輪胎胎緣絲及裝有它的輪胎的制作方法

專利名稱：輪胎胎緣絲及裝有它的輪胎的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及輪胎胎緣填充芯的胎緣鋼絲及裝有它的輪胎，更具體來說，涉及設(shè)計得易于將輪胎安裝在輪圈上且設(shè)計得可阻止輪胎在種種工作條件下與輪圈分離的輪胎胎緣填充芯的胎緣鋼絲。
在本專業(yè)中公知，輪胎基本包括至少一個胎體加強層，它具有圍繞胎緣填充芯翻起的邊緣；一個胎面；以及設(shè)置在胎體和胎面之間的帶。橡膠填料條設(shè)置在胎體加強層側(cè)面及該加強層翻起的邊緣之間。輪胎的包括胎緣填充芯和橡膠填料的部分構(gòu)成輪胎的胎緣，其作用是將輪胎錨固在相應(yīng)的安裝輪圈上。
輪圈包括一條中央圓筒形槽道，發(fā)散的表面從該槽道兩側(cè)軸向、向外伸出，每個表面終止于垂向周緣，該垂向周邊凸緣稱為“輪圈平臺(rim balcony)”。發(fā)散的表面構(gòu)成輪胎胎緣座。
胎緣填充芯在周向上是基本不可伸展的，可以由單一構(gòu)件或幾個構(gòu)件如呈環(huán)狀設(shè)置的鋼絲、鋼繩和其它類似構(gòu)件構(gòu)成。各構(gòu)件稱為胎緣鋼絲，當(dāng)組裝在一起時，它們構(gòu)成胎緣填充芯。
胎緣內(nèi)徑基本與胎緣填充芯的最內(nèi)表面的直徑一致，只是橡膠薄襯引起兩直徑之間的差別。胎緣填充芯和胎緣的內(nèi)環(huán)形表面的直徑小于輪圈平臺直徑，其選擇得當(dāng)胎緣在輪圈平臺上壓至在輪圈上的胎緣座上時，它們可借助輪胎內(nèi)空氣壓力沿胎緣發(fā)散表面在凸緣內(nèi)表面上被推動。
將輪胎裝在輪圈上的操作是按照本專業(yè)技術(shù)人員公知的方法進行的。操作開始時將第一個胎緣變形成橢圓形狀，因而當(dāng)放置在輪圈前使橢圓孔適當(dāng)定向時，胎緣的一部分在輪圈平臺上滑動。然后，胎緣其余部分全部地滑到輪圈平臺上，因而然后可將胎緣推向胎緣座。將前述步驟重復(fù)于第二個胎緣。最后，將輪胎充氣，將胎緣壓在胎緣座的輪圈平臺的內(nèi)表面上。
由于胎緣填充芯的剛性，將輪胎裝在輪圈上需要施加大的力氣，以便使胎緣填充芯從其圓形變?yōu)闄E圓形，因而對于某些胎緣填充芯結(jié)構(gòu)來說會引起明顯的困難，如果超過了胎緣鋼絲的彈性變形能力，在某些情形中會有斷裂的危險。
由于輪胎內(nèi)的加壓空氣用于使胎緣保持壓在輪圈凸緣內(nèi)表面上，因而當(dāng)輪胎放氣時，這個力不復(fù)存在，胎緣可能離開其胎緣座，落入輪圈的中央槽道。這種脫座通常使車輛不可移動，因為輪圈平臺迅速與路面接觸，使車輛不能被牽引和控制。例如，普通輪胎是在1.8至2.0巴的工作壓力下充氣的。當(dāng)充氣壓力降至低于大約0.8巴時，胎緣就容易從胎緣座脫離。因此，對現(xiàn)代輪胎的第二個要求是能夠在萬一發(fā)生穿孔而使輪胎泄氣的情況下也能保持在輪圈的位置上。這個要求需要胎緣填充芯在輪圈上作用足夠的力，甚至在沒有氣壓將其推壓在位時也使胎緣在輪圈上保持就位。除非在輪圈上形成凸起，用作防止胎緣滑入輪圈的中央槽道的障礙，使用傳統(tǒng)的胎緣填充芯不能得到上述效果。按照現(xiàn)有技術(shù)，提供的胎緣填充芯不可能在放氣時使其在輪圈5施加足夠的力，以便將胎緣保持在輪圈上，同時能夠充分伸展而以傳統(tǒng)的工具將輪胎安裝在輪圈上。
已經(jīng)公知幾種在胎緣中使用的傳統(tǒng)胎緣填充芯。例如，第一種結(jié)構(gòu)是涂覆橡膠的鋼絲形成的胎緣填充芯，這種鋼絲螺旋形纏繞以形成并置線圈形式的第一層。在第一層上疊置的其后的各層也是用相同的鋼絲螺旋形纏繞形成的。這種形式的胎緣填充芯的一種公知的結(jié)構(gòu)包括四層，每層四根鋼絲。另一種胎緣填充芯采用獨立的鋼絲，更確切地說，第一鋼絲螺旋纏繞形成在豎直平面上徑向布置的若干匝。其后的鋼絲在豎直平面上類似地纏繞，并與第一平面并置。一種稱為4×4的這種公知結(jié)構(gòu)包括分四層布置的四根鋼絲。
也有公知的胎緣填充芯，其具有改進的撓性特性，因而具有較大的可變形性而不會斷裂。這種胎緣填充芯的構(gòu)成是一根中央纜線，繞其螺旋纏繞幾根鋼絲。在這種結(jié)構(gòu)中，4或5組鋼絲可設(shè)置成一種結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)具有4或5層螺旋形式的鋼絲組。但是，這種螺旋胎緣填充芯的結(jié)構(gòu)要求多個分別用于纜線和各鋼絲的卷筒。這樣，與單一鋼絲的胎緣填充芯結(jié)構(gòu)比較，增加了制造成本。
安裝輪胎時的另一個問題是，在胎緣填充芯的結(jié)構(gòu)中，以及在輪圈結(jié)構(gòu)中，所得到的實際尺寸一般往往根據(jù)所選擇的公差而有所變化。在這種情形中，在有關(guān)胎緣座上的胎緣會發(fā)生燕尾形變化。這可能導(dǎo)致當(dāng)胎緣的實際尺寸顯著小于規(guī)定尺寸時胎緣填充芯的斷裂，或?qū)е庐?dāng)胎緣填充芯大于規(guī)定尺寸時，在轉(zhuǎn)動過程中胎緣在胎緣座上的滑動。
德國專利申請DE 3829460 A1描述了用形狀記憶材料，最好用Ni-Ti合金制成的胎緣填充芯。在該申請所述的安裝方法需要暫時將胎緣填充芯變形為橢圓形，在將輪胎裝在輪圈上之后，在合金的結(jié)晶溫度(65℃至91℃)下使胎緣填充芯接受熱處理，從而使胎緣填充芯恢復(fù)至其環(huán)形。因此，這種方法提供了一種胎緣填充芯，這種胎緣填充芯可使胎緣以足夠的力固定在輪圈上，同時具有足夠的彈性安裝輪胎。但是，按照這種方法安裝輪胎需要專用工具和加熱設(shè)備。
公知的阻止輪胎脫座的作法是以修改胎緣和胎緣座的接觸表面為基礎(chǔ)的。這些作法之一是使用在胎緣底部上的突出部和在輪圈上的用于接納該突出部的孔。胎緣上的突出部當(dāng)插入輪圈上的孔時可防止胎緣與輪圈分離。
對胎緣填充芯適當(dāng)結(jié)構(gòu)的探索必須考慮到當(dāng)將輪胎安裝在輪圈上時胎緣的變形能力，同時在安裝后又要保持胎緣彈性地夾緊在輪圈上。這就首先要求形成胎緣填充芯所用的材料應(yīng)具有可拉伸很大程度而不損壞的性能。另外，在環(huán)境溫度下并不保持以前的拉伸作用，當(dāng)負荷已經(jīng)除去時，材料必須能夠返回其原來的形狀。
當(dāng)附加要求輪胎在泄氣后可行駛數(shù)十公里而不使輪胎脫離輪圈時，會使上述要求變得更為復(fù)雜和緊迫。泄氣的輪胎理想上應(yīng)能使車輛的駕駛員和乘客安全到達車庫，可能在大致高達80公里/小時的速度下行駛至少50至100公里后，在車庫更換輪胎。
這種安全特性要求泄氣輪胎的胎緣即使在沒有氣壓推靠在胎緣內(nèi)表面上時也可保持在其胎緣座中。胎緣必須避免向著較小輪圈直徑的中央圓筒形槽道向內(nèi)滑動，當(dāng)存在轉(zhuǎn)彎產(chǎn)生的橫向力時這會引起胎緣的脫座。
鑒于上述的現(xiàn)有技術(shù)，本申請人認識到，為了得到?jīng)]有技術(shù)和/或經(jīng)濟上的缺點的可以接受的解決方案，必須將在安裝階段中涉及的輪胎和輪圈零件保持在環(huán)境溫度下。在輪圈和輪胎的界面也必須使用標(biāo)準(zhǔn)零件，包括用于將放氣的輪胎保持附著在輪圈上的零件。這排除了使用機械連接以防止輪胎的脫座。
本申請人也認識到，最佳的解決方案可能是利用特別在放氣輪胎中引起的具體條件，盡可能地尋求利用產(chǎn)生的現(xiàn)象來克服脫座的危險。已經(jīng)觀察到，在放氣條件下，輪胎的側(cè)面會折疊并使折疊的側(cè)壁形成的部分相互接觸，引起摩擦，這使整個折疊的區(qū)域直至胎緣填充芯發(fā)熱。
在確定最佳解決方案時，申請人認識到，傳至胎緣填充芯的溫升效應(yīng)可能引起胎緣填充芯內(nèi)的反應(yīng)，如果胎緣填充芯是由對溫升有反應(yīng)的材料制成的話。顯然解決問題的最佳方案可包括使用下述胎緣填充芯，即，這種胎緣填充芯能夠在存在由放氣引起的溫升的情形中逐漸收縮。采用這種方案就能夠?qū)⑻ゾ壧畛湫颈３衷谔ゾ壸?，即使胎?nèi)無氣壓時也如此。但是，這種方案也要求胎緣填充芯必須易于變形以便安裝到輪圈上，并在放氣狀態(tài)逐漸收縮。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，精確來說，由于在不同溫度條件下胎緣填充芯可變形性的沖突的要求，通過形成一種包括超彈性和/或形狀記憶特性，最好兩種特性兼具的材料的胎緣填充芯，就可以解決問題。整個胎緣填充芯，或只是它的一個圓形部分可由上述材料形成。
正如大家知道的那樣，而且也正如本說明書所使用的那樣，具有“超彈性”特性的材料是通過施加恒定溫度且保持恒定溫度就可以逐漸變形至很大程度的材料。然后，當(dāng)去掉負荷且溫度保持不變時，材料可以經(jīng)受的變形恢復(fù)。另外，所使用的材料也具有“形狀記憶”性質(zhì)，這就是說，在機械約束的條件中，當(dāng)材料承受在兩個預(yù)定溫度之間的加熱時，材料經(jīng)受從第一結(jié)構(gòu)至第二結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變，產(chǎn)生被上述約束反抗的應(yīng)力。實際的結(jié)果是，當(dāng)溫度升高得超過預(yù)定值時，一個收縮力由材料作用在約束上。
因此，本發(fā)明是一種用于輪胎的胎緣填充芯，其設(shè)計得使輪胎可容易地組裝在輪圈上，因為它可承受大的彈性伸長以適應(yīng)輪圈的尺寸，同時又能夠阻止輪胎漏氣后行駛時胎緣從輪圈分離。這是通過下述方式實現(xiàn)的使胎緣填充芯的至少一個環(huán)形部分具有超彈性和形狀記憶兩種性質(zhì)，因而它可以對輪胎工作條件作出反應(yīng)，而且安裝輪胎無需專用工具。
因此，本發(fā)明的第一方面是一種胎緣的金屬胎緣填充芯，胎緣用來施加在輪圈上，胎緣填充芯是用具有超彈性和/或形狀記憶特性的材料形成的。
超彈性的特性使胎緣填充芯可在環(huán)境溫度下變形，對于恒定負荷產(chǎn)生增加的伸長。這是由于超彈性材料的結(jié)構(gòu)在負荷作用下發(fā)生變化。該負荷定義為變形臨界負荷。因此，胎緣可以在輪圈平臺上滑動而不會在材料上引起重負荷應(yīng)力。其后在環(huán)境溫度下除去負荷可從變形復(fù)原，同時保持胎緣在胎緣座上的夾緊壓力。
另外，胎緣填充芯的形狀記憶特性使得在輪胎工作期間產(chǎn)生將胎緣保持在胎緣座上的收縮力。這種收縮力作為胎緣填充芯所承受的加熱的函數(shù)而增加，這是因為形狀記憶材料的結(jié)構(gòu)作為溫度變化的結(jié)果而變化。當(dāng)放氣狀態(tài)時，所述的收縮力對增加胎緣在輪圈上的夾緊，保持輪胎不脫座特別有用。
胎緣填充芯最好是由具有下述特性的材料形成的a)溫度As＜Tab)溫度Af＜Tmax其中-As是材料相應(yīng)于從馬氏體結(jié)構(gòu)向開始形成奧氏體結(jié)構(gòu)過渡的轉(zhuǎn)變溫度；-Af是相應(yīng)于材料結(jié)構(gòu)完全轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體的溫度；-Ta是環(huán)境溫度；
-Tmax是預(yù)定溫度，其相應(yīng)于在放氣狀態(tài)下工作時使用本胎緣填充芯的輪胎達到的最高溫度。
本發(fā)明的第二方面是一種具有至少一個環(huán)境胎體和一個胎面的輪胎，胎體具有一個中央冠部和兩個側(cè)壁，側(cè)壁終止于一對環(huán)形胎緣，每個胎緣內(nèi)有金屬胎緣填充芯，以便將胎緣錨固在相應(yīng)的安裝輪圈上。這種輪胎的特征在于具有至少一個胎緣，其具有超彈性和形狀記憶材料制成的胎緣填充芯，該材料在環(huán)境溫度下，當(dāng)承受恒定大小的安裝負荷時使胎緣填充芯可漸增變形，而一旦負荷消除就恢復(fù)胎緣填充芯的原來的圓形尺寸。
輪胎最好包括至少一個胎緣填充芯部分，其材料具有超彈性和形狀記憶特性，這樣，當(dāng)達到預(yù)定溫度時可增加胎緣填充芯向內(nèi)的收縮力。當(dāng)輪胎在放氣條件下工作時，這種收縮力形成，增加胎緣在輪圈上的夾緊力。
本發(fā)明的另一個方面是將輪胎安裝在具有平臺部分的輪圈上的方法，該方法具有以下步驟形成一個帶有胎緣填充芯的輪胎，包括至少一個超彈性和形狀記憶合金制成的部分；相繼地拉伸每個胎緣填充芯，這是通過施加一個恒定的負荷使其在輪圈的平臺部分上滑動實現(xiàn)的。然后松釋上述恒定的負荷，使胎緣鋼絲變回相應(yīng)于輪圈直徑的長度，使輪胎充氣。
上面的概述和下面的詳細描述顯然是舉例和說明性質(zhì)的，目的是對要求保護的本發(fā)明進行解釋。
附圖便于進一步理解本發(fā)明，構(gòu)成本說明書的一部分，表示本發(fā)明的幾個實施例，與說明書一起用于解釋本發(fā)明的原理。


圖1的局部立體圖中，一些零件略去，該圖表示按照本發(fā)明的帶有胎緣填充芯的輪胎；圖2的橫剖圖表示胎緣的細部結(jié)構(gòu)，胎緣連接于裝有輪胎的輪圈的有關(guān)的胎緣座；圖3是當(dāng)胎緣安裝在圖2的座上時胎緣填充芯性能的定性的應(yīng)力-應(yīng)變圖4的定性曲線圖表示放氣時溫度升至阻止脫座的最大值時胎緣填充芯收縮應(yīng)力的增加；圖5是在放氣時溫度升高的輪胎的溫度隨時間變化的定性曲線圖；圖6的應(yīng)力/應(yīng)變圖表示按照現(xiàn)有技術(shù)制成的胎緣填充芯的鋼絲的性能。
現(xiàn)在詳述本發(fā)明的推薦實施例，其實例在下文中參閱附圖描述。
雖然本發(fā)明可廣泛地應(yīng)用在輪胎領(lǐng)域中，但是它特別適用于徑向型輪胎。徑向型輪胎1對照附圖1描述，但是本發(fā)明并不排除其它類型的輪胎，例如通常稱為偏壓帶胎體層輪胎。
輪胎1包括胎面帶2、肩部3和側(cè)壁4。輪胎1的兩端部包括一對胎緣5、胎緣填充芯6、胎緣填料7和可選用的加強邊緣8。輪胎1還包括徑向胎體9，其帶有布置在子午面中的加強件。輪胎1也包括一個布置在胎體9和胎面帶2之間的帶結(jié)構(gòu)10。
胎體9是由一個或多個胎體層構(gòu)成的，帶有圍繞胎緣填充芯6向外折疊的邊緣9′。帶結(jié)構(gòu)10包括一組由三層涂膠織物11，12，13構(gòu)成的帶，內(nèi)有加強件。頭兩層徑內(nèi)靠內(nèi)的織物11，12最好包括鋼加強線14，與輪胎1的赤道平面傾斜一個角度，各線14相互交叉。徑向最外的涂膠織物13最好包括尼龍線15。尼龍線15與輪胎1的赤道平面成0°角。胎緣5用于安裝在輪圈(未畫出)上。
圖2表示本發(fā)明一實施例的實例。胎緣5施加在輪圈上，在圖中只畫出輪圈的上緣。輪圈具有一圓筒形中央槽道10和兩個向外發(fā)散的橫向胎緣座11，圖中只畫出其中的一個。另一個胎緣座和胎緣組合與圖中畫出的組合關(guān)于圖中垂向軸線對稱。
橫向胎緣座是由表面12形成的，表面12相對于一條與輪圈軸線平行的直線13傾斜一個角α。角α根據(jù)輪胎類型而變化，例如從汽車輪胎的5°至卡車輪胎的15°。橫向胎緣座11包括凸緣14，其表面支承胎緣5的外側(cè)橫向表面的下部，如圖2所示。凸緣14也稱為輪圈平臺。
在一個推薦實例中，胎緣填充芯完全由超彈性形狀記憶材料的金屬合金制成，具有的特性有助于在環(huán)境溫度下將胎緣安裝到輪圈上時得到胎緣填充芯的高度可變形性。
帶有超彈性特性的材料在出版物“Engineering Aspects of ShapeMemory Alloys(Butterworth-Heinemann ed.London，1990)中作了基本描述。形成胎緣填充芯的材料可包括多種金屬，特別是下述合金Ni-Ti，NiTiX(X＝Fe，Cu，Nb)，CuZnAl，CuAlNi，CuAlBe，F(xiàn)eMnSi基合金及FeNiCo基合金。
胎緣填充芯6是由單一的涂膠絲18形成的，它螺旋形纏繞，形成在單一的水平面上并置的多匝的第一層。然后，該絲如上所述地纏繞，以形成相繼于第一層的各層上的附加匝。適用于圖2的小汽車輪胎的胎緣填充芯是由4層構(gòu)成的，每層有4匝。該絲的直徑推薦為0.8至2.0mm之間。該絲的直徑最好為0.96mm。
為了更好地理解本發(fā)明，圖3表示當(dāng)胎緣填充芯被拉伸以便在輪圈平臺即凸緣上通過時及當(dāng)其夾緊在輪圈座上時胎緣填充芯性能的一個定性的實例。圖3的坐標(biāo)圖表示應(yīng)力-應(yīng)變曲線?？v坐標(biāo)表示作用在胎緣填充芯上使其變形的應(yīng)力，橫坐標(biāo)表示胎緣填充芯的伸長變形，表示為其原尺寸的百分數(shù)。
在坐標(biāo)原點，胎緣填充芯處于具有奧氏體結(jié)構(gòu)的超彈性形狀記憶材料的狀態(tài)。在點0和點1之間曲線線段表示作用在胎緣填充芯上的變形應(yīng)力。從點1開始，材料從奧氏體結(jié)構(gòu)變至馬氏體結(jié)構(gòu)，在點2完全變成馬氏體結(jié)構(gòu)，這相應(yīng)于百分比伸長變形ε2。相應(yīng)于ε1的值σ1代表轉(zhuǎn)變的臨界負荷，該臨界負荷使胎緣填充芯開始從奧氏體向馬氏體的結(jié)構(gòu)變化。如圖3所示，當(dāng)作用在胎緣填充芯上的負荷保持恒定時，胎緣填充芯的結(jié)構(gòu)從奧氏體向馬氏體的轉(zhuǎn)變使胎緣填充芯可以變形一個大的百分比伸長。
在點1和點2之間平行橫坐標(biāo)軸線的線段相應(yīng)于胎緣填充芯中的應(yīng)力引起馬氏體結(jié)構(gòu)的狀態(tài)。
相應(yīng)于點2的伸長百分比值ε2代表使裝有胎緣填充芯的胎緣可越過輪圈平臺所需要的百分比變形。在安裝后，除去作用在胎緣填充芯上的負荷。如果胎緣填充芯自由收縮，它將在圖3的曲線的初始段上從點2移至點K。實際上，現(xiàn)在不負載的胎緣填充芯從由于其超彈性而引起的以前的突然變形復(fù)原，并達到使胎緣落座的相應(yīng)于胎緣座尺寸的伸長狀態(tài)ε0。
在伸長值ε0，材料具有部分馬氏體和部分奧氏體的結(jié)構(gòu)，當(dāng)ε0趨近圖3的曲線圖中的線0-1時，馬氏體成分減少。由胎緣填充芯作用在胎緣座上的應(yīng)力值相對于臨界負荷下降，并占據(jù)值σK。收縮應(yīng)力σK相應(yīng)于應(yīng)力σ1的下降取決于在形成胎緣填充芯之前材料承受的熱處理，特別是取決于材料從奧氏體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變至馬氏體結(jié)構(gòu)及相反轉(zhuǎn)變的溫度。
在用超彈性形狀記憶材料制成的胎緣填充芯中，在σ1和σK之間的值差最好在50MPa和300MPa之間。
當(dāng)?shù)诙€胎緣安裝在輪圈上時，相同的過程和考慮因素也適用。在兩個胎緣都安裝在輪圈上時，加壓空氣充入輪胎，將兩個胎緣軸向向外壓在輪圈上設(shè)置的平臺14的表面上，如圖2所示。
另外，超彈性形狀記憶材料制成的胎緣填充芯所具有的特性有助于在輪胎放氣時將胎緣保持在胎緣座中。為了更好地理解這些特性，在圖4的坐標(biāo)圖中，橫坐標(biāo)表示在正常工作時及在放氣狀態(tài)時胎緣及其胎緣填充芯所承受的加熱溫度?？v坐標(biāo)表示在加熱過程中胎緣填充芯所承受的轉(zhuǎn)變其結(jié)構(gòu)的應(yīng)力。
圖4中點3代表在溫度As在胎緣填充芯中發(fā)生的應(yīng)力，相應(yīng)于馬氏體狀態(tài)的結(jié)束及奧氏體結(jié)構(gòu)形成的開始。點4代表在奧氏體結(jié)構(gòu)完全形成的溫度在胎緣填充芯中發(fā)生的應(yīng)力。在點3和4間的線段代表在轉(zhuǎn)變過程中胎緣填充芯中發(fā)生的應(yīng)力的增加。
符號Δσ代表從馬氏體復(fù)原至奧氏體的應(yīng)力，相應(yīng)于胎緣填充芯及其胎緣抵靠輪圈座的增大收縮力。值Δσ選擇得產(chǎn)生一個將胎緣鎖緊在胎緣座中的強鎖緊力，以阻止在扁胎行駛時的任何脫座現(xiàn)象。
這種用超彈性形狀記憶材料制成的胎緣填充芯具有的特性便于在環(huán)境溫度下將輪胎安裝在輪圈上，也有利于阻止在出現(xiàn)輪胎漏氣時脫座。對在環(huán)境溫度下特性的描述目的在于覆蓋在不同地區(qū)，在一年中任何季節(jié)中將輪胎安裝在輪圈上時可能存在的很寬的溫度范圍。所述的環(huán)境溫度例如可以在-20℃至+30℃之間。
為了更易于理解本發(fā)明，圖5的坐標(biāo)圖表示圍繞放氣輪胎的胎緣的區(qū)域的加熱曲線的進展。橫坐標(biāo)表示時間，縱坐標(biāo)表示溫度。如該曲線圖所示，在代表正常行駛狀態(tài)的不變線段之后，出現(xiàn)放氣，隨后是溫度的最初的線性升高。隨后是相應(yīng)于溫度Tmax的恒定溫度。超過該點，溫度基本穩(wěn)定，不再隨時間上升。
在放氣情形中在20秒至2分鐘一段時間之后達到溫度Tmax，一般在60℃至120℃之間。
在適用于汽車輪胎的實施例的一個實例中，超彈性形狀記憶材料制成的胎緣填充芯，為了得到在環(huán)境溫度下安裝及阻止漏氣后脫座的良好性質(zhì)，可以具有下述優(yōu)選的特性-以原子百分率計量，含Ni 50.6％和含Ti 49.4％的合金NiTi。
-奧氏體形成階段開始的溫度As在15℃至60℃之間。
-奧氏體形成結(jié)束的溫度Af在60℃至80℃之間。
-從奧氏體向應(yīng)力引起的馬氏體形成開始的轉(zhuǎn)變的臨界應(yīng)力σ1在0.2至0.7GPa之間。
-相應(yīng)于σ1的伸長值ε1等于0.2％。
-相應(yīng)于σ1的伸長值ε2等于6％。
-相應(yīng)于當(dāng)松釋負荷時變形復(fù)原的應(yīng)力σK等于0.2GPa。
-相應(yīng)于σK的伸長值ε0等于4％。
-從馬氏體向奧氏體再轉(zhuǎn)變的應(yīng)力值Δσ在0.21至0.6GPa之間。
另外，胎緣填充芯材料的特性必須符合以下表達式-溫度As＜Ta-溫度Af＜Tmax其中，Ta代表環(huán)境溫度，Tmax代表在放氣狀態(tài)中達到的最高溫度。
關(guān)于第一臨界狀態(tài)，在材料的相變開始溫度As大于環(huán)境溫度的情形中，圖3曲線圖所表示的轉(zhuǎn)變不適用。事實上，具有馬氏體結(jié)構(gòu)且溫度Ta＜As的形成胎緣填充芯的材料將處于點2的狀態(tài)，除去負荷將仍使材料處于馬氏體狀態(tài)。在這種情形中，除去負荷將由從點2至橫坐標(biāo)或圖3X軸上的一點的過程描述，材料不會從以前的變形復(fù)原。
關(guān)于第二臨界關(guān)系。值得注意的是，胎緣填充芯的最大收縮是在低于放氣時達到的最高溫度值Tmax的溫度發(fā)生的，這是由于在更高的溫度下最大收縮不再有任何積極的效果，可能引起問題，在達到的最高溫度的時間上給出恒定的情況。
在一個具體的實施實例中，安裝的環(huán)境溫度為25℃，放氣后達到的最高溫度等于100℃，胎緣填充芯的超彈性形狀記憶材料的特性如下所述-奧氏體形成開始的溫度As為20℃。
-奧氏體形成結(jié)束的溫度Af為80℃。
-從奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變的臨界應(yīng)力σ1等于0.25GPa。
-相應(yīng)于σ1的伸長值ε1等于0.2％。
-相應(yīng)于σ1的伸長值ε2等于6％。
-相應(yīng)于變形復(fù)原的應(yīng)力σK等于0.2GPa。
-相應(yīng)于σK的伸長值ε0等于4％。
-從馬氏體向奧氏體再轉(zhuǎn)變的應(yīng)力值Δσ在0.2至0.6GPa之間。
在另一個實施例中，胎緣填充芯可以不用絲形成，而是用合金NiTi的金屬條連續(xù)在自身上包繞而形成。在這個實施例中，金屬條的厚度在0.3至0.9mm之間，其寬度在4至8mm之間。
可以看出，上述輪胎可使用在其整個橫截面和其整個環(huán)形尺寸上具有超彈性形狀記憶特性的材料制成的。在按照本發(fā)明的一些其它實施例中，輪胎可以包括下述胎緣填充芯，即其整個環(huán)形尺寸的至少一個部分是由超彈性形狀記憶材料制成的，而其余部分是由普通鋼絲制成的。
例如，輪胎可以包括若干不同的絲構(gòu)成的胎緣填充芯，每根絲形成沿一垂直平面徑向重疊的一系列匝，垂直平面將它們分開。一種胎緣填充芯的結(jié)構(gòu)帶有若干不同的絲，例如由4根絲和4層構(gòu)成，這種結(jié)構(gòu)簡稱為4×4。胎緣填充芯可通過下述方式形成用具有本發(fā)明特性的材料沿一些垂直平面形成匝，用普通鋼絲形成其余平面的匝，或者交替使用帶有超彈性特性的絲和普通鋼絲。
替代單獨的絲，胎緣填充芯可以包括其它加強件如金屬條、線等，其結(jié)構(gòu)是通過鄰近另一構(gòu)件的徑向匝設(shè)置的一構(gòu)件的匝的徑向疊置確定的。
在另一實施例中，輪胎可以具有螺旋式胎緣填充芯，它是由一中心纜線由幾根鋼絲螺旋纏繞其上而形成的。這種螺旋式胎緣填充芯可以包括一個完全由具有按照本發(fā)明特性的材料制成的部分，或者在其它實施例中，上述纜線可以是超彈性形狀記憶材料的，而上述絲可以是鋼的。或者，纜線和一些絲可以是超彈性形狀記憶材料的，其余的絲是鋼的。
在所有情形中，具有幾根絲或幾個不是絲的加強件的各實施例包括上述那些實施例，被構(gòu)制得無論有多少絲或加強件，它們?nèi)跃哂性诃h(huán)境溫度下的需要的安裝特性和響應(yīng)于工作中的溫升，特別是在放氣狀態(tài)中的溫升，作用在胎緣座上的收縮負荷增加的能力。胎緣填充芯被這樣構(gòu)制，絲或加強件的尺寸、數(shù)量和物理性質(zhì)經(jīng)過適當(dāng)選擇以利于在環(huán)境溫度下安裝，而且為的是得到在放氣情況下對胎緣座的更好的夾緊。
在另一個優(yōu)選實施例中，胎緣填充芯是由幾根不同的絲制成的，包括一個超彈性形狀記憶材料制成的部分，其具有下述結(jié)構(gòu)-超彈性形狀記憶材料制成的絲的數(shù)目是3。
-普通鋼絲的數(shù)目是2。
-徑向匝數(shù)是5。
-超彈性形狀記憶材料的絲的直徑是0.96mm。
-鋼絲的直徑是0.96mm。
-橡膠涂層的厚度為0.12mm，硬度為80IRDH。
-超彈性形狀記憶材料的絲的拉斷負荷是1GPa。
-超彈性形狀記憶材料的絲的斷裂負荷的百分率伸長是16％。
-鋼絲的拉斷負荷是2-3GPa。
-在斷裂負荷下的鋼絲的百分率伸長是6％。
在兩端受約束的具有超彈性和形狀記憶特性的絲的物理性質(zhì)是-奧氏體形成開始的溫度As是20℃。
-奧氏體形成結(jié)束的溫度Af是70℃。
-從奧氏體誘生馬氏體開始的轉(zhuǎn)變臨界應(yīng)力σ1等于0.3GPa。
-相應(yīng)于σ1的伸長值ε1等于0.2％。
-相應(yīng)于σ1的伸長值ε2等于6％。
-相應(yīng)于變形復(fù)原的應(yīng)力σK等于0.15GPa。
-相應(yīng)于σK的伸長值ε0等于4％。
-從馬氏體向奧氏體的再轉(zhuǎn)變的應(yīng)力值Δσ在0.2至0.8GPa之間。
使用這些優(yōu)選參數(shù)，本發(fā)明可實現(xiàn)所有預(yù)期目標(biāo)。通過對胎緣填充芯施加恒定的力，在環(huán)境溫度下在輪圈上組裝輪胎，輪胎狀伸長至適當(dāng)?shù)某叽?，以便能夠使胎緣容易地在輪圈平臺上滑動而不致在材料上引起大的應(yīng)力。
象參閱圖3已作的描述那樣，一旦達到相應(yīng)于轉(zhuǎn)變臨界負荷的應(yīng)力值σ1，在恒定負荷下的百分率變形顯著增加。
為了更好理解本發(fā)明的優(yōu)點，圖6表示對于在普通金屬胎緣填充芯中使用的0.96mm直徑的鋼絲來說的負荷-變形曲線。以KN表達的負荷值由縱坐標(biāo)表示，從休止?fàn)顟B(tài)的百分率伸長值由橫坐標(biāo)表示。圖6表示一個線性的第一段，隨后是一曲線段，超過該曲線段則趨近材料的屈服狀態(tài)。在曲線圖的直線段結(jié)束處，圖6中表示的普通胎緣填充芯中使用的絲表明在1.3KN的負荷下變形低于1.0％。
按照本發(fā)明的絲，例如完全由直徑0.96mm的超彈性NiTi合金材料制成，用于制造與上述普通胎緣填充芯類似的胎緣填充芯，這種絲在25℃的環(huán)境溫度下，在相應(yīng)于0.3KN的400MPa的轉(zhuǎn)變臨界應(yīng)力σ1作用下，具有6％的最大伸長百分率ε2。通過除去引起變形的負荷，可以使上述變形復(fù)原。
在普通胎緣填充芯和按照本發(fā)明的胎緣填充芯之間的比較表明前者不能達到后者的百分率伸長值。按照本發(fā)明的胎緣填充芯可以變形至1％至6％的伸長值，而普通胎緣填充芯的彈性百分率伸長值約為1％至5％，超過這個范圍，其結(jié)構(gòu)就會損壞，使用是有限度的。
另外，按照本發(fā)明的胎緣填充芯使輪胎能夠在環(huán)境溫度下，使用在任何普通的輪胎保養(yǎng)和安裝店鋪中可找到的設(shè)備安裝在輪圈上。因此，本發(fā)明的技術(shù)方案具有超過其它技術(shù)方案的優(yōu)點，因為輪胎在輪圈上的組裝要求在環(huán)境溫度下進行，并不需要其它方法所要求的專用加熱設(shè)備來達到安裝溫度。
另外，本發(fā)明使胎緣填充芯甚至當(dāng)輪圈的胎緣座具有公差以外的尺寸，因而并不匹配胎緣填充芯及有關(guān)胎緣的標(biāo)稱尺寸時也可安裝。這是可能的，只要用具有應(yīng)力引發(fā)的馬氏體結(jié)構(gòu)的超彈性形狀記憶材料形成胎緣填充芯，使胎緣填充芯能夠在環(huán)境溫度下，在恒定的負荷作用下有需要的伸長變形。這種效果通過審閱圖3可以理解。當(dāng)胎緣座和平臺的高度小于標(biāo)稱尺寸時，胎緣填充芯的伸長變形可以在達到點2之前被阻止。然后松釋負荷使變形恢復(fù)至ε0左側(cè)的新值ε，其相應(yīng)于胎緣座的實際尺寸。
當(dāng)胎緣座和平臺的高度的尺寸大于標(biāo)稱尺寸時，在環(huán)境溫度下及在恒定負荷作用下可進一步增加胎緣填充芯的伸長值。然后，負荷被松釋，使變形恢復(fù)至胎緣座實際尺寸決定的值。
實際上，在安裝過程中，通過自動地調(diào)節(jié)至胎緣填充芯必須安裝到其上的物體的尺寸，胎緣填充芯可提供改善的性能。本發(fā)明的特性也可長期可靠地保持胎緣在胎緣座上的正確的夾緊壓力。
實際上，在工作過程中，胎緣的夾緊壓力傾向于增大，這可以通過審閱圖4看出。在圖4中，σK代表收縮的胎緣填充芯在安裝溫度Ta下作用在輪圈上的應(yīng)力值。
在工作中，輪胎被加熱至逐漸增加而有限制的一個溫度，當(dāng)輪胎溫度升高時，熱量傳至胎緣填充芯，相應(yīng)使作用在胎緣座上的應(yīng)力下逐漸增加。工作中的應(yīng)力在圖4的縱坐標(biāo)上定性地表示為溫度Ta，T1，T2和T3的函數(shù)。因此，按照本發(fā)明的胎緣填充芯不僅確定胎緣應(yīng)該施加在胎緣座上的正確壓力，而且也傾向于增加其值，對輪胎的安全運轉(zhuǎn)有明顯的好處。
本發(fā)明的特性也使胎緣填充芯施加在胎緣座上的夾緊力能夠特別響應(yīng)于重型使用狀態(tài)如那種以3巴的氣壓充氣的高性能輪胎碰到的使用狀態(tài)而自動調(diào)節(jié)。事實上，高性能輪胎往往要承受突然的制動，胎緣有在輪圈胎緣座上打滑的危險，從而引起制動效果的下降。本發(fā)明可減小這種危險，因為在制動過程中，金屬輪圈承受強烈的加熱，熱量立即傳至超彈性形狀記憶金屬合金制成的胎緣填充芯。這樣，由于胎緣填充芯的收縮，使作用在輪圈上的應(yīng)力F增加。
在圖4中，在上述狀態(tài)中的最大應(yīng)力，僅通過定性舉例的方式在溫度T3處表示。實際上，在制動過程中出現(xiàn)的極端狀態(tài)中，胎緣填充芯自動地增加在胎緣座上的壓力，從而防止胎緣在輪圈上的打滑。
甚至在輪胎穿孔，完全失去氣壓的情形中，本發(fā)明也可消除輪胎脫落或脫座的危險。得到這種效果的原因是胎緣填充芯的材料設(shè)計得具有溫度Af低于但最好十分接近于當(dāng)輪胎放氣運轉(zhuǎn)中出現(xiàn)的最高溫度Tmax。
胎緣填充芯的收縮應(yīng)力值σ在低于環(huán)境溫度Ta的溫度As下開始增加，并且當(dāng)達到溫度Af時發(fā)展到最大值，該最大值在許多情形中接近120℃。相應(yīng)于溫度Af的胎緣填充芯收縮的值將顯著大于在環(huán)境溫度Ta得到的值，因而使應(yīng)力增加，在輪胎放氣運轉(zhuǎn)時將胎緣銷緊在輪圈上。因此，使用按照本發(fā)明制成的輪胎的車輛可以在輪胎泄氣時安全行駛幾十公里，從而到達可以更換泄氣輪胎的車庫。
在按照本發(fā)明的一個推薦實施例中，胎緣填充芯收縮應(yīng)力F相應(yīng)于95℃至120℃的溫度Af，等于0.8GPa，它可以作為胎緣填充芯幾何形狀的及胎緣鋼絲的函數(shù)來計算。
本發(fā)明顯然并不嚴格局限于上面的描述。本專業(yè)技術(shù)人員理解，可對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)作出各種修改和變化而并不超出本發(fā)明的范圍。因此，本發(fā)明覆蓋各種對本發(fā)明的修改和變化，只要它們不超出權(quán)利要求書及其等同物的范圍。
權(quán)利要求
1.一種包括一個環(huán)形胎體和一個胎面帶的輪胎，所述胎體具有一個中央冠部和兩個終止于一對環(huán)形胎緣的側(cè)壁，每個胎緣包括用于在輪圈的相應(yīng)胎緣座上錨固的金屬胎緣填充芯，所述胎緣填充芯包括至少一個由具有超彈性和形狀記憶特性的材料制成的環(huán)形部分。
2.如權(quán)利要求1所述的輪胎，其特征在于具有超彈性和形狀記憶特性的材料在環(huán)境溫度下可響應(yīng)于一個恒定的力變形，并在除去上述恒定力時恢復(fù)至原來的形狀，以利于輪胎在輪圈上的組裝。
3.如權(quán)利要求1所述的輪胎，其特征在于在輪胎工作中達到預(yù)定溫度時，具有超彈性和形狀記憶特性的材料制成的所述至少一個部分給予胎緣填充芯縱向收縮應(yīng)力，所述收縮應(yīng)力逐漸增加至一個相應(yīng)于溫度Af的最大值，在溫度Af下材料完成奧氏體結(jié)構(gòu)的形成。
4.如權(quán)利要求1所述的輪胎，其特征在于當(dāng)輪胎泄氣工作時，胎緣填充芯逐漸被加熱，并形成漸增的收縮力，直至相應(yīng)于完成奧氏體結(jié)構(gòu)的形成的溫度的最大值，所述收縮力使胎緣填充芯更緊地夾緊在胎緣座上以防止輪胎與輪圈的分離。
5.施加在車輛輪圈上的輪胎胎緣的金屬胎緣填充芯，所述金屬胎緣填充芯包括由具有超彈性和形狀記憶特性的材料形成的胎緣絲。
6.如權(quán)利要求5所述的胎緣填充芯，其特征在于具有超彈性和形狀記憶特性的材料在環(huán)境溫度下可被一個恒定力彈性變形，而且在除去所述恒定力時恢復(fù)原來的形狀。
7.如權(quán)利要求5所述的胎緣填充芯，其特征在于具有超彈性和形狀記憶特性的材料響應(yīng)于漸增的溫度在輪圈上作用一個漸增的應(yīng)力，從而防止胎緣絲改變形狀。
8.如權(quán)利要求5所述的胎緣填充芯，其特征在于具有超彈性和形狀記憶特性的材料具有以下性質(zhì)As＜TaAf＜Tmax其中As是具有超彈性和形狀記憶特性的材料的馬氏體結(jié)構(gòu)開始轉(zhuǎn)變成奧氏體結(jié)構(gòu)的溫度；Af是相應(yīng)于完成向奧氏體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的溫度；Ta是環(huán)境溫度；Tmax是在泄氣狀態(tài)中運轉(zhuǎn)時輪胎達到的最大溫度。
9.如權(quán)利要求5所述的胎緣填充芯，其特征在于具有超彈性和形狀記憶特性的材料的至少一個部分具有下述結(jié)構(gòu)，即，該結(jié)構(gòu)當(dāng)材料中達到兩個預(yù)定溫度時基本完成從馬氏體向奧氏體的轉(zhuǎn)變，在該部分產(chǎn)生一個0.2GPa至0.8GPa之間的應(yīng)力，從而引起胎緣絲的收縮，使胎緣絲更牢固地夾緊在輪圈上。
10.如權(quán)利要求5所述的胎緣填充芯，其特征在于具有超彈性和形狀記憶特性的材料的至少一個部分在環(huán)境溫度下具有0.2GPa至0.7GPa的臨界轉(zhuǎn)變負荷，其相應(yīng)于從奧氏體結(jié)構(gòu)向應(yīng)力引起的馬氏體結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變；當(dāng)相應(yīng)于所述臨界負荷的恒定應(yīng)力施加在胎緣絲上時，胎緣絲的伸長變形增加。
11.如權(quán)利要求10所述的胎緣填充芯，其特征在于具有超彈性和形狀記憶特性的材料在環(huán)境溫度下，在轉(zhuǎn)變的臨界負荷作用下具有0.2％至6％的伸長變形。
12.如權(quán)利要求10所述的胎緣填充芯，其特征在于當(dāng)所述臨界負荷被消除時，胎緣絲從變形復(fù)原。
13.如權(quán)利要求8所述的胎緣填充芯，其特征在于具有超彈性和形狀記憶特性的材料的至少一個部分具有15℃至60℃之間的開始從奧氏體結(jié)構(gòu)向馬氏體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的溫度As。
14.如權(quán)利要求8所述的胎緣填充芯，其特征在于具有超彈性和形狀記憶特性的材料的至少一個部具有60℃至80℃之間的完成奧氏體結(jié)構(gòu)形成的溫度Af。
15.如權(quán)利要求5所述的胎緣填充芯，其特征在于具有超彈性和形狀記憶特性的材料的至少一個部分是包括Ni-Ti合金的材料形成的。
16.如權(quán)利要求5所述的胎緣填充芯，其特征在于胎緣絲的整個環(huán)形范圍是由具有超彈性和形狀記憶特性的材料形成的。
17.將輪胎安裝在具有平臺部分的輪圈上的方法，包括以下步驟選擇具有胎緣填充芯的輪胎，胎緣填充芯包括具有超彈性和形狀記憶特性的材料的至少一個部分；通過在環(huán)境溫度下向胎緣填充芯施加恒定的負荷，相繼地拉伸每一個胎緣填充芯，使其橢圓形長度大于平臺部分的直徑；使每一個胎緣填充芯在平臺部分上滑動；放松上述恒定的負荷，使胎緣填充芯彈性地返回相應(yīng)于輪圈直徑的長度并安裝在輪圈上；使輪胎充氣。
18.施加在車輛輪圈上的輪胎胎緣的金屬胎緣填充芯，所述金屬胎緣填充芯包括具有超彈性特性的材料形成的胎緣絲。
19.如權(quán)利要求18所述的金屬胎緣填充芯，其特征在于所述具有超彈性特性的材料是形狀記憶材料。
全文摘要
一種用于輪胎的胎緣填充芯的胎緣絲,其環(huán)形范圍的至少一個部是具有超彈性特性的材料形成的,當(dāng)在恒定溫度下施加恒定的拉伸負荷時,胎緣填充芯產(chǎn)生漸增的變形。當(dāng)負荷停止時,胎緣填充芯從變形復(fù)原。胎緣填充芯的這種特性使裝有這種胎緣填充芯的輪胎可在環(huán)境溫度下安裝在輪圈上,胎緣填充芯自動調(diào)整在轉(zhuǎn)圈座的尺寸。胎緣填充芯當(dāng)其溫度上升時增加向內(nèi)收縮應(yīng)力的大小,因而當(dāng)輪胎在泄氣狀態(tài)運轉(zhuǎn)時可增大胎緣在輪圈上的夾緊壓力。
文檔編號B60C1/00GK1267604SQ9912320
公開日2000年9月27日 申請日期1999年10月28日 優(yōu)先權(quán)日1998年10月28日
發(fā)明者圭多·里夫, 格德弗·奧耶拉, 塞迪·赫瓦賈·莫杜德, 亞里山德羅·沃爾皮, 克勞迪奧·維拉尼 申請人:倍耐力輪胎公司