具有肩部凹槽的不对称凹槽底部的轮胎

摘要

本发明提供一种具有肩部凹槽的轮胎，该肩部凹槽具有不对称底部，并且更特别地，本发明提供一种具有肩部凹槽的轮胎，该肩部凹槽在凹槽的底部包括有助于减小应力并且减轻来自轮胎操作的裂化的特征。在不将材料加入凹槽底部的情况下实现该减小。

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有肩部凹槽的轮胎，所述肩部凹槽具有不对称底 部，并且更特别地，涉及一种具有肩部凹槽的轮胎，所述肩部凹槽在所述 凹槽的底部设置有有助于减小应力并且减轻来自轮胎操作的裂化的特征。

背景技术

当轮胎在表面上滚动时，变形特别发生在与表面的接触处和附近的部 分中。通常的理解是，当轮胎继续滚动时，该变形重复并且产生轮胎中的 压缩应力和应变的循环场。由于该循环可以使材料疲劳并且导致不希望的 裂纹，因此它存在使轮胎设计者通过专注于轮胎与路面的接触处和附近的 压缩应力和应变而着手解决的特别问题。

某些轮胎胎面花纹具有限定于胎面中并且在邻近轮胎的肩部的位置 围绕轮胎在圆周上延伸的凹槽，即，肩部凹槽。由于它的位置在轮胎的刚 性较大顶点和轮胎的挠性较大侧壁部分之间，因此肩部凹槽经常是应力集 中的机会增加的位置，这可能导致用于制造轮胎的橡胶材料的纵向裂化。 更特别地，由于橡胶混配物在模式1中显示为裂化，因此预期肩部凹槽中 的裂纹发展取决于凹槽的底部处的柯西(Cauchy)应力。

可以将材料加入凹槽中以提供防止沿着凹槽底部裂化的加强。然而， 如果加入这样的材料导致凹槽的尺寸减小，则在例如下雨天气中操作期间 将水排离轮胎的接触表面的凹槽的容量会不利地减小。

所以，有助于减小来自循环应力和应变的裂化的肩部凹槽的设计将是 有用的。可以容易地包含到轮胎的总体胎面花纹中而不必改变胎面花纹的 总体外观的胎面凹槽的设计也将是有用的。这些和其它优点将从下面的本 发明的描述而显而易见。

发明内容

本发明的方面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。

在一个示例性实施例中，本发明提供了一种具有胎面和肩部的轮胎， 该轮胎限定圆周方向、径向方向和轴向方向，并且胎面限定下胎面轮廓。 该轮胎包括形成于胎面的表面中的至少一个凹槽，凹槽围绕轮胎的圆周方 向延伸。凹槽邻近肩部并且沿着轴向方向从肩部向内定位。

当在轮胎的子午面中观察时，凹槽包括至少四个部分。第一线性部分 从胎面外表面径向向内延伸到深度D1。第二线性部分从胎面表面径向向 内延伸到深度D2，深度D1大于深度D2。第一线性部分位于第二线性部 分和轮胎的肩部之间。第三线性部分连接到第二线性部分的端部并且从该 端部径向向内延伸。第三线性部分与假想线成角θ定位，假想线与第二线 性部分共线。角θ表示第三线性部分与肩部所成的角的大小。第四曲线部 分形成至少一个凹槽的径向最内表面。第四曲线部分在第一线性部分和第 三线性部分之间延伸并且连接第一线性部分和第三线性部分。第四曲线部 分包括椭圆的弧。

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。

附图说明

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提供了轮胎胎面部分的沿着子午面的横截面图，所述轮胎胎面部 分具有本发明的肩部凹槽的示例性实施例。

图2提供了本发明的肩部凹槽的示例性实施例的沿着子午面的示意 性、横截面图。图2包括将在下面论述的用于描述本发明的方面的一个或 多个参数。

图3提供了图2的凹槽底部的近视图。图3也包括将在下面论述的用 于描述本发明的方面的一个或多个参数。

图4提供了椭圆的弧的图示和可以用于限定所述弧的参数，如下所述。

图5至8提供了将在下面描述的来自某些建模结果的数据图。

具体实施方式

本发明提供了一种具有肩部凹槽的轮胎，所述肩部凹槽具有不对称底 部，并且更特别地，涉及一种具有肩部凹槽的轮胎，所述肩部凹槽在所述 凹槽的底部设置有有助于减小应力并且减轻来自轮胎操作的裂化的特征。 为了描述本发明，现在将详细地参考本发明的实施例，所述实施例的一个 或多个例子在附图中示出。每个例子作为本发明的解释而不是作为本发明 的限制而被提供。实际上，本领域的技术人员将显而易见可以在本发明中 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。

“赤道面”表示垂直于轮胎旋转轴线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。

“下胎面轮廓”表示至少相切于轮胎的肩部凹槽的凹槽底部的半径恒 定的线。

图1和图2示出了本发明的肩部凹槽100的示例性实施例。更特别地， 胎面110包括两个肩部凹槽100，其中每个这样的凹槽100围绕轮胎在圆 周上延伸。每个肩部凹槽100邻近轮胎的肩部115并且沿着轴向方向A从 所述肩部向内定位。轴向向内表示在胎面110的每一侧，每个凹槽100在 沿着轴向方向A从相应肩部115朝着中心赤道面P移动的方向上定位。图 2和图3表示沿着胎面105的一侧的一个这样的肩部凹槽100，应当理解 这对肩部115关于赤道面P是对称的。

对于该示例性实施例，凹槽100由四个不同的部分120、130、140和 150构造。每个部分提供沿着胎面110的圆周方向延伸的壁或表面。当在 子午面中观察时，如图2和图3中所示，这些部分显示为线并且在这里将 这样进行描述，应当理解这样的线表示沿着圆周方向的表面。例如，直线 表示围绕胎面的圆周方向延伸的表面。

第一线性部分120表示为直线，所述直线从胎面外表面105径向向内 (即，朝着轮胎的旋转轴线)并且大体上沿着径向方向R、但不必与之平 行地延伸。点D1标记沿着径向方向R的第一线性部分120的深度(或长 度)。第一线性部分120与下胎面轮廓T成角α定向并且表示沿着肩部凹 槽100的一侧的壁。以虚线显示并且与部分120和130共线的N1和N2 是为了描述本发明而用于图示中的虚拟或假想线。

第二线性部分130也在子午面中显示为直线，所述直线从胎面外表面 105径向向内延伸。点D2标记沿着径向方向R的第二线性部分130的深 度。第二线性部分130与下胎面轮廓T成角β定向并且表示沿着肩部凹槽 100的一侧的另一个壁。如图所示，通过比较图1和图2，第一线性部分 120位于第二线性部分130和肩部115之间。另外，第二线性部分130的 深度D2小于第一线性部分的深度D1。

深度D1和D2可以表达为肩部凹槽100的总深度D的百分比。尽管 其它值可以用于本发明，但是优选地深度D1在深度D的大约78.5％至大 约82.5％的范围内，甚至更加优选地，深度D1是深度D的大约80％。再 次地，尽管可以使用其它值，但是深度D2优选地是深度D的大约77.5％。 角α和β是由轮胎设计者例如根据预期轮胎应用指定的值。角α和β的这 样的值可以沿着圆周方向变化。因此，本发明的其它参数的值也可以在圆 周上变化，只要这样的值满足本文中所指定的可应用值或范围。也应当理 解沿着凹槽100的表面(例如第一线性部分120和第二线性部分130)可 以沿着圆周方向由也可能用于轮胎的各种其它胎面特征中断。

第三线性部分140显示为直线，所述直线在深度D2处连接到第二线 性部分130。部分140从第二线性部分130径向向内延伸。角θ的值表示 第三线性部分140在远离轮胎的相应肩部115并且朝着中心赤道面P的方 向上与假想线N2所成的角的大小。尽管其它值可以用于本发明，但是优 选地角θ在大约0度至大约10度的范围内，并且甚至更加优选地角θ为 大约5度。

第四部分150是曲线的并且提供凹槽100的径向最内表面。部分150 从第一线性部分120延伸到第三线性部分140并且连接在这两个部分之 间。如图中所示，第四曲线部分150提供凹槽100的底部的不对称形状。 参考图3，可以参考三个不同的部段170、180和190描述第四部分150的 形状。这三个部段的尺寸和定位以及角θ和深度D1和D2相对于总凹槽 深度D的值控制凹槽100的形状或不对称性。

第一圆弧170在位于深度D1处的它的径向最内端部连接到第一线性 部分120。具有半径R1，弧170定位成相切于第一线性部分120并且相切 于椭圆180的弧。因此，第一圆弧170双切于第一线性部分120和椭圆180 的弧。尽管其它值可以用于本发明，但是优选地半径R1为大约2mm。

第二圆弧190连接到第三线性部分140并且具有半径R2。第二圆弧 190也是双切的，原因在于它被定位成相切于第三线性部分140和相切于 椭圆180的弧。尽管其它值可以用于本发明，但是优选地半径R2在大约 1.5mm至大约2.5mm的范围内，并且在某些实施例中为大约1.5mm。

椭圆180的弧连接到第一圆弧170和第二圆弧190两者并且跨越在两 者之间。椭圆180的弧表示形成肩部凹槽100的最底部分的表面的形状。 椭圆180的弧的位置也由它的相切固定。更特别地，椭圆的弧在点P1相 切于假想线N1并且也在点Q相切于下胎面轮廓T。

参考将使用图4描述的参数c确定椭圆180的弧的形状。参数c描述 椭圆的弧的弯曲程度并且使用比率限定。首先，从点P1处椭圆180与假 想线N1的切点至点Q处椭圆180与下胎面轮廓T的切点构造假想线P1-Q。 接着，从点S至点O构造假想线S-O。点S表示线N1与下胎面轮廓T的 交点。垂直于假想线P1-Q构造假想线S-O。假想线S-O与椭圆的交点表 示为点M。因此，参数c被限定为M-O与S-O的比率。尽管其它值可以 用于本发明，但是优选地参数c在大约0.220至0.325的范围内，并且对 于某些实施例，优选地具有大约0.225的值。

为了评价肩部凹槽100的不对称性的有效性，轮胎模型被构造并且使 用有限元分析进行检查。更具体地，轮胎建模成在7.2巴、3856千克的满 负荷状态下并且以90公里/小时行驶。轮胎被建模以确定当轮胎围绕它的 轴线进行完整旋转时沿着第四曲线部分150的最大柯西应力。与传统观点 相反，发现最大柯西应力不一定由于压缩柯西应力而发生在与路面的接触 区域处或附近的轮胎的底部。相反地，有时发生最大柯西应力是由于操作 期间轮胎的顶部处或附近的意外拉伸应力。最大柯西应力可以是轮胎的顶 部处的拉伸应力的发现教导了本发明的凹槽底部的设计。

因此，使用如上所述的有限元分析，图5表示在轮胎的旋转期间引起 的最大柯西应力与沿着凹槽底部(即，沿着第四曲线部分150)的位置的 关系的图。沿着x轴的零点的位置表示深度D1处的曲线部分150的起点， 增加的值表示朝着深度D2处的曲线部分150的端部移动。参考值(Ref) 表示使用最大曲率半径在点D1和D2(图3)之间连接第一线性部分120 和第二线性部分130的凹槽底部的柯西应力的图。设计值的例子表示肩部 凹槽100的柯西应力的图，其中D1＝0.8，R1＝2.0mm，参数c＝0.225， R2＝1.5mm，θ＝5度，并且D2＝0.775。如图5中所示，本发明的该示例性 实施例大大减小了沿着肩部凹槽100的第四曲线部分150受到的柯西应 力。

图6、图7和图8显示了附加分析的结果，其中参数D1、C、θ和R2 变化，而D2恒定地保持在0.775并且R1恒定地保持在2.0mm。如这些图 中所示，本发明可以用于在如上所述的值的范围上减小柯西应力。表1提 供了图6、图7和图8中所示的图的图例。

表1

  图例   P1   C   θ   R2   A   785   220   10   1.5   B   785   325   0   1.5   C   785   325   10   1.5   D   785   325   10   2.5   E   825   220   10   1.5   F   825   220   10   2.5   G   825   325   0   1.5   H   825   325   0   2.5   I   825   325   10   1.5   J   825   325   10   2.5

尽管关于本主题的具体示例性实施例和方法已详细地描述了本主题， 但是将领会，本领域的技术人员当获得前述内容的理解时可以容易地产生 这样的实施例的更改、变型和等效物。作为例子，第一线性部分120和第 二线性部分130均在图中被显示为从胎面外表面105直接延伸的单线段。 然而，线性部分120和/或130均可以由例如连接在胎面外表面105和相应 深度D1或D2之间的一个以上线段构造。这样的附加线段(一个或多个) 可以与假想线N1和/或N2形成不同角，同时仍然总体地提供从胎面外表 面105延伸(尽管一个以上线段)的第一线性部分120和/或第二线性部分 130。另外，部分120和130也可以设置成其它配置(例如曲线)。因此， 本发明的范围仅仅作为例子而不是作为限制，并且本发明不排除包括本领 域的普通技术人员显而易见的本主题的这样的修改、变型和/或增加。