CN1796163A - 具有高翻边胎圈锁定结构的充气轮胎 - Google Patents

Abstract

一种用于重型负载条件的重量更小、胎圈区域耐用度高的充气式帘布层子午线轮胎。该充气轮胎包括轮胎胎圈，以及围绕胎圈翻折以限定主体部分和翻边部分的胎体帘布层。翻边部分绕胎圈翻折并设置成相邻于胎圈的径向外侧的主体部分。翻边部分的翻边高度在总截面高度的大约35％－45％之间。在主体部分和翻边部分之间设有与胎圈相关联并且***高度为总截面高度的大约25％的薄橡胶条。该充气轮胎还包括胎圈包布，其最大胎圈包布规格不超过轮胎侧壁厚度的大约1.5倍。

Description

具有高翻边胎圈锁定结构的充气轮胎

技术领域

依据37C.F.R.§1.78(a)(4)，本申请要求先前于2004年12月30提交的标题为“具有高翻边胎圈锁定结构的充气轮胎”、代理人案号为No.GYTR-34的共同未决临时申请No.60/640745的权益和优选权，该临时专利申请通过引用而明确地结合在本文中。

本发明涉及充气轮胎，具体涉及一种设计成用于重型负载并且其特征为重量减轻轻且胎圈区域的耐用度高的充气轮胎。

背景技术

充气轮胎通常包括一对轴向分开的不能伸展的胎圈，这种胎圈设有至少一层在两胎圈之间延伸的胎体帘布层。胎体帘布层包括轴向相对的端部，各端部绕各胎圈翻起并固定于其上。胎面橡胶和侧壁橡胶分别定位在胎体帘布层的轴向外侧以及胎体帘布层的径向外侧。

胎圈区域是在轮胎设计工艺中受到相当关注的轮胎部分。在严苛的工作条件下，胎圈区域内的应力尤其会成为问题，导致相邻部件的分离。具体说来，帘布层翻边端容易从轮胎的相邻结构元件上分开。由于这个原因，已经采样了多种结构设计方法来控制胎圈区域内的轮胎元件的分离。这些设计方法通常包括在胎圈区域内增加各种聚合物材料，以增加强度和刚度。在许多轮胎胎圈设计中，在相邻元件之间设置一个或多个填充体或圈顶件(apex)。例如，圈顶件可以直接定位于胎圈的径向外侧以及处于胎体主体部分与翻边部分之间。第二圈顶件可以定位在翻边部分和轮胎侧壁之间。许多胎圈设计包括设计成用于提高胎圈区域耐用度的附加元件，例如胎圈包布(cha细)、凿(chipper)、束角保护件(toe guard)以及夹紧元件。

包括上述加强元件的胎圈区域设计具有某些缺陷，例如材料成本增加以及轮胎重量增加。为了解决这些缺陷，轮胎制造商一直致力于具有减小的重量以及体积特征但仍能提供胎圈区域高耐用度的胎圈区域设计。对于特定的轮胎市场，例如轻型卡车子午线(RLT)轮胎市场，制造商已经在提供重量减小并且耐用度高的胎圈区域的设计上进行了某些改进。通过实例的方式，在根据美国专利No.5524688(该专利转让给了本发明的受让人)的轮胎中，具有胎圈锁定结构的胎圈区域包括绕基本为五边形的胎圈缠绕的翻边部分，其中在主体部分和翻边部分之间没有圈顶件，并且没有凿或夹紧元件。因而，这种结构取消了许多现有胎圈区域设计中的结构元件，从而减轻了重量，但仍可提高胎圈区域的高耐用度。

对于在相对重型负载条件下使用的充气轮胎，例如中型卡车子午线(RMT)轮胎市场的轮胎，通常增加各种加强元件的体积，以支撑增加的载重，因而进一步增加了胎圈区域的材料成本及重量。因而，和RLT轮胎市场一样，制造商需要具有减小的体积和重量特征并且还提供胎圈区域高耐用度的轮胎区域设计。然而，将RLT轮胎市场的讲授内容和技术，例如美国专利No.5,524,688的讲授内容和技术应用于重型负载设计的轮胎、例如RMT轮胎上，这常常会导致在胎圈区域内产生无法接受的应力集中，这会导致帘布层分离以及轮胎失效。

因而，一直需要用于降低胎圈区域重量但仍可提供胎圈区域高耐用度的重型负载子午线轮胎的简化的胎圈区域设计。

发明内容

本发明涉及一种充气轮胎，尤其涉及一种用于重型负载的充气轮胎，该充气轮胎包括轮胎胎圈，以及绕胎圈翻折以便限定主体部分以及与胎圈相关联的翻边部分的胎体帘布层。翻边部分绕胎圈翻折，并定位成相邻于在胎圈径向外侧的主体部分。翻边部分的翻边高度在总截面高度的大约35％-45％之间，优选为大约40％。橡胶条与胎圈相连，并且包括内端和外端。橡胶条的至少一部分设置在主体部分和翻边部分之间，以使橡胶条的内端的***高度大约为总截面高度的25％。此外，充气轮胎包括与胎圈相连并定位在其轴向外侧的胎圈包布。胎圈包布的最大胎圈包布规格不超过轮胎侧壁厚度的大约1.5倍。

在一实施例中，胎圈具有大致五边形的径向截面形状。在另一实施例中，胎圈的径向截面形状基本为六边形。在后一实施例中，在主体部分和直接恰好位于胎圈径向外侧的翻边部分之间设置圈顶件。圈顶件相对较小，并且径向高度不超过大约1.3厘米。此外，橡胶条的厚度或规格与翻边部分的翻边高度之间存在一定的关系。

依据以上上述，提供了一种改进的充气轮胎，尤其是用于重型负载的充气轮胎，这种充气轮胎消除了典型胎圈区域结构的许多结构特征，因而在不牺牲胎圈区域耐用度的前提下提供了重量减小的胎圈区域。

附图说明

结合在说明书内并且构成本说明书一部分的附图显示了本发明的实施例，并且与本发明的以上一般性描述以及以下详细描述一起用来解释本发明。

图1是根据本发明的充气轮胎的局部剖视图；

图2是安装在轮辋上的根据本发明的充气轮胎的胎圈区域的剖视图；和

图3是根据本发明的充气轮胎的胎圈区域的一个备选实施例的剖视图。

具体实施方式

定义

“圈顶件”是指位于胎圈的径向外侧以及帘布层与帘布层翻边之间的弹性填充物。

“轴向的”或“轴向地”是指平行于轮胎旋转轴线的线或方向。

“胎圈”是指包括由帘布层帘线缠绕成的环形张紧件的轮胎部分，其可成形为与设计轮辋配合，不具有其它的加强元件，例如凿、三角胶、束角保护件以及胎圈包布。

“胎圈区域”是指包围胎圈的轮胎部分。

“胎体”是除帘布层上的皮带结构、胎面、下胎面以及侧壁橡胶外，但包括胎圈的轮胎结构。

“胎圈包布”是指位于胎圈外侧周围的材料条，以便保护帘布层不受轮辋影响、分配轮辋附近的挠曲并密封轮胎。

“凿”是指位于胎圈区域内的纤维或钢帘线窄带，其功能是加强胎圈区域并稳定侧壁的径向内侧的绝大部分。

“帘线”是指构成轮胎帘布层的一种加强束条。

“胎冠”主要是指设置胎面的轮胎外周。

“赤道面(EP)”是指与轮胎的旋转轴线垂直并通过轮胎胎面中心的平面。

“胶织物”是指缠绕胎圈钢丝以用于增强并将胎圈钢丝绑在轮胎体内的加强织物。

“规格”是指尺寸，并且具体指厚度。

“内部的”以及“向内”是指朝向轮胎内部。

“***高度”是指标称轮辋直径与橡胶条或***物的内边缘之间的径向距离。

“外部的”以及“向外”是指朝向轮胎外部。

“帘布层”是指涂覆有橡胶的平行帘线的连续层。

“充气轮胎”是指基本为环形的层状机械装置，通常是具有胎圈以及胎面并由橡胶、化学制剂、织物以及钢或其它材料制成的敞口式圆环。

“径向的”或“径向地”是指径向地指向或离开轮胎旋转轴线的方向。

“径向截面”是指包含轮胎或者轮胎和轮辋组件的旋转轴线的平面内的截面。

“子午线轮胎”是指被束带的或者周边受限的充气轮胎，其中以相对于轮胎赤道面成65°到90°之间的帘线角设置从胎圈延伸到胎圈的帘布层帘线。

“截面宽度线”是指在轮胎的截面内平行于轮胎旋转轴线并且位于轮胎的最大轴向宽度点处的线。

“侧壁”是指胎面和胎圈区域之间的轮胎部分。

“大致六边形”是指六边的径向截面，即使某些边或全部边是曲线，而不是和正规六边形一样是直线。

“大致五边形”是指五边的径向截面，即使某些边或全部边是曲线，而不是和正规五边形一样是直线。

“束角保护件”是指各胎圈径向内侧的轮胎沿周边展开的弹性体轮辋接触部分。

“总截面高度”是指轮胎的标称轮辋直径与最大外径之间的径向距离。

“胎面”是指模制橡胶部件，在与轮胎胎体相结合时，其包括轮胎上的当轮胎正常地充气并处于正常载荷下时与道路相接触的那一部分。

“翻边高度”是标称轮辋直径与翻边部分或帘布层外边缘之间的径向距离。

“翻边帘布层”以及“翻边部分”意指仅缠绕一个胎圈的胎体帘布层部分。

本发明针对一种重型负载轮胎的胎圈区域设计，这种设计提供了重量轻于传统结构但仍能提供高胎圈区域耐用度的简化胎圈区域结构。为了适应重型负载，传统胎圈区域结构包括大体积并且大重量的加强元件，例如多个圈顶件、凿、束角保护件以及夹紧元件。本发明通过若干胎圈区域设计特征而取消了多个这样的加强元件，从而降低了胎圈区域的重量。此外，该设计特征在没有负面影响胎圈区域耐用度的前提下减轻重量。

参照图1和图2，一般以10来表示的充气轮胎包括至少一个在一对胎圈14之间延伸并绕其缠绕的胎体帘布层12，各胎圈包含单根金属丝的多次缠绕。为了简便起见，在附图仅描述了轮胎10的一半，而另一半基本上是显示为穿过赤道面EP的镜像。胎体帘布层12包括主体部分16以及具有径向外翻边端20的翻边部分18。在轮胎10的胎冠部分内，轮胎10还包括多个位于胎体帘布层12径向外侧的皮带帘布层22。弹性体胎面部分24设置在皮带帘布层22的径向外侧。侧壁部分26径向向内从胎面部分24向胎圈14延伸。胎面区域还包括胎圈包布28，其位于胎体帘布层12和胎圈14的轴向外侧，并从位于胎圈14径向最外尺度的径向内侧的径向内端延伸到设在轮辋32的凸缘30的径向外侧的径向外端。如图所示，轮辋32可以是平的基部或者是锥度为5°的轮辋。然而可以认为，本发明还可以用在其它轮辋上，例如锥度为15°的轮辋的Drop Center Tubeless。

翻边部分18设置在主体部分16的背面，直接位于胎圈14之上并相对主体部分16径向向外延伸。翻边部分18相对于主体部分16的定位减小了胎体12的帘线(未示出)内的弯曲应变，并限制了主体部分16和翻边部分18之间的力变化。翻边部分18应直接在胎圈14之后与主体部分16相配合。为此，并且如图1和图2的实施例所示，胎圈14的径向截面形状可用为大致五边形，其中胎圈14的径向最外范围是五边形两边的顶点，以便于翻边部分18与主体部分16相配合。和许多现有胎圈区域设计一样，五边形的优点在于：在主体部分16与直接相邻于胎圈14的翻边部分18之间不使用圈顶件。此外，五边形的胎圈14补偿了轮胎10和轮辋32之间的自然压力，当轮胎10充气时，轮辋32支撑轮辋32上的胎圈14。

尽管五边形胎圈14是有利的，但也可以在本发明中使用其它胎圈14配置。例如，如图3所示，其中相同的标号表示图2中相同的特征，使用为大致六边形的胎圈14a属于本发明的范围内。在这种情况下，在主体部分16与直接相邻于六边形胎圈14a的翻边部分18之间使用了小圈顶件34。在本实施例中，与其它胎圈区域设置相比，圈顶件34相对较小，径向高度不超过大约1.3厘米。对于六边形胎圈14a，圈顶件34不仅有助于使翻边部分18与主体部分16相配合，还可防止任何气袋在制造过程中陷入到轮胎10的侧壁26内。

回来参见图2，胎体帘布层12相对于胎圈14上翻或缠绕，并通过侧壁26而锁定在胎体帘布层12的主体部分16上。使用标称轮辋直径RD作为参考，翻边部分18的翻边端20的翻边高度TH为总截面高度SH的大约35％-45％，更优选为大约40％。在这方面，本发明的翻边高度TH比现有胎圈锁定结构的翻边高度明显增加，例如美国专利No.5,524,688中所示的那些结构，其翻边高度通常为总截面高度SH的大约25％。对于支持更高负载的轮胎、例如RMT轮胎而言，有限元(FE)分析显示了传统翻边高度在翻边端20周围产生无法接受的应力集中。然而，FE分析还显示，可通过在径向向外的方向上延伸翻边而增加翻边高度TH，来减小这些应力。

如图2进一步显示，本发明的胎圈区域设计还包括位于翻边区域18和胎圈14径向外侧的主体部分16之间的薄橡胶条36。FE分析显示，橡胶条16进一步减小了翻边端20的相邻区域内的应力，从而降低了帘布层分离和轮胎失效的可能性。橡胶条36具有位于翻边端20径向内侧的内端38，以及一般至少与翻边部分28共同延伸且优选位于翻边端20径向稍外侧的外端。橡胶条36的超出量可允许橡胶条与翻边端20分离，可以适应制造的变化，或者可简单地提供橡胶条本身的渐缩。

橡胶条36位于主体16和翻边部分18之间，以使内端38的***高度IH是总截面高度SH的大约25％。在本发明的一方面中，橡胶条36的厚度或规格G与翻边高度TH之间存在一定关系。具体说来，橡胶条36的规格G可以由以下公式确定：

$\frac{G}{G_{\mathrm{ref}}}=\frac{\mathrm{MW}-\mathrm{IH}}{\mathrm{TH}-\mathrm{IH}}$

在此方程中，G_ref是参考规格厚度，该厚度定义为胎圈14和橡胶条36的内端38之间的位置P₁处的主体部分16的帘线(未示出)和翻边部分18之间的距离。一般说来，该值大约为帘线直径的1-3倍。此外，MW是在轮胎充气时截面宽度线SL相对于标称轮辋直径RD的径向高度。尽管橡胶条36的内端38的***高度IH优选为总截面高度SH的大约25％，然而，橡胶条36可以径向向内地朝着胎圈14延伸。对于某些应用而言，橡胶条36可一直延伸到胎圈14，使得基本上不存在主体部分16和翻边部分18直接接触的区域。然而，在这种情况下，橡胶条36的规格G仍可由上述公式确定。

在本发明的另一方面中，胎圈包布28设计为具有最小的胎圈包布规格。例如，在许多高负载应用中，胎圈包布的厚度显著地增加，以便提供胎圈区域的强度和耐用度。胎圈包布的参考规格可以是侧壁16的厚度，该侧壁16与胎圈包布28的径向外端配合，该侧壁厚度指定为ST。与侧壁16的厚度ST相比，许多胎圈包布的最大胎圈包布规格是侧壁厚度ST的2-3倍。此外，厚度的增加可以在胎圈包布的大部分上延伸。然而，在本发明中，最大胎圈包布规格CG不超过侧壁厚度ST的大约1.5倍。这就允许形成更薄的胎圈包布28，以及重量减小的胎圈区域。

由于在轮胎10的制造过程中在下侧壁26内故意设计出模具形状，因此最小化的胎圈包布28可用于本发明中。在模具形状的一方面中，与轮辋接触的胎圈区域部分40构造成使得当轮胎固定到轮辋上并充分地充气到正常压力时，轮辋接合部分40的形状与轮辋32的形状基本上相同。这样，在实际使用轮胎10之前，可将轮胎10固定在轮辋32上，而在胎圈区域内不存在过量的应力或弯曲。对下侧壁26的形状也采用同一方法，包括胎圈包布28的径向外部。为此，在模制工艺过程中，下侧壁16的形状或曲率设计为可与充气轮胎10的曲率紧密配合，以便在主体部分16和翻边部分18的橡胶内形成所希望的预应力。

根据本发明的充气轮胎10的特征在于，胎圈区域具有胎圈锁定结构，该胎圈锁定结构在重型负载条件下有利地提供了减小的重量以及胎圈区域的高耐用度。因为本发明不使用显著增加胎圈区域重量的多个圈顶件、夹紧元件、凿或束角保护件，因此就可以实现上述情形。此外，与传统的胎圈锁定结构、例如用于RLT轮胎市场的胎圈锁定结构相比，本发明显著地增加了翻边高度TH，使得与传统设计相比，翻边部分18的翻边端20增加了大约15％。此外，在主体部分16和翻边部分18之间了***橡胶条36。利用公式提供了与翻边高度TH相关的橡胶条36之规格G。此外，在胎圈区域内使用了胎圈包布规格CG最小化的胎圈包布28。由于制造工艺过程中下侧壁具有故意设计的模具形状，因此就可以使用最小化的胎圈包布28。

因而，通过本发明的上述胎圈区域设计特征，可以取消传统高负载胎圈区域结构内所用的多个加强件。在本发明中，不存在多个圈顶件、凿、束角保护件或夹紧元件，而是在主体部分和翻边部分之间设置薄的橡胶条，这种结构比现有技术的结构重量更轻，这就提供了各种操作效率。此外，这种结构的胎圈在重型负载条件下具有高的耐用度。

尽管通过各种实施例描述显示了本发明，尽管非常详细地描述了这些实施例，但是，本申请人并非试图使所附权利要求的范围限定在或者以任何方式限于这些细节。另外的优点和改进对于本领域技术人员来说是显而易见的。因而，本发明在其更广义方面并不限于所示和所述的特定细节、代表性装置和方法，以及示范性实例。因此，在不脱离本申请人的一般发明构思的精神和范围的前提下，可以偏离这些细节。

Claims (15)

1.一种充气式帘布层子午线轮胎，包括：

轮胎胎圈；

胎体帘布层，其围绕所述胎圈折叠以限定主体部分以及与所述胎圈相关联的翻边部分，所述翻边部分围绕所述胎圈翻折并设置成相邻于所述胎圈径向外侧的主体部分；以及

与所述胎圈相关联并具有内端和外端的橡胶条，所述橡胶条的至少一部分设置在所述主体部分和所述翻边部分之间，

其特征在于，所述翻边部分的翻边高度在总截面高度的大约35％-45％之间，所述橡胶条的内端的***高度为所述总截面高度的大约25％。

2.根据权利要求1所述的充气轮胎，其特征在于，所述胎圈具有大致五边形的径向截面形状。

3.根据权利要求1所述的充气轮胎，其特征在于，所述胎圈具有大致六边形的径向截面形状。

4.根据权利要求3所述的充气轮胎，其特征在于，所述充气轮胎还包括：

圈顶件，其与所述胎圈相关联，并且位于所述主体部分与所述胎圈的直接径向外侧的翻边部分之间；

所述圈顶件的径向高度不超过大约1.3厘米。

5.根据权利要求1所述的充气轮胎，其特征在于，所述橡胶条的厚度取决于所述翻边部分的翻边高度。

6.根据权利要求5所述的充气轮胎，其特征在于，所述橡胶条的厚度和所述翻边高度之间的关系通过以下公式来表达：

$\frac{G}{G_{\mathrm{ref}}}=\frac{\mathrm{MW}-\mathrm{IH}}{\mathrm{TH}-\mathrm{IH}}.$

7.根据权利要求1所述的充气轮胎，其特征在于，所述充气轮胎还包括：

与所述胎圈相关联并具有一定厚度的侧壁；以及

与所述胎圈相关联并位于其轴向外侧的胎圈包布，

所述胎圈包布的最大胎圈包布规格不超过所述侧壁厚度的大约1.5倍。

8.一种充气式帘布层子午线轮胎，包括：

轮胎胎圈；

胎体帘布层，其围绕所述胎圈折叠以限定主体部分以及与所述胎圈相关联的翻边部分，所述翻边部分围绕所述胎圈翻折并设置成相邻于所述胎圈径向外侧的主体部分，所述翻边部分的翻边高度在总截面高度的大约35％-45％之间；

与所述胎圈相关联并具有一定厚度的侧壁；以及

与所述胎圈相关联并位于其轴向外侧的胎圈包布，所述胎圈包布的最大胎圈包布规格不超过所述侧壁厚度的大约1.5倍。

9.根据权利要求8所述的充气轮胎，其特征在于，所述胎圈具有大致五边形的径向截面形状。

10.根据权利要求8所述的充气轮胎，其特征在于，所述胎圈具有大致六边形的径向截面形状。

11.根据权利要求10所述的充气轮胎，其特征在于，所述充气轮胎还包括：

圈顶件，其与所述胎圈相关联，并且位于所述主体部分与所述胎圈的直接径向外侧的翻边部分之间，所述圈顶件的径向高度不超过大约1.3厘米。

12.根据权利要求8所述的充气轮胎，其特征在于，所述充气轮胎还包括：

与所述胎圈相关联并具有内端和外端的橡胶条，所述橡胶条的至少一部分设置在所述主体部分和所述翻边部分之间，所述橡胶条的内端的***高度为所述总截面高度的大约25％。

13.根据权利要求12所述的充气轮胎，其特征在于，所述橡胶条的厚度取决于所述翻边部分的翻边高度。

14.根据权利要求13所述的充气轮胎，其特征在于，所述橡胶条的厚度和所述翻边高度之间的关系通过以下公式来表达：

$\frac{G}{G_{\mathrm{ref}}}=\frac{\mathrm{MW}-\mathrm{IH}}{\mathrm{TH}-\mathrm{IH}}.$

15.一种充气式帘布层子午线轮胎，包括：

轮胎胎圈；

胎体帘布层，其围绕所述胎圈折叠以限定主体部分以及与所述胎圈相关联的翻边部分，所述翻边部分围绕所述胎圈翻折并设置成相邻于所述胎圈径向外侧的主体部分，所述翻边部分的翻边高度在总截面高度的大约35％-45％之间；以及

与所述胎圈相关联并具有内端和外端的橡胶条，所述橡胶条的至少一部分设置在所述主体部分和所述翻边部分之间，所述橡胶条的内端的***高度为所述总截面高度的大约25％；

与所述胎圈相关联并具有一定厚度的侧壁；和

与所述胎圈相关联并位于其轴向外侧的胎圈包布，所述胎圈包布的最大胎圈包布规格不超过所述侧壁厚度的大约1.5倍。

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