CN103879233B - 具有短程线带束的充气轮胎 - Google Patents

Abstract

本发明涉及具有短程线带束的充气轮胎。描述了具有修正短程线带束的轮胎。理想短程线带束路径被修正，用以选择中心线带束角度，并用以避免带束在带束边缘处的过多积累。

Description

具有短程线带束的充气轮胎

技术领域

本发明涉及轮胎制造和轮胎构造的领域。

背景技术

本领域中公知的是在航空器轮胎和卡车轮胎中利用Z字形带束。Z字形带束通常是从一个带束边缘到另一带束边缘以恒定角度被连续地织造的，并在带束边缘处转向。Z字形带束导致两层帘线被交织在一起而没有切割的带束边缘。然而，取决于轮胎尺寸和其它因素，Z字形带束在胎冠区域中的角度通常为10-14度，且在带束边缘处的转向角度通常为大约90度。然而，希望的是在中心线处具有更高的角度以便改善磨损性，通常在15-45度的范围内。

短程线带束(geodesic belt)构造具有被布置在轮胎的弯曲表面上的短程线上的带束帘线。在弯曲表面上，短程线路径是弯曲表面上两点之间的最短距离或最小曲率。真实短程线路径遵循特定的数学定律：ρcosα=常数。与Z字形带束相比，真实短程线带束具有在中心线处胎冠角度更高的优点。真实短程线带束还具有没有剪切应力的优点，因为它是最短路径。与Z字形带束构造不同，短程线带束角度连续地变化，使得角度在中心线处高，通常为约45度，并且在带束边缘处为180度。Z字形带束和短程线带束都在带束边缘处具有累积的问题。因此，希望的是提供一种改善的带束设计，其修正短程线路径用以克服短程线带束的缺点。因此，出于前述原因，希望的是提供一种具有带束的轮胎，所述带束具有修正短程线路径而没有上述缺点。

发明内容

本发明提供以下技术方案：

1. 一种充气轮胎，具有胎体和带束增强结构，所述带束增强结构包括：

第一带束层，其具有相对于中间周向平面以5度或更小的角度布置的帘线；和修正短程线带束增强结构，所述修正短程线带束结构形成在交替地向每个横向边缘处的转向点延伸的三维最短路径中，其中所述修正短程线带束增强结构宽于第一带束层，并且位于第一带束层的径向外侧。

2. 如技术方案1所述的充气轮胎，其中，通过使用以下公式来计算从一个带束边缘到另一带束边缘的三维最短距离路径L来形成用于轮胎的修正短程线带束：L=Σ(SQRT(X²+Y²+Z²))，这是对于ψ=0到AG，其中Z=R*δψ。

3. 如技术方案1所述的充气轮胎，其中，在修正短程线带束的中心线处的角度被修正，并且使用以下公式来计算从一个带束边缘到另一带束边缘的三维最短距离路径L：L=Σ(SQRT(X²+Y²+Z²))，这是对于ψ=0到AG，其中Z=R*δψ。

4. 如技术方案1所述的轮胎，其中，所述带束由连续的条形成。

5. 如技术方案1所述的轮胎，其中，所述带束由尼龙/芳族聚酰胺条材料形成。

6. 如技术方案1所述的轮胎，其中，所述带束由尼龙材料形成。

7. 如技术方案1所述的轮胎，其中，所述带束由芳族聚酰胺材料形成。

8. 如技术方案1所述的充气轮胎，其中，至少一个带束帘布层具有在断裂时的百分比延伸率小于大约24%且断裂强度大于大约400N的帘线。

9. 如技术方案1所述的充气轮胎，其中，胎体帘布层中的一个或多个包括由尼龙制成的帘线。

10. 如技术方案1所述的充气轮胎，其中，胎体帘布层帘线具有比带束帘线更大的断裂时延伸率。

11. 如技术方案1所述的充气轮胎，具有第二带束层，其具有相对于中间周向平面以5度或更小的角度布置的帘线。

12. 如技术方案1所述的充气轮胎，其中，第二带束层宽于第一带束层。

13. 如技术方案1所述的充气轮胎，其中，第二带束层在第一带束层的径向外侧。

14. 如技术方案1所述的充气轮胎，进一步包括：位于第一带束层和第二带束层的径向外侧的第三带束层，其中第三带束层宽于第一和第二带束。

15. 如技术方案1所述的充气轮胎，其中，所述改进短程线带束结构是最宽的带束层。

16. 如技术方案1所述的充气轮胎，其中，所述改进短程线带束结构是径向最外侧的带束。

17. 如技术方案1所述的充气轮胎，其中，所述改进短程线带束结构具有被选择为处于15-30度范围内的中心线角度。

定义

“高宽比”意指轮胎的断面高度与其断面宽度的比值。

“轴向”和“轴向地(沿轴向)”意指平行于轮胎旋转轴线的线或方向。

“胎圈”或“胎圈芯体”通常意指轮胎的包括环状抗拉构件的部分，径向内部胎圈与将轮胎保持到轮辋相关联，所述轮辋由帘布层帘线包绕，并且成形为具有或不具有其它增强元件，诸如外护圈包布(flipper)、胎跟加强层(chipper)、三角胶或填料、护趾胶和胎圈包布。

“斜交帘布层轮胎”意指胎体帘布层中的增强帘线相对于轮胎的赤道面从胎圈到胎圈以大约25-65°的角度对角地横跨轮胎延伸，帘布层帘线在交替的层中以相反角度伸展。

“缓冲层”或“轮胎缓冲层”意指与带束或带束结构或增强带束相同。

“胎体”意指轮胎帘布层材料和其它轮胎部件的层。在被硫化用以生成模制轮胎之前，附加部件可以被添加到胎体。

“周向”意指垂直于轴向方向沿着环状胎面的表面的周边延伸的线或方向；它还可以指其半径限定胎面的轴向曲率的多组相邻圆形曲线的方向，如在截面图中看到的。

“帘线”意指增强线束中的一个，包括用于增强帘布层的纤维。

“内衬层(气密层)”意指弹性体或其它材料的一个层或多个层，其形成无内胎轮胎的内表面，并且其限制轮胎内的充气流体。

“***件(insert)”意指通常用于增强泄气保用型轮胎的侧壁的增强件；它还指位于胎面下方的弹性体***件。

“帘布层”意指弹性体包覆的帘线的帘线增强层。

“径向”和“径向地(沿径向)”意指沿径向朝向或远离轮胎的旋转轴线的方向。

“侧壁”意指轮胎的位于胎面与胎圈之间的部分。

“层叠结构”意指未硫化的结构，其由一层或多层轮胎部件或者弹性体部件比如内衬层、侧壁以及可选的帘布层组成。

附图说明

下面将通过示例并参考附图描述本发明，附图中：

图1是对称航空器轮胎的一半的截面视图。

图2是示出了外表面上的理想短程线3的轮胎的透视图。

图3a、3b是具有修正短程线带束的轮胎的前视图。

图4是从ψ=0到ψ=360度的修正最短线的示意图。

图5是轮胎成型鼓的侧视简化示意图，示出了鼓旋转的角度：ψ=0到ψ=AG。

图6是显示发明的方法步骤的工艺流程图。

图7示出了直角坐标中的最短路径L。

图8是对称带束包的一半的截面视图。

具体实施方式

图1示出了本发明的子午线航空器轮胎10的一半的截面视图。该轮胎围绕中间周向平面是对称的，所以只有一半被示出。如图所示，航空器轮胎包括一对胎圈部分110，每个胎圈部分包含嵌入在其中的胎圈芯体120。适合于在航空器轮胎中使用的胎圈芯体的一个示例在美国专利No. 6,571,847中示出。胎圈芯体120优选在被多个钢护套线(未示出)环绕的中心部分中具有铝、铝合金或其它轻重量合金。本领域技术人员可以理解的是也可以利用其它胎圈芯体。

航空器轮胎进一步包括沿轮胎的径向方向从胎圈区域110中的每个基本上向外延伸的侧壁部分116，以及在侧壁部分116的径向外端部之间延伸的胎面部分130。更进一步，轮胎10被从胎圈部分12之一环形地延伸至另一胎圈部分12的胎体增强。胎体由内胎体帘布层22和外胎体帘布层24构成，优选取向在径向方向上。在这些胎体帘布层中，通常有四个内帘布层22被卷绕围绕胎圈芯体120从轮胎的内部朝向其外部用以形成反包部分，同时通常有两个外帘布层24沿着内胎体帘布层22的反包部分的外部向下延伸到胎圈芯体120。这些胎体帘布层22、24中的每个可以包括任何适当的帘线，通常为尼龙帘线比如尼龙-6,6帘线，其延伸大致垂直于轮胎的赤道面EP(即，沿轮胎的径向方向延伸)。优选地，尼龙帘线具有1890旦尼尔/2/2或1890旦尼尔/3构造。胎体帘布层22、24中的一个或多个还可以包括芳族聚酰胺和尼龙帘线结构，例如，混合帘线、高能量帘线或融合帘线。适当帘线的示例在美国专利No. 4,893,665、美国专利No. 4,155,394或美国专利No. 6,799,618中有描述。

航空器轮胎10进一步包括被布置在胎体与胎面橡胶130之间的带束包150。图8示出了适合于在航空器轮胎中使用的带束包150的一半的第一实施例。该带束包150围绕中间周向平面是对称的，所以只有带束包的一半被示出。如图所示的带束包150包括位于胎体附近的第一带束层50。第一带束层50优选地由相对于中间周向平面具有5度或更小的角度的帘线形成。优选地，第一带束层50由橡胶处理过的条43形成，所述橡胶处理过的条是通过相对于周向方向以正负5度或更小的角度螺旋地或螺旋形地卷绕帘线而制成的两个或更多个帘线的橡胶处理过的条。第一带束层50是带束包150的最窄带束结构，并具有在轮辋宽度(凸缘之间的宽度)的大约13%～大约100%范围内、并且更特别地在轮辋宽度(凸缘之间的宽度)的大约20%～大约70%范围内、并且最特别地在轮辋宽度(凸缘之间的宽度)的大约30%～大约42%范围内的宽度。

带束包150进一步包括位于第一带束层50的径向外侧的第二带束层60。第二带束层60优选地由相对于中间周向平面具有5度或更小的角度的帘线形成。优选地，第二带束层60由橡胶处理过的条43形成，所述橡胶处理过的条是通过相对于周向方向以正负5度或更小的角度螺旋地或螺旋形地卷绕帘线而制成的两个或更多个帘线的橡胶处理过的条。第一带束100是径向最内的带束，并具有宽度Bw_s。第一带束50是所有带束中的最窄带束。第二带束60位于第一带束的径向外侧，并具有比第一带束略微更大的宽度。实施例进一步包括第三带束70和第四带束80，其相对于周向平面具有5度或更小的低角度。第三和第四带束优选被螺旋形地卷绕。第三带束110位于第二带束的径向外侧，并且基本上宽于第一和第二带束。第三带束具有宽度bw3，并且是第一、第二和第四带束50、60、80的最宽带束。第四带束80位于第三带束的径向外侧，并且是低角度带束中最宽的。第四带束具有略微小于第三带束的宽度。实施例进一步包括第一修正短程线带束结构120和第二修正短程线带束结构130，它们都位于第一至第四带束的径向外侧。第一短程线带束120位于第四带束80的径向外侧，并且具有所有带束50、60、70、80、130的最宽宽度BwZ。短程线带束宽度BWg与最窄切割带束Bws的比值为如下：

(1) 0.3<BWs/BWg<0.6，并且更优选在以下范围内

0.3<BWs/BWg<0.5。

在上述实施例中，附加地优选的是：帘布层由尼龙制成，并且带束由芳族聚酰胺/尼龙共混物制成，使得在断裂时帘布层帘线百分比延伸率大于带束帘线百分比延伸率。附加地优选的是：在断裂时的最大带束帘线延伸率小于18%。

带束包具有至少一个修正短程线带束，如以下详细描述那样制成。了解以下内容是有帮助的：弯曲表面上的真实短程线是空间中两点之间的最短三维距离或最小曲率。图2示出了线3，其示出了具有真实短程线的带束。注意：帘线在点A处正切于带束边缘。真实短程线帘布层模式正好遵循以下数学公式：ρcosα=ρ₀ cosα₀，其中ρ是从旋转轴线到给定位置处的帘线的径向距离；α是给定位置处的帘线相对于中间周向平面的角度；并且ρ是从芯体的旋转轴线到胎冠的径向距离，并且ρ₀、α₀是中间周向平面处的半径和角度。

图3a和3b各自示出了以本发明的修正短程线带束120、130构造的在带束制作机上的轮胎的前视图。在边缘处的带束的角度略微小于180度。每个带束看起来都不同，原因是由于不同参数比如所需的中心线角度θs的选择。使用旋转B&T鼓上的带束施加器来施加短程线带束。带束施加器利用机械臂施加器(未示出)，其在轴向方向上平移从一个带束边缘肩部至另一带束边缘肩部。计算机控制器控制与B&T鼓的速度协调的臂位置(x轴线)(ψ)。修正短程线带束路径120、130从以下步骤得到确定。

图4和7示出了根据本发明的教导的修正短程线路径151。图4示出了对于从0度到Phi=360度的1次回转的路径。对于真实短程线路径来说，在每个带束边缘(W/2)处，角度α=0度，使得帘线在带束边缘处正切。本发明的修正短程线路径偏离带束边缘处的零角度，以便避免在带束边缘处的过多积累。修正短程线路径还偏离中心线处的角度，使得所需的中心线角度θs可以被获得。为了例证的目的，对于示例性轮胎尺寸来说，已知的是在9次回转中形成20条最短线(geoline)。因此，对于真实短程线路径来说，在0.45次回转中形成一最短线。在每个带束边缘处，最短线正切于带束边缘(α=0)，并且中心线处的带束角度为大约15.5度。最短线被定义为从一个带束边缘(图4上的点A)到相对的带束边缘(点D，图4)的三维最短路径。因此，带束将需要多条最短线来完全覆盖轮胎带束表面，通常为80条最短线。

AG被定义为从最短线的起点A到终点D的角度ψ的变化，如图5中所示。AG被设定为通过指定20的初始NR值和30的NG值来具有初始值。随着计算的迭代序列被进行，NG、AG的值将变化。

AG= 360*NR/NG，

其中，NR=用以形成NG最短线的回转次数

NG=组中的最短线的数量，所有组都相等。

图6示出了用于略述用以为带束计算修正最短线150的步骤的流程图。对于步骤10，输入带束宽度、条宽度和所需的中心线角度θs。对于步骤20，θs被设定为输入值θs，并且NR被设定为20，NG被设定为30。这些值是从经验来确定的。

其中，NR=一组最短线中的回转次数

NG=组中具有零度Phi的终点和起点的最短线的数量

对于步骤30，从以下计算来确定AG：

AG=360*NR/NG，

在步骤40中，在X=-W/2到W/2且Phi=0到AG的范围内，从以下公式为最短线确定三维最短距离路径L：

L= Σ(SQRT(X² +Y²+Z²))，这是对于i=1到k

其中Z=R*δψ

在步骤50中，角度θ在中心线处被计算出，并与输入值θs相比。对于步骤60，如果θ=θs不成立，则进行步骤70，其中NG通过下式被增加：

NG = NG+Δ NG

步骤30-70被重复直到θ=θs。

一旦θ=θs后，则使用来自步骤40的公式来确定组的剩余最短线。替代地，一旦最短线被计算出后，则能够通过将AG添加到最短线数据组的Phi值来确定其它剩余的最短线。

第一数据组现在被已知，其中NR=20和NG=70在该示例中被确定。描述最短路径的数据点的第一组在X、Y、Ψ坐标中被已知。为了足够地填充带束表面，需要数个组，通常在2～5个组的范围内。假定在该示例中需要四个数据组。为了确定组2～4的起点，从以下公式计算值K。

对于四个数据组，第一数据组优选由因子K修正以便通过帘线完全覆盖带束区域，并且确保第二数据组在第一数据组结束之处开始。对于四个指定的数据组，第一数据组的终点将精确地出现在Ψ=90度处。因此，我们的第一数据组将在Phi=0处开始并在Phi=90度处结束。组2将在90度处开始并在180度处结束。组3将在180度处开始并在270度处结束。组4将在270度处开始并在0/360度处结束。

K= [360*NR+360/NS])/NR

其中，NS是待生成的数据组的数量，在该示例中为4。

为了填充带束，希望的是生成有至少4个数据组。

对于第一数据组，Ψ'=K*Ψ。

因此，第一数据组具有在20次回转中形成的70条最短线，其中数据组在Ψ=0处开始并在Ψ=90处结束。K是乘数，其略微拉伸数据组，用以精确地以均匀间隔比如90度结束。第二数据组在Ψ=90处开始并在Ψ=180处结束。该数据组能够通过添加Ψ=Ψ+90来从第一数据组得到，同时其它数据值保持相同。第三数据组在Ψ=180处开始并在Ψ=270 度处结束。该数据组能够通过添加Ψ=Ψ+180来从第一数据组得到，同时其它数据值保持相同。第四数据组在Ψ=270度处开始并在Ψ=360度处结束。该数据组能够通过添加Ψ=Ψ+270来从第一数据组得到，同时其它数据值保持相同。

帘线构造

帘线可以包括一个或多个橡胶包覆的帘线，其可以是聚酯、尼龙、人造纤维、钢、flexten抗拉线绳或芳族聚酰胺。

鉴于本文提供的对本发明的描述，本发明的变型是有可能的。尽管为了说明本发明的目的而示出了某些代表性的实施例和细节，但对本领域的技术人员来说显而易见的是，在不背离本发明的范围的情况下，能够在其中做出各种变化和修改。因此，应该明白的是，能够在所描述的特定实施例中做出变化，其将落入如后面所附权利要求书限定出的本发明的完整预期范围内。

Claims (15)

1.一种充气轮胎，具有胎体和带束增强结构，所述带束增强结构包括：

第一带束层，其具有相对于中间周向平面以5度或更小的角度布置的帘线；和修正短程线带束增强结构，所述修正短程线带束增强结构形成在交替地向每个带束边缘处的转向点延伸的三维最短距离路径中，其中所述修正短程线带束增强结构宽于第一带束层，并且位于第一带束层的径向外侧。

2.如权利要求1所述的充气轮胎，其中，通过使用以下公式来计算从一个带束边缘到另一带束边缘的三维最短距离路径L来形成用于轮胎的修正短程线带束：L=Σ(SQRT(X²+Y²+Z²))，这是对于ψ=0到AG，其中Z=R*Δψ，其中X、Y、ψ为描述三维最短距离路径的坐标，AG为从所述三维最短距离路径的起点到终点的角度的变化，以及R为从旋转轴线到所述三维最短距离路径的给定位置处的径向距离。

3.如权利要求1所述的充气轮胎，其中，在修正短程线带束的中心线处的角度被修正，并且使用以下公式来计算从一个带束边缘到另一带束边缘的三维最短距离路径L：L=Σ(SQRT(X²+Y²+Z²))，这是对于ψ=0到AG，其中Z=R*Δψ，其中X、Y、ψ为描述三维最短距离路径的坐标，AG为从所述三维最短距离路径的起点到终点的角度的变化，以及R为从旋转轴线到所述三维最短距离路径给定位置处的径向距离。

4.如权利要求1所述的充气轮胎，其中，所述第一带束层由连续的条形成。

5.如权利要求1所述的充气轮胎，其中，所述第一带束层由尼龙和芳族聚酰胺条材料形成。

6.如权利要求1所述的充气轮胎，其中，所述第一带束层由尼龙材料形成。

7.如权利要求1所述的充气轮胎，其中，所述第一带束层由芳族聚酰胺材料形成。

8.如权利要求1所述的充气轮胎，其中，所述第一带束层具有在断裂时的百分比延伸率小于24%且断裂强度大于400N的帘线。

9.如权利要求1所述的充气轮胎，其中，胎体帘布层中的一个或多个包括由尼龙制成的帘线。

10.如权利要求1所述的充气轮胎，其中，胎体帘布层的帘线具有比带束帘线更大的断裂时延伸率。

11.如权利要求1所述的充气轮胎，具有第二带束层，其具有相对于中间周向平面以5度或更小的角度布置的帘线。

12.如权利要求1所述的充气轮胎，其中，第二带束层在第一带束层的径向外侧，并且第二带束层宽于第一带束层。

13.如权利要求1所述的充气轮胎，进一步包括：位于第一带束层和第二带束层的径向外侧的第三带束层，其中第三带束层宽于第一和第二带束层，其中第二带束层在第一带束层的径向外侧，第三带束层在第二带束层的径向外侧。

14.如权利要求1所述的充气轮胎，其中，所述修正短程线带束增强结构是径向最外侧的带束。

15.如权利要求1所述的充气轮胎，其中，所述修正短程线带束增强结构具有被选择为处于15-30度范围内的中心线角度。