一種仿生輪胎結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及輪胎結(jié)構(gòu)設(shè)計，具體涉及一種仿生輪胎結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]輪胎在制造過程中，各層帶束層端部和翻包端部是應(yīng)力集中的主要區(qū)域，輪胎的肩空和圈裂是輪胎破壞的主要型式，基本是帶束層端部和反包端部的應(yīng)力集中引起的，因此降低應(yīng)力集中是輪胎結(jié)構(gòu)設(shè)計時必須面對的問題。
[0003]中國專利CN102114754通過在帶束層膠料中混入芳綸漿柏來提高輪胎的耐久性能，然而這種方式由于需要調(diào)整輪胎膠料，成本較高實行繁瑣；中國專利CN102922951通過在帶束層夾層之間設(shè)置夾膠塊來減少帶束層邊部存氣現(xiàn)象以提高輪胎的壽命，然而此種方式需要設(shè)計專用成型機(jī)，設(shè)計制造復(fù)雜；中國專利CN203818934通過將輪胎胎肩部用纏繞鋼絲進(jìn)行帶束層補(bǔ)強(qiáng)來達(dá)到改善輪胎性能的目的，然而此種方法會導(dǎo)致輪胎質(zhì)量增加，以致增加輪胎的滾動阻力；中國專利CN1775568A通過在帶束層端部增加邊緣襯條和加強(qiáng)材料來減少一號帶束層處的邊緣部分離，然而此專利結(jié)構(gòu)復(fù)雜成型繁瑣并且對于輪胎應(yīng)變能密度最大的二號帶束層考慮甚少，難以在工程實踐中得以運用。因此，目前尚沒有一種在小幅度修改現(xiàn)有輪胎制造設(shè)備條件下，不增加輪胎生產(chǎn)價格和不減少輪胎生產(chǎn)效率，并且增加輪胎壽命的有效途徑。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]生物學(xué)家經(jīng)過長期的觀察發(fā)現(xiàn)，自然界中許多生物經(jīng)過數(shù)百萬年的進(jìn)化發(fā)展，形成了特殊的身體結(jié)構(gòu)。以蛇類動物為例，蛇類在陸地上移動時，必須在地面找到能對其產(chǎn)生阻力的地表(例如堅硬的巖石)，因為這樣它才方便利用腹部的鱗甲與地面作出有效的摩擦，利用腹鱗及肌肉的縮放產(chǎn)生移動力，藉以把身體迅速推前。而在蛇類前進(jìn)過程中，其肌肉組織與脊椎骨之間會產(chǎn)生較大的應(yīng)力，很容易造成內(nèi)臟損傷。因此蛇類進(jìn)化出了有突起狀斜刺結(jié)構(gòu)的脊椎骨(如圖2所示)，增加了蛇類骨架與肌肉筋腱之間的接觸面積，使得從地面?zhèn)鲗?dǎo)到蛇脊椎骨的力能夠均勻分散。汽車輪胎與蛇類相似，都是通過利用地面的反作用力向前前進(jìn)的，輪胎中的帶束層類似于蛇類的脊椎骨，對輪胎整體起到加固和分擔(dān)應(yīng)力的作用，其受到的應(yīng)變能密度較大，而帶束層處的應(yīng)變能密度梯度與汽車輪胎壽命有著顯著關(guān)系，因此利用蛇類形態(tài)結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿生有著一定依據(jù)。
[0005]通過修改帶束層，胎體層以及加強(qiáng)層端部處的結(jié)構(gòu)，在膠片端部布置仿蛇類脊椎骨膠料結(jié)構(gòu)，使膠片端部與其他膠料呈現(xiàn)楔形連接，楔形長度取決于輪胎膠片的厚度，當(dāng)膠片厚度為3mm時，楔形長度為3mm到5mm，楔形角度控制在小于等于45°，大于等于30°范圍內(nèi)，采用仿生結(jié)構(gòu)的多個帶束層應(yīng)該朝向一致，同時胎圈處的加強(qiáng)層以及胎體層端部朝向也應(yīng)一致。
[0006]基于蛇類脊椎骨與筋腱間的結(jié)合方式，使用仿生學(xué)方法，將輪胎帶束層、加強(qiáng)層以及胎體層的端部采用斜面結(jié)構(gòu)，使含有鋼絲簾線的輪胎膠片與其他膠料的結(jié)合處形成一定斜面，增加膠片與其他膠料之間的結(jié)合力。本發(fā)明提供一種仿生結(jié)構(gòu)輪胎，包括第一號帶束層、第二號帶束層、第三號帶束層、第零號帶束層、加強(qiáng)層和胎體層；所述第零號帶束層包括左第零號帶束層和右第零號帶束層，所述左第零號帶束層和右第零號帶束層對稱布置于第三號帶束層的左右兩側(cè)；所述第一號帶束層、第二號帶束層仿蛇類脊椎骨結(jié)構(gòu)，所述第一號帶束層、第二號帶束層、的左右兩端均為楔形結(jié)構(gòu)，所述左第零號帶束層的左端面為楔形結(jié)構(gòu)，所述右第零號帶束層的右端面為楔形結(jié)構(gòu)；所述加強(qiáng)層、胎體層的上端為楔形結(jié)構(gòu)。
[0007]上述方案中，所述第一號帶束層的左端面、第二號帶束層的左端面、左第零號帶束層的左端面楔形結(jié)構(gòu)的斜面方向一致，左端面楔形結(jié)構(gòu)的斜切角度均為30°?45°，左端面楔形結(jié)構(gòu)的楔形長度為3_?5_。
[0008]上述方案中，所述第一號帶束層的右端面、第二號帶束層的右端面、右第零號帶束層的右端面楔形結(jié)構(gòu)的斜面方向一致，右端面楔形結(jié)構(gòu)的斜切角度為30°?45°，右端面楔形結(jié)構(gòu)的楔形長度為3mm?5mm。
[0009]上述方案中，所述加強(qiáng)層、胎體層上端部楔形結(jié)構(gòu)的斜面方向一致，所述上端部楔形結(jié)構(gòu)的斜切角度為30°?45°，上端面楔形結(jié)構(gòu)的楔形長度為3mm?5mm。
[0010]上述方案中，所述第三帶束層與第零號帶束層的總長等于所述第一帶束層長度；所述第二帶束層與第一帶束層的長度差值小于所述第二帶束層總長的十分之一。
[0011]本發(fā)明的有益效果:1.本發(fā)明能夠顯著優(yōu)化胎肩處的應(yīng)力分布，減少其周向方向上的最大應(yīng)力，使得輪胎帶束層與胎面膠料之間的結(jié)合更為緊密，帶束層更不易發(fā)生形變以及變形；2.與普通結(jié)構(gòu)相比，采用仿生結(jié)構(gòu)的輪胎應(yīng)變能密度梯度模最大值降低了約18.07%，根據(jù)負(fù)荷下應(yīng)變能最小化理論(STEM)，分散或減少應(yīng)變能能夠顯著提高輪胎的使用壽命，減少胎肩處的破壞發(fā)生幾率；3.此種形式的帶束層結(jié)構(gòu)能夠解決輪胎在生產(chǎn)貼合過程中帶束層端部容易出現(xiàn)的存氣問題，而且能夠減少輪胎在硫化過程中帶束層端部發(fā)生的位移與變形。能夠提高輪胎的使用壽命，又不會影響輪胎的滾動阻力等其他性能，同時不增加輪胎的生產(chǎn)成本以及生產(chǎn)效率。
【附圖說明】
[0012]圖1為一種仿生輪胎結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0013]圖2為蛇類脊椎骨結(jié)構(gòu)放大示意圖。
[0014]圖3為一種仿生輪胎結(jié)構(gòu)帶束層處局部放大圖。
[0015]圖4為一種仿生輪胎結(jié)構(gòu)胎圈處的局部放大圖。
[0016]圖中:1、第三號帶束層；2、第零號帶束層；3、第二號帶束層；4、第一號帶束層；5、加強(qiáng)層；6、胎體層。
【具體實施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步描述，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此。
[0018]如圖1所示，一種仿生結(jié)構(gòu)輪胎，包括第一號帶束層4、第二號帶束層3、第三號帶束層1、第零號帶束層2、加強(qiáng)層5和胎體層6 ;所述第零號帶束層2包括左第零號帶束層和右第零號帶束層，所述左第零號帶束層和右第零號帶束層對稱布置于第三號帶束層I的左右兩側(cè)；所述第一號帶束層4、第二號帶束層3仿蛇類脊椎骨結(jié)構(gòu)，第一號帶束層4、第二號帶束層3的左右兩端均為楔形結(jié)構(gòu)，所述左第零號帶束層的左端面為楔形結(jié)構(gòu)，所述右第零號帶束層的右端面為楔形結(jié)構(gòu)；所述加強(qiáng)層5、胎體層6的上端部均為楔形結(jié)構(gòu)。楔形結(jié)構(gòu)優(yōu)化了胎肩處的應(yīng)力分布，并且減小了其周向方向上的最大應(yīng)力，使得輪胎帶束層與胎面膠料之間的結(jié)合更為緊密，使帶束層更不易發(fā)生形變以及變形。
[0019]進(jìn)一步的，所述第一號帶束層4的左端面、第二號帶束層3的左端面、左第零號帶束層的左端面楔形結(jié)構(gòu)的斜面方向一致，左端面楔形結(jié)構(gòu)的斜切角度均為30°?45°，左端面楔形結(jié)構(gòu)的楔形長度為3_?5_。
[0020]進(jìn)一步的，所述第一號帶束層4的右端面、第二號帶束層3的右端面、右第零號帶束層的右端面楔形結(jié)構(gòu)的斜面方向一致，右端面楔形結(jié)構(gòu)的斜切角度為30°?45°，右端面楔形結(jié)構(gòu)的楔形長度為3_?5_。
[0021]進(jìn)一步的，所述加強(qiáng)層5、胎體層6上端部楔形結(jié)構(gòu)的斜面方向一致，所述上端部楔形結(jié)構(gòu)的斜切角度為30°?45°，上端面楔形結(jié)構(gòu)的楔形長度為3mm?5mm。
[0022]進(jìn)一步的，所述第三帶束層I與第零號帶束層2的總長等于所述第一帶束層4長度；所述第二帶束層3與第一帶束層4的長度差值小于所述第二帶束層3總長的十分之一。
[0023]普通輪胎結(jié)構(gòu)與仿生輪胎結(jié)構(gòu)的應(yīng)變能密度梯度模最大點位于相近位置，普通輪胎結(jié)構(gòu)的應(yīng)變能密度梯度(SEDG)模最大值為42251.63，仿生輪胎結(jié)構(gòu)的應(yīng)變能密度梯度模最大值為34616.45，與普通結(jié)構(gòu)相比，采用仿生結(jié)構(gòu)的輪胎應(yīng)變能密度梯度模最大值降低了約18.07%，根據(jù)負(fù)荷下應(yīng)變能最小化理論(STEM)，分散或減少應(yīng)變能能夠顯著提高輪胎的使用壽命，減少胎肩處的破壞發(fā)生幾率。此種形式的帶束層結(jié)構(gòu)不僅能夠解決輪胎在貼合過程中帶束層端部容易出現(xiàn)的存氣問題，而且能夠減少輪胎在硫化過程中帶束層端部發(fā)生的位移與變形，更能夠大幅增加輪胎的使用壽命。
[0024]所述實施例為本發(fā)明優(yōu)選的實施方式，但本發(fā)明并不限于上述實施方式，在不背離本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠做出的任何顯而易見的改進(jìn)、替換或變型均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項】
1.一種仿生輪胎結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括第一號帶束層(4)、第二號帶束層(3)、第三號帶束層(1)、第零號帶束層(2)、加強(qiáng)層(9)和胎體層(10); 所述第零號帶束層(2)包括左第零號帶束層和右第零號帶束層，所述左第零號帶束層和右第零號帶束層對稱布置于第三號帶束層(I)的左右兩側(cè)； 所述第一號帶束層(4)、第二號帶束層(3)仿蛇類脊椎骨結(jié)構(gòu)，所述第一號帶束層(4)、第二號帶束層(3)的左右兩端均為楔形結(jié)構(gòu)，所述左第零號帶束層的左端面為楔形結(jié)構(gòu)，所述右第零號帶束層的右端面為楔形結(jié)構(gòu)；所述加強(qiáng)層(5)、胎體層(6)的上端為楔形結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種仿生輪胎結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一號帶束層(4)的左端面、第二號帶束層(3)的左端面、左第零號帶束層的左端面楔形結(jié)構(gòu)的斜面方向一致，左端面楔形結(jié)構(gòu)的斜切角度均為30°?45°，左端面楔形結(jié)構(gòu)的楔形長度為2mm?5mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種仿生輪胎結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一號帶束層(4)的右端面、第二號帶束層(3)的右端面、右第零號帶束層的右端面楔形結(jié)構(gòu)的斜面方向一致，右端面楔形結(jié)構(gòu)的斜切角度為30°?45°，右端面楔形結(jié)構(gòu)的楔形長度為2mm?5mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種仿生輪胎結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述加強(qiáng)層(5)上端部楔形結(jié)構(gòu)的斜面方向與胎體層(6)端部的斜面方向一致，所述楔形結(jié)構(gòu)的斜切角度為30°?45°，楔形結(jié)構(gòu)的楔形長度為2mm?5mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種仿生輪胎結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第三號帶束層(I)與第零號帶束層(2)的總長等于所述第一號帶束層(4)長度；所述第二號帶束層(3)與第一號帶束層(4)的長度差值小于所述第二號帶束層(3)總長的十分之一。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種仿生輪胎結(jié)構(gòu)，基于蛇類脊椎骨與筋腱間的結(jié)合機(jī)理，將其整合移植于輪胎帶束層端部，使每層帶束層沿水平軸向形成一定的斜角與層間差，改善胎肩處的應(yīng)力集中現(xiàn)象，使帶束層與胎面膠料之間應(yīng)力分布均勻。本發(fā)明所述的輪胎帶束層結(jié)構(gòu)能夠在較少更改當(dāng)前輪胎結(jié)構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ)上，增加帶束層與胎面膠之間的接合強(qiáng)度，減少輪胎后期硫化過程中帶束層邊部容易產(chǎn)生的位移和變形情況；減少輪胎胎肩裂和生熱過多導(dǎo)致爆胎等現(xiàn)象，大幅提高輪胎的質(zhì)量與使用壽命。本發(fā)明同樣適用于輪胎反包端部的設(shè)計,通過在加強(qiáng)層與胎體層端部布置此仿生輪胎結(jié)構(gòu)，能夠顯著減少輪胎胎圈處的應(yīng)力集中現(xiàn)象。
【IPC分類】B60C9-24, B60C9-18
【公開號】CN104875555
【申請?zhí)枴緾N201510244830
【發(fā)明人】王國林, 孫硯田, 周浩, 魏新龍, 付晶
【申請人】江蘇大學(xué)
【公開日】2015年9月2日
【申請日】2015年5月14日