Шина для наземного транспортного средства - RU2581315C2
Код документа: RU2581315C2
Чертежи
Описание
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0001] Настоящее изобретение относится к шине и/или колесному узлу для транспортного средства, обеспечивающим улучшенное продвижение наземного транспортного средства.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] Общеизвестно, что для обеспечения эффективной маневренности наземного транспортного средства установленные на его ободах шины должны быть накачаны до номинального давления, в то время как прокол оболочки шины, особенно в боковине такой шины, может вызвать очень быструю потерю внутреннего давления накачки. Известные способы, направленные на решение проблемы вождения транспортного средства на спущенных шинах, связаны с использованием датчиков или устройств для предупредительной сигнализации о пониженном давлении в шине, позволяющих заранее обнаружить изменение давления газа в шине для предупреждения пользователя о потере давления, а также с использованием различных приспособлений для задерживания в максимальной степени действия последствий прокола шины. Например, шина традиционного типа может содержать внутри различные элементы, включая эластомеры, такие как полиуретановый каучук и т.п., таким образом, чтобы в случае прокола основной наружной шины или потери давления в ней внутренняя конструкция могла бы служить опорой для наружной шины. Также известны устройства, которые размещены в шине и которые, не накачанные при нормальном использовании, могут уменьшить падение давления в шине в случае ее прокола. Кроме того, в стандартной шине имеется прочная зависимость между давлением и способностью шины выдерживать крутящий момент и боковые нагрузки, т.е. чем меньше внутреннее давление в стандартной шине, тем труднее она поддается точному управлению.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0003] В настоящем изобретении предложен новый движущий узел, который может быть использован для несения и продвижения наземного транспортного средства. В частности, в настоящем изобретении предложен новый подход к конструкции шины для наземного транспортного средства. Шина согласно настоящему изобретению может быть конфигурирована в форме оболочки для газа, и в то же время согласно некоторым из вариантов реализации газ может представлять собой воздух. Конструкция шины согласно настоящему изобретению выполнена таким образом, что технологическая процедура, связанная с накачиванием шины, может быть устранена или по меньшей мере значительно сокращена.
[0004] В этой связи необходимо понять следующее. Как указано выше, для достижения эффективной маневренности наземного транспортного средства его колесный узел по существу должен быть гибким при деформировании, поскольку деформированный колесный узел лучше прилегает к дорожной поверхности, обеспечивая тем самым улучшенное сцепление, и в то же время гибкость улучшает поглощение ударной нагрузки, что способствует комфорту во время езды, а также общей устойчивости и безопасности транспортного средства. Во многих случаях гибкость достигается с использованием газа (главным образом воздуха), закачанного в шину. Стандартная шина состоит из закрытой накачанной гибкой оболочки, в которой газ/воздух растягивает оболочку по существу до ее полного радиального размера и, таким образом, образует по существу максимальный потенциальный объем для данной оболочки, причем любое искривление или деформация такой оболочки шины приводит к отклонению и растяжению поверхности оболочки. При деформации генерируется тепло и накапливается усталость материала, что приводит к потере энергии и износу. Кроме того, с накапливанием указанной деформации ухудшается возможность создания достаточного контакта между отклоненной областью шины (пятна контакта протектора шины) и дорожной поверхностью, как описано подробно ниже.
[0005] Согласно настоящему изобретению предложена полугибкая оболочка, которая согласно математическому определению образует объем, который существенно меньше, чем теоретический объем, который такая оболочка потенциально может охватить, т.е. когда в оболочку закачан газ, ее объем ограничен ее уникальной конструкцией, которая предотвращает ее растяжение до ее максимального объема. Кроме того, профиль оболочки обеспечивает возможность деформации шины под нагрузкой или при уменьшенном давлении газа в шине таким образом, что часть протектора шины поддерживает хороший постоянный контакт с поверхностью, а также поддерживает ее способность передавать крутящий момент и выдерживать боковые нагрузки, передаваемые транспортным средством дорожной поверхности, и к тому же генерирует существенно меньше тепла во время передачи указанных нагрузок.
[0006] Боковина шины согласно настоящему изобретению представляет собой сочетание изогнутых поверхностей. В этом отношении сочетание изогнутых поверхностей может быть описано как комбинированная поверхность, сформированная бесконечным числом точек, которые поддерживают отношение между ними, т.е. сохраняют относительное расстояние между собой вдоль поверхности таким образом, что изгибание или складывание поверхности не будет изменять отношение между точками вдоль поверхности и, таким образом, не будет вызывать растяжение или провисание поверхности. С другой стороны, боковина стандартной шины может иметь форму сферической поверхности, которая может быть описана бесконечным числом точек, которые поддерживают между собой сингулярные отношения, т.е. любое изменение сферы приводит к изменению отношений между некоторыми из точек и таким образом вызывает растяжение и сгибание, которые во многих случаях генерируют тепло и могут вызвать усталость материала поверхности.
[0007] Таким образом, согласно одному широкому аспекту настоящего изобретения предложен колесный узел для наземного транспортного средства, содержащий оболочку шины, выполненную с возможностью установки на ступице колеса, причем указанная оболочка шины ограничивает своей внутренней поверхностью полость с газом, имеющую некоторый максимальный объем, образованный геометрией оболочки, при этом указанная оболочка шины содержит или образует узел подвеса в своих боковых стенках таким образом, что под давлением газа в указанной полости объем, достигаемый путем расширения под действием давления газа, существенно меньше, чем указанный максимальный объем, заданный геометрией оболочки.
[0008] Шина согласно настоящему изобретению может быть заполнена газом или воздухом для улучшенной подвески транспортного средства, но не имеет такого ограничения на передачу крутящего момента или способность выдерживания боковых сил. Шина может быть предназначена для работы в качестве пневматической шины и в то же время использовать газ/воздух в качестве подвесного поглотителя ударной нагрузки, однако она также может успешно функционировать без газа/воздуха в качестве непневматического колеса с использованием ее конструкции для передачи крутящего момента и выдерживания боковой силы. Непневматическая конструкция является подходящей для использования также в случаях, в которых не может быть использован газ/воздух, или его использование является нежелательным, например, в луноходе.
[0009] Шина имеет наружную взаимодействующую с дорогой сторону (обозначенную как "протектор", имеющий периферийную поверхность) и противолежащие боковые поверхности/стенки, которые выполнены за одно целое с указанной взаимодействующей с дорогой стороной и проходят из нее, при этом указанные боковые стенки своими свободными концами образуют внутреннюю взаимодействующую с ободом сторону шины, причем указанная шина выполнена с возможностью соединения с движущим узлом. Согласно настоящему изобретению каждая из противолежащих боковых стенок шины имеет профиль в форме поверхностного рельефа, который согласно некоторым из вариантов реализации образует по меньшей мере один желоб, имеющий по существу V-образное поперечное сечение и расположенный между взаимодействующей с дорогой стороной (протектором) и взаимодействующей с ободом стороной. Такой желоб, имеющий по существу V-образное сечение, ниже упомянут как V-образный желоб. Указанная конструкция также может быть описана как два V-образных желоба делят боковину на 2 двумерные изогнутые поверхности.
[0010] Таким образом, согласно указанным вариантам реализации боковая стенка имеет профиль поверхности, образующий один или большее количество V-образных желобов, проходящих между взаимодействующей с дорогой стороной и взаимодействующей с ободом стороной (т.е. вдоль радиальной оси шины). Использование таких желобов, которые выполнены в целом в гибком/упругом материале шины и которые имеют по существу скругленные вершины, снабжает шину необходимым узлом подвеса. Это позволяет шине (движущему узлу) с очень низким давлением воздуха (даже с нулевым внутренним давлением) выдерживать нагрузку, передавать крутящий момент и обеспечивать достаточную маневренность транспортного средства.
[0011] В целом, необходимая V-образная геометрия желоба может быть достигнута с любым подходящим углом вершины. Согласно некоторым вариантам реализации пересекающиеся стороны V-образного желоба сформированы парой противолежащих сегментов по существу усеченно-конических конструкций (или в целом коноидных конструкций). Общая концепция использования усеченного конуса в движущем узле наземного транспортного средства описана в международной заявке № PCT/IL2011/00115, которая принадлежит владельцу настоящей заявки и которая включена в настоящую заявку по ссылке.
[0012] Согласно настоящему изобретению шина представляет собой колесно-шинный блок, который может состоять только из описанной выше оболочки на основе эластомерного композитного материала (или полуэластомерных материалов), ограничивающей полость/просвет, которые могут быть заполнены или не заполнены газовой средой. Шина предпочтительно выполнена таким образом, что имеет необходимое распределение жесткости и гибкости вдоль и поперек ее сторон. Поэтому жесткость и гибкость могут быть различными в различных участках боковой стенки, т.е. боковые стенки могут иметь некоторый профиль жесткости/гибкости по меньшей мере вдоль радиальной оси (радиальный профиль) шины и согласно некоторым вариантам реализации дополнительно профиль жесткости/гибкости вдоль окружности боковой стенки (периферийный профиль). Эти различные уровни жесткости и гибкости могут быть достигнуты различными способами, которые могут включать внедрение/встраивание жестких материалов, таких как пластики, сталь, пружина, и т.п.. Жесткость может быть достигнута путем формирования "лучевой" конструкции с использованием сочетания нерастягивающихся элементов, таких как проволока или нити корда, такого как текстильный кордовый нейлон, Kevlar, и т.п., и/или относительно твердые/жесткие эластомеры, такая как твердая резина, как описано подробно ниже.
[0013] В случае, если оболочка заполнена сжатым газом/воздухом, указанная конструкция должна предотвращать выпучивание оболочки под действием давления газа при расширении до максимального возможного объема. Таким образом, должны быть применены некоторые ограничения для удерживания заданной формы оболочки. Внутренняя часть желоба (ближе к стороне шины, взаимодействующей с ободом/втулкой) имеет тенденцию к увеличению своего диаметра. Таким образом, конструкция внутренней стороны желоба с неподдающимися растягиванию элементами сможет поддерживать оболочку и предотвращать "выпучивание" ее внутренней стороны.
[0014] Кроме того, чтобы внутренняя и наружная стороны желоба могли выдерживать давление газа/воздуха, они должны иметь достаточную жесткость вдоль радиальной оси шины. Согласно некоторым вариантам реализации настоящего изобретения необходимо поддерживать радиальную жесткость сторон желоба и в то же время обеспечивать их периферийную гибкость, таким образом, конструкция желоба может быть усилена неравномерным способом таким образом, что она может содержать относительно жесткие элементы только вдоль радиальной оси, или она может быть спроектирована таким способом, при котором используют группу рельефных элементов (выемки, выступы, утонченные участки), которые разнесены по окружности вокруг стороны или сторон желоба и таким образом ослабляют периферийную конструкцию и в то же время поддерживают радиальную жесткость. Подобный принцип может быть применен к областям, в которых группа выпучивания проходит по окружности вокруг стороны или сторон желоба с достижением подобных результатов.
[0015] Таким образом, шина может иметь некоторый профиль жесткости поперек ее боковых стенок, т.е. между взаимодействующей с дорогой стороной и взаимодействующими с ободом сторонами. Указанный профиль задан тем, что вершина желоба и его углы в противолежащих сторонах желоба являются достаточно упругими (что, например, может быть достигнуто изготовлением шины с уменьшенной толщиной в пределах указанных участков) по сравнению с участками шины между ними. В результате две части желоба функционируют как две балки, которые могут быть изогнуты, но не деформированы. Таким образом сохраняется общая форма указанной снабженной желобами шины, и ее любое изменение является обратимым. С другой стороны, шина должна иметь достаточную гибкость для поглощения ударных нагрузок без разрушения. Кроме того, внутренняя сторона желоба может иметь относительно более высокую "радиальную" и "периферийную" жесткость для сохранения в целом подобную колесу форму шины, а наружная часть желоба (расположенная ближе к взаимодействующей с дорогой стороне шины) может быть иметь относительно низкую жесткость.
[0016] Таким образом, необходимое сочетание жесткости и гибкости может быть достигнуто путем использования соответствующего профиля жесткости в целом в гибком материале шины, т.е. более высокой радиальной и периферийной жесткости во внутренней части желоба по сравнению с наружной частью, с сохранением трех точек изгиба в радиальном направлении, т.е. в вершине и углах противолежащих сторон V-образного желоба. Как указано выше, второй профиль жесткости может быть использован в качестве периферийного профиля вдоль периферийного направления для внутренней и наружной частей желоба. Это может быть достигнуто путем использования группы расположенных на расстоянии друг от друга выемок (например, участков с внедренным материалом, имеющим другую жесткость по сравнению с материалом в промежутках между выемками и/или неравномерную толщину стенок), расположенных вдоль желоба, с ориентацией указанных выемок по существу перпендикулярной плоскости шины (поперек желоба). Таким образом, шина с указанным желобом, проходящим вдоль ее окружности, имеет первый профиль жесткости в радиальном направлении шины (поперек желоба) и возможно также второй профиль жесткости в периферийном направлении.
[0017] Таким образом, согласно другому широкому аспекту настоящего изобретения предложена оболочка шины для наземного транспортного средства, содержащая в своих боковых стенках профиль поверхности, проходящий между взаимодействующей с дорогой стороной и взаимодействующей с ободом стороной шины, причем указанный профиль поверхности выполнен в форме узла подвески, встроенного в боковые стенки, для предотвращения таким образом растяжения оболочки шины до ее максимального объема, когда оболочка заполнена сжатым газом, с одновременным обеспечением возможности деформирования указанной оболочки шины под нагрузкой или при уменьшенном давлении таким образом, что взаимодействующая с дорогой сторона шины поддерживает по существу постоянный контакт с дорожной поверхностью.
[0018] Согласно еще одному широкому аспекту настоящего изобретения предложена шина для наземного транспортного средства, содержащая оболочку, внутренняя поверхность которой ограничивает полость и которая содержит наружную взаимодействующую с дорогой сторону, имеющую периферийную поверхность, и противолежащие боковые стенки, которые выполнены за одно целое с указанной взаимодействующей с дорогой стороной и проходят по направлению от нее, причем свободные концы боковых стенок образуют внутреннюю взаимодействующую с ободом сторону шины, которая обеспечивает возможность соединения шины с движущим узлом, а каждая из противолежащих боковых стенок имеет профиль поверхности, проходящий между взаимодействующей с дорогой стороной и взаимодействующей с ободом стороной и образующий рельеф поверхности в форме по меньшей мере одного желоба, имеющего по существу V-образное сечение, и имеет заданный профиль жесткости, проходящий поперек указанной боковой стенки.
[0019] Профиль жесткости имеет относительно небольшую жесткость, что обеспечивает относительно высокую гибкость участков шины в вершине V-образного желоба и углов, образованных путем соединения указанного желоба с соответствующими взаимодействующей с дорогой стороной и взаимодействующей с ободом стороной шины.
[0020] Профиль жесткости имеет различную жесткость в соответствующих наружной стороне желоба рядом с взаимодействующей с дорогой стороной и внутренней стороне желоба рядом с взаимодействующей с ободом стороной шины. Например, внутренняя сторона желоба содержит группу поддерживающих элементов, встроенную в эту внутреннюю сторону и проходящую по меньшей мере вдоль одной из радиальной и периферийной осей шины.
[0021] Взаимодействующая с дорогой сторона имеет заданную жесткость вдоль периферийной оси шины. С этой целью взаимодействующая с дорогой сторона содержит группу поддерживающих элементов, встроенных в эту группу.
[0022] Согласно другому варианту реализации или в дополнение к данному профиль жесткости имеет изменяющуюся толщину по меньшей мере вдоль одной из наружной стороны желоба рядом с взаимодействующей с дорогой стороной и внутренней стороны желоба рядом с взаимодействующей с ободом стороной.
[0023] Вообще говоря, желобчатые боковые стенки шины и соответствующее распределение жесткости/гибкости материала шины внутри шины создают оптимальный узел подвеса, обеспечивающий возможность эффективной работы движущего узла путем использования указанной шины, фактически лишенной всяческих ограничений, налагаемых недостаточным/пониженным давлением в полости шины.
[0024] Как указано выше, участки шины в вершинах желобов (и наружных углах) выполнены относительно гибкими. Это осуществлено согласно одному варианту реализации настоящего изобретения таким образом, что в деформируемом колесе в гибких частях боковых стенок (в частности, в указанных вершинах) могут развиваться значительные напряжения. В настоящем изобретении предложено решение, способствующее уменьшению указанных напряжений, в частности, путем использования специально спроектированной несущей опоры.
[0025] Таким образом, согласно дополнительному аспекту настоящего изобретения предложен деформируемый колесный узел с накачиваемой оболочкой, образованной вышеописанной шиной, и несущей опорой, сформированной множеством поддерживающих элементов, содержащих первую группу расположенных на расстоянии друг от друга элементов и вторую группу расположенных на расстоянии друг от друга элементов, причем элементы в каждой из указанных групп вместе образуют усеченно-коническую конструкцию (т.е. линии, которые связывают заданные точки в дальних концах элементов, вместе образуют усеченный конус), при этом две указанные усеченно-конические конструкции пересекают друг друга в области пересечения с образованием конструкции типа "ласточкин хвост".
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0026] Для улучшенного понимания сущности настоящего изобретения, которое описано в настоящей заявке, и иллюстрации его практического осуществления ниже описаны варианты реализации, являющиеся только неограничивающими примерами, со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых:
На фиг.1А показано типичное поведение известной шины под нагрузкой по сравнению с поведением шины согласно настоящему изобретению, имеющей желобчатые боковые стенки;
На фиг.1В и 1С показан отпечаток движущего узла, использующего шину согласно настоящему изобретению в соответственно ненагруженном и нагруженном состояниях;
На фиг.2А показан один вариант реализации шины согласно настоящему изобретению;
На фиг.2В и 2С показан более подробно вариант реализации профиля, использованного в боковых стенках шины согласно настоящему изобретению;
На фиг.3 показан вариант реализации геометрического профиля и профиля жесткости, использованных в шине согласно настоящему изобретению;
На фиг.4А и 4В показан конкретный, но неограничивающий вариант реализации конструкции поддерживающего узла, встроенного в шину, для формирования необходимого профиля жесткости;
На фиг.4С показан дополнительный профиль жесткости, который может быть использован в шине согласно настоящему изобретению;
На фиг.5А и 5В показан другой возможный поддерживающий узел, встроенный в шину, для обеспечения создания необходимых профилей жесткости и гибкости;
На фиг.6А и 6В показаны предпочтительные эксплуатационные особенности шины согласно настоящему изобретению;
На фиг.7 показан перспективный вид деформируемого колеса согласно одному варианту реализации настоящего изобретения;
На фиг.8 показан разрез перспективного вида колеса, показанного на фиг.7;
На фиг.9 показан увеличенный разрез части колеса с внутренней несущей опорой, размещенной в шине; и
На фиг.10 показан разрез части шины, иллюстрирующий способ соединения усиливающего элемента с боковыми стенками шины.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0027] Для улучшенного понимания особенностей шины, выполненной согласно настоящему изобретению с использованием V-образной желобчатой конструкции, описанной выше, на фиг.1А-1С проиллюстрированы физические основания типичного поведения традиционной шины (независимо от ее размера или сечения) по сравнению с шиной согласно настоящему изобретению. На фиг.1А показана шина в нагруженном и ненагруженном состояниях. На чертеже круг С1 в середине, имеющий диаметр 620, представляет обод, круг С2 представляет ненагруженную шину, и линии L1 и L2 между ободом С1 и наружной окружностью ненагруженной шины С2 обозначают линию боковины в нормальной шине. Боковина в полностью накачанной шине задает максимальное расстояние между наружной окружностью и ободом, т.е. наружная окружность в любом состоянии шины не может выйти за пределы наружного диаметра шины. Кривая R1 соответствует состоянию традиционной шины, когда она находится в спущенном состоянии, в то время как кривая R2 соответствует состоянию шины согласно настоящему изобретению, когда она находится в спущенном состоянии.
[0028] Если шина немного спущена, она сжимается (под весом транспортного средства), и резина смещается в какой-либо области. Поскольку периферийный размер не может превышать исходный диаметр (линии L1 и L2), резина сократится и сожмется в некоторой степени и немного увеличит площадь отпечатка шины. Если шина находится в значительно спущенном состоянии, она значительно сожмется, и поскольку она не может выгнуться в наружном направлении, она выгнется во внутреннем направлении и приобретет форму, показанную кривой R1. Когда то же самое происходит с шиной согласно настоящему изобретению, наружная окружность смещается (под нагрузкой), и поскольку она не имеет ограничения (боковина в этом случае фактически имеет формы "стенки чашки" и является почти горизонтальной, и, таким образом, она может "отдалиться" от обода), она деформируется для поглощения нагрузки и принимает форму земли, обозначенную кривой R2.
[0029] На фиг.1В и 1С показан отпечаток шины согласно настоящему изобретению соответственно в накачанном и в спущенном состояниях. Как может быть видно из чертежа, достигнуто 200%-ое увеличение отпечатка.
[0030] На фиг.2А-2С показаны шины согласно настоящему изобретению. На фиг.2А показана шина 100, выполненная в форме оболочки, внутренняя поверхность 111 которой ограничивает полость 112. Последняя может быть заполнена газом, например воздухом. В целом, указанная шина может быть пневматической или сплошной. Выполненная в форме оболочки шина 100 имеет наружную взаимодействующую с дорогой сторону 110 (протектор, имеющий периферийную поверхность) и противолежащие друг другу боковые стенки 120А и 120В, которые выполнены за одно целое с взаимодействующей с дорогой стороной 110 и проходят из нее. Боковые стенки своими свободными концами 160 соединены с ободом движущего узла (не показан) и таким образом фактически образуют взаимодействующую с ободом сторону. Согласно настоящему изобретению каждая из противолежащих боковых стенок 120А и 120В имеет профиль поверхности, содержащий по меньшей мере один по существу V-образный желоб 140, сформированный между взаимодействующей с дорогой стороной 110 и взаимодействующей с ободом стороной 160. В настоящем неограничивающем варианте реализации профиль с одиночным желобом использован в каждой боковой стенке.
[0031] Желоб 140 имеет внутреннюю и наружную стороны 150 и 130 соответственно, пересекающиеся в верхушечной области 180 желоба. Как показано на фиг.2В, наружная сторона 130 желоба соединена со взаимодействующей с дорогой стороной 110 посредством угловой области 170 шины 100, а внутренняя сторона 150 желоба соединена с взаимодействующей с ободом стороной 160 посредством другой угловой области 190 шины 100. Таким образом, конструкция шины такова, что указанные угловые и верхушечная области 170, 180 и 190 имеют пониженную жесткость и повышенную гибкость/упругость по сравнению с внутренней и наружной сторонами желоба. Таким образом, каждая из боковых стенок 120А, 120В имеет профиль поверхности, формирующий по меньшей мере один V-образный желоб, и также имеет профиль жесткости, проходящий поперек боковой стенки (т.е. вдоль радиальной оси) шины. Как показано на чертеже, шина в ее взаимодействующей с ободом стороне 160 обычно снабжена неподдающимся растягиванию периферийным элементом (бортом), который соединяет шину с ободом и в большинстве случаев содержит стальную проволоку.
[0032] Предпочтительно боковые стенки 120А и 120В имеют дополнительный профиль жесткости, заданный различной жесткостью внутренней и наружной сторон 150 и 130 соответственно желоба 140. В частности, внутренняя сторона 150 желоба 140, посредством которого она соединена с взаимодействующей с ободом стороной 160 шины 100, имеет более высокую жесткость, чем наружная сторона 130 желоба, соединенная с взаимодействующей с дорогой стороной 110 шины. Внутренняя сторона 150 имеет более высокую жесткость, чем наружная сторона 130 как вдоль радиальной, так и вдоль периферийной осей.
[0033] На фиг.3 более подробно показаны профили поверхности и жесткости. Как показано на чертеже, указанные профили проходят вдоль пути 310, т.е. поперек боковой стенки 120А, который в целом может быть задан как "радиальная ось" шины 100. Один из профилей имеет форму выемки в поверхности, образованной наличием по меньшей мере одного желоба 140, и другой профиль представляет собой профиль жесткости вдоль пути 310 (например, состав материала). Указанный профиль жесткости сформирован по меньшей мере благодаря пониженной жесткости в угловых областях 170, 190 и вершине 180, и возможно также благодаря различной жесткости наружной и внутренней сторон 130 и 150 соответственно желоба.
[0034] В целом, профиль жесткости поперек боковой стенки может быть достигнут использованием различных материалов или одного и того же материала, такого как резина, которую в различной степени подвергли процессам отверждения и/или которая имеет различные толщины. Профиль жесткости может быть сформирован встраиванием поддерживающей конструкции внутрь шины. Поддерживающая конструкция обычно выполнена в форме заданного расположения поддерживающих элементов, таких как тросы, полотно, проволока, ткань, микроволокна. Поддерживающие элементы ориентированы относительно периферийной и радиальной осей для достижения необходимой жесткости и распределения гибкости в шине, что обеспечивает фиксированную периферийную длину по всему сечению шины, заданную путем 310, проходящим от взаимодействующей с ободом стороны (борта) 160 к взаимодействующей с дорогой стороне (протектору) 110, а также поддерживает периферийную гибкость вдоль того же сечения. Кроме того, должно быть выбрано распределение жесткости и гибкости для поддерживания радиальной жесткости по внутренней и наружной сторонам (конусам) 150 и 130 соответственно с одновременным сохранением точек достаточной гибкости в угловых областях, т.е. области 190 между желобом и бортом, области 180 между внутренней и наружной сторонами (т.е. области вершины желоба) и области 170 (так называемого "плеча") между желобом и протектором.
[0035] На фиг.4А и 4В показан конкретный, но неограничивающий вариант реализации шины 100 согласно настоящему изобретению. Как показано на чертеже, стороны желоба, а также взаимодействующая с дорогой сторона снабжены поддерживающими элементами. Поддерживающие элементы содержат так называемые плечевые слои корда, проходящие вдоль взаимодействующей с дорогой стороной рядом с плечевой областью (170 на фиг.3), а также внутренние конусные слои и наружные конусные слои, ориентированные с некоторым углом относительно друг друга и относительно радиальной и периферийной осей.
[0036] В конкретном варианте реализации, показанном на фиг.4А, профиль жесткости может быть достигнут путем использования нитей корда 410 и 420, встроенного в оболочку шины, во взаимодействующую с дорогой сторону 110, а также в наружную и внутреннюю стороны желоба, выполненного в боковой стенке 120А. На фиг.4В показана шина, имеющая ту же конструкцию, что и показанная на фиг.4А, но под другим углом. Следует отметить, что корд 410 используют для усиления периферийной области шины во взаимодействующей с дорогой стороне 110 рядом с угловой областью 170.
[0037] На фиг.4С показана другая особенность настоящего изобретения, которая дополнительно может быть использована в любом из вышеописанных вариантов реализации. Согласно некоторым из вариантов реализации настоящего изобретения шина имеет дополнительный профиль жесткости, проходящий вдоль периферийной оси по меньшей мере одной из наружной и внутренней сторон желоба 140, выполненного в боковой стенке 120А. Как можно видеть в данном конкретном неограничивающем варианте реализации, наружная и внутренняя стороны 130 и 150 соответственно желоба 140 имеют изменяющуюся толщину, заданную профилем жесткости. Изменяющаяся толщина образована группой разенсенных относительно толстых участков 450, которые разделены более тонкими изгибающимися участками 460, причем указанная группа проходит вдоль периферийной оси соответствующей стороны желоба и области участков, выровненных по существу перпендикулярно плоскости шины (т.е. поперек стороны желоба). Такая конструкция помимо прочего позволяет создать необходимый периферийный профиль жесткости путем соответствующего выбора особенностей профиля, т.е. толщины различных участков 450 и 460, а также расстояния между локальными соседними утолщенными областями 450 (т.е. длины утоньшенных изгибающихся участков 460).
[0038] Следует отметить, что несмотря на то, что это не показано на чертеже, необходимая жесткость может быть получена путем замены выступающих (более толстых) участков 450 выемками и таким образом формирования более тонких участков, разделенных более толстыми участками шины. Согласно другому варианту реализации указанная изменяющаяся жесткость (профиль жесткости/гибкости) вдоль стороны желоба может быть достигнута путем формирования стороны желоба с расположенными на расстоянии друг от друга выемками/желобами и в случае необходимости присоединением/встраиванием в них жестких элементов.
[0039] Как описано выше, шина согласно настоящему изобретению должна быть жесткой вдоль своего радиального направления. Согласно некоторым из вариантов реализации настоящего изобретения необходимо поддерживать радиальную жесткость шины и в то же время сохранять периферийную гибкость шины. Таким образом, V-образный желоб может быть усилен нерегулярным образом. Это может быть достигнуто путем добавления/встраивания в шину поддерживающей конструкции, которая увеличивает жесткость шины вдоль радиальной оси, но в то же время способствует сохранению достаточной гибкости шины в ее периферийном направлении.
[0040] Пример достижения вышеописанного путем использования пружинящей поддерживающей конструкции показан на фиг.5А и 5В. На фиг.5А показан один возможный неограничивающий вариант реализации такой пружинящей опоры, которая выполнена в форме бесконечной пружины 510, встроенный в наружную и внутреннюю стороны 130 и 150 соответственно желоба 140. Бесконечная пружина 510 проходит поперек всего желоба 140 от наружной стороны 130 желоба к его внутренней стороне 150 и в то же время проходит через вершину 180. Такая конструкция придает желобу и всей шине необходимую жесткость в радиальном и периферийном направлениях, и в то же время жесткость в периферийном направлении значительно ниже, чем жесткость в радиальном направлении, в результате чего достигается необходимая гибкость вдоль периферийной оси.
[0041] На фиг.5В показана немного отличающаяся поддерживающая конструкция, которая сформирована отдельными пружинящими поддерживающими элементами, первым элементом 520А встроен в наружную сторону 130 желоба, и второй элемент встроен во внутреннюю сторону 150. Кроме того, в каждую из внутренней и наружной сторон желоба, ближе к вершине 180 желоба встроен слой корда 530. Следует отметить, что конструкция, показанная на фиг.5А, вероятно является более жесткой вдоль радиальной оси, чем конструкция, показанная на фиг.5В, и, таким образом, может быть разработана конструкция для различных шин с различной жесткостью, в зависимости от требований конкретных случаев применения.
[0042] Следует отметить, что вышеуказанные пружины могут быть заменены любыми другими подходящими поддерживающими элементами, выполненными по существу из жестких материалов, таких как полимеры, композитные материалы и сплавы.
[0043] На фиг.6А и 6В показаны некоторые предпочтительные эксплуатационные особенности шины 100 согласно настоящему изобретению. Шина показана в положении, когда на нее действует давление, вызванное накачиванием (заполнением полости 112 газом). Для поддерживания в шине 100 давления воздуха, которое прикладывает силу к боковым стенкам 120А и 120В и выжимает наружную сторону 130 и внутреннюю сторону 150 из желоба в наружном направлении в положение, обозначенное позиционными номерами 130′ и 150′ соответственно, необходимо, чтобы боковые стенки 120А и 120В имели достаточную радиальную жесткость, потому что в противном случае боковые стенки могут сложиться, отжаться и выпучиться наружу.
[0044] Как описано выше, боковые стенки имеют профили жесткости, которые придают наружной и внутренней сторонам желоба необходимую жесткость, позволяющую выдерживать давление газа (воздуха) и препятствовать выжиманию наружу боковых стенок, т.е. их выпучиванию. На фиг.6В показана одна такая возможная ситуация, в которой относительно гибкая вершина 180′ выпучена в наружном направлении под действием повышенного давления, в то время как жесткость, присущая наружной и внутренней сторонам желоба, препятствует разрыву или сминанию шины.
[0045] Как указано выше, вышеописанная шина (т.е. оснащенная V-образными желобами, сформированными в ее боковых стенках и имеющими конкретный профиль жесткости) может представлять собой колесный узел транспортного средства, или данная шина может быть установлена на несущей опоре для формирования вместе с ним колесного узла. Колесный узел может иметь две конфигурации: круглую недеформируемую конфигурацию, в которой взаимодействующая с дорогой сторона шины является по существу круглой, и деформируемую конфигурацию, в которой взаимодействующая с дорогой сторона шины является некруглой и имеет расширенную часть, которая взаимодействует с дорожной поверхностью. Как указано выше, колесный узел согласно некоторым из вариантов реализации настоящего изобретения представляет собой усовершенствование движущего узла, описанного в находящейся в совместном владении международной заявке № PCT/IL2011/00115, которая включена в настоящую заявку по ссылке.
[0046] Как указано выше, участки шины в вершинах 180 желобов 140, а также угловые области 170 и 190, расположенные на противолежащих сторонах желоба, являются относительно гибкими. В деформируемом колесном узле, использующем такую шину, в гибких частях боковых стенок (в частности в указанных вершинах) могут возникать значительные напряжения. Такие напряжения могут быть уменьшены с использованием специально спроектированной несущей опоры. Несущая опора может быть сформирована из дискретных элементов типа "ласточкин хвост", которые расположены с возможностью образования двух противоположно ориентированных по существу усеченно-конусных конструкций. Боковые стенки шины копируют форму усеченно-конических поверхностей и, таким образом, их поперечное сечение имеет общую V-образную форму с V-образными вершинами указанных двух боковых стенок, обращенными друг к другу. Такой движущий/колесный узел время от времени упоминается в настоящей заявке как "деформируемое колесо".
[0047] На фиг.7 показано деформируемое колесо 200 с шиной 100, сформированное вокруг ступицы 104 колеса (иногда называемой как "обод"), имеющей ось А вращения, которая при использовании совпадает с осью колеса. Шина 100 имеет взаимодействующую с дорогой сторону/элемент 110 (протектор, имеющий периферийную поверхность) с соответствующим рельефом поверхности для надежного сцепления с дорогой и боковые стенки 120А и 120В.
[0048] Как показано на фиг.8 и 9, боковые стенки 120А, 120В имеют соответствующие периферийные части 114А и 114В, образующие желоба 140, имеющие в целом V-образное поперечное сечение, и ближе к центру соответственно заканчивающиеся юбочными частями 190, которые выполнены с возможностью формирования газонепроницаемого уплотнения со ступицей 104 (способ формирования газонепроницаемого уплотнения лучше всего показан на фиг.2). Шина может быть армирована металлическими, например стальными, волокнами или нитями корда, два из которых: 113А и 113В, 115А и 115В являются периферийными волокнами, встроенными в прорезиненную матрицу шины, как показано на фиг.9.
[0049] Взаимодействующая с дорогой сторона 110, боковые стенки 120А, 120В и втулка 104 в целом образуют корпус 100 для удерживания газа, например воздуха, под повышенным давлением. Как описано выше, путем изменения давления газа в корпусе 100 конфигурация колеса может быть изменена в целом от круглой до деформированной конфигурации, которая обеспечивает увеличенную площадь контакта с дорожным покрытием взаимодействующего с дорогой элемента.
[0050] Как показано на фиг.9, шина содержит несущую опору 540, которая образована множеством поддерживающих элементов, включая элементы 132, расположенные в первой группе на расстоянии друг от друга, и элементы 134, расположенные во второй группе на расстоянии друг от друга. Поддерживающие элементы обеспечивают необходимый профиль жесткости вдоль V-образного желоба.
[0051] В данном варианте реализации элементы 132 и 134 являются идентичными, и указанные группы являются по существу немного смещенными в осевом направлении (например, до половины углового смещения между соседними элементами в группе) зеркальными отображениями друг друга. Каждая группа элементов образует по существу усеченно-конические конструкции, которые пересекают друг друга в области 550 пересечения, в результате чего элементы 132 и 134 образуют конструкцию типа "ласточкин хвост" с каждым из соседних элементов 132 и 134 соответственно.
[0052] Как показано на фиг.9 и на фиг.10 (на котором отдельно показан элемент 132 для пояснения его конструкции и способа соединения с прорезиненной частью шины), каждый из элементов 132, 134 при наблюдении сбоку имеет изогнутую форму. Для облегчения понимания описание конструкции указанных элементов будет сделано на примере одного элемента 132, который по существу идентичен элементу 134.
[0053] Как показано на фиг.9 и 10, элемент 132 имеет в целом изогнутый профиль при наблюдении сбоку и содержит металлическое ребро 142, встроенное в прорезиненную матрицу 144. Общая изогнутая конструкция содержит первый сегмент 132А и второй сегмент 132В, расположенные на двух противолежащих сторонах относительно точки 550 пересечения, а также промежуточную секцию 132С. Таким образом, металлическое ребро содержит соответствующие сегменты 142А, 142В и 142С. Сегменты 142А и 142В проходят параллельно друг другу в расположенных на некотором расстоянии друг от друга плоскостях.
[0054] При деформации части колеса первая группа элементов 132 и вторая группа элементов 134 совершают поворот относительно друг друга в направлении стрелок X1 и Х2. В результате сегмент 134А элемента 134 сближается по высоте с сегментом 132В элемента 132; то же самое относится к сегментам 132А и 134В. Части 114А, 114В боковых стенок имеют соответствующие первые участки, образующие наружные стороны 130 желоба, которые повторяют усеченно-коническую поверхность, заданную сегментами 134А, 132А (и таким образом формируют по существу усеченно-коническую поверхность), и подобным образом имеют вторые участки, образующие внутренние стороны 150 желоба, которые также повторяют усеченно-коническую поверхность, заданную сегментами 132В, 134В, с промежуточными участками 180, расположенными в вершинах V-образного поперечного сечения.
[0055] Вращательное перемещение, обозначенное стрелками Х1 и Х2, также вызывает напряжение в прорезиненных частях шины, в частности в участках 180. Однако в устройстве, предложенном в настоящей заявке, в котором сегменты с каждой стороны точки 550 пересечения расположены в различных расположенных на некотором расстоянии друг от друга параллельных (наклонных) плоскостях, напряжение значительно уменьшено по сравнению с напряжением, которое может возникнуть в случае использования по существу прямых элементов несущей опоры. Каждый из элементов 132, 134, расположенных по существу между параллельными противолежащими боковыми поверхностями, имеет контуры поверхности, обеспечивающие тесную связь с соответствующими частями сторон 130, 150 и области 180, как показано на фиг.9 и 10.
[0056] Согласно варианту реализации, показанному на этих чертежах, 5 указанные элементы соединены с боковыми поверхностями 120А, 120В склеиванием или сваркой. Согласно другим вариантам реализации настоящего изобретения указанное соединение может быть менее жестким с возможностью некоторого допуска и перемещения между противолежащими поверхностями элементов и боковых стенок.
[0057] Таким образом, согласно настоящему изобретению предложена новая конструкция поверхности шины/колеса транспортного средства, в которой осуществлен новый подход для создания необходимого узла подвески в шине, обусловленного ее геометрией и свойствами ее материала. Указанный узел 15 подвески достигнут благодаря использованию желобов, имеющих по существу V-образное поперечное сечение, выполненных в боковых стенках оболочки шины, и приданию необходимой жесткости и гибкости с заданными параметрами различным участкам/сторонам желоба, и в случае необходимости также взаимодействующей с дорогой стороне шины.
Реферат
Колесный узел содержит шину, имеющую оболочку, внутренняя поверхность которой ограничивает полость. Оболочка содержит наружную взаимодействующую с дорогой сторону, имеющую периферийную поверхность, и противолежащие боковые стенки, которые выполнены за одно целое с взаимодействующей с дорогой стороной и проходят по направлению от нее. Боковые стенки своими свободными концами образуют внутреннюю взаимодействующую с ободом сторону шины, посредством которой шина может быть соединена со ступицей колеса. Каждая из противолежащих боковых стенок содержит профиль поверхности, образующий узел подвеса в боковой стенке, что предотвращает растяжение оболочки шины до ее максимального объема после заполнения этой оболочки сжатым газом с одновременным обеспечением возможности деформирования оболочки шины под нагрузкой или при уменьшении давления, так что взаимодействующая с дорогой сторона шины поддерживает по существу постоянный контакт с дорожной поверхностью. Технический результат - улучшение эксплуатационных характеристик шины. 4 н. и 16 з.п. ф-лы, 10 ил.
