泄气保用轮胎系统及其支撑环的制作方法

专利名称：泄气保用轮胎系统及其支撑环的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种泄气保用轮胎系统，即使当轮胎的内压降低时，该系统也能够使车辆以恒定的速度安全地行驶预定距离。
背景技术：
近年来，已经提出了一种泄气保用轮胎系统，借助该系统，轮胎即使是在泄气时也能够行进非常长的距离，例如以高达约80km/hr的相对较高的速度行进几百公里。
图8示出了这种类型的一种常规系统。该系统包括轮胎“a”，其上安装轮胎“a”的轮辋b，和在由轮胎“a”和轮辋b包围的腔i中被安装在轮辋b上的支撑环e。当轮胎的内压降低时，支撑环e抵靠在胎面部分d的内表面上，以支撑轮胎负载。轮辋b包括第一和第二轮辋底b1和b2，其上安装轮胎“a”的第一和第二胎圈部分f1和f2。用于支撑环e的安装部分g被设置在座b1和b2之间。
如图9所示，在该系统中，当轮胎“a”的内压由于戳穿或类似原因而降低时，胎面部分d的内表面d1抵靠所述支撑环e。施加在轮胎“a”上的负载由支撑环e和轮辋b支撑。由于第一胎圈部分f1和第二胎圈部分f2被锁定在轮辋突缘和隆起h之间，因此在泄气保用状态下，轮胎可以以特定速度行驶而不会产生问题。所述系统避免了在路肩上更换轮胎，使车辆能够行驶到加油站或维修站。因此，除了方便和舒适之外，考虑到高速行驶的安全性，期望这种泄气保用轮胎更普遍。
由于轮胎产生的噪音，因此存在一个路面噪声。当车辆在起伏路面上行驶时，如果腔i中的空气发生共振，就会产生所述路面噪声，且该路面噪声会导致频率范围在约50到400Hz的巨大噪声。该路面噪声会传到乘客室内并变成一种压抑的声音，使车辆中的乘客产生不舒适感。
与普通轮胎类似，在泄气保用轮胎系统中，为了保证乘坐适应性而降低路面噪声也是很重要的。
日本专利No.3373596提出了一种泄气保用轮胎系统，如图10所示，其中，由多孔材料或纤维材料制成的防止轮胎共振元件q围绕具有基本上呈T形截面的芯体p的外表面设置。这项技术旨在减小主频率约为250Hz的腔共振，在该频率下共振变为噪声。
如图11和12所示，日本专利申请公开文件No.2003-502200(WO00/76791A1)提出了一种泄气保用系统，其中，安装在轮辋上的环形支撑体r构成了一个谐振器，该谐振器包括大量由处于外周壁w1和内周壁w2之间的支撑壁部分w3所限定的空腔u，且侧壁w4封闭所述谐振器。侧壁4设有管v，该管与所述空腔连通。在所提出的这种系统中，基于亥姆霍兹谐振器原理，所述谐振器的振动特性通过管v得到优化，从而抑制了共振。
不过，根据前一种系统，安装在芯体p的表面上的防止轮胎共振元件q在泄气保用行驶状态下与腔的表面接触。因而，在泄气保用行驶时所产生的摩擦热被减少，且预先施加在腔表面的润滑剂被防止轮胎共振元件q吸收或擦去，这就产生一个问题，即泄气保用耐久性能变差。另外，具有基本上呈T形截面的芯体p较重，且使抗滚动阻力性能变差。
后一种系统也存在一个问题，由于侧壁w4较厚，因此整体重量增加了。另外，该系统要求复杂且严格的操作，例如，将管v安装在侧壁w4上的操作，将空腔安装在侧壁w4上的操作，以及谐振器的振动特性的调谐操作，因此装配较麻烦。

发明内容
本发明的主要目的是提供一种泄气保用轮胎系统，该系统通过抑制腔内的共振来降低路面噪声，而且该系统重量轻且具有非常好的泄气保用耐久性，本发明还提供一种用于所述泄气保用轮胎系统的支撑环。
根据本发明，一种泄气保用轮胎系统，包括充气轮胎；
其上安装充气轮胎的轮辋；和由弹性材料制成的支撑环，该支撑环被设置在由轮辋的内表面和安装于其上的轮胎的内表面所围绕的腔中，其中所述支撑环包括环形体，该环形体沿着轮胎的圆周方向延伸，且设有在腔处敞开的多个中空部，至少一个由海绵状材料制成的消声器，表观密度为0.1g/cm3或更小且被设置在所述中空部中且该消声器并不从中空部的入口表面突伸入腔中。
根据本发明的泄气保用轮胎系统和用于该系统的支撑环，上述消声器吸收腔中的共振能量并减小路面噪声。这样，能够在乘客室中获得舒适的可乘坐性。另外，由于所述消声器被这样设置，即不从中空部的入口表面突伸入腔中，因而被预先施加在腔上的润滑剂不会被吸收或擦去。因此，泄气保用耐久性不会变差。另外，由于所述消声器具有低密度且重量轻，因此整个系统的重量被减小。


图1为一截面图，示出了本发明的泄气保用系统；图2为一透视图，示出了图1的支撑环；图3为所述支撑环的局部侧视图；图4为沿着图3中线A-A的展开图；图5为一个图表，示出了在上述系统的转鼓行驶试验中，沿着竖直方向的轴向力变化的频率分析的结果。
图6为沿着图3中线A-A的展开图，示出了上述支撑环的另一个实施例；图7为沿着图3中线A-A的展开图，示出了上述支撑环的另一个实施例；图8为常规泄气保用系统的截面图；图9为一截面图，示出了图8中系统的低内压状态；
图10为另一个常规组件的截面图；图11为另一个常规组件的截面图；图12为常规支撑环的分解透视图。
具体实施例方式
如图所示，根据本发明的一种泄气保用轮胎系统1，包括充气轮胎2，轮辋3和设置在由轮辋3的内表面和安装在其上的轮胎2的内表面所包围的腔4中的支撑环5。
充气轮胎2包括胎面部分2a；一对轴向间隔的胎圈部分2d，每个胎圈部分中带有胎圈芯2e；一对侧壁部分2b；在所述胎圈部分2d之间延伸过胎面部分2a和侧壁部分2b的胎体2f；以及在胎面部分2a中设置在所述胎体2f径向外侧的束带2g。
为了在没有内胎的情况下使用轮胎2，轮胎2的内表面被不透气橡胶所覆盖，所述不透气橡胶被称作内衬。
所述胎体2f包括一层由帘线组成的径向帘布层。所述帘布层在胎圈部分2d之间延伸，在每个胎圈部分2d中经胎圈芯2e的径向内侧，超过胎圈芯2e并到达其轴向外侧，然后所述帘布层径向向外折回到胎圈芯2e的轴向内侧，从胎体帘布层主体2f1和胎圈芯2e之间经过，从而形成填满橡胶的环2f2。所述折回部分沿着胎体帘布层主体2f1径向向外延伸，然后中止于胎圈部分中，使边缘被定位在胎圈芯径向外端的略微径向外侧一点的径向位置处。因此，当张力被施加在胎体帘布层主体部分2f1上时，所述环2f2被轴向向内拉。由于环2f2其中设有橡胶，因此它作用相当于楔入胎圈芯2e和轮辋底(3a或3b)之间狭窄间隙中的楔。从而所述胎体帘布层2f被牢固地锁定。
所述轮辋3包括用于第一胎圈部分2d1的第一轮辋底3a；用于第二胎圈部分2d2的第二轮辋底3b；在安装轮胎时使用的，设置在第二轮辋底3b附近的轮辋凹槽(rim well)3d；设在轮辋凹槽3d和第一轮辋底3a之间，用于支撑环5的安装部分3g；沿着安装部分3g的轴向边缘形成在轮辋凹槽侧上的隆起3e；和设置在安装部分3g中位于安装部分3g的另一轴向边缘附近的槽3f。
第一和第二轮辋底3a和3b轴向向外逐渐变细，这与常规轮辋不同，常规轮辋的轮辋底朝着轴向中心(轮胎赤道圆)逐渐变细。
在该实施例中，由于第一胎圈部分2d1的内径小于第二胎圈部分2d2的内径，因此，第一轮辋底3a的直径被制造得小于第二轮辋底3b的直径。
安装部分3g基本上以轮辋的轴向宽度的中心为中心，或以轮胎的胎面宽度的轴向中心为中心。
安装部分3g的直径Dg大于第一轮辋底3a的轮辋突缘的直径Da。
隆起3e沿着圆周方向连续地延伸，以便起到止挡的作用，防止支撑环5朝着轮辋凹槽轴向位移，还起到定位支撑环5的作用。
而且，在每个轮辋底3a，3b的轴向内端处形成有圆周向连续延伸的隆起3h。
支撑环5包括由弹性材料制成的环形体7和至少一个消声器9。该支撑环5从内侧支撑胎面部分2a，以便当轮胎泄气时使其能够行驶较长的距离。
对于耐久性而言优选的是，弹性材料，例如橡胶材料，其硬度为45到60度，且损耗角正切(tan delta)为0.02到0.08。这里，所述硬度的意思是，在温度为23+2摄氏度时，根据日本工业标准JIS-K6253所测量的硬度计D型硬度。所述损耗角正切是使用粘弹性分光计在以下条件下测量的频率为10Hz；温度为100摄氏度；初始伸长率为10％；动应变幅度为+0.25％。
例如，聚氨酯，橡胶，EPDM和类似材料可以被用作所述弹性材料。在该实施例中，支撑环5被制造成聚氨酯铸件。
环形体7包括当轮胎泄气时与胎面部分2a的内侧接触的径向外环部分7a；被固定到轮辋3上的径向内环部分7b；和跨接在所述内环部分7a和外环部分7b之间的支撑壁部分14，在本实施例中其以之字形方式沿圆周方向延伸。
内环部分7b的径向内圆周表面设有突起7d，该突起被容纳在轮辋3的上述槽3f中。除了所述突起7d外，径向内圆周表面的内径值是恒定的，且较轮辋3的安装部分3g的外径Dg略小。换言之，支撑环5的内径较轮辋3的安装部分3g的外径Dg略小。因此，在安装时，由于支撑环5的弹性变形，支撑环5能够与安装部分3g紧密配合。
如图1所示，支撑环5的径向高度H被设定在不小于如下范围内不小于腔径向高度Ht的35％，优选是大于40％，但不大于65％，优选是小于58％，更优选是小于50％。如果所述径向高度H过高，在正常行驶期间，该支撑环5就非常易于与胎面部分2a的内侧接触，从而不仅乘坐舒适性变差，而且驾驶稳定性和类似特性也会变差。如果该径向高度H过低，在泄气保用模式下，则轮胎的挠度变大，并使驾驶稳定性和泄气保用行驶距离变差。
这里，高度H和Ht在以下标准条件——即支撑环5和轮胎2被安装在轮辋3上，且轮胎被充气达到标准压力(设计压力)且不对轮胎施加负载——被如下限定支撑环5的径向高度H为沿径向方向从安装部分3g到支撑环5的径向最外点测量；腔的径向高度Ht为沿径向方向从安装部分3g到胎面部分的内表面的上的径向最外点测量。所述标准压力为JATMA中的“最大气压”，ETRTO中的“充气压力”，TRA中的“各种冷充气压力下的轮胎负载极限”表中所给出的最大压力以及类似值。然而，在客车轮胎的情况下，180kPa被用作所述标准压力。
如图4所示，支撑壁部分14包括两种倾斜部分14b1和14b2以及接合部分14c，每种倾斜部分包括两个阶梯部分14a，且沿着轮胎的轴向分阶地延伸，每个接合部分在沿轮胎轴向的端部处将圆周向相邻的倾斜部分14b1和14b2彼此连接起来。
环形体7设有多个中空部6，所述中空部在腔4处敞开并被外环部分7a、内环部分7b和支撑壁部分14限定在轮胎沿轴向方向的侧表面上。如图2或4所示，一个所述中空部6由外环部分7a、内环部分7b、一对倾斜部分14b1和14b2，以及一个接合部分14c所包围。
在该实施例中，所述中空部6被设置成中空部6在轮胎轴向的两侧上交替地敞开，且沿着轮胎的圆周方向延续。由于中空部6被设置在轮胎的轴向两侧，且保持平衡地交替，因此使环形体7重量的平衡被均等化，从而防止了高速行驶时振动的发生。
中空部6具有一深度，该深度从轮胎轴向侧面上敞开的入口表面6A延伸到其底面6B。所述入口表面6A可以采用各种形状，例如沿轮胎圆周方向或轴向延伸的圆形、矩形、三角形、槽形，以及沿轮胎的轴向形成的通孔形状。
适当地确定中空部6的数量和每个中空部6的体积，使环形体7在泄气保用状态下足以支撑一个负载。例如，中空部6的一个优选的总体积在环形体7的表观体积的20到50％的范围内。环形体7的所述表观体积为所有中空部6与环形体7的总体积之和。这种环形体7大大地减小了支撑环5的重量，并提高了行驶性能。
如图4所示，中空部6横交于深度方向的截面从入口表面6A向底面6B减小。在该例子中，中空部6沿着圆周方向的宽度由于支撑壁部分14的阶梯部分14a而阶梯状变窄或分阶。
消声器9由多孔海绵状材料8制成，且被固定于所述中空部6。这里，所述海绵状材料的意思不仅包括开室型或闭室型的泡沫弹性体或塑料，还包括成形为互相缠结的纤维，例如合成纤维、植物纤维和动物纤维。在下述的例子中，优选采用开室型聚氨酯泡沫。所述海绵状材料具有较高的隔振能力和吸声能力，并有效地吸收腔4中的振动能量。其结果，共振被抑制，且路面噪声变小。
优选的是，所述海绵状材料8具有承受在泄气保用行驶时所产生的热量(例如140℃)的耐热能力。
海绵状材料8的优选材料是合成树脂海绵例如醚基聚氨酯海绵，酯基聚氨酯海绵，聚乙烯海绵，以及橡胶海绵例如氯丁橡胶海绵(CR海绵)，乙丙橡胶海绵(EDPM海绵)，丁腈橡胶海绵(NBR海绵)。考虑到消声性能、轻量性能、起泡可调节性、耐久性等，特别优选的材料是氨酯基海绵和聚乙烯基海绵例如醚基聚氨酯海绵。这种醚基聚氨酯海绵的一个例子是由MARUSUZU CO.，LTD生产的产品号为NO.E16的海绵。
所述海绵状材料8具有0.1g/cm3或更小的表观密度，但优选的是该表观密度为0.06g/cm3或更小，更优选的是0.04g/cm3或更小。通过使用这种低密度海绵，轮胎的重量被减轻，且轮胎平衡的不利影响被抑制。空隙度增加且吸声性能提高。如果所述表观密度超过0.1g/cm3，系统1的重量就被增加，空隙度减小且共振的抑制效果易于变差。
在该实施例中，消声器9被压缩，且处于这样一种状态，即消声器9被固定于中空部6。换言之，消声器9借助其弹力被固定于中空部6。因此，所述消声器9能够容易地固定于中空部6。另外，易于确定消声器9是否被安装在每个中空部6上，且声抑制性能的调节也变得容易。
消声器9在其被固定之后的体积与在其被固定之前自由状态下的体积之比的压缩比优选是70％或更高，更优选的是80％或更高，且其上限是优选95％或较低。如果该压缩比小于70％，海绵状材料8的空隙度就由于较高的压缩而被降低，且吸声性能被降低，如果该压缩比超过95％，所述消声器9就倾向于从中空部6中掉出。在这一问题上，还能够通过使用固定装置例如粘合剂和双面胶带将海绵状材料8可靠地固定于中空部6。
消声器9被设置成不从中空部6的入口表面6A朝着腔4突出。这样，消声器9就不会吸收或擦除预先施加在轮胎2的腔表面上用于减少在泄气保用行驶时所产生的摩擦的润滑剂。因而能够保持泄气保用耐久性。优选的是，考虑到由于振动、安装误差等引起的热膨胀、位置偏移，消声器9的表面从入口表面6A向底面凹入约3至7mm。
在该实施例中，当被固定在中空部6中时，所述消声器9的体积为中空部6的体积的20％或更大，更优选的是30％或更大，且其上限为约100％。如果该比率小于20％，就存在声抑制性能不足的倾向。如图4所示，本实施例的消声器9是体积约为中空部6体积的35％的块状体，且消声器9都被设置在所有中空部6的入口表面6A的这侧上。从而在消声器9与中空部6中的底面6B之间设置一间隙12。
中空部6横交于深度方向的截面朝着底面6B减小。因此，中空部6靠近入口表面6A侧的面积相对较大。这就增大了由消声器9吸收的声能，并增强了路面噪声降低效果。在该实施例中，当消声器9被固定于中空部6的入口表面6A时，就能够获得面对腔4的消声器9的较大表面积，并能进一步提高声抑制能力。
如图1和3所示，每个消声器9具有至少一个通气孔15。在本实施例中，该通气孔被设置在消声器9中的径向内表面与内环部分7b之间。该孔15朝着中空部6的底面延伸并在腔4和间隙12之间连通。因此，在腔4中振动的空气经孔15被引导到间隙12。其结果，通过干扰使空气的振动减弱。由于声能也从消声器9朝向所述孔15的表面被吸收，从而所显示的声抑制能力更强。
孔15的径向高度H1为1mm或更大，优选是2mm或更大，其上限为20mm或较小，且更优选是10mm或较小。如果该高度H1小于1mm，那么进入到间隙12中的振动能量就小，且如果该高度H1超过20mm，消声器9朝向腔4的表面积就被减小。
图6示出了支撑环5的另一个实施例。该实施例的消声器9由一盖体11构成，该盖体被装入中空部6的入口表面6A中，并覆盖该入口表面6A。一种相对较硬的海绵状材料8被用作该盖体11，且该盖体11的厚度t例如约为3至10mm。由于这种消声器9，系统1的重量能够被进一步降低。在该例子中，中空部6沿圆周方向被彼此分离，且每三个中空部6设置一个消声器9。
所述盖体11在其大致中心部分设置至少一个通气孔15。振动空气经过该通孔15并能进入间隙12中。由于上述的这种结构，借助振动之间的干扰并借助盖体11背面的声抑制能力，就能够获得共振抑制效果。通孔15的开口面积优选是在盖体11表面积的5到30％的范围内。
图7示出了支撑环5的另一个实施例。该实施例的环形体7设有中空部6，每个中空部6被夹在支撑壁部分14的倾斜部分14b之间。中空部6沿着轮胎圆周方向的宽度从入口表面6A朝着底面6B逐渐减小。消声器9被装入所有中空部6中。由海绵状材料8制成的消声器9装入到底面6B不留间隙。海绵状材料8靠近入口表面6A的表面8a从入口表面6A凹入几毫米，以便防止表面8a由于热膨胀等而朝着腔4突出。
例子泄气保用系统的原型采用具有如图1所示结构的支撑环。基于如表1所示的规格所制造的消声器被安装在每个支撑环上。使用225-680R460A轮胎，以及225×460A的轮辋。对每个系统进行模拟反作用力试验。
以这样一种方式进行模拟反作用力试验，即，在以下条件下使系统在转鼓上运行内压为200kpa，负载为5.1KN，速度为60km/h，此时对竖直方向上的轴向力的变化进行测量，并对频率进行分析。图5示出了本发明的例1和常规示例的频率分析结果。通过频率分析，获得轴向力变化的峰值，且该值示于表1，作为行驶路面噪声的评价值。能够确定，轴向力变化的峰值与实际车辆的路面噪声测量结果相关。试验的结果等在表1中示出。
表1

权利要求
1.一种泄气保用轮胎系统，包括充气轮胎；其上安装充气轮胎的轮辋；和由弹性材料制成的支撑环，该支撑环被设置在由轮辋的内表面和安装于轮辋上的轮胎的内表面所包围的腔中，其中所述支撑环包括一个环形体，该环形体沿着轮胎的圆周方向延伸，且设有在腔处敞开的多个中空部，以及至少一个由海绵状材料制成的消声器，具有0.1g/cm3或更小的表观密度并置于所述中空部中且该消声器并不从中空部的入口表面突伸入腔中。
2.如权利要求1所述的泄气保用轮胎系统，其中，所述环形体由橡胶材料制成。
3.如权利要求1所述的泄气保用轮胎系统，其中，所述中空部具有一个从所述入口表面延伸到其底面的深度，且中空部横交于所述深度方向的截面从所述入口表面朝着所述底面减小。
4.如权利要求1所述的泄气保用轮胎系统，其中，所述中空部中消声器和底面之间设置有一个间隙。
5.如权利要求4所述的泄气保用轮胎系统，其中，所述消声器具有至少一个通气孔，所述通气孔在腔和所述间隙之间连通。
6.如权利要求1所述的泄气保用轮胎系统，其中，消声器的体积在所述中空部的20到100％的范围内。
7.如权利要求1所述的泄气保用轮胎系统，其中所述环形体包括径向外环部分，当轮胎泄气时其与轮胎胎面部分的内侧相接触；径向内环部分，被固定到轮辋上；和支撑壁部分，该支撑壁部分跨接在所述内环部分和外环部分之间，同时以之字形沿圆周向延伸，以便构成中空部，所述中空部沿轮胎的轴向在相对侧交替地敞开。
8.一种用于泄气保用轮胎系统的支撑环，包括一个环形体，该环形体由弹性材料制成，且沿着轮胎的圆周方向延伸，其中，所述支撑环包括一个环形体，该环形体沿着轮胎的圆周方向延伸，且设有在腔处敞开的多个中空部，和至少一个由海绵状材料制成的消声器，具有0.1g/cm3或更小的表观密度并置于所述中空部中且该消声器并不从中空部的入口表面突伸入腔中。
全文摘要
一种泄气保用轮胎系统，包括充气轮胎；其上安装充气轮胎的轮辋；和由弹性材料制成的支撑环，该支撑环被设置在由轮辋的内表面和安装于其上的轮胎的内表面所包围的腔中，其中，所述支撑环包括环形体，该环形体沿着轮胎的圆周方向延伸，且设有在腔处敞开的多个中空部，至少一个由海绵状材料制成的消声器，具有0.1g/cm
文档编号B60C5/00GK1676353SQ20051005553
公开日2005年10月5日 申请日期2005年3月16日 优先权日2004年3月29日
发明者石田孝明, 田中正俊, 田波由里江 申请人:住友橡胶工业株式会社