用於改進輪胎磨損的犧牲花紋條的製作方法

2023-05-30 03:03:01 3

專利名稱：用於改進輪胎磨損的犧牲花紋條的製作方法
技術領域：
本發明涉及車輛輪胎，更具體地說，涉及重型卡車輪胎。本發明尤其用於長途運輸作業中以減少前軸輪胎的不均勻磨損。
長途運輸卡車輪胎的異常磨損問題是本領域公知的。在其使用壽命的大部分時間中經歷直線向前行駛的卡車輪胎會形成不同的磨損圖紋。與直線向前的道路行駛產生的輪胎應力相比，由於轉彎和機動操縱車輛而產生的輪胎應力只存在在有限的時間。卡車輪軸的定位以及卡車懸架與轉向聯動裝置的配合性在產生輪胎磨損方面變得更加重要。垂直應力可以在產生輪胎磨損方面與縱向應力和側向應力一樣重要。
公開了對轉向輪軸卡車輪胎的異常磨損和耐久性的問題的不同解決方法的專利包括第4,214,618、4,480,671、4,890,658、5,010,936、5,099,899和5,131,444號美國專利，第2,303,675(FR675)號法國專利，第2,027,649(GB649)號英國專利，第3-253408(JP408)號日本專利和第9202380-A號(PCT380)PCT專利申請。這些參考文獻公開了用於控制輪胎胎面的胎肩區的形狀的方法，以便在輪胎磨損(例如鐵軌磨損)時儘可能地限制胎面形狀出現異常變化。還公開了在輪胎接地面積轉變為胎肩區的不同位置使用不同尺寸大小的胎肩花紋溝。但是，所有這些文獻沒有一個公開這樣一種胎肩花紋條，該胎肩花紋條將減小作用在第一內花紋條上的應力，以便在輪胎胎面使用壽命的大部分時間中延緩和減少異常磨損的形成和發展。
在前轉向輪軸卡車輪胎上使用窄的胎肩花紋條以控制主圓周花紋條的磨損在本領域中是公知的。該項技術的一般問題是，將窄的胎肩花紋條與第一內花紋條分隔開的相對窄的胎肩花紋條和窄的花紋溝只在輪胎是相對新的時候有效。窄的胎肩花紋條很快地磨損並產生一個相對大的凹槽，以致於在經歷了初始磨損後窄的胎肩花紋條不能承載輪胎負荷的足夠大的部分。因為輪胎的窄的胎肩花紋條在初始磨損過程中形成它自己穩定的凹槽尺寸，無論是沒有初始凹槽或還是具有大的初始凹槽，該問題都不能被解決。為了改善花紋條的磨損和輪胎的耐久性，在第622983(AU983)號澳大利亞專利、第9202380-A(PCT380)PCT號專利申請和第2-253408(JP408)號日本專利中公開了使用寬的胎肩花紋條和一些窄的花紋溝的技術方案。下面將對這些文獻進行更詳細的討論。
澳大利亞專利AU983公開了一種恆速長途行駛卡車輪胎，在該輪胎上有中至高的負荷。通過包括寬度為3.5毫米的窄的胎肩花紋溝、各自寬度至少為總接地寬度13％的寬的胎肩花紋條以及尺寸在0.5毫米至5.0毫米之間的胎肩花紋條凹進使胎面的磨損壽命得以改進。所公開的胎肩花紋條寬度相對較大，對於主胎面寬度為200毫米的輪胎，胎肩花紋條寬度至少為35毫米。
在PCT申請PCT380中，公開了一種長期以恆定速度運行的卡車輪胎，該輪胎增加了對胎面基部加強件層之間的分離的抵抗。通過一個寬度在0.6毫米至8毫米之間的窄的胎肩花紋溝、寬度在17毫米至34毫米之間的寬的胎肩花紋條以及一個尺寸小於主胎面花紋溝深度的40％的胎肩花紋條凹進使抗分離能力得以改進。同樣地，胎肩花紋條寬度相對較大，優選的凹進也相對較大。
日本專利JP408公開了一種減少胎肩磨損和礫石穿透的輪胎。抗磨損是通過包括花紋溝寬度為主胎面寬度的0.2％至3％之間的細小的窄的胎肩花紋溝來實現的，胎肩花紋條的寬度大於主胎面部分的主花紋溝深度的90％並帶有一個20°至60°的傾斜接地表面區，但該專利沒有提到胎肩花紋條凹進的大小。胎肩花紋條的傾斜接地表面區至少是20°以有助於防止礫石穿透以及花紋溝裂紋和剪切。
在現有技術中公知的通過減少不規則磨損來幫助增加輪胎胎面使用壽命的另一設計特徵是增加間隔開的刀槽花紋，刀槽花紋從主花紋溝側向延伸到主花紋條，以及從窄的胎肩花紋溝延伸到第一內花紋條。該刀槽花紋的形成可以通過傾斜刀槽花紋進一步改進，傾斜刀槽花紋沿著從一垂直線到輪胎的輪胎行駛面的深度方向傾斜。在日本專利No.5-338418(JP418)和AU983中公開了傾斜刀槽花紋。在JP418中，傾斜的刀槽花紋設置成使得刀槽花紋具有一個內端，該內端在輪胎向前旋轉過程中位於表面端後部。該傾斜的刀槽花紋用於降低花紋條剛性。在鄰近窄的胎肩端部2(

圖1)沒有刀槽花紋。在AU983中公開的傾斜刀槽花紋與垂直線成一5°至25°的角度在輪胎行駛面上傾斜。該文獻中的刀槽花紋和如前所討論的十分寬的胎肩花紋條一起使用。
在現有技術中公知的通過減少不規則磨損來幫助輪胎胎面增加使用壽命的另一設計特徵中，胎面設計通過添加一個臨近要保護的花紋條設置的差級花紋條來控制主花紋條上的垂直負荷量。在US444公開的內容中，差級花紋條區在主胎面寬度著地部分接觸地面以有助於支承輪胎負荷。差級區的總寬度是在胎面接地區的5％至25％的範圍內，並且該差級區有一個凹進，該凹進與輪胎上的負荷和胎面厚度成正比，而與胎面接地面積和胎面橡膠的彈性模數成反比。凹進的大小為2毫米或更大。差級區與地面的接觸是基於具有輪胎上的最大負荷的至少50％但小於200％的接觸。每個差級區位於胎面的著地部分內並由兩個窄的花紋溝或窄的切口加以限制，負荷支承著地部分包括輪胎的整個側向寬度。US444公開的內容沒有提到窄的花紋溝或切口的寬度以及在輪胎胎面的側向邊緣使用差級區。
英國專利No.532,534(GB534)公開了一種胎面設計，該設計通過鄰近要保護的花紋條設置的一個差級花紋條來控制承載的垂直負荷量。在負荷支承花紋條之間的花紋溝具有較細小的花紋條，這些花紋條通過寬度為大約0.8毫米的窄的花紋溝與負荷支承花紋條分隔開。較細小的花紋條可以凹進，但對該凹進的大小沒有給出數值。GB534專利沒有提到胎面側向邊緣上凹進的花紋條。
仍然需要有一個能作為犧牲花紋條的胎肩花紋條，該犧牲花紋條與地面表面接觸以減輕由主胎面寬度承載的負荷，尤其是第一內花紋條承載的負荷。一種用於維持胎肩花紋條上的負荷的裝置能在直線向前行駛期間有效地減少轉向軸卡車輪胎的主花紋條上的應力。該需要將使得整個輪胎胎面的胎面磨損更加均勻。在輪胎的每個側向邊緣上的胎面寬度的第一內花紋條受到高負荷作用，該高負荷產生相對高的應力，需要將高應力減小以改進該第一內花紋條上的磨損，從而使輪胎規則或均勻地磨損。
因此，本發明的一個目的是提供位於主胎面寬度的兩個側向邊緣外側的胎肩花紋條，該胎肩花紋條通過在一個更長的輪胎胎面使用壽命時期內承載更大部分的輪胎負荷，由於磨損而成為犧牲花紋條。
尤其是，本發明的一個目的是給出一個新卡車輪胎的犧牲花紋條和窄的胎肩花紋溝的合適形狀和尺寸，以使胎面磨損開始後犧牲花紋條能有效地保護輪胎的主胎面部分。
本發明的另一目的是提供卡車輪胎的側向犧牲胎肩花紋條以減少第一內花紋條的不規則磨損。該犧牲花紋條有助於延遲主花紋條不規則磨損的開始和不規則磨損的加劇。
本發明的再一目的是減少在長途行駛中轉向軸卡車輪胎的不規則磨損的發生。鄰近圓周花紋溝的鐵軌磨損的發生受到特別的關注。
本發明的還一個目的是要製造一個具有帶束層組、一個胎體、胎圈區和側壁的卡車輪胎，該輪胎包括犧牲花紋條和窄的胎肩花紋溝以減少輪胎的主胎面區的不規則磨損，其結果是使輪胎主胎面寬度上具有均勻的磨損花紋。
本發明通過提供一個帶有犧牲花紋條的輪胎以延遲不規則磨損的發生和不規則磨損的加劇來保護輪胎胎面的主花紋條從而實現上述目的。
在本發明的一個實施例中，提供了一種重型輪胎的改進胎面。該輪胎具有一個在間隔開的胎圈芯之間延伸的胎體，以及一個位於該胎體外側的中心胎冠區，胎冠區具有一個帶束層組，用於幫助支承與一個支撐表面接觸的胎面。改進之處包括由花紋溝形成的多個主花紋條，它們繞著輪胎的外表面大體沿圓周方向延伸形成一個主胎面寬度，用於與支撐表面接觸。在主花紋條的每個側邊設置一個用於與支撐表面接觸的犧牲花紋條。該犧牲花紋條通過一個花紋溝寬度不大於大約1.5毫米的胎肩花紋溝與主花紋條分開。該犧牲花紋條的表面寬度在所述胎面寬度的大約2.5％至大約12％的範圍內。犧牲花紋條具有一個從主花紋條的橫向輪廓凹進一個徑向偏離的凹進部分。當輪胎是新的時候，該偏離的尺寸在大約0.5毫米至大約2.0毫米的範圍內。這些改進減少了輪胎的不規則磨損。
在本發明的另一實施例中，一種重型卡車輪胎的輪胎胎面使用在長途運輸中行駛的車輛的轉向軸上，用於改進胎面磨損。該輪胎胎面包括一個主胎面部分，它在主胎面寬度上具有至少四個圓周花紋條，花紋條由具有主花紋溝深度的主花紋溝間隔開並在主胎面寬度的側向邊緣之間繞著輪胎的外表面延伸。主胎面部分的一個表面限定了所述主胎面的側向輪廓。分別位於所述胎面的每個側向邊緣的一對犧牲花紋條由與每個側向邊緣鄰近的一個窄的胎肩花紋溝與胎面寬度分隔開。每個犧牲花紋條具有一個尺寸在大約10毫米至大約17毫米範圍內的側向表面寬度。窄的胎肩花紋溝具有一個尺寸在大約0.2毫米至大約1.5毫米範圍內的側向寬度和一個為主花紋溝深度的大約90％至大約110％之間的窄的花紋溝深度。窄的花紋溝在窄的花紋溝的一個徑向內端具有一個加寬部分，用於減少在該徑向內端的裂紋。犧牲花紋條具有一個從側向輪廓的一致延伸部分徑向向輪胎內部凹進一個徑向偏離的表面區。該偏離的尺寸在大約0.5毫米至1.5毫米的範圍內，其中，卡車輪胎的胎面磨損得以改進。
下面將對設計用於實現本發明的結構和本發明的其他特徵進行描述。
通過閱讀下面的說明書和參考作為說明書一部分的附圖，本發明將更加容易理解，這裡顯示了本發明的一個示例，其中圖1是現有輪胎的局部平面圖，顯示了作為參考的一種現有的胎面花紋；圖2是本發明的輪胎的局部平面圖，顯示了一種新的胎面花紋；圖3是圖1的參考輪胎放大的一部分，顯示胎面的詳細情況；圖4是本發明的輪胎的放大的一部分，顯示胎面的詳細情況；圖5是沿著線5-5在胎肩部位截取的圖1的參考輪胎的徑向橫截面圖；圖6是沿著圖2中線6-6在胎肩部位截取的本發明的輪胎的徑向橫截面圖；圖7A是沿著圖1、2、3或4中的線A-A在一個內部主花紋溝截取的參考輪胎或本發明的輪胎的徑向橫截面圖；圖7B是沿著圖1、2、3或4中的線B-B在一個內部主花紋溝截取的參考輪胎或本發明的輪胎的徑向橫截面圖；圖7C是沿著圖2中的線C-C平行並接近一個窄的胎肩花紋溝截取的本發明輪胎的胎冠部分的周向橫截面圖；圖8是本發明的輪胎的徑向橫截面圖，顯示了沿圖2中線8-8截取的一個對稱輪胎的一半；圖9是顯示平均縱向應力分布隨本發明的輪胎或現有輪胎的第一內花紋條的接地長度而變化的曲線圖，該圖是採用一個限定的基本模型得到的，花紋條加負載地與一個支撐表面接觸；圖10是顯示平均側向應力分布隨本發明的輪胎或現有輪胎的第一內花紋條的接地長度而變化的曲線圖，該圖是採用一個限定的基本模型得到的，花紋條加負載地與一個支撐表面接觸；圖11是顯示平均垂直應力分布隨本發明的輪胎或現有輪胎的第一內花紋條的接地長度而變化的曲線圖，該圖是採用一個限定的基本模型得到的，花紋條加負載地與一個支撐表面接觸；
圖12是顯示平均縱向應力分布隨本發明的輪胎或現有輪胎的第一內花紋條的接地長度而變化的曲線圖，該圖是通過實際的輪胎測試得到的，花紋條加負載地與一個支撐表面接觸；圖13是顯示平均側向應力分布隨本發明的輪胎或現有輪胎的第一內花紋條的接地長度而變化的曲線圖，該圖是通過實際的輪胎測試得到的，花紋條加負載地與一個支撐表面接觸；圖14是顯示平均垂直應力分布隨本發明的輪胎或現有輪胎的第一內花紋條的接地長度而變化的曲線圖，該圖是通過實際的輪胎測試得到的，花紋條加負載地與一個支撐表面接觸。
現將參照附圖對本發明進行詳細的描述。圖1、3和5中所示的現有或參考輪胎10具有窄的胎肩花紋條18，它由位於主胎面的側向邊緣的胎肩花紋溝28限定。窄的胎肩花紋條從具有由花紋溝22和24限定的花紋條12、14和16的主胎面部分凹進。在車輛正常的運行期間，窄的花紋條在輪胎使用壽命期間保持凹進，以便在第一內花紋條12上保持一個尖角邊12a。輪胎胎面的整個正常運行寬度是在側向邊15之間。在車輛操作期間，窄的花紋條可疊合在第一內花紋條上以支撐第一內花紋條。現有技術典型的這些窄的胎肩花紋條與第一內花紋條具有聯合效果以有助於保持輪胎的胎面表面是一個平的側向或橫向輪廓。窄的胎肩花紋條基本上以與主胎面部分相同的速率磨損以保持一個穩定的徑向凹槽或與主胎面輪廓的偏離距離。但是，該穩定的偏離值相對較大並且第一內花紋條12上的應力可能保持相對較大，尤其是在輪胎運行了相對長的時間後。本發明滿足了限制這些應力的需要並且它保持在輪胎的整個使用壽命期間以改善不規則磨損的出現。
本發明的輪胎30具有如圖2、4和6所示的相對較寬的犧牲胎肩花紋條38。犧牲花紋條由相對窄的胎肩花紋溝48形成。每個犧牲花紋條的側向寬度C的值處於主胎面寬度TW(圖8)的約2.5％至約12％之間。C值的優選範圍約5％至10％之間。在本發明範圍內的通常的重型卡車輪胎的犧牲花紋條的側向寬度的值在大約5毫米至20毫米。犧牲花紋條優選的表面寬度C處於10毫米至17毫米之間。犧牲花紋條的側向寬度C可以在輪胎胎面的主胎面寬度的約2.5％至約12％之間變化。在本發明範圍內的窄的胎肩花紋溝的側向寬度的值為1.5毫米。窄的胎肩花紋溝48的寬度的優選值G小於或等於1.0毫米。尤其是，大約0.2毫米至0.4毫米的較小寬度G值能最好地改善不規則輪胎磨損。窄的胎肩花紋溝寬度的實際值位於大約0.2毫米至1.0毫米之間。但是，花紋溝裂紋必須被控制。
主胎面部分通過由圓周花紋溝42和44限定的花紋條32、34和36限定。犧牲花紋條最小的初始凹進或從主胎面區域的側向或橫向輪廓線P徑向向內地徑向偏離值為0.5毫米(圖6和圖8)。犧牲花紋條從一個新的卡車輪胎的主胎面部分徑向向內的初始凹進H最好在大約1.0毫米至1.5毫米之間。從輪廓線凹進的犧牲花紋條外表面的凹進部分可以在本發明的範圍內變化。犧牲花紋條的上表面相對於輪廓線可以有一個小於約15°的傾角S。凹進部分最好與輪廓線P有一個恆定的距離H且相對於輪廓線的傾角為零(圖6)。零傾角有助於犧牲花紋條承擔總的輪胎負荷的更大部分(參看圖6)。
輪胎胎面正常的總的接地寬度在側向邊緣35之間延伸。胎面寬度TW定義成在第一內花紋條32的外邊緣之間的側向距離(圖8)。胎面寬度是輪胎胎面的主要負荷支承側向寬度部分。犧牲花紋條幫助支承輪胎上的負荷的能力是通過減少輪胎胎面不規則磨損量而延長輪胎使用壽命的關鍵。
輪胎30的胎肩區的形狀由一個涉及表面寬度C、胎肩40的斜度M和窄的胎肩花紋溝的深度D-H(圖8)的形狀係數很好地限定。通過參照圖6A對斜度M作進一步的限定。從窄的胎肩花紋溝48的底部48a平行於側向輪廓線P作一條線P』使其在犧牲花紋條38的一個第一點38b與輪胎胎肩的外表面40相交。側向距離K被定義為從窄的胎肩花紋溝的軸向外側壁48b到第一點的距離。犧牲花紋條38的一個第二點38a被定義在犧牲花紋條的上表面39的軸向外邊緣。在第一點38b和第二點38a之間作一條傾斜的直線40a。傾向線40a的軸向長度和徑向長度的比被定義為斜度M。即，斜度M約等於(K-C)/(D-H)。對於本發明的輪胎的通常的斜度值在大約0.1至0.3之間。
被定義為SF＝M×(D-H)/C的形狀係數SF以及窄的花紋溝寬度G是胎肩結構保護第一內花紋條的能力的一個好的標誌。窄的胎肩花紋溝的深度D最好是在主花紋溝深度D』(圖8)的大約90％至110％之間。選擇形狀係數使得輪胎上的負荷更大部分地由犧牲花紋條支承以減輕第一內花紋條上的應力。根據本發明製造的輪胎的通常的形狀係數SF的值在大約0.05至0.50之間，而一般的參考或現有輪胎的形狀係數為1.0或更大。該形狀係數的優選值為0.2。本發明的犧牲花紋條的形狀係數使得輪胎上的負荷更大部分地由犧牲花紋條支承以減輕第一內花紋條32上的應力。此外，選擇窄的胎肩花紋溝48的寬度使得在直線向前行駛期間犧牲花紋條38接觸第一內花紋條32以進一步支承輪胎上的垂直和側向負荷。
更詳細地參看圖4和圖6，本發明的輪胎30具有超出主胎面區寬度TW延伸的犧牲花紋條38。其目的是為了在輪胎使用壽命期間保護主胎面區並防止主胎面區的不規則磨損和不規則磨損的加劇。結果，在輪胎使用壽命的較長期間被犧牲以承受更大部分的輪胎負荷的胎肩花紋條提供了這種保護。胎肩花紋條被犧牲了，因為它們在輪胎使用壽命中的一段較長的時間裡都更有效。它們隨著輪胎胎面寬度TW一起磨損，凹進或徑向偏離深度H不會變得過大，以使犧牲花紋條在車輛直線向前行駛期間與支撐表面連續保持接觸。
胎肩犧牲花紋條38設計用於減輕輪胎胎面的主花紋條的高應力，尤其是在直線向前行駛期間。此外，本發明的犧牲花紋條的幾何形狀使得它們能在輪胎使用壽命較長的期間內保持它們的有效性。這是通過犧牲花紋條的主要結構特徵實現的。第一結構特徵是犧牲花紋條的寬度C與現有技術的主要部分相比相對較大。第二結構特徵是對從主胎面區的側向輪廓線P徑向向內偏離的犧牲花紋條的上表面採用了一個稍微凹進距離H(圖6)。這兩個特徵被獨特地選擇用於本發明的輪胎。可以採用的第三結構特徵是犧牲花紋條的側壁部分的斜度M。本發明的第四結構特徵是窄的胎肩花紋溝48。該花紋溝具有被選擇的間隙寬度G和深度D，以用於對輪胎主胎面區提供保護。間隙寬度的選擇使得在胎面表面加負載時犧牲花紋條38將與第一內花紋條32接觸。窄的胎肩花紋溝的深度處於主花紋溝的深度的大約90％至110％之間，它使得犧牲花紋條38在輪胎的胎面使用壽命期間獨立於第一內花紋條32起作用。小於或等於大約1.5毫米的相對小的間隙寬度G能在窄的胎肩花紋溝底部形成應力集中。集中的應力能在輪胎胎面上產生裂紋，這使得在胎面磨損成為問題前使輪胎就不能使用了。在花紋溝底部的窄的胎肩花紋溝的內表面的最小半徑為大約1.0毫米，它能夠減輕窄的胎肩花紋溝的底部的應力集中。
本發明的另一實施例包括在每個圓周花紋條的側向邊緣加上刀槽花紋。該實施例將犧牲花紋條和窄的胎肩花紋溝的結構特徵結合起來以增加對輪胎防止不規則磨損和不規則磨損的加劇的保護。如圖4所示，刀槽花紋45鄰近窄的胎肩花紋溝48設置在第一內花紋條32的外邊緣。刀槽花紋46鄰近主花紋溝42和44設置在主花紋條32、34和36上。刀槽花紋45和46與側向線32a成角度L布置。刀槽花紋如圖所示沿著從花紋溝到對應的輪胎旋轉的方向延伸。側向角L的值在大約15°至35°之間。如圖7C所示，刀槽花紋45和46也可有相對於胎面表面的垂直線N向後的傾角V。相對於垂直線的傾角V的值在大約0°至20°之間。優選的傾角在大約5°至15°之間。
作為邊緣刀槽花紋的該實施例的一部分，優選的輪胎30如圖2和4所示在主花紋條32、34和36的所有邊緣上都有相同的刀槽花紋。但是，一個花紋條具有與其它花紋條不相同的刀槽花紋也落在本發明的範圍內。內圓周花紋溝42和44製作成與本發明的優選實施例中的相似。內花紋溝的詳細細節如圖7A和7B中的橫截面圖所示。花紋溝的底部形成繞著輪胎沿圓周延伸的正弦形花紋(圖1和2)。花紋溝的外表面邊緣最好是直的。因此，花紋溝的徑向側表面相對於主花紋溝的圓周平面CP有一個變化的角度。優選的刀槽花紋在各自的花紋條內具有平行於花紋溝的圓周平面的邊緣46a，46b。
本發明的輪胎的一個示例的橫截面圖如圖8所示。輪胎30相對於輪胎的中平面M對稱，因此，只有輪胎的一半顯示在徑向剖面圖中。輪胎繞著車輛輪子的旋轉軸線AR旋轉。輪胎包括上述討論的輪胎胎面T的花紋條和花紋溝。標準的胎面橡膠材料可用於製作本發明的輪胎。作為輪胎的主要接地表面區的主胎面的寬度TW採用所述的犧牲花紋條38和窄的胎肩花紋溝48來防止不規則磨損。位於胎面下部的一個帶束層組如圖所示包括多個用於輪胎的帶束層62、64和66。帶束層通常採用平行的金屬絲來加強，金屬絲與鄰近的線網層加強件成銳角地相交在每個線網層中。胎體70在帶束層下部從胎圈到胎圈90延伸並包圍著一個胎圈芯92。胎體具有至少一個胎體線網層，並且最好有多個採用金屬絲加強的線網層，金屬絲在胎圈芯之間大體徑向和軸向延伸。具有側壁橡膠部分52的側壁區50在每個胎圈和帶束層組60的各自側向邊緣之間延伸。一個橡膠材料的內襯層線網層80幫助輪胎在車輛的輪子上保持充氣狀態。
在本發明的優選輪胎30的第一內花紋條32上的應力的減小如圖9、10和11所示。輪胎的結構和材料的綜合效果可採用一個高速計算機作成模型並加以分析。在第一內花紋條上沿縱向X的應力Sx的結果如圖9所示。對於對比輪胎10的縱向應力Sx如曲線110所示，對於本發明的輪胎的縱向應力Sx如曲線130所示。圖中繪製的是穿過花紋條的寬度方向上的平均應力值，該應力值隨著沿第一內花紋條接地長度的圓周距離而改變。花紋條與一個支撐表面接觸，並且測量是從接地長度的中心(零點)定位的。這些縱向應力表明對比輪胎與本發明的輪胎具有近似相同的縱向應力Sx。Sx應力也導致本發明的輪胎的驅動力增加。
在第一內花紋條上沿側向Y的應力Sy的結果如圖10所示。對於對比輪胎10的側向應力Sy如曲線210所示，對於本發明的輪胎的側向應力Sy如曲線230所示。圖中繪製的是穿過花紋條的寬度方向上的平均應力值，該應力值隨著沿第一內花紋條接地長度的圓周距離而改變。花紋條與一個支撐表面接觸，並且測量是從接地長度的中心(零點)定位的。這些側向應力表明本發明的輪胎的側向應力Sy比對比輪胎的側向應力低得多。
在第一內花紋條上沿垂直方向Z的應力Sz的結果如圖11所示。對於對比輪胎10的垂直應力Sz如曲線310所示，對於本發明的輪胎的垂直應力Sz如曲線330所示。圖中繪製的是穿過花紋條的寬度方向上的平均應力值，該應力值隨著沿第一內花紋條接地長度的圓周距離而改變。花紋條與一個支撐表面接觸，並且測量是從接地長度的中心(零點)定位的。這些垂直應力表明本發明的輪胎30的垂直應力Sz比對比輪胎10的垂直應力小得多。
對於本發明的輪胎計算出的綜合應力更小。實際的測試值與這些計算的應力值相比較進一步證實了本發明的輪胎與對比輪胎和現有技術中的其它輪胎相比所具有的改進效果。實際的磨損測試結果也公開在下面的實驗結果中，它進一步證實了可通過本發明來實現圖9、10和11的本發明的計算結果所顯示的改進。
在不規則磨損方面的改進大體是通過多個單獨的改進的結合來實現的。犧牲花紋條的寬度C的加寬和增加一個凹進部分H使得第一內花紋條32的縱向應力Sx受益。此外，將對比輪胎10的凹進部分H減小，本發明的輪胎30的犧牲花紋條38將使輪胎磨損減少，它將使輪胎在它的使用壽命的較長時期內受益。減小犧牲花紋條38和第一內花紋條32之間的間隙距離G可以使花紋條相互接觸，以有助於支承第一內花紋條並減小第一內花紋條上的側向應力Sy。由於在加負載時犧牲花紋條和第一內花紋條基本上是閉鎖在一起，花紋條的邊緣效應被消除並且在第一內花紋條上的垂直應力Sz被改善。一種一般的閉鎖提供了一個更堅固的犧牲花紋條，以便與對比輪胎相比在高衝擊和摩擦的環境中增加更長的耐久性。與對比輪胎的窄的花紋條相比，本發明的輪胎胎面的犧牲花紋條在初始時以較慢的速率磨損，因為它們具有較高的徑向展開(小的徑向偏離)，這將使犧牲花紋條在輪胎使用壽命期間較長時間地保持起作用。
實驗結果一個現有技術中已知的現有或對比輪胎和一個與現有輪胎基本相同、但具有本發明特徵的輪胎一起被測試。所用輪胎是與275/80 R22.5具有相同尺寸、負載範圍和應用的重型卡車輪胎，該輪胎由俄亥俄州科普雷(Copley)的輪胎與輪輞聯合公司的1997年年報的標準所限定。
兩個現有輪胎和兩個本發明的輪胎安裝在兩個相同的長途車輛的轉向軸上並在車輛之間旋轉以校正任何車輛懸架系統差別。如下的結果顯示了由本發明的輪胎提供的改進。
除了胎肩花紋條和窄的胎肩花紋溝的幾何形狀外(圖6)，現有輪胎和本發明的輪胎的尺寸基本相同。表I顯示了現有輪胎和本發明的輪胎的幾何參數。窄的胎肩花紋溝的深度製成等於主胎面寬度上的花紋溝的深度，或大約15毫米。在第一內花紋條的側向外邊緣上包括有刀槽花紋並且現有輪胎具有零側向和傾斜角，而本發明的輪胎具有側向角L大約為25°(圖4)和傾斜角V大約為10°(圖7C)的刀槽花紋。現有輪胎的形狀係數是0.81，而本發明的輪胎的形狀係數是0.22。
輪胎的測試連續進行直到在現有輪胎上的輪胎磨損達到輪胎不能使用的程度。當輪胎在車輛之間旋轉時，右側的輪胎保持在每個車輛的右側。在測試期間進行大量的旋轉。
表I被測試輪胎的胎肩幾何參數(mm)被測試的輪胎 胎面寬度 胎肩花紋條寬度 胎肩凹進 窄的花紋溝寬度 斜度TWC H G M現有輪胎 197 4.5 2.8 3.0 0.3本發明的輪胎 197 12.01.5 1.0 0.2表II顯示了右側輪胎的各花紋條的磨損的相對大小，表III顯示了左側輪胎的各花紋條的相對磨損。磨損大小是相對於現有輪胎的外側第一內花紋條得出的。在輪胎不再使用而拆除時的相對裡程值也列出在最後一欄中。
表II相對最大磨損右輪胎被測試 花紋條1 花紋條2 花紋條3 花紋條4 花紋條5 拆除時的輪胎 外側第一 外側第二 中間 內側第二 內側第一 的相對內花紋條 內花紋條 花紋條 內花紋條 內花紋條 裡程值現有輪胎 1.0 1.0 1.0 1.2 2.5 1.0(參照值) (參照值)本發明輪胎 1.5 1.5 1.5 1.5 1.7 1.0表III相對最大磨損左輪胎被測試 花紋條1 花紋條2 花紋條3 花紋條4 花紋條5 拆除時的輪胎 外側第一 外側第二 中間 內側第二 內側第一 的相對內花紋條 內花紋條 花紋條 內花紋條 內花紋條 裡程值現有輪胎1.0 0.4 0.3 0.4 0.4 1.0(參照值) (參照值)本發明輪胎 0.6 0.6 0.6 0.6 0.7 1.5表II和表III的相對磨損測試結果表明本發明的輪胎的各個花紋條形成更加均勻的磨損花紋。對於車輛的右側輪胎，最大磨損位於相對車輛來說輪胎內側的第一內花紋條上。它們在相同的裡程數時被拆除不再使用，但是，在本發明輪胎上的磨損只是現有輪胎磨損的1.7/2.5×100＝68％。對於車輛的左側輪胎，現有輪胎的最大磨損位於相對車輛來說輪胎外側的第一內花紋條上。對於本發明的左側輪胎來說，最大磨損如右側輪胎一樣位於輪胎的內側上。本發明的左側輪胎被拆除不再使用的裡程數比現有輪胎的裡程數多1.5/1.0×100＝50％，並且本發明輪胎的磨損只是現有輪胎的磨損的0.7/1.0×100＝70％。這些結果表明本發明的輪胎在磨損方面有巨大的改進。
對這些測試輪胎進行了實際的應力測試，以便與採用限定的基本模型(FEM)和高速計算機得出的預測應力相比較。計算機模型得出的應力結果已在前面公開和討論過，並如圖9、10和11中的曲線所示。從實際測試結果得到的顯示第一內花紋條上的相對最大應力的新的曲線如圖12、13和14所示。
在第一內花紋條上沿縱向X的應力Sx的實際測試結果如圖12所示。對於現有輪胎的縱向應力Sx如曲線112所示，對於本發明的輪胎的縱向應力Sx如曲線132所示。在第一內花紋條上沿側向Y的應力Sy的實際測試結果如圖13所示。對於現有輪胎的側向應力Sy如曲線212所示，對於本發明的輪胎的側向應力Sy如曲線232所示。在第一內花紋條上沿垂直方向Z的應力Sz的實際測試結果如圖14所示。對於現有輪胎的垂直應力Sz如曲線312所示，對於本發明的輪胎的垂直應力Sz如曲線332所示。先前對FEM計算機得出的應力所作的總的評述大體上適用於實際測試結果所得出的應力。實際上，這些曲線十分相似。表IV顯示了在各種情況下在現有輪胎的第一內花紋條上的應力Sx、Sy和Sz的相對最大應力與本發明的輪胎的對比結果。
表IV在第一內花紋條上的相對最大應力輪胎 預測值(FEM) 實際值(測試)SxSySz SxSySz現有輪胎1.0 1.0 1.01.0 1.0 1.0(參照值) (參照值) (參照值) (參照值) (參照值) (參照值)本發明輪胎 0.86 0.60 0.70 0.58 0.59 0.71
在各種情況下，在本發明的輪胎上的最大應力小於在現有輪胎上的應力。在與現有輪胎進行兩種對照比較時，可以注意到本發明的輪胎在Sx、Sy和Sz有相同的總的減少幅度。這些測試結果證實了本發明的犧牲花紋條在減少磨損和延長輪胎使用壽命方面的重要性。
儘管採用了特定的範圍對本發明的優選實施例進行了描述，，但這種描述只是為了示例說明，應理解的是，在不脫離附後的權利要求的精神或範圍的情況下，可對本發明進行改變和修改。
權利要求
1.一種重型輪胎的改進胎面，所述輪胎具有一個在間隔開的胎圈芯之間延伸的胎體，以及一個位於所述胎體外側的中心胎冠區，胎冠區具有一個帶束層組，用於幫助支承與一個支撐表面接觸的所述胎面，所述改進包括由主胎面花紋溝形成的多個主花紋條，它們繞著輪胎的外表面大體沿圓周方向延伸形成輪胎行駛面上的一個主胎面寬度，用於與支撐表面接觸；位於主胎面寬度的每個側邊、用於與支撐表面接觸的犧牲花紋條，所述犧牲花紋條通過一個窄的胎肩花紋溝與所述主花紋條分開，該窄的胎肩花紋溝的花紋溝寬度不大於大約1.5毫米；所述犧牲花紋條的表面寬度在所述胎面寬度的大約2.5％至大約12％的範圍內；以及所述犧牲花紋條具有一個由與所述主花紋條的橫向輪廓相偏離的恆定徑向偏離所限定的凹進部分，當輪胎是新的時候，所述偏離的值在大約0.5毫米至大約2.0毫米的範圍內，其中，所述改進減少了輪胎的不規則磨損。
2.如權利要求1所述的改進的輪胎胎面，其特徵在於，所述犧牲花紋條具有一個範圍為所述主胎面寬度的大約5％至大約10％的表面寬度。
3.如權利要求1所述的改進的輪胎胎面，其特徵在於，所述犧牲花紋條具有一個尺寸範圍為大約10毫米至大約17毫米的表面寬度。
4.如權利要求1所述的改進的輪胎胎面，其特徵在於，所述犧牲花紋條的所述凹進具有一個大約1.0毫米至1.5毫米的徑向偏離。
5.如權利要求1所述的改進的輪胎胎面，其特徵在於，所述窄的胎肩花紋溝的所述花紋溝寬度的值在大約0.2毫米至大約1.5毫米的範圍內。
6.如權利要求5所述的改進的輪胎胎面，其特徵在於，所述胎肩花紋溝的花紋溝深度在為所述主胎面花紋溝的深度的大約90％至大約110％的範圍內，所述花紋溝深度是從所述主花紋條的所述輪胎行駛面徑向測量的。
7.如權利要求6所述的改進的輪胎胎面，其特徵在於，所述窄的胎肩花紋溝具有光滑內表面並在所述窄的胎肩花紋溝的徑向最深處包括一個加寬的部分，其中，所述光滑內表面的所述加寬部分具有一個最小為1.0毫米的半徑。
8.如權利要求1所述的改進的輪胎胎面，其特徵在於，所述窄的胎肩花紋溝每個在所述窄的花紋溝的徑向內端具有一個加寬部分，並且所述加寬部分具有一個半徑至少為1.0毫米的光滑內彎曲表面，用於減少在所述徑向內端的裂紋。
9.如權利要求1所述的改進的輪胎胎面，其特徵在於，所述花紋溝寬度不大於大約1.0毫米。
10.如權利要求8所述的改進的輪胎胎面，其特徵在於，所述花紋溝寬度的值在大約0.2毫米至大約1.0毫米的範圍內。
11.如權利要求8所述的改進的輪胎胎面，其特徵在於，所述花紋溝寬度的值在大約0.2毫米至大約0.4毫米的範圍內。
12.如權利要求1所述的改進的輪胎胎面，其特徵在於，所述主花紋條在所述主胎面寬度的兩個側向邊緣包括刀槽花紋，刀槽花紋成一個大約為15°至35°的側向角從所述窄的胎肩花紋溝開始延伸，並且具有一個從一垂直線到所述輪胎行駛面為零至大約20°的向後傾斜角。
13.如權利要求1所述的改進的輪胎胎面，其特徵在於，所述犧牲花紋條具有一個形狀係數(SF)，它定義為所述窄的胎肩花紋溝的深度(D-H)乘以所述犧牲花紋條的一個外胎肩的斜度(M)再除以所述側向表面寬度(C)，它表示為SF＝(D-H)×M/C該形狀係數的值大約為0.2。
14.一種在長途運輸中行駛的車輛的轉向軸上使用的重型卡車輪胎的輪胎胎面，用於改進胎面磨損，所述輪胎胎面包括一個主胎面部分，它在主胎面寬度上具有包括第一內花紋條的至少四個圓周花紋條，花紋條由具有主花紋溝深度的主花紋溝間隔開並在所述主胎面寬度的側向邊緣之間繞著輪胎的外表面延伸，其中，所述主胎面部分的輪胎行駛面限定了所述主胎面的側向輪廓；一對犧牲花紋條，每個犧牲花紋條位於所述胎面的每個側向邊緣，並由與每個所述側向邊緣鄰近的一個窄的胎肩花紋溝與所述第一內花紋條分隔開；每個犧牲花紋條具有一個尺寸在大約10毫米至大約17毫米範圍內的側向表面寬度；所述窄的胎肩花紋溝具有一個尺寸在大約0.2毫米至大約1.5毫米範圍內的側向寬度和一個為所述主花紋溝深度的大約90％至大約110％之間的窄的花紋溝深度，其中，所述窄的花紋溝在所述窄的花紋溝的徑向內端具有一個加寬部分，用於減少在所述徑向內端的裂紋；以及所述犧牲花紋條具有一個從所述側向輪廓的一致的延伸部分徑向向輪胎內部凹進一個徑向偏離的表面區，所述偏離的尺寸在大約0.5毫米至1.5毫米的範圍內，其中，該卡車輪胎的胎面磨損得以改進。
15.如權利要求14所述的輪胎胎面，其特徵在於，所述窄的胎肩花紋溝的所述加寬部分具有一個半徑至少為1.0毫米的光滑內彎曲表面。
16.如權利要求14所述的輪胎胎面，其特徵在於，所述窄的胎肩花紋溝的所述側向寬度不大於大約1.0毫米。
17.如權利要求14所述的輪胎胎面，其特徵在於，所述第一內花紋條每個都包括沿著一個軸向外邊緣設置的刀槽花紋，刀槽花紋成一個大約為15°至35°的側向角從一垂直於所述窄的胎肩花紋溝的直線開始延伸，並且具有一個從一垂直線到所述輪胎行駛面為零至大約20°的向後傾斜角。
18.如權利要求14所述的輪胎胎面，其特徵在於，所述犧牲花紋條具有一個形狀係數(SF)，它定義為所述窄的胎肩花紋溝的深度(D-H)乘以所述犧牲花紋條的一個外胎肩的斜度(M)再除以所述側向表面寬度(C)，它表示為SF＝(D-H)×M/C該形狀係數的值大約為0.2。
19.如權利要求15所述的輪胎胎面，其特徵在於，所述犧牲花紋條的所述表面區是一個從所述側向輪廓徑向向內傾斜的表面，該表面在所述窄的胎肩花紋溝處具有所述徑向偏離以及一個小於大約15°的傾斜角。
20.如權利要求19所述的輪胎胎面，其特徵在於，所述傾斜角為零度以提供從所述側向輪廓的一個恆定的徑向偏離。
全文摘要
本發明提供一種帶有犧牲花紋條(38)的輪胎以通過延遲不規則磨損的開始和加劇來保護輪胎胎面的主花紋條。改進的輪胎胎面包括多個由花紋溝(42,44)形成的主花紋條(32,34,36),它們繞著輪胎的外表面沿圓周延伸形成主胎面寬度用於與支撐表面接觸。犧牲花紋條(38)設置在主花紋條的每個側向邊緣用於與支撐表面接觸。犧牲花紋條(38)通過花紋溝寬度不大於1.5毫米的窄的胎肩花紋溝與主花紋條(32,34,36)分開。犧牲花紋條(38)的表面寬度是所述胎面寬度的大約2.5%至12%。犧牲花紋條(38)具有從主花紋條(32,34,36)的橫向或側向輪廓凹進一個徑向偏離的凹進部分。輪胎是新的時候,該偏離值在大約0.50毫米至2.0毫米之間。使用一個形狀係數來限定犧牲花紋條(38)的形狀,該形狀係數的值在大約0.10至0.50之間。
文檔編號B60C11/24GK1241160SQ97180853
公開日2000年1月12日 申請日期1997年12月19日 優先權日1996年12月19日
發明者羅伯特·C·勒杜列斯庫 申請人:米凱林技術研究公司