專利名稱：防爆輪胎系統(tǒng)及其支撐環(huán)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種防爆(Runflat)輪胎系統(tǒng)，具體地說，涉及一種設(shè)置在充氣輪胎內(nèi)部、用于支撐放氣輪胎的胎面背側(cè)以增加漏氣行駛距離的支撐環(huán)。
背景技術(shù)：
近些年來，已經(jīng)提出一種防爆輪胎系統(tǒng)，即使輪胎跑氣，通過這種系統(tǒng)也可能以高達約80km/小時的較高速度行駛很長的距離，如數(shù)百公里。這種技術(shù)公開在日本專利申請公開號為8-504389(WO94/13498 A1)，10-6721(US 5891279 A)和2001-354002(US 6415839 B1)的文獻中。
圖11示出一種充氣輪胎2、輪輞3和上述公開文獻中公開的支撐環(huán)的組件。在該組件中，即使輪胎泄氣，也可能以正常速度運行較長的距離。但是，在漏氣行駛模式下的駕駛穩(wěn)定性不太好。這在高速運行期間輪胎跑了氣時特別明顯。因此，有改進的空間。
因此，本發(fā)明者研究了漏氣行駛的駕駛穩(wěn)定性和支撐環(huán)的參數(shù)之間的相互關(guān)系，發(fā)現(xiàn)可以通過如下方式提高穩(wěn)定性增加支撐環(huán)和胎面部分內(nèi)側(cè)的接觸面積；增加支撐環(huán)的側(cè)向剛度；和增加支撐環(huán)圍繞垂直軸線的扭轉(zhuǎn)剛度。因為對支撐環(huán)有基本要求，這些必須在不增加支撐環(huán)的重量和不損失徑向剛度及耐用性的情況下實現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種用于防爆輪胎系統(tǒng)的支撐環(huán)，通過它可以提高漏氣行駛的駕駛穩(wěn)定性，而且因此在漏氣行駛模式下可以實現(xiàn)安全、長距離運行。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，支撐環(huán)包括一由彈性材料制成的環(huán)形本體，其具有一徑向內(nèi)周表面和一徑向外周表面，其中外周表面的軸向?qū)挾缺葍?nèi)周表面的寬，而且在包含支撐環(huán)的旋轉(zhuǎn)軸線的橫截面中，環(huán)形本體的輪廓基本為梯形，其兩個平行的長邊和短邊分別為外、內(nèi)周表面，剩余的兩側(cè)邊相對于長邊成銳角地傾斜。


現(xiàn)在將參照附圖詳細(xì)地描述本發(fā)明的實施例。
圖1(a)和圖1(b)為輪胎、輪輞和根據(jù)本發(fā)明的支撐環(huán)的組件的截面圖，分別示出一種通常充氣的狀態(tài)和一種在一小塊觸地區(qū)域中的放氣狀態(tài)。
圖2為支撐環(huán)的示意透視圖。
圖3為其局部側(cè)視圖。
圖4為沿圖3中A-A線的展開剖面圖。
圖5為沿圖3中B-B線的截面圖。
圖6、7和8為分別表示圖5中支撐環(huán)的一種變型的截面圖。
圖9(a)、9(b)和9(c)為示意性截面圖，表示在輪輞上安裝輪胎和支撐環(huán)的過程。
圖10(a)、10(b)和10(c)為用在下述對比測試中的支撐環(huán)的截面圖。
圖11為現(xiàn)有技術(shù)的支撐環(huán)的截面圖。
具體實施例方式
在附圖中，根據(jù)本發(fā)明的防爆輪胎系統(tǒng)1包括一充氣輪胎2、一輪輞3和一設(shè)置在輪胎2內(nèi)部的支撐環(huán)4。
充氣輪胎2具有低的縱橫比，并包括一胎面部分2a；一對軸向隔開的胎圈部分(2do和2di)，它們各自具有一胎圈填充芯2e；一對側(cè)壁部分(2bo和2bi)；一經(jīng)過胎面部分和側(cè)壁部分在胎圈部分之間延伸的胎體2f；和一設(shè)置在胎面部分2a中的胎面加強帶2g。
為了使用沒有內(nèi)胎的輪胎2，該輪胎的內(nèi)表面覆以不透氣的橡膠，其被作為所謂的內(nèi)襯或胎體頂層橡膠。
胎圈填充芯2e通過纏繞不可延伸的金屬絲如鋼絲形成。
胎體2f包括一徑向簾線層。該層在胎圈填充芯2e之外的胎圈部分(2do和2di)之間延伸并經(jīng)胎圈填充芯2e徑向內(nèi)側(cè)延伸到各胎圈部分中的相應(yīng)軸向外側(cè)，然后該層徑向向外折回胎圈填充芯2e的軸向內(nèi)側(cè)，經(jīng)過胎體主層2f1和胎圈填充芯2e之間，如圖1(a)所示，從而形成一充滿橡膠的環(huán)體2f2。折回部分沿胎體主層2f1徑向向外延伸，然后終止在胎圈部分中，從而邊緣位于胎圈填充芯徑向外端略微徑向向外側(cè)的一徑向位置處。因此，當(dāng)給胎體主層部分2f1施加張力時，環(huán)體2f2被軸向向內(nèi)拉伸。由于環(huán)體2f2內(nèi)具有橡膠，所以它用作打入胎圈填充芯和胎圈座之間狹窄空間中的楔子。因此，將胎體層牢牢鎖定。
帶2g包括至少兩個具高模數(shù)輪胎簾線的輪胎交叉簾線層，如設(shè)置在胎面部分2a中的胎體2f徑向向外側(cè)的鋼絲簾線。
輪輞3包括用于胎圈部分2di的第一胎圈座3a和凸緣3af；用于胎圈部分2do的第二胎圈座3b和凸緣3bf；鄰近第二胎圈座3b設(shè)置的輪輞鞍邊3d，其在安裝輪胎時使用；設(shè)置在輪輞鞍邊3d和第一胎圈座3a之間用于支撐環(huán)4的安裝部3g；沿安裝部3g的軸向邊緣形成在輪輞鞍邊側(cè)上的隆起3f；和鄰近安裝部3g的另一軸向邊緣設(shè)置在安裝部3g中的槽3h。
第一和第二胎圈座3a和3b軸向向外逐漸變細(xì)，這和傳統(tǒng)的輪輞相反，傳統(tǒng)輪輞的胎圈座朝向軸向中央(輪胎赤道圓)逐漸變細(xì)。
第一和第二凸緣3af和3bf軸向向外傾斜，這和幾乎與軸向方向垂直的傳統(tǒng)凸緣(接觸胎圈的主要部分)相反。
在該實施例中，由于胎圈部分2di的內(nèi)徑比胎圈部分2do的小，所以第一胎圈座3a相應(yīng)地作得直徑比第二胎圈座3b的小。
安裝部3g基本居中設(shè)置在輪輞軸向?qū)挾确较蛏系闹醒胩幓蜉喬ヌッ鎸挾确较蛏系妮S向中央處。
安裝部3g的直徑Dg比第一胎圈座3a的凸緣3af的直徑Db1大。
隆起3f形成在支撐環(huán)安裝部3g和輪輞鞍邊3d之間，并沿周向連續(xù)地延伸，從而用作一限位件，用于防止支撐環(huán)4朝向輪輞鞍邊的軸向位移并使支撐環(huán)定位。
另外，在各胎圈座3a和3b的軸向內(nèi)端處形成一周向連續(xù)延伸的隆起。
槽3h沿周向連續(xù)地延伸。
另外，為了在安裝操作中易于滑動支撐環(huán)，在安裝部3g和第一胎圈座3a之間，即在槽3h的同側(cè)，形成一和槽3h一樣深的寬槽3j，該槽從安裝部3g軸向延伸到第一胎圈座3a邊緣處的隆起。
支撐環(huán)4包括一環(huán)形本體，該環(huán)形本體由彈性材料制成并包括一固定到輪輞3上的徑向內(nèi)環(huán)形部分6；一徑向外環(huán)形部分5，其在輪胎跑氣時(如圖1(b)所示)，與胎面部分的內(nèi)側(cè)相接觸；和一支撐壁部分7，該部分跨接在內(nèi)和外環(huán)形部分6和5之間，并以Z字形的形式，特別是以該實施例中的雙Z字形的形式周向延伸。
對于耐用性，優(yōu)選的是所述彈性材料具有30～70的硬度，30～150Mpa的10％模數(shù)，0.01～0.10的損耗角正切(tanδ)。此處，硬度指的是在23±2℃下根據(jù)日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JIS-K6253測量的硬度計D型硬度。10％模數(shù)為在和上述溫度相同的溫度下根據(jù)JIS-K6251測量的。損耗角正切在下述條件下用粘彈性分光計測量頻率10Hz；溫度100℃；原始伸長率10％；及動應(yīng)變幅度±0.25％。
例如，聚氨酯、橡膠、EPDM等可以被用作所述彈性材料。在該實施例中，支撐環(huán)4形成為一種聚氨酯鑄件。
在包含中央軸線或旋轉(zhuǎn)軸線的橫截面(這樣，與輪胎的子午線截面對應(yīng))中，外環(huán)形部分5和內(nèi)環(huán)形部分6各自具有一在軸向方向上的矩形橫截面形狀。
環(huán)形部分5和6的厚度(ta和tb)分別被設(shè)定為沿徑向不少于2mm，優(yōu)選大于4mm，但不超過10mm，優(yōu)選少于6mm，以便提供必需的剛度。
內(nèi)環(huán)形部分6的徑向內(nèi)周表面4b設(shè)有一與輪輞3的上述槽3h配合的突起4c。除突起4c之外，徑向內(nèi)周表面4b具有一內(nèi)徑值為恒定的內(nèi)徑，該值比輪輞3的安裝部3g的外徑Dg稍小。換句話說，支撐環(huán)4的內(nèi)徑比輪輞3的安裝部3g的外徑Dg稍小。因此，當(dāng)安裝時，支撐環(huán)4能由于支撐環(huán)4的彈性變形而牢固地裝配到安裝部3g上。
關(guān)于支撐環(huán)4的外徑，另一方面，如圖1(a)所示，支撐環(huán)4的徑向高度H被設(shè)定為如下的范圍，即不少于胎腔徑向高度Ht的30％，優(yōu)選大于40％，但不超過70％，優(yōu)選少于60％。這里，高度H和Ht在這樣一種條件，即支撐環(huán)4和輪胎2被安裝在輪輞3上，而且輪胎被充氣到正常壓力(設(shè)計壓力)并未被加載輪胎負(fù)載的條件下進行如下定義沿徑向從安裝部3g到支撐環(huán)4的徑向最靠外點測量支撐環(huán)的徑向高度H；而且沿徑向從安裝部3g到胎面部分的內(nèi)表面上的徑向最靠外點測量胎腔的徑向高度Ht。
如果徑向高度H太高，則在正常運行期間，支撐環(huán)非常易于與胎面部分2a的內(nèi)側(cè)接觸，不僅乘坐舒適性而且駕駛穩(wěn)定性等變差。因此，徑向高度H應(yīng)該至多為70％。如果徑向高度H太低，則在漏氣行駛模式下，側(cè)壁部分2b與路面接觸并磨損，從而降低了耐用性和漏氣行駛距離。因此，徑向高度H應(yīng)該至少為30％。
支撐壁部7作為徑向支撐，從內(nèi)環(huán)形部分6徑向向外延伸到外環(huán)形部分5，同時以Z字形的形式沿周向連續(xù)延伸，從而如圖4所示，支撐壁部7由交替的橫壁7c和7d與較短的周向壁7a和7b組成。
支撐壁部7的厚度優(yōu)選為5～15mm的范圍。
橫壁7c和7d各自完全穿過支撐環(huán)的軸向?qū)挾葟闹苇h(huán)4的一側(cè)延伸到另一側(cè)。周向壁7a和7b各自在周向相鄰橫壁7c和7d的軸向端部之間延伸。結(jié)果，支撐環(huán)4具有開口在兩側(cè)面上的凹部4，如圖3所示，而且所述開口交錯，如圖2所示。
在支撐環(huán)4的一側(cè)上，在開口中央(形心)之間限定的開口的周向間距優(yōu)選為約15～55mm范圍。
在該實施例中，橫壁7c和7d均相對于軸向傾斜，如圖4所示。所有的交替橫壁7c沿同一方向傾斜。剩余的另一組橫壁7d也沿相同的方向傾斜，但該方向與橫壁7c的傾斜方向相反。因此，從凹部9的開口到底部，當(dāng)從支撐環(huán)4的一側(cè)看去時，通過在逐漸減少周向?qū)挾鹊耐瑫r將徑向高度保持在基本恒定的值下，該凹部的截面積逐漸減小。
另外，在該實施例中，交替橫壁7c和7d各自以Z字形的形式形成，以在不增加材料重量的情況下提高剛度。因此，所述支撐壁部分作為整體為一種雙Z字形壁。
在如圖4所示的例子中，各橫壁7c和7d由軸向部10a、10b和10c及它們之間的傾斜部11a和11b組成。軸向部10a、10b和10c基本與軸向平行。傾斜部11a和11b朝向和橫壁的整體傾斜方向相同的方向傾斜。軸向部的數(shù)量為3個或更多，優(yōu)選為最多5個。傾斜部的數(shù)量為軸向部的數(shù)量減1。例如，傾斜部11a和11b的傾斜角(θ1)被設(shè)定為相對于軸向約為40°～50°，而且橫壁整個傾斜方向上的角度(θ0)被設(shè)定為相對于軸向約為10°～15°。這里，整體傾斜方向由在橫壁的軸向端部之間繪制的直線的傾斜方向表示。(θ0)＞(θ1)由于這種雙Z字形結(jié)構(gòu)，支撐壁部分相對于徑向負(fù)載的抗壓剛度和相對于橫向負(fù)載的抗彎剛度有效地增大。因此，在不增加材料重量的情況下可以有效地增加橫向剛度、扭轉(zhuǎn)剛度和徑向剛度。
外環(huán)形部分5的軸向?qū)挾缺葍?nèi)環(huán)形部分6的寬。
周向壁7a和7b從狹窄的內(nèi)環(huán)形部分6的軸向邊緣延伸到寬的外環(huán)形部分5的相應(yīng)軸向邊緣，同時軸向向外傾斜，如圖5所示。
如圖5所示，在未安裝到輪輞3上的處于自然狀態(tài)下的支撐環(huán)4中，外周表面4a的軸向?qū)挾萕o被優(yōu)選地設(shè)定在下述范圍中，即不少于帶2g軸向?qū)挾菳W的20％，優(yōu)選大于30％，但不超過80％，優(yōu)選少于60％。
內(nèi)周表面4b的軸向?qū)挾萕i由下述的角α和β確定。
在包含旋轉(zhuǎn)軸線的支撐環(huán)4的橫截面中，角α和β均被設(shè)定在下述范圍中，即少于90°，優(yōu)選少于89°，更優(yōu)選地少于85°，但不少于50°，優(yōu)選大于65°。
這里，角α位于外周表面4a和第一直線K1之間，所述直線為在表面4a和4b的軸向邊緣EU1和ED1之間繪制的直線。角β位于外周表面4a和第二直線K2之間，所述直線為在表面4a和4b的軸向邊緣EU2和ED2之間繪制的直線。
如果角α和β之間的差大而且/或者一個角為90°或更大，那么當(dāng)輪胎跑氣時，支撐環(huán)4受到垂直負(fù)載，并且圍繞垂直軸線產(chǎn)生一動量M，使支撐環(huán)4旋轉(zhuǎn)，而且在支撐環(huán)4的一側(cè)上易于出現(xiàn)應(yīng)力集中。
因此，角α和β之間的差應(yīng)該少于20°，優(yōu)選少于10°，更優(yōu)選的是不超過5°，最優(yōu)選的是不超過2°，即基本上為0°。換句話說，優(yōu)選的是，環(huán)形體的整個橫截面形狀或輪廓為梯形，特別優(yōu)選的是為等腰梯形。
上述傾斜部11a和11b可以垂直于表面4a形成，如圖5所示。但是，如圖6所示，傾斜部可以軸向向外傾斜分別與角(α)和(β)相同或比其小的角(α′)(β′)，以進一步增加橫向剛度。
在圖5中，共同形成支撐環(huán)側(cè)面的周向壁7a和7b的軸向外表面被筆直地成形在包括旋轉(zhuǎn)軸線的橫截面中。另外，周向壁7a和7b具有基本恒定的厚度(例如8mm)。
圖7和8表示支撐環(huán)4的變型，其中周向壁7a和7b的軸向外表面分別為凹面和凸面。在圖7中，由于軸向內(nèi)表面幾乎平行于軸向外表面，所以壁厚幾乎恒定。在圖8中，由于軸向內(nèi)表面幾乎是筆直的，所以壁厚在中央高度處減小。
圖9(A)至(C)示出將輪胎2和支撐環(huán)4安裝在輪輞3上的過程。
首先，支撐環(huán)4被放在輪胎2內(nèi)部，而且被放入其中央孔中，輪輞3從第一胎圈座3a插入。由于第一胎圈座3a的外徑小，所以第一胎圈座3a可以沒有困難地越過支撐環(huán)4。另外，第二胎圈部分2do可以沒有困難地延伸到輪輞鞍邊3d。通過朝向第二胎圈座3b滑動支撐環(huán)4，可以將支撐環(huán)4設(shè)置在安裝部3g。通過力使第一胎圈部分2di越過第一胎圈座3a的凸緣3af，并使它座靠在第一胎圈座3a上。通過施加輪胎氣壓，使第二胎圈部分2do座靠在第二胎圈座3b上，同時將第二胎圈部分2do部分地設(shè)置在輪輞鞍邊3d中，以越過第二胎圈座3b軸向內(nèi)端處的隆起。
為了防止磨損和發(fā)熱，并因此增加漏氣行駛距離，優(yōu)選的是，給支撐環(huán)4的表面4a和/或胎面部分2a的內(nèi)表面施加潤滑劑。
對比測試制造具有表1中規(guī)格的支撐環(huán)并將它們與相同的輪胎和輪輞裝配。充氣輪胎具有尺寸225-680R460A99W和圖1(a)所示的結(jié)構(gòu)。輪輞具有尺寸225×460A和圖1(a)所示的結(jié)構(gòu)。支撐環(huán)的材料為聚氨酯。
進行下面的耐久性測試和駕駛穩(wěn)定性測試。
耐久性測試支撐環(huán)和輪胎被安裝在輪輞上，而且輪胎氣門芯被取下，以將胎壓降低到0Kpa。然后，使用直徑1700mm的測試轉(zhuǎn)鼓，使具有放氣輪胎的車輪組件在4.9KN的輪胎負(fù)載下以100Km/H的速度行駛，直到支撐環(huán)斷裂。所得到的漏氣行駛距離在表1中示出(以公里計)。
漏氣行駛的駕駛穩(wěn)定性測試具有放氣輪胎的車輪組件被安裝到一日本客車(4000cc發(fā)動機，車重2噸)上，作為其右后車輪。然后，在測試過程中使該測試車輛以80Km/Hr的速度行駛，而且測試司機評價的駕駛穩(wěn)定性被分成10個等級，其中等級數(shù)越大，駕駛穩(wěn)定性越好。
根據(jù)測試結(jié)果，可以確定，漏氣行駛的駕駛穩(wěn)定性和耐久性可以在基本不增加重量的情況下被提高。
表1

盡管上述例子沒有進行加強，但支撐環(huán)4可以用嵌入其中的簾線和/或纖維加強。例如，為了防止支撐環(huán)的錯位，內(nèi)環(huán)形部分6可以用一簾線層加強，所述簾線沿軸向并排設(shè)置并沿周向延伸。另外，為了防止外環(huán)形部分5斷裂或撕裂，外環(huán)形部分5可以用一類似上述的加強簾線層，或織物或短纖維等加強。
至于支撐壁部分7，橫壁能以由光滑曲線構(gòu)成的波狀結(jié)構(gòu)形成，而不是采用由直線段構(gòu)成的Z字形結(jié)構(gòu)。另外，也可以采用直線結(jié)構(gòu)，盡管這種結(jié)構(gòu)的剛性比Z字形和波狀結(jié)構(gòu)的差。
在上述實施例中，支撐環(huán)的內(nèi)周表面4b僅設(shè)有突起4c。但是，支撐環(huán)也可以設(shè)有其它的突起或槽，以裝配到輪輞的表面。
在上述實施例中，支撐環(huán)與具有不同胎緣直徑的非傳統(tǒng)輪胎和輪輞組合。但是，這不總是必須的。支撐環(huán)可以與傳統(tǒng)的輪胎和輪輞組合件組合，只要支撐環(huán)能裝配到輪輞上就可以。
權(quán)利要求
1.一種用于防爆輪胎系統(tǒng)的支撐環(huán)，包括一由彈性材料制成的環(huán)形本體，其具有一徑向內(nèi)周表面和一徑向外周表面，所述內(nèi)周表面在安裝到輪輞上時，配合到輪輞的安裝部上；當(dāng)輪胎被放氣并加載時，所述外周表面與安裝到輪輞上的充氣輪胎的胎面部分的內(nèi)側(cè)接觸，其特征在于所述外周表面的軸向?qū)挾缺人鰞?nèi)周表面的寬，而且在包含支撐環(huán)的中央軸線的橫截面中，環(huán)形本體的輪廓基本為梯形，其兩個平行的長邊和短邊分別為外和內(nèi)周表面，剩余的兩側(cè)邊相對于長邊成銳角地傾斜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的支撐環(huán)，其特征在于所述環(huán)形本體在其兩側(cè)設(shè)有若干凹部，所述凹部在一側(cè)的開口和另一側(cè)上的開口交錯設(shè)置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的支撐環(huán)，其特征在于所述每個凹部從凹部開口到底部截面積逐漸減小。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的支撐環(huán)，其特征在于所述每個凹部的周向?qū)挾葟陌疾块_口到底部逐漸減小。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的支撐環(huán)，其特征在于所述環(huán)形本體包括一徑向外環(huán)形部分，其徑向外表面限定所述外周表面；一徑向內(nèi)環(huán)形部分，其徑向內(nèi)表面限定所述內(nèi)周表面；和一個位于所述徑向外和內(nèi)環(huán)形部分之間的支撐壁部分，而且所述支撐壁部分包括周向壁，這些周向壁從徑向內(nèi)環(huán)形部分延伸到徑向外環(huán)形部分，同時軸向向外傾斜以限定所述梯形輪廓。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的支撐環(huán)，其特征在于所述支撐壁部分還包括各個從環(huán)形本體一側(cè)延伸到另一側(cè)的橫壁，而且所述周向壁各自在相鄰橫壁的軸向端部之間延伸，從而支撐壁部分沿周向以Z字形的形式連續(xù)延伸。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的支撐環(huán)，其特征在于所述橫壁沿相同方向交替傾斜。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的支撐環(huán)，其特征在于各橫壁以Z字形的形式延伸。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的支撐環(huán)，其特征在于各橫壁包括基本與軸向平行的軸向部和朝一個方向傾斜的傾斜部。
10.一種防爆輪胎，包括一個充氣輪胎、一個輪輞和一個如權(quán)利要求1至9中任一項所述的支撐環(huán)。
全文摘要
一種用于防爆輪胎系統(tǒng)的支撐環(huán)，其包括一由彈性材料制成的環(huán)形本體，該本體具有一徑向內(nèi)周表面和一徑向外周表面，所述內(nèi)周表面在安裝到輪輞上時，配合到輪輞的安裝部上；當(dāng)輪胎被放氣并加載時，所述外周表面與安裝到輪輞上的充氣輪胎的胎面部分的內(nèi)側(cè)接觸，其中外周表面的軸向?qū)挾缺葍?nèi)周表面的寬，而且在包含支撐環(huán)的中央軸線的橫截面中，環(huán)形本體的輪廓基本為梯形，其兩個平行的長邊和短邊分別為外和內(nèi)周表面，剩余的兩側(cè)邊相對于長邊成銳角地傾斜。
文檔編號B60C17/06GK1572546SQ20041004651
公開日2005年2月2日 申請日期2004年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月9日
發(fā)明者石田孝明, 田中正俊, 田波由里江 申請人:住友橡膠工業(yè)株式會社