專(zhuān)利名稱(chēng)：重載輪胎的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及重載充氣輪胎，例如通常用在運(yùn)土設(shè)備、航空器和農(nóng)用輪胎上的重載充氣輪胎。
背景技術(shù)：
本發(fā)明關(guān)系到在子午線構(gòu)造的大型、重載輪胎或越野輪胎的下部側(cè)壁中的簾布層簾線的壓縮和剪切應(yīng)變/應(yīng)力的減小，所述大型、重載輪胎或越野(Off-The-Road)輪胎用在重載車(chē)輛中。典型的子午線越野(OTR)輪胎構(gòu)造的下部側(cè)壁包括胎圈周?chē)暮煵紝雍拖拗坪煵紝拥膱A周變形的胎跟加強(qiáng)層。在重載時(shí)，輪胎的下部側(cè)壁在輪輞凸緣上彎曲，簾布層加強(qiáng)件沿圓周方向轉(zhuǎn)動(dòng)。嚴(yán)重的變形導(dǎo)致輪輞凸緣區(qū)域附近的反包中的高簾布層簾線壓縮，和反包墊中的高的平面內(nèi)剪切應(yīng)變。變形還導(dǎo)致胎圈包布對(duì)輪輞凸緣的摩擦，導(dǎo)致輪胎和輪輞的磨損。希望具有一種改進(jìn)的輪胎設(shè)計(jì)以減小簾布層簾線壓縮、剪切應(yīng)力和輪胎對(duì)輪輞的輪輞磨損。

發(fā)明內(nèi)容
定義
輪胎的“扁平率”意味著其斷面高度(SH)與其斷面寬度(SW)之比； “軸向的”和“軸向地”意味著平行于輪胎旋轉(zhuǎn)軸線的線或方向； “胎圈”意味著輪胎的包括環(huán)形抗拉構(gòu)件的部分，其由簾布層簾線纏繞并且成形為帶有或不帶其它增強(qiáng)元件如胎圈芯包布(flipper)、胎跟加強(qiáng)層(chipper)、三角膠芯 (apex)、護(hù)趾膠(toe guard)和胎圈包布(chafer)以便適配于設(shè)計(jì)輪輞；
“帶束層增強(qiáng)結(jié)構(gòu)”意味著由平行簾線構(gòu)成的至少兩層簾布層，簾線經(jīng)過(guò)編織或未經(jīng)編織，位于胎面下方，非錨定于胎圈上，并且具有左、右簾線角，左、右簾線角相對(duì)于輪胎的赤道面的角度范圍在17度至27度之間；
“斜交簾布層輪胎”意味著在胎體簾布層中的加強(qiáng)簾線以相對(duì)于輪胎赤道面約25至 50 角斜對(duì)角地穿過(guò)輪胎從胎圈至胎圈延伸，簾布層簾線在交替的層內(nèi)以相反的角度延伸；
“胎體”意味著除帶束結(jié)構(gòu)、胎面、底胎面以及簾布層上的側(cè)壁橡膠之外的輪胎結(jié)構(gòu)，但是包括胎圈；
“周向”意味著沿著與軸向方向垂直的環(huán)形胎面表面的周長(zhǎng)延伸的線或方向； “胎圈包布”是指位于胎圈外側(cè)周?chē)员Ｗo(hù)簾線簾布層不接觸輪輞的多個(gè)窄的材料條， 其在輪輞上方分配曲撓，并密封輪胎；
“胎跟加強(qiáng)層”意味著位于輪胎的胎圈部分內(nèi)的增強(qiáng)結(jié)構(gòu)； “簾線”意味著構(gòu)成輪胎中簾布層的增強(qiáng)線束之一；
“設(shè)計(jì)輪輞”意味著具有規(guī)定構(gòu)形和寬度的輪輞。為了本說(shuō)明的目的，設(shè)計(jì)輪輞和設(shè)計(jì)輪輞寬度由在制造輪胎的地點(diǎn)中正在實(shí)行的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。例如，在美國(guó)，設(shè)計(jì)輪輞由輪胎輪輞協(xié)會(huì)規(guī)定。在歐洲，輪輞由歐洲輪胎及輪輞技術(shù)組織一標(biāo)準(zhǔn)手冊(cè)規(guī)定，術(shù)語(yǔ)設(shè)計(jì)輪輞意味著與標(biāo)準(zhǔn)尺寸輪輞相同。在日本，標(biāo)準(zhǔn)組織是日本汽車(chē)輪胎制造商協(xié)會(huì)?！俺嗟烂?EP)”意味著與輪胎的旋轉(zhuǎn)軸線垂直并穿過(guò)其胎面中心的平面；
“內(nèi)襯”意味著形成無(wú)內(nèi)胎輪胎的內(nèi)表面的彈性體或其它材料的一個(gè)或多個(gè)層，其包含輪胎內(nèi)的充氣流體；
“標(biāo)準(zhǔn)輪輞直徑”意味著在安裝著輪胎胎圈部分的位置處的輪輞凸緣的平均直徑； “標(biāo)準(zhǔn)充氣壓力”是指對(duì)于輪胎的使用條件由合適的標(biāo)準(zhǔn)組織所指定的規(guī)定設(shè)計(jì)充氣壓力和負(fù)荷；
“標(biāo)準(zhǔn)載荷”是指對(duì)于輪胎的使用條件由合適的標(biāo)準(zhǔn)組織所指定的規(guī)定設(shè)計(jì)充氣壓力和負(fù)荷；
“簾布層”意味著由涂覆有橡膠的平行簾線構(gòu)成的連續(xù)層； “徑向的”和“徑向地”意味著在徑向方向上朝著或遠(yuǎn)離輪胎的旋轉(zhuǎn)軸線的方向； “子午線簾布層輪胎”意味著帶束的或周向地限制的充氣輪胎，其中從胎圈延伸至胎圈的簾布層簾線以相對(duì)于輪胎赤道面在65度與90度之間的簾線角布置；
“斷面高度(SH)”意味著在輪胎赤道面上從名義輪輞直徑到輪胎外直徑的徑向距離；
和，
“斷面寬度(SW)”意味著以標(biāo)準(zhǔn)壓力對(duì)輪胎充氣M小時(shí)之時(shí)或之后，但并未承載的情況下，平行于輪胎軸線且位于其側(cè)壁的外部之間的最大線性距離，不包括由于標(biāo)簽、裝飾或保護(hù)帶而導(dǎo)致的側(cè)壁升高造成的寬度?！胺窗鼔|”意味著位于胎圈包布和簾布層的反包端之間在輪胎的下部側(cè)壁中接近胎圈總體區(qū)域的彈性體條帶。


本發(fā)明可采取物理形式和某些部件和部件的布置，本發(fā)明的幾個(gè)優(yōu)選實(shí)施例將在本說(shuō)明書(shū)中詳細(xì)描述并在附圖中闡明，附圖構(gòu)成說(shuō)明書(shū)的一部分，其中
圖1是橫截面圖，示出了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的對(duì)稱(chēng)的重載輪胎的一側(cè)或一半； 圖2是圖1中所示輪胎的胎圈部分的放大橫截面圖； 圖3是表示基線輪胎的胎圈部分的放大橫截面圖4示出了輪胎下部側(cè)壁部分的放大橫截面圖，其示出了如何測(cè)量反包簾布層一正包簾布層隔距、反包墊厚度尺寸和胎圈寬度；
圖5示出了實(shí)施例1的輪胎對(duì)比于基線輪胎的簾布層簾線壓縮的圖表； 圖6示出了實(shí)施例1的輪胎對(duì)比于基線輪胎的輪輞磨損指標(biāo)的圖表； 圖7示出了實(shí)施例1的輪胎對(duì)比于基線輪胎的反包墊應(yīng)變的圖表； 圖8和圖8A分別示出了對(duì)于額定負(fù)荷和嚴(yán)峻負(fù)荷條件對(duì)實(shí)施例1的輪胎和基線輪胎計(jì)算的簾布層簾線壓縮力的計(jì)算機(jī)模型。
具體實(shí)施例方式
參考圖1和2，示出了本發(fā)明輪胎10的一半的橫截面圖。輪胎10具有包括胎冠區(qū)域的胎體14，胎冠區(qū)域具有位于胎體14的胎冠區(qū)域上方的徑向外胎面12。胎面的外表面可進(jìn)一步包括多個(gè)槽脊和花紋溝或者多個(gè)胎面花紋塊和花紋溝，正如本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的。胎體進(jìn)一步包括可選的內(nèi)襯17，其覆蓋輪胎胎體的整個(gè)內(nèi)襯面并且用于容納為輪胎充氣的空氣或氣體混合物。輪胎的內(nèi)襯典型地由丁基橡膠制成。胎體14進(jìn)一步包括一對(duì)輪胎側(cè)壁18，其沿徑向從輪胎胎體的徑向外表面向內(nèi)延伸，在一對(duì)不可伸展的環(huán)形抗拉構(gòu)件或胎圈16的附近終止。環(huán)形胎圈16顯示為不對(duì)稱(chēng)的橫截面形狀，其下半部具有圓形外表面15，上半部分 33具有與六邊形的一半類(lèi)似的有角的外邊緣。環(huán)形胎圈可以由其他形狀構(gòu)成，例如圓形、六邊形或多種形狀的組合。優(yōu)選地，胎圈鋼絲的徑向最里面的表面15是圓形的。胎體進(jìn)一步包括一個(gè)或多個(gè)鋼簾線增強(qiáng)的簾布層19，其包繞每個(gè)胎圈16以形成反包部分20，更優(yōu)選地形成包封反包邊。從胎冠朝胎圈延伸且在胎圈的軸向內(nèi)側(cè)的簾布層部分被稱(chēng)為簾布層的正包部(down portion)或正包簾布層(down ply)，而從胎圈徑向地和軸向地向外延伸的簾布層部分被稱(chēng)為反包簾布層(up ply)或反包部分(turnup portion)。 一個(gè)或多個(gè)簾布層19沿徑向方向定向。由兩個(gè)或多個(gè)帶束層形成的鋼增強(qiáng)帶束層包21設(shè)置在輪胎的胎冠區(qū)域中位于簾布層19的徑向向外。一對(duì)側(cè)壁18從胎面12徑向向內(nèi)延伸到胎圈區(qū)域。彈性體的三角膠芯M位于胎圈16的徑向外側(cè)。三角膠芯如所示可以具有三角形的橫截面形狀?？蛇x的胎圈芯包布26包繞在胎圈16周?chē)?。胎圈芯包布沈位于胎?16和胎體簾布層19附近。胎圈包布觀位于胎圈區(qū)域的軸向內(nèi)邊緣上。反包墊30位于輪胎胎圈部分中胎圈包布28附近。反包墊30的第一端32位于胎圈鋼絲16附近，更優(yōu)選地與胎圈鋼絲的徑向外表面33成一直線。反包墊30的第二端34 位于第一端32和簾布層反包部20之間。反包墊30的長(zhǎng)度尺寸如此設(shè)置以使得當(dāng)輪胎處于重載下時(shí)，它可定位跨越輪輞的90度彎曲。當(dāng)在離胎圈中心4英寸的半徑R處測(cè)量時(shí)， 反包墊30的厚度在大約1至大約2英寸的范圍內(nèi)，更優(yōu)選地在大約1. 2至大約1. 7英寸的范圍內(nèi)，更優(yōu)選地在大約1. 2至大約1. 5英寸的范圍內(nèi)。橫跨墊的橫截面并且垂直于墊的縱軸地測(cè)量反包墊的厚度。當(dāng)在離胎圈中心8英寸的半徑處測(cè)量時(shí)，反包墊30的厚度在大約2英寸至大約3英寸的范圍內(nèi)，更優(yōu)選地在大約2. 2英寸至大約2. 7英寸的范圍內(nèi)，更優(yōu)選地在大約2. 4英寸至大約2. 6英寸的范圍內(nèi)。反包墊30的長(zhǎng)度的范圍可以從大約200mm 至大約400mm。反包墊30由彈性體材料或橡膠材料構(gòu)成，彈性體材料或橡膠材料的儲(chǔ)能模量G’的范圍從大約0. 5MPA至大約2. OMPA,更優(yōu)選地在0. 6至1. 5MPA的范圍內(nèi)，更優(yōu)選地在0. 8至1. 2MPA的范圍內(nèi)。反包墊30由具有G’，的材料制成，G’，的范圍從大約0. 05MPA 至大約0. IMPA。除非另外說(shuō)明，否則所有的G’值都在90°C的樣品溫度下、在IOHz的測(cè)量頻率下和在50%的應(yīng)變幅度下在橡膠樣品上測(cè)量。橡膠樣品從制造成所需的生產(chǎn)商規(guī)格的成品輪胎獲得。為了本發(fā)明的目的，儲(chǔ)能模量性質(zhì)G’是橡膠混合物的粘彈性質(zhì)并且可以通過(guò)動(dòng)態(tài)力學(xué)分析儀在頻率、溫度和應(yīng)變幅度的一個(gè)范圍上確定。適合于測(cè)量G’、G’，的動(dòng)態(tài)力學(xué)分析儀(DMA)的一個(gè)例子是01-dB Metravib公司出售的型號(hào)DMA +450。DMA儀器利用動(dòng)態(tài)力學(xué)分析來(lái)評(píng)價(jià)橡膠混合物。在一頻率(赫茲)和溫度(V )下對(duì)相應(yīng)橡膠混合物的硫化樣品進(jìn)行精確控制的動(dòng)態(tài)激勵(lì)(頻率和幅度)并且通過(guò)儀器觀測(cè)樣品應(yīng)力響應(yīng)?？梢酝ㄟ^(guò)儀器將觀測(cè)到的樣品響應(yīng)分成粘性或損耗模量(G’，)和彈性或儲(chǔ)能模量(G’ )分量。除非另外指出， 否則所有的G’，都在與G’相同的條件下測(cè)量。下部側(cè)壁的耐久性問(wèn)題可歸因于幾個(gè)因素，如在輪輞凸緣附近的區(qū)域中的大的簾布層簾線壓縮、輪胎和輪輞之間的磨損以及下部側(cè)壁中橡膠混合物中的大的應(yīng)變。本發(fā)明關(guān)注于實(shí)現(xiàn)反包墊中的應(yīng)變/應(yīng)力和簾布層簾線壓縮的顯著降低，同時(shí)將輪輞和胎圈包布之間的磨損能力保持在與基線輪胎相似的水平。當(dāng)在下部側(cè)壁中存在耐久性問(wèn)題時(shí)，輪胎設(shè)計(jì)者過(guò)去一直在增加胎圈直徑以便減小下部側(cè)壁中的應(yīng)力/應(yīng)變。胎圈寬度的增加增大了簾布層簾線中的壓縮力，同時(shí)僅僅實(shí)現(xiàn)了下部側(cè)壁中應(yīng)力/應(yīng)變的中等降低。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)胎圈寬度減小和反包墊厚度增大的組合產(chǎn)生了最令人滿(mǎn)意的結(jié)果，該結(jié)果不是由直覺(jué)得到的。所希望的是將環(huán)形抗拉構(gòu)件16的胎圈寬度Bw減小到大約2. 0至3英寸的范圍，更特別地在大約2. 4至2. 7英寸的范圍內(nèi)，更優(yōu)選地在大約2. 5至2. 7英寸的范圍內(nèi)。還確定了，通過(guò)減小簾布層反包部和簾布層正包部之間的隔距或距離(在下文中稱(chēng)為“反包部-正包部隔距”)，如圖7中所示，減小簾布層簾線壓縮。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，隨著反包墊厚度尺寸增大，減小簾布層反包部和簾布層正包部之間的隔距對(duì)于簾布層簾線壓縮的效果愈加顯著。垂直于簾布層縱向軸線測(cè)量距離或隔距。因而所希望的是，讓反包部-正包部隔距處于大約0. 25英寸至大約0. 8英寸的范圍內(nèi)，更特別地處于大約0. 4英寸至大約 0. 6英寸的范圍內(nèi)，最優(yōu)選地處于大約0. 4英寸至大約0. 5英寸的范圍內(nèi)。在離環(huán)形抗拉構(gòu)件的中心半徑R的范圍上測(cè)量反包部-正包部隔距。另外優(yōu)選地，在前所述的反包部-正包部隔距出現(xiàn)在離胎圈中心8英寸的半徑處。在離胎圈中心4英寸的半徑處，希望讓反包部-正包部隔距處于大約1.25英寸至大約1.75英寸的范圍內(nèi)，更特別地處于大約1.4英寸至大約1. 7英寸的范圍內(nèi)，最優(yōu)選地處于大約1. 5英寸至大約1. 6英寸的范圍內(nèi)。通過(guò)本發(fā)明中建議的胎圈寬度、反包墊(厚度)尺寸和反包部-正包部隔距的組合實(shí)現(xiàn)了簾布層簾線壓縮以及下部側(cè)壁中應(yīng)力/應(yīng)變的顯著減小。圖5至8示出了與57英寸和63英寸輪輞尺寸的基線設(shè)計(jì)相比，63英寸尺寸的本發(fā)明輪胎的數(shù)值模擬研究的結(jié)果。 基線設(shè)計(jì)具有3. 15英寸的胎圈寬度和1. 894英寸的反包部-正包部隔距以及1. 324(英寸) 的反包墊厚度尺寸，它們都是在離胎圈中心4英寸的半徑處測(cè)量的?；€輪胎具有1. 75英寸的反包墊厚度尺寸和1. 1英寸的反包部-正包部簾布層隔距，這兩個(gè)值都是在離胎圈中心8英寸的半徑處測(cè)量的。例1的輪胎具有63英寸的輪輞尺寸，橫截面寬度為2. 65英寸的環(huán)形抗拉構(gòu)件(或胎圈寬度)，和在離環(huán)形抗拉構(gòu)件中心8英寸的半徑R處測(cè)量的2. 62英寸的反包墊厚度。反包墊由與基線輪胎相同的橡膠材料形成。例1的輪胎在離胎圈中心8 英寸的半徑處具有0. 42英寸的簾布層反包部-簾布層正包部隔距。數(shù)值模型由兩種輪胎構(gòu)成并且經(jīng)受額定負(fù)荷和1. 2倍額定負(fù)荷的高度嚴(yán)峻負(fù)荷。圖5示出了計(jì)算機(jī)模擬結(jié)果，其表明與基線設(shè)計(jì)相比，例1的本發(fā)明輪胎的簾布層簾線壓縮具有57%的顯著減小。圖6表明對(duì)于基線設(shè)計(jì)和例1的輪胎而言，胎圈包布和輪輞之間的輪輞磨損能力差不多是相同的。圖7表明與基線輪胎相比，例1的輪胎的下部側(cè)壁中的反包墊部件中的應(yīng)變減小了 14%。圖8示出了在額定負(fù)荷和高嚴(yán)峻負(fù)荷的情況下，例 1的輪胎中的簾布層簾線壓縮。根據(jù)在此提供的本發(fā)明的說(shuō)明，本發(fā)明的變化是可能的。盡管為了闡明主題發(fā)明已經(jīng)示出了某些典型的實(shí)施例和細(xì)節(jié)，但對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見(jiàn)的是，在不背離主題發(fā)明范圍的情況下，可以作出各種改變和變型。因而，應(yīng)該懂得，可以在所描述的特定實(shí)施例中作出改變，它們處于由所附的權(quán)利要求限定的本發(fā)明的全部想要范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種充氣輪胎，其特征在于包括胎體，所述胎體具有一個(gè)或多個(gè)簾線增強(qiáng)的簾布層和一對(duì)胎圈部分，每個(gè)胎圈部分具有至少一個(gè)環(huán)形不可伸展的胎圈芯，簾線增強(qiáng)的簾布層圍繞胎圈芯包繞；設(shè)置在胎體的徑向向外的胎面和帶束層增強(qiáng)結(jié)構(gòu)；所述胎圈部分的特征在于還包括三角膠芯和胎圈包布，所述三角膠芯徑向上在所述胎圈芯外部延伸；所述輪胎的特征在于還包括位于所述胎圈包布附近的反包墊，其特征在于所述反包墊的最小厚度在大約1. 0英寸至大約2. 0英寸的范圍內(nèi)。
2.如權(quán)利要求1所述的充氣輪胎，其特征在于所述反包墊的最大厚度在大約2英寸至大約3英寸的范圍內(nèi)。
3.如權(quán)利要求1所述的充氣輪胎，其特征在于所述最小厚度位于從大約4英寸至大約 8英寸的半徑R的范圍內(nèi)，其特征在于所述半徑R從胎圈中心開(kāi)始測(cè)量。
4.如權(quán)利要求2所述的充氣輪胎，其特征在于所述最大厚度位于從大約4英寸至大約 8英寸的R的范圍內(nèi)。
5.如權(quán)利要求1所述的充氣輪胎，其特征在于所述環(huán)形抗拉構(gòu)件的寬度在大約2.4英寸至2. 7英寸的范圍內(nèi)。
6.一種充氣輪胎，其特征在于包括胎體，所述胎體具有一個(gè)或多個(gè)簾線增強(qiáng)的簾布層和一對(duì)胎圈部分，設(shè)置在胎體的徑向向外的胎面和帶束層增強(qiáng)結(jié)構(gòu)，每個(gè)胎圈部分具有至少一個(gè)環(huán)形抗拉構(gòu)件，簾線增強(qiáng)的簾布層圍繞環(huán)形抗拉構(gòu)件包繞，所述一個(gè)或多個(gè)簾布層具有正包部分和反包部分，所述正包部分從胎冠延伸且在所述環(huán)形抗拉構(gòu)件的軸向內(nèi)側(cè)，所述反包部分從所述環(huán)形抗拉構(gòu)件徑向向外延伸且在所述環(huán)形抗拉構(gòu)件的軸向外側(cè)， 其特征在于所述簾布層的所述反包部分和所述簾布層的所述正包部分之間的隔距小于1. 6 英寸。
7.一種充氣輪胎，其特征在于包括胎體，所述胎體具有一個(gè)或多個(gè)簾線增強(qiáng)的簾布層和一對(duì)胎圈部分，每個(gè)胎圈部分具有至少一個(gè)環(huán)形不可伸展的胎圈芯，簾線增強(qiáng)的簾布層包繞在胎圈芯周?chē)?；設(shè)置在胎體的徑向向外的胎面和帶束層增強(qiáng)結(jié)構(gòu)；所述胎圈部分的特征在于還包括環(huán)形抗拉構(gòu)件和三角膠芯，所述三角膠芯徑向上在所述胎圈芯外部延伸， 其特征在于所述環(huán)形抗拉構(gòu)件具有在大約2. 5英寸至大約2. 7英寸的范圍內(nèi)的寬度和胎圈包布。
8.如權(quán)利要求7所述的輪胎，其特征在于還包括位于所述胎圈包布附近的反包墊，其特征在于所述反包墊的最小厚度在大約1英寸至大約2英寸的范圍內(nèi)。
9.如權(quán)利要求7所述的輪胎，其特征在于還包括位于所述胎圈包布附近的反包墊，其特征在于所述反包墊的最小厚度在大約1.2英寸至大約1.7英寸的范圍內(nèi)。
10.如權(quán)利要求7所述的輪胎，其特征在于還包括具有正包部分和反包部分的一個(gè)或多個(gè)簾布層，所述正包部分從胎冠延伸且在所述環(huán)形抗拉構(gòu)件的軸向內(nèi)側(cè)，所述反包部分從所述環(huán)形抗拉構(gòu)件徑向向外延伸且在所述環(huán)形抗拉構(gòu)件的軸向外側(cè)，其特征在于所述簾布層的所述反包部分和所述簾布層的所述正包部分之間的隔距小于1. 6英寸。
全文摘要
本發(fā)明涉及重載輪胎。描述了一種適合于嚴(yán)峻負(fù)荷條件的充氣輪胎構(gòu)造。輪胎包括胎圈部分，胎圈部分進(jìn)一步具有在胎圈芯的徑向向外延伸的三角膠芯，和位于所述胎圈包布附近的反包墊。反包墊在從胎圈中心測(cè)量時(shí)的半徑R處具有最小規(guī)定寬度和最大規(guī)定寬度。反包墊由具有規(guī)定G’和G’’的材料形成。
文檔編號(hào)B60C15/04GK102407737SQ20111028126
公開(kāi)日2012年4月11日 申請(qǐng)日期2011年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月21日
發(fā)明者E. 威爾斯 D., 文卡塔拉馬尼 G. 申請(qǐng)人:固特異輪胎和橡膠公司