重型车辆轮胎的胎圈 |
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| 申请号 | CN201380065097.8 | 申请日 | 2013-12-11 | 公开(公告)号 | CN104853938B | 公开(公告)日 | 2017-07-14 |
| 申请人 | 米其林集团总公司; 米其林研究和技术股份有限公司; | 发明人 | V·埃斯滕内; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及重型车辆的轮胎，其包括两个 胎圈 (2)，径向 胎体 增强件(4)，以及附加的周向增强件(6)，所述两个胎圈(2)旨在通过至少一个轴向外部表面(21)分别与 轮辋 (3) 接触 ，所述胎体增强件(4)包括至少一个在每个胎圈(2)内围绕具有中心(O)的胎圈金属丝(5)缠绕的胎体层(41)，以形成卷边(411)，所述附加的周向增强件(6)在每个胎圈(2)中包括至少一个附加层(61、62)，所述附加增强件(6)从径向内部端部(E1)直至径向外部端部(E2)径向延伸，并且在轴向上位于轴向最外卷边(411)的外部。本 申请 的 发明人 给其自身设定目标，所述目标为优化附加的周向增强件(6)的径向内部端部(E1)和径向外部端部(E2)各自之间的径向距离(d)，而同时保持使用这种附加的周向增强件所获得的相同 水 平的胎圈耐久性。根据本发明，附加的周向增强件(6)的径向内部端部(E1)在胎圈(2)的轴向外部表面(21)上的 正交 投影(P1)在径向上位于胎圈金属丝(5)的中心(O)的外部，附加的周向增强件(6)的径向外部端部(E2)在胎圈(2)的轴向外部表面(21)上的正交投影(P2)旨在当轮胎(1)安装在其轮辋(3)上并充气至所建议的压 力 时与轮辋(3)的点(P’2)接触，所述点(P’2)在轴向上位于轮辋(3)的最后接触的点(C)的内部，附加的周向增强件(6)的径向内部端部(E1)和径向外部端部(E2)之间的径向距离(d)至多等于20mm。 | ||||||
| 权利要求 | 1.重型车辆轮胎(1)，其包括： |
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| 说明书全文 | 重型车辆轮胎的胎圈技术领域背景技术[0003] 由于轮胎的几何形状显示出围绕旋转轴线的旋转的对称性，因此轮胎的几何形状可以在包括轮胎的旋转轴线的子午平面中进行描述。在给定的子午平面中，径向、轴向和周向方向分别指的是垂直于旋转轴线、平行于旋转轴线和垂直于子午平面的方向。在下文中，表述“径向内部”和“径向外部”分别意指“在径向方向上更接近旋转轴线”和“在径向方向上更远离旋转轴线”。表述“轴向内部”和“轴向外部”分别表示“在轴向方向上更接近赤道平面”和“在轴向方向上更远离赤道平面”，赤道平面是垂直于旋转轴线并且穿过胎面中心的平面。 [0004] 子午线轮胎包括增强件，所述增强件包括在径向上位于胎面内部的胎冠增强件，和在径向上位于胎冠增强件的内部的胎体增强件。 [0005] 子午线轮胎的胎体增强件包括至少一个胎体层。胎体层由增强元件(或增强体)构成，所述增强元件涂布有弹性体材料，彼此平行并且与周向方向形成大体上等于90°的角度，即在85°和95°之间的角度。胎体层通常包括主要部分，所述主要部分将两个胎圈连接在一起并且在每个胎圈内围绕通常由金属制成称为胎圈金属丝的周向增强元件缠绕，以形成卷边。胎圈金属丝的子午线截面(即在子午平面上通过胎圈金属丝的截面)为圆形或内切圆，圆的中心通常称为胎圈金属丝的中心。胎圈金属丝通常由至少一种涂布材料包围，非详尽地例如弹性体材料或纺织材料，包括胎圈金属丝以及其涂布材料的组件构成胎圈金属丝芯。胎体层卷边使得胎体在每个胎圈中锚固至胎圈金属丝芯。 [0006] 实践还已知在每个胎圈内具有包括至少一个附加层的附加增强件。附加层包括增强元件(或增强体)，所述增强元件涂布有弹性体材料，彼此平行并且与周向方向通常形成至多等于45°的角度，通常大体上等于22°的角度。附加增强件在径向内部和径向外部两个端部之间径向延伸并且在轴向上位于轴向最外的卷边的外部。附加层径向最内的径向内部端部称为附加增强件的径向内部端部。类似地，附加层径向最外的径向外部端部称为附加增强件的径向外部端部。附加增强件的径向内部端部和径向外部端部各自之间的径向距离通常至多等于0.3倍的所设计的轮胎的截面高度，所述轮胎如由“European Tyre and Rim Technical Organisation”或ETRTO标准所限定的。附加增强件使得有可能在胎圈中限制径向的胎体增强件的径向剥离(déradialisation)，即增强体相对于其最初基本上90°的角度由于弹性体配混物部分的周向变形而引起的角度变化，所述弹性体配混物包括在增强体之间，该径向剥离的限制有助于胎圈的耐久性。 [0007] 胎体层和附加层增强体通常或者为金属帘线或者为由纺织长丝(优选脂族聚酰胺或芳族聚酰胺类型)的组件制成的增强体。在由纺织长丝的组件制成的增强体的情况下，胎体增强件通常包括数个胎体层，胎体层的数量根据胎体增强件所需具有的机械强度的水平而确定。 [0008] 对于轮辋(轮胎安装在该轮辋上)而言，旨在与轮胎的胎圈接触的轮辋部件包括基本上圆形的部分，该基本上圆形的部分通过构成轮辋凸缘的基本上径向的部分而在径向上朝向内部延伸，所述轮辋凸缘旨在与胎圈的轴向外表面接触并旨在当安装轮胎并给轮胎充气时固定所述胎圈的轴向位置。其还包括基本上轴向的部分或轮辋座，所述基本上轴向的部分或轮辋座在轴向上从轮辋凸缘的径向内部端部朝向内部延伸并旨在与胎圈的径向内部表面相接触。根据本发明的轮胎旨在安装在轮辋上，其轮辋座与轴向方向形成5°的角度。 [0009] 在行驶期间，轮胎的胎圈围绕在轮辋凸缘的基本上圆形的部分的周围并经受弯曲循环。这些弯曲循环导致胎体层和附加层增强体的曲率变化和张力变化。此外，这些弯曲循环在胎体卷边增强体的自由端部与附加层增强体的径向外部端部的邻近处中存在的弹性体材料中引起压缩力和拉伸力，这产生热机械应力和应变容易引起裂缝蔓延，这可能使轮胎变差而需要更换轮胎。 [0010] 文献FR 2055988已经描述了在径向胎体增强件的情况下，胎圈的耐久性改善有助于轮胎寿命的延长。每个胎圈包括附加的周向增强件，所述附加的周向增强件包括一个或多个附加层。附加层基本上与胎体层平行并且邻近于胎体卷边或胎体层主要部分，所述附加层包括基本在周向方向上定向的金属或纺织物增强体，因此其从这得到附加的周向增强件的名字。基本上周向的增强体具有这样的优点，其不具有可能产生导致胎圈开始退化的局部裂缝的径向外部端部。周向增强体可以恒定的或变化的间距安置从而优化附加层的拉伸刚度。 发明内容[0012] 根据本发明，使用包括如下的重型车辆轮胎实现该目的： [0013] -两个胎圈，所述两个胎圈旨在通过至少一个轴向外部表面分别与轮辋接触，[0014] -径向胎体增强件，其包括至少一个在每个胎圈内围绕具有中心O的胎圈金属丝缠绕的胎体层，以形成卷边， [0015] -附加的周向增强件，在每个胎圈中所述附加的周向增强件包括至少一个附加层，附加的增强件从径向内部端部直至径向外部端部径向延伸，并且在轴向上位于轴向最外卷边的外部， [0016] -附加的周向增强件的径向内部端部在胎圈的轴向外部表面上的正交投影在径向上位于胎圈金属丝的中心的外部， [0017] -附加的周向增强件的径向外部端部在胎圈的轴向外部表面上的正交投影旨在当轮胎安装在其轮辋上并充气至所建议的压力时与轮辋的点接触，该接触点在轴向上位于轮辋的最后接触的点的内部。 [0018] -以及，在附加的周向增强件的径向内部端部和径向外部端部之间的径向距离至多等于20mm。 [0019] 本发明的目的是优化附加的周向增强元件的径向内部端部和径向外部端部各自的径向定位，从而从机械的角度保持只有附加的周向增强件的部分有效，而不降低胎圈的耐久性。这使得有可能优化附加的周向增强件所用的材料的量，即，将材料的量降低至所需的严格的最小值。 [0020] 为了达到该目的，首先附加的周向增强件的径向内部端部需要在径向上定位成：使得其在胎圈的轴向外部表面上的正交投影在径向上位于胎圈金属丝的中心的外部。如先前所限定的，如果有多个附加层，附加的周向增强件的径向内部端部是附加层径向最内的径向内部端部，或者如果仅具有一个附加层，附加的周向增强件的径向内部端部是附加层的径向内部端部。 [0021] 换句话说，附加的周向增强件的径向内部端部在胎圈的轴向外部表面的正交投影在径向上定位于下述直线的外部，该直线穿过胎圈金属丝中心并且垂直于胎圈的轴向外部表面。 [0022] 本申请的发明人通过有限元计算已经证实了，所述正交投影在径向上定位于穿过胎圈金属丝中心并且垂直于胎圈的轴向外部表面的直线的内部时，附加增强件经常被放置为处于压缩下，并因此一方面其是机械无效的，另一方面容易在压缩下断裂。 [0023] 其次，附加的周向增强件的径向外部端部需要在径向上以这种方式定位使得其在胎圈的轴向外部表面上的正交投影旨在与轮辋上的点接触，在轮胎安装在其轮辋上并充气至所建议的压力时，所述接触点在轴向上位于轮辋的最后接触的点的内部。如先前所限定的，如果有多个附加层，附加的周向增强件的径向外部端部是附加层径向最外的径向外部端部，或者如果仅具有一个附加层，附加的周向增强件的径向外部端部是附加层的径向外部端部。轮辋最后接触的点是轮辋凸缘的圆形部分上在下述情况时的点，当轮胎安装在其轮辋上并充气至所建议的压力时轮胎胎圈的外部在轴向上不再与轮辋凸缘的圆形部分接触。 [0024] 因此，附加的周向增强件的径向外部端部的径向位置的优化在已安装在其轮辋上并充气至由ETRTO标准用于正常使用所建议的充气压力的轮胎(如由ETRTO标准所限定的)上进行。 [0025] 本发明人通过有限元计算已经证实了，径向上在界限点的外部(其中在胎圈的轴向表面的正交投影是胎圈的轴向表面与轮辋凸缘的圆形部分最后接触的点)，附加增强体经受拉伸力容易引起其在张力下断裂。 [0026] 最后，在附加的周向增强件的径向内部端部和径向外部端部之间的径向距离至多等于20mm。 [0027] 该最大径向距离是超出该最大径向距离时附加的周向增强件不再机械有效的径向距离。因此，使得有可能最小化制成所述附加的周向增强件的材料的量并因此有助于降低制造的成本。该最大径向距离还保证了附加的周向增强件在轮胎的制造过程中良好的定位，从而带来制造品质方面的优点。 [0028] 有利地，在附加的周向增强件和胎圈的轴向外部表面之间的轴向距离至少等于2mm。 [0029] 该最小轴向距离体现了在附加增强件和轮辋之间的弹性体配混物的安全厚度。这使得有可能确保附加的周向增强件相对于潜在的外部冲击(如碰撞)的完整性，所述冲击是在安装或移动轮胎的操作过程中以及在轮辋凸缘和轮胎之间插入外来物体而存在的冲击。 [0030] 还有利地，附加的周向增强件的附加层的宽度的总和至少等于20mm。 [0031] 还有利地，附加的周向增强件的附加层或每个附加层的周向拉伸切线刚度至少等于250daN/mm。 [0032] 附加层的周向拉伸切线刚度是给予制成附加层的材料的厚度乘以拉伸模量的结果的名称。该最小的周向拉伸刚度是所需的用于确保在充气时附加的周向增强件的拉伸刚度的最小总水平，以期有效地抵抗在与轮辋凸缘接触的区域中轮胎的胎圈轴向外部表面的磨损。拉伸刚度是给予周向拉伸切线刚度乘以累积宽度(即，在胎圈中附加层的宽度的总和)的结果的名称。 [0033] 本申请的发明人通过计算已经证实了附加层的累积宽度允许附加增强件在每个胎圈内的扩展，在充气时最小总拉伸刚度大约5000daN从而有效地对抗在与轮辋凸缘接触的区域中轮胎的胎圈轴向外部表面的磨损。所述磨损是当轮胎行驶时，轮胎胎圈的轴向外部表面相对于轮辋凸缘周期滑动的结果。 [0034] 根据与增强体相关的第一可替代形式，附加的周向增强件的附加层或每个附加层包括金属增强体。 [0035] 金属增强体的使用使得给定的附加层轻易地达到所需的最小拉伸刚度。 [0036] 有利地，附加的周向增强件的附加层或每个附加层的金属增强体是弹性的。弹性金属增强体的特征在于，由制成金属增强体的金属丝线在低拉伸力下的相对位置而产生的结构伸长As至少等于1％并且在断裂时总伸长At至少等于4％。此外，弹性金属增强体通常具有至多等于150Gpa的拉伸弹性模量并且通常在40Gpa和150GPa之间。 [0037] 由于在张力下弹性金属增强体在机械上的非线性方式的表现，因此弹性金属增强体的使用使得有可能更易于吸收给定的附加层的周向变形(所述周向变形在附加层的宽度的内可以变化)，而同时使得附加层有可能获得所需的必要的最小刚度。而且，因为附加的增强件当从处于圆柱形位置变成处于环形位置时变得更易于成型，因此该类型的增强体也使得轮胎更易于制造。 [0038] 根据与增强体相关的第二可替代形式，附加的周向增强件的附加层或每个附加层包括由芳族聚酰胺制成的增强体。通常的芳族聚酰胺为芳纶。 [0039] 由芳族聚酰胺制成的增强体使得附加层能够获得所需的最小刚度，而同时限制该附加层的质量。 [0040] 根据第三变体形式，附加的周向增强件的至少一个附加层包括由芳族聚酰胺制成的增强体以及由脂族聚酰胺制成的增强体。通常的芳族聚酰胺为芳纶，而通常的脂族聚酰胺为尼龙。由芳族聚酰胺制成的增强体以及由脂族聚酰胺制成的增强体，更具体的，或者芳族聚酰胺或者脂族聚酰胺长丝的纺纱的聚集通过混合增强件的名称而已知。 [0041] 由芳族聚酰胺制成的增强体以及由脂族聚酰胺制成的增强体也使得附加层能够获得所需的最小刚度，而同时限制该附加层的质量。类似于弹性金属增强体的方式，在张力下增强体在机械上非线性方式的表现使得更易于吸收给定的附加层的周向变形，所述周向变形在附加层的宽度内可以变化。 [0042] 根据一个优选的实施方案，附加的周向增强件包括至少两个附加层。 [0043] 具体地，在充气时附加增强件的最小拉伸刚度标准在仅用一个单个附加层时更难于达到，特别是在非金属或非芳族增强体的情况下。至少两个附加层的存在是更加有利的。 [0044] 根据优选的实施方案的第一可替代形式，附加的周向增强件的至少两个附加层是并列的，这意味着两个附加层沿着至少一个边缘是相邻的。 [0045] 附加的周向增强件在制造过程中(即当附加的增强件从圆柱形变成环形时)经受成形的应变，这样的布置使得轮辋凸缘和胎体增强件之间的附加的周向增强件的厚度能够最小化。 [0046] 根据优选的实施方案的第二可替代形式，附加的周向增强件的至少两个附加层是完全重叠的，这意指这两个附加层具有相同的宽度。 [0047] 这样的布置使得有可能最小化在制造过程中附加的周向增强件的成形应变对张力在附加的周向增强件中的均匀分布的影响，与此对应，在附加的周向增强件中厚度会局部增加。 [0048] 根据优选的实施方案的第三可替代形式，附加的周向增强件的至少两个附加层是至少部分重叠的，因此称它们为鱼鳞状排布(tuilées)的。 [0049] 该布置是在第一可替代形式和第二可替代形式之间的中间，因此这样的布置提供所述替代形式的各自优点之间的折衷。 [0050] 本发明还涉及一种制造重型车辆的轮胎的方法，更具体地涉及放置附加的周向增强件的至少一个附加层的步骤。 [0051] 根据第一实施方案，制造重型车辆的轮胎的方法包括通过连续增强体的螺旋缠绕放置附加的周向增强件的附加层或每个附加层的步骤。 [0052] 该方法提供的优点在于，使制成附加的周向增强件的附加层或每个附加层的增强体的自由端部的数量最小化。 [0053] 根据第二实施方案，制造重型车辆的轮胎的方法包括通过由相互平行的连续增强体制成的至少一个带束的螺旋缠绕而放置附加的周向增强件的附加层或每个附加层的步骤。 [0055] 借助图1的描述将更好地理解本发明的特征，所述图1是根据本发明的优选实施方案的重型货物车辆的轮胎胎圈的子午平面的横截面视图。 [0056] 为了便于理解，图1没有按比例绘制。 具体实施方式[0057] 图1描述了根据本发明的重型车辆的轮胎1的胎圈2。胎圈2旨在通过至少一个轴向外部表面21与轮辋3接触。 [0058] 径向胎体增强件4由胎体层41形成，所述胎体层41在胎圈2内围绕胎圈金属丝5缠绕以形成卷边411，所述胎圈金属丝具有中心O。 [0059] 附加的周向增强件6包括两个附加层(61、62)。附加的周向增强件6在径向上从径向内部端部E1到径向外部端部E2延伸，并在轴向上位于卷边411的外部。在图1的情况下，附加的周向增强件6的两个附加层(61、62)至少部分重叠：它们被称为鱼鳞状排布的。附加的周向增强件6的径向内部端部E1是径向最内的附加层61的径向内部端部，而附加的周向增强件6的径向外部端部E2是径向最外的附加层62的径向外部端部。附加的周向增强件6的径向内部端部E1和径向外部端部E2各自以径向距离d相对于彼此安置。附加层(l1、l2)各自具有的宽度l1和l2是沿着子午平面中所述层的轮廓而测量的弯曲宽度。 [0060] 根据本发明，附加的周向增强件6的径向内部端部E1在胎圈2的轴向外部表面21上的正交投影P1在径向上位于胎圈金属丝5的中心O的外部。换言之，附加的周向增强件6的径向内部端部E1在胎圈2的轴向外部表面21上的正交投影P1在径向上位于直线OH的外部，所述直线OH通过胎圈金属丝5的中心O并在点H垂直于胎圈2的轴向外部表面21。 [0061] 附加的周向增强件6的径向外部端部E2在胎圈2的轴向外部表面21上的正交投影P2旨在当轮胎1安装在其轮辋3上并充气至所建议的压力时与轮辋3的点P’2接触，所述点P’2在轴向上位于轮辋3的最后接触的点C的内部。经安装并充气的轮胎的胎圈的轮廓在图1中以虚线描述。 [0062] 本发明更特别的深度研究了旨在安装至地铁列车的尺寸305/75R20的轮胎的情况。 [0063] 以这样尺寸，附加的周向增强件由两个部分重叠的或栉比鳞次的附加层形成。附加的周向增强件通过带束的螺旋缠绕两圈而形成。带束由167/2结构芳纶增强体制成，即由两个167tex的股线拧在一起制成，这些增强体以98线/dm的密度分布。 [0064] 在包括三个不同胎圈结构的三个轮胎上进行数值模拟以评估各自对承载负荷的磨损的影响： [0065] -第一轮胎，其包括没有附加的增强件的胎圈， [0066] -称为“常规的”第二轮胎，其包括具有的附加增强件的胎圈，所述附加的增强件包括与周向方向形成22°角度的金属增强体，附加增强件的特征在于周向拉伸切线刚度等于250daN/mm，并且附加的周向增强件的径向内部端部和径向外部端部之间的径向距离等于 20mm， [0067] -根据本发明的第三轮胎，其包括具有附加的周向增强件的胎圈，所述附加的周向增强件由芳纶增强体的两个附加层构成，附加的增强件的特征在于周向拉伸切线刚度等于1200daN/mm，并且附加的周向增强件的径向内部端部和径向外部端部之间的径向距离等于 10mm。 [0068] 用于评估附加的增强件可以抵抗承载负荷的磨损的强度所采用的参数是在假设完美的滑动接触的接触下与轮辋接触的胎圈的点的环式圆周运动的最大幅度(以mm表示)。环式周向运动的最大幅度越低，限制的承载负荷磨损越多。 [0069] 对于包括没有附加的增强件的胎圈的第一轮胎，所计算的环式周向运动的最大幅度等于4.7mm。对于包括具有附加的增强件(该附加的增强件包括与周向方向形成22°的角度的金属增强体)的胎圈的第二轮胎，所计算的环式周向运动的最大幅度等于3.2mm。最后，对于根据本发明的包括具有附加的周向增强件(该附加的周向增强件由芳纶增强体的两个附加层制成)的胎圈的第三轮胎，所计算的环式周向运动的最大幅度等于3.8mm。因此，根据本发明的第三轮胎，所计算的环式周向运动的最大幅度介于第一轮胎和第二轮胎各自所计算的幅度之间，该值被认为是足够好，以令人满意地获得限制的承载负荷磨损。 [0070] 本发明不应当解释为限制于上述的实施方案，而是可以扩展到其它实施方案，如例如和非限制性的包括附加层的附加的增强件，所述附加层的增强体以恒定的或变化的间距进行间隔，分段或起伏。 |
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