ШИП ПРОТИВОСКОЛЬЖЕНИЯ ПОКРЫШКИ КОЛЕСА ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА (ВАРИАНТЫ), ПОКРЫШКА С ШИПАМИ ПРОТИВОСКОЛЬЖЕНИЯ Российский патент 2008 года по МПК B60C11/16 

Группа изобретений относится к автомобильной промышленности, а именно к антискользящим устройствам, и может быть использована в автомобильных покрышках для улучшения тяговой возможности и предохранения от скольжения.

Объектами изобретения являются шип противоскольжения (три варианта) и покрышка с шипами противоскольжения.

Большинство известных шипов противоскольжения, используемых в покрышках колес транспортных средств, состоят, как правило, из стержневого корпуса с фланцем, а также твердосплавного наконечника - вставки, закрепленной в корпусе продольно, таким образом, что она частично выступает над поверхностью торца корпуса. Наконечник либо запрессовывается, либо впаивается в корпус шипа.

Известен шип, имеющий стержневой корпус с опорным фланцем и твердосплавным стержневым наконечником, закрепленным на торцевой части корпуса [заявка WO 2005/049341, опубл. 02.06.2005 г.]. Такие шипы, установленные в протекторной части покрышки колеса, имеют хорошее сцепление с дорогой, покрытой ледяной коркой или укатанным снегом. Однако при торможении транспортного средства, особенно с заблокированными колесами в процессе скольжения осуществляется линейный контакт наконечника с дорожным покрытием, т.е. ширина фронта воздействия на дорожное покрытие (на ледяную корку) стержневого наконечника соответствует диаметру наконечника, что определяет низкий коэффициент трения скольжения. Таким образом, шипы такого типа недостаточно эффективны при торможении транспортного средства с заблокированными колесами.

В качестве прототипа шипа (для всех вариантов) выбран шип [заявка Японии 63-2707, опубл. 07.06.1988 г.] со стержневым цилиндрическим корпусом, на одном конце которого имеется фланец, на другом конце - в торцевом осевом канале - закреплена цилиндрическая вставка, на выступающей части которой закреплена пластина, являющаяся твердосплавным наконечником. Пятно контакта шипа с поверхностью определяется площадью сечения пластины, а следовательно, коэффициент сцепления с дорожным полотном выше, чем у шипов со стержневым наконечником. Однако, как бы не были ориентированы пластины на поверхности покрышки, при резком торможении с самопроизвольным разворотом (движение «юзом»), возможно такое положение, при котором пластина наконечника ориентирована продольно направлению движения. В этой ситуации сохраняются невысокие свойства при торможении с заблокированными колесами, как это описано выше для стержневого наконечника. В другом крайнем положении, когда при торможении пластина наконечника ориентирована перпендикулярно направлению движения, коэффициент трения скольжения значительно увеличивается, т.к. осуществляется зональный контакт (ширина фронта воздействия определяется шириной пластины) с ледяной коркой дорожного покрытия. Но при этом проявляется недостаточная надежность шипов, т.к. пластины не обладают достаточным запасом прочности. Значительные силы, воздействующие при торможении, приводят к разрушению пластины наконечника (изгибу и срезу).

В качестве прототипа для второго объекта - покрышки с шипами противоскольжения, выбран описанный выше прототип [заявка Японии 63-2707, опубл. 07.06.1988 г.]. Все, что относится к критике шипов, относится к покрышкам, т.к. недостатки при торможении на гололеде в основном определяются конструкцией шипов.

В основу изобретения поставлена задача - создание шипа противоскольжения и покрышки, снабженной шипами, повышенной надежности.

Технический результат, достигаемый изобретением, - повышение прочности наконечника, повышение коэффициента сцепления с дорожным покрытием и повышение коэффициента трения скольжения при торможении с заблокированными колесами.

В первом варианте шип противоскольжения покрышки колеса транспортного средства имеет корпус с фланцем и наконечником, выполненным в виде пластины. При этом корпус и наконечник выполнены единым целым из твердосплавного материала. По меньшей мере, наконечник имеет в поперечном сечении дугообразную форму. Возможно исполнение, в котором наконечник является продолжением корпуса, и вместе они образуют единую цельную пластину, имеющую в поперечном сечении дугообразную форму. Предпочтительно, чтобы дуга поперечного сечения пластины являлась радиусной.

Во втором варианте шип противоскольжения содержит корпус с фланцем и твердосплавным наконечником, выполненным в виде пластины. При этом корпус, по меньшей мере, в верхней части выполнен уплощенным, полым и имеет в поперечном сечении замкнутую фигуру, две противоположные стороны которой являются параллельными друг другу дугами. Сам твердосплавный наконечник имеет форму изогнутой пластины с поперечным сечением, соответствующим поперечному сечению полости корпуса, и закреплен на торце корпуса с частичным заглублением в упомянутую полость. Предпочтительно, когда две противоположные стороны фигуры, образуемой поперечным сечением верхней части корпуса, являются концентрическими радиусными дугами.

В третьем варианте шип противоскольжения содержит фланец, корпус в виде стержня и твердосплавный наконечник, выполненный в виде пластины. Пластина наконечника имеет в поперечном сечении дугообразную форму, при этом пластина закреплена на торце корпуса с частичным заглублением внутрь корпуса. Предпочтительно, когда дуга поперечного сечения пластины является радиусной. Стержень корпуса может иметь сечение, переменное по высоте.

Заявляемая покрышка снабжена шипами противоскольжения, каждый из которых имеет корпус с фланцем и твердосплавным наконечником, выполненным в виде пластины. Корпус может иметь любую приемлемую форму, например, как это описано выше. При этом, по меньшей мере, пластина наконечника имеет в поперечном сечении дугообразную форму, предпочтительно радиусную. Шипы в покрышке установлены так, что касательная к пластине наконечника, перпендикулярная продольной плоскости симметрии пластины наконечника, ориентирована под углом к плоскости, перпендикулярной оси симметрии покрышки, и этот угол составляет 5-175°.

Предпочтительными являются углы 45° или 135°.

В данной заявке рассматривается достаточно тонкая пластина наконечника, продольные поверхности которой параллельны друг другу, т.е. пластина имеет постоянную толщину. Это позволяет применять термин «дуга» по отношению к поперечному сечению пластины, несмотря на то, что, строго говоря, дугой является серединная продольная линия сечения. То же самое относится к стенкам корпуса во втором варианте заявляемого шипа.

Более подробно сущность изобретения раскрывается в приведенных ниже примерах реализации и иллюстрируется чертежами, на которых представлено:

фиг.1 - конструкция шипа по первому варианту, в случае, когда наконечник и корпус выполнены в форме единой пластины, фиг.2 - конструкция шипа по второму варианту, фиг.3 - конструкция шипа по третьему варианту, фиг.4 - фрагмент протектора покрышки с шипами противоскольжения, вид в плане, фиг.5 - шип на покрышке, вид в плане.

В первом варианте шип противоскольжения представляет собой единую (не сборную) деталь, т.е. и корпус 1, и опорный фланец 2, и наконечник 3 выполнены из твердосплавного материала. В качестве такого материала может использоваться любой материал, традиционно применяемый в наконечниках шипов противоскольжения (карбиды, бориды, сплавы, стали, металлокерамика и т.д.). Опорный фланец 2 в этой конструкции, как и в других, описываемых ниже, может иметь форму плоского кольца, диска или пластины любой приемлемой формы.

Корпус 1 в первом варианте может иметь любую приемлемую форму, например, цилиндрическую. Предпочтительно, как это показано на Фиг.1, когда наконечник 1 является продолжением корпуса 2 и вместе они образуют единую пластину, имеющую в поперечном сечении дугообразную форму. В общем случае это сектор (продольный вырез) поверхности эллипсоидного цилиндра (прямого цилиндра, в основании которого эллипс). Предпочтительно, когда дуга сечения единой пластины имеет радиусную форму, т.е. поверхность пластины представляет собой сектор поверхности прямого кругового цилиндра (цилиндрический сектор).

Во втором варианте шипа (Фиг.2) только пластина наконечника 3 выполнена из твердосплавного материала. Корпус 1 и фланец 2 выполнены из любого приемлемого материала, используемого в подобных изделиях, например, из металла, резины, пластика. Корпус 1 целиком, или, что предпочтительнее, в верхней части, выполнен полым и уплощенным. Т.е. по форме это продольно приплюснутая и изогнутая в поперечном направлении трубка. В поперечном сечении корпус имеет замкнутую выпукло-вогнутую фигуру, две противоположные стороны которой являются параллельными друг другу дугами и объединены в замкнутый контур двумя короткими выгнутыми дугами. При этом наконечник 3 имеет форму изогнутой пластины с поперечным сечением, соответствующим поперечному сечению полости (узкой, изогнутой в поперечном направлении, щели) корпуса 1, и закреплен на торце корпуса 1 с частичным заглублением в упомянутую полость. В общем случае стенки 4, 5 корпуса, зажимающие основание наконечника 3, и сам наконечник 3 являются параллельными поверхностями эллипсоидного цилиндра. Предпочтительно, когда указанные дуги являются радиусными. В этом случае, стенки 4, 5 корпуса 1, между которыми зажат наконечник 2, и сам наконечник имеют поверхности коаксиальных цилиндрических секторов.

В третьем варианте шипа (Фиг.3), как и во втором, только пластина наконечника 3 выполнена из твердосплавного материала. Корпус 1 шипа выполнен в виде стержня любой приемлемой формы - цилиндрической, ограненной, комбинированной. При этом стержень может иметь переменное по высоте сечение, т.е. быть расширяющимся, сужающимся, иметь радиальные выступы, в том числе в виде плоских колец (фланцев), иметь валики на боковой поверхности и т.д. Пластина наконечника закреплена на торце корпуса с частичным заглублением внутрь корпуса. В общем случае пластина имеет в поперечном сечении дугообразную форму, то есть имеет поверхность эллипсоидного цилиндра. Предпочтительно, когда дуга пластины имеет радиусную форму, т.е. поверхность пластины представляет собой поверхность цилиндрического сектора.

Форма наконечника в основном определяет прочностные свойства шипа, коэффициент сцепления с покрытием и коэффициент трения скольжения при торможении. В отличие от прототипа, в котором наконечник выполнен в виде плоской пластины, в заявляемом изобретении (во всех трех вариантах) форма наконечника является идентичной продольному вырезу трубки. Форма трубки обладает большей жесткостью и выдерживает больший изгибающий момент до разрушения (среза), чем плоская пластина. Это определяет более высокие прочностные свойства шипа при ударных нагрузках, испытываемых при торможении с заблокированными колесами.

Вторым преимуществом, которым обладают шипы с описанной выше дугообразно изогнутой пластиной наконечника, является больший коэффициент сцепления с покрытием. Это объясняется тем, что пятно контакта наконечника ограничивается самой дугой и хордой, соединяющей ее концы, что значительно больше, чем у прямой пластины, у которой пятно контакта определяется площадью поперечного сечения (вытянутого прямоугольника).

Предметом изобретения также является покрышка колеса транспортного средства, снабженная шипами противоскольжения, которые имеют корпус с фланцем и твердосплавным наконечником, выполненным в виде пластины. При этом шипы могут соответствовать одному из описанных выше вариантов. Отличительным признаком шипа заявляемой покрышки является то, что его наконечник имеет форму пластины, изогнутой в поперечном направлении - дугообразно или, что предпочтительно, радиусно. Покрышка, снабженная такими шипами, обладает преимуществами, описанными выше.

Однако, важным фактором, определяющим надежность покрышки, является не только форма выполнения шипа, в частности, его наконечника, но и ориентация наконечника на поверхности протектора.

В заявляемом изобретении шипы в протекторе покрышки 6 установлены так, что в поперечном сечении наконечника касательная 7 к пластине 3 наконечника, проходящая через точку перегиба дуги, ориентирована под углом α к плоскости (след плоскости обозначен на Фиг.4 поз.8, V - вектор скорости), перпендикулярной оси симметрии покрышки, и этот угол α составляет от 5 до 175°. Предпочтительно, когда угол α₁=45° или α₂=135°. В случае, когда в сечении пластины наконечника имеется осесимметричная, например, радиусная дуга, вышесказанное справедливо для касательной, перпендикулярной продольной плоскости симметрии (след плоскости обозначен поз.9) пластины наконечника. При заявленных углах ориентации пластины наконечника наиболее эффективно торможение при заблокированных колесах.

Как это описано выше, ширина L фронта воздействия при торможении юзом, а следовательно, эффективность торможения, определяется ориентацией наконечника относительно направления движения и для плоской пластины колеблется от размера ширины пластины до минимального - толщины пластины. Т.е. возможны ситуации, при которых шип с плоской пластиной наконечника не эффективен при торможении.

В заявляемом изобретении пластина наконечника изогнута в поперечном направлении. При такой конструкции максимальная ширина L_max фронта определяется длиной хорды, соединяющей концы дуги в поперечном сечении пластины, минимальная ширина L_min фронта - длиной перпендикуляра от хорды до точки перегиба дуги. Таким образом, в данной конструкции, как бы не была ориентирована пластина по отношению к вектору V перемещения, ширина L фронта воздействия меняется незначительно, по меньшей мере, не вырождается в значение толщины пластины.

Таким образом, изменение конструкции шипа повышает надежность и безопасность эксплуатации автотранспортных средств в зимнее время, при наличии на дорогах ледяной корки и укатанного снега. Это достигается изменением конструкции, что повышает прочность шипа, повышает коэффициент сцепления с дорожным покрытием (уменьшает проскальзывание колес на льду), а также повышает коэффициент трения скольжения при торможении с заблокированными колесами (уменьшает тормозной путь).

Объектами изобретения являются шип противоскольжения (три варианта) и покрышка с шипами противоскольжения. В первом варианте шип имеет корпус с фланцем и наконечником, выполненным в виде пластины. При этом корпус и наконечник выполнены единым целым из твердосплавного материала. По меньшей мере, наконечник имеет в поперечном сечении дугообразную форму. Во втором варианте корпус шипа, по меньшей мере, в верхней части выполнен уплощенным, полым и имеет в поперечном сечении замкнутую фигуру. Сам наконечник имеет форму изогнутой пластины с поперечным сечением, соответствующим поперечному сечению полости корпуса, и закреплен на торце корпуса с частичным заглублением в упомянутую полость. В третьем варианте пластина наконечника имеет в поперечном сечении дугообразную форму, при этом пластина закреплена на торце корпуса с частичным заглублением внутрь корпуса. Заявляемая покрышка снабжена шипами противоскольжения, каждый из которых имеет корпус с фланцем и твердосплавным наконечником, выполненным в виде пластины. При этом пластина наконечника имеет в поперечном сечении дугообразную форму. В результате повышается надежность и безопасность эксплуатации автотранспортных средств в зимнее время. 4 н. и 10 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Шип противоскольжения покрышки колеса транспортного средства, содержащий корпус с фланцем и наконечником, выполненным в виде пластины, отличающийся тем, что корпус и наконечник выполнены единым целым из твердосплавного материала, при этом, по меньшей мере, наконечник имеет в поперечном сечении дугообразную форму.2. Шип по п.1, отличающийся тем, что наконечник и корпус образуют единую цельную пластину, имеющую в поперечном сечении дугообразную форму.3. Шип по п.1 или 2, отличающийся тем, что дуга поперечного сечения пластины является радиусной.4. Шип противоскольжения покрышки колеса транспортного средства, содержащий корпус с фланцем и твердосплавным наконечником, выполненным в виде пластины, отличающийся тем, что корпус, по меньшей мере, в верхней части выполнен уплощенным, полым и имеет в поперечном сечении замкнутую выпукло-вогнутую фигуру, при этом наконечник имеет форму изогнутой пластины с поперечным сечением, соответствующим поперечному сечению полости корпуса и закреплен на торце корпуса с частичным заглублением в упомянутую полость.5. Шип по п.4, отличающийся тем, что две противоположные стороны фигуры, образуемой поперечным сечением верхней части корпуса, являются концентрическими радиусными дугами.6. Шип противоскольжения покрышки колеса транспортного средства, содержащий фланец, корпус в виде стержня и твердосплавный наконечник, выполненный в виде пластины, отличающийся тем, что пластина наконечника имеет в поперечном сечении дугообразную форму, при этом пластина закреплена на торце корпуса с частичным заглублением внутрь корпуса.7. Шип по п.6, отличающийся тем, что дуга поперечного сечения пластины является радиусной.8. Шип по п.6, отличающийся тем, что стержень корпуса имеет сечение, переменное по высоте.9. Шип по п.7, отличающийся тем, что стержень корпуса имеет сечение, переменное по высоте.10. Покрышка колеса транспортного средства, снабженная шипами противоскольжения, каждый из которых имеет корпус с фланцем и твердосплавным наконечником, выполненным в виде пластины, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, пластина наконечника имеет в поперечном сечении дугообразную форму.11. Покрышка по п.10, отличающаяся тем, что дуга поперечного сечения пластины является радиусной.12. Покрышка по п.10, отличающаяся тем, что шипы установлены так, что касательная к пластине наконечника, перпендикулярная продольной плоскости симметрии пластины наконечника, ориентирована под углом к плоскости, перпендикулярной оси симметрии покрышки, и этот угол составляет 5-175°.13. Покрышка по п.11, отличающаяся тем, что шипы установлены так, что касательная к пластине наконечника, перпендикулярная продольной плоскости симметрии пластины наконечника, ориентирована под углом к плоскости, перпендикулярной оси симметрии покрышки, и этот угол составляет 5-175°.14. Покрышка по п.13, отличающаяся тем, что угол составляет 45 или 135°.