Колесо с шиной Советский патент 1991 года по МПК B60B21/10 B60C15/02 

Изобретение относится к колесным транспортным средствам, а именно к конструкции колеса с пневматической шиной, и может быть использовано предприятиями автомобильного, тракторного, подъемно- транспортного и сельскохозяйственного машиностроения.

Цель изобретения - повышение срока службы шины и снижение трудоемкости ее монтажа-демонтажа.

На фиг.1 показано колесо с шиной, поперечное сечение; на фиг.2 и 3 - сечение А-А на фиг.1 (варианты выполнения посадочной полки обода в средней части по наибольшему диаметру).

Колесо с шиной содержит обод 1 с бортовыми закраинами 2 и посадочными полками 3 и установленную на обод шину, включающую в себя покрышку 4 с бортами 5, имеющими конические основания и бортовые кольца 6, а также в камерном варианте и ездовую камеру 7, В бескамерном варианте шины ездовая камера 7 отсутствует.

В сечении А-А, расположенном в средней части посадочной полки 3 обода 1, посадочные полки имеют наибольший диаметр d. К середине обода 1 и к бортовой закраине 2 высота посадочной полки 3 постепенно уменьшается, обеспечивая переменный натяг вдоль посадочной полки. В сечении А-А каждая из двух посадочных полок 3 очерчена чередующимися сопряженными между собой участками 8 и 9 с угловым шагом а 0,20-0,23 рад и периодически изменяющимся расстоянием до оси вращения колеса.

В точке А (фиг.2 и 3) посадочная полка 3 имеет наибольшее расстояние до оси вращения колеса, равное d/2, т.е. половине наибольшего диаметра посадочной полки 3 обода 1. В этой точке сечения натяг посадки бортов 5 покрышки 4 на посадочных полках 3 обода 1 наибольший°и составляет не менее величины 5 0,0075d.

При переходе от точки А к точке В контура сечения расстояние до оси вращения колеса уменьшается и в точке В оно достигает наименьшей величины. Вследствие пе-- риодического изменения расстояния до оси вращения колеса периодически по контуру сечения меняется натяг посадки от наибольшего значения в точке А до наименьшего значения в точке В. За один период натяг по периметру изменяется на величину (0,005- 0,007)d.

В других сечениях, перпендикулярных оси вращения колеса, натяг посадки будет иметь иные значения в соответствии с законом изменения высоты посадочной полки вдоль оси колеса, однако величина перепада натяга по периметру в обе стороны от сечения А-А к середине обода и к бортовой

закраине равномерно уменьшается до нуля. На фиг.2 показан один из вариантов выполнения посадочной полки 3 обода 1 в сечении, перпендикулярном оси вращения колеса. Здесь участок 8 представляет собой

в общем случае выпуклую кривую, в частности радиусную кривую с радиусом RI (0- 45d -оо ), а участок 9 очерчен вогнутой кривой, в частности радиусной кривой с радиусом R2 (0-45d - оо). Участки 8 и 9 сопряжены между собой кривой, в частности радиусной кривой с радиусом R3 (0,01-0,1)d, При RI d/2 в сечении А-А точка А с наибольшим натягом расположена в середине участка 8. Если центр кривизны радиусной

кривой участка 8 расположен на оси вращения колеса (для сечения А-А это возможно при RI d/2), то натяг посадки на участке 8 сохраняется постоянным и изменяется только на участке 9,

При RI оо и R2 оо участки 8 и 9

являются прямыми гранями равностороннего многоугольника, сопряженными между собой радиусной кривой с радиусом R3 (фиг.З).

В предлагаемом колесе после сборки обода с шиной происходит перераспределение удельного давления посадки бортов 5 покрышки 4 на посадочных полках 3 обода 1 между участками 8 и 9 посадочных полок

3 обода 1, что связано с вязкоупругими свойствами и релаксацией материала бортов покрышки. При этом на участках 8 удельное давление посадки уменьшается и на участках 9 возрастает,

Часть крутящего момента посадочными полками 3 обода 1 и коническими основаниями бортов 5 покрышки 4 реализуется непосредственно за счет создания предварительного натяга посадки. Если

сцепления посадочных полок 3 обода 1 с основаниями бортов бпокрышки 4 недостаточно для передачи крутящего момента, происходят микроперемещения основания бортов 5 покрышки 4 относительно посадочных полок 3 обода 1 в окружном направлении. В этом случае при передаче вращения от обода 1 к покрышке 4 против часовой стрелки (фиг,2 и 3) наиболее выступающая точка А участка 8 посадочной полки 3 обода

1 встречает сопротивление движению со стороны основания борта 5 покрышки 4, где натяг уменьшается от точки А к точке В. Проскальзывание посадочной полки 3 обода 1 по основанию борта 5 покрышки 4 станет возможным только после совершения дополнительной значительной работы упругой деформации основания борта 5 покрышки 4 в зоне контакта основания борта 5 с участками 9 посадочной полки 3 обода 1, так как. равновесие между распорной силой ня борта шины, вызванное окружным смещением шины относительно обода, и радиальным перемещением материала бортов шины носит замедленный релаксационный характер. Этим достигается увеличение передаваемого крутящего момента между по- садочными полками 3 обода 1 и основаниями, бортов 5 покрышки 4 несмотря на уменьшение натяга посадки на участках 9 посадочной полки 3 обода 1 с основаниями бортов 5 покрышки 4.

Применение предлагаемого узла в каче стве колеса транспортного средства с шиной регулируемого давления воздуха позволяет существенно снизить средний натяг посадки бортов шины на посадочных полках обода, не опасаясь снижения нагрузочной способности соединения бортов покрышки с посадочными полками обода. Это мероприятие приводит к снижению напряжений в бортах шины, что увеличивает ее долговечность, а также снижается трудоемкость монтажно-демонтажных работ

Нижний предел натяга посадки 6 бортов покрышки гарантирует достаточное сцепление бортов покрышки с посадочными полками обода и передачу между ними крутящего момента.

Пределы значения углового шага о. непосредственно связаны с величиной натяга бортов покрышки на посадочные полки обода. С увеличением углового шага а возрастает разность натягов посадки в точке А на участке 8, где натяг в рассматриваемом сечении максимален и в точке В, являющейся серединой участка 9, где натяг « в рассматриваемом сечении минимален, что улучшает напряженно-деформированное состояние бортов покрышки и снижает трудоемкость выполнения монтажно-демонтажных работ. Однако для нормальной работы соединения бортов покрышки с посадочными полками обода в сечении А-А должен быть гарантирован натяг в любой точке контакта борта с посадочной полкой обода, чем определяется верхний предел углового шага о..

При выходе за нижний предел углового шага а будет иметь место небольшой перепад натягов в соединении покрышки с ободом, что не обеспечивает существенных преимуществ работы узла, т.е. не достигается цель изобретения.

При выходе за верхний предел углового шага а будет иметь место большой перепад натягов на участке 8 и в середине участка 9 (точка В), что создает опасность появления зазора между ободом и бортом покрышки на вогнутом криволинейном участке 9. Зона, где имеет место зазор между ободом и бортом покрышки, не участвует в передаче крутящего момента от обода к шине, что

снижает нагрузочную способность соединения.

По этим же причинам ограничены пределы изменения натяга по периметру за период величиной (0,005-0,007)d.

Изменение радиусов RI и R2 участков 8

и 9 влияет на характер изменения натяга посадки по периметру и на кривизну контура сечения посадочной полки. При выходе за нижний предел указанного диапазона раиусов RI и R2 существенно возрастает кривизна контура сечения посадочной полки, который копирует посаженный на нее борт покрышки. При этом создается опасность, что из-за повышенной жесткости бортовони

не будут копировать контур посадочной полки, т.е. не достигается цель изобретения.

Сопряжение участков 8 и 9 радиусной кривой с радиусом R3 исключает наличие острых ребер в зоне перехода, что снижает

концентрацию напряжений в материале бортов покрышки. Нижний предел радиуса Вз исключает наличие острых ребер на бортах покрышки в зоне перехода от участка 8 к участку 9 При превышении верхнего предела указанного диапазона радиуса Ra зона сопряжения излишне расширяется, а активная зона участков 8 и 9 сужается.

В предлагаемом изобретении в точке А обода 1 посадочная полка 3 имеет наибольшее расстояние до оси вращения колеса, равное d/2, т.е. половине наибольшего диаметра посадочной полки 3 обода 1. В этой точке сечения А-А натяг посадки бортов 5 покрышки 4 на посадочных полках 3 обода

1 наибольший и составляет, согласно изобретению, не менее величины д - 0,0075d. Это граничное значение величины натяга посадки д обосновывается с точки зрения достижения положительного эффекта следующими соображениями. Натяг в точках А сечения А-А обода 1 в предлагаемом изобретении принят таким же, как и натяг по наибольшему диаметру посадочной полки серийных конструкций колес с шинами регулируемого давления и криволинейными в осевом сечении посадочными полками обода, по которым накоплен большой опыт эксплуатации. Такой натяг обеспечивает

надежную работу соединения тины с ободом.

Поэтому на основании опыта эксплуатации аналогичных серийных конструкций нижнее граничное значение величины натяга посадки шины на обод д в предлагаемом колесе принято 5 0,0075 .

Верхний предел натяга д в формуле изобретения в предлагаемом колесе не регламентирован. При известных материалах бортов шин, по аналогии с серийными конструкциями, он может быть принят д 0,011d . При натяге д 0,011d по аналогии с серийными конструкциями, будут иметь место значительные напряжения в материале бортов шины и ее бортовых кольцах, что не способствует повышению долговечности шины, а также затрудняет выполнение монтажно-демонтажных работ, т е не достигается цель изобретения

Нижний предел натяга д бортов ло- крышки гарантирует достаточное сцепление бортов покрышки с посадочными полками обода и передачу между ними крутящего момента несмотря на снижение натяга при переходе по периметру сечения А-А от точки А к точке В за счет перераспределения удельного давления посадки бортов 5 покрышки 4 на посадочных полках 3 обода 1 между участками 8 и 9 посадочных полок 3 обода 1 после сборки колеса, что связано с вязкоупругими свойствами и релаксацией материала бортов покрышки. При этом на участках 8 удельное давление посадки уменьшается, и на участках 9 возрастает.

В серийных конструкциях шин регулируемого давления после длительной эксплуатации наблюдается падение величины натяга посадки шины на посадочных полках обода на 38,5т44,0%, однако при этом обеспечивается надежная посадка шины на ободе.

В предлагаемом колесе в точке А сечения А-А в процессе эксплуатации шины будет иметь место также падение натяга посадки шины на ободе. Однако вследствие малого натяга в окрестности точек В сечения А-А в процессе эксплуатации будет наблюдаться увеличение натяга в этой зоне в связи с вязкоупругими свойствами материала бортов шины. При этом результирующая нормальных сил давления посадочных полок на борта шины сохраняется примерно постоянной в процессе всей эксплуатации шины и примерно равна таковой в серийной шине после длительной эксплуатации. А так как в серийной шине после длительной эксплуатации несмотря на снижение нэтяга на

38,5-44,0%, обеспечивается надежная посадка шины на ободе, то и в предлагаемом колесе, несмотря на небольшой натяг в окрестности точек В, в связи с вязкоупругими

свойствами материала бортов шины также будет обеспечена передача крутящего момента от обода к шине при периодическом изменении натяга по периметру на величину (0,005-0,007)d.

0 Так, при предельном натяге посадки шины на ободе в точке А 5 0,0075d и изменении натяга от точки А к точке В на величину O.OOSd (нижний предел изменения натяга от точки А к точке В) натяг в точке В составит

5 (0,0075-0,005)d 0,0025d. При линейном законе изменения натяга от точки А к точке В (имеет место в конструкции по фиг.З) сред- - ний натяг в сечении А-А равен

дер (0,0025 + 0,0075)d/2 0,0050d,

0 что составляет 67% от натяга в точке А, т.е. средний натяг меньше натяга в точке А на 33%.

При предельном натяге посадки шины на ободе в точке 0,0075d и изменении натяга от

5 точки А к точке В на величину 0,007d (верхний предел изменения натяга от точки А к точке В) натяг в точке В составит 0,0005d При линейном законе изменения натяга от точки А к точке В средний натяг в сечении

0 А-А составит

5cp(0,OOjD5d f 0,0075d),0040d , что составляет 53% от натяга в точке А, т.е. в этом случае средний натяг меньше натяга в точке А на 47%.

5в конструкции по фиг.2 закон изменения натяга по периметру более благоприятен, что дает увеличение среднего натяга в сечении А-А по сравнению с конструкцией по фиг.З и увеличение нагрузочной способ0 ности соединения шины с ободом.

Таким образом, в предлагаемом объекте средний натяг посадки шины на ободе того же порядка, что и в серийных конструкциях после их длительной эксплуатации.

5Если натяг от точки А к точке В изменится на величину меньше чем 0,005d, то в бортах шины будут иметь место необоснованно большие напряжения, что снижает долговечность шины, а большие удельные

0 давления посадки шины на ободе при этом повышают трудоемкость монтажа-демонтажа шины.

Если натяг от точки А к точке В изменится на величину больше чем 0,007d. то созда5

ется опасность появления зазора между ободом и бортом покрышки на вогнутом криволинейном участке 9, Зона, где имеет место зазор между ободом и бортом покрышки, не участвует в передаче крутящего

момента от обода к шине, что снижает нагрузочную способность соединения.

Так обоснованы пределы изменения натяга по периметру в сечении А-А за период величиной (0,005-0,007)d.

Граничные значения углового шага а и радиусов RI и R2 подобраны расчетным путем и в своей совокупности обеспечивают периодическое изменение натяга по периметру в сечении А-А на величину (0,005- 0,007)d, Послед-няя обоснована выше. Причем граничные значения радиусов RI и R2 указаны во втором пункте формулы, так как в общем случае радиусные кривые с радиусами RI и R2 могут быть заменены близкими к ним кривыми высшего порядка при выполнении углового шага в указанных пределах и достижении цели изобретения.

В основном пункте формулы изобретения указаны граничные значения для углового шага а , ограниченного величиной а 0,20-0,23 рад.

При выходе за нижний предел углового шага для обеспечения требуемого перепада натяга за период на величину (0,005-0,007)d потребуется существенно увеличить кривизну участков 8 и 9 посадочных полок обода. Кривизну этих участков обода должен копировать посаженный на обод борт шины. При этом создается опасность, что из-за повышенной жесткости бортов они не будут копировать контур посадочной полки с большой кривизной, т е. не достигается цель изобретения.

Изсоображений хорошего копирования бортами шины контура посадочной полки обода радиуса кривизны участков 8 и 9 посадочной полки обода должны быть по величине близкими или больше половины наибольшего диаметра d, чем и обосновываются граничные значения Ri и R2: нижнее граничное значение радиусов Ri и R2 равно 0,45d, а верхнее граничное значение Ri и R2 равное с°, т.е. при верхнем граничном значении Ri и R2 контур посадочной полки обода в сечении А-А представляет собой равносторонний многоугольник.

Если же при выходе за нижний предел углового шага фиксировать значения радиусов Ri и Ra, т.е. сохранить кривизну участков 8 и 9 постоянной, то перепад натяга за период будет меньше требуемой величины (0,005-0,007)d, т.е. не достигается цель изобретения.

При выходе за верхний предел углового шага для обеспечения требуемого перепада натяга за период на величину

(0,005-0,007)d потребуется оба участка 8 и 9 выполнить выпуклыми с малой кривизной. Из принципа работы соединения шины с ободом вытекает, что если сцепления посадочных полок 3 обода 1 с основаниями бортов 5 покрышки 4 недостаточно для передачи крутящего момента, происходят микроперемещения основания бортов 5 покрышки 4 относительно посадочных полок 3

обода 1 в окружном направлении. Проскальзывание посадочной полки 3 обода 1 по основанию борта 5 покрышки 4 станет возможным только после совершения дополнительной значительной работы упругой

деформации основания борта 5 покрышки 4 в зоне контакта основания борта 5 с участками 9 посадочной полки 3 обода 1, так как равновесие между распорной силой на борта шины, вызванное окружным смещением

шины относительно обода, и радиальным перемещением материала бортов шины носит замедленный релаксационный характер. Работа упругой деформации, а следовательно, и передаваемый крутящий

момент, в таком соединении шины с ободом будет тем больше, чем интенсивнее будет изменяться натяг на участках 8 и 9, отнесенный к 1° углового шага. Таким образом, если участки 8 и 9 будут выпуклыми с малой кривизной, то нагрузочная способность соединения шины с ободом будет сравнительно невелика, так как интенсивность изменения натяга, отнесенная к 1°углового шага, будет небольшой.

При фиксированном значении радиусов

Ri и R2, т.е. при сохранении постоянной и достаточной кривизны участков 8 и 9, перепад натяга за период при выходе за верхний предел углового шага будет больше требуемой величины (0,005-0,007)d, что создает опасность появления зазора между ободом и бортом покрышки на криволинейном участке 9. Зона, где имеет место зазор между ободом и бортом покрышки, не участвует в

передаче крутящего момента от обода к шине, что снижает нагрузочную способность соединения.

Граничные значения радиусов RI и R2 подобраны расчетным путем и обесПРЧИВЭЮТ в указанном диапазоне углового шага а 0,20-0,23 рад достижение . цели изобретения при высокой технологичности выполнения контура посадочной полки обода в сечении

А-А чередующимися радиусными кривыми. Обоснование граничных значений радиусов RI и R2 дано выше при обосновании пределов углового шага и связанной с этими пределами кривизны участков 8 и 9 посадочных полок обода.

Формула изобретения 1. Колесо с шиной, содержащее обод с бортовыми закраинами и посадочными полками, сечение которых по наибольшему диаметру посадочной полки расположено в средней части полки с постепенным уменьшением высоты полки к середине обода и к бортовой закраине, каждый борт имеет коническое основание, снабжен двумя бортовыми кольцами и установлен с натягом на полке обода, отличающееся тем. что, с целью повышения срока службы шины и снижения трудоемкости ее монтажа-демонтажа, посадочные полки обода выполнены в сечениях, перпендикулярных оси вращения колеса, в виде чередующихся сопряженных между собой участков с угловым шагом а Q2Q-023 рад и перердически изменяющим - ся расстоянием до оси вращения колеса,

причем в сечении по наибольшему диаметру посадочной полки натяг посадки бортов шины составляет в точках упомянутых участков с наибольшими расстоянием до оси вращения колеса не менее д 0,0075d при изменении натяга по периметру за период на величину (0,005-0,007)d, a величина перепада натяга по периметру в обе стороны от этого сечения к середине обода и к бортовой закраине выполнена равномерно уменьшающейся, где d - наибольший диаметр посадочной полки обода.

2. Колесо по п.1,отличающееся тем, что упомянутые участки очерчены чередующимися выпуклой и вогнутой радиусными кривыми с радиусами соответственно RI (0,45d - оо) и Ra (0,45d -co ), сопряженными между собой радиусной кривой с ра- 0 диусом R3 (0,01-0,1)d.

0

5

Изобретение относится к колесным транспортным средствам, а именно к конструкции колеса с пневматической шиной, и может быть использовано предприятиями автомобильного, тракторного, подъемно-транспортного и сельскохозяйственного машиностроения. Цель изобретения - повышение срока службы шины и снижение трудоемкости ее монтажа - демонтажа. Колесо содержит обод 1 с бортовыми закраинами 2 и посадочными полками 3 и установленную на ободе шину с покрышкой 4 и бортами 5, имеющими конические основания и бортовые кольца 6, а в камерном варианте - и ездовую камеру 7. Посадочные полки 3 обода 1 очерчены в перпендикулярных оси колеса сечениях чередующимися сопряженными между собой участками с угловым шагом α = 0,20 - 0,23 рад и периодически изменяющимся расстоянием до оси вращения колеса. В сечении по наибольшему диаметру посадочной полки 3 обода 1 натяг посадки бортов шины составляет в точках с наибольшим расстоянием до оси вращения колеса не менее 98д = 0,0075 D при изменении натяга по периметру за период на величину (0,005 - 0,007)D, а величина перепада натяга по периметру в обе стороны от этого сечения к середине обода и к бортовой закраине равномерно уменьшается до нуля. 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

Фиг. I

Редактор Е.Папп

Составитель С.Белоусько Техред М.Моргентал

А А

8