КОЛЕСО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА Российский патент 1999 года по МПК B60B21/04 

Изобретение относится к колесу транспортного средства, содержащему устанавливаемый с возможностью вращения обод и разъемно монтируемую на нем пневматическую шину. Пневматическая шина имеет тороидальное в поперечном сечении тело с приблизительно цилиндрическим протектором, двумя радиально проходящими боковыми стенками и посадочными поверхностями, которые усилены на направленных к ободу концах прочными на растяжение бортовыми кольцами и с помощью которых шину монтируют и крепят между бортовыми закраинами обода.

У колес транспортных средств пневматическая шина считается в настоящее время конструктивным элементом, который должен передавать все обусловленные эксплуатацией усилия от транспортного средства на дорогу и наоборот. В соответствии с этим усилия изготовителей сконцентрированы на оптимизации пневматической шины, в частности, в отношении ее эксплуатационных свойств, а именно "послушности", сопротивления качению, передачи силы трения между шиной и дорогой, комфорта и износа, по возможности без потери уже достигнутых преимуществ и качества.

Колеса этого вида известны и обычны сегодня у любых транспортных средств, в частности у автомобилей и соответствующих прицепов.

Известно колесо транспортного средства, содержащее устанавливаемые с возможностью вращения обод и съемно располагаемую на нем пневматическую шину, имеющую тороидальное в поперечном сечении тело приблизительно с цилиндрическим протектором, двумя радиально проходящими боковыми стенками и находящимися на направленных к ободу концах, усиленными посредством прочных на растяжение бортовых колец, посадочными поверхностями для крепления пневматической шины на опорных поверхностях между концевыми бортовыми закраинами обода, каждая из которых имеет изогнутый переход наружу к носику, одна и другая боковые закраины расположены снаружи опорных поверхностей обода и выполнены так, что радиальный отрезок одной закраины имеет большую длину, чем длина радиального отрезка другой закраины.

(Заявка Франции 216 7 215, B 60 B 21/00, 1973 г.)
Разработки концентрировались в последнее время на том, чтобы улучшить пневматическую шину и, в частности, ее брекер. Этим достигнуты впечатляющие усовершенствования пневматической шины.

Эта концентрация усилий разработчиков в области брекера и беговой дорожки протектора известных и применяемых сегодня пневматических шин оставляет без внимания, однако, то, что и конструктивно усиленные, так называемые борта, находящиеся радиально над посадочными поверхностями шины приблизительно на высоте загибов каркаса в боковых стенках, вследствие бокового выпучивания, вызванного окружным нарушением опорной поверхности, а также в зоне так называемых утолщений, возникающих на месте контакта с опорной поверхностью, или в зоне стоящих волн и увеличения радиуса по всей ненагруженной периферии, вызванного тангенциальной работой вытеснения жесткого на растяжение и сжатия брекера, работают с высокой частотой, т.е. за счет поглощения энергии привода значительно способствует сопротивлению качения шины.

Эту проблему нельзя устранить или повлиять на нее усовершенствованиями брекера. Все достигнутые до сих пор улучшения сопротивления качению пневматической шины обеспечены только за счет усовершенствований в области брекера и беговой дорожки протектора.

В частности, до сих пор слишком мало учитывалось то, что шина является только одной частью колесной системы, а обод, на котором монтируют шину, другой частью этой системы.

Несмотря на все конструктивные и материально-специфические стремления усилить борта, обычно борта деформируются под обусловленным эксплуатацией воздействием до 100 изгибающих нагрузочных циклов в секунду и создают при этом в зависимости от конструкции и эксплуатационного состояния 30 - 50% общего сопротивления качению пневматической шины. В дополнение к этой работе деформации от нагрузки на колесо или боковых усилий усиленные борта постоянно нагружаются схождением и развалом колеса при эксплуатации.

На эту работу бортов накладывается работа от нагрузки на колесо и боковых усилий, однако она стоит удельной доли энергии привода, которую можно избежать.

В основе изобретения лежит факт улучшения эксплуатационных свойств пневматических шин при одновременном сохранении уже достигнутых результатов, при этом недостаточно усовершенствований только в области брекера, а для этого следует также рассмотреть колесную систему как единое целое, а также боковые стенки пневматической шины с бортами и обод. Следует учитывать также результаты машинных испытаний, согласно которым участки шины, которые при обусловленной эксплуатацией деформации оказывают большое сопротивление, становятся намного теплее, чем участки с небольшой деформацией. Так, было обнаружено, что сопротивление деформации находится в непосредственной связи с поглощением энергии или сопротивлением качению и что легко деформируемыми являются те участки шины, которые постоянно подвержены неизбежным деформациям.

В соответствии с этим в основе изобретения лежит задача создания колеса транспортного средства с пневматической шиной, у которого обод служит не только в качестве держателя пневматической шины, но и в целях по возможности большого объема воздуха при данном соотношении высоты к ширине выполняет также точно определенные опорные функции для смонтированной шиной, которые он до сих пор мог выполнять лишь ограниченно и за счет больших потерь энергии и у которого согласованная с ободом пневматическая шина имеет боковые стенки, выполнены как можно более гибко-эластичными между посадочными поверхностями шины и плечами протектора.

Эта задача решается согласно изобретению с помощью колеса транспортного средства, имеющего признаки п. 1 формулы. Предпочтительные усовершенствования изобретения являются объектом зависимых пунктов.

Благодаря изобретению, в котором колесная система рассматривается как единое целое, можно обеспечить улучшение эксплуатационных свойств, не достигаемых до сих пор, поскольку пневматическая шина и обод рассматриваются как отдельные конструктивные элементы. Так, настоящее изобретение включает в себя как выполнение боковых стенок шины, в частности в зоне обычных, так называемых бортов, над посадочными поверхностями на переходе к ободу, так и выполнение обода для распределения, согласно изобретению, задач внутри колесной системы между шиной и ободом.

У колеса транспортного средства согласно изобретению пневматическая шина выполняет функции, необходимые для нужной упругой радиальной деформации, тогда как обод должен выполнять функции, у которых предпочтительной является боковая формоустойчтвость.

Гибко-эластичные, согласно изобретению, боковые стенки шины также деформируются, правда, за счет нагрузки на колесо, боковых усилий и основных нагрузок от схождения и развала, однако они поглощают при этом только долю энергии привода, которая преобразует обычные жесткие борта посредством внутреннего трения в критическое побочное тепло с температурой до 130^oC.

У колеса транспортного средства согласно изобретению пневматическая шина должна, вследствие возможно большего воздушного объема, мягко прогибаться в первую очередь радиально, причем ее боковые стенки выполнены максимально гибко-эластичными для поглощения при деформации наименьшего количества энергии привода и улучшения "комфорта" шины. Для этого в боковых стенках могут быть расположены тангенциально проходящие изгибающие канавки, которые локально способствуют дальнейшему уменьшению сопротивления деформации.

Одновременно эти боковые стенки могут быть выполнены в зонах между упомянутыми изгибающими канавками в виде выступающих вбок ребер для улучшения локально действующей защиты гибко-эластичных боковых стенок от возможных повреждений от соприкосновений с бортовыми камнями.

Обод выполняет, напротив, за счет радиального удлинения наружу по меньшей мере внутренней бортовой закраины приблизительно до высоты усиленного дополнительным шнуром, наполнительной резиной и подобными мерами и отпадающего здесь борта функцию бортовой поддержки гибко-эластичной внутренней боковой стенки шины от воздействующих снаружи внутрь усилий всех видов.

Обозначение "внутренний" относится при описании обода и сечения шины или боковых стенок соответственно к направленной к середине транспортного средства стороне.

Из-за неодинаковой формоустойчивости материала обода, на который опирается соответственно внутренняя боковая стенка шины, боковую деформацию обеих боковых стенок, внешних по отношению к повороту шин, можно уменьшить, что открывает конструктору, например при конструировании брекера или расчете воздушного объема, новые перспективы. Более высокой боковой устойчивости колесной системы, достигнутой благодаря более высокой боковой формоустойчивости внутренней бортовой закраины ободов внешних по отношению к повороту колес, особое значение придается еще и потому, что внешние по отношению к повороту колеса вследствие обусловленных центробежной силой поперечных колебаний транспортного средства вокруг продольной оси могут быть нагружены настолько сильнее, что в экстремальном случае внутренние по отношению к повороту колеса могут полностью приподняться, и таким образом работа ведения выполняется только внешними по отношению к повороту колесами транспортного средства, не вызывая уменьшения боковой устойчивости.

Сопоставимый результат не достигается при использовании обычных усиленных бортов для передачи боковых усилий, поскольку известные резиновые борта не могут быть даже приблизительно такими же жесткими, действовать при этом в виде односторонне установленных изгибных балок и при боковой нагрузке выгибаться, а также колебаться или вращаться вокруг прочных на растяжение бортовых колец посадочной поверхности шины. Здесь, следовательно, происходят явно выраженные движения обычных бортов относительно обычных бортовых закраин обода, так что возникающая под действием боковых усилий боковая деформация, включая мембраны над бортами, в целом больше, чем у колесной системы согласно изобретению.

У колеса транспортного средства согласно изобретению внутренняя боковая стенка шины поддерживается более высокой бортовой закраиной жесткого обода так, что, например, боковая деформация сечения шины на внешней по отношению к повороту стороне транспортного средства за счет отклонения или выпучивания при боковом усилии внутрь происходит в целом меньше, чем у обычной шины сопоставляемых конструктивной высоты и воздушного объема с бортами на обычном ободе.

Поэтому импульсы управления могут передаваться от обода к периферии пневматической шины намного точнее и кратчайшим путем.

У колеса транспортного средства согласно изобретению сопротивление качению пневматической шины уменьшается приблизительно на величину прежней работы изгиба отпадающих здесь бортов, в то время как одновременно повышается курсовая устойчивость транспортного средства. При движении на повороте улучшается характер срабатывания и уменьшается угол бокового увода.

Во время сравнительных испытаний было обнаружено, что шины с гибко-эластичными согласно изобретению боковыми стенками при идентичных воздушном объема и внутреннем давлении прогибались на 2 мм больше и, несмотря на большую за счет этого работу брекера из стального корда до 100 км/ч, имели заметное уменьшение общего сопротивления качению по сравнению с такими же по размеру обычными шинами. Если же величину прогиба за счет повышения внутреннего давления приравнять к уровню обычной шины с известными усилениями бортов из жесткой наполнительной резины или наполнительного шнура, то сопротивление качению резко уменьшается, однако без ухудшения комфорта, поскольку радиальная характеристика пружинения гибко-эластичных согласно изобретению боковых стенок шины характеристически мягче, чем у более жестких при таком же соотношении высоты и ширины боковых стенок обычной шины.

Другая возможность усовершенствования колесной системы согласно изобретению обеспечивается за счет взаимодействия гибко-эластичных боковых стенок с растягивающимся и сжимающимся брекером, поскольку благодаря этому можно избежать ненужных тангенциальных деформаций боковых стенок вследствие вытесняющих движений обычного жесткого на сжатие брекера. В этой связи в целом положительно сказывается также гибко-эластичное выполнение боковых стенок за счет отделения работы брекера от нагрузки боковых стенок на переходе к бортовым закраинам обода.

Для выполнения обода с радиально возвышающимися с обеих сторон бортовыми закраинами он может быть также двухкомпонентным, с тем, чтобы можно было смонтировать на нем пневматическую шину.

Благодаря вогнутому контуру возвышающихся бортовых закраин обода, сужающему на своем более крутом отрезке естественный контур изгиба эластичных боковых стенок к середине обода, можно за счет внутреннего давления воздуха обеспечить предварительное натяжение соответствующей боковой стенки шины так, что при возникновении бокового усилия она сразу же срабатывает и не должна деформироваться до упора. Это также способствует согласно изобретению точности и характеру срабатывания пневматической шины.

За счет предварительного натяжения согласно изобретению предпочтительной внутренней боковой стенке на внутренней, более высокой бортовой закраине обода, создается такой контакт с геометрическим и силовым замыканием, что истирание невозможно.

Боковые стенки пневматической шины могут быть выполнены у колеса транспортного средства согласно изобретению без снижения боковой устойчивости мягче и эластичнее, поскольку возвышающаяся внутренняя боковая закраина обода выполняет задачу боковой поддержки.

Если обод выполнен неразборным, то его внешняя бортовая закраина имеет нормальную, т. е. меньшую радиальную протяженность для монтажа и демонтажа пневматической шины, тогда как внутренняя боковая закраина выполнена удлиненной и обеспечивает боковую поддержку пневматической шины или ее внутренней стенки от воздействующих снаружи усилий.

Опирающаяся на внешнюю бортовую закраину обода внешняя гибко-эластичная боковая стенка шины может беспрепятственно выполнять свои комфортные задачи за счет выпучивания или прогиба с малой энергией, не снижая боковой устойчивости.

Боковые стенки не усилены конструктивно наполнительными шнурами, резиной и подобными мерами, а выполнены по всей своей высоте между посадочными поверхностями и плечами протектора в виде гибко-эластичных мембран, так что при боковом выпучивании они должны выполнять меньшую внутреннюю работу, что исключает также возникающие в бортах вредные высокие рабочие температуры, которые при высоких скоростях движения могут стать источником опасности для эксплуатационной прочности.

У известного колеса транспортного средства с устанавливаемым с возможностью вращения ободом и разъемно располагаемой на этом ободе пневматической шиной известно (заявка США N 4308907) расположение на наружных кромках обода радиально отстоящих вверх, так называемых бортовых закраин, которые поддерживают наружу боковины пневматической шины приблизительно до их средней зоны. Эти бортовые закраины обода по форме и расположению соответствуют естественному контуру пневматических шин с тем, чтобы исключить выпучивание шин под нагрузкой.

Пример исполнения колеса транспортного средства согласно изобретению схематично изображен на чертеже, где на фиг. 1 - сечение обода и смонтированной на нем пневматической шины; на фиг. 2 - частичный разрез обода на фиг. 1 в зоне, находящейся с внутренней стороны возвышенной бортовой закраины; на фиг. 3 - частичный разрез пневматической шины согласно изобретению.

Колесо 1 транспортного средства состоит из изготовленного из металла колесообразного обода 2 и смонтированной на нем пневматической шины 3, которая изготовлена в основном из гибкого материала, например вулканизированного каучука или резины.

Обод имеет вблизи своих внешних концов по одной опорной поверхности 4, 5 для описанных ниже посадочных поверхностей смонтированной пневматической шины. Далее в примере исполнения выполненный неразборным обод 2 имеет на наружных кромках по одной возвышающейся боковой закраине 6, 7 для удержания смонтированной пневматической шины 3 на ободе 2.

В изображенном примере исполнения находящаяся с наружной стороны обода бортовая закраина 6 по своей радиальной протяженности короче, чем находящаяся с внутренней стороны обода бортовая закраина 7. Каждая их обеих бортовых закраин 6, 7 обода имеет выступающий наружу носик 8, 9, который обеспечивает изогнутый или постепенный переход от радиального отрезка бортовой закраины обода наружу с тем, чтобы исключить острокромочный контакт между ободом 2 и пневматической шиной 3.

В изображенном на фиг. 2 варианте находящейся с внутренней стороны бортовой закраины 7 обода между направленными наружу носиками 9 и проходящим радиально отрезком 10 бортовой закраины 7 предусмотрен дугообразно или косопроходящий отрезок 11, который образует постепенный переход между радиально проходящим отрезком 10 и направленным наружу носиком 9, с тем, чтобы исключить слишком сильное сужение пневматической шины 3 в зоне обода.

Смонтированная на фиг. 1 на ободе 2 пневматическая шина 3 имеет тороидальное в сечении тело 12 с приблизительно цилиндрическим протектором 13 и двумя приблизительно радиально проходящими боковыми стенками 14, 15, которые по всей своей общей длине или радиальной протяженности выполнены в виде гибко-эластичной мембраны.

На внутреннем конце каждой из этих боковых стенок 14, 15 отформована кольцеобразная утолщенная посадочная поверхность 16, 17 соответственно, причем в каждой из кольцеобразных посадочных поверхностей шины расположено прочное на растяжение бортовое кольцо 18, 19 соответственно.

Посадочные поверхности 16, 17 из-за расположенных в них бортовых колец 18, 19 выполнены утолщенными, однако боковые стенки 14, 15 пневматической шины 3 выполнены по всей своей длине между соответствующей посадочной поверхностью 16, 17 и находящимся на переходу к протектору 13 плечом 20, 21 гибко-эластичными наподобие мембраны.

Как показано на фиг. 1, выполненная более длинной бортовая закраина 7 обода проходит до зоны соответствующей мембранообразной боковой стенки 15, тогда как более короткая бортовая закраина 6 заканчивается вплотную над кольцеобразной посадочной поверхностью 16 шины, с тем, чтобы при неразборном ободе 2 можно было монтировать и демонтировать пневматическую шину 3. Расположенная с внутренней стороны обода, выполненная радиально более длинной бортовая закраина 7 служит, напротив, для поддержки боковой стенки 15, выполненной в виде гибко-эластичной мембраны, при возникновении направленных внутрь боковых усилий. Поэтому у колеса транспортного средства согласно изобретению не требуется располагать в самой пневматической шине 3 усиливающие элементы, например жестких наполнительных шнуров, для восприятия действующих сбоку усилий, например при движении на повороте.

Хотя выполненные мембранообразными боковые стенки 14, 15 пневматической шины 3 уже предельно гибкие, поскольку не содержат существенных усиливающих элементов, для дальнейшего повышения гибкости или отклоняемости боковых стенок они могут быть снабжены огибающими канавками 22 изменяемой глубины. В примере исполнения на фиг. 1 подобные канавки 22 предусмотрены в изображенной здесь слева боковой стенке 14.

Во избежание повреждений боковой стенки пневматической шины в зоне канавок 22, например, при касании шиной бортовых камней между канавками 22, как показано на фиг. 1, с помощью боковой стенки 15 могут быть отформованы выступающие за основной профиль боковой стенки 15 ребра 23.

Канавки 22 и ребра 23 следует предусмотреть, однако, лишь выборочно, причем пневматическую шину 3, если она имеет ребра 23 только с одной стороны, целесообразно монтируют так, чтобы эти ребра 23 находились с наружной стороны, поскольку там повреждений канавок 22 следует ожидать скорее, чем с внутренней стороны.

На фиг. 3 показано, что пневматическая шина 3 в зоне своего протектора 13 содержит брекер 24 и в целом каркас 25, который проходит от одной боковой стенки к другой до посадочных поверхностей 16, 17 шины и завернут там вокруг находящихся там бортовых колец 18, 19, так что в зоне каждой из боковых стенок 14, 15 предусмотрено по одному загибу 26 каркаса 25, проходящему более или менее далеко внутри соответствующей боковой стенки для обеспечения хорошего сцепления, состоящего из корда каркаса 25 с соответствующими бортовыми кольцами 18, 19.

Хотя на фиг. 3 загиб 26 проходит над соответствующим бортовым кольцом 18 на расстоянии от сердцевины 27 каркаса, образованный за счет этого промежуток 28 заполнен не жестким материалом, чтобы достичь боковой устойчивости пневматической шины 3, а мягким материалом, например мягкой резиной. У пневматической шины 3 согласно изобретению боковая устойчивость определяется поэтому, как было сказано выше, в основном формой обода 2.

При описании чертежа обод колеса транспортного средства рассматривался в сочетании с особой пневматической шиной, боковые стенки которой по всей зоне между посадочными поверхностями шины и плечами протектора выполнены гибко-эластичными и таким образом отличается от обычной шины. Хотя речь при этом идет о предпочтительной форме исполнения, колесо транспортного средства может также использоваться с пневматической шиной обычной конструкции, т.е. с пневматической шиной, боковые стенки которой специально не выполнены гибко-эластичными.

На фиг. 4 изображена находящаяся с внутренней стороны колеса транспортного средства (не показано), отогнутая наружу бортовая закраина 29 обычного обода 30, которая служит посадочной поверхностью для бортового кольца (не показано) пневматической шиной любой конструкции (не показана). На бортовую закраину 29 обода 30 в горячем состоянии насажено металлическое кольцо 31, которое выполняет функцию описанной выше возвышенной бортовой закраины 7 и обеспечивает возможность снабжения уже имеющихся ободов 30 подобной возвышенной боковой закраиной.

В этой форме исполнения кольцо 31, очень легко и равномерно изготовляемое из прочного материала, имеет на своем концентричном участке стык 32, так что до или после монтажа пневматической шины оно может быть надето на бортовую закраину 29 обода.

Другая форма исполнения предусматривает использование замкнутого кольца обода такого диаметра, что нагретое с целью монтажа кольцо 31 после надевания на более холодную бортовую закраину 29 при охлаждении подвергается такой усадке на ней, что образуется прочное, без зазоров соединение. При этом радиально внутренний контур 33 кольца 31 выполнен так, что он совпадает с радиально внешним контуром 34 бортовой закраины 29 для обеспечения зацепления с геометрическим замыканием контактных поверхностей бортовой закраины 29 и колец 31. В сочетании с прочной на растяжение структурой кольца 31 достигается таким образом формоустойчивая и прочная поддержка с силовым замыканием боковой стенки шины, что препятствует деформациям, приводящим к разрушению ее опорных поверхностей.

Колесо 1 содержит устанавливаемый с возможностью вращения обод 2 и разъемно располагаемую на нем пневматическую шину 3, которая имеет тороидальное в сечении тело с приблизительно цилиндрическим протектором, двумя радиально проходящими боковыми стенками и находящимися на направленных к ободу концах, усиленными посредством прочных на растяжение бортовых колец посадочными поверхностями для крепления пневматической шины между концевыми бортовыми закраинами обода. По меньшей мере одна из бортовых закраин 6,7 обода имеет большую радиальную длину и проходит по меньшей мере приблизительно до средней части соответствующей боковой стенки 15 пневматической шины. Боковые стенки пневматической шины выполнены во всей зоне между посадочными поверхностями и плечами протектора гибко-эластичными. Изобретение решает задачу улучшения эксплуатационных свойств. 6 з.п.ф-лы, 4 ил.

1. Колесо транспортного средства, содержащее устанавливаемые с возможностью вращения обод и съемно располагаемую на нем пневматическую шину, имеющую тороидальное в поперечном сечении тело приблизительно с цилиндрическим протектором, двумя радиально проходящими боковыми стенками и находящимися на направленных к ободу концах, усиленными посредством прочных на растяжение бортовых колец, посадочными поверхностями для крепления пневматической шины на опорных поверхностях между концевыми бортовыми закраинами обода, каждая из которых имеет изогнутый переход наружу к носику, одна и другая бортовые закраины расположены снаружи опорных поверхностей обода и выполнены так, что радиальный отрезок одной закраины имеет большую длину, чем длина радиального отрезка другой закраины, отличающееся тем, что бортовая закраина с радиальным отрезком большей длины расположена приблизительно до высоты боковой стенки пневматической шины, обеспечивая при наличии внутреннего давления в шине более крутой контур изгиба прилегающей боковой стенки шины, чем естественный контур изгиба боковой стенки шины, расположенной на этой бортовой закраине, и контур изгиба боковой стенки шины, расположенной на другой боковой закраине меньшей длины. 2. Колесо по п.1, отличающееся тем, что боковые стенки пневматической шины выполнены по всей зоне между посадочными поверхностями и плечами протектора гибко-эластичными. 3. Колесо по п.1, отличающееся тем, что боковые стенки пневматической шины содержат в резиновом материале в качестве единственного усиления состоящий предпочтительно из корда каркас. 4. Колесо по п. 2, отличающееся тем, что каркас в зоне посадочных поверхностей шины выполнен с загибом, который либо загнут непосредственно вокруг соответствующего бортового кольца и заканчивается там, либо продолжен в соответствующую боковую стенку без прокладывания усиливающих элементов. 5. Колесо по пп.1-3, отличающееся тем, что боковые стенки пневматической шины имеют огибающие углубленные канавки. 6. Колесо по п.4, отличающееся тем, что между канавками предусмотрены выступающие наружу, огибающие ребра. 7. Колесо по пп. 1-6, отличающееся тем, что бортовая закраина большей длины расположена на наружной поверхности колеса и для обеспечения с геометрическим замыканием зацепления с отогнутой наружу бортовой закраиной меньшей длины состоит из насаженного на эту бортовую закраину кольца, образующего с этой отогнутой наружу бортовой закраиной закрытый стык.

Приоритет по пунктам:
21.02.93 - по пп.1-6;
28.07.93 - по п.7.