专利名称：用于多层剪切带加强的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及可以用于非充气轮胎中的多层剪切带的加强并且涉及设计这样的剪切带的方法。更特别地，本发明涉及改善剪切带的性能特性(例如，增加弯曲刚度)而不增加它的厚度或减小剪切带的厚度而同时保持它的性能特性的方法，并且涉及根据这样的方法构造的剪切带。
背景技术：
例如在美国专利US 6，769，465,US 6，994，134,US 7，013，939 和 US 7，201，194 中描述了非充气轮胎构造的细节和优点。某些非充气轮胎构造提出包含剪切带，所述剪切带的实施例也已在例如US 7，201，194中被描述，该专利通过参考被合并于本文中。这样的非充气轮胎在轮胎性能方面提供优点而不依赖于用于支撑施加于轮胎的负荷的充气压力。在图1中显示了具有环形剪切带110的轮胎100的例子。轮胎100也包括被示出为网状轮辐(web spoke) 150的多个张力传递元件，所述轮辐横向地越过剪切带110并且从剪切带110向内延伸。安装带160布置在网状轮辐的径向内端。安装带160将轮胎100锚固到轮毂10。胎面部分105形成于剪切带110的外周边并且可以在其上包括例如凹槽或肋。参考图2，该图示出轮胎100在子午面中的截面图(但是没有胎面部分10 ，加强剪切带110包括剪切层120、附着到剪切层120的径向最内范围的最内加强层130和附着到剪切层120的径向最外范围的最外加强层140。加强层130和140具有的抗拉刚度大于剪切层120的剪切刚度，使得剪切带110在竖直负荷下受到剪切变形。更具体地，如美国专利US 7，201，194中所述，当加强层的弹性模量与剪切层的剪切模量的比率(E’membrane/G)(如美国专利US 7，201，194中所表达)相对较低时，负荷下的剪切带110的变形接近均质带的变形并且产生非均勻地面接触压力。备选地，当该比率足够高时，负荷下的剪切带110的变形基本上是剪切层的剪切变形，几乎没有加强层130和140 的纵向伸长或压缩。如图1中所示，作用于轮胎旋转轴线X的负荷L通过网状轮辐150中的张力传递到环形带110。环形剪切带110以类似于拱门的方式作用并且在轮胎赤道面中提供足够高的圆周压缩刚度和纵向弯曲刚度以用作负荷支撑元件。在负荷下，剪切带110 通过包括剪切带110的剪切变形的机制在与地面的接触面积C中变形。剪切变形的能力提供了类似于充气轮胎那样起作用并具有类似有利结果的顺应地面接触面积C。剪切层120例如可以由具有大约3MPa至大约20MPa的剪切模量的材料的层构造。 认为适合用于剪切层120中的材料包括天然和合成橡胶、聚氨酯、泡沫橡胶和聚氨酯、嵌段共聚酯、和尼龙的嵌段共聚物。第一加强层130和第二加强层140包括嵌入弹性涂层中的基本不可伸长的绳索加强件。对于由弹性材料构造的轮胎，加强层130和140通过固化弹性材料附着到剪切层120。如上所述，诸如带110的剪切带在轮胎100的操作期间提供纵向弯曲刚度。对于某些应用，期望的是保持剪切带110的沿着径向方向R的总厚度，同时增加它的弯曲刚度。例如，设计者可以设法保持非充气轮胎100的总直径和剪切梁厚度，同时增加剪切带110的弯曲刚度，以便改变轮胎100的性能特性。相反地，对于某些其它应用，期望的是减小剪切带110的厚度，同时保持轮胎100的弯曲刚度并且因此减小质量。因此，一种这样的剪切带的设计方法和由这样的方法构造的剪切带将是特别有用的。更特别地，一种允许非充气轮胎的设计者改善参考剪切带的某些机械性质(例如，弯曲刚度)而同时保持非充气轮胎的总尺寸的方法将是特别有用的。一种也允许设计者减小剪切带的径向厚度但同时保持或改善某些机械性质的方法也将是有用的。本发明的这些和其它有利方面将从以下的描述显而易见。
发明内容
本发明的目的和优点将部分地在以下描述中进行阐述，或者可以从该描述变得明显，或者可以通过本发明的实施而获悉。在本发明的一个示例性方面中，提供了一种用于修改具有厚度Hkef和加强层的总数量Nkef的剪切带的方法。该方法包括使用剪切带的厚度Hkef和剪切带的加强层的总数量Nkef来确定竖直刚度和(Grff*A)KEF ；选择目标值Htaket作为剪切带的厚度；使剪切带中的加强层的总数量增加1 ；使用剪切带的厚度Htamet并且使用由增加步骤提供的剪切带的加强层的数量来计算(Grff*A) _ ；比较来自计算步骤的(Grff*A)·与来自确定步骤的(Grff*A) KEF，并且如果(Geff*A)·小于(Grff*A)KEF，则重复增加步骤和计算步骤直到(Geff*A)·大于或大约等于(Grff*A)KEF，并且加强层的总数量变为Nram ；以及使用剪切带的厚度Htamet和由比较步骤提供的剪切带的加强层的数量Nram来运算竖直刚度。如果来自运算步骤的竖直刚度小于来自确定步骤的竖直刚度，则该方法包括将最外加强层和最内加强层之间的加强层中的至少一个移动到剪切带中的新位置，该新位置更靠近最外加强层或最内加强层， 并且重复运算步骤和参考步骤直到来自运算步骤的竖直刚度大于或大约等于来自确定步骤的竖直刚度。在本发明的另一个示例性实施例中，提供了一种用于修改具有径向最内加强层和径向最外加强层的剪切带的方法。该方法包括以下步骤通过增加定位在径向最外加强层和径向最内加强层之间并且与径向最外加强层和径向最内加强层间隔开的至少一个附加的加强层，增加或保持包含剪切带的非充气轮胎的竖直刚度；以及减小剪切带的μρ/ρ的值。在以下详细描述中进一步描述了本发明的该示例性方法的变型。本发明也包括根据该示例性方法构造的剪切带和包含这样的剪切带的非充气轮胎。例如，在一个示例性实施例中，本发明包括一种剪切带，该剪切带具有剪切层； 内加强层，内加强层沿着所述剪切层的一侧定位；以及外加强层，外加强层沿着所述剪切层的另一侧定位，使得所述剪切层定位在所述内加强层和外加强层之间。至少两个或以上的附加加强层彼此间隔开地定位在所述外加强层和内加强层之间并且与所述外加强层和内加强层间隔开，使得剪切带具有总数量为N的加强层并且N > 4。参考以下描述和附带的权利要求，本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解。包含在该说明书中并且构成该说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例， 并且与描述一起用于解释本发明的原理。
在参考附图的说明书中阐述了包括对于本领域的普通技术人员来说是本发明的最佳模式的本发明的完整和允许公开，在附图中图1是负荷下的非充气轮胎的赤道面中的示意图。图2是用于图1的非充气轮胎的受到负荷的剪切带的子午面中的示意图。未在图 2中显示非充气轮胎的胎面部分。图3是本发明的剪切带的示例性实施例的子午面中的示意图。剪切带具有五个加强层，即，在最内和最外加强层之间增加三个加强层。
具体实施例方式本发明涉及可以用于非充气轮胎中的多层剪切带的加强并且涉及设计这样的剪切带的方法。更特别地，本发明涉及改善剪切带的性能特性(例如，增加弯曲刚度)而不增加它的厚度或减小剪切带的厚度而同时保持它的性能特性的方法，并且涉及根据这样的方法构造的剪切带。为了描述本发明，现在将详细地参考本发明的实施例和方法，所述实施例和方法的一个或多个例子在附图中示出。提供每个例子作为本发明的解释而不是作为本发明的限制。实际上，本领域的技术人员将显而易见的是，可以在本发明中进行各种修改和变化而不脱离本发明的范围或精神。例如，作为一个实施例的一部分示出或描述的特征可以用于另一个实施例以产生又一个实施例。因此，本发明旨在涵盖属于附带的权利要求及其等效物的范围内的这样的修改和变型。对于该说明书如下定义下面的术语“赤道面”表示垂直于轮胎旋转轴线地通过并且平分轮胎结构的平面。“子午面”表示通过并且包括轮胎的旋转轴线的平面。“竖直刚度”是轮胎的偏转和负荷之间的数学关系。如美国专利US 7，201，194中所述，当在负荷L下放置包含剪切带的非充气轮胎时，它偏转一定量f并且地面接触部分与地面一致以形成地面接触面积C。由于剪切带提供弹性轮胎，因此竖直偏转f与负荷L成比例，由此可以导出弹性轮胎的竖直刚度。本领域的普通技术人员可以用许多方式提供或限定轮胎的偏转和负荷之间的数学关系。下面限定了两个这样的例子，正割竖直刚度和正切竖直刚度。“正割竖直刚度”是将竖直刚度定义为商L/f或作用于非充气轮胎的负荷L除以轮胎的偏转f的数学关系的例子，如上面的竖直刚度所述，对于给定轮胎，可以通过针对多个负荷L测量偏转而产生绘图。“正切竖直刚度”是将竖直刚度定义为正切于曲线的线的斜率的数学关系的另一个例子，对于在目标负荷或偏转下的包含剪切带的给定非充气轮胎通过根据偏转f绘制负荷而产生所述曲线。“接触压力”表示由负荷作用下抵靠地面或者其它支撑表面的非充气轮胎产生的接触面积C的平均接触压力并且可以根据负荷L除以接触面积C的商计算得出。“ μ ρ/ρ”是包含在非充气轮胎中的负荷下的剪切带的峰峰径向位移的量度。如通过参考被合并于本文中的美国专利US 7，013，939中所述，μ ρ/ρ是当压缩力超过带缩短的能力时带会呈现的翘曲或径向位移(其可以导致包含这样的剪切带的轮胎的不均勻滚动)的量度。当将在本文中使用时，可以如下计算剪切带的峰峰径向位移μ p/p，所述剪切带包括由轮辐连接到轮毂的多个加强层，如图1和2中所示
方法D 3039，S卩“聚合物基质复合材料的拉伸性质的标准测试方法(Standard Test Method for Tensile Properties of Polymer Matrix Composite Materials)，，,在实验上石角定力口强层的EMto_。对于在零度(即，垂直于赤道面)具有绳索或线缆加强件的加强层的具体例子，可以从以下方程计算E
membrane ·(2)Emembrane = Ematrix*Vfm+Ecable*Vfc其中，t是加强层的厚度(mm)；Emateix是组成加强层的非线缆部分的基质或材料的模量(N/mm2)；Vfffl是基质体积分数；Ecable是线缆拉伸模量(N/mm2)；Vf。是线缆体积分数。为了描述本发明，以图1和图2的非充气轮胎100作为参考，所述非充气轮胎具有厚度Hkef为18mm的剪切带110、厚度为3. 5mm的胎面层105、21. 5mm的总轮胎厚度和为2的加强层的总数量Nkef。该参考轮胎100也具有630mm的外径D。并且具有标称厚度为3. 8mm 的50个轮辐。而且，加强层130和140均具有2000daN/mm2的标称Emembrane和Imm的厚度。 应当注意，在下文所述的定量值中为了清楚起见，单位牛顿已由十牛顿代替，其中IdaN等于 ION0可以通过考虑四个性能特性来评估作为参考的非充气轮胎100的性能正切竖直刚度、正割竖直刚度、接触压力和μρ/ρ。使用非充气轮胎loo的模型的有限元分析，这些性能特性的值在400daN的竖直负荷下被确定并且在表1中被阐述。表权利要求
1.一种用于修改具有厚度Hkef和加强层的总数量Nkef的剪切带的方法，所述方法包括以下步骤使用所述剪切带的厚度Hkef和加强层的总数量Nkef来确定竖直刚度和(Grff*A)KEF ；选择目标值Htaket作为所述剪切带的厚度；使所述剪切带中的加强层的总数量增加1 ；使用所述剪切带的厚度Htaket并且使用由所述增加步骤提供的所述剪切带的加强层的数量来计算(Grff*A)·；比较来自所述计算步骤的(Grff*A)·与来自所述确定步骤的(Grff*A)KEF，并且如果(Geff^A) CALC小于(Grff*A) EEF,则重复所述增加步骤和所述计算步骤直到(Grff*A) CALC大于或大约等于(Grff*A)KEF，并且加强层的总数量变为NTOm ；使用所述剪切带的厚度Htamet和由所述比较步骤提供的所述剪切带的加强层的数量Ntotal来运算竖直刚度；以及参考来自所述运算步骤的竖直刚度和来自所述确定步骤的竖直刚度，并且如果来自所述运算步骤的竖直刚度小于来自所述确定步骤的竖直刚度，则将最外加强层和最内加强层之间的加强层中的至少一个移动到所述剪切带中的新位置，所述新位置更靠近所述最外加强层或所述最内加强层，并且重复所述运算步骤和参考步骤直到来自所述运算步骤的竖直刚度大于或大约等于来自所述确定步骤的竖直刚度。
2.根据权利要求1所述的用于修改具有厚度Hkef和加强层的总数量Nkef的剪切带的方法，还包括以下步骤如果所述剪切带中的任何相邻加强层之间的距离变为小于单加强层的厚度的一半，则增加所述剪切带的目标厚度Htak;et。
3.根据权利要求2所述的用于修改具有厚度Hkef和加强层的总数量Nkef的剪切带的方法，还包括从所述剪切带中的加强层的总数量Nkef开始重复所述增力卩、计算、比较、运算和参考的步骤。
4.根据权利要求1所述的用于修改具有厚度Hkef和加强层的总数量Nkef的剪切带的方法，还包括以下步骤如果所述比较的步骤不提供大于或大约等于(Grff*A)KEF的(Grff*A)CALC则增加所述剪切带的目标厚度HTAKeET。
5.根据权利要求4所述的用于修改具有厚度Hkef和加强层的总数量Nkef的剪切带的方法，还包括从所述剪切带中的加强层的总数量Nkef开始重复所述增力卩、计算、比较、运算和参考步骤。
6.根据权利要求1所述的用于修改具有厚度Hkef和加强层的总数量Nkef的剪切带的方法，还包括以下步骤增加所述剪切带的目标厚度Htak;et。
7.根据权利要求1所述的用于修改具有厚度Hkef和加强层的总数量Nkef的剪切带的方法，还包括以下步骤使用所述剪切带的厚度Hkef和所述剪切带的加强层的总数量Nkef来计算μ p/p EEF的值；使用所述剪切带的厚度Htaket并且使用由所述比较步骤提供的所述剪切带的加强层的^fi Ntotal Jfeif^ μ p/p TARGET 的值；以及比较μ p/p TARGET与μ p/p EEF的值，并且如果“ p/p TARGET不小于或大约等于P p/p REF'则将最外加强层和最内加强层之间的加强层中的至少一个移动到所述剪切带中的新位置，所述新位置更靠近所述最外加强层或所述最内加强层。
8.根据权利要求1所述的用于修改具有厚度Hkef和加强层的总数量Nkef的剪切带的方法，还包括以下步骤使用所述运算步骤和所述参考步骤的结果来改变具有厚度Hkef和加强层的总数量Nkef的所述剪切带的设计。
9.根据权利要求1所述的用于修改具有厚度Hkef和加强层的总数量Nkef的剪切带的方法，其中第一次用于所述选择步骤中的Htaket是Hkef的大约一半。
10.根据权利要求1所述的用于修改具有厚度Hkef和加强层的总数量Nkef的剪切带的方法，还包括以下步骤制造具有在所述选择步骤中使用的厚度！! ·并且具有由所述比较步骤提供的加强层的数量NTOm的剪切带。
11.根据权利要求10所述的用于修改具有厚度Hkef和加强层的总数量Nkef的剪切带的方法，其中加强层的总数量NTOm为四。
12.根据权利要求1所述的用于修改具有厚度Hkef和加强层的总数量Nkef的剪切带的方法，还包括如果所述比较步骤不产生大于或大约等于(Grff*A)KEF的(Grff-A)0^,则增加加强层的厚度t。
13.根据权利要求12所述的用于修改具有厚度Hkef和加强层的总数量Nkef的剪切带的方法，还包括从所述剪切带中的加强层的总数量Nkef开始重复所述增力卩、计算、比较、运算和参考的步骤。
14.根据权利要求1所述的用于修改具有厚度Hkef和加强层的总数量Nkef的剪切带的方法，还包括以下步骤如果所述比较步骤不产生大于或大约等于(Geff*A)KEF的(Geff*A)CA『 则增加所述加强层的圆周剪切模量Gm。
15.根据权利要求14所述的用于修改具有厚度Hkef和加强层的总数量Nkef的剪切带的方法，还包括从所述剪切带中的加强层的总数量Nkef开始重复所述增力卩、计算、比较、运算和参考的步骤。
16.根据权利要求1所述的用于修改具有厚度Hkef和加强层的总数量Nkef的剪切带的方法，还包括以下步骤如果所述比较步骤不产生大于或等于来自所述确定步骤的竖直刚度的竖直刚度，则增加所述加强层的圆周模量EMto_。
17.根据权利要求16所述的用于修改具有厚度Hkef和加强层的总数量Nkef的剪切带的方法，还包括从所述剪切带中的加强层的总数量Nkef开始重复所述增力卩、计算、比较、运算和参考的步骤。
18.根据权利要求1所述的用于修改具有厚度Hkef和加强层的总数量Nkef的剪切带的方法，还包括以下步骤如果所述比较步骤不产生大于使用所述剪切带的厚度Hkef并且使用所述剪切带的加强层的数量Nkef的μρ/ρ的值的μ ρ/ρ的值，则增加所述加强层的圆周模量 ρmembrane°
19.根据权利要求18所述的用于修改具有厚度Hkef和加强层的总数量Nkef的剪切带的方法，还包括从所述剪切带中的加强层的总数量Nkef开始重复所述增力卩、计算、比较、运算和参考的步骤。
20.根据权利要求1所述的用于修改具有厚度Hkef和加强层的总数量Nkef的剪切带的方法，其中所述确定步骤的竖直刚度是正割竖直刚度。
21.根据权利要求1所述的用于修改具有厚度Hkef和加强层的总数量Nkef的剪切带的方法，其中所述移动步骤还包括增加包含所述剪切带的非充气轮胎的参数k的值。
22.根据权利要求21所述的用于修改具有厚度Hkef和加强层的总数量Nkef的剪切带的方法，还包括以下步骤如果参数k的值减小到大约零，则增加所述剪切带的目标厚度Htaeget °
23.一种剪切带，其使用权利要求ι所述的方法进行设计。
24.一种非充气轮胎，其包含使用权利要求1所述的方法进行设计的剪切带。
25.一种用于修改具有径向最内加强层和径向最外加强层的剪切带的方法，所述方法包括以下步骤通过增加定位在所述径向最外加强层和所述径向最内加强层之间并且与所述径向最外加强层和所述径向最内加强层间隔开的至少一个附加的加强层，来增加或保持包含所述剪切带的非充气轮胎的竖直刚度；以及减小所述剪切带的μρ/ρ的值。
26.根据权利要求25所述的用于修改具有径向最内加强层和径向最外加强层的剪切带的方法，还包括以下步骤减小所述剪切带的沿着径向方向的厚度。
27.根据权利要求25所述的用于修改具有径向最内加强层和径向最外加强层的剪切带的方法，其中所述减小步骤还包括修改定位在所述径向最内加强层和所述径向最外加强层之间的至少一个加强层的径向位置。
28.根据权利要求25所述的用于修改具有径向最内加强层和径向最外加强层的剪切带的方法，还包括以下步骤在所述增加步骤和减小步骤期间保持所述剪切带的厚度恒定。
29.根据权利要求25所述的用于修改具有径向最内加强层和径向最外加强层的剪切带的方法，还包括以下步骤基于从所述增加步骤和减小步骤获得的信息制造剪切带。
30.一种剪切带，包括剪切层；内加强层，所述内加强层沿着所述剪切层的一侧定位；外加强层，所述外加强层沿着所述剪切层的另一侧定位，使得所述剪切层定位在所述内加强层和所述外加强层之间；以及至少两个或以上的附加加强层，其彼此间隔开地定位在所述外加强层和所述内加强层之间并且与所述外加强层和所述内加强层间隔开，使得所述剪切带具有总数量为N的加强层并且N彡4。
31.根据权利要求30所述的剪切带，其中所述至少两个或以上的附加加强层定位在所述内加强层和外加强层之间的减小所述剪切带的峰峰径向位移的值的位置。
32.根据权利要求31所述的剪切带，其中所述至少两个附加的加强层均勻地间隔在所述内加强层和外加强层之间。
33.根据权利要求32所述的剪切带，其中所述附加的加强层和所述内加强层和外加强层全部具有均勻的厚度。
全文摘要
本发明提供一种用于加强可以用于非充气轮胎中的多层剪切带的方法。更特别地，本发明提供改善剪切带的性能特性(例如，增加弯曲刚度)而不增加它的厚度或减小剪切带的厚度而同时保持它的性能特性的迭代方法。本发明也提供根据该方法构造的剪切带。
文档编号B29D30/02GK102574347SQ200980161895
公开日2012年7月11日 申请日期2009年10月15日 优先权日2009年10月15日
发明者S·克龙, T·B·赖恩 申请人:米其林技术公司, 米其林研究和技术股份有限公司