CN1248941A - 用预硫化的胎尖控制的线网层路径 - Google Patents

Abstract

提出一种轮胎(10),该轮胎具有特定形状的预硫化的胎圈填充件或胎尖(40),该胎尖具有特定形状的表面(42),用于控制线绳增强的胎体线网层(24)的线网层路径(24A)。该预硫化胎圈充填件或胎尖(40)的轮廓具有凸形表面(42A)和凹形表面(42B),这些表面在拐点位置(T)进行过渡,该拐点位置约位于安装轮胎(10)的轮辋辋圈(52)的下方。

Description

用预硫化的胎尖控制的线网层路径

技术领域

本发明涉及具有预定线网层线绳路径的子午线充气轮胎。

背景技术

技术人员在过去已确立轮胎的轮廓，方法是作一个具有预定形状的模具，然后将在增强线网层两侧具有预定量橡胶的生胶胎或未硫化胎放入到模具中，用可充气的气囊使轮胎壳体膨胀而压靠在模上，接着加热加压，使轮胎硫化。

模具上装有环形胎圈成形环，该环形成轮胎100的胎圈部分200的轮廓。这些胎圈环具有模压表面，该表面一般近似于配合轮胎100的轮辋的轮廓。

线网层锚定于胎圈心200，通常在先有技术中轮胎100在胎圈心200和带组件140之间具有线网层工作路径。在轮胎的下部分，胎圈心和轮辋辋圈限制线网层210所取的运动，而在轮胎的上部分，沿周面延伸的带组件限制线网层的径向增大。在正好于带侧边缘150下面的位置，线网层在受到拉伸时则形成一种近似于单一曲率Rup的轮廓。这种单一曲率径Rup通常称作“中间层线”。

这种单一半径轮廓只能固守于图1所示的位置。如果再保持由Rup确定的轮廓，则在正好于常规汽车轮胎轮辋的轮辋辋圈上面的位置可以获得一根很陡的曲线。

人们很想在理论上优化线网层路径。最近在美国专利No.5 526863中公开了题为“胎圈质量降低的轮胎”的专利，该专利认为，利用小胎尖以及细长的厚度恒定的外部件和大的轴向外侧填充部件可以减少胎圈质量高达15％。该No.5 526 863号专利说明，在线网层卷边的轴向外侧补加大量橡胶。这与在靠近轮辋辋圈径向外部区域的轴向内侧配置线网层卷边相结合可以有效地使线网层卷边向着轮辋辋圈上面的下部线网层弯曲部分移动，使得线网层卷边和线网层路线之间的间隙从F1到位置F2的下面是恒定的。这种先有技术轮胎有稍许改进，或胎的质量减小，而且相应地减小了滚动阻力。根据测试的整个实际实施例，行驶平顺性或者变好或者变坏。由于较低的动态弹簧刚度，径向劲度和拐弯能降低。高速能力也变坏。该发明人似乎认为，较轻重量的好处胜过了耐用性和性能的降低。

上述先有技术轮胎的一个固有问题是，在硫化期间未硫化橡胶的流动使得线网层路径的控制很难。

同样重要的第二个问题是，下部线网层路径必须改变，以便有效地使线网层自身错定于胎圈心。对常规法兰形轮辋更是这样。技术人员通常在上侧壁中间轮廓线和下侧壁之间进行仿样拟合。总的仿样区占据了最大部分宽度和径向靠近胎圈法兰的位置之间的区域。仿样拟合具有很大的曲率半径，几乎接近直线线段。在这部分的线网层中，线网层路径偏离中间线网层路径。出现剪应力，这种应力产生热，使轮胎的滚动阻力和耐用性变坏。本发明轮胎在下侧壁具有始终如一的线网层路径，其应力很小。利用独特的预硫化的特定形状的胎尖可以控制这种下部线网层路径，这种胎尖使得可以尽量少用或甚至不用仿样拟合。

本发明的说明

概要

公开一种装在车辆轮辋上的轮胎10。该轮胎10具有：胎面部分12；带组件14，位于胎圈的径向内侧；一对侧壁部分16，各个侧壁从带组件14的侧边缘15径向向内延伸；一对胎圈，各个胎圈具有环形胎圈心20，位于相应侧壁部分16的径向内侧；至少一个胎体线网层24，位于带组件的径向内侧并从胎圈22延伸到胎圈22。该至少一个胎体线网层24具有径向延伸的平行的线绳24A和一对卷起端部26。一个卷起端部包绕各胎圈心20并径向向外延伸到位于轮辋50的辋圈52的径向外侧的一个端点。轮胎10具有一对预硫化的胎圈填充部分40，一个预硫化的胎圈填充部分40靠近胎圈心20的径向外表面。轮胎10的特征在于，各个预硫化胎圈充填部分40具有轴向内曲面42。该轴向内曲面42由凸表面42A和凹表面42B限定。该凸表面42A从胎圈心的轴向内侧径向向外延伸到拐点位置T。该拐点位置基本上在轮辋辋圈52的径向外表面的约径向内侧。凹曲面42B从拐点位置T延伸到径向外端部41，该径向外端部约位于轮胎10最宽部宽度的径向位置的下方。轴向内曲面42A、42B当轮胎正常充气和不负载时建立了胎体线网层24的线网层线绳路径24A。线网层路径24A从轮辋辋圈52的径向上方延伸到带组件的侧端部。该线网层路径在带的侧端部到最大截面宽度的径向位置H之间具有曲率半径R_upL，而在位置H和位置T之间具有第二曲率半径R_LPL，该R_LPL等于或大于R_UPL，最好为100％-200％R_UPL。拐点位置下可以为一个点，或可以包括一个短的仿样线，该仿样线的中点位于轮辋辋圈的下方。

定义

轮胎的“纵横比”表示其截面高度SH和其截面宽度(SW)之比；

“轴向的”或“轴向地”表示平行于轮胎转动轴线的线或方向；

“轮圈”表示轮胎的一部分，包括环形的抗张部件，该部件由线网层包住，有特定形状，具有或不具有其它增强件例如钢丝圈包布(flipper)、小片件(chipper)、胎尖(apexes)、护趾板(foe guard)和胎圈包布(chafer)，以便配合设计的轮辋；

“带增强件”表示至少两层平行的织造的或无织造的线网层，置于胎面下面，不锚定于胎圈，相对于轮胎赤道面具有从17°～27°的左、右网线角；

“胎体”表示除带构件、胎面、下胎面、在线网层上的侧壁橡以外的结构，包括胎圈；

“圆环形的”指沿垂直于轴方向的环形胎面的表面圆周延伸的线或方向；

“胎圈包布”指窄料条条，沿着胎圈的外侧配置，用于保护线网层不受到轮辋的破坏，分散在轮辋上面的弯曲和密封轮胎；

“小片件(chipper)”指配置在轮胎胎圈部分的增强件；

“线绳”指增强绞合线中的一根线，轮胎的线网层由该绞合线构成；

“设计轮辋”指具有规定结构和宽度的轮辋。对于这种规定，由生产轮胎的地区制定的生效的工业标准规定设计的轮辋和设计的轮辋标准。在欧洲轮辋标准确定在“欧洲轮胎轮辋技术组织一标准化手册”中，术语“设计轮辋”指与标准尺寸轮辋相同的轮辋。在日本，标准化组织是“日本汽车轮胎制造者协会”；

“赤道面(EP)”是指垂直于轮胎转动轴线并穿过其胎面中心的平面；

“脚印”是指轮胎胎面在零速度和在正常负载和压力下与平表面的接触斑点或区域；

“内衬层”是指一层或多层橡胶或其它材料，它们形成无内胎轮胎的内表面，包括轮胎中的充入流体；

“净/总量”比指与道路部分在脚印接触的轮胎胎面橡胶与脚印中胎面面积包括非接触部分例如槽的面积之比值；

“标准轮辋直径”指安装轮胎胎圈部分位置的轮辋辋圈的平均直径；

“标准充气压力”是指由负责轮胎业务的相当的标准化组织指定的特定设计充气压力和负载；

“标准负载”是指由负责轮胎业务的相当的标准化组织指定的特定设计充气压力和负载；

“线网层”指连续的涂橡胶的线层；

“径向的”或“径向地”指径向地移向或移离轮胎转动轴线的方向；

“子午线轮胎”指绕上带子的或圆环形方向受约束的充气胎，在这种气胎中从胎圈延伸到胎圈的线网层相对于轮胎的赤道表面其线角度在65°～90°之间。

“截面高度(SH)”指在赤道面上从标准化轮辋直径到轮胎外直径的径向距离；

“截面宽度(SW)”指轮胎充气到正常压力但不加载时或24小时之后平行于轮胎轴线的在其侧壁外侧之间最大直线距离，但不包括由于标记、装饰或保护条所造成的侧壁的升高。

附图的简要说明

本发明研究了某些部件的实际形式和部件的配置，在此文中以及所附的构成本发明一部分的附图中详细说明这些部件优选的可替换的实施例。

图1是本文中所述的轮胎横截面一半的示意图，以及总的几何形状。

图2是图1轮胎下部胎圈部分的放大示意图及其总的几何图形。

图3是先有技术轮胎一半的横截面图。

图4是Purdy说明的在理论轮胎中中间轮廓线网层线的横截面图；

图5是由Purdy公开的理论轮胎胎圈部分的横截面图；

图6是本发明轮胎一半的横截面图。

图7是本发明第二实施例轮胎一半的横截面图；

图8A和8B是本发明预硫化胎尖胎圈心组件横截面的放大图。

发明的详细说明

为确保深刻理解本发明以及实施本发明的方法，下面详细说明一个普通技术人员如何确立或改进子午线充气胎的线网层线。为容易理解，图1和图2公开了有助于理解的缩写或大写字母。这些大写字母在下文中同样要提到。对于特点尺寸的一定轮胎10，在开头可以假定已知模具直径(OD)、截面直径(SD)和模制的底部宽度(MBW)。还可以假定，对于一定的轮胎应用已经确定胎面防滑部分(NSK)、底胎面(UT)、带的标准尺寸(BGA)和预部线网层(TPC)表层标准尺寸，并且已知模环的小半径、胎圈断面规格以及胎圈直径。

根据先有技术的成功实践还已知以下部件的标准规格和尺寸，即侧壁标准尺(SWGA)、橡胶胎圈包布标准尺寸、小片件标准尺寸、钢丝圈包布标标尺寸、线网层终止高度(PEH)、多层丝端部到模制曲面的标准尺寸(T2)、多层丝到线网层的标准尺寸(T1)。还假定已根据标准规程的方法确定胎面宽度、胎面半径和带宽度。有若干方法确定TAW。一种方法是应用模制底部宽度加/减5％。

一旦确定TAW，便可以根据以下作图确定胎面半径。画一条成5°的倾斜线经过模具OD点。该线与在TAW的垂直线的交点形成一个点，该点可以对垂直轴反射。胎面半径是一个通过这三点的圆。

然后按照胎面半径定位带子。最大带宽度的母指定则是使得在最宽带处的gage/mold比(gage to mold)为0.55(转向轮，尾轮)，0.60(主动轮)。此处还可以假定带的阶梯(belt step-offs)是已知的，并且挤压楔形件配置在工作带之间。

可以假定，技术人员将进行计算，以验证要求的胎圈尺寸、多层丝的直径和带丝的直径的正确性。通常在确定中间轮廓线时进行这种计算。

中间轮廓线确定如下

为确定中间线网层轮廓线需要五个输入参数，这些参数是RC、YM、RB、YB和PR(见图1)。这些参数足以确定从点YS到点(RB、YB)的周知的数学曲线。

Hiney出版社1963年出版的Purdy，J.F的“充气轮胎设计的数学”一书提出了确定任何轮胎中间轮廓线的理论或线张力。这种中间轮廓如图4所示。

Purdy在该书第VI章“胎圈张力”中说，“在第I和II章中，任何轮胎线张力确定如下： $t=\frac{-\mathrm{\π\ρ}({{\mathrm{\ρ}}_m}^2\·{\mathrm{\ρ}}^2)}{N\sin \mathrm{\α}\sin \mathrm{\θ}}----1)$ 而且还可以确定方程若干项。在现在的情况下，可假定N是轮胎V层轮胎中线绳的总线，P是充气压力。

与轮胎轮廓相切的在径向平面内的线张力分量为：

               tSinα

在任何一个半径P的大圆平面上其张力为：

             tSinαCOSθ    (2)

由轮胎各条线施加的张力分量导致在P的圆环例如钢环上力的均匀分布，轮胎的线网层锚定于该钢环上，该钢环用作将轮胎固定在轮子或轮辋上的装置。如果n等于垂直于线路径方向的轮胎线/平方英寸数，则在半径P的圆环形的圆周面上每线网层有nSinα条线，所以对V层：

          tnνρsin²αcosβ＝T_b                   3)式中T_b是锚定钢环或称作胎圈的张力。

代入公式(1)的t值可得到： $T_b=\frac{P}{2}\frac{({{\mathrm{\ρ}}_m}^2\·{\mathrm{\ρ}}^2)\cos \mathrm{\θ}}{\sin \mathrm{\θ}}------4)$

还应记住，在这情况下N＝2πρnυSinα。然后用第II章中的方程展开COSφ和Sinφ，由此我们得到： $T_b=\frac{p\sqrt{2{\stackrel{\mathrm{\ρ}}{\∫}}_{\mathrm{\ρ}}^0\frac{{\cot }^2\mathrm{\α}}{\mathrm{\ρ}}\mathrm{d\ρ}_{{({{\mathrm{\ρ}}_o}^2-{{\mathrm{\ρ}}_m}^2)}^2-({{\mathrm{\ρ}}_m}^2-{\mathrm{\ρ}}^2)e}}}{{\stackrel{\mathrm{\ρ}}{\∫}}_{\mathrm{\ρ}}^o\frac{{\cot }^2\mathrm{\α}}{\mathrm{\ρ}}\mathrm{d\ρ}_{2e}}----5)$ 这样便得到在我们现在说明的约束条件任何下线绳路径的轮胎中的胎圈环张力。

应当记得，轮胎轮廓形状和曲线方程是在线的张力和充入压力平衡的表面上导出的。很明显。如果在轮胎的结构中，将若干线网层的边缘锚定在不能拉伸的钢环上，方法是将线网层卷在环上并使折叠部分以大于环本身直径的直径延伸，则通过锚定钢环和涂橡胶的纤维品的结合便可以形成相当刚性的结构。

如果配置这种刚性结构，使其中间轮廓线与如图4所示的柔性胎300中间轮廓线一致，则方程(4)或(5)将实际上确定锚定钢环上的张力。

然而在大数轮胎320中，形成了钢环和包围着的涂橡胶的线绳材的刚性结构，如图5所示，并且柔性胎的中间轮廓线没有一处靠近钢环，或刚性结构的中间轮廓线在环的附近。

在这种情况下，如果线的张力由方程(2)或(3)确定，则该张力必须在A点确定，在该点柔性轮廓线与刚性结构相结合，该点在橡胶厂用的英语中大家称为轮胎“胎圈”。在这种胎圈中沿AD的力为：

               tnυSin²αCOSθ该力趋向于使结构绕通过点B附近的某点的轴线转动。在很多情况下实际上不产生转矩，但是在胎圈结构上是否存在应力，这是向设计者提出的一个不变的问题。至于在锚定钢环上的张力，当在点A计算时，方程(3)和(4)不能获得在钢环的B点上的很可靠的张力。不用线张力分量tnυSin²αCOSθ，而将分量tSinα看作为在AB弧上传送的力，从而将为BC作用在在该力自身平面上的钢环上。这样我们改写方程4为以下形式： $T_b=\frac{p}{2}\frac{({{\mathrm{\ρ}}_m}^2-{{\mathrm{\ρ}}_b}^2)\·k}{\sin {\mathrm{\θ}}_b}----6)$ 这是在环上B点的张力，式中K是使力tSinα从A传送到B的这种方式的校正系数。

产生这种真实的中间线网层曲线在数值上是用计算机辅助制图程序完成的。在点YS，该曲线与从点RC到YS延伸的圆弧相切。

确定中间轮廓线

采用以下步骤确定中间轮廓线：

1.利用下式：

RC＝OD/2-TO

确定RC，式中：

        *

TO＝1.04NSK+UT+BGA+TPC

2.从SD/2减去要求的侧壁标准尺(SWGA)便可确定YM；

3.为确定RB、YB点，必须确定胎圈位置。胎圈钢丝束的侧向位置通过首先位移内侧模环的上部分而确定，该位置相当于量BMG(等于橡胶轮胎包布(gum chafer)、织物轮胎包布(fabricchafer)、小片件(chipper)、线网层(ply)和钢丝圈包布(flipper)的标准尺寸之和)。然后将胎圈钢丝束的下部右手顶点轴向定位在此线上；

4.为确定RB、YB，将模环的上部分向外侧偏移，相当0.5¹¹。从模具小直径线和此偏离的交点画一条直线，相对于水平线成135°。经胎圈钢丝束的中心画一条垂直线。该垂直线与135°线的交点是RB、YB点；

5.现在可以估计PR，作中间轮廓线，使得YS点(恒定半径PR的边缘)落在长度WBA的80-85％之间，此处WBA是复盖“楔形件”的带宽度。可以用迭带方再计算PR，直到获得预定的YS。

修正上部线网层轮廓线

修正从C/L到肩部的中间轮廓线，以便在对开的#1带(Split #1belts)之间提供均匀的橡胶。这样便标准化了嵌入，以提高设备效率。

修正下部线网层轮廓线

层管希望使线网层线跟随中间轮廓线，但实际上很陡的接近角(距垂线)使处理气囊不能形成足够压力来形成轮廓线。因此需要采用以下方式来修正下部线网层线。

模表面上的X点(见图2)位于下部半径和模环凸出部分的交点上。线网层端部26位于半径PEH(圆心在X)的圆弧上，并与模制表面隔开距离TZ(由偏离的模制表面和PEH圆弧的交点确定)。然后在线网层端部26的内侧确定点E，随后画半径T1的圆，由此确定到线网层24的距离(见注B)。

注意，在此点已在胎圈内侧放置作为同心圆弧的适当规格的线网层和钢丝圈包布。然后经YM点(A点)画出仿样线70，该线切于E为心的圆(B点)和胎圈内侧的线网层的圆(在D点)(用虚线表示)。

下面参考图6、7和8，应用预先硫化的特定形状的胎尖40来形成表面42，该表面在硫化处理期间可以保持其外形轮廓。

靠模加工预先硫化胎尖40的轮廓42，该轮廓具有凸形表面42A，该表面位于胎圈心的轴向内侧并延伸到径向区域T，区域T约在设计轮辋50的轮辋辋圈52的径向高度的下方，轮胎10装在该设计轮辋上，该轮廓在T有拐点或很短的仿样线，在该处轴向内表面变成凹面42B，该凹面从拐点T延伸到胎尖40的径向外端部41，该径向外端部41最好约在轮胎10的最大截面宽度SW的径向位置H的稍下方。

当将T画成一段很短的仿样线时，该仿样线T的一种最好近似是画一条线，该线与R_LPL构成的圆弧相切并与靠近胎心20的圆弧线相切。仿样线T必须约在轮辋辋圈Z的径向位置Z的下方，这样便可以保证，虽然用了仿样线T，但是它的长度必须很短，因而可以限制偏离最佳中间轮廓线的量。从几何配合关系看，当比R_LPL/R_UPL增加到超过1.0时，仿样线T便减小到一个点，在该处圆弧相切于点T。重要的是，位置T不管是一个点还是仿样线的中点都必须在轮辋辋圈的下方。

从图6、7、8可以看到，在最大截面宽度下方的线网层下部路径由预先硫化的胎尖的总的轮廓决定。在上部肩部区域的线网层线24A具有单一的曲率半径R_UPL，R_UPL从靠近带边缘15的带子14的下面持续到最大截面宽度SW的截面宽度直径SD。在该位置附近，线网层的曲率过渡到第二下部曲率半径R_LPL，R_LPL大于或等于R_UPL，优选为R_UPL的约100％-200％，最好约为R_UPL的125％到200％。

如图8a和8b所示，假如画一条相对于径向方向成45角的线S相切于预先硫化胎尖42的凸形表面42A，然后延伸该线使其在轴向内部凹表面42B上相交于点S’，则S的延伸线将复盖位于交点S’下面的50％-100％的预先硫化胎尖40的长度。在点T和S’之间，线S和线网层线路径24之间的最大距离X’至少是1.0倍于线网层标准尺寸厚度(t)，最好是2倍于该厚度。

总的轮胎10在约轮辋辋圈的径向区域表现为近似中间轮廓。这大大降低了剪应力并使轮胎10获得极好的操作性能。偏离最佳线网路径24发生在刚性轮辋辋圈52和胎圈心20协同约束线绳21的区域这一事实意味着不会降低胎圈心20附近总的耐用性，而同时可以极大地减小沿着线网层线24的剪应力。这意味着可以可靠地和均匀地减小滞后的发热，由此造成的胎圈寿命的降低以及在子午胎10中通常遇到的滚动阻力高的问题。

已经证明，采用注射模制法可以最有效地制作预先硫化的胎尖40，然而压力模制的胎尖也能获得上述同样的优点。

按照本文的用法，术语预先模制的胎尖意味着硫化处理期间橡胶不发生显著的流动。因此术语“预先硫化”还可以包括部分硫化的橡胶胎尖，只要可以保持轮廓外形42，形成线网层线24A的形状。

由于采用特定形状的在模制轮胎10期间可以保持其状的预硫化胎尖40，所以当邻接的生胶的或未硫化的部件发生流动的硫化状态时以及轮胎硫化和“固化”期间，胎尖与模具相结合便可以固定线网层路径。

最好的作法是，应将胎圈心20嵌入到构成模具的胎尖中，以形成胎圈和预硫化的胎尖组件43。这当然是一种在组合轮胎期间可以进一步保证这些部件均匀性的方法。

Claims (3)

1.一种装在车辆轮辋上的轮胎10，该轮胎具有：胎面部分；在该胎面径向内侧的带组件；一对侧壁部分，各个侧壁部分从带组件的侧边缘径向向内延伸；一对胎圈，各个胎圈具有环形的胎圈心并定位在相应侧壁部分的径向内侧；至少一个胎体线网层，该线网层位于带组件的径向内侧并从胎圈延伸到胎圈，该至少一个胎体线网层具有径向延伸的平行线绳和一对往上卷的端部，一个往上卷的端部包绕各胎圈心并径向向外延伸到位于轮辋辋圈径向外侧的一个端点；一对预先硫化的胎圈填充部分，该填充部分邻接胎圈心的径向外表面；该轮胎的特征在于：

各个预先硫化的胎圈填充部分具有内曲面，该内曲面由凸形表面和凹形表面限定，该凸形表面从胎圈心的轴向内侧径向向外延伸到拐点位置T，该拐点位置基本上位于轮辋辋圈径向外表面的径向内侧，而该凹形曲面从拐点位置T延伸到轮胎最大截面宽度的径向位置下方的径向外端部，当轮胎正常充气和不加负载时，该内表面曲面建立了胎体线网层的线网层线绳路径，该线网层路径从轮辋辋圈的径向上方延伸到带组件的侧端部，该线网层路径在带组件侧端部到最大截面宽度的径向位置H之间具有曲率半径(R_UPL)，而在位置H和位置T之间具有第二曲率半径(P_LPL)，该(P_LPL)在R_UPL的150％～200％的范围内。

2.如权利要求1所述的轮胎，其特征在于，位置T由一条线限定，该线的中点位于轮辋辋圈径向外表面的下方，该线是一条切线，与下部线网层路径的曲率半径P_LPL和凸的曲面相切。

3.如权利要求1所述的轮胎，其特征在于，位置T是一个点。

Images