CN103692862A

CN103692862A - 一种低扁平率的三角平衡轮廓轮胎

Info

Publication number: CN103692862A
Application number: CN201310718612.XA
Authority: CN
Inventors: 杨卫民; 薛梓晨; 唐霞; 刘肖英; 何雪涛; 焦志伟; 阎华�; 丁玉梅
Original assignee: Beijing University of Chemical Technology
Current assignee: Beijing University of Chemical Technology
Priority date: 2013-12-24
Filing date: 2013-12-24
Publication date: 2014-04-02

Abstract

本发明公开一种低扁平率的三角平衡轮廓轮胎，主要包括胎面部、胎侧部、胎圈部、三角胶、气密层、胎体层、带束层、冠带层和支撑块，胎冠部是胎面部与两胎肩部之间的整个部位，采用一定的曲率半径使胎冠部与胎侧部圆滑过渡，胎面部设置在所述轮胎的径向最外层，采用软胶料，胎侧部设置在胎面部的下方，与胎面部的两端紧密连接，断面水平轴位于轮胎断面最宽处，三角胶设置在胎圈部的内部，本发明的轮胎由于增设了高硬度的支撑块结构，改变了轮胎在承受载荷状态下发生屈挠变形的位置，减小了轮胎接地印痕面积，从而降低了轮胎的滚动阻力，可以有效降低汽车的燃料消耗，更好地实现能源节省和环境清洁，同时提高了汽车的转向性能、操纵性能和安全性能。

Description

一种低扁平率的三角平衡轮廓轮胎

技术领域

本发明涉及轮胎结构设计技术领域，具体来说，涉及一种低扁平率的轮胎断面轮廓结构及设计方法。

背景技术

在目前能源日益匮乏的形势下，随着现代汽车工业的迅猛发展，提高能源利用率和降低轮胎滚动能量损失逐渐成为了轮胎制造商和研究者所关注的焦点，因此通过尽可能地降低轮胎滚动阻力来降低车辆燃料消耗具有重要意义。1946年法国的米其林发明的子午线轮胎使轮胎在滚动阻力、舒适性等方面取得了前所未有的发展。但是子午线轮胎还存在着以下几点不足：轮胎接地压力分布不均匀，胎肩部位磨损严重，轮胎滚动过程中断面轮廓形状畸变严重，滚动阻力仍较大等。目前，世界主流的轮胎制造商为了降低滚动阻力都把主要的精力放在了研发新配方上，所采取的措施主要是降低橡胶（尤其是胎面胶）的损耗因子，而在通过优化轮胎轮廓结构降低其滚动阻力方面未有很大的进展。虽然目前很多轮胎通过增加胎肩垫层结构和降低胎面曲率措施来增大轮胎的接地面积，改善轮胎接地压力分布均匀性，但却因此降低了轮胎的承载能力，并且使轮胎断面轮廓形状在轮胎承受载荷时发生严重的变形，从而增加了轮胎的滚动阻力，因此目前的轮胎结构设计很难同时满足轮胎的结构力学性能和充气力学性能达到最优。

发明内容

本发明的目的在于减小轮胎变形，降低轮胎滚动阻力，提高汽车燃油经济性，减少尾气排放对环境造成的污染，通过设计一种结构合理的轮胎断面轮廓形状结构来提高轮胎的综合力学性能。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种低扁平率的三角平衡轮廓轮胎，轮胎结构主要包括胎面部、胎侧部、胎圈部、三角胶、气密层、胎体层、带束层、冠带层和支撑块，胎冠部是胎面部与两胎肩部之间的整个部位，主要包括胎面部、胎体层、带束层和冠带层，胎肩部是胎冠部与胎侧部的过渡区域，采用一定的曲率半径使胎冠部与胎侧部圆滑过渡，改善胎面接地压力分布均匀性，胎面部设置在所述轮胎的径向最外层，采用邵尔A硬度为55-60的胶料，使得接地应力分布更为均匀，较软胶料增大了胎面花纹的牵引性能，在高速行驶时这一点对车辆的操纵性能至关重要，胎侧部设置在胎面部的下方，与胎面部的两端紧密连接，当轮胎承受载荷时，胎侧部曲挠变形较小，且胎侧部的外轮廓形状基本不发生变化，断面水平轴位于轮胎断面最宽处，是轮胎在负荷下法向变形最大的位置，断面水平轴在轮胎自由状态下距胎圈的距离相比传统轮廓轮胎多3%，当轮胎承受载荷时，使得轮胎滚动阻力降低，胎圈部设置在胎侧部的下方，与汽车轮辋相接触，材料采用邵尔A硬度为70-75的胶料，胎圈部在轮胎未安装于轮辋的自由状态下的着合宽度相比普通轮廓小3%-6%，使胎体层的断面轮廓形状在受力状态下呈倒三角形结构，构成三角平衡轮廓，三角胶设置在胎圈部的内部，总体高度相比传统轮廓轮胎的三角胶增大100%，采用邵尔A硬度为55-65的软胶料，使得轮胎胎侧部下端和胎圈部上端的胶料整体硬度降低，改变了轮胎在承受载荷状态下胎侧部发生屈挠变形的位置，气密层设置在轮胎内轮廓的最内层，胎体层设置在胎冠部、胎侧部和胎圈部的里面，带束层设置在胎冠部的内部，相邻胎体层，位于胎体层的上方，冠带层设置在胎冠部的内部，相邻带束层，位于带束层的上方，支撑块设置在轮胎的胎肩部与胎侧部的内轮廓处，与气密层紧密贴合，由于增设的高硬度、耐高温和耐磨损的支撑块增大了胎侧部的整体刚性，因此使得轮胎的断面轮廓形状在轮胎正常运转时保持稳定的三角形形状，此时轮胎胎冠沿胎面横向方向被拉直，且胎冠部的胎体帘线呈张紧状态。

本发明一种低扁平率的三角平衡轮廓轮胎，所述的支撑块设置在胎冠部和胎侧部的内轮廓中，采用高强度、耐高温和耐磨损的的聚氨酯材料，该新型轮胎随着轮胎受力和运动情况变化时，胎肩部与胎侧部所夹的支撑块不断地受充气压力的挤压，使得胎冠沿胎面横向方向被拉直，同时胎冠部的胎体帘线呈张紧状态。当三角平衡轮廓轮胎承受载荷时，一方面高硬度的支撑块提高了胎侧的刚性，另一方面胎侧部被支撑块不断地挤压，使得胎冠部的胎体帘线被张紧拉直，提高了胎冠部的整体刚性，实现了胎冠部和胎侧部刚度的整体提高，从而使静负荷工况下轮胎的下沉量减小，实现翻转力臂的减小和真圆度的逼近，减少了轮胎的接地印痕面积，达到降低轮胎滚动阻力的目的。此外，支撑块在充气压力和胎侧部屈挠变形挤压的共同作用下，使得胎冠部和胎侧部的胎体层断面轮廓形状在滚动过程中变化很小，保持轮胎运动时的断面轮廓呈钝角三角形状，提高轮胎承受载荷状态下的真圆度，从而提高了轮胎行驶的稳定性。此外，当轮胎被扎破时，处于漏气或零气压状态时，薄而柔软的胎侧会变瘪并纵向弯曲，失去径向屈挠性和传递轮胎与地面间产生的加速力、减速力以及转向力等正常功能，而高硬度的支撑块却起着承受车身重量的作用，避免轮胎断面轮廓形状发生严重的变形，从而提高轮胎的行驶安全性。

本发明一种低扁平率的三角平衡轮廓轮胎，所述的胎体层可设计为多层，胎体帘线采用人造丝纤维帘线，防止当轮胎缺气时胎侧反复曲挠变形造成胎侧部的胎体帘线生热过大而烧焦，当轮胎承受载荷时，胎面部和胎侧部内的胎体帘线的轮廓形状变化很小，从而使得胎冠部和胎侧部保持较好整体性，且使得胎冠部的胎体帘线在承受载荷状态下沿胎面横向方向呈张紧状态，从而使轮胎承受载荷时胎冠部和胎侧部的胎体层断面轮廓形状基本不发生变化，在自由状态下胎面部和胎侧部区域内的胎体层断面轮廓呈等腰钝角三角形，且三角形的顶角远大于普通轮廓的。

本发明一种低扁平率的三角平衡轮廓轮胎，所述的支撑块可选用高硬度、高强度、自润滑性能和耐疲劳性能十分优越的聚甲醛材料，避免轮胎胎侧部反复变形而引起胎侧部帘线生热过大。

本发明的有益效果是：

1.本发明一种低扁平率的三角平衡轮廓轮胎，由于增设了高硬度的支撑块结构，改变了轮胎在承受载荷状态下发生屈挠变形的位置，减小了轮胎接地印痕面积，从而降低了轮胎的滚动阻力，可以有效降低汽车的燃料消耗，更好地实现能源节省和环境清洁。

2.本发明一种低扁平率的三角平衡轮廓轮胎，由于增设的高硬度支撑块结构，提高了胎侧的刚性，使得胎面沿横向方向被拉直，而胎圈部胶料沿径向方向发生屈挠变形，使得轮胎承受载荷时胎冠部和胎侧部的胎体层断面轮廓形状基本不发生变化，保证了轮胎与地面滚动接触的真圆度，从而改善轮胎接地压力分布的均匀性，延长了轮胎的使用寿命，降低了轮胎的滚动阻力，提高了汽车的转向性能和操纵性能并。

3.本发明一种低扁平率的三角平衡轮廓轮胎，当轮胎被刺扎，跑气、泄气时，支撑块可以起到支撑轮辋，防止胎侧轮廓形状发生严重变形，减少胎侧反复曲挠变形产生的热量，提高汽车行驶的安全性能。

附图说明

图1是本发明一种低扁平率的三角平衡轮廓轮胎的剖视图。

图2是图1的左半部分放大图。

图3是本发明一种低扁平率的三角平衡轮廓轮胎胎体层的轮廓示意图。

图中，1-胎面部，2-胎侧部，3-三角胶，4-胎圈部，5-气密层，6-胎体层，7-支撑块，8-带束层,9-冠带层,10-胎冠部,11-轮辋,12-三角平衡轮廓，13-断面水平轴，14-胎肩部。

具体实施方式

本发明提出一种低扁平率的三角平衡轮廓轮胎，如图1、图2、图3所示，该轮胎主要包括胎面部1、胎侧部2、三角胶3、胎圈部4、气密层5、胎体层6、支撑块7、带束层8、冠带层9，胎冠部10是胎面部1与两胎肩部14之间的整个部位，包括胎面部1、胎体层6、带束层8、冠带层9，胎肩部14是胎冠部10与胎侧部2的过渡区域，采用一定的曲率半径使胎冠部10与胎侧部2圆滑过渡，一般曲率半径取值为45mm，改善胎面部1接地压力分布的均匀性，胎面部1设置在所述轮胎的径向最外层，采用邵尔A硬度为55-60的胶料，使得接地应力分布更为均匀，较软胶料提高了胎面花纹的牵引性能，在高速行驶时这一点对车辆的操纵性能至关重要，胎侧部2设置在胎冠部10的下方，与胎冠部10的两端紧密连接，当轮胎承受载荷时，胎侧部2曲挠变形较小，且胎侧部2的外轮廓形状变化很小，断面水平轴13位于轮胎断面最宽处，是轮胎在负荷下法向变形最大的位置，断面水平轴13在轮胎自由状态下到胎圈部4的距离相比传统轮廓轮胎多3%，使得轮胎滚动阻力降低，例如三角平衡轮廓轮胎设计断面水平轴13在轮胎自由状态下距胎圈部4的距离为33.5mm，而255/30R22轮胎断面水平轴13在轮胎自由状态下距胎圈部4的距离为23.1mm，胎圈部4设置在胎侧部2的下方，与轮辋11相接触，材料采用邵尔A硬度为70-75的胶料，胎圈部4在轮胎未安装于轮辋11的自由状态下的着合宽度相比普通轮廓小3%-6%，使胎体层6的断面轮廓形状在受力状态下呈倒三角形结构，构成三角平衡轮廓12，三角胶3设置在胎圈部4的内部，三角胶3的总体高度相比传统轮廓轮胎的增大100%，采用邵尔A硬度为55-65的胶料，使得胎侧部2下端和胎圈部4上端的胶料整体硬度降低，改变了轮胎在承受载荷状态下胎侧部2发生屈挠变形的位置，气密层5设置在轮胎内轮廓的最内层，胎体层6设置在胎冠部10、胎侧部2和胎圈部4内部，带束层8设置在胎冠部10的内部，相邻胎体层6，位于胎体层6的上方，冠带层9设置在胎冠部10的内部，与带束层8相邻，位于带束层8的上方，支撑块7设置在轮胎的胎肩部14与胎侧部2的内轮廓处，与气密层5紧密贴合，由于增设的高硬度、耐高温和耐磨损的支撑块7增大了胎侧部2的整体刚性，因此轮胎的断面轮廓形状在轮胎正常运转时保持较为稳定的三角形形状，此时胎冠部10沿胎面部1横向方向被拉直，且胎冠部10的胎体层7的帘线呈张紧状态。

本发明一种低扁平率的三角平衡轮廓轮胎，所述的支撑块7设置在胎冠部10和胎侧部2的内轮廓中，采用高强度、耐高温和耐磨损的聚氨酯材料，该新型轮胎随着轮胎受力和运动情况变化时，胎肩部14与胎侧部2所夹的支撑块7不断地受充气压力的挤压，使得胎冠部10沿胎面部1的横向方向被拉直，同时胎冠部10的胎体帘线呈张紧状态。当三角平衡轮廓轮胎承受载荷时，一方面高硬度的支撑块7提高了胎侧部2的刚性，另一方面胎侧部2被支撑块7不断地挤压，使得胎冠部10的胎体帘线被张紧拉直，提高了胎冠部10的整体刚性，实现了胎冠部10和胎侧部2刚度的整体提高，从而使静负荷工况下轮胎的下沉量减小，实现翻转力臂的减小和真圆度的逼近，减少了轮胎的接地印痕面积，达到降低轮胎滚动阻力的目的。此外，支撑块7在充气压力和胎侧部2屈挠变形挤压的共同作用下，使得胎冠部10和胎侧部2的断面轮廓形状在滚动过程中基本不发生变化，保持轮胎运动时的断面轮廓呈钝角三角形状，提高轮胎承受载荷状态下的真圆度，从而提高了轮胎行驶的稳定性。此外，当轮胎被扎破时，处于漏气或零气压状态时，薄而柔软的胎侧部2会变瘪并纵向弯曲，失去径向屈挠性和传递轮胎与地面间产生的加速力、减速力以及转向力等正常功能，而高硬度的支撑块7却起着承受车身重量的作用，避免轮胎断面轮廓形状发生严重的变形，从而提高轮胎的行驶安全性。

本发明一种低扁平率的三角平衡轮廓轮胎，所述的胎体层6可设计为多层，胎体帘线采用人造丝纤维帘线，防止轮胎缺气时胎侧反复曲挠变形造成胎侧部2的胎体帘线生热过大而烧焦，当轮胎承受载荷时，胎面部1和胎侧部2内的胎体帘线的轮廓形状基本不发生变化，从而使得胎冠部10和胎侧部2保持较好的整体性，使胎冠部10的胎体帘线在承受载荷状态下沿胎面部1横向方向呈张紧状态，从而使轮胎承受载荷时胎冠部10和胎侧部2的断面轮廓形状基本不发生变化，在自由状态下胎面部1和胎侧部2区域内的胎体层6断面轮廓呈等腰钝角三角形，构成三角平衡轮廓12，且三角形的顶角远大于传统轮廓轮胎轮廓的，如图3所示。例如255/30R22轮胎在承受标准负荷时胎体层6断面轮廓所呈的等腰三角形的顶角为70°，而以255/30R22轮胎为参考对象设计的三角平衡轮廓轮胎在承受标准负荷时胎体层断面轮廓所呈的等腰三角形的顶角为96°。另外，在充气压力为0.22MPa和静负荷为5650N测试条件下，255/30R22传统轮廓轮胎接地印痕面积实验值和仿真值分别为216.2cm²和224.8cm²，而三角平衡轮廓轮胎接地印痕面积仿真值为202.3cm²，由此进一步说明三角平衡轮廓轮胎的接地印痕面积小于传统轮廓轮胎，说明在相同试验条件下，三角平衡轮廓轮胎的翻转力臂较小及真圆度较高，证明了三角平衡轮廓轮胎具有低滚阻的优势。

本发明一种低扁平率的三角平衡轮廓轮胎，所述的支撑块7可选用高硬度、高强度、自润滑性能和耐疲劳性能十分优越的聚甲醛材料，避免轮胎胎侧部2反复变形而引起胎侧部2帘线生热过大。

Claims

1.一种低扁平率的三角平衡轮廓轮胎，其特征在于：主要包括胎面部、胎侧部、胎圈部、三角胶、气密层、胎体层、带束层、冠带层和支撑块，胎冠部是胎面部与两胎肩部之间的整个部位，主要包括胎面部、胎体层、带束层和冠带层，胎肩部是胎冠部与胎侧部的过渡区域，采用一定的曲率半径使胎冠部与胎侧部圆滑过渡，胎面部设置在所述轮胎的径向最外层，采用软胶料，胎侧部设置在胎面部的下方，与胎面部的两端紧密连接，断面水平轴位于轮胎断面最宽处，三角胶设置在胎圈部的内部，胎圈部设置在胎侧部的下方，与汽车轮辋相接触，气密层设置在轮胎内轮廓的最内层，胎体层设置在胎冠部、胎侧部和胎圈部的里面，带束层设置在胎冠部的内部，相邻胎体层，位于胎体层的上方，冠带层设置在胎冠部的内部，相邻带束层，位于带束层的上方，支撑块设置在轮胎的胎肩部与胎侧部的内轮廓处，与气密层紧密贴合。

2.根据权利要求1所述的一种低扁平率的三角平衡轮廓轮胎，其特征在于：三角胶设置在胎圈部的内部，总体高度相比传统轮廓轮胎的三角胶增大100%，采用邵尔A硬度为55-65的软胶料。

3.根据权利要求1所述的一种低扁平率的三角平衡轮廓轮胎，其特征在于：胎圈部材料采用邵尔A硬度为70-75的胶料。

4.根据权利要求1所述的一种低扁平率的三角平衡轮廓轮胎，其特征在于：所述的支撑块设置在胎冠部和胎侧部的内轮廓中，采用聚氨酯材料制作。

5.根据权利要求1所述的一种低扁平率的三角平衡轮廓轮胎，其特征在于：所述的胎体层可设计为多层，胎体帘线采用人造丝纤维帘线。

6.根据权利要求1所述的一种低扁平率的三角平衡轮廓轮胎，其特征在于：所述的支撑块选用聚甲醛材料制作。