一种改善滚动阻力的轮胎胎面结构、应用和轮胎制造技术

本发明专利技术涉及乘用轮胎技术领域，具体涉及一种改善滚动阻力的轮胎胎面结构、应用和轮胎。一种改善滚动阻力的轮胎胎面结构，该胎面结构包括胎冠、胎肩和胎面基部，所述胎面基部的胶厚度为h1、胎冠的胶厚度为h2，h1/h2=0.10

【技术实现步骤摘要】
一种改善滚动阻力的轮胎胎面结构、应用和轮胎


[0001]本专利技术涉及乘用轮胎
，具体涉及一种改善滚动阻力的轮胎胎面结构、应用和轮胎。

技术介绍

[0002]汽车工业的快速发展给环境带来了很大压力，节约燃油、保护环境已经引起各国政府、汽车制造商以及汽车用户的重视。车辆的燃油经济性不仅与发动机节油性相关，还与轮胎的滚阻有较大关系。研究表明，乘用车14％～20％的燃料消耗是由轮胎滚动阻力造成的。低滚阻轮胎能够有效降低车辆油耗，减少环境污染。
[0003]最近几年国内电动车市场占有率逐年升高。与燃油车辆相比，电动车因续航能力的要求，对轮胎的滚动阻力也提出了更高的要求。低滚阻轮胎作为市场准入条件和国内节能减排均有重要意义。
[0004]橡胶高分子材料的粘弹性属性决定了其应力应变的不同步，也称为滞后损失。轮胎的滚动阻力主要是由于橡胶和增强材料在滚动轮胎中的周期性形变引起的能量耗散，这种能量耗散都转化为热能。
[0005]动阻力定义：单位行驶里程的能量损失(W＝N.m)/m－＞N；滚动阻力系数：滚动阻力与试验符合的比值N/kN－＞
‰
。RR＝πVtanδ ∫σdεRR滚动阻力，σ为应力，ε为应变，V为轮胎体积，tanδ为材料滞后损失正切值。降低轮胎滚动阻力的途径为减小材料体积、减小材料的滞后损失和应变能密度。
[0006]现有解决方案的不足：
[0007]1)减小材料体积(轮胎的轻量化)。轮胎组件厚度后尺寸减小，必定会部分的削弱安全性；
[0008]2)材料的滞后损失降低。因为材料属性的限制，湿地抓地力和磨耗会有不同程度的负面影响。
[0009]如何在降低滚动阻力的同时保持轮胎的其他性能是每个轮胎生产商都要面对的难题。

技术实现思路

[0010]为了解决上述的技术问题，本专利技术的目的是提供一种改善滚动阻力的轮胎胎面结构，该胎面结构可以有效降低滚动阻力，同时，保持轮胎的安全性(轮胎材料体积不减小)和湿地抓地力(胎面材料滞后损失不降低)。
[0011]为了实现上述的目的，本专利技术采用了以下的技术方案：
[0012]一种改善滚动阻力的轮胎胎面结构，该胎面结构包括胎冠、胎肩和胎面基部，所述胎面基部的胶厚度为h1、胎冠的胶厚度为h2，h1/h2＝0.10
‑
0.35；胎冠截面积为S1，胎肩截面积为S2，S1/S2＝2
‑
8.5；胎面基部、胎冠和胎肩的胶料的100％拉伸模量分别为：1.8
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2.2，2.0
‑
5.0，2.0
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3.0Mpa。
[0013]作为优选，h1/h2＝0.2
‑
0.3
[0014]作为再优选，h1/h2＝0.3。
[0015]作为优选，S1/S2＝2.5
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4.0；胎面基部、胎冠、胎肩的胶料的100％拉伸模量分别为：1.8
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2.2，3.5
‑
5.0，2.2
‑
3.0Mpa
[0016]作为再优选，S1/S2＝2.53，胎冠和胎肩的胶料的100％拉伸模量分别为4.85，2.21Mpa。
[0017]进一步，本专利技术还公开了所述的胎面结构在改善轮胎滚动阻力中的应用。
[0018]进一步，本专利技术还公开了一种改善滚动阻力的轮胎，该轮胎包括胎冠、胎肩、胎面基部、尼龙带束层、钢丝带束层、胎侧、帘布层、内衬层、三角胶和钢丝圈；所述的胎冠、胎肩、胎面基部采用所述的胎面结构中的胎冠、胎肩和胎面基部。
[0019]本专利技术基于限元仿真分析，分析轮胎胎面部分的应变能密度。根据胎冠部分和胎肩部位的主要变形分别为压缩变形和弯曲变形，将胎面分成3个部分，分别为中心部位的胎冠和两侧部位的胎肩。通过胎冠/胎肩部件尺寸和模量的匹配，降低胎冠部位的应变(保持应力)，降低胎肩部位的应力(保持应变)，进而降低整个胎面部分的应变能密度∫σdε，从而降低整个轮胎的滚动阻力。
附图说明
[0020]图1为现有技术轮胎的示意图。
[0021]图2为本专利技术轮胎的结构示意图。
[0022]图3为胎肩部位的弯曲变形示意图。
[0023]图4为胎冠中心部位花块的压缩变形示意图。
[0024]图5为现有技术轮胎的应变能密度有限元仿真分析结果。
[0025]图6为本专利技术轮胎的应变能密度有限元仿真分析结果。
[0026]具体实施方法
[0027]下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做一个详细的说明。
[0028]如图2所示乘用轮胎，包括胎冠1、胎肩2、胎面基部3、尼龙带束层4、钢丝带束层5、胎侧6、帘布层7、内衬层8、三角胶9和钢丝圈10。
[0029]胎面基部胶厚度为h1、胎冠胶厚度为h2，h1/h2＝为0.1
‑
0.3，基部胶不直接接触地面，因此基部胶对湿地抓地和磨耗没有影响，可以适当调低其滞后损失系数，但需要考虑轮胎使用后期基部胶不能裸漏在轮胎最外侧。作为优选，h1/h2＝0.3
[0030]胎冠胶截面面积为S1，胎肩胶截面面积为S2，且S1/S2＝2.0
‑
9.0，胎冠胶和胎肩胶拉伸模量分别为2.0
‑
5.0，2.0
‑
3.0Mpa。
[0031]RR＝πV tanδ∫σdε σ＝ε*E ε＝σ/E
[0032]RR滚动阻力，E为模量，σ为应力，ε为应变，V为轮胎体积，tanδ为材料滞后损失正切值
[0033]胎肩部分的变形见图3，径向加载过程中，主要的变形方式为弯曲变形，即胎肩部位的曲率半径增加，变为直线(曲率半径无穷大)。特定的轮胎，在一定的气压和载荷作用下，轮胎的弯曲变形大小一致，即ε为定值。在此部位的应变能仅与应力σ相关。σ＝ε*E减小此部位材料的模量E，即可降低应力和应变能密度，进而降低轮胎的滚动阻力。
[0034]胎冠部分的变形见图4，径向加载过程中，主要的变形方式为压缩变形，即胎肩部位的花纹块受压变形，高度半径减低宽度增加。特定的轮胎，在一定的气压和载荷作用下，轮胎的胎冠压力大小一致，即σ为定值。在此部位的应变能仅与应力ε相关。ε＝σ/E增加此部位材料的模量E，即可降低应变和应变能密度，进而降低轮胎的滚动阻力。现有技术和本专利技术的应变能密度有限元仿真分析见图5，6。
[0035]胎冠与胎肩胶截面面积和模量对轮胎应力应变的影响存在交互作用，需要从轮胎的整个接地面区域作整体考虑。
[0036]轮胎规格为205/55R16 100％，胎冠胶与胎肩胶截面积比值S1/S2及模量，胎面基部胶与胎冠胶厚度比值h1/h2，定义见表1。
[0037]滚动阻力RR仿真分析结果见表1：
[0038][0039]作为优选，S1/S2＝2.53，胎冠胶和胎肩胶拉伸模量分别为4.85，2.21Mpa。
[0040]验证实例：
[0041]轮胎规本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改善滚动阻力的轮胎胎面结构，该胎面结构包括胎冠（1）、胎肩（2）和胎面基部（3），其特征在于，所述胎面基部（3）的胶厚度为h1、胎冠（1）的胶厚度为h2，h1/h2=0.10
‑
0.35；胎冠（1）截面积为S1，胎肩（2）截面积为S2，S1/S2=2
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8.5；胎面基部（3）、胎冠（1）和胎肩（2）的胶料的100%拉伸模量分别为：1.8
‑
2.2，2.0
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5.0，2.0
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3.0 Mpa。2.根据权利要求1所述的一种改善滚动阻力的轮胎胎面结构，其特征在于，h1/h2=0.2
‑
0.3根据权利要求2所述的一种改善滚动阻力的轮胎胎面结构，其特征在于，h1/h2=0.3。3.根据权利要求1所述的一种改善滚动阻力的轮胎胎面结构，其特征在于，S1/S2=2.5
‑
4....

【专利技术属性】
技术研发人员：胡德斌，崔志博，郭磊磊，李进，王毅，王丹灵，姜浩军，
申请(专利权)人：杭州海潮橡胶有限公司，
类型：发明
国别省市：