專利名稱：胎圈芯總成和使用這種總成的輪胎的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種輪胎的胎圈芯，特別是一種作為胎緣一部分并能夠在各種工作狀態(tài)下將輪胎固定在相應(yīng)的輪輞座上的胎圈芯。
在現(xiàn)有技術(shù)中，一只常規(guī)的輪胎一般都有至少一個(gè)帶有翻轉(zhuǎn)能夠包裹住胎緣的胎體簾布層和一個(gè)胎面。特別是，一只子午線輪胎包括一個(gè)帶有沿著子午面定位的加強(qiáng)線的子午線胎體和一個(gè)在胎體和胎面之間的加強(qiáng)帶。胎體簾布層邊和同一簾布層卷邊之間的封閉區(qū)用橡膠帶來填充。
包括胎圈芯的輪胎部分和橡膠填充物構(gòu)成了輪胎的胎緣，并將輪胎定位于相應(yīng)安裝輪圈的胎緣座上。輪輞包括一個(gè)圓柱形中心座，其分叉表面的分支從座上相反一側(cè)軸向向外伸出，直到垂直的外圍凸邊(輪輞臺(tái))上。分叉表面構(gòu)成了輪胎的胎緣座。
胎緣的內(nèi)徑基本上等于胎圈芯內(nèi)表面的直徑，除了兩個(gè)外翻簾布層形成的外輪廓之間的距離可能不同，它們形成一個(gè)封閉了胎圈芯的橡膠薄層。胎圈芯的內(nèi)徑和胎緣的內(nèi)徑小于輪輞臺(tái)的外徑，這樣選擇是為了在輪胎安裝到輪輞上后胎緣能夠壓在相應(yīng)的輪輞臺(tái)上，在那上面它們能夠保持機(jī)械張力。
往胎緣上安裝輪胎的方法對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說是公知常識(shí)。首先將輪胎的第一胎緣變形至橢圓形，以便在橢圓孔合適地定位在輪輞前時(shí)，胎緣的一部分能夠滑入到輪輞臺(tái)上。然后，胎緣的剩余部分就能夠完全滑入輪輞臺(tái)上，這樣胎緣就能夠安裝到胎緣座上。同樣的步驟在第二胎緣重復(fù)。最后，輪胎膨脹，將胎緣壓在帶有胎緣座的輪輞臺(tái)的內(nèi)表面上。
幾種胎圈芯都是已知的。例如，一種胎圈芯設(shè)計(jì)將橡膠包裹的鋼絲呈螺旋狀纏繞以形成并排放置的線圈的第一層。隨后的層都疊放在第一層上，并象第一層那樣由同樣的涂覆線材螺旋纏繞構(gòu)成。這種類型的一種已知結(jié)構(gòu)由四層構(gòu)成，每層有四個(gè)線圈。
另一種胎圈芯設(shè)計(jì)使用數(shù)根獨(dú)立的金屬絲，包括一個(gè)由螺旋狀纏繞的第一金屬絲形成的沿著垂直平面徑向排列的數(shù)個(gè)線圈，隨后的金屬絲簡(jiǎn)單的纏繞成線圈沿著垂直平面排列并靠近第一平面放置。這種情況下的胎緣金屬絲也是用橡膠處理過的。
另一種設(shè)計(jì)使用由數(shù)根金屬絲呈螺旋狀纏繞在一根中心金屬絲形成的線圈狀胎圈芯。
胎圈芯基本上都是一個(gè)單一部件形成的圓周部件制成的，或者是多個(gè)如金屬絲、繩索等類似的獨(dú)立環(huán)狀部件形成的。因此，將輪胎安裝到輪輞上的第一步需要使用相當(dāng)大的力來使胎圈芯由圓形變?yōu)闄E圓形。在隨后的步驟中，力消失，胎圈芯彈性地恢復(fù)原狀，并在輪輞座上施加一個(gè)彈性的夾緊力。當(dāng)輪胎工作的時(shí)候，這個(gè)夾緊力通過將輪胎的胎緣緊緊地固定在輪輞上來保證輪胎發(fā)揮作用。
一種將輪胎的胎緣安裝在輪輞的簡(jiǎn)單方案是將輪胎的胎圈芯用形狀記憶材料如NiTi合金制成。這種解決方案參見德國專利申請(qǐng)DE3829460A1。該申請(qǐng)中所描述的方案需要將胎圈芯變形到橢圓形，在套到輪輞上后，將胎圈芯加熱到合金的結(jié)晶溫度，范圍在60℃到95℃之間。這樣胎圈芯就恢復(fù)到圓形和原始尺寸。這種方法很容易安裝輪胎，并提供在安裝后能提供較高的夾緊力，但是需要特殊設(shè)備。
胎圈芯材料需要滿足的主要要求之一是當(dāng)胎圈芯已經(jīng)被安裝到輪輞上之后且變形力已經(jīng)消失的情況下，在通常的工作條件下相關(guān)胎圈芯能夠提供足夠的夾緊力給輪輞上的胎緣座。第二個(gè)要求是即使在極限的工作條件下也能保持甚至增大夾緊力。例如，在侵蝕性的條件下，上述條件也能達(dá)到。
現(xiàn)代輪胎構(gòu)造技術(shù)越來越傾向于被駕駛者習(xí)慣使用運(yùn)動(dòng)車的駕駛風(fēng)格所決定，特征在于突然地加速和剎車、在陡峭的路上行駛和經(jīng)過搓板路。還有的駕駛者還喜歡超越他們汽車的性能，雖然他們的汽車不具備高性能的特點(diǎn)。這些駕駛者喜歡采用突然加速和剎車并連續(xù)改變車速的駕駛風(fēng)格。為了簡(jiǎn)單起見，這種駕駛風(fēng)格被稱為“不正常駕駛”。
上述的不正常駕駛會(huì)影響胎圈芯，因?yàn)樽兓募铀俣葧?huì)導(dǎo)致輪胎傳遞扭矩的劇烈變化，如果胎圈芯在輪輞座上的夾緊力不夠大，那么就會(huì)發(fā)生輪胎胎緣從輪輞座上脫落的危險(xiǎn)。另外當(dāng)輪胎在漏氣的情況下，還要求輪胎能夠行駛數(shù)十公里。例如，現(xiàn)在在時(shí)間中要求輪胎即使在漏氣的情況下也要行駛50公里或者更長，以便能夠找到一個(gè)能夠?qū)β廨喬ミM(jìn)行維修或是更換的合適的維修站。隨著輪胎氣壓的降低，使得在輪胎漏氣的情況下，要求輪胎胎緣在輪輞座上施加足夠夾緊力變的復(fù)雜。這樣通常用壓力推動(dòng)胎緣貼在輪輞臺(tái)凸緣面上的，并使輪胎安全地固定在輪輞上。
有很多公知的裝置被用來在輪胎漏氣的時(shí)候讓輪胎堅(jiān)持行駛。一些公知裝置使用胎緣上的突起插入輪輞相應(yīng)的孔中，來阻止在輪胎氣壓?jiǎn)适r(shí)胎緣從安裝位置向內(nèi)的位移。另一些解決方案是提供沿著輪輞軸向的合適的分割裝置，在氣壓不足以將胎緣固定在胎緣座上的時(shí)候，阻止胎緣的向內(nèi)移動(dòng)。
輔助的手段包括使用由定位在輪輞上的盛有潤滑油的容器。當(dāng)輪胎漏氣的時(shí)候，胎緣部分向輪胎面靠近就會(huì)打開容器的蓋子，潤滑油就會(huì)流出，并密封輪胎上的孔。
常規(guī)的手段沒有考慮在室溫下將輪胎簡(jiǎn)易地安裝到輪輞上，也沒有考慮輪胎在漏氣的情況下的工作。
申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn)如果在任何條件下能夠保證胎圈芯在輪輞上的胎緣座上保持幾乎不變或者是增加的夾緊力，那么輪胎在正常或者是非正常的條件下都能夠安全地行駛，即使是在輪胎漏氣的情況下。這種方案避免了在安裝輪胎的操作中所需要大大高于室溫的溫度，可省去了設(shè)在輪輞上輪胎內(nèi)部的復(fù)雜的防漏氣裝置總成，或者是需要插在輪輞的洞中的胎緣上的突起對(duì)輪胎表面造成變形。
申請(qǐng)人注意到制造者選擇了現(xiàn)代輪胎輔助設(shè)備來獲得剎車性能的顯著提高。這些輔助設(shè)備包括由合金制成的輪輞和由能提高剎車力的材料制成的制動(dòng)器，比如連接在輪輞上的碳制動(dòng)盤。
申請(qǐng)人還注意到制成輪輞和制動(dòng)器的上述材料發(fā)出的熱量提供了一種可供利用的熱源。熱傳遞到靠近制動(dòng)器的輪胎區(qū)域，如胎緣和胎圈芯。而且當(dāng)輪胎漏氣時(shí)，輪胎的彈性材料更被側(cè)壁折疊部分相互的滑動(dòng)摩擦所加熱，將持續(xù)增加的熱量傳導(dǎo)到胎緣和胎圈芯上。
這樣，持續(xù)的加熱和熱量向胎圈芯的傳導(dǎo)都會(huì)被認(rèn)為是不正常駕駛習(xí)慣和漏氣輪胎所造成的常見結(jié)果。申請(qǐng)人認(rèn)為這樣常見的結(jié)果也許能被利用來使輪胎在任何條件下安全行駛，同時(shí)還要保留輪胎在常溫下用常用工具能夠方便安裝在輪輞上的性能。
用來制造胎圈芯的材料需要具有兩種主要的特性。第一，材料在常溫下要有彈性變形的能力，以便胎圈芯能夠覆蓋住輪輞臺(tái)并彈性的固定在胎緣座上以提供夾緊力。第二，材料要能夠隨著溫度的增加產(chǎn)生一個(gè)比在常溫下彈性夾緊力大并逐漸增加的收縮力。這個(gè)增加的力在使用過程中如果達(dá)到預(yù)設(shè)的溫度就會(huì)發(fā)揮作用。
本發(fā)明的第一部分是將輪胎固定在輪輞座上的胎圈芯有很多內(nèi)徑小于輪輞最大直徑的環(huán)狀加強(qiáng)部件，當(dāng)對(duì)胎圈芯施加力時(shí)，在常溫下胎圈芯能夠發(fā)生足夠的變形被安裝到輪輞上。胎圈芯的另一個(gè)部分是使用帶有夾緊部件的環(huán)狀加強(qiáng)部件，夾緊部件會(huì)隨著溫度的升高而加強(qiáng)在輪輞上的夾緊力，至少一種夾緊部件是形狀記憶合金制成的。當(dāng)溫度達(dá)到預(yù)設(shè)值的時(shí)候，夾緊力開始增加。夾緊部件所提供的第二個(gè)部分就是眾多環(huán)狀加強(qiáng)部件中至少有一個(gè)是由具有形狀記憶特性的金屬制成的。具有形狀記憶特性的部件可以在常溫下安裝到輪輞上后沒有牢固的夾緊力，但是當(dāng)輪胎的溫度升高的時(shí)候，它就會(huì)牢固地夾緊在輪輞上。比較好的是，使夾緊部件開始隨著溫度的升高而提高夾緊力的預(yù)設(shè)溫度大于80℃，但是小于當(dāng)輪胎漏氣的時(shí)候所能達(dá)到的最大溫度。
構(gòu)成胎圈芯的加強(qiáng)部件包括第一加強(qiáng)部件和第二加強(qiáng)部件。第一加強(qiáng)部件在常溫下提供使胎圈芯固定在輪輞上的夾緊力，第二加強(qiáng)部件對(duì)溫度升高非常敏感。第一加強(qiáng)部件是有由金屬絲或者紡織線或者是金屬絲制成的，例如鋼或芳族聚酰胺纖維。第二加強(qiáng)部件是由金屬絲或金屬繩制成的，最好是安排在胎圈芯徑向的最內(nèi)部，最靠近輪胎的旋轉(zhuǎn)軸。比較好的是，第二夾緊部件是由NiTi、NiTiX(X可以是Fe、Cu、Nb)、CuZnAl、CuAlNi,CuAlBe合金，F(xiàn)eMnSi基合金或者是FeNiCo基合金的同族材料制成的。本發(fā)明的另一個(gè)部分是輪胎包括環(huán)狀胎體，一個(gè)胎面，和一個(gè)在胎體和胎面之間的帶狀結(jié)構(gòu)；一對(duì)定位在胎體的兩個(gè)側(cè)邊上胎緣，一對(duì)定位在胎緣內(nèi)部的胎圈芯。胎緣用來保證輪胎固定在輪輞的胎緣座上。每個(gè)胎圈芯都有許多環(huán)狀伸展的加強(qiáng)部件，胎圈芯的內(nèi)部橫向尺寸接近輪輞上胎緣座的尺寸。
輪胎的進(jìn)一步特征在于具有一個(gè)包括對(duì)溫度升高起反應(yīng)的夾緊部件，當(dāng)溫度達(dá)到預(yù)設(shè)值時(shí)，輪胎胎緣的收縮力開始增加。眾多環(huán)狀加強(qiáng)部件中至少一個(gè)是由形狀記憶合金材料制成的。如上所述，輪胎的胎圈芯包括第一和第二加強(qiáng)部件。例如，第一加強(qiáng)部件的總體楊氏模量在50000MPa至205000MPa之間，破壞載荷在1500MPa到4000MPa之間。對(duì)溫度升高起反應(yīng)的第二加強(qiáng)部件的總體楊氏模量在50000MPa到120000MPa之間，破壞載荷在800MPa至1200MPa之間。
在一個(gè)比較好的實(shí)施例中，輪胎包括合適的夾緊部件，在95℃至110℃的溫度之間，胎緣和輪輞之間的鎖定力要比常溫下的鎖定力高20％到30％。
本發(fā)明可以依據(jù)下面的描述和附圖被更好的理解，僅僅通過沒有限定的實(shí)施例來理解。應(yīng)該理解的是前面的總體描述和下面的詳細(xì)描述都是示范性和說明性的，如權(quán)利要求所限定的發(fā)明范圍可以提供更進(jìn)一步的解釋。
附圖幫助對(duì)發(fā)明的理解，組成說明書的一個(gè)部分，體現(xiàn)發(fā)明的若干個(gè)實(shí)施例，并能跟描述一起幫助解釋發(fā)明的原理。在附圖中，

圖1是根據(jù)本發(fā)明所述，從取下的帶有胎圈芯的輪胎的一部分的局部透視圖；圖2是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例，與相應(yīng)的輪輞上的支持座相連的輪胎胎緣的局部透視圖；圖3是將胎緣安裝在圖2所示的輪輞座上的時(shí)候，胎圈芯的形狀記憶材料應(yīng)變情況示意圖；圖4是輪胎漏氣時(shí)，圖3所示的輪胎金屬絲在溫度向防止掉落的最大值變動(dòng)時(shí)，輪胎金屬絲收縮應(yīng)力的上升變化曲線；圖5是輪胎漏氣時(shí)，輪胎發(fā)熱的溫度隨著時(shí)間變化的示意圖；圖6到圖9是本發(fā)明所述的胎圈芯不同實(shí)施例的橫截面示意圖。
下面將參照附圖和說明書對(duì)本發(fā)明的最佳實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。本發(fā)明能夠廣泛地應(yīng)用于輪胎領(lǐng)域，尤其適合制造子午線輪胎。
圖1表示的是市售尺寸為195/165R15的輪胎1,195表示胎面寬度，單位是mm,65表示在寬度方向上端面高度的半徑，15是規(guī)格胎圈的直徑，單位是英寸。輪胎1包括胎面2，胎肩3和側(cè)壁4。輪胎的邊緣包括一對(duì)胎緣5、胎圈芯6、胎緣填充物7和加強(qiáng)邊8。輪胎還包括一個(gè)帶有安排在子午面上的薄簾布層的子午線胎體9，和布置在胎體9和胎面2之間的帶狀結(jié)構(gòu)10。帶狀結(jié)構(gòu)10由3層構(gòu)成，每一層都有沿著不同方向定位的薄簾布層，如圖1所示。簾布層包括一個(gè)或多個(gè)加強(qiáng)層，和邊30一起向外折疊，包裹住胎圈芯6。胎緣5被設(shè)計(jì)安裝在輪輞上。
圖2表示的是本發(fā)明的一個(gè)示范性實(shí)施例。胎緣5與輪輞連接在一起，輪輞只表示出一個(gè)邊，輪輞的邊包括圓柱型中間座(未示出)和兩個(gè)表面上分開的側(cè)部支座。這些圓柱型輪輞支座中的一個(gè)由數(shù)字11來表示。圓柱型輪輞支座11由一個(gè)表面12構(gòu)成，表面12與平行于輪輞軸線的直線13之間的夾角為α。角α可以根據(jù)輪胎的類型有不同的值，從轎車輪胎的5°至卡車輪胎的15°。胎緣支座11包括一個(gè)凸緣14，凸緣的底部支撐輪胎胎緣外側(cè)表面的下部，如圖2所示。
在一個(gè)較好的實(shí)施例中，胎圈芯制成包括四種不同涂了橡膠的金屬絲的4×4結(jié)構(gòu)。第一層金屬絲呈螺旋狀地纏繞在一個(gè)形成四個(gè)同心金屬絲圈的單一垂直面上，由半徑線圈的第一環(huán)15決定。形成半徑線圈的其它環(huán)16、17、18的其它金屬絲都彼此并排排列，與第一環(huán)15相臨。這四層線圈組成了胎圈芯的加強(qiáng)單元，并進(jìn)一步細(xì)分成第一和第二加強(qiáng)部件。
如上所述，第一加強(qiáng)部件被設(shè)計(jì)成在常溫下能夠發(fā)生彈性變形以便使輪胎能夠被安裝到輪輞上并彈性地夾緊在輪輞上，常溫的范圍是在-10℃至+35℃。因此第一部件可以傳統(tǒng)材料制成，最典型的就是制成胎圈芯的材料，這種材料能夠在將輪胎在輪輞上和隨后的使用中，保持住將胎緣固定在輪輞上的力。
第二部件被設(shè)計(jì)成在輪胎使用過程中對(duì)產(chǎn)生的溫度的升高很敏感的夾緊部件。隨著高于常溫的溫度增長，第二部件能夠產(chǎn)生增長的力將胎緣固定在輪輞上。特別是，第二部件被設(shè)計(jì)用于非正常工況，包括加速度的突然變化、突然的啟動(dòng)和剎車、上坡或者是在搓板路上行駛，或者是輪胎漏氣。
第一部件由鋼線制成，鋼線外面包裹黃銅、紫銅或者其它能保護(hù)鋼線不被腐蝕的合金。第二部件由形狀記憶合金制成。制成第二部件的形狀記憶合金可以是具有《Engineering Aspects of Shape MemoryAlloys》(Butterworth-heinemann,1990)上面介紹的特性的很多種金屬。特別是，本發(fā)明中的形狀記憶合金可以是NiTi、NiTiX(X可以是Fe、Cu、Nb)、CuZnAl、CuAlNi,CuAlBe合金，F(xiàn)eMnSi基合金或者是FeNiCo基合金。
在圖2所示的實(shí)施例中，第二部件是由NiTi合金制成的，并組成了四層金屬絲環(huán)中的一層。
在最佳實(shí)施例中，形狀記憶合金各成分比例如下鎳在50at％至51at％之間；鈦在49at％至50at％之間；比較好的是，第一部件組成三層金屬絲環(huán)；第二部件只組成一層金屬絲環(huán)。最好的是，第一部件的金屬絲環(huán)15由形狀記憶合金制成，其它金屬絲環(huán)16、17和18由鋼絲制成。
為了更好地理解發(fā)明，需要介紹的是在不變載荷的作用下，形狀記憶合金會(huì)發(fā)生很大變形，而當(dāng)它被放置在金屬從第一形狀變化到第二形狀所需的特定的溫度下，它能夠恢復(fù)以前記憶的形狀。
制成胎圈芯的第二部件部分的形狀記憶合金絲必須經(jīng)過預(yù)處理以便能夠記住某種原始長度“1”。然后在成為形成胎圈芯的第二環(huán)狀部件之前，金屬絲被拉長0.5％至0.7％。當(dāng)它的末端是自由的并被加熱到它的結(jié)構(gòu)從第一結(jié)構(gòu)到第二結(jié)構(gòu)變化的溫度，比如從馬氏體向奧氏體變化的溫度時(shí)，金屬絲就會(huì)恢復(fù)到原來記憶的原始長度“1”。而且，在本申請(qǐng)中，因?yàn)橐纬森h(huán)狀，所以金屬絲的末端是受約束的，就象所有用于胎圈芯第二部件的金屬絲一樣。金屬絲的兩端相互連接形成一個(gè)環(huán)，并被放置在輪輞上來限制金屬絲的收縮。當(dāng)受約束的絲被加熱到轉(zhuǎn)化溫度，也相當(dāng)于干涉溫度，在受到約束的范圍內(nèi)，金屬絲就會(huì)恢復(fù)以前的形狀。如不能收縮，金屬絲會(huì)對(duì)溫度作出反應(yīng)，并產(chǎn)生稱為“復(fù)原應(yīng)力”的應(yīng)力。在較高的溫度時(shí)這個(gè)應(yīng)力會(huì)使胎圈芯在輪輞上夾得更緊。
形狀記憶合金的特性可以由圖3和4的圖表解釋得更清楚。圖3定性的表現(xiàn)了隨著應(yīng)力δ變化的拉伸變形。在圖中，平穩(wěn)段表示金屬絲最大的變形性，在不變載荷和室溫條件下，平穩(wěn)段對(duì)應(yīng)2％至8％拉伸率。要獲得上述拉伸的載荷的數(shù)值明顯小于第一胎圈芯部件中鋼絲拉伸1％所需的載荷值。
圖4定性的表示在溫度As和Af之間，金屬絲從馬氏體向奧氏體轉(zhuǎn)變時(shí)，復(fù)原應(yīng)力δ的變化。上述溫度對(duì)應(yīng)于不同合金絲所需要的預(yù)設(shè)值，上述合金絲在構(gòu)成胎圈芯之前必須經(jīng)過預(yù)先加熱。
上述特性帶來的結(jié)果就是，如圖3所示，構(gòu)成第二胎圈芯部件的形狀記憶合金絲很容易隨著第一部件的鋼絲的變形而變形，在安裝到輪輞座之前，變形取決于通過輪輞臺(tái)所必需的拉伸量。
然后，當(dāng)變形力從胎圈芯上移開，由于形成第一加強(qiáng)部件的鋼絲被提高了的彈性模量，胎緣就會(huì)固定在輪輞座上。因?yàn)楫?dāng)變形力在室溫條件下消失，材料不會(huì)再從第一結(jié)構(gòu)向第二結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化，所以形狀記憶合金絲基本上保持松弛，而且圖4中所示的復(fù)原應(yīng)力也不會(huì)再增加。
第二部件可以只是胎圈芯眾多加強(qiáng)部件的一部分，典型地就是不能包括所有構(gòu)成胎圈芯材料。實(shí)際上，如上所述，第一胎圈芯加強(qiáng)部件最好有顯著的性能能保證胎緣在輪輞20上有足夠的彈性夾緊力，以便使輪胎能夠在室溫下安裝并固定在輪輞上。第二部件形成了夾緊部件，夾緊部件只有在達(dá)到高于室溫的預(yù)社設(shè)溫度的條件下才能發(fā)揮作用將胎緣更緊得固定在輪輞座上，而在室溫下，本實(shí)施例中夾緊部件不會(huì)在輪輞上提供夾緊力。
在上述實(shí)施例中，或者在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，第二部件有效地發(fā)揮作用的最佳溫度是在95℃和110℃之間。接近這個(gè)點(diǎn)，由于帶有復(fù)原應(yīng)力的形狀記憶合金的力在100MPa到600MPa之間，胎緣在輪輞上的緊固壓力就會(huì)增加，在常溫下測(cè)量，安裝后的壓力增加最好能夠在20％至30％之間。
當(dāng)輪胎漏氣時(shí)，輪胎在各種溫度條件下隨著時(shí)間變化曲線顯示在圖5的表中。在這些條件下，彼此接觸的側(cè)壁折疊邊之間相對(duì)滑動(dòng)就會(huì)產(chǎn)生熱。如圖5所示，溫度上升到一個(gè)基本上不變的最大溫度值Tmax,Tmax大約在120℃左右。
形狀記憶材料也可以用于制造胎圈芯，如圖3所示，材料應(yīng)該預(yù)處理以便獲得從第一結(jié)構(gòu)向第二結(jié)構(gòu)開始轉(zhuǎn)化溫度As，轉(zhuǎn)化溫度高于95℃。在這種條件下，隨著輪胎內(nèi)溫度增加的復(fù)原應(yīng)力的線形增加就會(huì)使施加在輪輞座上的胎緣上的力增加，如上所述。在一個(gè)更好的實(shí)施例中，溫度As應(yīng)該大約等于97℃。
如果在上述的最佳實(shí)施例中采用了上述的溫度值A(chǔ)s，夾緊部件只有在大多數(shù)危險(xiǎn)情況出現(xiàn)時(shí)才會(huì)快速增加它們?cè)谳嗇y上的夾緊力，例如輪胎漏氣，這時(shí)產(chǎn)生的溫度就會(huì)高于As。在不會(huì)產(chǎn)生高于As的其它低危險(xiǎn)不正常工作條件下，胎圈芯的反應(yīng)就會(huì)受到限制。這樣，夾緊部件的熱量工作循環(huán)的數(shù)量就會(huì)保持較低的水平，因?yàn)槌菧囟壬叩紸s以上，否則胎圈芯不會(huì)有任何反應(yīng)。這就減少了由于過多的工作循環(huán)引起的胎圈芯工作壽命的縮短的可能性。
上述實(shí)施例的第二部件最好也是形狀記憶合金制成，其特征在于溫度Af在100℃至110℃之間變化。最大復(fù)原應(yīng)力Fmax在100MPa到600MPa之間。例如，在110℃時(shí)比較好的復(fù)原應(yīng)力在200MPa至600MPa之間。
根據(jù)一個(gè)更好的實(shí)施例，胎圈芯6最好是具有以下尺寸數(shù)據(jù)和特征第一部件--黃銅包裹鋼絲，其直徑d=0.96mm--鋼絲的破壞載荷BL=1400N
--鋼絲的破壞拉伸率Er=5％--鋼絲的楊氏模量E=205000MPa--安裝過程中鋼絲所需的最大拉伸率Emax=0.5％第二部件--NiTi合金絲的直徑d=0.96mm--合金絲的破壞載荷BL=800N--合金絲的破壞拉伸率Er=12％--合金絲的楊氏系數(shù)E=98000Mpa在室溫，例如20℃的條件下安裝時(shí)，胎圈芯施加到輪輞座上的壓力在9000N至12000N之間。在溫度高于As，例如105℃時(shí)，胎圈芯施加到輪輞座上的壓力在10500N至14000N之間。
在另一個(gè)實(shí)施例中，第一胎圈芯部件由依據(jù)現(xiàn)有技術(shù)制造的芳族聚酰胺纖維絲制成，或者是由其它與芳族聚酰胺纖維類似彈性模量和破壞載荷的紡織材料絲制成。在本實(shí)施例中，第一胎圈芯部件的楊氏模量在10000MPa至205000Mpa之間，破壞載荷在1800Mpa至2500Mpa之間。隨著溫度的升高而形成的夾緊部件的第二部件由上述合金中的一種構(gòu)成的形狀記憶合金制成。比較好的是，第一部件的每根芳族聚酰胺纖維絲的直徑在0.8mm至1.8mm之間。最好由其他材料制成的第一部件的細(xì)絲的尺寸也是這樣。第二部件的形狀記憶合金絲的直徑在0.8mm至2.5mm之間。
在圖6所示的另一種實(shí)施例中，第一和第二部件都由矩形的金屬帶構(gòu)成。其它形狀橫截面的金屬帶，例如六邊型也可以采用。圖6中實(shí)施例包括并排放置的七條金屬帶環(huán)。每個(gè)環(huán)都由重疊放置的七個(gè)徑向線圈構(gòu)成的。環(huán)的彼此接近的兩條金屬帶之間沒有聯(lián)系，正好與圖2所示的胎圈芯的結(jié)構(gòu)相反。比較好的是，金屬帶19軸向最里面的環(huán)是由形狀記憶合金制成的，其它的環(huán)是由鋼制成的。構(gòu)成第一鋼部件的橫截面為矩形金屬帶的寬度為0.5mm至1.4mm之間，厚度在1.4mm至0.5mm之間。由形狀記憶合金制成的金屬帶的寬度為0.5mm至2mm之間，厚度在1mm至2mm之間。金屬帶的表面覆蓋一薄層防腐蝕的清漆，就象在輪胎中預(yù)應(yīng)力鋼絲上使用的那樣。
本發(fā)明的另一種實(shí)施例提供了一種由形狀記憶材料制成的附加線圈環(huán)，例如組成中心環(huán)。在圖7所示的實(shí)施例中，胎圈芯包括一個(gè)形狀記憶合金制成的中心部件20，合金隨著溫度的變化能夠形成夾緊部件。如圖7所示，安排了數(shù)個(gè)抗?fàn)恳考?1，每個(gè)部件都有螺旋狀纏繞在中心部件上的金屬絲或線，就象已知并廣泛地應(yīng)用于簾布胎圈芯結(jié)構(gòu)中的一樣。螺旋纏繞單元可以是紡織材料或者鋼。
在另一種實(shí)施例中，胎圈芯有一個(gè)由鋼或者紡織材料制成的中心部件和至少一個(gè)由形狀記憶材料制成的螺旋纏繞部件。
另外一種實(shí)施例中，胎圈芯可以包括一個(gè)由鋼或者紡織材料制成的中心部件，上面涂上或者嵌入一個(gè)由形狀記憶材料制成外殼。例如，如圖8所示，一個(gè)圓形鋼制中心部件22被一個(gè)由形狀記憶材料制成的圓形外殼23包裹。中心部件可以采用橫截面形狀與附圖不同的形式，可以是橢圓形或者是多邊形。本實(shí)施例中的胎圈芯可以包括相同規(guī)格的部件，也可以包括不同尺寸的第一和第二部件。
在另外一種實(shí)施例中，胎圈芯可以包括由很多金屬絲構(gòu)成的第一部件和由形狀記憶材料制成、形狀是金屬帶形狀的第二部件。
如圖9所示的實(shí)施例中，第一部件由一根涂敷了橡膠的鋼絲24構(gòu)成，鋼絲被纏繞成螺旋狀，以形成并排放置的環(huán)的第一層。環(huán)的其它層重疊放置在第一層上。由形狀記憶合金制成的金屬帶25被放置在相對(duì)鋼絲徑向的內(nèi)部。
在另一種實(shí)施例中，第一部件由鋼制成，結(jié)構(gòu)和排列如圖1和2所示。
在上述實(shí)施例或者在根據(jù)本發(fā)明的其他實(shí)施例中，胎圈芯最好具有表1數(shù)值范圍內(nèi)的特性。在表1中，涉及的第一部件和第二部件的全部特性可以被安排到各種環(huán)狀的結(jié)構(gòu)中。
數(shù)據(jù)涉及到轎車所用輪胎，輪胎的型號(hào)為175/65R15,195/65R15,225/45ZR17,245/40ZR17。表1
表2顯示胎圈芯施加在輪輞座上的力的相對(duì)數(shù)值，第一部件在常溫下，同時(shí)第二部件在不正常工作情況如漏氣所引起的高溫情況下的數(shù)值。
表2
在上述實(shí)施例中，第二加強(qiáng)部件的體積占組成胎圈芯的加強(qiáng)部件總體積的25％至50％。
本發(fā)明達(dá)到了前文所要達(dá)到的目標(biāo)，解決了所認(rèn)識(shí)到的現(xiàn)有技術(shù)中的問題。即使是在輪胎漏氣時(shí)達(dá)到其最大的溫度，如圖5中的表格所示，第二胎圈芯部件也能夠向內(nèi)收縮，這樣與常溫下安裝后施加的力相比，就增大了在胎圈芯和胎緣之間的力。
每個(gè)胎圈芯之間的增大的收縮應(yīng)力避免了可能出現(xiàn)的因?yàn)檩喬鈮簛G失所造成的危險(xiǎn)，特別是因?yàn)檐囕v轉(zhuǎn)彎時(shí)，橫向力出現(xiàn)所造成的危險(xiǎn)。
在漏氣過程中沒有胎緣和輪輞幾何結(jié)構(gòu)的改變，夾緊部件也能起作用，不象現(xiàn)有技術(shù)中的輪胎需要在胎緣的外面有突起，在輪輞座上安排有相應(yīng)孔洞。
根據(jù)本發(fā)明，胎緣設(shè)計(jì)成在常溫下能夠安裝到輪輞上，同時(shí)因?yàn)槌煞种械男螤钣洃浐辖鸬淖饔茫S著溫度的升高，胎緣能夠向內(nèi)收縮。鋼、多種芳族聚酰胺纖維和其他材料能夠在常溫下向胎緣提供彈性夾緊力也可以組成胎圈芯。
根據(jù)本發(fā)明，一旦胎圈芯的形狀形成，本發(fā)明中的輪胎和輪輞的形狀、生產(chǎn)成本都與傳統(tǒng)輪胎相同。
第一部件的特性，特別是鋼或者紡織材料的彈性模量和破壞載荷都應(yīng)當(dāng)選擇使輪胎能夠在常溫下安裝到輪輞上，并只使用在標(biāo)準(zhǔn)的輪胎維修裝配車間內(nèi)的常規(guī)設(shè)備就能安裝。即使是在會(huì)引起輪胎材料溫度升高的極端驅(qū)動(dòng)條件下，第二胎圈芯部件的特征還在于能夠保證將剎車扭矩或者加速扭矩從輪輞完全傳遞到運(yùn)動(dòng)轎車的輪胎上，使胎圈芯溫度升高。
依據(jù)本發(fā)明，胎圈芯的收縮應(yīng)力會(huì)由于對(duì)溫度的升高很敏感的第二部件的出現(xiàn)而產(chǎn)生。收縮應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致胎緣在輪輞上夾緊力的增加，這樣就可以防止所不希望的兩部分分開。本發(fā)明所述的胎圈芯有助于在預(yù)設(shè)的溫度下發(fā)揮作用的不同實(shí)施例中夾緊部件。根據(jù)本發(fā)明，由形狀記憶材料制成的輪胎要有不同的應(yīng)用，可以使用適當(dāng)?shù)暮辖鸷瓦m當(dāng)?shù)臒犷A(yù)處理以獲得與不同應(yīng)用相適應(yīng)的收縮應(yīng)力相對(duì)應(yīng)的溫度值A(chǔ)s和Af(見圖4)，例如運(yùn)動(dòng)轎車駕駛或者是輪胎漏氣。
本發(fā)明所能獲得的效果是不能預(yù)言的?，F(xiàn)有技術(shù)中胎緣與輪輞分離的缺陷和當(dāng)漏氣時(shí)胎圈脫落的缺陷都是機(jī)械重要事件。實(shí)際上，這都是缺少機(jī)械壓力和不同機(jī)械部分之間摩擦不充分造成的問題。因此，就希望能夠出現(xiàn)機(jī)械解決方案，通過使用具有保證足夠彈性模量的金屬制成的胎圈芯來自然達(dá)到這個(gè)目的，在任何條件下，能保持足夠的彈性夾緊力來避免上述問題。而且，本發(fā)明是建立在對(duì)熱現(xiàn)象觀察的基礎(chǔ)上的。
因此，可以明顯看出本發(fā)明不僅僅限于以上描述的范圍，即使在這里并沒有清楚的描述，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的基礎(chǔ)所推論出來的解決方案和布置方案也都應(yīng)當(dāng)被理解并包含于本發(fā)明中。對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說顯而易見，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下可以對(duì)發(fā)明所述結(jié)構(gòu)作出很多的修改和變形。因此，非常明顯本發(fā)明包括附加的權(quán)利要求及其同等范圍內(nèi)的所有修改和變型。
權(quán)利要求
1．一種用于將輪胎固定在輪輞上的胎圈芯，包括許多環(huán)狀伸展的加強(qiáng)部件，加強(qiáng)部件內(nèi)部橫向尺寸接近輪輞上胎緣座的最大直徑，在常溫下，胎圈芯能夠有足夠的變形以便能夠安裝在輪輞上；眾多環(huán)狀加強(qiáng)部件中至少有一個(gè)夾緊部件是由具有形狀記憶特性的金屬制成的，在預(yù)設(shè)的溫度下，隨著溫度的增加，彈性部件就會(huì)增加施加在輪輞上的夾緊力。
2．如權(quán)利要求1所述的胎圈芯，其特征在于預(yù)設(shè)的溫度小于輪胎在漏氣或者非正常工作條件下所能達(dá)到的最高溫度。
3．如權(quán)利要求1所述的胎圈芯，其特征在于預(yù)設(shè)的溫度大于80℃。
4．如權(quán)利要求1所述的胎圈芯，其特征在于上述環(huán)狀加強(qiáng)部件還包括能夠隨著在其材料變形范圍內(nèi)施加的力而變形的第一部件；包括至少一個(gè)對(duì)溫度升高起反應(yīng)的夾緊部件的第二部件，當(dāng)安裝輪胎時(shí)，第二部件的常溫下拉伸率等于第一部件的拉伸率，當(dāng)安裝完輪胎后，上述第二部件的拉伸率大于第一部件的拉伸率。
5．如權(quán)利要求4所述的胎圈芯，其特征在于第一部件的楊氏模量約為第二部件的兩倍。
6．如權(quán)利要求4所述的胎圈芯，其特征在于第一部件是金屬。
7．如權(quán)利要求6所述的胎圈芯，其特征在于第一部件是鋼。
8．如權(quán)利要求4所述的胎圈芯，其特征在于第一部件是芳族聚酰胺纖維。
9．如權(quán)利要求1所述的胎圈芯，其特征在于至少一個(gè)夾緊部件還包括一個(gè)中心部件和很多螺旋地纏繞在中心部件上的螺旋部件。
10．如權(quán)利要求9所述的胎圈芯，其特征在于中心部件對(duì)溫度升高起反應(yīng)。
11．如權(quán)利要求10所述的胎圈芯，其特征在于螺旋部件是由螺旋地纏繞在上述中心部件上的芳族聚酰胺纖維制成的。
12．如權(quán)利要求1所述的胎圈芯，其特征在于環(huán)狀加強(qiáng)部件中至少有一個(gè)夾緊部件還包括對(duì)溫度升高起反應(yīng)的中心部件。
13．如權(quán)利要求1所述的胎圈芯，其特征在于至少一個(gè)夾緊部件還包括一個(gè)中心部件，至少一個(gè)外殼包裹在中心部件外，外殼對(duì)溫度升高起反應(yīng)。
14．如權(quán)利要求1所述的胎圈芯，其特征在于在預(yù)設(shè)溫度下至少一個(gè)對(duì)溫度升高起反應(yīng)的夾緊部件作用在輪輞上向內(nèi)的力比常溫下的作用力高20％到30％。
15．如權(quán)利要求1所述的胎圈芯，其特征在于環(huán)狀加強(qiáng)部件還包括機(jī)械連接在一起的同規(guī)格的部件。
16．如權(quán)利要求1所述的胎圈芯，其特征在于至少一個(gè)對(duì)溫度升高起反應(yīng)的夾緊部件與對(duì)溫度升高不敏感的環(huán)狀加強(qiáng)部件分隔開。
17．如權(quán)利要求16所述的胎圈芯，其特征在于至少一個(gè)對(duì)溫度升高起反應(yīng)的加強(qiáng)部件被放置在最靠近輪胎旋轉(zhuǎn)軸的胎圈芯部分。
18．如權(quán)利要求16所述的胎圈芯，其特征在于至少一個(gè)對(duì)溫度升高起反應(yīng)的加強(qiáng)部件還包括一個(gè)被放置在最靠近輪胎旋轉(zhuǎn)軸的胎圈芯部分的環(huán)狀金屬帶。
19．如權(quán)利要求1所述的胎圈芯，其特征在于環(huán)狀加強(qiáng)部件是金屬絲。
20．如權(quán)利要求1所述的胎圈芯，其特征在于環(huán)狀加強(qiáng)部件還包括在徑向行上重疊放置并并排軸向放置的線圈，每行的線圈都與臨近行的線圈分開，至少一行線圈構(gòu)成至少一個(gè)對(duì)溫度升高起反應(yīng)的夾緊部件。
21．如權(quán)利要求20所述的胎圈芯，其特征在于線圈是由鋼制成的。
22．如權(quán)利要求20所述的胎圈芯，其特征在于線圈是由金屬帶狀繞組單元構(gòu)成的。
23．如權(quán)利要求1所述的胎圈芯，其特征在于至少一個(gè)對(duì)溫度敏感的夾緊部件是由NiTi、NiTiX(X可以是Fe、Cu、Nb)、CuZnAl、CuAlNi,CuAlBe合金，F(xiàn)eMnSi基合金或者是FeNiCo基合金中的至少一種制成的。
24．如權(quán)利要求1所述的胎圈芯，其特征在于環(huán)狀加強(qiáng)部件還包括一個(gè)鋼制中心部件，被由形狀記憶合金材料制成的環(huán)狀外殼包裹。
25．一個(gè)輪胎包括環(huán)狀的胎體；一個(gè)胎面；一個(gè)在胎體和胎面之間的帶狀結(jié)構(gòu)；一對(duì)胎緣定位在胎體的兩個(gè)側(cè)邊上；一對(duì)胎圈芯定位在胎緣的內(nèi)部，上述胎圈芯用來保證輪胎固定在輪輞的胎緣座上，每個(gè)胎圈芯包括許多環(huán)狀加強(qiáng)部件，其內(nèi)部橫向尺寸小于輪輞的最大直徑；環(huán)狀加強(qiáng)部件中至少一個(gè)包括對(duì)溫度升高起反應(yīng)的由形狀記憶合金制成的夾緊部件，到達(dá)預(yù)設(shè)溫度后，夾緊部件就會(huì)隨著溫度增加而增加夾緊力。
26．如權(quán)利要求25所述的輪胎，其特征在于環(huán)狀加強(qiáng)部件包括第一和第二加強(qiáng)部件，上述第一加強(qiáng)部件的總體楊氏模量在50000MPa至205000MPa之間，破壞載荷在1500MPa到4000MPa之間；上述第二加強(qiáng)部件有對(duì)溫度升高起反應(yīng)的夾緊部件。
27．如權(quán)利要求25所述的輪胎，其特征在于第一加強(qiáng)部件中的金屬絲直徑在0.8mm至1.8mm之間，楊氏模量在100000MPa至205000MPa之間，破壞載荷在1800MPa到2500MPa之間。
28．如權(quán)利要求25所述的輪胎，其特征在于對(duì)溫度升高起反應(yīng)的夾緊部件的楊氏模量在50000MPa至120000MPa之間，破壞載荷在800MPa到1200MPa之間。
29．如權(quán)利要求25所述的輪胎，其特征在于對(duì)溫度升高起反應(yīng)的夾緊部件的金屬絲直徑在0.8mm至1.8mm之間。
30．如權(quán)利要求25所述的輪胎，其特征在于對(duì)溫度升高起反應(yīng)的夾緊部件還包括一個(gè)厚度在1mm至2mm之間，寬度在0.5mm到2mm之間的金屬帶。
31．如權(quán)利要求25所述的輪胎，其特征在于在95℃至110℃的溫度之間，對(duì)溫度升高起反應(yīng)的夾緊部件作用在輪輞上的力要比常溫下的鎖定力高20％到30％。
32．如權(quán)利要求25所述的輪胎，其特征在于對(duì)溫度升高起反應(yīng)的夾緊部件是由形狀記憶合計(jì)材料制成的，該材料具有以下特征從馬氏體向奧氏體轉(zhuǎn)化開始的溫度As在95℃到1l0℃之間；完成奧氏體轉(zhuǎn)化的溫度Af在100℃到110℃之間；在110℃左右的復(fù)原應(yīng)力在200MPa到600MPa之間。
33．如權(quán)利要求25所述的輪胎，其特征在于由形狀記憶材料制成的夾緊部件的體積占環(huán)狀加強(qiáng)部件總體積的25％至50％。
34．一種將輪胎固定在輪輞胎緣座上的方法，包括將兩個(gè)胎圈芯與胎面結(jié)合形成輪胎，胎圈芯包括第一部件和第二部件，第一部件能隨著在其彈性范圍內(nèi)施加的力的作用而發(fā)生變形，第二部件包括至少一個(gè)由形狀記憶合金材料制成夾緊部件，它對(duì)溫度升高起反應(yīng)，達(dá)到預(yù)設(shè)的溫度就能施加增加的收縮力；在常溫下，在形成第一部件的材料的彈性變形范圍內(nèi)拉伸每個(gè)胎圈芯，并將其放置在相應(yīng)的輪輞胎緣座上；放松拉伸力，使得胎緣第一部件彈性地繃緊在相應(yīng)地輪輞胎緣座上；當(dāng)輪胎漏氣的時(shí)候，至少一個(gè)夾緊部件的預(yù)設(shè)溫度等于輪胎的工作溫度。
35．如權(quán)利要求34所述的方法，其特征在于在95℃至110℃的溫度之間，至少一個(gè)由形狀記憶合金制成的第二部件的夾緊部件作用在胎緣座上的力要比常溫下的鎖定力高20％到30％。
36．如權(quán)利要求34所述的方法，其特征在于第二部件的至少一個(gè)夾緊部件是由由NiTi、NiTiX(X可以是Fe、Cu、Nb)、CuZnAl、CuAlNi,CuAlBe合金，F(xiàn)eMnSi基合金或者是FeNiCo基合金中的至少一種制成的。
全文摘要
一種用于輪胎胎圈的胎圈芯(6),具有多個(gè)環(huán)狀加強(qiáng)部件。胎圈芯(6)包括一個(gè)響應(yīng)當(dāng)輪胎工作時(shí)溫度增大的夾緊部件,并提供在一個(gè)預(yù)定溫度下開始增大的夾緊力。通過從一種由形狀記憶材料制成的金屬合金形成多個(gè)加強(qiáng)部件中的至少一個(gè)而獲得溫度響應(yīng)夾緊部件。多個(gè)加強(qiáng)部件還可以通過在周圍溫度下拉長而變形,以便于將輪胎安裝到輪輞上。夾緊部件設(shè)計(jì)成可以增大胎圈芯(6)在漏氣或非正常工作的狀況下施到輪輞上的夾緊力。
文檔編號(hào)B60C15/04GK1325350SQ99812818
公開日2001年12月5日 申請(qǐng)日期1999年10月21日 優(yōu)先權(quán)日1998年10月28日
發(fā)明者圭多·里瓦, 古爾德夫·奧爾杰拉, 賽德·K·莫多德, 亞力山德羅·沃爾皮, 克勞迪奧·維拉尼 申請(qǐng)人:倍耐力輪胎公司