专利名称：能产生内部扭矩的轮胎胎面件的制作方法
技术领域：
本发明涉及充气轮胎技术，更准确地说涉及以胎面件为特征的充气轮胎领域，该胎面件能围绕单个胎面件或整个围绕该轮胎着地面积产生一个净扭矩。
轮胎设计师面临的挑战之一是“剩余稳定扭矩(residual self-aligning torgue)”或“RSAT”。为了减少该不良的RSAT的作用，过去人们已经设计了各种轮胎胎面。例如在欧洲专利申请0605849A1中就公开了一种肋形轮胎胎面，该胎面已作了改进以便在所选定的肋的侧向凹槽中提供斜角，以便对轮胎的剩余稳定扭矩作出宣称的补偿。
本发明的目的在于提供一种新的改进的轮胎胎面，该胎面在使用中很有效并且在提供更多更好的综合效果的同时，还能克服在其他胎面中的上述难题。
本发明提供了一种以新的改进的轮胎胎面为特征的新的改进的轮胎设计，该胎面件能适合用来解决RSAT问题。
更准确地说，根据本发明，在轮胎胎面中的一个胎面件具有一个质心，当该胎面件受压缩时，它能产生一个绕通过该质心的一条径向线的净扭矩。
根据本发明的另一个方面的内容，一个轮胎胎面包括一个具有一个顶面和侧面的胎面件。这些侧面从一个胎面底面沿径向向外延伸并且互相相交形成边缘，这些边缘在空间是曲线。
根据本发明的另一个方面的内容，一个轮胎胎面具有一个胎面件。该胎面件具有一个顶面，该顶面是从该胎面的底面沿径向移开一个位置。该胎面件具有在该顶面和该底面之间延伸的侧面。该胎面件的底面通常是该胎面件的顶面在该轮胎面上的沿径向向内的投影，该顶面在该底面上。该胎面件的顶面被构形成好象它在围绕着一条通过该顶面的质心的径向线转动并使该侧面在空间形成曲线一样。
本发明的其他好处和优点对于在本领域技术熟练的人来说，在阅读并理解下面的详细说明之后将更加清楚。
本发明在某些零件及零件的某些结构形式方面可以采用具体的形式，它的一个最佳实施将在下文中结合作为本说明书的一部分的附图作详细说明，其中
图1是具有一般实心立方体形状的实心橡胶块的顶视图，图中顶面已经相对于底面发生了扭转；图2是图1中所示实心橡胶块的侧视图；图3是图1中所示橡胶块被分成1000个有限元的10×10×10网格的顶视图；图4是图3中所示橡胶块的侧视图，图中的实线示出不变形、不承压状态的该橡胶块，以隐线示出变形、承压的该橡胶块；图5是图4中所示该10×10×10网络橡胶块的顶视图，图中以实线示出该不变形的橡胶块，以隐线示出由于其顶面上作用了额定载荷而发生变形的该橡胶块；图6示出了与一个正立方块相比较的一个受扭立方块的垂直压力的曲线图，该正立方块尺寸为1英寸×1英寸×1英寸，该受扭立方块具有与正立方块相同的名义尺寸，但它附加一个45°转角；图7示出了该受扭立方块与该正立方块相比较的经计算出的由于垂直压力而产生的反扭矩曲线图；图8示出了不同材料定律对该受扭块的垂直压力的影响曲线；图9示出了不同材料定律对该受扭块的反扭矩的影响曲线；图10示出了网格密度对该受扭块垂直压力的影响曲线；
图11示出了网格密度对该受扭块的反扭矩的影响曲线；图12A是一个胎面件的顶视图，图中以实线示出该顶面，以虚线示出相对该底面转动15°的顶面；图12B是图12A中所示胎面件的顶视图，图中已将虚线去掉；图13A是一个作了5°角转动的胎面件的顶视图；图13B是图13A中所示胎面件的顶视图，图中已将虚线去掉；图14是一个胎面件的有限元网格的透视图，该胎面件是在本申请中公开的有限元研究的对象；以及图15示出了由作用在胎面件上的垂直力所产生的稳定扭矩的曲线图，并且对扭转15°的“real world”Goodyear Invicta GA(L)胎面件、扭转5°的“real world”Goodyear Invicta GA(L)胎面件和扭转15°的1英寸×1英寸的方形胎面块进行了比较，该方胎面块与该Invicta GA(L)具有相同的防滑深度(0.277英寸)。
通过对用于本说明书和权利要求书中的下列术语的定义，有助于更好地理解本发明“轴向的”和“轴向地”此处用来指与轮胎转动轴线相平行的线或方向。
“圆周的”是指垂直于该轴向沿着该环形胎面的周边表面延伸的线或方向。
“圆周平面”是指垂直于轮胎的转动轴线并且通过其胎面中心的平面。
“接地面积”是指轮胎胎面同一个平面在速度为零并在额定负载和压力的作用下相接触时的接触印痕或接触面积，包括由凹槽及胎面件所占有的面积。
“横向的”是指轴向。
“前部”是指胎面首先与地面接触的区段或部分，这是当轮胎以最佳方向转动时相对于一系列的这类部分和区段而言的。
“胎面内表面”是指在胎面的突起花纹之间的胎面部分。
“胎面外表面”或“地面透入表面”是指该胎面突起花纹的径向最外的表面。
“径向”和“径向地”是用来指沿径向向着或背离该轮胎转动轴线的方向。
“尾部”是指胎面最后与地面接触的区段或部分，这是当轮胎以最佳方向转动时相对于一系列的这类部分或区段而言的。
现在来具体参照附图，附图中所示出的只是为了说明本发明的一个最佳实施例而不是为了限制本发明，图1～15中一般地示出了轮胎胎面、轮胎胎面件以及这些胎面和轮胎胎面的质量的图表显示。通常轮胎胎面件具有相交形成边缘的垂直取向的侧面。这些边缘通常都是沿径向指向该轮胎的转动轴线的直线。本发明涉及的胎面经过特殊构形可以解决该轮胎的剩余稳定扭矩。在本发明的一个实施例中，该胎面件采用了一个扭转取向使得该胎面件的侧面在空间实际上是曲面，其相交形成的边缘在空间上是曲线。通过把胎面件想像成为一个其顶面已经相对于其底面扭转一定角度的橡胶立方块，有助于理解该胎面件的取向。
例如，参看图1，图中示出了一个其顶面已经相对于其底面(图中未示出)转动的橡胶块20。侧面12在空间具有扭曲面的构形，该扭曲面的边缘14在空间相交形成曲线。在图1中所示的块20为一个立方体形状。由于这种立方体形状可以简化数学运算，选择这种构形是为了对它进行有限元分析，这在下面将要说明。当然，该块20或胎面件可以具有任何构形，但在此文中公开的本发明基本原理和优点对于那些构形也是适用的。
参看图2，图中示出了该相同的受扭立方体胎面件及底面16。
参看图3，图1中所示的橡胶块进一步以10×10×10网格示出。通常把一个体积细分成网络是需要的，这有助于对所涉及的有限元模型进行分析。该胎面件的扭曲性质在图3中可以容易地看见。
在图4中示出了图3中的胎面件在法向，即垂直于其顶面10上的力的作用下已经发生了20％的压缩变形后的侧视图。同样，图5中示出了具有相同变形的该相同的胎面件20的顶视图。
参看图6，图中以实线24示出该受扭块20的垂直压力，图中称为正常立方体的未受扭立方体的垂直压力则以虚线26示出。由图可见，由于该正常立方体的刚性稍大，该受扭块20在垂直方向上的变形大于该正常立方体。
参看图7，该曲线示出了该受扭块20产生的绕垂直轴的扭矩。这个特性应认为是独特的和新颖的，至今未有轮胎设计人员使用来解决该RSAT问题。例如在图7中，线28表示绕垂直轴的扭矩(英寸-磅)随着该块变形的增加的变化。应注意带有菱形的线30表示在正常立方体上产生的反扭矩。可是，该“正常立方体”胎面件绝对不产生扭矩。注意线30与曲线图的水平轴相重合，这表示该正常立方体不产生反扭矩。
可以认为，该受扭块20的这种特性，即围绕单个胎面件或围绕胎面接地面积产生扭矩的特性对于解决由剩余稳定扭矩(RSAT)而造成的问题具有重要意义。
根据用有限元分析对本发明进行的研究，一个1英寸×1英寸(2.54厘米×2.54厘米)的正常立方体可以变更成与一个其顶面相对于其底面转动45°的立方体相类似，当承受500磅径向(即垂直方向)负载时，可以产生约5英寸一磅的扭矩。
参看图8和9，对该块应用了各种分析应力、应变和力矩关系的科学方法。在所有情况下，与所应用材料的定律无关，图1中所示的受扭块20都一致地显示出由径向(即垂直方向)压缩负载产生的扭矩。
参看图10和11，该有限元分析的结果基本上是相同的，而与所使用的网格密度无关。
在把该有限元分析应用于一个更真实的胎面件形状的研究工作中，对图12A、12B以及图13A和13B所示的胎面件进行了研究。还划分了用于每个胎面件的有限元网格。示于图12A和12B中的胎面件48具有15°的扭转角，而示于图13A和13B中的胎面件48有5°的扭转角。划分了有限元网格，如图14所示。
研究结果表明，该胎面件48中的每个胎面件都在该转动角方向产生一个稳定扭矩。例如，在图12A和12B中，该顶面40沿箭头50的方向逆时针转动15°。因此，当该胎面件48的顶面40上受有50磅的径向力时，压缩该胎面件48的顶面40可产生沿箭头50的方向的约为1.1英寸-磅的反扭矩。
参看图14，图中示出了一个具有实际寿命的轮胎胎面件48的更加细分的有限元模型。图14中示出的该胎面件48是用由The GoodyearTire & Rubber Company制造和销售的商品名称为Invicta GA(L)的胎面制造的一个胎面件。
对图14中所示的该胎面件通过有限元模型进行了各种分析，对其结果作了研究分析，并在图15中以曲线形式示出。显然，扭转角度越大，由该胎面件产生的稳定扭矩也越增加。例如，线56代表图14中示出的扭转角为15°的一个胎面件所产生的稳定扭矩。线58示出扭转角为5°的相同胎面件产生的扭矩。线60示出扭转角为15°的1英寸×1英寸×0.277英寸(0.704厘米)的实心块产生的扭矩。
上面已经参照一个最佳实施例介绍了本发明。显然，其他人在阅读和理解本说明书的基础上可以想出各种变更例和变换例。本申请包括落入各权利要求或其等同物的范围内的所有这类变更例和变换例。
权利要求
1.一种在一个相关的轮胎胎面中的胎面件，该胎面件具有一个质心，其特征在于当该胎面件受到压缩时，会产生一个通过该质心的一条径向线的净扭转。
2.如权利要求1中所述的胎面件，其特征在于该胎面件沿着平行于该径向线的一个方向受压缩。
3.一种轮胎胎面，它包括一个胎面件，该胎面件具有一个顶面和从一个胎面底层沿径向向外延伸的侧面，该胎面件的特征在于所述侧面相交形成边缘，所述边缘在空间中是曲线。
4.一种具有一个胎面件的轮胎胎面，该胎面件具有一个顶面，该顶面是从该胎面的底面沿径向移开一个位置，该胎面件具有在该顶面和该底面之间延伸的侧面，该胎面件的底面通常是该顶面在轮胎面上的沿径向向内的投影，其特征在于该胎面件的该顶面被构形成好象它在围绕着一条通过该顶面的质心的径向线转动并使该侧面在空间形成曲面。
5.如权利要求4中所述的胎面件，其特征在于该顶面朝该胎面的变形产生一个绕该通过该胎面件的质心的径向线的净扭矩。
6.如权利要求5中所述的胎面件，其特征在于该顶面朝该胎面的变形是通过在该顶面上施加压缩力而产生的。
7.一种在一个相关的轮胎胎面中的胎面件，该胎面件有一个顶面，该顶面有一个质心，该胎面件的特征在于当该胎面件受到压缩时，将产生一个绕一条通过该质心的径向线的净扭矩。
8.如权利要求7中所述的胎面件，其特征在于该胎面件在该径向线的方向受压缩。
全文摘要
一种具有一个胎面的轮胎，该胎面具有胎面件，当受到径向压缩时，该胎面件会呈现一个净扭矩。如此产生的净扭矩可以指向和设计成能影响该轮胎的剩余稳定扭矩(也称为RSAT)。本发明的一个实施例的特征在于，一种具有一个胎面件的轮胎胎面，该胎面件具有一个类似于一个顶面的形状，使该胎面件可相对于其底面相对扭转。当径向加载时，该胎面件受到压缩并且产生一个绕该胎面件质心转动的净扭矩。
文档编号B60C11/00GK1141247SQ96108239
公开日1997年1月29日 申请日期1996年6月28日 优先权日1995年6月29日
发明者D·J·莫斯利, S·P·兰德斯 申请人:固特异轮胎和橡胶公司