一种胎面优化结构的轮胎的制作方法

本发明涉及一种胎面优化结构的轮胎，尤其涉及一种使用于高荷重的机动车辆，经常于高速且长途行驶时使用的充气轮胎。

背景技术：

目前国内外的高速公路逐渐普及，长途的客运巴士、游览车都普遍的长时间在高速公路上长途行走，本身车体的重量再加上承载人员的重量及行李的重量，所使用的轮胎就必须能确保在高速及长途行驶状况下安全平稳；游览车因行驶风景区、观光景点等道路崎岖多，行驶速度快、里程长，都较易造成轮胎耗损，应有较高的标准，且高速公路的行驶速率比一般道路要求高，风险性比较大，因此，载客人数比较多的客运及游览车，另一种卡车包括货柜车也都是高荷重高速长途行走，一样需要能确保安全。

由于长途高速行驶，轮胎与路面摩擦而产生高温，轮胎在高温条件下行驶时，由于热胀冷缩的作用，使得轮胎容易发生变形，抗拉力会下降，再加上轮胎在行驶过程中不断地发热，而散热却相对较慢，于是气压随之增高，从而发生爆胎，胎压异常也会引起轮胎局部磨损、操控性和舒适性降低、油耗增加等问题；胎压不足时，轮胎侧壁容易弯曲折断而发生爆裂；胎压过高，则会使得轮胎的缺陷处在高速行驶过程中发生爆裂。

因此对于高荷重轮胎在行驶中产生的高温，即需提升散热效能，如美国专利第8991459号《增强径向轮胎》，公开一种具有一对胎边及一胎面部分，该轮胎包括一对胎唇部位，所述胎唇部位具有胎唇钢丝和胎唇填充件，胎体帘布层具有在该对胎唇之间延伸的主要部分以及一对上翻部分，该对上翻部分包裹胎唇并且终止于钢丝环带之下，该轮胎还包括一对尼龙增强件，该对尼龙增强件轴向地布置于相应的胎唇填充件部分与胎体帘布层的主要部分之间，每一个尼龙增强件都具有布置于相应的胎唇填充件部分的顶端部之上，每一个尼龙增强件还具有布置于相应的胎唇填充件部分的顶端部之下和相应的胎唇钢丝之上的底端部，每一个尼龙增强件都仅布置于一对胎唇部位的内侧上。

技术实现要素：

前述美国专利公开的构造，其结构的组合使轮胎的扭转刚性提高，还降低车辆噪音，同时提供较佳的操控性，以及低滚动阻抗且仍让车辆保有必要的刚性。

而本发明主要在提供一种胎面优化结构的轮胎，因应高荷重卡客车轮胎于高速与长途运转使用时，容易于胎面部钢带层间因摩擦生热导致周边区域胶料熔融破坏，造成胎面钢丝分离情形，为减少此种状况，利用计算机辅助仿真及统计手法，计算静态下最佳的钢带配置组合，以降低动态下钢带摩擦生热对于周边胶料的影响，减缓胎面钢丝分离情形产生。

本发明涉及一种胎面优化结构的轮胎，轮胎胎体包括胎面、胎肩、胎边及胎唇，整体轮胎胎体从胎面向左右延伸分别设置胎肩、胎边及胎唇，胎唇内部设置有胎唇钢丝，胎体内侧的胎体钢丝层从胎面内侧中心分别向两侧胎肩及胎边延伸，并于胎唇绕过胎唇钢丝后包围胎唇钢丝并向上止于胎唇外侧上方，胎体上方与胎面下方之间设有补强层，主要设于胎体钢丝层上方，补强层由若干层的钢丝环带层围绕轮胎胎体周向叠置组成，并于设定的两钢丝环带层之间，于靠近胎面两侧胎肩处，间置左右各一围绕轮胎胎体周向的垫胶，左右二胎边二下方设有胎唇，胎唇用于与轮圈结合使用，并以胎唇钢丝确保轮胎与轮圈结合后的气密性。

综上所述，本发明公开了一种胎面优化结构的轮胎，其轮胎胎体包括：一胎面，由胎面胶层构成，两侧延伸设有胎肩，下方设置有补强层；两个胎边，由胎边胶层构成，与两个胎肩连接，内侧设有胎体钢丝层；两个胎肩，由胎边胶层延伸与两胎边连接，内侧设有胎体钢丝层；两个胎唇，内部设置有胎唇钢丝，设置于胎边下方；一胎体钢丝层，设于胎面下方，由胎面内侧中心经过胎肩转折向两侧胎边内侧延伸并绕过胎唇的胎唇钢丝向上止于胎唇外侧上方，该胎体钢丝层于该胎肩转折处的弧度值为30~100mm；一补强层，包括若干钢丝环带层，设置于胎面与胎体钢丝层之间，包括一第一钢丝环带层、一第二钢丝环带层、一第三钢丝环带层和一第四钢丝环带层，该第二钢丝环带层弧度与该胎面弧度平行；一端胶，设于第二钢丝环带层与第三钢丝环带层之间的两端，该端胶最大厚度为2~5mm；

胎体钢丝层于该胎肩转折处的弧度值为55~65mm。

端胶最大厚度为3.4~3.8mm。

该第二钢丝环带层宽度为该胎面宽度的93~99％，该第三钢丝环带层宽度为该胎面宽度的80~93％。

该第二钢丝环带层宽度为该胎面宽度的96.8~98.4％，该第三钢丝环带层宽度为该胎面宽度的88.9~90.5％，该第一钢丝环带层宽度为该胎面宽度的81~85％，该第四钢丝环带层宽度为该胎面宽度的48~52％。

该第二钢丝环带层宽度为该胎面宽度的88~94％，且该第二钢丝环带层弧度与该胎面弧度平行，该第三钢丝环带层宽度为该胎面宽度的80~88％。

该第二钢丝环带层宽度为该胎面宽度的92.1~93.7％，该第三钢丝环带层宽度为该胎面宽度的84.9~86.5％，该第一钢丝环带层宽度为该胎面宽度的81~85％，该第四钢丝环带层为该胎面宽度的48~52％。

本发明利用有限元素分析（fea）及doe（designofexperiment）试验设计法，挑选多层钢丝环带层的邻接两层的宽度及垫胶高度作为三因子水平表，以垫胶应变能密度（sed）作为胶料发热的参考依据，利用计算机仿真出多组配置在轮胎圆周方向及断面方向所产生的应变能密度（sed），找出应变能密度（sed）的最大值及在单一荷重的状态下不同方向的振幅变化，后续以变异数分析推导出应变能密度（sed）的特征方程式，作为钢丝环带层宽度及垫胶高度的设计范围依据，计算出静态下最佳的钢丝环带层配置组合，以降低动态下钢丝环带摩擦生热对于周边胶料的影响，减缓胎面丝环带层的钢丝分离情形产生。

附图说明

图1为本发明一较佳实施例的轮胎局部立体断面示意图。

图2为本发明一较佳实施例的轮胎局部平面断面示意图。

图3为本发明一较佳实施例的设计分析流程图。

附图标记说明

10-轮胎胎体；11-胎面；12-胎边；13-胎肩；14-胎唇；141-胎唇钢丝圈；

15-胎体钢丝层；20-补强层；21-第一钢丝环带层；22-第二钢丝环带层；

23-第三钢丝环带层；24-第四钢丝环带层；25-端胶。

具体实施方式

如图1和图2所示，本发明所提供的一种胎面优化结构的轮胎的较佳实施例，所述轮胎胎体10包括胎面11、胎边12、胎肩13、及胎唇14，胎面11由胎面胶层构成，胎边12则是由胎边胶层构成，胎面11两侧延伸胎肩13与胎边12连接，胎唇14内部设置有胎唇钢丝141，轮胎胎体内侧的胎体钢丝层15由胎面11内侧中心分别向两侧胎边12及胎肩13延伸，并于胎唇14绕过胎唇钢丝圈141后包围胎唇钢丝圈141并向上止于胎唇14外侧上方，胎面11下方与胎体钢丝层15上方的间设有补强层20，补强层20由若干层的钢丝环带层围绕轮胎胎体10周向叠置组成，并于设定的第二钢丝环带层22)与第三钢丝环带层23之间，于靠近胎面11下与两侧胎肩13处，间置左右各一围绕轮胎胎体10周向的端胶25。

如图3所示，本发明的一种胎面优化结构的轮胎中，利用图中所示的流程，通过有限元素分析（fea）及doe（designofexperiment）试验设计法，挑选多层钢丝环带层所构成的补强层20的邻接两层钢丝环带层22,23的宽度及端胶25厚度作为三因子水平表，以应变能密度（sed）作为胶料发热的参考依据，利用计算机仿真出多组配置在轮胎圆周方向及断面方向所产生的应变能密度（sed）仿真值，找出应变能密度（sed）的最大值及在单一荷重的状态下不同方向的振幅变化，后续以变异数分析推导出应变能密度（sed）的特征方程式，作为钢丝环带层宽度及端胶25厚度的设计范围依据，利用特征方程式找出轮胎承受压力时应变能密度（sed）振幅最小(代表应力应变小)所对应的较佳结构，计算出静态下最佳的钢丝环带层配置组合，以降低动态下钢丝环带摩擦生热对于周边胶料的影响，减缓胎面(11)与钢丝环带层的钢丝分离情形产生。

上述有限元素分析（fea），finiteelementanalysis是一种用于求解微分方程组或积分方程组数值解的数值技术，这一解法基于完全消除微分方程，即将微分方程转化为代数方程组（稳定情形）；或将偏微分方程（组）改写为常微分方程（组）的逼近，这样可以用标准的数值技术（例如欧拉法，龙格－库塔法等），配合现代计算机软硬件的快速进步，有限元素分析（fea）已经是运算求解结构设计上非常重要的计算机辅助分析工具，也让有限元素分析可以分析结构问题的种类、范围扩大许多。

本发明搭配有限元素分析（fea）的另一种doe（designofexperiment）试验设计法，是一种安排实验和分析实验数据的数理统计方法；试验设计主要对试验进行合理安排，以较小的试验规模(试验次数)、较短的试验周期和较低的试验成本，获得理想的试验结果以及得出科学的结论。

l2=103~111mm时，l2定义是第三层钢带宽度23，在不同的第二层钢丝环带层22宽度及端胶25厚度下，应变能密度（sed）的变化情形。

如图1和图2所示，为本发明的较佳实施例，为具有四层钢丝环带层并于第二钢丝环带层22与第三钢丝环带层23间的两侧靠近胎肩13处设置有端胶25，其中第二钢丝环带层22的宽度为胎面11宽度l的93~99％，且该第二钢丝环带层22弧度与胎面11弧度平行，且于胎肩13转折处的胎体钢丝层151其弧度值r介于r55~r65mm之间，第三钢丝环带层23的宽度为胎面11宽度l的80~93％，第二钢丝环带层22与第三钢丝环带层23间的端胶25厚度介于2~5mm，较佳为3.4~3.8mm之间。

通过设计分析，第二钢丝环带层22介于胎面11宽度l的96.8~98.4％之间，第三钢丝环带层23介于胎面11宽度l的88.9~90.5％之间，第一钢丝环带层21介于胎面11宽度l的81~85％之间，第四钢丝环带层24介于胎面11宽度l的48~52％之间。

经不同的第二层钢丝环带层22宽度及端胶25厚度下，分析出的另一较佳实施例，其中第二钢丝环带层22的宽度为胎面11宽度l的88~94％，且该第二钢丝环带层22弧度与胎面11弧度平行，且于胎肩13转折处的胎体钢丝层151其弧度值r介于r55~r65mm之间，第三钢丝环带层23的宽度为胎面11宽度l的80~88％，第二钢丝环带层22与第三钢丝环带层23间的端胶25厚度介于2~5mm，较佳为3.4~3.8mm之间。

再通过设计分析另一较佳实施例，第二钢丝环带层22介于胎面11宽度l的92.1~93.7％之间，第三钢丝环带层23介于胎面11宽度l的84.9~86.5％之间，第一钢丝环带层21介于胎面11宽度l的81~85％之间，第四钢丝环带层24介于胎面11宽度l的48~52％之间。

综合上述，本发明所公开的一种胎面优化结构的轮胎，提供一种于该胎面下与胎体钢丝层间具有多层钢丝环带层，并于其中两钢丝环带层间的两侧靠近胎肩处设置有端胶的结构设计，其利用有限元素分析（fea）及doe手法，将最佳与较佳的钢丝环带层宽度与垫胶厚度分析设计出来，以获取得降低动态下钢丝环带层摩擦生热对于周边胶料的影响，减缓胎面钢丝分离情形产生的最佳设计强化承受地面的冲击力的结构以及分散车体的荷重压力，故能降低局部发热性，提升轮胎寿命，提升轮胎的刚性、强度及缓冲能力，而获致一刚性高及强度的重车用充气轮胎结构，俾使整体确具产业实用性及成本效益。

以上所述，乃是本发明的具体实施例及所运用的技术原理，若依本发明的构想所作的改变，其所产生的功能作用仍未超出说明书及附图所涵盖的范围时，均应在本发明的保护范围内，合予陈明。