CN113272155A

CN113272155A - 具有垫片层的轮胎胎面带

Info

Publication number: CN113272155A
Application number: CN202080007332.6A
Authority: CN
Inventors: N·N·拉杰; B·S·普洛特纳; B·E·里迈
Original assignee: Bridgestone Americas Tire Operations LLC
Current assignee: Bridgestone Americas Tire Operations LLC
Priority date: 2019-01-04
Filing date: 2020-01-03
Publication date: 2021-08-17
Also published as: EP3906169A4; EP3906169A1; JP2022516536A; EP3906169B1; WO2020142670A1; US20220072908A1; JP7307176B2

Abstract

本发明公开了一种非充气轮胎，该非充气轮胎包括具有旋转轴线的内圈和与该内圈同轴的外圈。该非充气轮胎还包括从该内圈延伸到该外圈的支撑结构，以及围绕该外圈延伸的周向胎面。该周向胎面包括抗剪元件。该抗剪元件包括固体材料的下垫片层、固体材料的上垫片层以及设置在该下垫片层和该上垫片层之间的弹性层。该弹性层具有比该下垫片层和该上垫片层更高的弹性。

Description

具有垫片层的轮胎胎面带

技术领域

本公开涉及轮胎胎面带及其制造方法。更具体地讲，本发明涉及具有垫片层的轮胎带以及其制造方法。

背景技术

已开发出各种能使轮胎在未充气或充气不足状态下行驶的轮胎构造。非充气轮胎不需要充气，而“防爆轮胎”在被刺穿和损失全部或部分加压空气后可以继续在相对高速下行驶延长的时间。非充气轮胎可包括多根辐条、网状件或将内圈连接到外圈的其他支撑结构。在一些非充气轮胎中，周向胎面可包裹在轮胎的外圈周围。

周向胎面可包含抗剪元件，该抗剪元件具有设置在上部非弹性区域和下部非弹性区域之间的弹性区域。抗剪元件也可称为抗剪带、胎面带或薄的环形高强度带元件。当用于充气轮胎时，抗剪元件在轮胎被加压时充当抗拉构件。当在非充气轮胎或未加压或部分加压状态的充气轮胎中使用时，抗剪元件充当结构抗压构件。

发明内容

在一个实施方案中，非充气轮胎包括具有旋转轴线的内圈和与内圈同轴的外圈。非充气轮胎还包括从内圈延伸到外圈的支撑结构，以及围绕外圈延伸的周向胎面。周向胎面包括抗剪元件。抗剪元件包括固体材料的下垫片层、固体材料的上垫片层以及设置在下垫片层和上垫片层之间的弹性层。弹性层具有比下垫片层和上垫片层更高的弹性。

附图说明

在附图中，示出了结构，该结构与下文提供的详细描述一起描述了受权利要求书保护的本发明的示例性实施方案。类似的元件用相同的附图标号标示。应当理解，被示出为单个部件的元件可以用多个部件替换，并且被示出为多个部件的元件可以用单个部件替换。附图未按比例绘制，并且出于说明性目的，可能放大了某些元件的比例。

图1是未变形的非充气轮胎的侧视图；

图2是图1的非充气轮胎在承受载荷时变形的侧视图；

图3是示意图，其示出了非充气轮胎的一个实施方案的部分横截面；并且

图4是示意图，其示出了非充气轮胎的另选的实施方案的部分横截面。

具体实施方式

图1和图2示出了非充气轮胎10的一个实施方案。非充气轮胎10仅为示例性例证，并非旨在进行限制。在所示的实施方案中，非充气轮胎10包括大致环形的内圈20，该大致环形的内圈接合安装有轮胎10的轮辋(未示出)。大致环形的内圈20具有内表面23和外表面24，并且可以由弹性材料或金属制成。

非充气轮胎10还包括围绕互连辐板40的大致环形的外圈30，该互连辐板是连接到大致环形的内圈20的支撑结构。在另选实施方案中，多根辐条或其他支撑结构将内圈连接到外圈。外圈30可以被构造成在围绕并且包括印痕区32(参见图2)的区域48变形，这减小了振动并且增加乘坐舒适性。

在一个实施方案中，大致环形的内圈20和大致环形的外圈30由与互连辐板40相同的材料制成。在另选的实施方案中，大致环形的内圈、大致环形的外圈和互连幅材中的至少一者由不同的材料制成。如图1所示，大致环形的外圈30可以具有径向外表面34，胎面承载层70附接到该径向外表面。可以通过粘合或使用本领域中通常可用的其他方法完成附接。

在所示的实施方案中，互连辐板40具有至少两个径向相邻的辐板元件42的层56、58，这些辐板元件限定多个大致多边形的开口50。在其他实施方案(未示出)中，可采用其他辐板构型。在另一个实施方案(未示出)中，可采用轮辐或其他支撑结构来代替腹板。

图3是示意图，其示出了非充气轮胎100的一个实施方案的部分横截面。在该实施方案中，非充气轮胎100包括轮胎结构，该轮胎结构具有内圈110、外圈120和从内圈延伸到外圈的支撑结构130。在一个实施方案中，支撑结构130为网状件，诸如图1和图2所示的网状件。在另选的实施方案中，支撑结构包括多根辐条。然而，应当理解，可以采用任何支撑结构。

非充气轮胎100还包括与外圈120具有相同宽度的周向胎面200。周向胎面200包括抗剪元件，该抗剪元件具有固体材料的下垫片层210、固体材料的上垫片层220，以及设置在下垫片层210与上垫片层220之间的弹性层230。在一个实施方案中，下垫片层210和上垫片层220由相同的材料构成。在一个具体实施方案中，下垫片层210和上垫片层220均由钢(诸如钢垫片原料)构成。在一个具体实施方案中，下垫片层210和上垫片层220由超高强度钢垫片原料构成。其他示例性材料包括但不限于铝、黄铜、铜、不锈钢、聚酯和聚氯乙烯(PVC)。在所有情况下，材料可以是垫片原材料。在另选的实施方案中，下垫片层210和上垫片层220由不同的材料构成。

由具有高极限抗拉强度和低表面粗糙度的表面光洁度的材料构成的上垫片层和下垫片层可以获得良好的性能。在一个实施方案中，上垫片层和下垫片层由具有每平方英寸至少48,000磅力(即，48ksi或330MPa)的极限抗拉强度的材料构成。在另一个实施方案中，上垫片层和下垫片层由具有每平方英寸至少96,000磅力(即，96ksi或660MPa)的极限抗拉强度的材料构成。在又一个实施方案中，上垫片层和下垫片层由具有每平方英寸至少160,000磅力(即，160ksi或1100MPa)的极限抗拉强度的材料构成。由具有高极限抗拉强度的材料构成的带层具有更好的疲劳寿命。

另外，在一个实施方案中，上垫片层和下垫片层由平均表面粗糙度小于1000微英寸(即，25微米)的材料构成。在另一个实施方案中，上垫片层和下垫片层由平均表面粗糙度小于64微英寸(即，1.6微米)的材料构成。在又一个实施方案中，上垫片层和下垫片层由平均表面粗糙度小于32微英寸(即，0.8微米)的材料构成。虽然更粗糙的光洁度对粘合更有利，但已发现更精细的光洁度对疲劳寿命更有利。

上述极限抗拉强度和平均表面粗糙度可存在于通过喷丸强化或激光冲击强化工艺制备的高强度钢中。高强度钢可为特种钢并且可接受特殊热处理。铝和钛也可表现出上述极限抗拉强度和平均表面粗糙度。

弹性层230具有比下垫片层210和上垫片层220更高的弹性。弹性层230也具有高的层间抗剪强度。可能期望由具有低滞后和高热导率的材料构造弹性层230以减少热积聚。用于弹性层230的示例性材料包括但不限于橡胶或热塑性塑料。

在例示的实施方案中，一层胎面橡胶240围绕上垫片层220设置。胎面橡胶240可以具有设置在其中的胎面元件。示例性胎面元件包括但不限于沟槽、顺纹、横纹、块状花纹和胎纹沟。胎面橡胶240可以是与弹性层230相同的材料，或者可以是不同的材料。胎面橡胶240可以通过粘接或化学方式结合到上垫片层220。

在另选的实施方案(未示出)中，胎面橡胶围绕抗剪元件的侧面，使得抗剪元件嵌入胎面橡胶中。在另一个实施方案(未示出)中，胎面橡胶围绕抗剪元件的侧面和底部。

下垫片层210具有第一高度H₁，上垫片层220具有第二高度H₂，并且弹性层230具有第三高度H₃。在一个实施方案中，第一高度H₁等于第二高度H₂。在另选的实施方案中，第一高度和第二高度是不同的。第三高度H₃大于第一高度H₁和第二高度H₂。在一个实施方案中，H₁和H₂均在0.010英寸和0.300英寸(0.254毫米至7.62毫米)之间。然而，可采用其他布置方式。

可对下垫片层210、上垫片层220和弹性层230的高度进行选择，以提供非充气轮胎100的期望性能。例如，可能期望增加第三高度H₃以调节围绕抗剪元件的中性轴的弯矩，从而以更大的挠曲承载更大的载荷。然而，也可能期望减小第三高度H₃以减小由粘弹性热耗散引起的热积聚。

又如，可能期望减小第一高度H₁、第二高度H₂和第三高度H₃中的一者或多者以减小组件重量。然而，也可能期望增加第一高度H₁和第二高度H₂以减小垫片层210、220中的应力。减小第三高度H₃还可以减小垫片层210、220中的应力。

还可以选择胎面橡胶240的厚度和刚度来调节印痕长度。

可能期望将具有最硬且滞后最小的材料的垫片层210、220放置在承载最大载荷的区域中，远离抗剪元件的中性轴。弹性层230充当垫片层210、220之间的耦合器，并且不承载大部分载荷。这使热量产生、温度积聚和滚动阻力最小化。在垫片层210、220之间使用更软且滞后的弹性层230也有助于吸收冲击载荷并提供一些乘坐阻尼。

在一个实施方案中，整个周向胎面200被预成型为包括胎面橡胶240和抗剪元件，该抗剪元件包括垫片层210、220和弹性层230。周向胎面200然后通过粘合剂、通过焊接或钎焊、或通过化学结合(诸如通过加热部件以产生结合)附接到外圈120。

在另选的实施方案中，周向胎面200可以一层一层地构建在外圈120上。构建过程将包括围绕外圈120放置下垫片层210，围绕下垫片层210放置弹性层230，以及围绕弹性层230放置上垫片层220，以及围绕上垫片层220放置胎面橡胶240。在一个实施方案中，诸如通过粘合剂、通过焊接或钎焊、或通过化学结合(诸如通过加热部件以产生结合)来将各层在每个步骤中彼此附接。在另选的实施方案中，在组装所有层之后加热轮胎，使得这些层彼此结合。

图4是示意图，其示出了非充气轮胎300的另选的实施方案的部分横截面。在该实施方案中，非充气轮胎300还包括内圈110、外圈120和支撑结构130，如上文参照图3所述。然而，应当理解，可以采用任何轮胎结构。

非充气轮胎300还包括与外圈120具有相同宽度的周向胎面400。周向胎面400包括抗剪元件，该抗剪元件具有固体材料的下垫片层410、固体材料的上垫片层420。抗剪元件还包括固体材料的第一中间垫片层430a和固体材料的第二中间垫片层430b。抗剪元件还包括设置在下垫片层410和上垫片层420之间的弹性层440。此处，弹性层具有三个部件，包括设置在下垫片层410a与第一中间垫片层430a之间的下弹性层440a、设置在第一中间垫片层430a与第二中间垫片层430b之间的中间弹性层440b，以及设置在第二中间垫片层430b与上垫片层420之间的上弹性层440c。

每一层可以由上文参照图3所述的相同材料构成。同样，可使用与上述相同的考虑因素来选择每个层的高度。

在例示的实施方案中，一层胎面橡胶450围绕上垫片层420设置。胎面橡胶450可以具有设置在其中的胎面元件。示例性胎面元件包括沟槽、顺纹、横纹、块状花纹和胎纹沟。胎面橡胶450可以是与弹性层440相同的材料，或者可以是不同的材料。胎面橡胶450可以通过粘接或化学方式结合到上垫片层220。

周向胎面400可以使用上文参照图3所述的相同方法中的一个方法来构成。

在其他另选的实施方案(未示出)中，抗剪元件可由六个或更多个垫片层构成。虽然已相对于非充气轮胎描述了抗剪元件，但应当理解，抗剪元件也可用于充气轮胎，诸如防爆充气轮胎。

就在说明书或权利要求书中使用术语“包括”或“具有”而言，其旨在以类似于术语“包含”在权利要求书中用作过渡词时所理解的方式来具有包容性。此外，就采用术语“或”(例如，A或B)而言，该术语旨在表示“A或B或两者”。当申请人旨在指示“仅A或B但不是两者”时，则将采用术语“仅A或B但不是两者”。因此，本文中术语“或”的使用具有包容性，不具有排他性用途。参见Bryan A.Garner，《现代法律用语词典》第624页(第二版，1995年)(BryanA.Garner,A Dictionary of Modern Legal Usage 624(2d.Ed.1995)。此外，就在说明书和权利要求书中使用术语“在…中”或“到…中”而言，该术语旨在另外表示“在…上”或“到…上”。此外，就在说明书或权利要求书中使用术语“连接”而言，该术语旨在不仅表示“直接连接到”，而且也表示“间接连接到”，诸如通过另外的一个或多个部件进行连接。

虽然本申请已通过其实施方案的描述进行了说明，并且虽然已相当详细地对所述实施方案进行了描述，但申请人并非意图将所附权利要求书的范围约束为这样的细节或以任何方式限制为这样的细节。附加的优点和修改对于本领域的技术人员而言将是显而易见的。因此，在其更广泛的方面，本申请并不限于所示和所述的特定细节、代表性设备和方法，以及示例性示例。因此，可以在不脱离申请人的总体发明构思的实质或范围的情况下偏离此类细节。

Claims

1.一种非充气轮胎，所述非充气轮胎包括：

内圈，所述内圈具有旋转轴线；

外圈，所述外圈与所述内圈同轴；

支撑结构，所述支撑结构从所述内圈延伸到所述外圈；和

周向胎面，所述周向胎面围绕所述外圈延伸，所述周向胎面包括抗剪元件，

其中所述抗剪元件包括下垫片层，所述下垫片层为固体材料层，

其中所述抗剪元件包括上垫片层，所述上垫片层为固体材料层，并且

其中所述抗剪元件包括设置在所述下垫片层和所述上垫片层之间的弹性层，所述弹性层具有比所述下垫片层和所述上垫片层更高的弹性。

2.根据权利要求1所述的非充气轮胎，其中所述下垫片层由钢构成。

3.根据权利要求1所述的非充气轮胎，其中所述上垫片层由钢构成。

4.根据权利要求1所述的非充气轮胎，还包括第一中间垫片层和第二中间垫片层。

5.根据权利要求4所述的非充气轮胎，其中所述弹性层包括：

下弹性层，所述下弹性层设置在所述下垫片层和所述第一中间垫片层之间；

中间弹性层，所述中间弹性层设置在所述第一中间垫片层和所述第二中间垫片层之间；和

上弹性层，所述上弹性层设置在所述第二中间垫片层和所述上垫片层之间。

6.根据权利要求1所述的非充气轮胎，其中所述上垫片层和所述下垫片层中的每一者具有至少330MPa的极限抗拉强度。

7.根据权利要求1所述的非充气轮胎，其中所述上垫片层和所述下垫片层中的每一者具有至少660MPa的极限抗拉强度。

8.根据权利要求1所述的非充气轮胎，其中所述上垫片层和所述下垫片层中的每一者具有至少1100MPa的极限抗拉强度。

9.根据权利要求1所述的非充气轮胎，其中所述上垫片层和所述下垫片层中的每一者具有平均表面粗糙度小于25微米的表面。

10.根据权利要求1所述的非充气轮胎，其中所述上垫片层和所述下垫片层中的每一者具有平均表面粗糙度小于1.6微米的表面。

11.根据权利要求1所述的非充气轮胎，其中所述上垫片层和所述下垫片层中的每一者具有平均表面粗糙度小于0.8微米的表面。

12.一种制造非充气轮胎的方法，所述方法包括：

提供组件，所述组件具有内圈、与所述内圈同轴的外圈、以及从所述内圈延伸至所述外圈的支撑结构；

围绕所述外圈提供下垫片层，所述下垫片层为固体材料层；

围绕所述下垫片层提供弹性层，所述弹性层具有比所述下垫片层更高的弹性；以及

围绕所述弹性层提供上垫片层，所述上垫片层为固体材料层。

13.根据权利要求12所述的方法，还包括围绕所述上垫片层提供胎面橡胶。

14.根据权利要求12所述的方法，还包括在所述外圈和所述下垫片层之间提供弹性层。

15.根据权利要求12所述的方法，其中所述下垫片层和所述上垫片层中的每一者均由钢构成。