专利名称：断面为钻戒形的无钢丝圈充气轮胎及其轮辋的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种轮胎及其轮辋。
背景技术：
自从米其林20世纪40年代发明子午胎以来，经过大半个世纪的发展，轮胎性能已 趋完善。典型的子午胎结构中，在胎圈部分，胎体帘布绕过钢丝圈所形成的反包端头是应力 集中区域，特别是当胎体采用钢丝帘布时，轮胎在使用中常因帘布反包端头脱空，而导致出 现轮胎胎圈早期损坏的各种病象。胎圈在轮胎的使用过程中发挥着重要的作用1、钢丝圈 将轮胎固定在轮辋上并通过对其底部材料箍紧压缩，使胎圈与轮辋间形成的静摩擦力大于 轮胎行驶面与地面间的静摩擦力，防止在车辆行进时轮胎与车轮轮辋间的相对滑动。因为 一旦出现相对滑动，轮胎就不具备传递动力的基本性能，而且将会使轮胎胎圈迅速损毁。轮 辋的轮廓曲线和轮鼓与胎圈相配合，承受胎圈在内压作用下形成的向外的轴向推力，实现 对胎圈的轴向定位；同时承受胎圈的径向箍紧压缩力，形成轮辋向轮胎传递动力的摩擦力， 此即传统轮辋的主要功能。2、在轮胎胎圈部位，钢丝圈顶面、胎体反包端和胎体帘布间有一 个三角形的橡胶填充部件，作用是使弯曲刚性从胎圈部位平滑过渡到胎侧部位，并为轮胎 提供足够的侧向刚性和侧偏刚性，从而使轮胎具备必须的操纵性能。如何处理好胎体帘布反包端头应力集中的问题，历来是轮胎优化设计追求的重要 目标之一。美国专利US4265293，所述的简化闭环子午胎中，采用了胎体闭环，虽然避免了反 包端头的出现，但该闭环未能体现胎圈部的全部功能，因此，还需要设计钢丝圈部件把轮胎 固定在轮辋上，或采用胶粘剂把轮胎粘着在轮辋上，并且这类轮胎不具备轮胎的侧向刚性 和侧偏刚性，因而这类轮胎不具备使用性能。美国专利US4057445，胎体也采用了闭环结构，仍采用钢丝圈将闭环胎体固定在轮 辋上，轮胎的侧向刚性和侧偏刚性仍然缺失。欧洲专利EP 0894645 Al，胎体也采用了闭环结构，三角胶采用外置设计，三角胶 内还设计有钢丝圈和纤维织物环加强，虽然基本上可以保留原来典型子午胎的胎圈的功 能，但是轮胎的侧向刚性和侧偏刚性已经大大地弱化，轮胎重量与典型子午胎相比没有大 的变化，结构无优势。美国专利US4682640，它与上述美国专利US4057445在结构上基本相似，缺陷是相 同的。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有轮胎在使用中常因胎体帘布反包端头脱空而导致 轮胎胎圈出现早期损坏的各种病象问题，从根本上消除原典型轮胎胎圈部位的结构缺陷， 进而提供一种断面为钻戒形的无钢丝圈充气轮胎及其轮辋。本发明断面为钻戒形的无钢丝圈充气轮胎是通过以下技术方案来实现的，本发明 包括气密层、胎体帘布层、胎体帘布层端头、胎腹胶、胎侧胶、胎肩填充胶、胎面胶、带束层和气门嘴，所述气密层设置在轮胎的最内侧，所述胎体帘布层包覆在气密层的外侧，胎体帘 布层的两端均是胎体帘布层端头，两个胎体帘布层端头相互搭接或近闭合对接，胎体帘布 层的外表面上依次设置有胎腹胶、胎侧胶、胎肩填充胶和胎面胶，胎体帘布层和胎面胶之间 设置有带束层，气门嘴固定在胎腹一侧并贯穿于胎腹胶层、胎体帘布层和气密层。本发明的轮辋是本发明的断面为钻戒形的轮胎配套专用轮辋，轮胎与轮辋必须进 行整体匹配设计，其配套使用的实质是对传统轮辋功能的突破，即，本发明的轮辋与本发明 的断面为钻戒形的无钢丝圈充气轮胎匹配使用时，全面实现了原典型子午胎胎圈部的功 能。本发明的断面为钻戒形的无钢丝圈充气轮胎通过与本发明的轮辋组合，将原典型子午 胎胎圈部的功能巧妙地转移到本发明的轮辋上。本发明的轮辋的本质特征在与本发明的断面为钻戒形轮胎匹配中显现1、轮辋轮 廓曲线的高度在断面为钻戒形的轮胎胎腔高度的0. 35倍到0. 6倍范围内；2、同时，轮辋与 轮胎按标准充气装配后，轮辋与轮胎接触面的断面曲线总长度达到轮胎标称宽度的0. 6倍 以上；3、轮辋与轮胎接触面的平均压强不低于轮胎充气内压值的0. 2倍。本发明的轮辋包 括卷曲边缘、曲线弧、过渡台阶和平直线段，平直线段的两端各有一个过渡台阶，每个过渡 台阶的外侧设有一个曲线弧，每个曲线弧的外侧均有一个卷曲边缘。本发明的有益效果本发明提出的技术方案，彻底抛弃了现有轮胎的钢丝圈结构， 采用轮胎胎体层结构在轮胎任意断面处象戒指一样呈近椭圆形环状闭合或半闭合。这种 技术方案的结构与典型子午胎结构相比，在驾驶性能和操纵性能等同基础上，提高了轮胎 的磨耗及使用寿命，极大地降低了轮胎使用中出现的早期质量问题，轮胎重量降低10 25%，实现了轮胎轻量化，因而能进一步降低燃油消耗。本发明适用于所有充气轮胎，包括乘用车轮胎、竞赛用轮胎、轻型载重汽车轮胎、 中型及重型载重汽车轮胎和客车轮胎、工程机械轮胎、工业车辆轮胎、农业轮胎和航空轮 胎。
图1是本发明轮胎钻戒形断面和轮辋的断面结构示意图，图2是本发明轮胎钻戒形断面的结构示意图，图3是本发明轮辋的断面结构示意图，图4是现有典型的子午胎的断面结构示意图。以上图中的附图标记1-气密层，2-胎体帘布层，3-胎体帘布层端头，4-端头填充 胶，5-胎腹胶，6-胎侧胶，7-胎肩填充胶，8-胎面胶，9-带束层，10-气门嘴，11-轮辋，20-钢 丝圈，21-下三角填充胶，22-上三角填充胶，23-胎圈钢丝包布，24-胎体钢丝帘布层，25-胎 体钢丝帘布层反包端头，26-内衬层，27-胎圈耐磨胶，28-胎侧填充胶，29-胎侧胶，30-胎 肩填充胶，31-胎面胶，32-单层或多层带束层，40-卷曲边缘，41-曲线弧，42-过渡台阶， 43-平直线段。
具体实施例方式具体实施方式
一参照图1和图2进行说明，较佳的技术方案包括气密层1、胎体 帘布层2、胎体帘布层端头3、胎腹胶5、胎侧胶6、胎肩填充胶7、胎面胶8、带束层9和气门
4嘴10，所述气密层1设置在轮胎的最内侧，所述胎体帘布层2包覆在气密层1的外侧，胎体 帘布层2的两端均连接有一个胎体帘布层端头3，两个胎体帘布层端头3相互搭接或近闭合 对接，胎体帘布层2的外表面上依次设置有胎腹胶5、胎侧胶6、胎肩填充胶7和胎面胶8，胎 体帘布层2和胎面胶8之间设置有带束层9，气门嘴10固定在胎腹一侧并贯穿于胎腹胶5、 胎体帘布层2和气密层1。
具体实施方式
二 参照图1和图2进行说明，本实施方式所述两个胎体帘布层端头 3的搭接处在带束层9的内侧。其他与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
三参照图1和图2进行说明，本实施方式还包括两个端头填充胶 4，端头填充胶4的断面为三角形，每个胎体帘布层端头3的外端设有一个端头填充胶4。其 他与具体实施方式
二相同。
具体实施方式
四参照图1和图2进行说明，本实施方式所述带束层9为单层结 构。其他与具体实施方式
三相同。
具体实施方式
五参照图1和图2进行说明，本实施方式所述带束层9为多层结 构。其他与具体实施方式
三相同。
具体实施方式
六参照图2和图3进行说明，本实施方式所述的轮辋11包括卷曲 边缘40、曲线弧41、过渡台阶42和平直线段43，平直线段43的两端各有一个过渡台阶42， 每个过渡台阶42的外侧设有一个曲线弧41，每个曲线弧41的外侧均有一个卷曲边缘40。
具体实施方式
七参照图2和图3进行说明，本实施方式所述卷曲边缘40的半径 为10mm。其他与具体实施方式
六相同。
具体实施方式
八参照图2和图3进行说明，本实施方式所述过渡台阶42的高度 为5mm。其他与具体实施方式
七相同。
具体实施方式
九参照图2和图3进行说明，本实施方式所述过渡台阶42的宽度 为6. 35mm。其他与具体实施方式
八相同。本发明的钻戒形轮胎胎体采用闭环结构，与典型子午胎结构(图4)相比，原胎圈 部位消失，即无钢丝圈20、无胎体钢丝帘布层反包端头25、无胎圈钢丝包布23、无下三角 填充胶21和上三角填充胶22，因而钻戒形轮胎自身也不具有原胎圈部位将轮胎固定在轮 辋上，并为轮胎提供了足够的侧向刚性和侧偏刚性的功能。本发明的核心是通过钻戒形轮 胎与轮辋的组合将原典型子午胎结构胎圈部位的功能转移到轮辋上，使钻戒形轮胎在全面 具备原典型子午胎结构的各种优异使用性能外，由于胎体钢丝帘布层反包端头25的消失， 从根本上消除了原典型子午胎胎圈部位的结构缺陷。同时，因为原胎圈部位消失，使钻戒形 轮胎与使用性能相对应的原典型子午胎相比，胎体形成封闭力系，受力更加合理、均勻，胎 重可减轻10 25%。图2是钻戒形轮胎结构断面图，胎腔的充气平衡轮廓形状是设计轮辋轮廓曲线的 基本依据钻戒形轮胎的充气平衡内轮廓形成的环形胎腔体积为VI，胎腔断面面积为Si， 胎腔的高度为H ；钻戒形轮胎(图2)与轮辋的组合如图1所示。轮辋轮廓曲线由四个区域 段组成(图3):半径为IOmm的卷曲边缘40、曲线弧41高度为5mm、宽度为6. 35mm的过渡 台阶42和平直线段43。过渡台阶42由一段半径为5mm的弧线与曲线弧41的下端点相切， 卷曲边缘40与曲线弧41的上端点相切。曲线弧41可以是由一段弧线构成，也可以是几段 弧相切连接而成。曲线弧41的高度为h。h的取值范围一般在0.35H 0.6H。曲线弧41弧线长为L41，平直线段43长为L43。轮辋表面有一定粗糙度，使其与橡胶间的摩擦系数> 0. 4。曲线弧41与平直线段43对应的轮辋表面积为SO上述这种组合的整体匹配设计特点是组合后的胎腔体积为V2，胎腔断面 面积为S2，且有Vl > V2，Sl > S2 ；钻戒形轮胎与轮辋轮廓曲线装配后充气到规定的 标准气压PO时，钻戒形轮胎断面与轮辋轮廓曲线接触线总长为L，组合设计优化后使 L彡0. 8*(2*L41+L43)，且轮辋与钻戒形轮胎接触面上的平均压强P > 0. 2*P0，轮辋与钻戒 形轮胎的静摩擦力为0. 8*S0*0. 2*Ρ0*0· 4 = 0. 64*S0*P0设轮胎负荷为LL，轮胎与地面间的极限静摩擦系数为1. 6，设计应满足0. 64*S0*P0 彡 1. 6*LL这时，钻戒形轮胎与轮辋的组合实现了在车辆行进中防止轮胎与轮辋间的相对滑 动；曲线段41的高度通过有限元分析优化设计，可以确保钻戒形轮胎在实际使用中体现出 具有足够的侧向刚性和侧偏刚性；当轮胎受到侧向力达到1.6LL之前，轮胎开始在地面上 滑移，而钻戒形轮胎与轮辋在曲线段41的接触面不会出现分离现象，这恰如有无形的钢丝 圈将钻戒形轮胎固定在轮辋上一样。以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此， 任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换， 都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范 围为准。
权利要求
一种无钢丝圈充气式断面为钻戒形的轮胎，其特征在于，包括气密层(1)、胎体帘布层(2)、胎体帘布层端头(3)、胎腹胶(5)、胎侧胶(6)、胎肩填充胶(7)、胎面胶(8)、带束层(9)和气门嘴(10)，所述气密层(1)设置在轮胎的最内侧，所述胎体帘布层(2)包覆在气密层(1)的外侧，胎体帘布层(2)的端部是胎体帘布层端头(3)，两个胎体帘布层端头(3)相互搭接，胎体帘布层(2)的外表面上依次设置有胎腹胶(5)、胎侧胶(6)、胎肩填充胶(7)和胎面胶(8)，胎体帘布层(2)和胎面胶(8)之间设置有带束层(9)，气门嘴(10)固定在胎腹一侧并贯穿于气密层(1)和胎体帘布层(2)。
2.根据权利要求1所述的无钢丝圈充气式断面为钻戒形的轮胎，其特征在于，所述两 个胎体帘布层端头(3)的搭接处在带束层(9)的内侧。
3.根据权利要求1所述的无钢丝圈充气式断面为钻戒形的轮胎，其特征在于，还包括 两个端头填充胶(4)，端头填充胶(4)的断面为三角形，每个胎体帘布层端头(3)的外端设 有一个端头填充胶(4)。
4.根据权利要求3所述的无钢丝圈充气式断面为钻戒形的轮胎，其特征在于，所述带 束层(9)为单层结构。
5.根据权利要求3所述的无钢丝圈充气式断面为钻戒形的轮胎，其特征在于，所述带 束层(9)为多层结构。
6.一种为权利要求1、2、3、4或5所述的断面为钻戒形的无钢丝圈充气轮胎配套使用 的轮辋，其特征在于，所述的轮辋的轮廓曲线的高度在无钢丝圈充气式断面为钻戒形的轮 胎胎腔高度的0. 35倍到0.6倍范围内；同时，轮辋与轮胎按标准充气装配后，轮辋与轮胎接 触面的断面曲线总长度达到轮胎标称宽度的0.6倍以上；所述的轮辋(11)包括卷曲边缘 (40)、曲线弧(41)、过渡台阶(42)和平直线段(43)，平直线段(43)的两端各有一个过渡台 阶(42)，每个过渡台阶(42)的外侧设有一个曲线弧(41)，每个曲线弧(41)的外侧均有一 个卷曲边缘(40)。
7.根据权利要求6所述的轮辋，其特征在于，所述卷曲边缘(40)的半径为10mm。
8.根据权利要求7所述的轮辋，其特征在于，所述过渡台阶(42)的高度为5mm。
9.根据权利要求8所述的轮辋，其特征在于，所述过渡台阶(42)的宽度为6.35mm。
全文摘要
本发明公开了一种断面为钻戒形的无钢丝圈充气轮胎及其轮辋，轮胎包括气密层、胎体帘布层、胎体帘布层端头、胎腹胶、胎侧胶、胎肩填充胶、胎面胶、带束层和气门嘴，所述气密层设置在轮胎的最内侧，所述胎体帘布层包覆在气密层的外侧，胎体帘布层的两端均连接有一个胎体帘布层端头，两个胎体帘布层端头相互搭接；轮辋的平直线段的两端各有一个过渡台阶，每个过渡台阶的外侧设有一个曲线弧，每个曲线弧的外侧均有一个卷曲边缘。本发明彻底抛弃了现有轮胎的钢丝圈结构，采用轮胎胎体层结构在轮胎任意断面处象戒指一样呈近椭圆形环状闭合。这种结构的轮胎及其轮辋组合在使用中具有足够的侧向刚性和侧偏刚性，且轮胎与轮辋间无相对滑动。
文档编号B60C15/06GK101934684SQ201010266279
公开日2011年1月5日 申请日期2010年8月30日 优先权日2010年8月30日
发明者王友善 申请人:王友善