防爆輪胎系統及其支撐環的製作方法
2023-05-05 06:39:31 3
專利名稱：防爆輪胎系統及其支撐環的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種防爆(Runflat)輪胎系統，具體地說，涉及一種設置在充氣輪胎內部、用於支撐放氣輪胎的胎面背側以增加漏氣行駛距離的支撐環。
背景技術：
近些年來，已經提出一種防爆輪胎系統，即使輪胎跑氣，通過這種系統也可能以高達約80km/小時的較高速度行駛很長的距離，如數百公裡。這種技術公開在日本專利申請公開號為8-504389(WO94/13498 A1)，10-6721(US 5891279 A)和2001-354002(US 6415839 B1)的文獻中。
圖11示出一種充氣輪胎2、輪輞3和上述公開文獻中公開的支撐環的組件。在該組件中，即使輪胎洩氣，也可能以正常速度運行較長的距離。但是，在漏氣行駛模式下的駕駛穩定性不太好。這在高速運行期間輪胎跑了氣時特別明顯。因此，有改進的空間。
因此，本發明者研究了漏氣行駛的駕駛穩定性和支撐環的參數之間的相互關係，發現可以通過如下方式提高穩定性增加支撐環和胎面部分內側的接觸面積；增加支撐環的側向剛度；和增加支撐環圍繞垂直軸線的扭轉剛度。因為對支撐環有基本要求，這些必須在不增加支撐環的重量和不損失徑向剛度及耐用性的情況下實現。
發明內容
因此，本發明的目的是提供一種用於防爆輪胎系統的支撐環，通過它可以提高漏氣行駛的駕駛穩定性，而且因此在漏氣行駛模式下可以實現安全、長距離運行。
根據本發明的一方面，支撐環包括一由彈性材料製成的環形本體，其具有一徑向內周表面和一徑向外周表面，其中外周表面的軸向寬度比內周表面的寬，而且在包含支撐環的旋轉軸線的橫截面中，環形本體的輪廓基本為梯形，其兩個平行的長邊和短邊分別為外、內周表面，剩餘的兩側邊相對於長邊成銳角地傾斜。
現在將參照附圖詳細地描述本發明的實施例。
圖1(a)和圖1(b)為輪胎、輪輞和根據本發明的支撐環的組件的截面圖，分別示出一種通常充氣的狀態和一種在一小塊觸地區域中的放氣狀態。
圖2為支撐環的示意透視圖。
圖3為其局部側視圖。
圖4為沿圖3中A-A線的展開剖面圖。
圖5為沿圖3中B-B線的截面圖。
圖6、7和8為分別表示圖5中支撐環的一種變型的截面圖。
圖9(a)、9(b)和9(c)為示意性截面圖，表示在輪輞上安裝輪胎和支撐環的過程。
圖10(a)、10(b)和10(c)為用在下述對比測試中的支撐環的截面圖。
圖11為現有技術的支撐環的截面圖。
具體實施例方式
在附圖中，根據本發明的防爆輪胎系統1包括一充氣輪胎2、一輪輞3和一設置在輪胎2內部的支撐環4。
充氣輪胎2具有低的縱橫比，並包括一胎面部分2a；一對軸向隔開的胎圈部分(2do和2di)，它們各自具有一胎圈填充芯2e；一對側壁部分(2bo和2bi)；一經過胎面部分和側壁部分在胎圈部分之間延伸的胎體2f；和一設置在胎面部分2a中的胎面加強帶2g。
為了使用沒有內胎的輪胎2，該輪胎的內表面覆以不透氣的橡膠，其被作為所謂的內襯或胎體頂層橡膠。
胎圈填充芯2e通過纏繞不可延伸的金屬絲如鋼絲形成。
胎體2f包括一徑向簾線層。該層在胎圈填充芯2e之外的胎圈部分(2do和2di)之間延伸並經胎圈填充芯2e徑向內側延伸到各胎圈部分中的相應軸向外側，然後該層徑向向外折回胎圈填充芯2e的軸向內側，經過胎體主層2f1和胎圈填充芯2e之間，如圖1(a)所示，從而形成一充滿橡膠的環體2f2。折回部分沿胎體主層2f1徑向向外延伸，然後終止在胎圈部分中，從而邊緣位於胎圈填充芯徑向外端略微徑向向外側的一徑向位置處。因此，當給胎體主層部分2f1施加張力時，環體2f2被軸向向內拉伸。由於環體2f2內具有橡膠，所以它用作打入胎圈填充芯和胎圈座之間狹窄空間中的楔子。因此，將胎體層牢牢鎖定。
帶2g包括至少兩個具高模數輪胎簾線的輪胎交叉簾線層，如設置在胎面部分2a中的胎體2f徑向向外側的鋼絲簾線。
輪輞3包括用於胎圈部分2di的第一胎圈座3a和凸緣3af；用於胎圈部分2do的第二胎圈座3b和凸緣3bf；鄰近第二胎圈座3b設置的輪輞鞍邊3d，其在安裝輪胎時使用；設置在輪輞鞍邊3d和第一胎圈座3a之間用於支撐環4的安裝部3g；沿安裝部3g的軸向邊緣形成在輪輞鞍邊側上的隆起3f；和鄰近安裝部3g的另一軸向邊緣設置在安裝部3g中的槽3h。
第一和第二胎圈座3a和3b軸向向外逐漸變細，這和傳統的輪輞相反，傳統輪輞的胎圈座朝向軸向中央(輪胎赤道圓)逐漸變細。
第一和第二凸緣3af和3bf軸向向外傾斜，這和幾乎與軸向方向垂直的傳統凸緣(接觸胎圈的主要部分)相反。
在該實施例中，由於胎圈部分2di的內徑比胎圈部分2do的小，所以第一胎圈座3a相應地作得直徑比第二胎圈座3b的小。
安裝部3g基本居中設置在輪輞軸向寬度方向上的中央處或輪胎胎面寬度方向上的軸向中央處。
安裝部3g的直徑Dg比第一胎圈座3a的凸緣3af的直徑Db1大。
隆起3f形成在支撐環安裝部3g和輪輞鞍邊3d之間，並沿周向連續地延伸，從而用作一限位件，用於防止支撐環4朝向輪輞鞍邊的軸向位移並使支撐環定位。
另外，在各胎圈座3a和3b的軸向內端處形成一周向連續延伸的隆起。
槽3h沿周向連續地延伸。
另外，為了在安裝操作中易於滑動支撐環，在安裝部3g和第一胎圈座3a之間，即在槽3h的同側，形成一和槽3h一樣深的寬槽3j，該槽從安裝部3g軸向延伸到第一胎圈座3a邊緣處的隆起。
支撐環4包括一環形本體，該環形本體由彈性材料製成並包括一固定到輪輞3上的徑向內環形部分6；一徑向外環形部分5，其在輪胎跑氣時(如圖1(b)所示)，與胎面部分的內側相接觸；和一支撐壁部分7，該部分跨接在內和外環形部分6和5之間，並以Z字形的形式，特別是以該實施例中的雙Z字形的形式周向延伸。
對於耐用性，優選的是所述彈性材料具有30～70的硬度，30～150Mpa的10％模數，0.01～0.10的損耗角正切(tanδ)。此處，硬度指的是在23±2℃下根據日本工業標準JIS-K6253測量的硬度計D型硬度。10％模數為在和上述溫度相同的溫度下根據JIS-K6251測量的。損耗角正切在下述條件下用粘彈性分光計測量頻率10Hz；溫度100℃；原始伸長率10％；及動應變幅度±0.25％。
例如，聚氨酯、橡膠、EPDM等可以被用作所述彈性材料。在該實施例中，支撐環4形成為一種聚氨酯鑄件。
在包含中央軸線或旋轉軸線的橫截面(這樣，與輪胎的子午線截面對應)中，外環形部分5和內環形部分6各自具有一在軸向方向上的矩形橫截面形狀。
環形部分5和6的厚度(ta和tb)分別被設定為沿徑向不少於2mm，優選大於4mm，但不超過10mm，優選少於6mm，以便提供必需的剛度。
內環形部分6的徑向內周表面4b設有一與輪輞3的上述槽3h配合的突起4c。除突起4c之外，徑向內周表面4b具有一內徑值為恆定的內徑，該值比輪輞3的安裝部3g的外徑Dg稍小。換句話說，支撐環4的內徑比輪輞3的安裝部3g的外徑Dg稍小。因此，當安裝時，支撐環4能由於支撐環4的彈性變形而牢固地裝配到安裝部3g上。
關於支撐環4的外徑，另一方面，如圖1(a)所示，支撐環4的徑向高度H被設定為如下的範圍，即不少於胎腔徑向高度Ht的30％，優選大於40％，但不超過70％，優選少於60％。這裡，高度H和Ht在這樣一種條件，即支撐環4和輪胎2被安裝在輪輞3上，而且輪胎被充氣到正常壓力(設計壓力)並未被加載輪胎負載的條件下進行如下定義沿徑向從安裝部3g到支撐環4的徑向最靠外點測量支撐環的徑向高度H；而且沿徑向從安裝部3g到胎面部分的內表面上的徑向最靠外點測量胎腔的徑向高度Ht。
如果徑向高度H太高，則在正常運行期間，支撐環非常易於與胎面部分2a的內側接觸，不僅乘坐舒適性而且駕駛穩定性等變差。因此，徑向高度H應該至多為70％。如果徑向高度H太低，則在漏氣行駛模式下，側壁部分2b與路面接觸並磨損，從而降低了耐用性和漏氣行駛距離。因此，徑向高度H應該至少為30％。
支撐壁部7作為徑向支撐，從內環形部分6徑向向外延伸到外環形部分5，同時以Z字形的形式沿周向連續延伸，從而如圖4所示，支撐壁部7由交替的橫壁7c和7d與較短的周向壁7a和7b組成。
支撐壁部7的厚度優選為5～15mm的範圍。
橫壁7c和7d各自完全穿過支撐環的軸向寬度從支撐環4的一側延伸到另一側。周向壁7a和7b各自在周向相鄰橫壁7c和7d的軸向端部之間延伸。結果，支撐環4具有開口在兩側面上的凹部4，如圖3所示，而且所述開口交錯，如圖2所示。
在支撐環4的一側上，在開口中央(形心)之間限定的開口的周向間距優選為約15～55mm範圍。
在該實施例中，橫壁7c和7d均相對於軸向傾斜，如圖4所示。所有的交替橫壁7c沿同一方向傾斜。剩餘的另一組橫壁7d也沿相同的方向傾斜，但該方向與橫壁7c的傾斜方向相反。因此，從凹部9的開口到底部，當從支撐環4的一側看去時，通過在逐漸減少周向寬度的同時將徑向高度保持在基本恆定的值下，該凹部的截面積逐漸減小。
另外，在該實施例中，交替橫壁7c和7d各自以Z字形的形式形成，以在不增加材料重量的情況下提高剛度。因此，所述支撐壁部分作為整體為一種雙Z字形壁。
在如圖4所示的例子中，各橫壁7c和7d由軸向部10a、10b和10c及它們之間的傾斜部11a和11b組成。軸向部10a、10b和10c基本與軸向平行。傾斜部11a和11b朝向和橫壁的整體傾斜方向相同的方向傾斜。軸向部的數量為3個或更多，優選為最多5個。傾斜部的數量為軸向部的數量減1。例如，傾斜部11a和11b的傾斜角(θ1)被設定為相對於軸向約為40°～50°，而且橫壁整個傾斜方向上的角度(θ0)被設定為相對於軸向約為10°～15°。這裡，整體傾斜方向由在橫壁的軸向端部之間繪製的直線的傾斜方向表示。(θ0)＞(θ1)由於這種雙Z字形結構，支撐壁部分相對於徑向負載的抗壓剛度和相對於橫向負載的抗彎剛度有效地增大。因此，在不增加材料重量的情況下可以有效地增加橫向剛度、扭轉剛度和徑向剛度。
外環形部分5的軸向寬度比內環形部分6的寬。
周向壁7a和7b從狹窄的內環形部分6的軸向邊緣延伸到寬的外環形部分5的相應軸向邊緣，同時軸向向外傾斜，如圖5所示。
如圖5所示，在未安裝到輪輞3上的處於自然狀態下的支撐環4中，外周表面4a的軸向寬度Wo被優選地設定在下述範圍中，即不少於帶2g軸向寬度BW的20％，優選大於30％，但不超過80％，優選少於60％。
內周表面4b的軸向寬度Wi由下述的角α和β確定。
在包含旋轉軸線的支撐環4的橫截面中，角α和β均被設定在下述範圍中，即少於90°，優選少於89°，更優選地少於85°，但不少於50°，優選大於65°。
這裡，角α位於外周表面4a和第一直線K1之間，所述直線為在表面4a和4b的軸向邊緣EU1和ED1之間繪製的直線。角β位於外周表面4a和第二直線K2之間，所述直線為在表面4a和4b的軸向邊緣EU2和ED2之間繪製的直線。
如果角α和β之間的差大而且/或者一個角為90°或更大，那麼當輪胎跑氣時，支撐環4受到垂直負載，並且圍繞垂直軸線產生一動量M，使支撐環4旋轉，而且在支撐環4的一側上易於出現應力集中。
因此，角α和β之間的差應該少於20°，優選少於10°，更優選的是不超過5°，最優選的是不超過2°，即基本上為0°。換句話說，優選的是，環形體的整個橫截面形狀或輪廓為梯形，特別優選的是為等腰梯形。
上述傾斜部11a和11b可以垂直於表面4a形成，如圖5所示。但是，如圖6所示，傾斜部可以軸向向外傾斜分別與角(α)和(β)相同或比其小的角(α′)(β′)，以進一步增加橫向剛度。
在圖5中，共同形成支撐環側面的周向壁7a和7b的軸向外表面被筆直地成形在包括旋轉軸線的橫截面中。另外，周向壁7a和7b具有基本恆定的厚度(例如8mm)。
圖7和8表示支撐環4的變型，其中周向壁7a和7b的軸向外表面分別為凹面和凸面。在圖7中，由於軸向內表面幾乎平行於軸向外表面，所以壁厚幾乎恆定。在圖8中，由於軸向內表面幾乎是筆直的，所以壁厚在中央高度處減小。
圖9(A)至(C)示出將輪胎2和支撐環4安裝在輪輞3上的過程。
首先，支撐環4被放在輪胎2內部，而且被放入其中央孔中，輪輞3從第一胎圈座3a插入。由於第一胎圈座3a的外徑小，所以第一胎圈座3a可以沒有困難地越過支撐環4。另外，第二胎圈部分2do可以沒有困難地延伸到輪輞鞍邊3d。通過朝向第二胎圈座3b滑動支撐環4，可以將支撐環4設置在安裝部3g。通過力使第一胎圈部分2di越過第一胎圈座3a的凸緣3af，並使它座靠在第一胎圈座3a上。通過施加輪胎氣壓，使第二胎圈部分2do座靠在第二胎圈座3b上，同時將第二胎圈部分2do部分地設置在輪輞鞍邊3d中，以越過第二胎圈座3b軸向內端處的隆起。
為了防止磨損和發熱，並因此增加漏氣行駛距離，優選的是，給支撐環4的表面4a和/或胎面部分2a的內表面施加潤滑劑。
對比測試製造具有表1中規格的支撐環並將它們與相同的輪胎和輪輞裝配。充氣輪胎具有尺寸225-680R460A99W和圖1(a)所示的結構。輪輞具有尺寸225×460A和圖1(a)所示的結構。支撐環的材料為聚氨酯。
進行下面的耐久性測試和駕駛穩定性測試。
耐久性測試支撐環和輪胎被安裝在輪輞上，而且輪胎氣門芯被取下，以將胎壓降低到0Kpa。然後，使用直徑1700mm的測試轉鼓，使具有放氣輪胎的車輪組件在4.9KN的輪胎負載下以100Km/H的速度行駛，直到支撐環斷裂。所得到的漏氣行駛距離在表1中示出(以公裡計)。
漏氣行駛的駕駛穩定性測試具有放氣輪胎的車輪組件被安裝到一日本客車(4000cc發動機，車重2噸)上，作為其右後車輪。然後，在測試過程中使該測試車輛以80Km/Hr的速度行駛，而且測試司機評價的駕駛穩定性被分成10個等級，其中等級數越大，駕駛穩定性越好。
根據測試結果，可以確定，漏氣行駛的駕駛穩定性和耐久性可以在基本不增加重量的情況下被提高。
表1
儘管上述例子沒有進行加強，但支撐環4可以用嵌入其中的簾線和/或纖維加強。例如，為了防止支撐環的錯位，內環形部分6可以用一簾線層加強，所述簾線沿軸向並排設置並沿周向延伸。另外，為了防止外環形部分5斷裂或撕裂，外環形部分5可以用一類似上述的加強簾線層，或織物或短纖維等加強。
至於支撐壁部分7，橫壁能以由光滑曲線構成的波狀結構形成，而不是採用由直線段構成的Z字形結構。另外，也可以採用直線結構，儘管這種結構的剛性比Z字形和波狀結構的差。
在上述實施例中，支撐環的內周表面4b僅設有突起4c。但是，支撐環也可以設有其它的突起或槽，以裝配到輪輞的表面。
在上述實施例中，支撐環與具有不同胎緣直徑的非傳統輪胎和輪輞組合。但是，這不總是必須的。支撐環可以與傳統的輪胎和輪輞組合件組合，只要支撐環能裝配到輪輞上就可以。
權利要求
1.一種用於防爆輪胎系統的支撐環，包括一由彈性材料製成的環形本體，其具有一徑向內周表面和一徑向外周表面，所述內周表面在安裝到輪輞上時，配合到輪輞的安裝部上；當輪胎被放氣並加載時，所述外周表面與安裝到輪輞上的充氣輪胎的胎面部分的內側接觸，其特徵在於所述外周表面的軸向寬度比所述內周表面的寬，而且在包含支撐環的中央軸線的橫截面中，環形本體的輪廓基本為梯形，其兩個平行的長邊和短邊分別為外和內周表面，剩餘的兩側邊相對於長邊成銳角地傾斜。
2.根據權利要求1所述的支撐環，其特徵在於所述環形本體在其兩側設有若干凹部，所述凹部在一側的開口和另一側上的開口交錯設置。
3.根據權利要求2所述的支撐環，其特徵在於所述每個凹部從凹部開口到底部截面積逐漸減小。
4.根據權利要求2所述的支撐環，其特徵在於所述每個凹部的周向寬度從凹部開口到底部逐漸減小。
5.根據權利要求1所述的支撐環，其特徵在於所述環形本體包括一徑向外環形部分，其徑向外表面限定所述外周表面；一徑向內環形部分，其徑向內表面限定所述內周表面；和一個位於所述徑向外和內環形部分之間的支撐壁部分，而且所述支撐壁部分包括周向壁，這些周向壁從徑向內環形部分延伸到徑向外環形部分，同時軸向向外傾斜以限定所述梯形輪廓。
6.根據權利要求5所述的支撐環，其特徵在於所述支撐壁部分還包括各個從環形本體一側延伸到另一側的橫壁，而且所述周向壁各自在相鄰橫壁的軸向端部之間延伸，從而支撐壁部分沿周向以Z字形的形式連續延伸。
7.根據權利要求6所述的支撐環，其特徵在於所述橫壁沿相同方向交替傾斜。
8.根據權利要求6所述的支撐環，其特徵在於各橫壁以Z字形的形式延伸。
9.根據權利要求6所述的支撐環，其特徵在於各橫壁包括基本與軸向平行的軸向部和朝一個方向傾斜的傾斜部。
10.一種防爆輪胎，包括一個充氣輪胎、一個輪輞和一個如權利要求1至9中任一項所述的支撐環。
全文摘要
一種用於防爆輪胎系統的支撐環，其包括一由彈性材料製成的環形本體，該本體具有一徑向內周表面和一徑向外周表面，所述內周表面在安裝到輪輞上時，配合到輪輞的安裝部上；當輪胎被放氣並加載時，所述外周表面與安裝到輪輞上的充氣輪胎的胎面部分的內側接觸，其中外周表面的軸向寬度比內周表面的寬，而且在包含支撐環的中央軸線的橫截面中，環形本體的輪廓基本為梯形，其兩個平行的長邊和短邊分別為外和內周表面，剩餘的兩側邊相對於長邊成銳角地傾斜。
文檔編號B60C17/06GK1572546SQ20041004651
公開日2005年2月2日 申請日期2004年6月8日 優先權日2003年6月9日
發明者石田孝明, 田中正俊, 田波由裡江 申請人:住友橡膠工業株式會社