CN1328926A - 充气轮胎 - Google Patents

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Abstract

一种充气轮胎,包括:一个在胎缘部分之间穿过一个胎面部分和侧壁部分延伸的胎体,以及一个条带,该条带在胎面部分中在胎体径向外侧设置并包括至少一个单丝帘线层,所述单丝帘线层由平行单丝帘线构成,每根单丝帘线为单金属丝,具有圆形横截面形状、0.35至0.7mm的直径、2800至3700牛顿/平方毫米的抗拉强度和35至360gfcm的弯曲刚度,以及在所述单丝帘线层中的单丝帘线的帘线数在30至50/5cm的范围内。

Description

充气轮胎
本发明涉及带有改进的条带、能够减小轮胎重量和滚动阻力的充气轮胎。
近年来，人们强烈需要减小汽车的燃油消耗以满足环境的要求。因此，强烈需要减小轮胎的重量和滚动阻力。
另一方面，设置扭铰钢丝的钢帘线制成的胎面加强条带的充气轮胎广泛地使用在各种汽车如小汽车、轻型卡车、卡车/公共汽车等中。
因此，在这种充气轮胎中，人们曾试图通过尽量减小钢帘线的直径来减小钢帘线条带的重量。但是，这种多丝钢帘线在减小帘线直径时会显著降低弯曲刚度，因此，拐弯能力降低，从而使转向稳定性变劣。
因此，本发明的目的是提供一种充气轮胎，其轮胎重量和滚动阻力降低而并不牺牲转向稳定性等。
按照本发明，一种充气轮胎，包括：一个在胎缘部分之间穿过一个胎面部分和侧壁部分延伸的胎体，以及一个条带，该条带在胎面部分中在胎体径向外侧设置并包括至少一个单丝帘线层，所述单丝帘线层由平行单丝帘线构成，每根单丝帘线为单金属丝，具有圆形横截面形状、0.35至0.7mm的直径、2800至3700牛顿/平方毫米的抗拉强度和35至360gfcm的弯曲刚度，以及在所述单丝帘线层中的单丝帘线的帘线数在30至50/5cm的范围内。
现在对照以下附图详述本发明的实施例。
图1是按照本发明的小客车径向轮胎(radialtire)的横剖图。
图2是其缓冲层的放大示意横剖图。
图3A和图3B分别表示波形单丝帘线的实例。
图4是按照本发明的卡车和公共汽车的重型径向轮胎的横剖图。
在附图中，按照本发明的充气轮胎1包括一个胎面部分2、一对侧壁部分3、一对轴向间隔开来的带有胎缘填充芯5的胎缘部分4、一个在胎缘部分4之间延伸的胎体6和一个设置在胎面部分2中胎体6径向外侧的条带。
胎体6包括至少一层帘线，帘线相对于轮胎赤道成75至90度角径向布置，并在胎缘部分4之间穿过胎面部分2和侧壁部分3延伸，在每个胎缘部分4中从轮胎内侧至外侧围绕胎缘填充芯5翻起以形成一对翻起部分6B和一个在翻起部分之间的主要部分6A。
胎体帘线可以采用扭绞在一起的多根有机丝或纤维构成的有机纤维帘线如尼龙、人造丝、聚酯、芳族酰胺等，也可以采用扭绞在一起的多根钢丝制成的钢帘线。
每个胎缘部分4设有硬橡胶混合物制成的胎缘顶点8，径向向外延伸从其贴近胎缘填充芯5的径向内端向着其径向外端逐渐变小。在胎体设有翻起部分6B的情形中，胎缘顶点8通常在胎体层翻起部分6B和主要部分6A之间。
条带包括一缓冲层7，以及可选设的一个带部。
缓冲层7包括两个平行帘线的交叉层，帘线相对于轮胎赤道成15至30度角铺设。这里，术语“交叉层”是指一层帘线与另一层帘线相对于轮胎赤道反向倾斜。
上述带部(未画出)设置在缓冲层7径向外侧以紧固胎面部分。带部可以通过螺旋缠绕至少一根帘线或缠绕一束平行帘线形成。在任何情形中，帘线相对于轮胎赤道的角度都不大于5度。
关于缓冲层7的上述两个交叉层，其中至少一个，最好是每个是单丝帘线层11，是由彼此平行铺设的单丝帘线构成的。在单丝帘线层11中，单丝帘线10的帘线数在30至50(/5cm宽度)的范围内。
单丝帘线10是具有基本呈圆形的横截面形状的单金属丝F，其直径设定在0.35至0.70mm的范围内。单丝帘线10具有2800至3700牛顿/平方毫米、最好为3000至3600牛顿/平方毫米的抗拉强度，以及35至260gfcm、最好为60至240gfcm的抗弯刚度。因此，单丝帘线10的抗拉强度和抗弯刚度显著增强。通过使用这种单丝帘线10，可以获得足够的拐弯能力，同时保持必要的帘线耐用度，可以减少重量，同时保持良好的转向稳定性。
如果抗拉强度小于2800牛顿/平方毫米，那么，当适当调节帘线的刚度时，帘线的断裂强度就会变得不足。如果抗拉强度大于3700牛顿/平方毫米，那么，帘线的韧度和抗疲劳强度就会显著降低。在其中任何情形中，帘线耐用度和条带耐用度都会降低。
如果抗弯刚度小于35gfcm(0.343牛顿厘米)，那么，为改善转向稳定性，拐弯能力就变得不足。如果抗弯刚度大于260gfcm(2.548牛顿厘米)，那么，乘坐舒适性变劣。
帘线的抗弯刚度是作为弯曲帘线15度所需要的单位为克厘米的力、使用美国Taber工业公司的150-D型V-5刚度测试机测量的。
如果直径D小于0.35mm，帘线的断裂强度和刚度就会不足。如果直径D大于0.7mm，则刚度太高而乘坐舒适性变劣。
如果帘线数小于30(/5cm)，条带刚度就会不足，并且层间分担应变增加、帘线断裂及条带边缘分离的倾向性增加。如果帘线数大于50(/5cm)，重量和成本增加而条带的工作性能变劣。
为了将抗拉强度和抗弯刚度增加至上述范围，最好采用高碳钢作为单丝帘线的材料，其碳含量在0.80至0.98重量％、最好0.92至0.98重量％的范围内。在需要时，为了控制其光共析渗碳体，可以进一步添加铬。
上述单丝帘线10是非波形帘线，即，无负载时帘线基本是直的，但是，也可以使用图3A和3B所示的波形帘线。图3A表示一种两维波形实例。图3B表示一种三维波形(螺旋波形)实例。从转向稳定性的角度来看，波的节距P最好增至大于14.0mm，波的高度H减至波的节距P的0.002至0.02倍的范围内。
小客车径向轮胎
图1表示的本发明的实施例是小客车用的径向轮胎。
在这个实施例中，胎体6是由两个有机纤维帘线(聚酯纤维帘线)层6a和6b构成的，帘线相对于轮胎赤道几乎成90度布置。
条带包括一缓冲层7和一个带部(未画出)。
带部设置在缓冲层7径向外侧以防止在高速行驶中缓冲层被抬升。带部是通过相对于轮胎赤道成不大于5度的角螺旋缠绕有机纤维帘线(在这个实例中是尼龙帘线)而形成的。带部至少在缓冲层边缘部分延伸以限制其运动。当然也可以使带部在整个缓冲层宽度上延伸。
缓冲层7由两个平行帘线的交叉层7a和7b构成，帘线相对于轮胎赤道成15至30度角铺设。
在这个实施例中，全部缓冲层7a和7b都是彼此平行铺设的单丝帘线10构成的单丝帘线层11。
在小客车轮胎的情形中，单丝帘线的断裂强度最好设定在500至700牛顿的范围内，直径D最好设定在0.35至0.55mm的范围内。
重型径向轮胎
图4表示的本发明的另一实施例是卡车和公共汽车用的重型径向轮胎。
在这个实施例中，胎体6由单丝钢帘线的单层构成，帘线相对于轮胎赤道成90度布置。
条带只由缓冲层7构成。
在重型径向轮胎的情形中，缓冲层7最好由三层7a，7b，7c或四层7a，7b，7c，7d构成。径向最内的第一层7a是由以45至70度角铺设的平行帘线制成的。径向外部的第二、第三和第四层都是由以15至30度角铺设的平行帘线制成的。关于每层中帘线相对于轮胎赤道的倾斜方向，第一和第二缓冲层7a和7b是相向的，而第三和第四缓冲层7c和7d是反向的。例如，第一和第二缓冲层7a和7b右侧向上倾斜，而第三和第四缓冲层7c和7d是左侧向上倾斜的。
如上所述，三或四个缓冲层中的至少一个、最好两个是上述单丝帘线层11。
在两个单丝帘线层11的情形中，最好第一和第四层7a和7d，或第二和第三层7b和7c是单丝帘线层11。
另外，在重型径向轮胎的情形中，单丝帘线的断裂强度最好设定在700至1000牛顿的范围内，直径D最好设定在0.45和0.70mm的范围内。
对比试验
对试验轮胎进行了转向稳定性、乘坐舒适性和滚动阻力试验。
(1)转向稳定性试验
在所有车轮上设置试验轮胎的试验汽车在轮胎试验场的干燥沥青路面上行驶，试验的司机根据操作反应性、刚度、与道路的附着性等将转向稳定性评为5级，级数越大，转向稳定性越好。
(2)乘坐舒适性试验
试验汽车在干燥粗糙路面(包括沥青路、铺石路及碎石路)上行驶，实试的司机以行驶不平顺性、减震性、上冲情况等为基础将乘坐舒适性评为5级，级数越大，乘坐舒适性越好。
(3)滚动阻力试验
滚动阻力是按照SAE J-1269测量的。结果是用以传统轮胎为100的指数表示的。指数越大，滚动阻力越小。
(4)重量
与传统轮胎的差别被示出。
如上所述，在按照本发明的充气轮胎中，可以减小重量和滚动阻力，从而改善燃油的消耗而又不使乘坐舒适性和转向稳定性变劣。
表格1(用于小客车的轮胎尺寸：165/70R13)
轮胎 传统 基准1 实例1 实例2
结构 图1 图1 图1 图1
胎体 *1 *1 *1 *1
缓冲层层数帘线角度(度)帘线数(/5cm)单丝帘线层数层重(g/平方米)缓冲层帘线结构帘线直径(mm)碳含量(重量％)抗拉强度(牛顿/平方毫米)抗弯刚度(gfcm)重量(g/m)断裂强度(牛顿) 2+20/-2040011501×5×0.250.670.822600281.92638 2+20/-2040011501×5×0.250.670.923450331.92846 2+20/-204021000单丝0.450.923400561.25541 2+20/-203521240单丝0.50.923350841.56658
带部 *2 *2 *2 *2
试验结果轮胎重量差(g)转向稳定性乘坐舒适性滚动阻力 02.93100 02.93.1100 -12133103 -11533104
*1：两层以90度角布置的1670 dtex/2聚酯帘线
*2：一层螺旋缠绕的尼龙-66帘线
表格2(用于卡车/公共汽车的轮胎尺寸：11R22.5)
轮胎 传统 实例
结构 图4 图4
胎体层数帘线帘线角(度) 1钢(3＋6×0.23)90 1钢(3＋6×0.23)90
缓冲层层数帘线角(度)*1帘线数(/5cm)帘线结构*2第一层第二层第三层第四层层重(克/平方米) 4+65/+20/-20/-2026多丝多丝多丝多丝2260 4+65/+20/-20/-2037多丝单丝单丝多丝1650
带部 无 无
试验结果轮胎重量转向稳定性乘坐舒适性滚动阻力 02.93100 -1053.13103
*1：第一/第二/第三/第四
*2：见下表
帘线 多丝 单丝
结构帘线直径D(mm)含碳量(重量％)抗拉强度(牛顿/平方毫米)重量(克/米)断裂强度(牛顿)  3×0.20＋6×0.350.670.8226004.41410  -0.600.9233002.22933
弯曲刚度(gfcm)  91  123

Claims (7)

1.一种充气轮胎，包括：
一个在胎缘部分之间穿过一个胎面部分和侧壁部分延伸的胎体，以及
一个条带，该条带在胎面部分中在胎体径向外侧设置并包括至少一个单丝帘线层，
所述单丝帘线层由平行单丝帘线构成，
每根单丝帘线为单金属丝，具有圆形横截面形状、0.35至0.7mm的直径、2800至3700牛顿/平方毫米的抗拉强度和35至360gfcm的弯曲刚度，以及
在所述单丝帘线层中的单丝帘线的帘线数在30至50/5cm的范围内。
2.如权利要求1所述的充气轮胎，其特征在于：
所述至少一个单丝帘线层是两个单丝帘线层，以及
相对于轮胎赤道，在所述两个单丝帘线层之一中的单丝帘线与另一单丝帘线层中的单丝帘线反向倾斜。
3.如权利要求1所述的充气轮胎，其特征在于：
所述条带包括一个在所述至少一个单丝帘线层的径向外侧设置的带部，
所述带部是由相对于轮胎赤道以不大于5度的角缠绕的有机纤维帘线构成的。
4.如权利要求1所述的充气轮胎，其特征在于：
所述单丝帘线的断裂强度在500至700牛顿的范围内，以及
所述直径在0.35至0.55mm的范围内。
5.如权利要求1所述的充气轮胎，其特征在于：
所述单丝帘线的断裂强度在700至1000牛顿的范围内，以及
所述直径在0.45至0.70mm的范围内。
6.如权利要求1所述的充气轮胎，其特征在于：所述单丝帘线不是波形的。
7.如权利要求1所述的充气轮胎，其特征在于：所述单丝帘线是波形的，波的节距大于14.0mm，波的高度在波的节距的0.002至0.02倍的范围内。
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