具有斜交帘布层胎体的在结构上支撑的弹性轮胎的制作方法

专利名称：具有斜交帘布层胎体的在结构上支撑的弹性轮胎的制作方法
背景技术：
本发明涉及一种能够不依靠内气压而支撑车辆载荷的弹性轮胎。
充气轮胎是野外运输车辆选择的方案，该充气轮胎由在轮胎内腔中的内气压作用而获得其机械性能，这给该带状件和胎体部件提供了适当的强度。
充气轮胎的难点在于要很好地保持气压需要保证适当的变形。当完全失去充气压力时，常规充气轮胎只能够非常有限地使用。许多轮胎结构的目的是允许车辆在轮胎完全失去气压时继续行驶。一种方案是，商业上已使用的一种泄气保用轮胎的方案是充气轮胎具有附加的侧壁加强件或填充物，在有限的泄气工作下时在压力作用下起到载荷支撑部件作用。这种附加加强件经常会导致增大轮胎质量和降低乘坐舒适性的缺点。提供泄气保用性能的其它尝试基本上是利用一个在轮胎胎面部分中的环形加强带。在这些方案中，该胎面部分的强度一部分是由该环形加强带自身特性形成，一部分是由气压反作用而形成。还有其他方案依靠安装在车轮上的第二内支撑结构，这种支撑增大了装配总成的质量，并增加了装配难度。或者可能需要多件形式的轮辋。所有这些方法的是不同充气轮胎结构的混合，并且防碍即不是充气状态也不是泄气状态的最佳设计的变化。
此外，这些泄气保用方案需要使用一些装置来监视轮胎的充气压力，并告知车辆驾驶员该充气压力是否超出该额定限度。
用在不具有充气压力效益下工作的轮胎消除了许多问题，并兼顾充气轮胎相结合。只有一个工作状态，即未充气。即不需要保持压力也不需要监视压力。至今，在结构上支撑的弹性轮胎，例如实心轮胎或其它弹性结构，不能提供常规充气轮胎的变形水平，能够提供象充气轮胎那样性能的在结构上支撑的弹性轮胎的方案是受欢迎的改进。

发明内容
根据本发明的在结构上支撑的弹性轮胎不需内部的气压支撑而单独用胎面结构件、侧壁和胎圈部分支撑气载荷。
该在结构上支撑的弹性轮胎的胎面部分，在不考虑侧壁和胎圈部分时，呈现为一个加强的环形带。该加强的环形带具有一刚度，以阻止在该轮胎的子午面和赤道面上的弯曲。一子午面经过该轮胎，轮胎的旋转轴线整个位于在该子午面上。该赤道面垂直经过该轮胎的旋转轴线，并等分该轮胎结构。
该环形带和一平面的接触同该轮胎和地面接触相类似。所得到的反作用与一承载轮胎的地面接触应力相类似。对于一个与一平面接触的由均匀材料构成的非弹性环形带来讲，满足平衡和弯曲移动要求得的压力分布产生了一对在该接触区域每个端部的集中的力，其一个端部在图2A中示出。在这种理想状态中，在该接触区域中不产生环形带的剪切变形。然而，如果该环形带具有一个确定剪切变形的结构，所得到的压力分布基本上是均匀的，如图2B中所示。
根据本发明的在结构上支撑的弹性轮胎包括一胎面部分，从该胎面部分径向向该轮胎轴线延伸的侧壁部分，以及将该轮胎固定在车轮上的在该侧壁部分径向内端的胎圈部分。该胎面、侧壁和胎圈形成了一个环形壳体，限定出一个相似于充气轮胎环形壳体的中空的环形空间。根据本发明，该环形带置于该胎面部分的径向里面。该环形带具有一个弹性剪切层，至少一个粘贴在该弹性剪切层径向内部区域的第一或内隔膜板，以及至少一个粘贴在该弹性剪切层径向外部区域的第二或外隔膜板。最好是该隔膜板包括在弹性覆盖层内的基本不可伸长芯线加强件的叠加的层，该隔膜板具有一纵向弹性拉伸模量，它远远大于该弹性剪切层的弹性的剪切模量，使得在施加外载荷下，接触地面的胎面部分从基本为环形变成一平的形状，同时保持该隔膜板基本恒定的接触长度。由于剪切，该隔膜板的相对移动发生在该剪切层中。
图2B简要描述了这个效果。如图2B所示，一个有益的结果是，与不使用具有上述变形特性的环形带的轮胎相比，在整个接触区域的长度上该地面接触压力更均匀。该环形带不依靠内充气压力，而在轮胎子午面上具有足够高的横向强度，以及在轮胎赤道面上具有足够的纵向弯曲强度，从而起到载荷支撑部件的作用。
在本发明的一个实施例中，该胎体具有埋在橡胶或其它弹性材料中的径向定向的加强芯线，和一个包括不连续内和外隔膜板的剪切层的环形带。
根据本发明的另一实施例，该胎体包括埋在橡胶或其它弹性材料中的非径向定向的加强芯线，所谓的帘布层斜交帘布层。
根据本发明的再一实施例，该轮胎包括一帘布层斜交帘布层胎体，并且径向邻近于该剪切层的胎体部分是内隔膜板。在该轮胎胎冠中的胎体径向外边与该剪切层粘接，以及该胎体，至少在这个区域中，具有上述的纵向强度特性。埋在一弹性材料中的基本不可伸长的加强芯线的外隔膜板与该剪切层的径向外表面粘接。
根据本发明的一个方面，该环形带的横向半径，即在轮胎子午面上的弯曲半径，小于该胎面外表面的横向半径。通过这种结构可阻止在该接触区域中该环形带的弯曲。
本发明结构的优点是允许轮胎设计者不依赖接触压力而调整该轮胎的垂向强度。相比之下，在常规的充气轮胎中，该垂向强度与地面接触压力紧密联系的。
该轮胎侧壁提供了通过环形带支撑的载荷反作用于车轮所需的结构，由此支撑该车辆的质量。在常规充气轮胎中，载荷支撑是由轮胎侧壁张力差提供的，该最小侧壁张力是在接触区域的中央，而最大张力是在接触区域相对的子午线处。如图3A所示，本发明的该在结构上支撑的弹性轮胎通过拉伸在该接触区域外边的侧壁部分而支撑其载荷。当该侧壁具有高的有效径向拉伸强度和低的有效径向压缩强度时，可获得最佳载荷支撑。当满足这些条件时，该车轮可以称为挂在该轮胎上部分上。此外，为了最佳的载荷支撑，该侧壁在子午面上包括直的形状，即不像充气轮胎那样弯曲。
本发明轮胎的垂向强度，是在垂直方向上抵抗承受载荷而变形的能力，很大程度上可以由该轮胎反向偏移强度影响。反向偏移强度是测量轮胎对于不与地面接触部分径向变形的抵抗力。该轮胎的反向偏移允许该车轮轴有一定垂向位移，它有效地降低了该轮胎的垂向强度。对该轮胎反向偏移强度的调整也就调整了该轮胎的垂向强度。
垂向强度还受该轮胎的转动影响。当本发明的轮胎在高角速度下旋转时，在该环形带上产生离心力。这些力产生环向应力，使该环形带区域径向向外扩张。该环形带的扩张由该侧壁的高效径向强度阻止。由于在该地面接触区域不产生这种离心力，最终结果是一个垂直向上的力，它起到支撑部分载荷的作用，并增加了该轮胎的有效垂向强度。由此，该离心力以及该轮胎的有效垂向强度随速度增加而增加；由此，随速度增加该轮胎偏移被减小。减小偏移降低了轮胎中产生的热并改善了高速性能。
根据本发明的一个实施例，一在结构上支撑的弹性轮胎包括支撑着与地面接触的胎面部分的径向帘布层胎体，从该胎面部分径向向内延伸的侧壁部分，并侧壁部分固定在胎圈部分上，该胎圈部分适合在轮胎转动时保持在车轮上，以及一个置于该胎面部分径向里边的加强环形带，该环形带包括一个弹性剪切层，至少一个粘贴在该弹性剪切层径向内部区域的第一隔膜板，以及至少一个粘贴在该弹性剪切层径向外部区域的第二隔膜板。
根据本发明的另一实施例，一在结构上支撑的弹性轮胎包括支撑地面接触胎面部分的径向帘布层胎体，从该胎面部分径向向内延伸的侧壁部分，并固定在胎圈部分上，该胎圈部分适合在轮胎转动时保持在车轮上，以及一个置于该胎面部分径向里边的加强环形带，该环形带包括至少在该弹性剪切层径向外部区域粘贴着外隔膜板的弹性剪切层，该帘布层斜交帘布层胎体的胎冠或顶点部分粘贴在该弹性剪切层的径向内部区域，并起内隔膜板作用。
“子午面”指的是经过该轮胎的平面，其中该轮胎的旋转轴线位于该平面上。
弹性材料的“模量”指的是在10％伸长时在单位ASTM标准检测方法D412测得的弹性的拉伸模量。
隔膜板的“模量”指的是在环形方向上1％伸长量乘以该隔膜板的有效厚度的弹性拉伸模量。常规轮胎钢带材料的这个模量可以用下面的等式1计算，这个模量由“’”标示。
弹性材料的“剪切模量”指的是弹力的剪切模量，并确定为等于10％伸长量的弹性拉伸模量的三分之一。
“迟滞”指的是30赫兹和25℃、10％动力剪切变形下测量的动力的切向损失。


图1给出了一个根据本发明的在结构上支撑的弹性轮胎。“在结构上支撑”指的是该轮胎载荷单独由其结构部件支撑，而不是由充气压力支撑。在本说明中在结构上支撑的弹性轮胎的多个实施例使用的相似的基本部件结合图1介绍。对于每一种变化和实施例在附图中标出的标号具有一致的形式。
在图1中，该轮胎100包括，一个地面接触胎面部分110，从该胎面部分110径向向内延伸的侧壁部分150，以及在该侧壁部分端部的胎圈部分160。该胎圈部分160将该轮胎100固定在车轮10上，一胎体115被固定到并沿该侧壁160之间延伸。该胎体115可以如下面描述的是径向帘布层胎体或帘布层斜交帘布层胎体，该胎体115、胎面部分110、侧壁部分150和胎圈部分160构成了一个环形壳体，它限定出一个中空的环形内部空间5。
一个加强环形带设置在该胎面部分110的径向里边。在图1所示实施例中，该环形带包括一个弹性剪切层120，一个第一或内隔膜板130，它具有粘贴在该弹性剪切层120径向最里边区域的加强层131和132，以及一个第二或外隔膜板140，它具有粘贴在该弹性剪切层120径向最外边区域的加强层141和142。
该胎面部分110可以没有沟槽，也可以具有多个形成于基本纵向的胎面凸棱175之间的、纵向排列的胎面沟槽170。该凸棱175可以被进一步横向和纵向分割，形成适合于特定车辆使用需要的胎面花纹。该胎面沟槽170可以具有根据轮胎使用需要的任何深度。该胎面110具有在该胎面沟槽底部和外隔膜板之间的厚度，以有效地防止该外隔膜板被切割和小的穿透。次沟槽厚度可以根据轮胎的用途而增加或减小。例如重载卡车轮胎可以使用约5至7mm的厚度。
内隔膜板130和外隔膜板140的每个加强层包括埋在一弹性包覆层中的基本不可伸长的加强件，例如芯线。对于由弹性材料构成的轮胎，隔膜板130和140通过弹性材料的硫化粘贴在该剪切层120上。该隔膜板130和140通过任何适合的化学或粘合连接或机械固定而贴在该剪切层120上也在本发明的范围之中。
该隔膜板层131-132和141-142的加强件可以是适于用在常规轮胎的轮胎带加强件的任何多种材料，例如钢制的单丝或芯线，芳香尼龙纤维或其他高模量织物或加强的纤维。在此所述的轮胎，该加强件是4根0.28mm直径钢丝的钢制芯线(4*0.28)。尽管在此公开的本发明的变化具有用于每个隔膜板的芯线加强层，但任何满足所需的拉伸强度、弯曲强度，以及该环形带所需的压缩弯曲阻力的适合材料都可以用于该隔膜板。该隔膜板结构可以有如下多种变化的任何一种，例如均匀材料、纤维加强体，或者具有不连续加强部件的层。
在内隔膜板130中，该层131可具有相对轮胎赤道面成夹角α的基本平行排列的芯线，而该层132具有与在层131中的芯线方向相反的基本平行排列的芯线。例如在层131中的芯线具有+α角，在层132中的芯线具有-α角。同样，在外隔膜板140中，层141和142可具有相对赤道面分别成+β角和-β平行的芯线。在这种情况下，相邻层间芯线的夹角两倍于特定的夹角α或β。夹角α和β一般在10°至45°的范围之间，最好这些加强件的夹角α和β范围在12°至20°之间。然而，对于一个隔膜板的一层的芯线与该隔膜板的另一层的芯线以相等并相对的夹角排列不是必需的。例如，该层对的芯线可以相对于该轮胎赤道面不对称。
131、132和141、142中的每一层的芯线被嵌入一般具有约20Mpa剪切模量的弹性包覆层中。最好该包覆层的剪切模量大于该剪切层120的剪切模量，以保证该环形带的变形主要基于剪切层120中的剪切变形。
该弹性剪切层120的剪切模量G与隔膜板130和140的有效纵向拉伸模量E’membrane之间的关系决定了该环形带在受到载荷下的变形。用于常规轮胎带材料的隔膜板的有效纵向拉伸模量E’membrane可如下计算E′membrans=(2D+t)ERUBBER2(1-v2)[(PP-D)2-(1+v)sin2(2α)sin4α+(tD)1tan2α(1tan2α-v)]---(1)]]>在此，Eruber＝弹性包覆材料的拉伸模量；P＝在垂直于该芯线方向上测量的芯线间隔(芯线中心线距离)；D＝芯线直径
V＝弹性包覆材料的横向变形系数α＝相对该赤道面的芯线角度；及t＝在相邻层中的芯线之间橡胶厚度。
应注意E’membrane是该隔膜板的弹性模量乘以该隔膜板的有效厚度。当比率E’membrane/G较低时，在承载下该环形带的变形接近于均匀带的变形，并形成如图2A所示的非均匀地面接触压力。另一方面，当比率E’membrane/G足够高时，在承载下该环形带的变形基本上是有少量的该隔膜板纵向变形或压缩的剪切层的剪切变形，由此地面接触压力基本上如图2B所示实施例那样是均匀的。
根据本发明，该隔膜板的纵向拉伸模量E’membrane与该剪切层的剪切模量G的比率至少约100∶1，最好至少约1000∶1。对于包括用4*0.28芯线和上述角度的芯线加强层的隔膜板，该剪切层120所希望的剪切模量是约3Mpa到约20Mpa。
在承载下转动中该剪切层120的重复变形由于所用材料的迟滞作用而产生能量消耗。在轮胎中产生的所有热量是这个能量消耗与该剪切层厚度的函数。由此，对于用常规材料的给定轮胎设计来说，该剪切层的迟滞将被选择以使连续使用的轮胎保持其工作温度低于约130℃。
当该隔膜板的纵向拉伸模量E’membrane与该剪切层的剪切模量G规定条件得到满足，以及该环形带在该剪切层中由于剪切变形时，形成一个较佳的关系式，可计算一给出的应用的剪切模量G的数值和剪切层厚度Peff*R≈G*h(2)在此，Peff＝预定的地面接触压力；G＝层120的剪切模量；h＝层120的厚度；及R＝外隔膜板的径向位置。
Peff和R是轮胎的使用而选择的设计参数。等式(2)建议该剪切层的弹性剪切模量与该剪切层的径向厚度的乘积约等于预定的地面接触压力与该外隔膜板最外面区域的径向位置的乘积。图5以曲线描述了接触压力整个范围的这种关系，并可用于计算多种不同应用的最佳剪切层特性。
上述关系对于设计根据本发明的轮胎是较有利的，例如设计用于轿车的轮胎，设计者可以选择1.5到2.5DaN/cm2的接触压力Peff和直径R约335mm的轮胎尺寸。通过这些值相乘，可以确定50.25到83.75DaN/cm的“剪切层系数”，这可以用于确定该剪切层材料厚度h和剪切模量G。在这种情况下，所用的剪切模量在约3Mpa到约10Mpa的范围中，该剪切层的厚度h至少5mm，最好在约10mm到约20mm之间。
参照图3A和3B，通过经与地面接触区域之外的侧壁部分150的区域A中的拉伸从该车轮向环形带传递载荷，本发明的轮胎支撑所施加的载荷L。与充气轮胎相对比，该载荷由轮胎地面接触变形产生的受压侧壁的拉力差承担。
在本发明的轮胎中，该侧壁拉力由被基本不可伸长的芯线加强的该胎体115传递。根据本发明的一个实施例，该胎体具有一个或多个径向排列加强芯线层。另外，该胎体可包括至少两个以帘布层斜交帘布层形式排列的加强芯线层。本领域技术人员可以理解，径向胎体和帘布层斜交帘布层胎体都可在与地面接触区域之外的侧壁上承受拉力。在图3中的箭头标示了在侧壁中所存在的拉力，及该芯线拉力的实际方向。
根据一径向胎体的实施例，该侧壁部分在拉伸上基本是不可伸长的，并包括小的压缩抵抗力。在这种条件下，该轮胎的侧壁部分150有比在压缩上有效径向强度大的拉伸有效强度，以通过与地面接触区域之外轮胎侧壁部分中的拉力支撑外界施加载荷，并且由于在地面接触的轮胎侧壁部分基本没有垂向载荷。该车轮可以称为挂在该轮胎的上部分上。
该侧壁部分的有效径向强度指的是该侧壁的整个径向区域的拉伸或压缩特性。它可以通过例如从该侧壁部分上取下一个保持未受压形状的试样而测得，然后在一标准拉力测试装置上进行检测。从充气轮胎上获得的弯曲侧壁具有相对侧壁曲线的拉伸强度，因此，低于本发明轮胎的基本是直的侧壁的拉伸强度。
当该侧壁部分具有小于该轮胎径向截面高度20％的轴向厚度时，可以满足上面限定的侧壁压缩强度的需要。
在本发明的帘布层斜交帘布层胎体实施例中，该侧壁比径向胎体轮胎的刚性强。在该载荷由在非接触区域A的拉力支撑的同时，该帘布层斜交帘布层胎体对于在地面接触区域B和C内变形的轮胎部分中的轮胎偏移提供了附加的阻止作用。该帘布层斜交帘布层胎体在环向的剪切和在横向的弯曲上具有附加的强度。
最好回到图1中，从轮胎子午面看，该侧壁部分150在该胎面部分110和胎圈部分160之间平直地延伸，即该侧壁部分150不象常规充气轮胎中的那样弯曲。该侧壁部分可以从该胎面到该轮辋倾斜，如图1所示加宽，或者变窄。
平直的侧壁部分150的形状和该加强芯线的力/伸长特性使得，侧壁部分中的拉力在该侧壁部分产生最小的伸长和变形，类似于在拉紧的绳子中产生的拉力。当常规充气轮胎的弯曲侧壁在不充气状态下拉伸时，该拉力首先拉直该弯曲，由此有效地加大了该侧壁的伸长。只有在该侧壁被拉直后才在该侧壁中产生拉力。
当载荷明显低于充胀并承载的充气轮胎侧壁拉力时，在本发明的轮胎侧壁中形成拉伸。参照图1，该胎圈部分160可以是任何胎圈结构，它能够不依赖于充气压力而装在轮辋10上，并在该轮胎使用中保持适当地就位。满足这些要求的胎圈结构的实施例在Drieux等的美国专利5785781中公开，并在此参考引入。
垂向强度涉及处于载荷下的该轮胎防止偏移的能力，垂向强度可被调节以优化一给定的轮胎的承载能力。此外，垂向强度可被调节来提供减小厚度的环形带，以降低接触压力或轮胎质量，同时保持所需的垂向强度的水平。
由与地面接触的部分对与地面接触部分偏移(该轮胎的“反向偏移”)的反作用对轮胎垂向强度的影响很大。图4A和4B以放大的比率示出了这种现象。当该轮胎承受载荷L时，偏移一个量f，使该轮胎形成一个地面接触区域C。可以注意到，为了描述的目的，在图4A和4B中保持了该轮胎的轴X在一固定位置，并使地面向上移向该轴。该垂向偏移f与该载荷L成比例，从中可得到该轮胎的垂向强度K。由于该环形带试图保持恒定长度，不与地面接触或反向偏移的轮胎部分远离该接触区域C，如图中虚线所示。反向偏移量λ也与该载荷L成比例，并由此获得该反向偏移强度Kλ。该反向偏移强度Kλ涉及该不与地面接触的芯线受载方式，并可以理解具有横向和环向结构的内部作用。
通过在轴线固定的轮胎上施加一载荷F，并测量在该接触区域的偏移f和与接触区域相对的胎面的偏移。反向偏移就可以直接测量出来，通过该载荷F除以反向偏移量λ确定该反向偏移强度。
实际上，该反向偏移强度Kλ影响着该轮胎的垂向强度，并由此影响轮胎的车轮轴线在承载下的偏移。如图4A所示，该反向偏移强度Kλ决定该接触区域的长度。低的反向偏移强度使该环形带在承载下垂直移动，并在这个偏移上降低了承载能力。因此，具有较高反向偏移强度的轮胎有相对小的偏移和一较长的接触区域，结果是能够承受较大的载荷。
图6以曲线形式给出了具有径向胎体的轮胎的该反向偏移强度Kλ与垂向强度的关系。图6证明了可用于本发明的接触压力与垂向强度是相互独立的，这提供了充气轮胎所没有的设计灵活性。排掉气体的充气轮胎一般每单位接触区域宽度的反向偏移强度小于0.1DaN/mm2。相比之下，本发明的轮胎每单位接触区域宽度的反向偏移强度大于0.1DaN/mm2。
该反向偏移强度Kλ可以多种方式改变。用于调整这个强度的设计参数包括该胎体芯线的模量和密度、侧壁高度、该胎体芯线弹性包覆层的模量、该胎体和该环形带之间配合的形状、该配合橡胶的模量、该环形带隔膜板的压缩模量、该剪切层的厚度、该轮胎直径以及该环形带宽度。
如上所述，本发明人已经发现，通过改变侧壁强度和该环形带与侧壁之间的配合，帘布层斜交帘布层胎体能够增加该轮胎的垂向强度。参照图3A，由于帘布层斜交帘布层结构能防止横向变形(一般的径向胎体凸出)，帘布层斜交帘布层加强芯线在接触区域C产生阻止偏移的力。此外，帘布层斜交帘布层芯线在进入或离开接触区域C的区域B中产生径向和环向的拉力分量。该侧壁阻止在该接触区域C端部的扭转，使轮胎更坚硬并减小偏移量。用已知的分析手段和相同的实验，通过选择芯线材料和直径以及芯线布置，能够改变帘布层斜交帘布层胎体的强度适当值。
参照图7，帘布层斜交帘布层胎体在轻载荷轮胎的设计上具有益处。在具有帘布层斜交帘布层胎体215的轮胎200中，该胎体设置在该胎圈部分160之间，并在该剪切层120下面重叠，具有两层。在剪切层120下面的该胎体215的顶部216起内隔膜板作用。最好是顶部216的芯线相对该赤道面布置在12°到15°的角度上，相对与该剪切层得到有效的环向强度。可以注意到结合图1的隔膜板130、140的描述，该隔膜板加强件在相同的角度范围定向。由此，利用帘布层斜交帘布层胎体，该内隔膜板及其隔膜板的重量和制造步骤可以被省去。此外，这个结构还有助于改善该剪切层与侧壁之间力的传递，由于省去了内隔膜板与胎体的配合，这种改善剪切层与侧壁的配合还在垂向强度方面有益。
侧壁区域250中的芯线相对于在该胎圈区域160和顶部216之间环形方向布置在30°到60°的角度上，最好是45°。本专业人技术人员了解如何在一成型鼓上布置胎体，以在胎体利用已知的关系cos/r=c制成环形形状后在该顶部和侧壁中获得芯线角度，其中该芯线相对环向的角度，r是距离该轮胎旋转轴线的半径，c是一常量。
如果该帘布层斜交帘布层胎体215用与上述外隔膜板141、142相似的材料制成，该顶部部分216的纵向强度可接近于该外隔膜板的纵向强度。对于轻载荷，例如高尔夫球车、机动脚踏两用车等小型车辆，用常规轮胎材料的帘布层斜交帘布层胎体，尼龙芯线或类似物，是适合的。对于这种结构，在剪切层区域中的胎体的纵向强度将小于该外隔膜板的纵向强度。然而，对于低载荷范围，100倍于剪切层的剪切模量的纵向强度通常是足够的。
本发明轮胎的垂向强度还受环形带和侧壁部分的离心力作用影响。随着轮胎旋转速度的增加会产生离心力。在常规的径向轮胎中，离心力会增加轮胎的工作温度。相比之下，本发明的轮胎从这些相同的力中得到出人意料的好结果。当本发明的轮胎在承载下旋转时，离心力使环形带在环向上趋于伸长并在该侧壁上产生附加的拉力。轮胎外接触区域(图3A中区域A)径向硬的侧壁承受这些力。这产生了一个净向上的合成力，它起到了增加轮胎有效垂向强度和相对于静止的非旋转状态减小轮胎的径向偏移的作用。当在轮胎赤道面上环形带纵向强度(2*E’membrane)与拉伸的侧壁有效强度的比率小于100∶1时，这个结果达到有效的程度。
图1所示的轮胎对于胎面部分110、内隔膜板130和外隔膜板140具有一个平的横截面形状。参照图3A可以理解，在接触区域C中的环形带部分的拉紧将压缩外隔膜板140。随着该轮胎垂向偏移的增加，接触长度C增加，使得在该外隔膜板140中的压缩应力超过该弯曲应力，该隔膜板发生纵向弯曲。该弯曲现象导致该接触区域的纵向延伸部分接触压力降低。当该隔膜板弯曲取消时，得到在地面接触区域长度上的更均匀的地面接触压力。具有弯曲的横截面的隔膜板能更好地阻止在接触区域中的弯曲。
在图8所示的本发明的一种变化中，轮胎300包括一环形带，它包括剪切层320、内隔膜板330和外隔膜板340，外隔膜板包括小于胎面部分310径向最外部表面横向半径的横向半径。图8所示的弯曲为了描述的目的放大。对于轿车轮胎，该胎面与地面之间的最佳接触压力要求外隔膜板340的横向半径至少为500mm，胎面部分310的径向最外部表面横向半径至少是1000mm。弯曲的外隔膜板还可用于图7中的帘布层斜交帘布层胎体轮胎中。
与图8所述的轮胎300规格一致的轿车的轮胎减少了构成常规轮胎的生产步骤和材料。总的结果显示在表1中。
表1-轮胎实施例


在该评估中，测试充气轮胎1充到额定冷胎气压，测试充气轮胎2的压力充气到垂向强度等于本发明轮胎的。
与轮胎300一致的轮胎趋于具有一平均纵向地面接触应力值，沿着该接触区域的纵向中线是正的或驱动的(driving)，沿着该接触区域的横向边缘是负的或制动的(braking)。这个不同是由于该环形带的中线和横向边缘之间的旋转半径的不同。当纵向应力在中线与横向边缘之间很好地平衡时，可获得最好的轮胎性能(特别是磨损)。
图9显示了本发明的一个变化的实施例，其中轮胎400具有一波纹状外隔膜板，其在径向上具有一波纹振幅，在轴向上具有一波纹波长。该波纹的振幅是由该隔膜板径向最大和最小伸长的差值确定，该波纹波长是由该隔膜板的连续最大值之间的轴向距离确定。由于在接触区域的压缩(如图8中弓形隔膜板那样)，该波纹状外隔膜板可阻止弯曲。该外隔膜板在外加载荷作用下从基本环形变成平形，而不发生该外隔膜板的纵向弯曲，在接触区域纵向长度上地面接触胎面部分的地面接触压力基本保持均匀。波纹状隔膜板的防止弯曲效果不依赖它的横向弯曲。因此，轮胎400可以具有一外隔膜板440，外隔膜板440弯曲的横向半径能够被确定不依赖抵抗弯曲而优化地面接触压力。最好是该外包板具有2至5个波折，并具有该胎面部分410胎面宽度约20％至约50％的波纹波长。波纹幅度最好在最大剪切层厚度的20％至50％之间，并可是一常数或者变量。剪切层420具有一等于剪切层恒定厚度剪切层的平均厚度，可以用轮胎100的剪切层120和轮胎300的剪切层320的公式(2)来确定。
图10和11示出了波纹外隔膜板的其它变化，其中该波纹状外隔膜板分别具有4和5个波峰。在这个变化中，该波峰设置在每个胎面凸棱中，凹入部分在每个胎面沟槽下面。该波峰的数量不需要是该胎面凸棱数的函数，轮胎也不必具有纵向凸棱。本发明同样可以用于平滑轮胎或其他没有沟槽的橡胶制品。当该轮胎具有至少一个设置在该波纹的径向最小处或凹入部分的胎面沟槽470时，相对于常规轮胎的正常胎面花纹深度，该沟槽可具有增大的深度。在这种情况下，正常深度指的是由Tire and Rim Association of Cpley，Ohio确定的轮胎特殊等级的标准胎面花纹深度。在轮胎400、500和600所给出的变化中，至少一个胎面沟槽具有正常胎面花纹深度的至少120％。
本专业技术人员阅读了上面的说明可以得到许多变化。在本发明构思内的这些或其他变化由所附的权利要求限定。
权利要求
1.一种在结构上支撑的弹性轮胎，包括一地面接触胎面部分，从该胎面部分径向向内延伸的、并固定在胎圈部分上以将轮胎固定在车轮上的侧壁部分，该轮胎还包括一胎体帘布层，具有至少两个在该胎圈部分之间延伸的层，并包括相对轮胎赤道面成一角度定向的平行加强芯线，该角度大于约10°并小于约45°，所述至少两层上的芯线相互倾斜；一个弹性剪切层，设置于所述加强帘布层径向外部；以及一个隔膜板，粘贴在所述弹性剪切层径向外部区域上，其中所述隔膜板和所述胎体帘布层的一部分设置在所述弹性剪切层径向内部，它们各具有大于所述弹性剪切层剪切模量的纵向拉伸模量。
2.根据权利要求1的轮胎，其中，所述胎体帘布层的加强芯线相对于所述轮胎赤道面以约15°至约20°范围的角度设置在轮胎顶部中。
3.根据权利要求1的轮胎，其中，所述胎体帘布层的加强芯线相对于所述轮胎赤道面以约30°至约60°范围的角度设置在轮胎侧壁部分中。
4.根据权利要求1的轮胎，其中，所述胎体帘布层包括两个加强芯线层。
5.根据权利要求1的轮胎，其中所述胎体帘布层是一个加强芯线层，加强芯线层被设置成绕过所述胎圈，并且其自由端在赤道面上重叠。
6.根据权利要求1的轮胎，其中，所述剪切层直接粘贴在所述胎体帘布层上。
7.根据权利要求1的轮胎，其中，所述剪切层径向部的加强胎体帘布层部分的纵向拉伸模量与所述剪切层的剪切模量的比率至少为约100∶1。
8.根据权利要求1的轮胎，其中，所述隔膜板的纵向拉伸模量与所述剪切层的剪切模量的比率至少为约100∶1。
9.根据权利要求8的轮胎，其中，所述隔膜板的纵向拉伸模量与所述剪切层的剪切模量的比率至少为约1000∶1。
10.根据权利要求1的轮胎，其中，所述隔膜板包括埋在一弹性包覆层中的基本不可伸长的芯线加强件层，所述包覆层的弹性剪切模量至少等于所述剪切层的弹性剪切模量。
11.根据权利要求10的轮胎，其中所述隔膜板的芯线加强件与所述轮胎环向构成在约10°和45°之间的角度。
12.根据权利要求1的轮胎，进一步包括一第二隔膜板，设置在所述剪切层和所述胎体帘布层之间，并粘贴在所述剪切层上，第二隔膜板的纵向拉伸模量大于所述剪切层剪切模量。
13.根据权利要求12的轮胎，其中，所述第二隔膜板包括埋在一弹性包覆层中的基本不可伸长的芯线加强件层，所述包覆层的弹性剪切模量至少等于所述剪切层的弹性剪切模量。
14.根据权利要求13的轮胎，其中，所述第二隔膜板的芯线加强件与所述轮胎环向构成在约10°和45°之间的角度。
15.根据权利要求1的轮胎，其中，所述轮胎的单位接触区域宽度的反向偏移强度大于0.1DaN/mm2。
16.根据权利要求1的轮胎，其中，P·R≈G·h，其中G是所述剪切层的弹性剪切模量，h是所述剪切层的径向厚度，P是轮胎的预定地面接触压力，R是所述隔膜板最外部区域的径向位置。
17.根据权利要求1的轮胎，其中，所述侧壁部分在轮胎子午面上是直的。
18.根据权利要求17的轮胎，其中，所述侧壁部分的最大厚度为所述轮胎径向截面高度的20％。
19.根据权利要求17的轮胎，其中所述侧壁部分的最大厚度为所述轮胎径向截面高度的10％。
全文摘要
一种不需要内气压支撑载荷的弹性轮胎，包括一地面接触胎面部分，从该胎面部分径向向内延伸的侧壁部分，并在该轮胎转动时保持车轮固定在的胎圈部分。一支撑该侧壁的帘布层斜交帘布层胎体在该胎圈之间延伸，一加强环形带设置在该胎面部分的径向部，该环形带包括一个在该帘布层斜交帘布层胎体径向外侧的弹性剪切层，以及一个粘贴在该弹性剪切层径向外侧的隔膜板。每个帘布层斜交帘布层和隔膜板包括大于该剪切层剪切模量的纵向拉伸模量，使得在施加外载荷时，轮胎的接触地面部分经剪切拉伸变成一平的接触区域，同时保持该隔膜板恒定的接触长度。
文档编号B60C3/00GK1436128SQ01811173
公开日2003年8月13日 申请日期2001年4月16日 优先权日2001年4月16日
发明者R·H·汤普森, T·B·赖恩, K·W·德米诺, S·M·克龙 申请人:米其林研究和技术股份有限公司, 米其林技术公司