Способ регулирования зоны отпечатка шины и шина для колес транспортных средств - RU2641564C2

Чертежи

Показать все 8 чертежа(ей)

Описание

Объектом настоящего изобретении является способ регулирования зоны отпечатка шины и шина для колес автотранспортных средств.

Настоящее изобретение предпочтительно относится к дорожным шинам высокоскоростного типа (UHP) и к шинам для гоночных автомобилей, которыми оснащают автотранспортные средства, способные достичь высоких ездовых характеристик при скоростях движения по прямой, даже превышающих 300 км/ч.

Шина для колес автотранспортных средств, как правило, содержит каркасный конструктивный элемент, взаимодействующий с брекерным конструктивным элементом. Протекторный браслет расположен в радиальном направлении снаружи по отношению к брекерному конструктивному элементу. Протектор представляет собой часть шины, которая входит в непосредственный контакт с поверхностью дороги и осуществляет обмен усилиями с ней, который обеспечивает возможность вождения автомобиля вдоль траекторий, заданных водителем.

Под радиальным полусечением шины, установленной или не установленной на ободе, понимается сечение шины, выполненное вдоль радиальной плоскости, то есть содержащее ось вращения шины (или шины, установленной на ободе), разделенной на две части вышеуказанной осью вращения.

Под углом “β” развала колес понимается угол, дополняющий по отношению к углу, образованному между осью вращения колеса и осью, перпендикулярной к грунту, проходящей через центр вращения ступицы. Подобный угол обычно является отрицательным, если колесо наклонено в направлении автомобиля или, другими словами, если нижняя часть шины, которая касается грунта, находится дальше от автомобиля, чем верхняя часть шины.

Под средней плоскостью “P_T” шины (невулканизованной или вулканизованной и отформованной) понимается плоскость, ортогональная к оси вращения шины и находящаяся на одинаковом расстоянии в аксиальном направлении от наружных в аксиальном направлении концов бортов шины.

Под средней плоскостью “P_W” колеса понимается плоскость, ортогональная к оси вращения колеса и расположенная на одинаковом расстоянии в аксиальном направлении от внутренних в аксиальном направлении концов двух предназначенных для бортов посадочных мест обода (краев обода), на котором установлена шина.

Когда шина установлена на ободе, две плоскости должны совпадать (P_T=P_W).

Под концевыми в аксиальном направлении частями протекторного браслета (которые в недеформированной шине образуют две окружности, соответствующие периферийным краям протекторного браслета) в данном контексте понимаются концевые в аксиальном направлении точки шины, которые касаются поверхности дороги, когда на шину, находящуюся в рабочем состоянии и не спущенную (установленную на ободе и накачанную до рабочего давления), действует нагрузка, равная приблизительно удвоенной номинальной нагрузке.

Под средней окружной линией протекторного браслета понимается множество точек “M” (которые в недеформированной шине образуют окружность), находящихся на одинаковом расстоянии от двух определяемых в аксиальном направлении концевых частей самогó протекторного браслета. Вышеуказанная линия представляет собой наружную в радиальном направлении линию протекторного браслета.

Под средней линией “lm” протекторного браслета понимается прямая линия, которая в радиальном полусечении шины соединяет две части протекторного браслета, концевые в аксиальном направлении.

Под осью “S” симметрии протекторного браслета понимается прямая линия, которая в радиальном полусечении шины разделяет сам протекторный браслет на две одинаковые части, представляющие собой зеркальные отображения друг друга.

Под расстоянием по радиусу понимается расстояние, измеренной вдоль направления, ортогонального к оси “X-X” вращения шины и пересекающего указанную ось вращения.

В документе ЕР 0755808 проиллюстрирована шина, содержащая каркасный конструктивный элемент, который простирается вокруг шины от одного борта до другого, две боковины и зону протектора. Когда шина установлена на ободе и накачана до заданного давления, зона протектора является асимметричной и имеет точку, соответствующую максимальному диаметру шины и смещенную в аксиальном направлении относительно осевой линии сечения шины по направлению к внутренней боковине. Расстояние по радиусу от соответствующей максимальному диаметру точки наружной боковины превышает расстояние по радиусу от соответствующей максимальному диаметру точки внутренней боковины так, что зона протектора имеет асимметричный профиль.

В документе JP 2009126424 проиллюстрирована шина, имеющая первый протектор, предусмотренный с низким сопротивлением качению, второй протектор, предусмотренный с высоким «сцеплением с дорогой», и третий протектор. При малых углах развала колес первый протектор опирается на грунт, в то время как второй и третий протекторы отделены от поверхности дороги. При больших углах развала колес второй и третий протекторы входят в контакт с поверхностью дороги.

Заявитель установил в результате наблюдений, что шины часто устанавливают на автотранспортном средстве с некоторым углом развала колес в целях оптимизации управляемости самого автомобиля.

Более точно, заявитель установил в результате наблюдений, что во время движения автомобиля по прямой линии геометрические характеристики при угле развала колес, отличном от нуля, обеспечивают получение в шинах, имеющих симметричный профиль, зоны отпечатка с неравномерным распределением давлений. Например, отрицательный угол развала колес обеспечивает получение - во время движения автотранспортного средства вперед по прямой линии - зоны отпечатка, которая является асимметричной относительно плоскости, перпендикулярной к грунту, «содержащей» направление движения вперед и проходящей через центр вращения ступицы, и подобная асимметрия вызывает смещение точки приложения результирующей силы, обусловленной давлениями контакта между шиной и поверхностью дороги, по направлению к внутренней боковине (обращенной к автотранспортному средству стороне) шины.

Заявитель полагает, что подобный эффект обусловлен главным образом тем, что средняя линия протекторного браслета не параллельна несущей поверхности дороги, а является наклонной. Из этого следует, что при каждом обороте колеса внутренняя часть (обращенная к автотранспортному средству сторона) зоны отпечатка сплющивается и деформируется в большей степени, чем наружная часть, и это вызывает неравномерный износ шины в протекторе (больший со стороны внутренней части), нерегулярный с течением времени, и неоптимальное поведение, обусловленные неэффективностью распределения давлений, которая также отрицательно влияет на поведение/управляемость при движении на повороте.

С учетом этого заявитель поставил задачу улучшения эксплуатационных характеристик шин. В частности, заявитель осознал необходимость в том, чтобы предложить шину для колес автотранспортных средств, которая во время эксплуатации обеспечивает более равномерный износ протектора, более регулярный с течением времени, и которая обеспечивает возможность предотвращения чрезмерного снижения уровня эксплуатационных характеристик шины в течение срока ее эксплуатации.

В частности, заявитель осознал важность обеспечения распределения давлений в зоне отпечатка шины, которое является как можно более равномерным во время движения по прямой линии при одновременном сохранении положительного эффекта от угла развала колес при движении на повороте.

В завершение, заявитель установил, что за счет изготовления шины для колес автотранспортных средств, в которой протекторный браслет, имеющий симметричную форму в радиальном полусечении шины, повернут относительно обычной симметричной шины на угол, равный углу развала колес, с которым шина установлена на автотранспортном средстве, получают то, что средняя линия протекторного браслета, расположенная с обеспечением ее соответствия с зоной отпечатка на грунте, будет по существу параллельна грунту. Таким образом, существует возможность обеспечения равномерного деформирования шины в указанной зоне отпечатка при движении по прямой. Следовательно, геометрические характеристики шины оптимизируются в зависимости от угла развала колес, заданного производителем той модели автотранспортного средства, на которой будет установлена шина.

Более точно, в соответствии с первым аспектом настоящее изобретение относится к способу регулирования симметрии зоны отпечатка, по меньшей мере, одной и той же шины, движущейся по прямолинейной траектории, включающему:

установку указанной, по меньшей мере, одной шины на автотранспортном средстве с углом развала колес, отличным от нуля;

расположение любой средней линии протекторного браслета шины по существу параллельно грунту, когда она будет соответствовать зоне отпечатка, для уменьшения давления контакта, действующего на шину в зоне отпечатка у боковины, внутренней по отношению к автотранспортному средству, если угол развала колес является отрицательным, или у боковины, наружной по отношению к автотранспортному средству, если угол развала колес является положительным.

Заявитель полагает, что сохранение средней линии той части протекторного браслета, которая опирается на грунт, по существу параллельной грунту — в любом случае с использованием некоторого угла развала колес — позволяет получить:

- при движении по прямолинейной траектории то, что изменение длины зоны отпечатка (измеренной в направлении движения транспортного средства вперед) вдоль аксиального направления (ортогонального к направлению движения транспортного средства вперед) уменьшается и распределение давлений будет более равномерным по сравнению с распределением давлений для шины с симметричным поперечным сечением, установленной с углом развала колес, отличным от нуля и оптимальным по отношению к данной модели автотранспортного средства;

- при движении на повороте то, что по-прежнему сохраняется предпочтительный эффект от угла развала колес для внешнего (-их) колеса (колес), которое будет в большей степени обеспечивать опору при воздействии центростремительной силы, действующей со стороны поверхности дороги на шину в направлении, по существу поперечном к направлению движения вперед.

В соответствии со вторым аспектом настоящее изобретение относится к шине для колес автотранспортных средств, содержащей:

каркасный конструктивный элемент, включающий в себя два борта, расположенные на одинаковом расстоянии по радиусу от оси вращения шины;

протекторный браслет, расположенный в радиальном направлении снаружи относительно каркасного конструктивного элемента,

при этом в каждом радиальном полусечении шины протекторный браслет является симметричным относительно его оси симметрии;

при этом в каждом радиальном полусечении средняя линия протекторного браслета и ось вращения шины образуют заданный угол, отличный от нуля.

Другими словами, если смотреть на шину в вышеупомянутом радиальном полусечении, то видно, что протекторный браслет и предпочтительно также брекерный конструктивный элемент и коронная часть каркасного конструктивного элемента имеют симметричную форму относительно его оси симметрии, отдельной от средней плоскости шины, аналогично соответствующим элементам обычной симметричной шины. Следовательно, протекторный браслет и предпочтительно также брекерный конструктивный элемент и коронная часть каркасного конструктивного элемента повернуты - предпочтительно вокруг точки, принадлежащей одному из данных элементов, - на вышеупомянутый заданный угол. Протекторный браслет простирается в направлении вдоль окружности вокруг оси вращения, образуя по существу форму усеченного конуса.

Заявитель полагает, что особые заявленные геометрические характеристики шины позволяют устанавливать ее на автотранспортном средстве с углом развала колес, отличным от нуля, при одновременном сохранении средней линии параллельной опорной поверхности так, чтобы обеспечить минимизацию неравномерности деформации (рассматриваемой как асимметрия распределения длин зоны отпечатка) шины в зоне отпечатка. Действительно, при движении по прямолинейной траектории или при остановленном автомобиле зона отпечатка и распределение давлений вдоль протяженности указанной зоны в аксиальном направлении будут по существу симметричными, поскольку отсутствует влияние, обусловленное (в шинах с симметричным профилем при отрицательном угле развала колес) бóльшим сплющиванием внутренней боковины (расположенной со стороны, обращенной к автотранспортному средству) по сравнению с наружной боковиной вследствие угла наклона (равного углу развала колес) средней линии протектора относительно грунта. Незначительная остаточная асимметрия имеет место только вследствие отклонения средней окружной линии от проекции центра ступицы, ортогональной к плоскости дороги, в которой передается вертикальное усилие, которое действует на шину.

В соответствии с третьим аспектом изобретение относится к колесу для автотранспортных средств, содержащему:

обод, включающий в себя два посадочных места для бортов, расположенные на одинаковом расстоянии по радиусу от оси вращения колеса;

шину, установленную на ободе, накачанную до рабочего давления и содержащую протекторный браслет;

при этом в каждом радиальном полусечении колеса протекторный браслет является симметричным относительно его оси симметрии;

при этом в каждом радиальном полусечении средняя линия протекторного браслета и ось вращения колеса образуют заданный угол, отличный от нуля.

В соответствии с четвертым аспектом изобретение относится к автотранспортному средству, содержащему:

по меньшей мере, одно колесо, установленное с заданным углом развала колес, отличным от нуля;

при этом колесо содержит обод и шину, установленную на ободе и накачанную до рабочего давления;

при этом в каждом радиальном полусечении соответствующая средняя линия протекторного браслета и ось вращения шины образуют заданный угол, по существу равный указанному заданному углу развала колес, так что любая средняя линия протекторного браслета, расположенная с обеспечением ее соответствия зоне отпечатка, будет по существу параллельна грунту.

Другими словами, каждая средняя линия протекторного браслета, расположенная с обеспечением ее соответствия зоне отпечатка, образует с осью вращения колеса угол, равный по абсолютной величине углу развала колес, с противоположным знаком.

Под углом (между средней линией и осью вращения), противоположным по отношению к углу развала колес, понимается то, что, если смотреть на колесо в радиальной плоскости, направление поворота, который должен быть сообщен оси вращения для того, чтобы сделать ее параллельной по отношению к средней линии в зоне контакта с грунтом (то есть расположенной с обеспечением ее соответствия зоне отпечатка), является противоположным по отношению к направлению поворота, выполняемого колесом для обеспечения его наклона на заданный угол развала колес, или, наоборот, то, что направление поворота, который должен быть сообщен средней линии в зоне контакта с грунтом для того, чтобы сделать ее параллельной по отношению к оси вращения, является противоположным по отношению к направлению поворота, необходимого для выпрямления колеса и обеспечения его положения, соответствующего нулевому углу развала колес.

В соответствии с пятым аспектом изобретение относится к способу изготовления шин для колес автотранспортных средств, включающему:

сборку невулканизованной шины, включающей в себя, по меньшей мере, один каркасный конструктивный элемент, имеющий два борта, и протекторный браслет, расположенный в радиальном направлении снаружи относительно каркасного конструктивного элемента;

при этом любое поперечное полусечение указанной невулканизованной шины имеет наружный профиль, который является симметричным относительно ее средней плоскости;

вулканизацию и формование указанной невулканизованной шины;

при этом во время этапа вулканизации и формования указанную шину деформируют до тех пор, пока не будет образован заданный угол, отличный от нуля, между любой средней линией протекторного браслета и осью вращения вулканизованной и отформованной шины.

Заявитель полагает, что вышеуказанный способ в соответствии с настоящим изобретением обеспечивает возможность изготовления шин, подобных описанным, без чрезмерного увеличения затрат, поскольку для сборки симметричных невулканизованных шин, то есть имеющих поперечное сечение с симметричным наружным профилем, могут быть использованы оборудование и технологические процессы обычного типа. Специальное оборудование должно быть использовано только для вулканизации и формования.

Настоящее изобретение в соответствии с, по меньшей мере, одним из вышеуказанных аспектов может также иметь один или несколько из предпочтительных отличительных признаков, которые описаны ниже.

Средняя окружная линия протекторного браслета предпочтительно смещена в направлении наружу от автотранспортного средства на заданное расстояние относительно средней плоскости, по меньшей мере, одного колеса, содержащего указанную, по меньшей мере, одну шину.

Несмотря на то, что данное решение приводит к незначительному увеличению асимметрии зоны отпечатка и распределения давлений при движении по прямолинейной траектории, оно обеспечивает улучшение характеристик при движении на повороте, поскольку каждая шина, наружная относительно кривой (на которой воздействует бóльшая часть центростремительной силы, которая действует на данную ось автомобиля), деформируется и зона отпечатка приобретает конфигурацию, которая обеспечивает дополнительное уменьшение уже незначительно увеличенной исходной асимметрии (относительно средней плоскости P_W), которая характеризует движение по прямой.

Кроме того, подобное предпочтительное решение обеспечивает дополнительное увеличение (по сравнению с увеличением, уже обеспечиваемым посредством отрицательного развала колес) колеи автотранспортного средства, что придает ему бóльшую устойчивость.

Средняя линия протекторного браслета указанной шины предпочтительно остается по существу параллельной грунту во время движения на повороте.

Следовательно, обеспечивается максимизация зоны отпечатка на грунте и эффективности распределения давлений как при движении по прямолинейной траектории, так и при движении на повороте.

Симметрия зоны отпечатка предпочтительно регулируется во время движения по прямолинейной траектории для комплекта из четырех шин, установленных на указанном автотранспортном средстве.

Шина в соответствии с изобретением предпочтительно представляет собой дорожную шину высокоскоростного (UHP) типа или шину для гоночных автомобилей.

Протекторный браслет предпочтительно является гладким.

Протекторный браслет предпочтительно выполнен с рисунком протектора.

При более подробном рассмотрении следует отметить, что настоящее изобретение предпочтительно относится к шинам с высокими эксплуатационными характеристиками, которые предназначены для очень мощных автомобилей или, в более общем случае, для применений, которые предусматривают высокие рабочие скорости и/или экстремальные условия вождения, например таким, как шины высокоскоростного (UHP) типа или шины, используемые на спортивных соревнованиях, подобных гонкам на треках (со скоростями при движении по прямой, даже превышающими 300 км/ч). Положительный эффект от шины и колеса в соответствии с изобретением оказывает большее положительное воздействие на эксплуатационные характеристики подобных шин, чем на эксплуатационные характеристики других, менее скоростных шин.

Указанный заданный угол предпочтительно имеет величину, превышающую приблизительно 0,5°.

Указанный заданный угол предпочтительно имеет величину, составляющую менее приблизительно 5°.

Указанный заданный угол предпочтительно составляет от приблизительно 0,5° до приблизительно 5°.

Подобный угол выбран в области значений, обычно используемых в качестве углов развала колес для дорожных или предназначенных для соревнований/гоночных автотранспортных средств.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления шины части протекторного браслета, концевые в аксиальном направлении, расположены на одинаковом расстоянии в аксиальном направлении от средней плоскости шины.

Это означает, что - относительно обычной симметричной шины - протекторный браслет (и предпочтительно также брекерный конструктивный элемент и коронная часть каркасного конструктивного элемента) просто повернут вокруг точки “i”, определяемой пересечением средней плоскости “P_T” шины и средней линией “lm” протекторного браслета.

В соответствии с другим вариантом осуществления средняя окружная линия протекторного браслета смещена в аксиальном направлении на заданное расстояние относительно средней плоскости шины.

Это означает, что - относительно обычной симметричной шины - протекторный браслет (и предпочтительно также брекерный конструктивный элемент и коронная часть каркасного конструктивного элемента) помимо поворота также смещен вдоль аксиального направления, то есть направления, параллельного оси вращения.

Указанное заданное расстояние предпочтительно находится в диапазоне между приблизительно 3 мм и приблизительно 30 мм.

Подобный диапазон эквивалентен смещению точки осевой линии в поперечном направлении, когда колесо (шина, установленная на ободе и накачанная до рабочего давления) с наружным диаметром, составляющим 700 мм, «переходит» от нулевого угла развала колес до угла развала колес, составляющего как минимум 0,5° и как максимум 5°, в соответствии с упрощенной формулойβ

δy=Dex*β*π/360, где δy — смещение браслета, Dex - наружный диаметр колеса и β - угол развала колес.

Части протекторного браслета, концевые в аксиальном направлении, предпочтительно расположены на разных расстояниях в аксиальном направлении от средней плоскости шины.

Часть, концевая в аксиальном направлении, которая является наиболее удаленной в аксиальном направлении от средней плоскости, предпочтительно также представляет собой часть, которая является наиболее удаленной в радиальном направлении от оси вращения.

Это означает, что если смотреть на шину в указанном радиальном полусечении, то видно, что поворот протекторного браслета в направлении по часовой стрелке соответствует смещению того же самого протекторного браслета влево и поворот протекторного браслета в направлении против часовой стрелки соответствует смещению того же самого протекторного браслета вправо.

Борта предпочтительно являются симметричными относительно средней плоскости.

Положение и форма бортов по существу такие же, как положение и форма бортов обычной симметричной шины.

Шина предпочтительно имеет боковины, асимметричные относительно средней плоскости.

Поворот и смещение протекторного браслета обеспечиваются главным образом за счет деформации бортов. Если протекторный браслет будет только повернут, один из бортов будет сжиматься в радиальном направлении, а другой будет растягиваться в радиальном направлении по сравнению с симметричной шиной. Если протекторный браслет также будет смещен, один из бортов поворачивается по направлению к средней плоскости, а другой поворачивается в сторону от указанной средней плоскости.

Средняя окружная линия протекторного браслета предпочтительно смещена в аксиальном направлении на заданное расстояние относительно средней плоскости колеса.

Обод предпочтительно имеет посадочные места для бортов, которые являются симметричными относительно средней плоскости.

Шина, установленная на ободе и накачанная до рабочего давления, предпочтительно имеет боковины, асимметричные относительно средней плоскости.

Угол развала колес предпочтительно является отрицательным.

Подобное предпочтительное решение используется, в частности, для очень мощных и/или предназначенных для соревнований/гоночных автомобилей и гарантирует лучшую опору при движении на повороте и лучшую устойчивость при движении по прямой.

Величина угла развала колес предпочтительно составляет более приблизительно 0,5°.

Величина угла развала колес предпочтительно составляет менее приблизительно 5°.

Угол развала колес предпочтительно составляет от приблизительно -0,5° до приблизительно -5°.

Средняя окружная линия протекторного браслета предпочтительно смещена в аксиальном направлении на заданное расстояние относительно средней плоскости колеса.

Средняя окружная линия предпочтительно смещена в направлении наружу относительно автотранспортного средства.

Часть протекторного браслета, концевая в аксиальном направлении, которая является наиболее удаленной в аксиальном направлении от средней плоскости, предпочтительно также представляет собой часть, которая является наиболее удаленной в радиальном направлении от оси вращения.

Асимметрия колес, которая имеет место как результат вышеуказанных характеристик, обеспечивает смещение зоны контакта между шинами и дорогой в направлении наружу, что приводит к увеличению колеи и одновременно гарантирует максимально возможную зону контакта как при движении по прямолинейной траектории, так и при движении на повороте.

Обод предпочтительно имеет посадочные места для бортов, которые являются симметричными относительно средней плоскости.

Предпочтительный обод сам по себе представляет собой обычный обод, который не требует никакой модификации для приема шины, которая обеспечивает получение колеса в соответствии с изобретением.

В радиальном полусечении шины протекторный браслет предпочтительно является симметричным относительно его оси симметрии.

Шина предпочтительно имеет боковины, асимметричные относительно средней плоскости колеса.

Протекторный браслет, если смотреть на него в радиальном полусечении шины, после вулканизации и формования предпочтительно является симметричным относительно его оси симметрии.

Вулканизация и формование обеспечивают деформирование боковин, увеличение диаметра одного из периферийных краев протекторного браслета и уменьшение диаметра другого периферийного края протекторного браслета, но в каждом радиальном полусечении протекторный браслет предпочтительно остается по существу недеформированным и борта предпочтительно остаются симметричными относительно средней плоскости.

В предпочтительном варианте осуществления во время вулканизации и формования протекторный браслет смещают в аксиальном направлении на заданное расстояние относительно средней плоскости шины.

Во время вулканизации и формования одну из двух частей протекторного браслета, концевых в аксиальном направлении, предпочтительно смещают в аксиальном направлении от средней плоскости и в радиальном направлении от оси вращения, в то время как другую из указанных двух частей, концевых в аксиальном направлении, смещают в аксиальном направлении ближе к средней плоскости и смещают в радиальном направлении ближе к оси вращения.

Перемещение протекторного браслета одновременно с его поворотом обеспечивают посредством поворота боковин (одной по направлению к средней плоскости шины и другой по направлению от средней плоскости шины) по существу вокруг соответствующих бортов. Удлинение каждой из боковин в вышеупомянутом радиальном полусечении (рассматриваемое как длина линии, образованной точками, расположенными на одинаковом расстоянии от внутренней - в аксиальном направлении - поверхности и наружной - в аксиальном направлении - поверхности каждой боковины) изменяется очень мало по сравнению с невулканизованной шиной, то есть при формовании и вулканизации боковины не подвергаются чрезмерным и вызывающим повреждения деформациям растяжения или сжатия.

После вулканизации и формования протекторный браслет, если смотреть на него в каждом радиальном полусечении шины, предпочтительно остается по существу недеформированным.

После вулканизации и формования борта предпочтительно являются симметричными относительно средней плоскости шины.

Дополнительные характеристики и преимущества станут более ясными из подробного описания предпочтительных, но не единственных вариантов осуществления способа регулирования симметрии зоны отпечатка, по меньшей мере, одной и той же шины, движущейся по прямолинейной траектории, при угле развала колес, отличном от нуля, шины для колес автотранспортных средств, колеса для автотранспортных средств, автотранспортного средства и способа изготовления шин для колес автотранспортных средств в соответствии с настоящим изобретением.

Такое описание будет приведено ниже со ссылкой на комплект чертежей, представленных только в качестве неограничивающего примера, в которых:

фиг. 1 - радиальное полусечение колеса для автотранспортных средств в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения;

фиг. 2 - радиальное полусечение колеса для автотранспортных средств в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения;

фиг. 3 - схематический вид автотранспортного средства, предусмотренного с колесом с фиг. 1, в соответствующем рабочем состоянии;

фиг. 3а - поперечное распределение давлений контакта в зоне отпечатка колеса с фиг. 3, рассчитанных в радиальном сечении шины, ортогональном к плоскости дороги;

фиг. 4 - схематический вид автотранспортного средства, предусмотренного с колесом с фиг. 2, в соответствующем рабочем состоянии;

фиг. 4а - поперечное распределение давлений контакта в зоне отпечатка колеса с фиг. 4, рассчитанных в радиальном сечении шины, ортогональном к плоскости дороги;

фиг. 5 - схематический вид автотранспортного средства, предусмотренного с обычным симметричным колесом (относящимся к предшествующему уровню техники) с углом развала колес, таким же как у колес с фиг. 3 и 4; и

фиг. 5а - поперечное распределение давлений контакта в зоне отпечатка колеса с фиг. 5, рассчитанных в радиальном сечении шины, ортогональном к плоскости дороги.

При рассмотрении вышеперечисленных чертежей следует отметить, что колесо для автотранспортных средств было обозначено в целом ссылочной позицией 1, при этом подобное колесо содержит шину 2.

Шина 2 имеет каркасный конструктивный элемент 3, который содержит, по меньшей мере, один слой 3а каркаса, предпочтительно покрытый внутри слоем непроницаемого эластомерного материала или так называемым внутренним герметизирующим слоем 4. Два кольцевых удерживающих конструктивных элемента 5, каждый из которых содержит так называемый сердечник 5а борта, который предпочтительно несет эластомерный наполнитель 5b, расположенный в радиальном направлении снаружи, введены в контактное взаимодействие с соответствующими концевыми клапанами слоя или слоев 3а каркаса. Кольцевые удерживающие конструктивные элементы 5 составляют одно целое вблизи зон, обычно называемых «бортами» 6, в которых обычно возникает контактное взаимодействие между шиной 2 и соответствующим монтажным ободом 7 в соответствии с диаметром обода, определяемым величиной внутреннего диаметра кольцевых удерживающих конструктивных элементов 5. Брекерный конструктивный элемент 8, обычно содержащий один или несколько слоев 8а брекера, наложен по окружности вокруг слоя или слоев 3а каркаса, и протекторный браслет 9 наложен по окружности на слои 8а брекера. Две боковины 10, каждая из которых простирается от соответствующего борта 6 до соответствующего бокового края протекторного браслета 9, наложены в местах, противоположных в боковом направлении, на слой или слои 3а каркаса.

Обод 7, известный сам по себе, имеет по существу цилиндрический элемент 11, выполненный с пазом, наружным в радиальном направлении, в котором размещается шина 2. По существу цилиндрический элемент 11 определяет границы посадочного места 12а, наружного в аксиальном направлении (то есть направленного наружу от автотранспортного средства, когда обод установлен на указанном автотранспортном средстве), и посадочного места 12b, внутреннего в аксиальном направлении (то есть направленного к стороне автотранспортного средства, когда обод установлен на указанном автотранспортном средстве), при этом предусмотрено одно посадочное место для каждого борта 6 шины 2 и посадочные места образованы посредством соответствующих кольцевых пазов, которые являются наружными в радиальном направлении и симметричными относительно средней плоскости “P_W”, ортогональной к оси “X-X” вращения колеса 1 (в данном случае по существу совпадающей с осью вращения шины 2 и показанной таким же образом). Обод 7 также содержит элемент 13, который является внутренним в радиальном направлении по отношению к по существу цилиндрическому элементу 11 и в котором предусмотрены устройства (не проиллюстрированные и образованные, например, отверстиями и соответствующими болтами), предназначенные для присоединения колеса 1 к ступице автотранспортного средства. В проиллюстрированном варианте осуществления элемент 13, внутренний в радиальном направлении, смещен относительно средней плоскости “P_W” и смещен по направлению к наружному в аксиальном направлении, посадочному месту 12а обода 7 так, чтобы обеспечить необходимое пространство внутри по существу цилиндрического элемента 11 для размещения ступицы и тормозных устройств (например, тормозных дисков и суппортов).

Расстояние “r” по радиусу от каждого из двух посадочных мест, наружного/внутреннего в аксиальном направлении, обозначенных соответственно 12а, 12b, до оси “X-X” вращения, которое измерено вдоль диаметра обода 7, является одинаковым. Расстояние “x” в аксиальном направлении, измеренное параллельно оси “X-X” вращения, от каждого из двух посадочных мест, наружного/внутреннего в аксиальном направлении, обозначенных соответственно 12а, 12b, до средней плоскости “P_W” является одинаковым.

Два борта 6 шины 2, каждый из которых установлен в соответствующем посадочном месте 12а, 12b, наружном/внутреннем в аксиальном направлении, также являются симметричными относительно средней плоскости “P_W” (или “P_T”). Расстояние “r” по радиусу от каждого из двух бортов 6 до оси “X-X” вращения, измеренное вдоль диаметра обода 7, является одинаковым. Расстояние “x” в аксиальном направлении, измеренное параллельно оси “X-X” вращения, от каждого из двух бортов 6 до средней плоскости “P_W” (или “P_T”) является одинаковым.

Когда шина 2 не установлена на ободе и когда она установлена на ободе, накачана до рабочего давления, но не подвергается воздействию внешних усилий, создающих напряжения, указанная шина 2 имеет несимметричную геометрию в радиальном сечении (фиг. 1 и 2).

В обоих вариантах осуществления, проиллюстрированных на приложенных фигурах, - за исключением бортов 6 - каркасный конструктивный элемент 3, брекерный конструктивный элемент 8, протекторный браслет 9 и боковины 10 шины 2 являются асимметричными относительно средней плоскости “P_W” (или “P_T”).

В первом варианте осуществления, проиллюстрированном на фиг. 1 и 3, протекторный браслет 9 вместе с брекерным конструктивным элементом 8 и в коронной части каркасного конструктивного элемента 3, если смотреть в радиальном полусечении шины 2, жестко повернут на заданный угол “α” относительно обычной симметричной шины вокруг точки “i” пересечения между прямой линией, соответствующей средней плоскости “P_W” (или “P_T”), и средней линией “lm” протекторного браслета 9.

Под коронной частью каркасного конструктивного элемента 3 понимается его часть, наружная в радиальном направлении и взаимодействующая/соединенная с брекерным конструктивным элементом 8 и с протекторным браслетом 9.

В варианте осуществления, проиллюстрированном в качестве примера на фиг. 1, подобный заданный угол “α” равен приблизительно 3°.

Подобный заданный угол “α” предпочтительно составляет от приблизительно 0,5° до приблизительно 5°.

В вышеупомянутом радиальном полусечении (фиг. 1) протекторный браслет 9 вместе с брекерным конструктивным элементом 8 и коронной частью каркасного конструктивного элемента 3 сохраняет свою симметрию относительно оси “S” симметрии, которая наклонена под тем же заданным углом “α” относительно средней плоскости “P_W” (или “P_T”).

Ось “S” симметрии пересекает поверхность протекторного браслета 9, наружную в радиальном направлении, в точке “M”, принадлежащей средней окружной линии протекторного браслета 9. Две части 9а и 9b протекторного браслета 9, противоположные в аксиальном направлении, расположены на одном и том же расстоянии “Z” в аксиальном направлении, измеряемом вдоль направления, параллельного оси “X-X” вращения колеса 1, от средней плоскости “P_W” (или “P_T”). Указанные две концевые части 9а и 9b, противоположные в аксиальном направлении, также находятся на определяемом в радиальном направлении расстоянии “d1, d2”, измеряемом вдоль диаметра колеса 1, от посадочного места, наружного/внутреннего в аксиальном направлении и предусмотренного на ободе 7. В частности, определяемое в радиальном направлении расстояние “d1” от части 9а, концевой в аксиальном направлении и наружной в аксиальном направлении, от соответствующего посадочного места 12а, наружного в аксиальном направлении, больше определяемого в радиальном направлении расстояния “d2” от части 9b, концевой в аксиальном направлении и внутренней в аксиальном направлении, до соответствующего посадочного места 12b, внутреннего в аксиальном направлении.

Следовательно, средняя линия “lm” протекторного браслета 9 имеет наклон (по направлению к посадочному месту 12b обода 7, внутреннему в аксиальном направлении) относительно оси “X-X” вращения (или, как проиллюстрировано на фиг. 1, относительно прямых линий, параллельных вышеупомянутой оси “X-X” вращения) под заданным углом “α”.

Максимальное расстояние (или «выпуклость»), измеренное параллельно оси “S” симметрии между поверхностью протекторного браслета 9, наружной в радиальном направлении, и средней линией “lm”, получают на самой оси “S” симметрии. Другими словами, максимальная толщина протекторного браслета 9 (которая определяется по оси “S” симметрии) имеется в зоне средней окружной линии и вблизи средней плоскости “P_W” (или “P_T”) колеса 1 или шины 2.

Двумерная геометрия, только что проиллюстрированная со ссылкой на радиальное полусечение, соответствует шине 2, в которой теоретическая поверхность, которая соединяет противоположные периферийные края (множество точек, образующих две противоположные части 9а и 9b, концевые в аксиальном направлении) протекторного браслета 9, соответствует усеченному конусу. Усеченный конус сужается по направлению к посадочному месту 12b обода 7, внутреннему в аксиальном направлении.

Периферийный край с меньшим диаметром соединен с боковиной 10, которая сплющена в радиальном направлении по сравнению с боковиной соответствующей обычной симметричной шины. Периферийный край с бóльшим диаметром соединен с другой боковиной 10, которая удлинена в радиальном направлении по сравнению с боковиной соответствующей обычной симметричной шины.

Например, выпуклость протекторного браслета 9 может составлять приблизительно 1/30 от ширины протекторного браслета (расстояния между двумя противоположными частями 9а и 9b, концевыми в аксиальном направлении). Из этого следует, что поверхность протекторного браслета 9, наружная в радиальном направлении, искривлена только незначительно и имеет по существу форму поверхности усеченного конуса.

Колесо 1 с шиной 2, накачанной до рабочего давления, установлено на автотранспортном средстве “C” с углом “β” развала колес, отличным от нуля (фиг. 3). В варианте осуществления, проиллюстрированном на фиг. 3, подобный угол “β” развала колес является отрицательным и равен приблизительно -3°. Абсолютная величина угла “β” развала колес равна абсолютной величине вышеупомянутого заданного угла “α”.

Поскольку внутреннее в аксиальном направлении посадочное место 12b обода 7 «установлено» так, что оно направлено к автотранспортному средству “C”, усеченный конус сужается по направлению к самому автотранспортному средству “C”. При условии, что угол “β” развала колес является отрицательным и равен заданному углу “α”, то есть половине угла при вершине конической поверхности, которой «принадлежит» усеченный конус, в результате получают то, что средняя линия “lm” протекторного браслета 9, расположенная рядом с грунтом, будет параллельна самому грунту (фиг. 3).

При движении по прямолинейной траектории вертикальная сила “F”, которая действует со стороны ступицы на обод и затем на грунт через шину 2 (или, наоборот, сила, которая действует со стороны грунта на ступицу посредством шины 2 и обода 7), создает некоторое распределение давлений в зоне отпечатка шины 2. На фиг. 3а проиллюстрировано поперечное распределение “P1” давлений (вдоль определяемой в аксиальном направлении протяженности) зоны отпечатка в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения.

На фиг. 5а проиллюстрировано поперечное распределение “P3” давлений в зоне отпечатка колеса 1’, предусмотренного с обычной симметричной шиной 2’, установленного на автотранспортном средстве “C” с таким же углом “β” развала колес, с каким установлено колесо 1 по фиг. 3 в соответствии с изобретением. На фиг. 5а ось “X’-X’” вращения, средняя линия “l’m”, множество точек “M’”, расположенных на одинаковом расстоянии от двух частей протекторного браслета, концевых в аксиальном направлении, плоскость “P’_W” симметрии колеса 1 и плоскость “P’_T” симметрии шины 2’ в соответствии с предшествующим уровнем техники обозначены со штрихом.

Как можно видеть, поперечное распределение давлений в шине 2 по фиг. 3а является более равномерным по сравнению с поперечным распределением давлений для обычной шины 2’ по фиг. 5а. В частности, в обычной шине 2’ по фиг. 5 поперечное распределение давлений “P3” контакта в зоне отпечатка имеет сильную асимметрию вследствие большего сплющивания внутренней стороны шины 2’ из-за отрицательного развала и наклона соответствующей средней линии относительно плоскости дороги.

В шине 2 по фиг. 3 в соответствии с изобретением поперечное распределение давлений “P1” контакта в зоне отпечатка (фиг. 3а) имеет только незначительную асимметрию, и подобная незначительная асимметрия обусловлена только несовпадением осевой линии зоны отпечатка (которая соответствует средней окружной линии протекторного браслета 9, расположенной с обеспечением ее соответствия зоне отпечатка) и вертикальной линии, вдоль которой действует сила “F”. Асимметрия распределения “P1” давлений уменьшена, поскольку средняя линия “lm”, имеющая наклон относительно оси “X-X” вращения под заданным углом “α”, равным углу “β” развала колес (со знаком, противоположным по отношению к нему), параллельна плоскости дороги.

Если рассматривать среднее давление, понимаемое как интеграл по поперечному распределению “P1”, “P3” давлений, деленный на ширину “W1”, “W3” зоны отпечатка, то максимальное давление “P3max” для распределения “P3” в соответствии с предшествующим уровнем техники приблизительно в два раза превышает среднее давление “P3av” для того же распределения. Вместо этого максимальное давление “P1max” для распределения “P1” в соответствии с первым вариантом осуществления составляет только приблизительно 4/3 от среднего давления “P1av”.

Второй вариант осуществления, проиллюстрированный на фиг. 2 и 4, отличается от первого варианта осуществления, поскольку протекторный браслет 9 вместе с брекерным конструктивным элементом 8 и коронной частью каркасного конструктивного элемента 3 помимо того, что он жестко повернут на заданный угол “α”, также смещен вдоль аксиального направления к наружному в аксиальном направлении, посадочному месту 12а обода 7. Ось “S” симметрии протекторного браслета 9 в каждом радиальном полусечении смещена в аксиальном направлении на заданное расстояние “Dx” относительно средней плоскости “P_W” (или “P_T”) колеса 1 или шины 2. Кроме того, средняя окружная линия по существу смещена на то же заданное расстояние “Dx”. Подобное заданное расстояние “Dx” предпочтительно находится в диапазоне между приблизительно 3 мм и приблизительно 30 мм.

Из этого следует, что наружная в аксиальном направлении и концевая в аксиальном направлении часть 9а находится дальше как от средней плоскости “P_W” (или “P_T”), так и от оси “X-X” вращения, по сравнению с внутренней в аксиальном направлении и концевой в аксиальном направлении частью 9b. В проиллюстрированном варианте осуществления определяемое в аксиальном направлении расстояние “Z1” от части 9а, наружной в аксиальном направлении и концевой в аксиальном направлении, до средней плоскости “P_W” больше определяемого в аксиальном направлении расстояния “Z2” от части 9b, внутренней в аксиальном направлении и концевой в аксиальном направлении, до средней плоскости “P_W”.

Боковина 10, соответствующая части 9а, наружной в аксиальном направлении и концевой в аксиальном направлении, повернута вокруг соответствующего борта 6 наружу от колеса 1 при перемещении ее от средней плоскости “P_W” (или “P_T”), в то время как боковина 10, соответствующая части 9b, внутренней в аксиальном направлении и концевой в аксиальном направлении, повернута вокруг соответствующего борта 6 по направлению к внутренней стороне колеса 1 при перемещении ее ближе к средней плоскости “P_W” (или “P_T”).

Кроме того, колесо 1 с шиной 2, накачанной до рабочего давления и выполненной в соответствии со вторым вариантом осуществления, установлено на автотранспортном средстве “C” с углом “β” развала колес, равным приблизительно -3° и равным по абсолютной величине заданному углу “α” (фиг. 4).

Отличие от колеса 1 по фиг. 3 заключается в том, что протекторный браслет 9 находится дальше от автотранспортного средства “C” на заданное расстояние “Dx”, в то время как положения обода 7, ступицы и вертикальной линии, вдоль которой действует сила “F”, являются такими же.

Как можно видеть, во время движения по прямой линии поперечное распределение давлений, действующих на шину 2, по фиг. 4а является более равномерным по сравнению с поперечным распределением давлений для обычной шины 2’ по фиг. 5а, даже несмотря на то, что оно является менее равномерным, чем поперечное распределение давлений для шины 2 по фиг. 3а. Вместо этого максимальное давление “P2max” для распределения “P2” в соответствии со вторым вариантом осуществления составляет приблизительно 3/2 от среднего давления “P2av” (рассматриваемого как интеграл по поперечному распределению “P2” давлений, деленный на ширину “W2”). Подобная бóльшая, но все же ограниченная асимметрия в сравнении с шиной 2 по фиг. 3 обусловлена бóльшим несовпадением между осевой линией зоны отпечатка (которая соответствует средней окружной линии протекторного браслета 9, расположенной с обеспечением ее соответствия зоне отпечатка) и вертикальной линией, вдоль которой действует сила “F”.

Асимметричные шины 2, подобные описанным выше, предпочтительно изготавливают посредством сборки обычной невулканизованной шины с поперечным сечением с наружным профилем, который симметричен относительно ее средней плоскости “P_T”. Предпочтительно, но не исключительно, симметричную невулканизованную шину собирают посредством сборки соответствующих компонентов на формообразующей опоре. После сборки симметричной невулканизованной шины выполняют обработку, представляющую собой вулканизацию и формование, направленные на: обеспечение структурной стабилизации шины посредством сшивания эластомерных композиций, придание асимметричной формы вулканизованной шине, например, подобной той, которая была описана ранее со ссылкой на два проиллюстрированных варианта осуществления, а также образование заданного рисунка протектора на той же шине и формирование любых возможных отличительных графических знаков на боковинах шины.

Для этого невулканизованную шину вводят в пресс-форму для вулканизации, содержащую части, расположенные рядом друг с другом, которые после закрытия ограничивают полость для вулканизации и формования, образованную с возможностью придания заданной формы вулканизованной шине 2.

В частности, для получения шины 2 в соответствии с первым вариантом осуществления по фиг. 1 и 3 при вулканизации и формовании одну из боковин 10 сжимают в радиальном направлении для уменьшения диаметра соответствующей части 9b протекторного браслета 9, концевой в аксиальном направлении, и другую боковину 10 растягивают в радиальном направлении для увеличения диаметра соответствующей части 9а протекторного браслета 9, концевой в аксиальном направлении, так, чтобы повернуть указанный протекторный браслет 9 на вышеупомянутый заданный угол “α”.

Для получения шины 2 в соответствии со вторым вариантом осуществления по фиг. 2 и 4 одну из боковин 10 помимо сжатия ее в радиальном направлении поворачивают вокруг соответствующего борта 6 для уменьшения диаметра соответствующей части 9b протекторного браслета 9, концевой в аксиальном направлении, и смещения ее по направлению к средней плоскости “P_T”. Другую боковину 10 растягивают в радиальном направлении и поворачивают вокруг соответствующего борта 6 для увеличения диаметра соответствующей части 9а протекторного браслета 9, концевой в аксиальном направлении, и для ее перемещения от средней плоскости “P_T” так, чтобы повернуть указанный протекторный браслет 9 на вышеупомянутый заданный угол “α” и переместить его на вышеупомянутое расстояние “Dx”.

Описанные шины 2 обеспечивают возможность реализации способа регулирования симметрии зоны отпечатка шины, движущейся по прямолинейной траектории, при угле развала колес, отличном от нуля, предпочтительно на комплекте из четырех шин 2 в автотранспортном средстве “C”. В обычных симметричных шинах при угле развала колес, отличном от нуля, которые подобны шине, проиллюстрированной на фиг. 5, распределение давлений контакта имеет сильную асимметрию и «смещено» к плечевой зоне шины 2’, которая в результате этого оказывается сплющенной в большей степени главным образом вследствие наклона средней линии “lm” протекторного браслета. Если угол развала колес является отрицательным, более сплющенной боковиной будет боковина, внутренняя по отношению к автотранспортному средству; если угол развала колес является положительным, более сплющенной боковиной будет наружная боковина.

Способ обеспечивает уменьшение давления контакта, действующего на шину в зоне отпечатка, у внутренней боковины, если угол β развала колес является отрицательным, или у наружной боковины, если угол β развала колес является положительным, при этом любая средняя линия “lm” протекторного браслета 9, расположенная с обеспечением ее соответствия зоне отпечатка, будет расположена по существу параллельно грунту (фиг. 3).

Способ также предпочтительно обеспечивает смещение средней окружной линии протекторного браслета 9 в направлении наружу от автотранспортного средства “C” на заданное расстояние “Dx” относительно средней плоскости “P_W” указанного колеса 1 (фиг. 4). Средняя линия “lm” протекторного браслета 9 шины 2 остается по существу параллельной грунту во время движения на повороте, что ограничивает асимметрию зоны отпечатка также и в данном рабочем состоянии.

Реферат

Изобретение предпочтительно относится к дорожным шинам высокоскоростного типа и к шинам гоночных автомобилей. Способ регулирования симметрии зоны отпечатка шины, движущейся по прямолинейной траектории, при угле развала колес, отличном от нуля, включает следующие этапы: уменьшение давления контакта, действующего на шину (2) в зоне отпечатка у внутренней боковины (в случае отрицательного угла развала колес) или у наружной боковины (в случае положительного угла развала колес); расположение любой средней линии (lm) протекторного браслета (9) шины, расположенной с обеспечением ее соответствия зоне отпечатка, по существу параллельно грунту. В соответствии с изобретением также разработаны шина и колесо для автотранспортных средств, в которых средняя линия (lm) протекторного браслета (9) и ось (Х-Х) вращения шины (2) образуют угол (α), по существу равный по абсолютной величине углу (β) развала колес. Изобретение также охватывает способ изготовления подобных шин, в котором невулканизованную шину с симметричным профилем деформируют во время этапа вулканизации и формования до тех пор, пока заданный угол (α), отличный от нуля, не будет образован между любой средней линией (lm) протекторного браслета (9) и осью (Х-Х) вращения вулканизованной шины (2). Технический результат – улучшение эксплуатационных характеристик шин. 5 н. и 21 з.п. ф-лы, 5 ил.

Формула