″较大(带撇表示常量)，记作C(R″，V″)，b(R′，V′)相反，V′大R′小，过C点的等V线f(B，k)＝V″与过B点等R线g(B，k)＝R′交于d(R′，V″)点，该点R′、V″都小。原因是对V有同样贡献的B与k中B对R有较大负贡献。给定R后可由试验作(B，k)图，交于d点的临界等V，等R线分(B，k)面为1-4区。轮胎坐标点T(B，k)最好在1区，这时B＞B′，k＜k′。即B较大，导致接地面减小时可以加厚胎面和/或用防滑花纹。使实心胎体k值较小的方法是把胎体侧部3′做成薄形，弯曲形(图5)，波形(图14)。当然也可仍用普通胎面厚、普通花纹、普通胎侧。也可用类似带束层的束紧系数K来改变胎体上力的分布。K＝(H-H′)/H，其中H是无环束层时(充气或实心胎)断面高，H′是有环束层时断面高。K表示环束层和胎体有预应力。若B较小，K必须较大保证足够环束层周向张力。若B较大，K可以较小，为零或负数(使胎体预伸张)。故K可以＞0，＝0或＜0。充气轮胎(图1-4)不充气也能作为实心轮胎工作。图15在通常充气轮胎，尤其是力车轮胎，胎体3内设B＞0环束层4或环束层4实心胎体3″使之成为实心轮胎。为了结合牢固，环束层4可以增加，减少或不改变原轮胎高宽比(图中虚线为原来的内轮廓)。弯曲形实心胎体侧部3′(图5，15)径向压缩后弹性系数k降低，其他情况(图6，7)k升高或不变，前者有较好抗冲击性能。市售的各种免充气力车胎中也可增设环束层降低R或降低V与R。力车胎的环束层可以是一个b型钢环圈，断面高12(图14)在0、2、5、10毫米四数中的任意二数之间。下面是另外三例。

a、图1。环束层4弯曲刚度B′＞0，B＝0，位于充气胎体3内侧，束紧系数K＞0，形状a型，断面正弧形。充气后胎体断面曲率由冠部到侧部均匀过渡。环束层4做成活的，周向弯曲折叠后从两胎圈间取出或放入胎体进行卸换。由于B′＞0使充气断面宽增加，因而充气断面高减小，达到K＞0的束紧作用。优点是环束层易于加工成高精度的。

b、图5。环束层4弯曲刚度B＞0，形状是b，c或d型。c型时最好是螺旋形环圈，断面正弧形，位于胎体3内侧(图5)时束紧系数K≤0或≥0，位于胎体3和胎面5之间(图11，12)或胎面5外侧(图4)时束紧系数K≥0，胎体3是充气的或实心的。

C、环束层4弯曲刚度B＝0，B′＝0，位于充气胎体3和胎面5之间(图11，12)或胎面5外侧，束紧系数K＞0，形状为b，c，d或e型，c型时最好是螺旋形环圈，断面正弧形。

Claims

1、一种轮胎，包括用于固着在轮辋(1)上的胎圈(2)，两未端和胎圈(2)相连的胎体(3)，覆盖在胎体(3)外侧由中心向两侧延伸的胎面(5)，其特征是该轮胎还包括用骨架材料作成的环束层(4)，环束层(4)与胎面(5)、胎体(3)由内向外顺序排列。

2、根据权利要求1所述的轮胎，其特征是：胎体(3)是充气胎体或免充气实心胎体；充气胎体(3)的帘布层帘线方向斜交或子午线方向，包裹胎圈(2)的钢丝圈或半硬质胶芯；环东层(4)在胎体(3)内侧或外侧；束紧系数K≥0或K≤0；周向弯曲刚度为B，断面弯曲刚度B′；(B，k)图上轮胎坐标点T在区域1，2，3，4或5(X＜X′)中；有普通或较厚胎面，普通或防滑花纹；实心胎体的胎侧部是薄形、波形，弯曲形或普通形；高度系数m≤或＞0.23；环束层为下列5种形式之一：a型，周向断面为齿形的环圈；B＝0，B′全＞0或半＞0；b型，有限个周向断面为圆环的环圈；c型，细长骨架材料经编织、卷绕或缠绕而成的环圈；d型，细长骨架材料做成的网格形环圈；e型，冠部帘线与周向夹35-50度或10-35度角的帘布层环圈(10)，断面正弧形或/和两边缘用环圈(11)补强。

3、根据权利要求2所述的轮胎，其特征是环束层(4)弯曲刚度B′全＞0或半＞0，B＝0，位于充气胎体(3)内侧，束紧系数K＞0；形状为a型，断面正弧形，充气后胎体断面曲率由冠部向两侧均匀过渡，环束层是固定的或活的。

4、根据权利要求2所述的轮胎，其特征是环束层(4)弯曲刚度B＞0，形状为b，c或d型，位于胎体(3)内侧时束紧系数K≤0或＞0，位于胎体(3)和胎面(5)之间或胎面(5)外侧时，束紧系数K≥0且胎面是固定的或活的。

5、根据权利要求4所述的轮胎，其特征是环束层(4)断面正弧形，形状c型时是螺旋形环圈。

6、根据权利要求4所述的轮胎，其特征是轮胎是实心轮胎，实心胎体向两侧延伸连成一片或分成左右两部分、是橡胶的或聚氨酯的、带或不带轴向加强筋(6)，侧部(3′)径向压缩后弹性系数k下降、上升或不变，此外轮胎还含或不含被环束层减小、不改变或增加了高宽比的原来作充气用的帘布层胎体；胎面(5)向下延伸到胎圈(2)或只延伸到实心胎体中侧部，只延伸到中侧部的胎面是橡胶层或高模量骨架层；X在0，10，50和10中任意二数组成的区间内。

7、根据权利要求2所述的轮胎，其特征是环束层(4)弯曲刚度B＝0，B′＝0，位于胎体(3)和胎面(5)之间或位于胎面(5)外侧，束紧系数K＞0，形状为b，c，d或e型，胎面为固定的或活的；当胎体(3)是充气胎体时环束层断面正弧形；当环束层形状是c型时为螺旋形环圈，是e型时环圈(11)是钢丝圈或与周向夹0-30度角、被或不被帘布层(10)包裹的帘布层。

8、根据权利要求6所述的轮胎，其特征是环束层是一个b型钢环圈，断面高在0、2、5、10毫米四数中的任意二数之间。