侧壁散热片的制作方法

本公开涉及轮胎领域，并且更具体地讲，涉及用于轮胎的冷却结构。

背景技术：

当轮胎旋转时，轮胎胎面橡胶被车辆的重量压缩，并且随后通过进一步旋转而解压缩。这种形状和尺寸的瞬时损失在胎面橡胶内产生热量。在一定的车辆重量和速度下，传导、对流和辐射等正常热传递机制通常能够充分地将热量传递出胎面区域。然而，在高旋转速度(导致高频率压缩)或重车辆负载下，热量增量要大得多。

本领域已知的冷却结构较为笨重、降低轮胎性能、过于昂贵，并且未优化以最高效地冷却轮胎。

技术实现要素：

在一个实施例中，轮胎包括：具有第一侧壁部分和第二侧壁部分的侧壁、第一环，以及位于第二侧壁部分上的第二环。所述第一环和第二环各自包括至少一个散热片和贴近所述散热片的至少一个凹槽。第一散热片具有第一散热片高度，该高度等于或大于所述第一散热片位置处的第一预定气流边界层厚度。位于第二位置处的第二散热片具有第二散热片高度，该高度等于或大于所述第二位置处的第二预定气流边界层厚度。在该实施例中，所述第一散热片高度不同于所述第二散热片高度。

在另一个实施例中，轮胎具有位于轮胎侧壁部分上的散热片带。该散热片带包括至少一个突出的散热片和邻近散热片的至少一个凹槽，其中该凹槽相对于散热片轴向向内凹陷。所述散热片具有等于或大于该轮胎预定位置和角速度处的气流边界层厚度的高度。

在又另一个实施例中，用于在轮胎上提供一个或多个散热片的方法涉及通过使用以下公式确定轮胎选定位置处的气流边界层厚度：δ＝5.4r/√Re＝5.4√(ν/ω)，其中δ是气流边界层厚度，r是沿着半径从轮胎轮轴到选定位置的距离，Re是雷诺数，ν是空气的运动粘度，并且ω是在轮胎选定位置处的轮胎的预定角速度。该方法还涉及在轮胎的选定位置处提供至少一个散热片，其中该散热片具有一定高度，并且其中该高度等于或大于气流边界层厚度δ。

附图说明

在附图中，示出了结构，所述结构与下文提供的详细描述一起描述了受权利要求书保护的本发明的示例性实施例。类似的元件用相同的附图标号标示。应当理解，被示出为单个部件的元件可以用多个部件替换，并且被示出为多个部件的元件可以用单个部件替换。附图未按比例绘制，并且出于说明性目的，可能放大了某些元件的比例。

图1是具有散热片的轮胎100的第一实施例的侧视图；

图2是轮胎100的横截面图；

图3是轮胎100的透视横截面图；

图4A是轮胎100的横截面；

图4B是图4A中所示轮胎100的横截面的特写部分；

图4C是图4A中所示轮胎100的横截面的另一个特写部分；

图5是具有散热片的轮胎的可供选择的实施例的侧视图；

图6是示出散热片高度相对于气流边界层厚度的示意图；

图7A是详述气流边界层厚度相对于行驶速度的坐标图；

图7B是描绘在75mph下气流边界层厚度相对于轮缘到胎面半径的坐标图；并且

图7C是描绘气流边界层厚度相对于速度的坐标图。

具体实施方式

下文包括本文所采用的所选择的术语的定义。这些定义包括落入术语范围内且可用于实施的部件的各种例子和/或形式。所述例子并非旨在进行限制。术语的单数和复数形式均可在所述定义之内。

“轴向”和“轴向地”是指平行于轮胎旋转轴线的方向。

“周向”和“周向地”是指沿胎面表面的圆周延伸的与轴向垂直的方向。

“赤道面”是指垂直于轮胎旋转轴线并且穿过轮胎胎面中心的平面。

“径向”和“径向地”是指垂直于轮胎旋转轴线的方向。

如本文所用的“胎侧”是指在胎面与胎圈之间的轮胎部分。

如本文所用的“胎面”是指在正常充气和负载情况下与道路或地面接触的轮胎部分。

虽然用于以下说明的类似术语描述常用轮胎部件，但应当理解，由于这些术语带有略微不同的含义，本领域普通技术人员不会认为下列术语中的任何一者可与用于描述常用轮胎部件的另一个术语完全地互换。

图1示出了轮胎100的一个实施例的侧视图。轮胎100包括侧壁105和周向胎面110。在图示实施例中，轮胎100是被构造成用于轻型卡车或客车的充气轮胎。在可供选择的实施例中，轮胎可被构造成用于农用车辆或越野车辆。然而，应当理解，轮胎可被构造成用于任何用途。另外，轮胎可以是低压安全胎或非充气轮胎。

在图示实施例中，轮胎100包括下部带115和上部带120。下部带115围绕侧壁105周向延伸，靠近轮胎100的胎圈部分125。上部带120围绕侧壁105周向延伸，靠近轮胎100的胎肩130。

在其他实施例中，轮胎100上可包括更多或更少的带，位于轮胎100上的任何位置处。可根据具体应用的要求(例如成本、性能、温度降低)或出于审美原因选择带的位置和数目。可以预计，不同应用将在轮胎各位置处需要不同数目的带。因此，带的位置和数目可根据需要而变化。

图2示出了轮胎100的截面的近距离视图。如图可见，下部带115和上部带120各分别包括多个下部散热片135和上部散热片和140。散热片135、140从轮胎侧壁区105向外突出。在图示实施例中，上部带120的散热片140比下部带115的散热片135长。在可供选择的实施例中，上部带的散热片可比下部带的散热片短或与其具有相同长度。

散热片135、140从下端145、150朝上端155、160具有一致的宽度，并且然后在上端155、160处具有增大的宽度。此外，在本实施例中，散热片的齿节相对于轮胎100的径向方向均匀地成角度。在图示实施例中，散热片135、140相对于轮胎半径各自以约27°角度设置。在可供选择的实施例中(未示出)，散热片各自以-45至45°的角度设置。在另一个可供选择的实施例中(未示出)，下部散热片以第一角度设置，并且上部散热片以不同于所述第一角度的第二角度设置。在又另一个可供选择的实施例中(未示出)，下部散热片以多个角度设置，并且上部散热片以多个角度设置。

应当理解，散热片的定位、形状、间距和数目可不同。例如，在其他实施例中，散热片可与轮胎侧壁区域齐平或凹陷于轮胎侧壁区域，可位于轮胎的不同部分上，可相对于轮胎的径向方向具有不同的不均匀间距，可具有不同形状，并且数目可变化。

另外如图2所示，凹槽165设置在下部带115中的每个散热片135之间。相似地，凹槽170设置在上部带120中的每个散热片140之间。凹槽165、170相对于设置在下部带115和上部带120之间的侧壁105的平坦部分凹陷到侧壁105中。在一个可供选择的实施例中(未示出)，凹槽与设置在下部带和上部带之间的侧壁的平坦部分位于同一平面内。在另一个可供选的实施例中(未示出)，凹槽从侧壁向外突出，但仍相对于散热片凹陷。

从每个散热片的外表面到位于凹槽165、170中的每个散热片的基部测量散热片135、140的高度。在一个实施例中，下部带115中散热片135的高度等于上部带120中散热片140的高度。然而，在可供选择的实施例中，下部带中散热片的高度可大于或小于上部带中散热片的高度。

继续参见图2，下部周向槽175和下部周向花纹条180设置在下部带115下方。另外，上部周向槽185和上部周向花纹条190设置在上部带120上方。

图3示出了第一实施例的替代视图，侧重在下部带115。在图3中，可看到散热片135相对于凹槽165的高度。

图4A-C示出了轮胎100的第一实施例的不同横截面视图。如图4A所示，上部带120位于轮胎100的胎肩区域130附近，位于轮胎的带束195下方。下部带115位于轮胎100的胎圈部分126附近。更具体地讲，下部带115位于主体层199的翻边部分197附近。图4B和图4C分别从与图4A相同的视角描绘了上部带120和下部带115的近距离视图。如图4B和图4C可见，在该实施例中，凹槽165和凹槽170延伸到轮胎100的侧壁区101中。

在图示实施例中，上部带120和下部带115位于靠近轮胎100的带束195的边缘和主体层片199的翻边部分197。这种定位允许包含带束边缘和主体层片翻边部分的区域接收散热片的冷却益处。

图5是具有散热片的上部带210和散热片的下部带220的轮胎200的一个可供选择的实施例的侧视图。轮胎200与图1至图4中所示的轮胎100基本相同，不同之处在于省略了下部周向槽、下部花纹条、上部周向槽和上部花纹条。

图6A和6B示出了运动中与邻近轮胎100的气流相关的示例性散热片F₁、F₂。在图6A中，第一示例性散热片F₁具有小于气流边界层厚度δ的高度h₁。在图6B中，第二示例性散热片F₂具有近似等于气流边界层厚度δ的高度h₂。

气流边界层厚度δ与轮胎的角速度有关，并且可通过使用下式确定：

$\mathrm{\δ}=\frac{5.4r}{\sqrt{\mathrm{Re}}}=5.4\sqrt{\frac{v}{\mathrm{\ω}}}$

其中：

δ是气流边界层厚度；

r是到气流边界层厚度的所关注位置的半径；

Re是雷诺数；

ν是空气的运动粘度；

ω是角速度。

当散热片高度h选择为近似等于气流边界层厚度δ(例如图6A所示)时，散热片破坏层流流动边界层并将湍流气流引入到轮胎表面。这增大了轮胎和周围空气之间的对流热传递的量，从而帮助降低这些点处轮胎的温度。轮胎表面上湍流气流的其他优点对本领域的技术人员而言将是显而易见的。

相比之下，当散热片高度h小于气流边界层厚度δ时(例如图6B中所示)，散热片并不破坏层流流动边界层。在该实施例中，无湍流气流被引入到轮胎的表面。

图7A是描绘气流边界层厚度δ和行驶速度(以千米/小时为单位)之间关系的图表。对不同尺寸的轮胎进行测试，包括越野子午线轮胎(“ORR”)、卡车和公共汽车子午线轮胎(“TBR”)和乘用车子午线轮胎(“PSR”)。如图7A可见，在所有情况下，当行驶速度从0增大到50千米/小时时，气流边界层厚度δ显著减小。当行驶速度从50千米/小时增大到150千米/小时时，气流边界层厚度δ继续减小(但较不显著)。

图7B是描绘在恒定速度下半径改变对气流边界层厚度δ影响的图表。如此图表可见，在75英里/小时的速度下，气流边界层厚度沿从胎圈向外移动到胎面的侧壁增大。换句话讲，靠近胎圈侧壁上的点将具有比靠近胎面侧壁上的点更低的气流边界层厚度。

图7C是描绘气流边界层厚度δ和速度(以英里/小时为单位)之间关系的图表。δ_o表示侧壁的外部带区域中的气流边界层厚度，并且δ_i表示侧壁的内部带区域中的气流边界层厚度。

根据这些测量结果，内部带和外部带中散热片的高度可选择为接近给定轮胎针对给定速度的边界层厚度。

就在说明书或权利要求书中使用术语“包括”或“具有”而言，其旨在以类似于术语“包含”在权利要求中用作过渡词时所理解的方式来具有包容性。此外，就采用术语“或”(例如，A或B)而言，其旨在表示“A或B或两者”。当申请人旨在指示“仅A或B但不是两者”时，则将采用术语“仅A或B但不是两者”。因此，本文中术语“或”的使用具有包容性，不具有排他性。参见Bryan A.Garner,A Dictionary of Modern Legal Usage 624(2d.Ed.1995)(Bryan A.Garner，《现代法律用语词典》，第624页(第二版，1995年))。此外，就在说明书和权利要求书中使用术语“在…中”或“到…中”而言，其旨在另外表示“在…上”或“到…上”。此外，就在说明书或权利要求书中使用术语“连接”而言，其旨在不仅表示“直接连接到”，而且也表示“间接连接到”，诸如通过另外的一个部件或多个部件进行连接。

虽然本申请已通过其实施例的描述进行了说明，并且虽然已相当详细地对所述实施例进行了描述，但申请人并非意图将所附权利要求书的范围约束为这样的细节或以任何方式限制为这样的细节。其他优点和修改对于本领域的技术人员而言将是显而易见的。因此，在其更广泛的方面，本申请并不限于所示和所述的特定细节、代表性设备和方法，以及示例性实例。因此，可以在不偏离申请人的总体发明构思的精神或范围的情况下偏离这样的细节。