Пневматическая шина

Изобретение относится к автомобильной промышленности. Шина включает в себя каркас из по меньшей мере одного слоя, включающего в себя основной слой и завороты слоя, и выполненное внутрь в осевом направлении шины углубление на наружной поверхности шины на участке между точкой разграничения обода и положением максимальной ширины в каждой боковине. В сечении вдоль осевого направления шины в несобранном с ободом виде угол α между пересекающей наружную заднюю поверхность борта прямой линией, проходящей через первое пересечение и второе пересечение с наружной задней поверхностью борта, и осевым направлением шины составляет от 70° до 100°. Технический результат – снижение веса шины и увеличение ее долговечности. 7 з.п. ф-лы, 8 ил., 2 табл.

 

Область техники

Изобретение относится к пневматической шине.

Уровень техники

В последние годы основной целью является снижение уровня расхода топлива автомобилей для улучшения экологичности и экономической эффективности. Таким образом, существует проблема снижения сопротивления качению в шинах. Для этого предпринимались попытки уменьшения количества компонентов в шине и/или веса этих компонентов.

Снижение количества используемой в шине резины является эффективным фактором для снижения веса шины, и в патентном документе JP 2000158919 А предлагается выполнять углубления посредством утончения наружной поверхности шины внутрь в осевом направлении шины, которые расположены между положением максимальной ширины и точкой разграничения обода, на которой наружная поверхность шины начинает отделяться от борта обода, что позволяет снизить количество используемой резины на объем углублений в бортовой резине, расположенных вблизи борта (где требуется относительно большое количество резины), и, следовательно, снизить общий вес шины.

Образование углубления на наружной поверхности шины вблизи бортовой части снижает жесткость шины, т.к. толщина бортовой резины уменьшается. Поэтому, когда шина установлена и прижата к ободу колеса, противодействующая сила от борта обода пытается деформировать борт. В свою очередь, деформация борта может вызвать неблагоприятное воздействие на деформацию конца слоя каркаса и, в конечном результате, на отделение конца слоя.

Задачей изобретения является снижение веса шины, а также поддержания удовлетворительной долговечности шины с исключением возможности отделения конца слоя, т.е. создание пневматической шины, имеющей уменьшенный вес и одновременно обеспечивающей отличную долговечность.

Раскрытие изобретения

Были проведены исследования и установлено, что, даже если углубление будет выполнено в бортовой резине вблизи борта, неблагоприятное воздействие на конец слоя

каркаса, вызванное деформацией указанного борта, будет снижено за счет выбора формы наружной поверхности шины борта.

Указанная задача решается в пневматической шине содержащей протектор, пару боковин и пару бортов, сформированных непрерывно друг с другом; каркас из по меньшей мере одного слоя, включающего в себя основной слой, проходящий по тороидальной форме через пару сердечников бортов, заделанных в соответствующие борта, и соответствующие завороты слоев, проходящие от основного слоя и загибающиеся вокруг соответствующего сердечника борта от внутренней стороны к наружной стороне в осевом направлении шины; и проходящее внутрь в осевом направлении шины углубление на наружной поверхности шины на участке между точкой разграничения обода и положением максимальной ширины в каждой боковине. Согласно изобретению, в сечении вдоль осевого направления шины в ее несобранном с ободом положении, когда шина не установлена на обод и ширина между парой бортов равна номинальной ширине обода, угол α между осевым направлением шины и пересекающей наружную заднюю поверхность борта прямой линией, проходящей через первую точку пересечения наружной поверхности шины, определяющей заднюю поверхность борта, с прямой линией, проходящей параллельно осевому направлению шины через центр масс сердечника борта, и через вторую точку пересечения указанной наружной задней поверхности борта с прямой линией, проходящей параллельно осевому направлению шины и в радиальном направлении снаружи от наиболее удаленного в радиальном направлении конца сердечника борта шины на расстоянии, равном 50% максимальной радиальной ширины сердечника, составляет от 70° до 100°.

При этом «точка разграничения обода» представляет собой точку, в которой наружная поверхность шины не контактирует с бортом обода в положении, когда шина установлена на обод и накачана до нормального максимального внутреннего давления в соответствии с размером шины без приложенной к ней нагрузки. «Обод» представляет собой стандартный обод, предусмотренный для каждого размера шины отраслевым стандартом, который действует в местности, где шина производится и используется. Примерами таких стандартов могут быть следующие: Японская ассоциация производителей автомобильных шин (The Japan Automobile Tire Manufacturers Association Inc., JATMA) и Ежегодник в Японии, Справочник стандартов Европейской технической организации шин и ободов в Европе (The Tire and Rim Association Inc., TRA), Ежегодник Ассоциации шин и ободов в США и другие. «Нормальное максимальное внутреннее давление» представляет собой давление воздуха, относящееся к максимальной нагрузочной способности одной шины с номинальным значением применимого размера и слоя, установленных JATMA и подобными организациями. Выражение «ширина между парой бортов установлена равной номинальной ширине обода» означает, что расстояние в осевом направлении шины между соответствующими пятками бортов в паре бортов равно ширине обода (т.е. ширине обода, соответствующей характеристикам шины), что определено JATMA и подобными организациями.

Приведенная выше конструкция позволяет отделить конец заворота слоя каркаса от участка, подверженного противодействующей силы со стороны борта обода, для снижения нагрузки, прилагаемой к концу заворота слоя. В результате достигается снижение веса шины посредством образования углубления в бортовой резине и обеспечивается долговечность шины.

Предпочтительно в пневматической шине в несобранном с ободом положении, наружная поверхность шины на участке между пяткой борта и положением максимальной ширины шины определяется по меньшей мере одной дугой, центр кривизны которой расположен в осевом направлении шины с внутренней стороны от наружной поверхности шины, по меньшей мере одной дугой, центр кривизны которой расположен в осевом направлении шины с наружной стороны от наружной поверхности шины, и по меньшей мере одной дугой, центр кривизны которой расположен в осевом направлении шины с внутренней стороны от наружной поверхности шины, причем указанные дуги в радиальном направлении шины расположены в наружную сторону в приведенном выше порядке.

Вышеуказанная конструкция способствует снижению веса шины за счет уменьшения количества бортовой резины. Кроме того, благодаря введению борта вблизи пяток борта в контакт с бортом обода противодействующая сила от борта обода распространяется по всей бортовой части. В результате предотвращается концентрация нагрузки на конец заворота каркаса, и обеспечивается еще большая долговечность шины.

Предпочтительно в пневматической шине в несобранном с ободом положении по меньшей мере на участке углубления до половины высоты сечения шины в радиальном направлении толщина резины постепенно уменьшается, а на следующем в наружном радиальном направлении участке углубления толщина резины остается постоянной.

Следует отметить, что «толщина резины» означает кратчайшее расстояние от поверхности корда элемента шины до наружной поверхности шины. «Поверхность корда» элемента шины означает поверхность корда, расположенную наиболее близко к наружной поверхности шины в разных элементах, таких как каркас и бортовая лента, которые имеются на каждом участке. Выражение «толщина резины остается постоянной» означает, что максимальная и минимальная толщины резины на заданном участке находятся в пределах средней толщины резины ±10%.

Вышеуказанная конструкция позволяет предотвратить накопление деформаций на конце заворота слоя каркаса, обеспечивая толщину резины вблизи борта, и одновременно дополнительно способствовать положительному снижению веса шины путем снижения толщины резины на участке, расположенном снаружи от борта в радиальном направлении шины.

Предпочтительно в пневматической шине в несобранном с ободом положении угол β между осевым направлением шины и наклонной прямой линией, проходящей через третью точку пересечения заворота слоя с прямой линией, проходящей параллельно осевому направлению шины через центр масс сердечника борта, и через четвертую точку пересечения заворота слоя с прямой линией, проходящей параллельно осевому направлению шины и в радиальном направлении снаружи от наиболее удаленного в радиальном направлении конца сердечника борта шины на расстоянии, равном 50% максимальной радиальной ширины сердечника, составляет от 70° до 100°.

Посредством регулировки угла заворота слоя конец заворота слоя отделяется от участка, который деформируется бортом обода. В результате предотвращается возникновение напряжения в этом конце. Кроме того, поскольку интенсивность нагрузки на конец заворота дополнительно снижается благодаря дальнейшему отдалению конца заворота слоя каркаса от участка, подверженного противодействующей силе от борта обода, снижается вес шины посредством образования углубления в бортовой резине и обеспечивается долговечность шины.

Предпочтительно в пневматической шине в собранном с ободом положении, когда шина установлена на обод и накачана до нормального максимального внутреннего давления и без приложенной к ней нагрузки, зазор в осевом направлении шины между наружной поверхностью шины и бортом обода постепенно увеличивается к наружной стороне в радиальном направлении шины, и его максимальная длина составляет от 10% до 30% максимальной ширины сердечника борта в осевом направлении шины.

«Максимальная длина зазора» означает расстояние, определяемое в осевом направлении шины от конца борта обода до точки контакта между линией, проходящей через конец борта обода параллельно осевому направлению шины, и наружной поверхностью шины.

В вышеуказанной конструкции зона контакта между шиной и бортом обода в радиальном направлении шины расположена в более внутреннем положении по сравнению со стандартной конструкцией. Соответственно, отрицательное влияние, оказываемое деформацией резины борта на конец заворота слоя, снижается, и предотвращается возможность отделения концевого слоя.

Предпочтительно в пневматической шине в несобранном с ободом положении, толщина резины, измеренная в осевом направлении шины по прямой линии, проходящей через центр масс сердечника борта параллельно осевому направлению шины, составляет от 70% до 300% толщины резины, измеренной в радиальном направлении шины по прямой линии, проходящей через центр масс сердечника борта параллельно радиальному направлению шины.

Вышеуказанная конструкция позволяет, когда шина установлена на обод, равномерно распределять противодействующую силу со стороны борта обода по всей резине вблизи пятки борта. В результате отрицательное влияние на конец заворота слоя снижается, и предотвращается возможность отделения конца слоя.

Предпочтительно в пневматической шине в несобранном с ободом положении ширина основания борта составляет от 200% до 260% максимальной ширины сердечника борта в осевом направлении шины.

«Ширина основания борта» определяется расстоянием от носка борта до точки пересечения касательной к основанию борта с прямой линией наружной поверхности, определяемой задней поверхностью борта.

Вышеуказанная конструкция позволяет, когда шина установлена на обод, на значительном участке установить контакт между основанием борта и седлом борта. Соответственно, противодействующая сила со стороны борта обода успешно поглощается резиной вблизи основания борта. В результате отрицательное воздействие на конец заворота слоя снижается, и предотвращается возможность отделения конца слоя. «Седло борта» означает здесь седло борта, определяемое в осевом направлении шины от точки пересечения между касательной к задней поверхности борта в точке разграничения обода и выносной линией седла борта до кольцевого выступа на посадочной полке обода.

Предпочтительно в пневматической шине в несобранном с ободом положении расстояние в радиальном направлении шины от точки пересечения указанной пересекающей наружную заднюю поверхность борта прямой линии с касательной к основанию борта до конца заворота слоя, составляет от 100% до 225% максимальной ширины сердечника борта в осевом направлении шины, а предпочтительно это расстояние составляет от 135% до 200% максимальной ширины сердечника борта в осевом направлении шины.

Вышеуказанная конструкция позволяет снизить вес шины посредством уменьшения длины слоя каркаса, а также сохранить ее долговечность.

Изобретение поясняется чертежами.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 показана неустановленная на обод пневматическая шина в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения, вид в сечении вдоль осевого направления шины;

на фиг. 2 - борт и боковина пневматической шины, показанной на фиг. 1, вид в увеличенном масштабе;

на фиг. 3А показано положение контакта между бортовой частью и бортом обода в положении, когда пневматическая шина согласно изобретению собрана с ободом и накачана до нормального максимального внутреннего давления с приложенной к ней установленной нагрузкой;

на фиг. 3B показано положение контакта между бортом и бортом обода в положении, когда стандартная пневматическая шина собрана с ободом и накачана до нормального максимального внутреннего давления с приложенной к ней установленной нагрузкой;

на фиг. 4 - борт и боковина пневматической шины, показанной на фиг. 1, вид в увеличенном масштабе;

на фиг. 5 - то же;

на фиг. 6 - пневматическая шина, установленная на обод и накачанная до нормального максимального внутреннего давления без приложенной к ней нагрузки в соответствии с вариантом осуществления изобретения, вид в сечении вдоль осевого направления шины;

на фиг. 7 - то же, что на фиг. 4;

на фиг. 8 - то же, что на фиг. 4.

Варианты осуществления изобретения

На фиг. 1 показана пневматическая шина (в дальнейшем именуемой просто «шина») согласно одному из вариантов осуществления изобретения в положении (далее именуемом как «в несобранном с ободом виде»), когда шина не установлена на обод, а ширина между парой бортов соответствует номинальной ширине обода.

Шина 1 включает в себя протектор 2, пару боковин 3 и пару бортов 4. Кроме того, шина 1 включает в себя каркас 6, состоящий из по меньшей мере одного слоя, содержащего основной слой 6а, проходящий по форме тора поперек пары сердечников 5 бортов, расположенных в соответствующих бортах 4, и соответствующих заворотов 6b слоев, каждый из которых проходит от основного слоя 6а и огибает соответствующий сердечник 5 борта от внутренней стороны в направление наружной стороны в осевом направлении шины.

В этом варианте осуществления изобретения заворот 6b слоя проходит вокруг сердечника 5 борта и загибается вдоль него, не наматываясь вокруг наружной поверхности сердечника 5 борта, и затем проходит наружу в радиальном направлении шины по существу параллельно основному слою 6а.

На наружной поверхности шины 1 выполнены углубления 7, направленные внутрь в осевом направлении шины в области, расположенной в радиальном направлении шины между точкой F разграничения обода и положением максимальной ширины шины Р₃ на каждой боковине 3.

На фиг. 1 осевое направление шины показано стрелкой X, а радиальное направление шины показано стрелкой Y. Положение Р₃ максимальной ширины шины боковины 3 относится к наиболее удаленному концу боковины 3 в осевом направлении шины.

Углубление 7 на наружной поверхности шины выполнено по меньшей мере на части участка между точкой F разграничения обода (вблизи от борта 4 в этом варианте выполнения) и в радиальном направлении шины положением Р₃ максимальной ширины шины, так что все углубление 7 находится в пределах этого участка. Углубление 7 выполнено посредством утончения наружной поверхности, углубленной вовнутрь в осевом направлении шины.

Выполнение углубления 7 на участке бортовой резины между точкой F разграничения обода и положением Р₃ максимальной ширины шины уменьшает вес шины, т.к. количество резинового материала сокращается на объем углубления 7, а это, в свою очередь, снижает сопротивление качению шины.

Далее на фиг. 2, показаны в увеличенном масштабе расположенные с одной стороны борт 4 и боковина 3, показанные на фиг. 1.

В дополнение к вышеупомянутой конструкции в представленном варианте выполнения предпочтительно, чтобы в сечении вдоль осевого направления шины, когда ширина между парой бортов 4 равна номинальной ширине обода, угол α (фиг. 2) находился в пределах от 70° до 100°. Угол α определяется как угол между осевым направлением X шины и пересекающей наружную заднюю поверхность борта прямой линией L₁„ проходящей через первую точку P₁ пересечения наружной поверхности шины, определяющей заднюю поверхность борта, с прямой линией, проходящей параллельно осевому направлению X шины через центр масс С₅ сердечника 5 борта, и через вторую точку Р₂ пересечения указанной наружной задней поверхности борта с прямой линией, проходящей параллельно осевому направлению X шины через любую точку Р₆, расположенную снаружи в радиальном направлении Y от наиболее удаленного конца Р₅ сердечника 5 борта шины на расстоянии, равном 50% максимальной ширины «а» сердечника 5 борта в радиальном направлении шины.

При этом центр С₅ масс сердечника 5 борта в этом варианте осуществления изобретения относится к центру масс самой формы поперечного сечения, а не к фактическому центру масс, принимая во внимание вес. Кроме того, положение, в котором ширина между парой бортов установлена номинальной шириной обода, означает, что расстояние, определенное в направлении ширины между соответствующими пятками 8 бортов 4 шины 1, установлено шириной обода (т.е. шириной обода, соответствующей характеристикам шины), как определено JATMA или подобной организацией, а угол α представлен значением, измеренным в этом положении. Углом α обозначен угол, который прямая линия L₁, пересекающая наружную заднюю поверхность борта, образует с прямой линией, проходящей через точку Р₁ первого пересечения параллельно осевому направлению X шины.

На фиг. 3А показано положение контакта между бортом 4 и бортом 20 обода, когда угол α, который образует пересекающая наружную заднюю поверхность борта прямая линия L₁ с осевым направлением X шины, равен 80° в положении, в котором пневматическая шина 1 установлена на обод и накачана до нормального максимального внутреннего давления под приложенной установленной нагрузкой. С другой стороны, на фиг. 3B показано положение контакта между бортом 40 и бортом 200 обода, когда угол α, который прямая линия L₁ образует с осевым направлением X шины, равен 60° в положении, в котором стандартная пневматическая шина 101 установлена на ободе и накачана до нормального максимального внутреннего давления под приложенной установленной нагрузкой.

Как было описано выше, хотя снижение веса шины может быть достигнуто путем образования углубления в бортовой резине на участке, определяемом в радиальном направлении шины между точкой разграничения обода и положением максимальной ширины шины, жесткость борта уменьшается из-за сокращения толщины бортовой резины. Соответственно, когда шина установлена на ободе, резина в борте проявляет тенденцию к деформации, так как шина прижата к ободу и испытывает противодействующую силу со стороны борта обода.

Во-первых, в стандартной пневматической шине 101, как показано на фиг. 3B, в положении, когда шина установлена на обод и накачана до нормального максимального внутреннего давления под приложенной установленной нагрузкой, зона S₂ контакта (заштрихованная зона) между бортом 40 и бортом 200 обода проходит от пятки 80 борта до конца 200а борта обода. Как показано на чертеже, конец 90 заворота 60b слоя расположен вблизи зоны S₂ контакта и поэтому подвержен влиянию противодействующей силы со стороны борта 200 обода. Соответственно, когда борт 40 деформируется, конец 90 может быть подвергнут напряжению, приводящему к отделению концевого слоя.

С другой стороны, в пневматической шине 1 согласно изобретению, как показано на фиг. 3А, угол α участка наружной поверхности шины, расположенный снаружи пятки 8 борта в радиальном направлении шины, а именно снаружи наружной поверхности задней стороны борта, увеличен по сравнению с таким углом в стандартной пневматической шине 101. Это позволяет зоне S₁ контакта (заштрихованная зона) между бортом 4 и бортом 20 обода располагаться дальше по направлению внутрь в радиальном направлении шины, то есть ближе к пятке 8 борта, чем стандартная зона S₂ контакта. В результате конец 9 заворота 6b слоя отдаляется от зоны S₁ контакта, и влияние противодействующей силы со стороны борта 20 обода на конец 9 значительно ослабляется по сравнению с обычной конструкцией, обеспечивая пневматической шине отличную долговечность, без отделения концевого слоя.

В соответствии с конструкцией согласно настоящему варианту выполнения шины, в которой наружная поверхность шины ограничена задней поверхностью борта с образованием угла а от 70° до 100°, влияние борта 20 обода на конец 9 заворачивающегося слоя 6b сведен к минимуму даже в положении, когда шина установлена на обод и накачана до нормального максимального внутреннего давления под приложенной установленной нагрузкой, в результате чего пневматическая шина сохраняет достаточную долговечность.

При этом угол α выбран в диапазоне от 70° до 100°, так как выбор угла в 70° и более способствует тому, что конец 9 заворота 6b слоя будет достаточно отдален от борта 20 обода, чтобы исключить возникновение напряжения в конце 9. С другой стороны, выбор угла в 100° или менее способствует отдалению конца 9 от основного слоя 6а для предотвращения возникновения напряжения, вызванного деформацией основным слоем 6а.

Соответственно, угол α, который пересекающая наружную заднюю поверхность борта прямая линия L₁ образует с осевым направлением X шины, будет более предпочтительным в диапазоне от 80° до 90°. Выбор угла, равным 80° или более, способствует достаточному отдалению конца 9 заворота 6b слоя от борта 20 обода для предотвращения возникновения напряжения в конце 9. С другой стороны, выбор угла, равным 90° или менее, способствует отдалению конца 9 от основного слоя 6а для дальнейшего предотвращения возникновения напряжения, вызванного деформацией основного слоя 6а.

Как показано на фиг. 4, предпочтительно в пневматической шине согласно изобретению наружная поверхность неустановленной на ободе шины на участке между пяткой 8 борта и положением максимальной ширины Р₃ шины ограничена последовательно по меньшей мере одной дугой с центром C₁ кривизны, расположенным с внутренней стороны от наружной поверхности шины в осевом направлении шины, по меньшей мере одной дугой с центром С₂ кривизны, расположенным с внешней стороны от наружной поверхности шины в осевом ее направлении, и по меньшей мере одной дугой с центром С₃ кривизны, расположенным с внутренней стороны от наружной поверхности шины в осевом ее направлении.

В результате такого формирования частей наружной поверхности шины, соответствующая пятка 8 борта имеет выпуклую в наружную сторону шины форму, при этом борт 4 шины вблизи пятки 8 и борт 20 обода контактируют по всей зоне S₁ контакта, и противодействующая сила от борта 20 обода распространяется по всей этой зоне S₁ контакта. В результате интенсивность нагрузки на конец 9 заворота 6b слоя каркаса снижается, и предотвращается отделение концевого слоя.

Кроме того, образование наружной поверхности шины соответствующей частью боковой резины, имеющей выпуклую относительно внутренней стороны шины форму, уменьшает количество резины, снижая вес шины.

Несмотря на то, что на фиг. 4 показано только три дуги с центрами C₁, С₂ и C₃ кривизны, наружная поверхность шины, расположенная между дугами с центрами C₁ и С₂ кривизны, также включает в себя участки, образованные несколькими другими дугами с различными центрами кривизны, которые обеспечивают плавное сопряжение.

Кроме того, участок углубления 7 может быть образован не только одной дугой, как показано на фиг. 4, а может определяться, например, множеством дуг. Центр кривизны и радиус кривизны, определяющие форму наружной поверхности шины, не ограничиваются примерами, показанными на фиг. 4.

Как показано на фиг. 4, предпочтительно толщина d резины в неустановленной на обод шине постепенно уменьшается в сторону к наружной стороне в радиальном направлении шины по меньшей мере на участке шины, включающем в себя углубление 7. Кроме того, предпочтительно толщина d резины сохраняется постоянной на участке шины, который следует, по меньшей мере, за участком шины, включающем в себя углубление и доходящий до половины высоты Н сечения шины в радиальном направлении шины.

При этом, толщиной d резины считается наименьшая протяженность резины от поверхности корда, наиболее близкой к наружной поверхности шины в разных элементах, таких как каркас и бортовая лента, которые имеются на участке. Высота Н сечения шины определяется расстоянием в радиальном направлении шины от пятки 8 борта до наиболее удаленного конца шины в радиальном направлении. Выражение «толщина резины остается постоянной» означает, что максимальная и минимальная толщины резины находятся в пределах средней толщины резины ±10% на участке шины, проходящем от конца доходящего до половины высоты Н сечения шины участка с постепенно уменьшающейся толщиной резины.

Благодаря тому, что обеспечена сравнительно большая толщина резины вблизи борта 4, предотвращается концентрация напряжения на конце 9 заворота 6b слоя каркаса, вызванного противодействующей силой со стороны борта 20 обода. Кроме того, путем постепенного уменьшения толщины резины и снижения различий в толщине резины на участке предотвращается местная деформация борта. Более того, участок с заданной толщиной резины, необходимой для обеспечения таких характеристик, как жесткость, долговечность и устойчивость управления, должен быть способен равномерно воспринимать усилие, прилагаемое на наружную сторону в осевом направлении шины, когда шина накачана воздухом.

Как показано на фиг. 5, предпочтительно, чтобы угол β был в пределах от 70° до 100°. Угол β определяется углом между осевым направлением шины и наклонной прямой линией L₂, проходящей через третью точку Р₇ пересечения заворота 6b слоя с прямой линией, проходящей параллельно осевому направлению шины через центр С₅ масс сердечника 5 борта, и через четвертую точку P₈ пересечения заворота 6b слоя с прямой линией, проходящей параллельно осевому направлению шины через любую точку Р₆, расположенную снаружи в радиальном направлении от наиболее удаленного конца Р₅ сердечника 5 борта шины на расстоянии, равном 50% максимальной ширины «а» сердечника 5 борта в радиальном направлении шины.

Углом β обозначен угол, который наклонная линия L₂ образует с прямой линией, проходящей через точку Р₇ третьего пересечения параллельно осевому направлению X шины.

Таким образом, установка угла заворота 6b слоя, позволяет отделить конец 9 заворота слоя от борта 20 обода. В результате предотвращается возникновение напряжений в конце 9. Кроме того, поскольку интенсивность нагрузки на конец заворота слоя снижается путем дальнейшего отдаления конца заворота слоя каркаса от участка, подверженного противодействующему усилию со стороны борта обода, достигаются преимущества в виде снижения веса шины посредством образования углубления в бортовой резине и обеспечения долговечности шины.

Угол β, равный 70° или более, позволяет достаточно отдалить конец 9 от борта 20 обода для предотвращения возникновения напряжений в конце 9. С другой стороны, угол β устанавливается не больше 100°, т.к. при превышении угла в 100° может возникнуть опасность вхождения конца 9 в контакт с сердечником борта 5 и т.к. заворот 6b слоя, огибающий сердечник 5 борта, может потребовать дополнительных производственных затрат. Когда угол β превышает 110°, конец 9 располагается слишком близко от основного слоя 6а, что ведет к повышению напряжения в завороте 6b слоя и возможной деформации основного слоя 6а.

Как показано на фиг. 6, предпочтительно в собранном положении обода, когда шина установлена на обод и накачана до нормального максимального внутреннего давления без приложения к ней нагрузки, габаритное расстояние t, определяемое в осевом направлении шины между наружной поверхностью шины и бортом 20 обода, постепенно увеличивается к наружной стороне в радиальном направлении шины, а максимальная длина t_max зазора t находится в пределах от 10% до 30% максимальной ширины b сердечника 5 борта в осевом направлении шины.

Зазор t определен как наименьшее расстояние в осевом направлении шины между наружной поверхностью шины и самым внутренним концом борта 20 обода в осевом направлении шины. Максимальная длина t_max зазора t определяется как расстояние, образуемое в осевом направлении шины от отбортованной кромки до точки контакта прямой линии, проходящей через отбортованную кромку параллельно осевому направлению шины, с наружной поверхностью шины. Максимальная ширина b сердечника борта 5 в осевом направлении шины определяется как расстояние между линией, проходящей через самый внутренний в осевом направлении конец сердечника 5 борта шины параллельно радиальному направлению шины, и линией, проходящей через самый удаленный в осевом направлении конец сердечника 5 борта шины параллельно радиальному направлению шины.

В описанной выше конструкции зона контакта между шиной и бортом обода расположена дальше внутрь в радиальном направлении шины, чем в обычной конструкции. Соответственно, даже когда противодействующая сила со стороны борта обода деформирует резину борта, влияние на конец 9 заворота 6b слоя снижено, и не возникает отделения концевого слоя.

Максимальная длина t_max зазора t выбирается в пределах от 10% до 30% максимальной ширины b сердечника 5 борта в осевом направлении шины, потому что длина, превышающая 10%, способствует снижению влияния на конец 9 заворота 6b слоя, даже когда противодействующая сила со стороны борта обода деформирует резину борта. С другой стороны, при длине, не превышающей 30%, подавляются большие различия в жесткости, а также уменьшается напряжение в конце 9 посредством предотвращения расположения конца 9 слишком близко к основному слою 6а.

Как показано на фиг. 7, желательно также, чтобы в неустановленной на обод шине толщина резины m измеренная в осевом направлении шины по прямой линии, проходящей через центр C₅ масс сердечника 5 борта параллельно осевому направлению шины, находилась в пределах от 70% до 300% толщины резины n, измеренной в радиальном направлении шины по прямой линии, проходящей через центр С₅ масс сердечника 5 борта параллельно радиальному направлению шины.

Таким образом, посредством поддержания таким образом толщины резины по существу одинаковой на пятке 8 борта вокруг сердечника 5 борта, противодействующая сила со стороны борта 20 обода воспринимается равномерно по всей резине вблизи пятки борта 8, когда шина установлена на обод. В результате исключается концентрация местной нагрузки на конец 9 заворота 6b слоя, а интенсивность нагрузки на конец 9 снижается, предотвращая отделение концевого слоя.

Предпочтительно, чтобы в неустановленной на обод шине ширина W основания борта находилась в пределах от 200% до 260% максимальной ширины b сердечника 5 борта в осевом направлении шины.

При этом ширина W основания борта определяется как расстояние между носком 12 борта 4 и точкой Р₉ пересечения линии L₃, касательной к наружной поверхности основания борта, с пересекающей наружную заднюю поверхность борта прямой линией L₁.

Выбор такой ширины W основания борта позволяет создать контакт между основанием 11 борта и седлом обода на значительной области, когда шина установлена на ободе. Это способствует тому, что противодействующая сила со стороны борта обода поглощается резиной вблизи основания борта. В результате влияние на конец заворота слоя снижается, и предотвращается отделение концевого слоя. Соответственно повышается долговечность шины.

Кроме того, когда ширина W основания борта не превышает 200% максимальной ширины b сердечника 5 борта в осевом направлении шины, интенсивность нагрузки на заднюю поверхность борта повышается, а противодействующая сила со стороны борта обода увеличивается. Соответственно, влияние на конец 9 повышается, вызывая увеличение напряжения на конце 9. С другой стороны, когда ширина W основания борта превышает 260%, вес резины борта увеличивается, а, кроме того, объем борта повышается, приводя к возможному увеличению количества образуемого тепла.

Предпочтительно, чтобы в неустановленной на обод шине расстояние h, определяемое в радиальном направлении шины от точки Р₉ пересечения прямой линии L₁ с линией L₃, касательной к наружной поверхности основания 11 борта, до конца 9 заворота 6b слоя, находилось в пределах от 100% до 225% максимальной ширины b сердечника 5 борта в осевом направлении шины.

Таким образом, конструкция, в которой высота заворота 6b слоя может быть сравнительно невелика, позволяет снизить объем используемого слоя 6 каркаса и уменьшить вес шины. Кроме того, выбор конструкции, позволяющей задавать высоту заворота 6b слоя сравнительно небольшой, вместо конструкции, которая использует намотку заворота слоя вокруг сердечника 5 борта, позволяет предотвратить увеличение производственных расходов.

Кроме того, предпочтительно, чтобы в дополнении к вышеуказанной конструкции наружная поверхность шины на участке между пяткой 8 борта и точкой Р₁₀ определялась по меньшей мере одной дугой с центром С₆ кривизны, расположенным с внутренней части наружной поверхности шины в осевом направлении шины, и радиусом кривизны R от 10 мм до 80 мм в положении, когда ширина между парой бортов 4 равна номинальной ширине обода в разрезе в осевом направлении шины, как показано на фиг. 8. Точка Р₁₀ определяется пересечением прямой линии, проходящей через самый удаленный в радиальном направлении конец Р₅ сердечника 5 борта параллельно осевому направлению X шины, с наружной поверхностью шины.

Положение, в котором ширина между парой бортов равна номинальной ширине обода, означает, что расстояние между пятками 8 бортов 4 шины 1 равно ширине обода (т.е. ширине обода, соответствующей характеристикам шины), предусмотренной JATMA или подобным органом, причем вышеуказанный размер измеряется в этом положении. Кроме того, пятка борта 8 относится к наружной поверхности шины на участке между точкой A₁, которая образована пересечением линии, проходящей через центр С₅ сердечника 5 борта в радиальном направлении, с наружной поверхностью шины, и точкой А₂, образованной пересечением линии, проходящей через центр С₅ сердечника 5 борта параллельно наружному контуру участка основания борта 11, с наружным контуром основания борта.

На фиг. 3А показано положение контакта между бортом 4 шины и бортом 20 обода, когда дуга, образующая наружную поверхность шины, являющуюся задней поверхностью борта, имеет радиус R кривизны, равный 15 мм, в положении, когда пневматическая шина 1, соответствующая изобретению, установлена на обод и накачана до нормального максимального внутреннего давления с приложенной к ней установленной нагрузкой. На фиг. 3B показано положение контакта между бортом 40 шины и бортом 200 обода, когда дуга, образующая наружную поверхность шины, являющуюся задней поверхностью борта, имеет радиус R кривизны, равный 140 мм, в положении, когда стандартная пневматическая шина 101 установлена на обод и накачана до нормального максимального внутреннего давления с приложенной к ней установленной нагрузкой.

Как было описано выше, хотя снижение веса шины может быть достигнуто путем выполнения углубления в бортовой резине на участке между точкой разграничения обода и положением максимальной ширины, жесткость борта снижается из-за уменьшенной толщины бортовой резины. Соответственно, когда шина установлена на обод, резина борта имеет тенденцию к деформации, поскольку она прижата к ободу и воспринимает противодействующую силу со стороны борта.

Во-первых, в стандартной пневматической шине 101, как показано на фиг. 3B в положении, когда шина установлена на обод, зона S₂ контакта (заштрихованная зона) между бортом 40 шины и бортом 200 обода проходит от носка 120 борта к области конца 200а борта обода. Кроме того, наружная поверхность шины, являющаяся задней поверхностью борта, имеет сравнительно большой радиус кривизны, и, соответственно, участки наружной поверхности шины, расположенные вблизи, в частности, точки F разграничения обода и носка 120 борта 40, находятся в плотном контакте с бортом 200 обода, когда шина установлена на обод. Иными словами, давление контакта между наружной поверхностью шины борта 40 шины и бортом 200 обода в пределах зоны S₂ контакта является высоким, в частности, вблизи точки F разграничения обода и носка 120 борта, а давление контакта вблизи пятки 80 борта является низким.

Таким образом, поскольку конец 90 заворота 60b слоя расположен близко к точке F разграничения обода с высоким давлением контакта, конец 90 подвержен влиянию противодействующей силы со стороны борта 200 обода. Соответственно, когда борт 40 деформируется, конец 90 может оказаться в напряженном состоянии, что приводит к возможности отделения конца заворота слоя.

С другой стороны, в пневматической шине 1 согласно настоящему изобретению, как показано на фиг. 3А, радиус кривизны R наружной поверхности шины, являющейся задней поверхностью борта, меньше, чем в стандартной пневматической шине 101. Это способствует тому, что зона S₁ контакта (заштрихованная зона) между бортом 4 шины и бортом 20 обода располагается дальше внутрь в радиальном направлении шины, то есть ближе к пятке 8 борта, по сравнению со стандартной зоной S₂ контакта. Иными словами, точка F разграничения обода расположена дальше внутрь в радиальном направлении шины по сравнению со стандартной пневматической шиной. Кроме того, радиус кривизны R сравнительно мал, и, соответственно, наружная поверхность шины соответствует изогнутой форме конца седла борта 20 обода, и соответствие с бортом обода улучшается, когда шина установлена на обод. Соответственно, давление контакта между наружной поверхностью борта 4 шины, расположенной в пределах зоны S₁ контакта и бортом 20 обода, является по существу равномерным в пределах зоны S₁ контакта. Это способствует тому, что конец 9 заворота 6b слоя располагается вдали от зоны S₁, контакта, а, кроме того, из-за распределенного контактного давления в пределах зоны S₁ контакта, в отличие от стандартной пневматической шины, давление контакта не может увеличиваться, в частности, в точке F разграничения обода, расположенной наиболее близко к концу 9. В результате этого, оказываемое противодействующей силой со стороны борта 20 обода влияние на конец 9 существенно снижается по сравнению со стандартной пневматической шиной, обеспечивая отличную долговечность шины, которая не будет подвергаться отделению концевого слоя.

Радиус R кривизны выбирается в пределах от 10 мм до 80 мм, т.к. радиус кривизны менее 10 мм приводит к слишком маленькому радиусу, локально увеличивающему контактное давление и приводящему к невозможности его равномерного распределения. С другой стороны, радиус кривизны R свыше 80 мм приведет к уменьшению угла подъема наружной поверхности, являющейся задней поверхностью борта, от пятки 8 борта в сторону радиального направления шины, что вызывает значительное затруднение в отдалении конца 9 заворота слоя 6b от точки F разграничения обода. Наиболее предпочтителен выбор радиуса R кривизны в диапазоне от 15 мм до 70 мм.

Примеры

Далее, для подтверждения преимуществ вариантов осуществления изобретения были подготовлены образцы шин в соответствии с приведенным выше описанием и сравнительные образцы шин. Сопротивление расслоению в соответствующих концах заворота слоя в каркасах было определено посредством сравнения долговечности бортов шин.

Шина образца 1 представляет собой пневматическую шину размером 275/80R22.5 с углублением, образованным в каждой зоне между точкой разграничения обода и положением максимальной ширины шины. Угол α равен 70°.

Шины образцов 2-14 имеют конструкции, аналогичные конструкции шины образца 1, но отличаются от нее тем, что соответствующие значения технических данных другие, как видно из таб. 1.

Шина сравнительного образца 1 имеет конструкцию, аналогичную конструкцию шины образца 1, но отличается от нее тем, что угол α равен 60°.

Шина сравнительного образца 2 тоже имеет конструкцию, аналогичную конструкции шины образца 1, но отличается от нее тем, что угол α равен 110°.

Сопротивление расслоению каждой испытанной шины было оценено посредством установки шины на обод, накачиванием ее до давления 875 кПа, испытанием на вращающемся барабане под нагрузкой (3395 кгс), соответствующей максимальной грузоподъемности (заданной нагрузке), предусмотренной JATMA и прилагаемой в качестве первоначальной нагрузки, при скорости, соответствующей 60 км/ч, и измерения расстояния пробега на барабане до тех пор, пока испытание не было прекращено из-за чрезмерной вибрации, вызванной расслоением в слое каркаса. Результаты измерений полученных расстояний приведены в таблице 1. Результаты приведены в виде показателей, основанных на расстоянии пробега шины сравнительного образца 1, принятым за 100. Более высокие значения означают лучшее сопротивление расслоению.

Снижение веса (кг) шины, приведенное в таблице 1, представляет собой величину снижения веса резины (кг) по сравнению с шиной, не имеющей участка с углублением и принятой в качестве стандарта.

По результатам, приведенным в таблице 1, установлено, что шины образцов с углублениями способствуют снижению веса, а также демонстрируют улучшенное сопротивление расслоению и удовлетворительную долговечность по сравнению с шиной сравнительного образца 1.

Также подтверждено, что шины образцов показывают пониженные показатели параметров ухудшения и повреждения по сравнению со сравнительным образцом 2 в отношении концевого слоя, который расположен слишком близко к наружной поверхности.

Шина справочного образца 1 представляет собой пневматическую шину размером 275/80R22,5 с наружной задней поверхностью борта, имеющей кривизну с радиусом R, равным 15 мм, как показано на фиг. 2, и техническими данными, приведенными в таблице 1. Шины справочных образцов 2-16 имеют конструкции, аналогичные конструкциям шины справочного образца 1, но отличаются от нее тем, что соответствующие технические данные у них другие, как показано в таблице 1. Шина сравнительного справочного образца 1 имеет конструкцию, аналогичную шине справочного образца 1, но отличающуюся от нее тем, что радиус кривизны R наружной поверхности шины, являющейся задней поверхностью борта, равен 140 мм. Шина сравнительного справочного образца 2 имеет конструкцию, аналогичную конструкции шины справочного образца 1, но отличающуюся от нее тем, что радиус кривизны R наружной поверхности шины, являющейся задней поверхностью борта, равен 5 мм.

Сопротивление расслоению было оценено аналогично образцам, описанным выше. Результаты приведены в таблице 2 с показателями, основанными на расстоянии пробега шины сравнительного справочного образца 1, принятого за 100. Снижения веса каждой шины тоже был оценен аналогично образцам, описанным выше.

По приведенным в таблице 2 результатам понятно, что шина справочных образцов с углублениями способствует снижению веса, а также шины справочных образцов демонстрируют улучшенное сопротивление расслоению и обеспечивают весьма удовлетворительную долговечностью по сравнению с шиной сравнительного справочного образца 1. Было также подтверждено, что сравнительный справочный образец 2 имеет проблемы, связанные с локальным повышением контактного давления и невозможностью равномерного распределения этого давления, что вызывает расслоение в задней поверхности шины, по сравнению со справочными образцами.

Промышленная применимость

В соответствии с настоящим описанием предлагается пневматическая шина, имеет сниженный вес и обеспечивает отличную долговечность.

Перечень ссылочных обозначений

1 - пневматическая шина

2 - протектор

3 - боковина

4 - борт

5 - сердечник борта

6 - каркас

6а - основной слой

6b - заворот слоя

7 - углубление

8 - пятка борта

9 - конец заворота слоя 6b

11 - основание борта

12 - носок борта

20 - борт обода

A₁ - точка пересечения линии, проходящей через центр С₅ сердечника 5 борта в радиальном направлении шины, с наружной поверхностью шины

А₂ - точка пересечения между линией, проходящей через центр С₅ сердечника борта 5 и продолжающейся параллельно наружному контуру участка основания борта 11, и наружной поверхностью шины

F - точка разграничения обода

С₁, С₂, С₃ - центры кривизны

С₅ - центр масс сердечника 5 борта

С₆ - центр кривизны наружной поверхности шины, являющейся задней поверхностью борта

Н - высота сечения шины

L₁ - прямая линия, пересекающая наружную заднюю поверхность борта

L₂ - наклонная прямая линия, определяемая заворотом слоя

L₃ - касательная линия к наружной поверхности основания 11 борта

P₁ - точка первого пересечения

Р₂ - точка второго пересечения

Р₃ - положение максимальной ширины шины

Р₅ - наиболее удаленный конец сердечника 5 борта в радиальном направлении шины

Р₆ - точка, расположенная снаружи в радиальном направлении от наиболее удаленного конца Р₅ сердечника 5 борта шины на расстоянии, равном 50% максимальной в радиальном направлении ширины «а» сердечника 5 борта

Р₇ - точка третьего пересечения

Р₈ - точка четвертого пересечения

Р₉ - точка пересечения линии L₃, касательной к наружной поверхности основания борта, с прямой линией L₁, пересекающей наружную заднюю поверхность борта

Р₁₀ - точка пересечения прямой линии, проходящей через наиболее удаленный в радиальном направлении конец Р₅ сердечника 5 борта параллельно осевому направлению шины с наружной поверхностью шины

W - ширина основания борта

X - осевое направление шины

Y - радиальное направление шины

а - максимальная ширина сердечника 5 борта в радиальном направлении шины

b - максимальная ширина сердечника 5 борта в осевом направлении шины

d - толщина резины

h - расстояние, определяемое в радиальном направлении шины от точки Р₉ до конца 9

m - толщина резины, измеренная в осевом направлении шины по прямой линии, проходящей через центр масс сердечника борта параллельно осевому направлению шины

n - толщина резины, измеренная в радиальном направлении шины по прямой линии, проходящей через центр тяжести сердечника борта параллельно радиальному направлению шины

t - зазор

t_max - максимальная длина зазора

α - угол между пересекающей наружную заднюю поверхность борта прямой линией L₁ и осевым направлением X шины

β - угол между наклонной линией L₂, определяемой заворотом слоя, и осевым направлением X шины

1. Пневматическая шина, содержащая протектор, пару боковин и пару бортов, сформированных непрерывно друг с другом; каркас из по меньшей мере одного слоя, включающего в себя основной слой, проходящий по тороидальной форме через пару сердечников бортов, заделанных в соответствующие борта, и соответствующие завороты слоев, проходящие наружу в радиальном направлении шины от основного слоя и загибающиеся вокруг соответствующего сердечника борта от внутренней стороны к наружной стороне в осевом направлении шины; и проходящее внутрь в осевом направлении шины углубление на наружной поверхности шины на участке между точкой разграничения обода и положением максимальной ширины в каждой боковине, отличающаяся тем, что в сечении вдоль осевого направления шины в ее несобранном с ободом положении, когда шина не установлена на обод и ширина между парой бортов равна номинальной ширине обода, угол α между осевым направлением шины и пересекающей наружную заднюю поверхность борта прямой линией, проходящей через первую точку пересечения наружной поверхности шины, определяющей заднюю поверхность борта, с прямой линией, проходящей параллельно осевому направлению шины через центр масс сердечника борта, и через вторую точку пересечения указанной наружной поверхности шины с прямой линией, проходящей параллельно осевому направлению шины и в радиальном направлении снаружи от наиболее удаленного в радиальном направлении конца сердечника борта шины на расстоянии, равном 50% максимальной радиальной ширины сердечника, составляет от 70° до 100°, при этом в несобранном с ободом положении, по меньшей мере, на участке углубления до половины высоты сечения шины в радиальном направлении толщина резины постепенно уменьшается, а на следующем в наружном радиальном направлении участке боковины толщина резины остается постоянной.

2. Пневматическая шина по п.1, отличающаяся тем, что в несобранном с ободом положении наружная поверхность шины на участке между пяткой борта и положением максимальной ширины шины определяется по меньшей мере одной дугой, центр кривизны которой расположен в осевом направлении шины с внутренней стороны от наружной поверхности шины, по меньшей мере одной дугой, центр кривизны которой расположен в осевом направлении шины с наружной стороны от наружной поверхности шины, и по меньшей мере одной дугой, центр кривизны которой расположен в осевом направлении шины с внутренней стороны от наружной поверхности шины, причем указанные дуги в радиальном направлении шины расположены в наружную сторону в приведенном выше порядке.

3. Пневматическая шина по любому из пп.1 или 2, отличающаяся тем, что в несобранном с ободом положении угол β между осевым направлением шины и наклонной прямой линией, проходящей через третью точку пересечения заворота слоя с прямой линией, проходящей параллельно осевому направлению шины через центр масс сердечника борта, и через четвертую точку пересечения заворота слоя с прямой линией, проходящей параллельно осевому направлению шины и в радиальном направлении снаружи от наиболее удаленного в радиальном направлении конца сердечника борта шины на расстоянии, равном 50% максимальной радиальной ширины сердечника, составляет от 70° до 100°.

4. Пневматическая шина по любому из пп.1 или 2, отличающаяся тем, что в собранном с ободом положении, когда шина установлена на обод и накачана до нормального максимального внутреннего давления и без приложенной к ней нагрузки, зазор в осевом направлении шины между наружной поверхностью шины и бортом обода постепенно увеличивается к наружной стороне в радиальном направлении шины и его максимальная длина составляет от 10% до 30% максимальной ширины сердечника борта в осевом направлении шины.

5. Пневматическая шина по любому из пп.1 или 2, отличающаяся тем, что в несобранном с ободом положении толщина резины, измеренная в осевом направлении шины по прямой линии, проходящей через центр масс сердечника борта параллельно осевому направлению шины, составляет от 70% до 300% толщины резины, измеренной в радиальном направлении шины по прямой линии, проходящей через центр масс сердечника борта параллельно радиальному направлению шины.

6. Пневматическая шина по любому из пп.1 или 2, отличающаяся тем, что в несобранном с ободом положении ширина основания борта составляет от 200% до 260% максимальной ширины сердечника борта в осевом направлении шины.

7. Пневматическая шина по любому из пп.1 или 2, отличающаяся тем, что в несобранном с ободом положении расстояние в радиальном направлении шины от точки пересечения указанной пересекающей наружную заднюю поверхность борта прямой линии с касательной к основанию борта до конца заворота слоя составляет от 100% до 225% максимальной ширины сердечника борта в осевом направлении шины.

8. Пневматическая шина по п.7, отличающаяся тем, что в несобранном с ободом положении расстояние, определяемое в радиальном направлении шины, от точки пересечения прямой линии наружной поверхности, определяемой задней поверхностью борта, с касательной линией к основанию борта до конца заворота слоя равно от 135% до 200% максимальной ширины сердечника борта в осевом направлении шины.