Пневматическая шина с триангулированной арматурой гребня - RU2223871C2

Чертежи

Описание

Изобретение касается пневматической шины с радиальной арматурой каркаса. Более конкретно - изобретение касается пневматической шины для тяжелых транспортных средств большой грузоподъемности, движущихся с высокой скоростью, таких как грузовые автомобили, тягачи, прицепы или автобусы.

Пневматическая шина для тяжелых транспортных средств типа Poids-Lourds содержит обычно радиальную арматуру каркаса, образованную одним единственным слоем металлических подкрепляющих элементов, закрепленных в каждом борту на по меньшей мере одном бортовом кольце. Поверх этой арматуры каркаса в радиальном направлении располагается арматура гребня, образованная по меньшей мере двумя рабочими слоями, сформированными из металлических нерастяжимых подкрепляющих элементов, параллельных между собой в каждом слое и перекрещивающихся от одного слоя к другому, образуя с окружным направлением пневматической шины углы, величина которых находится в диапазоне от 10 до 45^o.

Упомянутые рабочие слои арматуры гребня обычно дополнены так называемым защитным слоем, сформированным из металлических и растяжимых подкрепляющих элементов, а также либо так называемым триангуляционным слоем, сформированным из нерастяжимых металлических подкрепляющих элементов, ориентированных по отношению к окружному направлению под углом, который превышает 45^o, либо слоем подкрепляющих элементов, ориентированных в окружном направлении, либо слоями обоих типов.

Пневматические шины типа Poids-Lourds характеризуются коэффициентом формы H/S, обычно имеющим величину в диапазоне от 0,65 до 1,0, где Н представляет собой высоту пневматической шины на ее эксплуатационном ободе, а S представляет собой максимальную осевую ширину пневматической шины в том случае, когда она смонтирована на ободе и накачана до рекомендованного давления. Однако в настоящее время появляются пневматические шины типа Poids-Lourds, обладающие меньшими значениями коэффициента формы H/S, например 0,45.

Для любого типа пневматической шины известно, что компромисс между различными свойствами, которые желательно обеспечить в данном случае, обычно трудно реализовать, поскольку улучшение одной из ее характеристик чаще всего, к сожалению, сопровождается ухудшением одной или нескольких других характеристик.

Были предприняты многочисленные попытки обеспечить наилучший компромисс подобного рода, в частности, в том, что касается пневматических шин для легковых автомобилей.

Для повышения комфорта при движении, улучшения устойчивости шины к проколам, а также снижения износа беговой дорожки протектора в публикации GB 359110 предложено придавать пневматической шине в процессе ее формования в вулканизационной матрице форму, весьма близкую к той форме, которую эта пневматическая шина будет иметь под нагрузкой, тогда как беговая дорожка протектора выполняется нерастяжимой в окружном направлении путем использования арматуры, сформированной из сплошных в окружном направлении кордных нитей или проволок. Таким образом, эта пневматическая шина формуется с уменьшенным коэффициентом формы, сильно искривленными боковинами и арматурой каркаса, закрепленной по одну и по другую стороны от экваториальной плоскости на бортовом кольце, чтобы общая касательная к бортовому кольцу и к меридиональному профилю арматуры каркаса образовала в точке касания между профилем и бортовым кольцом и по отношению к прямой, параллельной оси вращения пневматической шины, угол, являющийся открытым в осевом направлении наружу и в радиальном направлении внутрь.

Для некоторого усовершенствования компромисса между комфортом при движении транспортного средства, поведением пневматической шины на дороге и ее устойчивостью в патенте США US 3486547 описана пневматическая шина с малой величиной коэффициента формы H/S, например, в диапазоне от 0,25 до 0,75, в которой области боковин, близкие к краям монтажного обода, по существу параллельны оси вращения пневматической шины, причем эти области подкреплены нерастяжимыми в радиальном направлении кольцами, и эти кольца могут иметь различную конструкцию.

Такая структура пневматической шины требует ее монтажа на обод, имеющий ширину W, малую по отношению к максимальной осевой ширине S этой пневматической шины, причем величина отношения W/S может находиться в диапазоне от 0,25 до 0,75.

Подобная пневматическая шина описана также в патенте Франции FR 1267264 и позволяет совместить комфорт при движении, удовлетворительное поведение на дороге, малое сопротивление качению и высокую устойчивость к износу.

Для значительного повышения конструктивной гибкости системы арматуры каркаса и устраняя при этом недостатки, которые автоматически сопровождают такое повышение гибкости, упомянутая арматура каркаса имеет сильно изогнутые боковины и поверх этой арматуры каркаса располагается цилиндрическая арматура гребня, нерастяжимая в окружном направлении и предпочтительно сформированная из продольных подкрепляющих элементов.

Арматура каркаса представляет в окрестности бортовых колец закрепления части с горизонтальными касательными или части, расположенные на радиусах, меньших, чем радиусы круговых выступов монтажного обода, причем упомянутые части, в описанном случае, усилены окружными подкрепляющими элементами.

Патент США US 4029139 также касается пневматической шины с величиной коэффициента формы H/S, предпочтительно находящейся в диапазоне от 0,40 до 0,60, и величиной отношения W/S ширины монтажного обода W к максимальной осевой ширине S пневматической шины меньше 0,65. В этом документе описана специальная система зацепления бортов шины за монтажный обод таким образом, чтобы части бортов, непосредственно примыкающие к ободу, были по существу горизонтальными.

Разработка пневматической шины типа Poids-Lourds с применением к такой пневматической шине упомянутых выше технических решений не оправдала ожиданий. Действительно, если комфорт при движении транспортного средства в этом случае оказывается эффективно повышенным, то этого нельзя сказать по поводу общей стойкости данной пневматической шины, в частности, по поводу устойчивости к износу или усталостной прочности различных компонентов арматуры этой пневматической шины.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение общей стойкости пневматической шины этого типа, снижая при этом ее сопротивление качению.

Пневматическая шина в соответствии с предлагаемым изобретением, характеризующаяся коэффициентом формы H/S, имеющим величину в диапазоне от 0,3 до 0,8, содержит арматуру каркаса, сформированную из радиальных подкрепляющих элементов и имеющую экваториальный радиус R_ss ΔR_ss, причем здесь ΔR_ss представляет собой 1 минимальную толщину упомянутой арматуры.

Поверх этой арматуры каркаса в радиальном направлении расположена квазицилиндрическая или по существу цилиндрическая арматура гребня, образованная по меньшей мере одним рабочим слоем, сформированным из окружных подкрепляющих элементов.

Упомянутая арматура каркаса по одну и по другую стороны от экваториальной плоскости является касательной по отношению к так называемой окружности зацепления С, причем общая касательная к окружности С и к меридиональному профилю арматуры каркаса образует в точке касания между профилем и окружностью зацепления и по отношению к прямой, параллельной оси вращения и проходящей через точку касания, угол, имеющий величину в диапазоне от +20 до -80^o, а с другой стороны, в своей части между точкой касания и точкой наибольшей осевой ширины снабжена арматурой подкрепления, сформированной из элементов, нерастяжимых в окружном направлении.

Эта пневматическая шина в соответствии с предлагаемым изобретением характеризуется тем, что в меридиональном сечении средняя линия каждой половины основной части арматуры каркаса имеет, в том случае, когда данная пневматическая шина установлена на эксплуатационный обод и накачана до рекомендованного давления, меридиональный профиль, состоящий из четырех дуг окружности:
первой дуги окружности ТА, имеющей радиус r''₁, величина которого находится в диапазоне между величинами, или равна одной из них, r₁ и/или 2r₁, и, с одной стороны, являющейся касательной по отношению к окружности зацепления С, концентрической по отношению к окружности кругового выступа обода с радиусом r_J, располагающейся поверх нее в радиальном направлении и отстоящей от кругового выступа обода на расстояние е_т, по меньшей мере в два раза превышающее минимальную толщину е арматуры каркаса, а с другой стороны, имеет точку пересечения А со второй дугой окружности АЕ;
второй дугой окружности АЕ, имеющей радиус r''₁, величина которого находится в диапазоне от r₁ до 2r₁, и касающейся прямой, перпендикулярной оси вращения пневматической шины и проходящей через точку Е наибольшей осевой ширины;
третьей дугой окружности EF радиуса r₂, касающейся второй дуги окружности АЕ в точке Е наибольшей осевой ширины и касающейся четвертой дуги окружности FG, параллельной к квазицилиндрической арматуре гребня, в точке F, отстоящей от прямой, параллельной оси вращения и проходящей через центр О_J окружности зацепления С, на расстояние d, причем величины d, r₁ и r₂ удовлетворяют следующим соотношениям:
d=r₂+(r₁ +ar_J+е_т)cos α и r₁=r₂R_ss(R_ss- r₂),
где α- угол, который образует касательная в точке Т с прямой, параллельной оси вращения;
а представляет собой константу, которая может принимать значения -1, 0 или +1;
четвертой дугой окружности FG, имеющей радиус R_ТС, равный поперечному радиусу R_Т арматуры гребня, уменьшенному не более чем на минимальную толщину е арматуры каркаса,
при этом ширина рабочей арматуры гребня имеет величину, находящуюся между величиной расстояния, разделяющего две точки F касания меридионального профиля с арматурой гребня, и величиной расстояния, увеличенной на 2r₂/3.

Под квазицилиндрической арматурой гребня в данном случае следует понимать такую арматуру гребня, поперечный радиус кривизны которой по меньшей мере в 4 раза превышает радиус его экваториальной кривизны.

Упомянутые радиальные элементы подкрепления арматуры каркаса могут быть изготовлены из текстильных материалов вследствие малого натяжения, испытываемого каждым подкрепляющим элементом, причем это испытываемое натяжение связано с внутренним давлением накачивания и является функцией меридионального профиля арматуры каркаса.

Предпочтительным образом арматура гребня данной пневматической шины образована непрерывным в осевом направлении слоем, сформированным из нерастяжимых окружных подкрепляющих элементов, например из металлических кордных нитей (нерастяжимыми в данном случае называют такие подкрепляющие элементы, которые представляют, под воздействием растягивающего усилия, составляющего 10% от усилия их разрыва, относительное удлинение менее 0,5%), и двумя слоями нерастяжимых подкрепляющих элементов, параллельных между собой в каждом слое и перекрещивающихся от одного слоя к другому, образуя с окружным направлением угол, величина которого может быть заключена в диапазоне от 20 до 60^o и предпочтительно находится в диапазоне от 40 до 55^o.

Под осевой шириной рабочей арматуры гребня в данном случае следует понимать наибольшее из двух значений ширины, представляющих собой осевую ширину слоя арматуры гребня, сформированного из окружных подкрепляющих элементов, и осевую ширину наименее широкого слоя арматуры гребня, сформированного из наклоненных подкрепляющих элементов.

Арматура каркаса с каждой стороны от экваториальной плоскости и в той ее части, которая расположена в радиальном направлении между точкой касания с окружностью зацепления и точкой наибольшей осевой ширины, дополнена арматурой подкрепления, по существу нерастяжимой в окружном направлении. Эта арматура может быть образована простым тросиком известного типа (например, плетеного, "пакетного", тросика из прямоугольных проволок и т.п.) или по меньшей мере одним слоем нерастяжимых окружных элементов, предпочтительно металлических.

Арматура подкрепления может быть расположена либо изнутри от арматуры каркаса, либо снаружи от этой арматуры каркаса, либо между слоями арматуры каркаса, либо во всех трех положениях. Арматура подкрепления в предпочтительном варианте реализации позиционирована в осевом направлении вокруг точки пересечения А двух дуг окружностей ТА и АЕ.

Как известно из существующего уровня техники, осевое расстояние, разделяющее две точки касания меридионального профиля арматуры каркаса с двумя окружностями зацепления, имеет величину, меньшую, чем две трети от наибольшей осевой ширины арматуры каркаса.

Зацепление за эксплуатационный обод, на котором будет смонтирована пневматическая шина, может быть реализовано известным образом, при помощи ее бортов, каждый из которых содержит по меньшей мере одно бортовое кольцо, вокруг которого путем оборота закрепляется арматура каркаса. Оборот арматуры каркаса имеет такую длину, что рассматривается в качестве неотъемлемой части арматуры подкрепления, расположенной в нижней части боковины пневматической шины.

Бортовое кольцо закрепления арматуры каркаса, в соответствии с меридиональным профилем этой арматуры каркаса, может иметь поперечное сечение, меньшее, чем поперечное сечение бортового кольца, обычно используемого в пневматической шине традиционной формы и имеющего те же осевые и радиальные размеры. Предпочтительно, чтобы во всех случаях, когда существует оборот арматуры каркаса, он был расположен в зоне малой деформации. Он может быть прижат к основной части арматуры каркаса без наличия каких-либо профилированных элементов между ее основной частью и упомянутым оборотом.

Блокировка арматуры каркаса в бортах пневматической шины может быть реализована также при помощи вставления ее краев между двумя арматурами, сформированными из окружных и нерастяжимых элементов подкрепления, или между собственно ободом и арматурой подкрепления, как об этом было сказано выше.

Другие характеристики и преимущества предлагаемого изобретения будут лучше поняты из приведенного ниже описания со ссылками на соответствующие чертежи, на которых:
на фиг. 1 изображено меридиональное сечение пневматической шины в соответствии с предлагаемым изобретением;
на фиг.2 - меридиональное сечение трассы меридионального профиля средней линии арматуры каркаса согласно изобретению;
на фиг.3 - вариант реализации меридионального профиля и способа зацепления арматуры каркаса за эксплуатационный обод согласно изобретению.

Пневматическая шина Р, схематически представленная на фиг.1, имеет коэффициент формы H/S, составляющий 0,55, и смонтирована на эксплуатационном ободе J типоразмера 9•22,5.

В описываемом варианте арматура каркаса 1 (фиг.1) образована одним слоем подкрепляющих элементов, которые представляют собой кордные нити, изготовленные из ароматического полиамида. Упомянутый слой арматуры каркаса 1 закреплен в каждом борту В на бортовом кольце 2 плетеного типа, образуя на нем оборот 10, меридиональный профиль которого оборачивается вокруг дуги окружности, представляющей собой закругление крюка зацепления обода J. Оборот 10 отделен от основной части слоя арматуры каркаса 1 при помощи небольшого профилированного элемента 7 треугольной формы.

Между точкой Е наибольшей осевой ширины слоя арматуры каркаса и бортом 3 располагается арматура подкрепления 6, образованная слоем 61 металлических нерастяжимых кордных нитей, размещенным в радиальном направлении изнутри от меридионального профиля слоя арматуры каркаса 1, слоем 62 металлических нерастяжимых кордных нитей, размещенным в радиальном направлении снаружи от слоя арматуры каркаса 1, и кольцом подкрепления 60, расположенным между слоем арматуры каркаса 1 и упомянутым слоем 62 и образованным намоткой металлических проволок, которые придают упомянутому кольцу практически полную растяжимость.

Слой арматуры каркаса 1 тангенциально примыкает к арматуре гребня 3, которая образована, изнутри в радиальном направлении, слоем 30 металлических нерастяжимых и окружных кордных нитей (под окружными кордными нитями в данном случае следует понимать кордные нити, образующие с окружным направлением пневматической шины угол, величина которого может находиться в диапазоне от +2,5 до -2,5^o), и двумя слоями 31 и 32, сформированными из металлических нерастяжимых кордных нитей, параллельных между собой в каждом слое и перекрещивающихся от одного слоя к другому, образуя с окружным направлением угол 45^o.

Слои 30, 31, 32 образуют конструкцию, которую обычно называют рабочей арматурой гребня пневматической шины. При этом подразумевается, что рабочая арматура может быть дополнена защитной арматурой, образованной слоями, сформированными из эластичных подкрепляющих элементов.

Данная пневматическая шина Р дополнена снаружи беговой дорожкой протектора 4, которая при помощи двух боковин 5 соединяется с двумя бортами В, опирающимися на эксплуатационный обод J при помощи защитной каучуковой смеси 8, и изнутри при помощи слоя 9 каучуковой смеси, непроницаемой для газов накачивания, которые могут быть использованы для этой пневматической шины.

Арматура гребня 3 имеет практически цилиндрическую форму, причем поперечный радиус R_Т внутренней в радиальном направлении поверхности слоя гребня 30, наиболее близкого в радиальном направлении к слою арматуры каркаса 1, в 5 раз превышает его экваториальный радиус.

Если называть средней линией основной части слоя арматуры каркаса 1 линию (показана на фиг.2 пунктиром), разделяющую на две равные части толщину е необернутой части этого слоя, то меридиональный профиль этой средней линии, экваториальный радиус которой R_ss равен экваториальному радиусу арматуры гребня, уменьшенному на величину, равную половине толщины е/2 слоя арматуры каркаса 1, состоит в меридиональном сечении и с каждой стороны от экваториальной плоскости из дуги окружности GF, центрированной в экваториальной плоскости XX', радиус кривизны которой имеет обозначение R_TС и равен R_T - е/2, поскольку дуга окружности GF параллельна слою арматуры гребня 30, располагающемуся в радиальном направлении ближе всего к слою арматуры каркаса 1.

Дуга окружности GF в осевом направлении наружу и в радиальном направлении внутрь тангенциально продолжена в точке F третьей дугой окружности EF с центром кривизны O₂ и радиусом кривизны r₂, причем эта дуга окружности EF, которая касается в точке Е, то есть в точке наибольшей осевой ширины S₀ меридионального профиля упомянутой средней линии, перпендикуляра D, опущенного из этой точки Е на ось вращения пневматической шины.

Наибольшая осевая ширина S₀ меридионального профиля средней линии выводится из наибольшей осевой ширины S пневматической шины, причем разность S-S₀ равна толщине слоев каучуковой смеси, расположенных снаружи слоя арматуры каркаса 1, а величина S обычно представляет собой величину, задаваемую габаритными размерами, предусмотренными конструктором автомобиля, на который должна устанавливаться данная пневматическая шина.

Дуга окружности EF изнутри в радиальном направлении продолжена второй дугой окружности ЕA с центром кривизны O''₁ и радиусом кривизны r''₁, превышающим радиус кривизны r₂ дуги окружности EF. Дуга окружности ЕД касается в точке Е перпендикуляра D к оси вращения пневматической шины, а также является секущей в точке А для первой дуги окружности AT с центром кривизны O'₁ и радиусом кривизны r'₁, который в описываемом примере реализации превышает радиусы r₂ и r₁.

Первая дуга окружности AT касается в точке Т окружности зацепления С с центром кривизны O_J и с радиусом кривизны r_J+е_T, причем центр O_J является центром дуги окружности, представляющей собой наружную в радиальном направлении стенку закругления крюка зацепления обода J, имеющего радиус кривизны r_J, полностью определяемый характеристиками монтажного обода, а величина е_T определяется разработчиком пневматической шины и по меньшей мере вдвое превышает минимальную толщину арматуры каркаса.

Общая касательная в точке Т к меридиональному профилю средней линии арматуры каркаса 1 и к окружности зацепления С образует с прямой, параллельной оси вращения пневматической шины и проходящей через точку Т, так называемый отрицательный угол α, открытый наружу в осевом направлении и внутрь в радиальном направлении и равный 13^o.

Если обозначить "d" радиальное расстояние, отделяющее точку F меридионального профиля средней линии арматуры каркаса от центра O_J наружной стенки крюка обода и являющееся заданным, то легко геометрически вывести из этих данных, что величина d в рассматриваемом случае равна, при том, что константа а имеет величину +1, сумме величины радиуса r₂ и произведения косинуса угла α на сумму значений r₁+r_J+е_T:
d=r₂+(r₁+r_J+е_T)cos α.

Поскольку известно, что радиус r₁ может иметь величину, равную R_ssr₂(R_ss-r₂), можно получить величину r₂ в функции известных или заданных параметров, таких как d, r_J, е_T и cos α, причем величина r₂ представляет собой ту величину, которую обычно называют средним радиусом дуги окружности EF.

Представлен случай, когда константа а=+1 соответствует такому круговому выступу монтажного обода, центр кривизны которого O_J расположен в радиальном направлении изнутри от кругового выступа. При этом величина расстояния d может быть выражена соотношением
d=r₂+(r₁-r_J+е_T)cos α,
в том случае, когда центр O_J окружности, представляющей круговой выступ монтажного обода, расположен в радиальном направлении снаружи от кругового выступа. В этом случае константа а имеет величину -1.

Кроме того, в случае, когда круговой выступ обода может рассматриваться как плоский, расстояние d будет определяться соотношением
d=r₂+(r₁+е_T)cos α,
в этом случае константа а будет равна нулю.

Поскольку радиус кривизны r₂ известен, радиус r₁ известен так же, как и радиусы r'₁ и r''₁. При этом имеется возможность определить центры O'₁ и O''₁ дуг окружности ЕА и AT, трассировать эти дуги и определить точку касания Т при том, что геометрическое место центра O_J представляет собой прямую, параллельную оси вращения и отстоящую от упомянутой оси на известное расстояние R_OJ.

На фиг.3 схематически представлен вариант реализации пневматической шины в соответствии с предлагаемым изобретением. Эта пневматическая шина отличается от пневматической шины, показанной на фиг.1, следующими характеристиками:
а) меридиональный профиль слоя арматуры каркаса (1), касающийся в точке Т окружности зацепления С, имеет с упомянутой окружностью общую касательную, образующую с прямой, параллельной оси вращения в точке Т, угол α, равный нулю;
b) в этом случае зацепление арматуры каркаса осуществляется не при помощи бортового кольца, а посредством системы окружных подкрепляющих элементов, которые в рассматриваемом здесь случае представляют собой металлические кордные нити, изготовленные из стали, которые располагаются в форме слоев снаружи в радиальном направлении и изнутри в осевом направлении (82, 82'), а также изнутри в радиальном направлении и снаружи в осевом направлении (81, 81');
с) арматура подкрепления (6) слоя каркаса (1), располагающаяся между точкой Е наибольшей осевой ширины и точкой касания Т, здесь также состоит из нескольких слоев металлических подкрепляющих элементов, в данном случае стальных кордных нитей, располагающихся изнутри (62, 62') и снаружи (61, 61').

Реферат

Изобретение относится к автомобильной промышленности и предназначено преимущественно для транспортных средств большой грузоподъемности. Пневматическая шина с коэффициентом формы H/S в диапазоне от 0,3 до 0,8 содержит арматуру каркаса и расположенную поверх этой арматуры каркаса в радиальном направлении квазицилиндрическую арматуру гребня. Между точкой касания обода колеса и точкой наибольшей осевой ширины арматура каркаса снабжена арматурой подкрепления, сформированной из элементов, нерастяжимых в окружном направлении. Накачанная на ободе арматура каркаса в меридиональном сечении имеет профиль, состоящий из четырех дуг окружности. В результате повышается стойкость шины и снижается сопротивление качению колеса. 8 з.п. ф-лы, 3 ил.

Формула