具有J形刀槽花纹的卡车轮胎胎面的制作方法

具有j形刀槽花纹的卡车轮胎胎面
技术领域
1.本发明的主题涉及带有具有j形刀槽花纹的胎面的卡车轮胎。更具体地，本技术涉及具有方向性的卡车轮胎胎面，其中j形刀槽花纹相对于滚动方向定向以减少或消除异常磨损。


背景技术：

2.重型商用车辆轮胎制造商在开发轮胎架构和轮胎材料方面取得了进展，使得能够提高轮胎胎面的耐磨性，降低轮胎的滚动阻力，同时提高它们的抓地力和抵抗道路危险的能力。不规则胎面磨损(也称为“不均匀磨损”或“异常磨损”)是重型商用车辆轮胎的一大隐患，因为它会逐渐引起驾驶员通过方向盘能感知的轮胎振动。也可能导致难看的磨损图案。这两种不期望的影响通常会导致轮胎在其磨损寿命的早期阶段就报废。一般地，轮胎在缓慢磨损的情况下使用次数越多，不规则磨损对行驶里程的影响就越大。这就是为什么在所谓的长途转向、驾驶和拖车使用中，卡车轮胎对不规则磨损的抵抗力至关重要。
3.众所周知，在轮胎中包含结构特征以实现某些性能优势。例如，可以在轮胎中使用被称为刀槽花纹的胎面薄切口，以提高在雪、冰和水上的性能，并帮助管理轮胎中产生的热量。然而，将刀槽花纹置于胎面中可能导致在刀槽花纹的底端处形成裂纹。为了解决这种开裂，已知将泪状部放入刀槽花纹的底部。泪状部是刀槽花纹底部的扩大部分，且其横截面形状通常为圆形，这增加了刀槽花纹底部的半径，以减少应力集中并最大限度地降低裂纹萌生的风险。刀槽花纹底部开裂可能更频繁地发生在轮胎的胎肩区域，但它可能发生在胎面上存在刀槽花纹的任何地方。对于胎肩带刀槽花纹的传动轴轮胎，需要相当大的泪状部来充分减少由于作用在轮胎上的扭矩而产生的开裂。然而，如此大直径的泪状部，可能直径为4-5毫米，可能会导致胎肩出现其它问题，例如由于大泪状部形成的底切，会在刀槽花纹处的块的边缘上产生不希望的压缩。这种底切可能导致块的边缘的异常磨损。尽管阻止在刀槽花纹的一个部分中形成裂纹的方法是已知的，但它们可能反过来导致轮胎的另一部分的异常磨损。因此，轮胎胎面的刀槽花纹设计仍有变化和改进的空间。
附图说明
4.参考附图，本说明书中阐述了涉及本领域普通技术人员的本发明的完整且可行的公开(包含其最佳实施方式)，其中：
5.图1是重型卡车轮胎的透视图。
6.图2是根据一个示例性实施例的胎面的一部分的俯视平面图。
7.图3是图2的胎面的一部分的透视图。
8.图4是沿图3的线4-4截取的横截面图。
9.图5是沿图3的线5-5截取的横截面图。
10.图6是沿图3的线6-6截取的横截面图。
11.图7是根据另一示例性实施例的j形刀槽花纹的横截面图。
12.图8是根据又一示例性实施例的j形刀槽花纹的横截面图。
13.图9是根据又一示例性实施例的具有成角度的j形刀槽花纹的胎面的一部分的俯视平面图。
14.在不同附图中使用相同或相似的附图标记表示相同或相似的特征。
具体实施方式
15.现在将详细参考本发明的实施例，其一个或多个示例在附图中示出。提供每个示例是为了解释本发明，并不意味着对本发明的限制。例如，作为一个实施例的一部分示出或描述的特征可以与另一个实施例一起使用，以得到第三实施例。本发明旨在包括这些和其它修改和变型。
16.本发明提供一种用于重型卡车轮胎12的胎面10，其具有相对于胎面10的滚动方向24定向的j形刀槽花纹30，从而在胎面10的j形刀槽花纹30的后缘26处的异常磨损减少或消除。j形刀槽花纹30具有延伸到胎面10中的主要部分32和从主要部分32延伸的弯曲部分38。弯曲部分38在后缘26下方延伸，使得j形刀槽花纹30相对于滚动方向24完全向前或基本上向前定向。泪状部44可以位于弯曲部分38的弯曲部分端部42处。j形刀槽花纹30的构造允许将刀槽花纹放入胎面10中以实现刀槽花纹的益处，同时减少或消除通常由轮胎胎面10中刀槽花纹的存在引起的异常磨损。弯曲部分38具有弯曲部分厚度t2，其是从顶部弯曲壁50到底部弯曲壁40的小于或等于1毫米的距离，其抵抗j形刀槽花纹30中的压缩以减少或消除这种异常磨损。
17.图1示出了作为重型卡车轮胎12的轮胎12。在这点上，轮胎12不是设计用于汽车、摩托车或轻型卡车(有效载荷容量小于4,000磅)，而是设计用于重型卡车，例如18轮卡车、垃圾卡车或箱式卡车。轮胎12可以是转向轮胎、驱动轮胎、拖车轮胎或全位置轮胎，但在优选实施例中轮胎12是驱动轮胎。轮胎12包含其上安置有胎面10的胎体64。轮胎12的中心轴线66延伸穿过胎体64的中心，并且轮胎12的可以称为宽度方向20的轴向方向20平行于中心轴线66。轮胎12的径向方向18可以称为厚度方向18并且垂直于中心轴线66。胎面10在径向方向18上比胎体64更远离中心轴线66。胎面10在轮胎12的圆周方向22上完全围绕胎体64延伸，并且360度环绕中心轴线66。圆周方向22也可以称为胎面10的纵向方向22。
18.胎面10的特征在于五个肋52、68、70、72、74，这些肋由沿圆周方向22完全围绕轮胎12延伸的四个纵向凹槽分开。五个肋52、68、70、72、74可以被分类为中心肋70、两个中间肋68、72，以及两个胎肩肋52、74。胎肩肋52、74在轴向方向20上位于胎面10的端部，但在一些实施例中，牺牲肋的位置可以比胎肩肋52、74更靠外。中间肋68、72正好位于胎肩肋52、74的内侧，并通过沿圆周方向22延伸的胎肩凹槽与其分开。中心肋70在轴向方向20上位于两个中间肋68、72之间。尽管示出了五个肋52、68、70、72、74，但在其它示例性实施例中可以存在任何数量的肋52、68、70、72、74。
19.肋52、68、70、72、74各自可以由多个胎面块组成，所述胎面块可以具有各种形状、尺寸和构造。包含这些架构特征在使用中给予了胎面10不同的性能特性。胎面10可以包含可以减少异常磨损的某些结构特征。一个此类结构特征可以是在轴向方向20上跨越肋52、68、70、72、74的胎面块延伸的刀槽花纹30。胎面10在轴向方向20上具有第一胎面边缘和相对安置的第二胎面边缘。胎面10的滚动胎面宽度从一个边缘延伸到另一边缘，并且是胎面
10的被设计成当轮胎12是新的时在任何胎面10已经发生磨损之前接合地面16的部分。轮胎12可以是全新的轮胎，胎体64和胎面10同时形成，两者都是全新的。或者，胎面10可提供为新形成的翻新带，然后通过翻新工艺附接到现有的使用过的胎体64。
20.图2是根据一个示例性实施例的胎面10的区段的俯视平面图。胎面10可以结合到牵引拖车的任何轮胎12中，但优选地，胎面10结合到牵引拖车的驱动轮胎12中。胎面10包含五个肋，即两个胎肩肋52、74、两个中间肋68、72和中心肋70。中间肋68、72和胎肩肋52、74通过敞开的纵向凹槽彼此分开。同样，中心肋70通过两个敞开的纵向凹槽与中间肋68、72分开。胎面10是定向胎面10，因为它被设计用于在滚动方向24上进行主要滚动。在这方面，当轮胎12沿滚动方向24滚动而不是与滚动方向24相反滚动时，提供各种胎面10特征以提供所需的性能特性。
21.胎面10包含在两个肋52和74中的j形刀槽花纹30，其延伸跨过这些肋52和74的整个轴向宽度。在这点上，胎肩肋52具有从左侧胎面边缘延伸到胎肩肋52与中间肋68在轴向方向20上共有的敞开凹槽的整个轴向宽度54。胎肩肋52中的j形刀槽花纹30跨越整个轴向宽度54延伸并且通向胎面边缘的外表面和纵向凹槽。在其它实施例中，j形刀槽花纹30延伸跨越小于肋52、74的整个轴向宽度。此外，在肋52、68、70、72、74中可以包含任意数量的j形刀槽花纹30，并且尽管示出为仅在两个肋52、74中，但是j形刀槽花纹30可以不存在于肋52、68、70、72、74中的任何一个中，且可以位于肋52、68、70、72、74中的任何一个或多个中。尽管j形刀槽花纹30可以位于肋52、68、70、72、74中的任何一个中，但j形刀槽花纹30优选地位于胎肩肋52和74中。
22.图3以透视图示出了图2的胎面10的一部分。j形刀槽花纹30具有位于胎面10边缘处的第一轴向端部60，并且j形刀槽花纹30在第一轴向端部60处敞开。j形刀槽花纹30在轴向方向20上的相对端部处具有第二轴向端部62，且第二轴向端部62在界定胎肩肋52的胎肩凹槽处敞开。整个轴向宽度54在轴向方向20上从第一轴向端部60延伸到第二轴向端部62。j形刀槽花纹30从上部表面14沿径向方向18向下延伸到胎面10中。j形刀槽花纹30具有主要部分32，其沿径向方向18延伸到胎面10中直到过渡到弯曲部分38。弯曲部分38沿轴向方向20在弯曲部分38的宽度上分成多个弯曲的较厚间隙区56和弯曲的较薄间隙区58。存在八个弯曲的较薄间隙区58和九个弯曲的较厚间隙区56，并且它们在j形刀槽花纹30的轴向宽度上彼此交替。然而，在其它实施例中可以存在任何数量。弯曲的较厚间隙区56存在于第一轴向端部60和第二轴向端部62处。轴向端部60和62处的区56在轴向方向20上的宽度大于j形刀槽花纹30中的任何其它区56，并且不需要存在于其它示例性实施例中。弯曲的较薄间隙区58作为群组在轴向方向20上比区56更靠近j形刀槽花纹30的轴向中心。区58的宽度在轴向方向20上比区56的宽度宽，可能在轴向端部60、62处的两个区56除外。弯曲的较薄间隙区58可以在轴向方向20上延伸跨越j形刀槽花纹30的宽度的多于50％。在这点上，j形刀槽花纹30的多于50％的宽度包含区58，且j形刀槽花纹30的少于50％的宽度包含区56。可以存在任意数量的区56、58，并且它们可以具有彼此相同的尺寸和横截面形状，或者可以彼此不同。整个轴向宽度54的多于50％包含弯曲部分38，其弯曲部分厚度t2是j形刀槽花纹30的最小弯曲部分厚度t2。
23.作用在轮胎12上的驱动扭矩导致裂纹在刀槽花纹“后面”在与滚动方向24相反的方向上形成，从而导致裂纹在前缘28下方扩展。由于裂纹扩展的定向由驱动扭矩并因此由
滚动方向24限定，所以j形刀槽花纹30的底部可以设计为减少或最小化此位置处的开裂。弯曲部分38在j形刀槽花纹30的后缘26下方产生空隙，这降低了块的后缘26处的压缩刚度，这继而降低了在轮胎12通过接触滚动时的接触应力。这种降低可能足以导致后缘26处的磨损率增加并最终产生异常磨损。为了限制这种压缩，弯曲部分38的厚度可以小于j形刀槽花纹30的其余部分，例如主要部分32和泪状部44。弯曲部分38的厚度t2可以是0.2毫米，这是优选的厚度t2。此厚度t2可以沿着整个轴向宽度54，或者为了可制造性可以仅仅沿着整个轴向宽度54的部分。泪状部44可以在j形刀槽花纹30的底部尖端处提供额外的加强并且降低尖端处开裂的风险。
24.图4是沿图3的线4-4截取的横截面图，该线穿过弯曲的较薄间隙区58中的一个。j形刀槽花纹30具有主要部分32，该主要部分具有位于上部表面14处的开口34。开口34将胎肩肋52切割成一对块，一个在开口34的前方，另一个在开口34的后方。当胎面10沿滚动方向24旋转进入与地面16的接触面时，开口34前方的块首先进入接触面并在开口34后方的块之前与地面16接合。开口34前方的块的后缘26在开口34处由上部表面14和主要部分32限定。开口34后方的块的前缘28在后缘26之后进入接触面，但称为前缘28，因为它是开口34后方的块的前缘。后缘26和前缘28可以是线的边缘，或者包含一定量的平面或弯曲表面的边缘，因为上部表面14到主要部分32的过渡可以是尖角、弯曲的或具有任何类型的过渡形状。后缘26和前缘28可以是j形刀槽花纹30的一部分，但也可以是刀槽花纹30连同上部表面14、胎面10的内表面或任何组合的一部分。边缘26、28仍然是胎面10的一部分。
25.j形刀槽花纹30的主要部分32从开口34沿径向方向18延伸并且是j形刀槽花纹30的最长部分。主要部分32由前壁46和后壁48限定，它们都是平面的，但在胎面10的其它实施例中不需要如此。主要部分32在径向方向18上延伸直到到达底端36。主要部分32因此从开口34到底端36被限定。弯曲部分38从底端36延伸到胎面10中到弯曲部分端部42。在底端36处从主要部分32到弯曲部分38的过渡可以是可见的，因为j形刀槽花纹30的尺寸在此点发生变化。如果主要部分32和弯曲部分38的相对厚度相同，则可以将底端36识别为j形刀槽花纹30开始弯曲的位置，从而表示弯曲部分38的开始。j形刀槽花纹30被示为沿径向方向18定向，但在其它实施例中，j形刀槽花纹30可以相对于径向方向18倾斜，使得其与径向方向18成一定角度向前或向后延伸。根据某些示例性实施例，j形刀槽花纹30可以与径向方向18成5到30度、20到35度或至多45度的角度。
26.弯曲部分38延伸的长度小于主要部分32的长度。弯曲部分38在径向方向18和圆周方向22两者上延伸。弯曲部分38具有底部弯曲壁40。底部弯曲壁40的半径沿其整个长度可以相同，或者底部弯曲壁40从底端36到弯曲部分端部42可以有多个曲率半径。主要部分32和弯曲部分38因此可以大致形成j形，使得刀槽花纹30可以被称为j形刀槽花纹30。底部弯曲壁40呈凹形。
27.弯曲部分38相对于主要部分32定向，使得弯曲部分38在主要部分32前方的滚动方向24上完全或至少部分地延伸。弯曲部分38可以位于后缘26下方，使得后缘26和弯曲部分38可在圆周方向22上共享相同位置但在径向方向18上彼此分开。泪状部44从弯曲部分端部42延伸并形成j形刀槽花纹30的末端。泪状部44可以与后缘26间隔开且不在其下方，使得泪状部44在滚动方向24上位于后缘26的前方。泪状部44可以被布置成使得泪状部44和后缘26的任何部分都没有在圆周方向22上共享相同的位置。同样地，泪状部44可以完全位于主要
部分32的前方，使得泪状部44或主要部分32的任何部分在圆周方向22上都没有共享共同位置。泪状部44没有像主要部分32那样延伸到胎面10中那么多。泪状部44具有圆形横截面形状，但根据其它示例性实施例可以具有任何横截面形状。j形刀槽花纹30的设计可以允许使用更大的泪状部44直径d2，同时仍然最小化或减少尖端处的裂纹形成。
28.图5是沿图3的线5-5的横截面图，仅示出了j形刀槽花纹30在其底部处的一部分。图5是通过j形刀槽花纹30的弯曲的较薄间隙区58截取的。主要部分32具有厚度t1，其定义为从前壁46到后壁48的直接相对的面对点的距离。弯曲部分38具有直接面对底部弯曲壁40的顶部弯曲壁50，并且弯曲部分38的一致厚度t2被建立并限定在这两个壁38、40之间。底部弯曲壁50具有曲率半径r1。底部弯曲壁40与顶部弯曲壁50的区别在于底部弯曲壁40更深地进入胎面10并且因此在径向方向18上比顶部弯曲壁50更靠近中心轴线66。顶部弯曲壁50呈凸形。
29.泪状部44具有圆形横截面形状并且具有指定为d2的直径。j形刀槽花纹30的延伸距离d1定义为从后壁48到泪状部44距后壁48的最远点的距离。可以测量延伸距离d1以使其平行于主要部分厚度t1。各种距离、直径和半径可以通过取得j形刀槽花纹30的横截面图来测量，并且此横截面图可以穿过j形刀槽花纹30的具有最小弯曲部分厚度t2的部分。当j形刀槽花纹30构造成具有上述距离、直径和半径t1、t2、r1、d1、d2时，可以根据以下参数制造：
30.0.2毫米≤t1≤2.0毫米；
31.0.0毫米≤t2≤1.0毫米；
32.1.0毫米≤r1≤10毫米；
33.t1≤d2≤(4.0x t1)；
34.r1≤d1≤(1.1x(r1 d2))；
35.t2≤t1。
36.j形刀槽花纹30的构造和前面提到的尺寸参数可以在胎面10静止并且不经受驱动力时测量。j形刀槽花纹30在测量时可以位于轮胎12的顶部。应当注意，直接描述的参数包含弯曲部分厚度t2为0.0毫米的实施例。如果弯曲部分38是通过胎肩肋52的橡胶的非常薄的切口形成，那么这可以实现。例如，如果弯曲部分38是通过切割而不是模制形成的。对于0.0毫米的弯曲部分厚度t2，顶部弯曲壁50接触底部弯曲壁40，使得这些壁40、50之间没有空间分离，尽管它们被切割。当胎面10受到力并进入接触面时，j形刀槽花纹30会变形，从而在壁40、50之间存在空间分离。
37.根据一个示例性实施例，j形刀槽花纹30被布置成使得t1＝0.6毫米，t2＝0.2毫米，r1＝3.0毫米，且d2＝1.5毫米。对于这些尺寸，d1可以是从3毫米到4.95毫米。这样的尺寸对于j形刀槽花纹30的性能和可制造性来说可以是最佳尺寸。
38.j形刀槽花纹30的弯曲的较厚间隙区56参照图6示出，该图是沿图3的线6-6截取的横截面图，示出了j形刀槽花纹30的底部。在弯曲的较厚间隙区56处的弯曲部分38具有比在弯曲的较薄间隙区58处更大的弯曲部分厚度t2。在区56中，弯曲部分的厚度t2可以等于主要部分的厚度t1。在一些实施例中，没有不同的区56和58，但弯曲部分38在整个轴向宽度54上具有相同的弯曲部分厚度t2。在这些实施例中，此厚度t2可以是0.2毫米或者可以是0.1到1.0毫米。申请人已经发现非常小的尺寸t2(大约至多1.0毫米)在此区域中提供了限制压缩并因此防止后缘26处的异常磨损的材料。存在不同区56和58的一个原因是由于可制造性。j
形刀槽花纹30由模具中的刀槽花纹形成特征形成。当在模制期间从胎面10提取非常薄的刀槽花纹形成特征时，可以形成非常薄的弯曲部分38的非常薄的刀槽花纹形成特征可能会断裂。为了帮助防止这种情况，可以通过包含更厚的部分使刀槽花纹形成特征更厚。这些较厚的部分使刀槽花纹形成特征更强，但也形成弯曲的较厚间隙区56。尽管弯曲的较厚间隙区56形成在j形刀槽花纹30中，但它们仍然可以允许j形刀槽花纹30实现异常磨损防止或最小化，因为j形刀槽花纹30将具有弯曲的较薄间隙区58，其在弯曲部分38的区域中添加材料以抵抗后缘26处的异常磨损。除了在区56中具有较大的弯曲部分厚度t2之外，j形刀槽花纹30的横截面形状和其余尺寸是相同的。尽管示出了两个不同的区56、58，但在其它布置中任何数量的不同尺寸的区都是可能的，并且存在仅存在单个区的实施例，其中j形刀槽花纹30的尺寸在整个轴向宽度54上是相同的。
39.j形刀槽花纹30被布置成使得添加的材料正好存在于主要部分32的前方并且因此存在于后缘26的下方和/或前方。这种添加的材料可以存在于弯曲部分38中以减少在胎面10滚动期间弯曲部分38的压缩并且防止或最小化异常磨损。这种布置导致后缘26处的异常磨损较少或没有异常磨损。当提及弯曲部分38添加了材料时，应当理解，添加材料仅仅意味着弯曲部分38具有较小的厚度，并且在大多数情况下弯曲部分38的厚度小于主要部分32的厚度。j形刀槽花纹30中这种增加的材料用作压缩限制器，其减少后缘26处的应力下降，从而使异常磨损的风险最小化。大的底部弯曲壁半径r1有助于最大限度地减少或消除底部处的开裂。
40.图7是j形刀槽花纹30的替代实施例，其中不存在泪状部44。j形刀槽花纹30同样具有延伸到胎面10中并终止于底端36的主要部分32。弯曲部分38具有弯曲的底壁40和顶壁50，其从底端36沿径向方向18和轴向方向20延伸，从而沿滚动方向24位于主要部分32的前方。弯曲部分38终止于弯曲部分端部42处，该弯曲部分端部在圆周方向22上距主要部分32的距离最远。泪状部44不存在于弯曲部分38的端部，并且根本不存在于j形刀槽花纹30内。
41.j形刀槽花纹30的另一个替代实施例在图8中示出，其示出了基本上如前所述的刀槽花纹30。图8中的横截面图穿过弯曲的较厚间隙区56。在弯曲的较厚间隙区56中不存在与底部弯曲壁40相对的顶部弯曲壁50。实际上，弯曲部分38的顶壁具有平坦表面并且从前壁46以一定角度延伸。弯曲部分38的顶壁可以设置成多种形状并且不限于凸弯曲壁50。弯曲的较薄间隙区58将在图8的j形刀槽花纹30中具有顶部弯曲壁50。
42.图9示出了胎面10的替代实施例，其中存在五个肋52、68、70、72和74。j形刀槽花纹30存在于胎肩肋52和74中，但在中间肋68和72中没有j形刀槽花纹30，并且在中心肋70中没有j形刀槽花纹30。肋68、72和70可以在其中具有刀槽花纹，但是它们中的刀槽花纹不是所示实施例中的j形刀槽花纹30。j形刀槽花纹30具有沿轴向方向20延伸跨越胎肩肋52、74的整个宽度的整个轴向宽度54。j形刀槽花纹30具有波状主要部分32、波状弯曲部分38和波状泪状部44。此外，j形刀槽花纹30不是在轴向方向20上完全延伸，而是相对于轴向方向20成角度，从而它们不会相对于轴向方向20以零度角延伸。主要部分32的开口34相对于轴向方向20成角度，且弯曲部分38同样相对于轴向方向20成角度并且延伸以相对于滚动方向24在圆周方向22上位于开口34的前方。主要部分32虽然示出为波状，但可以具有任何形状，例如在轴向方向20和/或径向方向18上是直的、锯齿形的、倾斜的或弯曲的。同样，弯曲部分38和泪状部38不必总是直的或波状的，而是可以根据不同的示例性实施例具有各种形状。
43.底部弯曲壁40可以沿整个轴向宽度54在径向方向18上距上部表面14的距离相同。或者，此距离可以沿整个轴向宽度54的一部分或全部变化。以类似的方式，顶壁50可以沿整个轴向宽度54在径向方向18上与上部表面14具有不同的距离，或具有相同的距离。
44.尽管已经关于具体实施例及其方法详细描述了本发明主题，但是应了解的是，在理解前述内容后，本领域技术人员可容易设想此类实施例的修改、变型以及等效内容。因此，本公开的范围是通过示例的方式而不是通过限制的方式，并且本公开不排除包括对本主题的显而易见的此类修改，变化和/或添加。