Шина автомобиля
Изобретение относится к шипованным шинам. На ребрах (211) протектора, ориентированных в окружном направлении, и ребрах (212) протектора, ориентированных в поперечном направлении, установлены различные шипы (5) противоскольжения с различным поперечным сечением штифтов (59). Упомянутые различные поперечные сечения штифтов или по меньшей мере поперечные сечения вторых штифтов ориентированы так, что большая поверхность штифта проходит в направлении продольной оси ребра протектора. Технический результат – улучшение сцепления шины с заснеженными и обледенелыми дорогами. 9 з.п. ф-лы, 4 ил.
Область техники, к которой относится изобретения
Изобретение относится к шине автомобиля, содержащей протектор, предназначенный для обеспечения контакта с поверхностью при качении и оснащенный шипами противоскольжения, содержащими:
- удлиненный корпус шипа с нижним фланцем, помещенным на дно гнезда шипа, и стержень, проходящий вверх от нижнего фланца, а также
- штифт, прикрепленный к корпусу шипа и выполненный из материала, например, твердого сплава, отличающегося от материала указанного корпуса шипа, причем штифт установлен внутри корпуса шипа и выступает со стороны его внешнего конца,
- причем протектор содержит ребра протектора, длина которых превышает их ширину, а направление большей длины указанного ребра протектора определяет направление ребра протектора, в результате чего ребра протектора ориентированы по меньшей мере по существу в окружном направлении и поперечном направлении шины.
Уровень техники
Из уровня техники известна, в частности, установка металлических шипов противоскольжения на зимние шины, разработанные для движения по заснеженным и обледенелым дорогам, с целью улучшения сцепление с дорогой. Шипы предназначены для врезания в лед и, тем самым, создания механического соединения между поверхностью дороги и шиной на тот короткий момент времени, в течение которого шип соприкасается с дорогой во время качения шины по этой точке поверхности дороги. Шип обычно содержит корпус шипа, выполненный из легкого сплава или иного подобного материала, и штифт, изготовленный из твердого сплава, причем этот штифт предназначен, главным образом, для соприкосновения с поверхностью.
Из уровня техники известно несколько различных форм поперечного сечения твердосплавного металлического штифта. Например, патентная заявка WO 98/56976 описывает большинство основных форм (треугольник, полукруг, квадрат и т.п.), произвольно ориентированных по отношению к продольной оси шипа.
Патентные заявки US 7900669 и RU 2319617 раскрывают ориентацию квадратного шипа, при которой диагональ квадрата в пределах заданного допуска параллельна окружному направлению шины.
Из уровня техники также известна патентная заявка US 6374886, в которой раскрыта так называемая шина автомобиля с пластинчатыми шипами. Согласно этой заявке, на сцепление шины с дорогой в продольном и поперечном направлениях может влиять ориентация и схема расположения пластинчатых шипов.
Раскрытие изобретения
Задачей настоящего изобретения является разработка шипованных шин и улучшение их сцепления с дорогой. Кроме того, задачей изобретения является создание нового типа автомобильной шины, оснащенной шипами противоскольжения, причем способ расположения шипов противоскольжения должен отличаться от способа, известного из уровня техники. Таким образом, задача состоит в обеспечении более эффективного врезания в лед с меньшим усилием шипа по сравнению с уровнем техники.
Автомобильная шина в соответствии с настоящим изобретением имеет признаки, раскрываемые в независимом пункте формулы изобретения.
Автомобильная шина в соответствии с настоящим изобретением содержит протектор, предназначенный для обеспечения контакта с поверхностью при качении и оснащенный шипами противоскольжения, содержащими:
- удлиненный корпус шипа с нижним фланцем, помещенным на дно гнезда шипа, и стержень, проходящий вверх от нижнего фланца, а также
- штифт, прикрепленный к корпусу шипа и выполненный из материала, например, твердого сплава, отличающегося от материала указанного корпуса шипа, причем штифт установлен внутри корпуса шипа и выступает со стороны его внешнего конца, причем
- протектор содержит ребра протектора, длина которых превышает их ширину, а направление большей длины указанного ребра протектора определяет направление элемента, в результате чего ребра протектора ориентированы по меньшей мере по существу в окружном направлении и поперечном направлении шины, причем
- ребра протектора, ориентированные в окружном направлении, и ребра протектора, ориентированные в поперечном направлении шины, оснащены шипами противоскольжения, отличающимися друг от друга и содержащими штифты с различным поперечным сечением.
В предпочтительном варианте исполнения упомянутые различные поперечные сечения штифтов ориентированы таким образом, что большая поверхность штифта соответствует направлению продольной оси ребра протектора. В другом варианте исполнения упомянутые различные поперечные сечения штифтов ориентированы таким образом, что большая поверхность штифта соответствует окружному или поперечному направлению шины, в зависимости от направления продольной оси ребра протектора относительно указанных направлений шины.
Два различных варианта исполнения, упомянутые выше, различаются принципом ориентации поперечного сечения штифта. В соответствии с первым вариантом, большая поверхность штифта ориентирована в направлении продольной оси ребра протектора. Таким образом, в этом первом варианте ориентация штифтов соответствует направлению продольной оси ребер протектора, и ориентация меняется на различных ребрах протектора, если ребра протектора различаются направлением продольной оси. Во втором варианте исполнения ребра протектора можно разделить на ребра протектора, ориентированные в окружном и поперечном направлении, в соответствии с их основным направлением, приняв, например, угол 45° за предельное значение в сравнении с окружным направлением шины. Иными словами, если направление продольной оси ребра протектора отклонено от окружного направления шины менее чем на 45°, то ребро протектора считают по существу ориентированным в окружном направлении, а если направление продольной оси отклонено от окружного направления шины на 45° и более, то ребро протектора считают по существу ориентированным в поперечном направлении. В соответствии с этой классификацией ориентация поверхности штифта, имеющей большую площадь, соответствует основному направлению шины. Таким образом, в последнем варианте исполнения штифты различной формы ориентированы в окружном или поперечном направлении.
Задача изобретения - изменить эффект, оказываемый шипами противоскольжения, таким образом, чтобы вследствие того, что гибкость шины и количество ребер протектора, ориентированных в окружном направлении шины, в центральной области обычно выше, чем в кромочной области, эту область можно было использовать, в частности, для влияния на компоненты окружных сил, а также на сцепление с дорогой во время ускорения и торможения. Кромочную область, в свою очередь, используют для влияния на боковые силы, действующие в поворотах, в частности, на компоненты сил, действующие в поперечном направлении.
Совместив штифт с соответствующим ребром протектора или с основным направлением элемента рисунка, можно объединить направление наибольшего изгибающего усилия, действующего на штифт, и направление наибольшей изгибной жесткости ребра протектора. Иными словами, поскольку жесткость ребра протектора на изгиб обычно значительно выше в направлении его продольной оси (см. выше), чем в поперечном направлении, можно получить ребро протектора, способное очень эффективно выдерживать усилие, вызванное штифтом шипа противоскольжения, без нежелательных перекосов и деформаций, которые, в свою очередь, могли бы ухудшить управляемость автомобиля. Кроме того, предотвращение деформирования ребра протектора обеспечивает оптимальное функционирование шипа и улучшает сцепление с дорогой.
В одном из вариантов исполнения шипы противоскольжения, используемые в центральной области, оснащены штифтом круглого, овального или иного округлого сечения. В другом варианте исполнения штифт имеет прямоугольное, ромбовидное или овальное сечение, ориентированное в направлении, противоположном окружному направлению шины. Это решение основано на том факте, что гибкость шины обеспечивает более длительный эффект противоскольжения в центральной области по сравнению с кромками, когда торможение осуществляют на льду или скользкой поверхности. Таким образом, предпочтительно использовать штифт с поперечным сечением, отличающимся наилучшей способностью вызывать трение льда в продольном направлении; иными словами, площадь лицевой поверхности штифта шипа в направлении торможения и ускорения больше, чем в боковом направлении. При использовании круглого штифта, разумеется, такой разницы в направлениях нет, и эффект одинаково действует во всех направлениях. Тем не менее, на ориентированных в окружном направлении ребрах протектора, расположенных в центральной области, круглый штифт работает по меньшей мере достаточно хорошо.
В одном из вариантов исполнения шипы противоскольжения, установленные на ориентированных в поперечном направлении ребрах протектора, имеют большую площадь поверхности в поперечном направлении шины по сравнению с поперечной поверхностью штифтов, установленных на ребрах протектора, ориентированных в окружном направлении. Таким образом, твердосплавный штифт шипа имеет форму квадрата, прямоугольника, ромба, параллелограмма, пятиугольника, шестиугольника, семиугольника, восьмиугольника, звезды в соответствии с вышеупомянутыми формами или иную подобную форму, ориентированную в поперечном направлении шины. Таким образом, соответственно, уменьшение длительности вертикального перемещения в кромочной области шины можно компенсировать путем разработки штифта, более эффективно входящего в поверхность, в частности, с учетом изменяющегося направления действия силы. Кроме того, в этом контексте можно также отметить, что внешняя кромка шины - это область, которая обычно подвергается определенной нагрузке в поворотах, причем такое чередование нагрузки дополнительно способствует врезанию шипов противоскольжения, установленных в кромочной области.
Кроме того, в одном из вариантов исполнения шипы противоскольжения, установленные на ребрах протектора, ориентированных в поперечном направлении, имеют более угловатое поперечное сечение штифта по сравнению с шипами противоскольжения, установленными на ребрах протектора, ориентированных в окружном направлении, причем штифт шипа противоскольжения на ребре протектора, ориентированном в поперечном направлении, имеет отношение s=р/А, где р - периметр штифта, а А - площадь поперечного сечения штифта, причем указанное отношение превышает соответствующее отношение штифта шипа противоскольжения на ребре протектора, ориентированном в окружном направлении.
В этом контексте твердым сплавом считают твердый сплав, известный, в частности, из уровня техники. Твердый сплав обычно представляет собой износостойкий металлический композиционный материал, который может содержать вольфрам в форме карбида, причем в качестве связующего компонента обычно используют кобальт. Композиционный материал может также содержать карбид титана, карбид тантала, карбид молибдена или карбид ванадия. Различные материалы на основе керамики, прочность и износостойкость которых соответствует твердому сплаву, или, в частности, износостойкие полимеры также могут быть классифицированы как материалы, которые в этом контексте могут быть равнозначны твердым сплавам.
Размещение штифтов различных сечений в области протектора может в значительной степени влиять на свойства автомобильной шины, оснащенной шипами противоскольжения. Другой важный фактор - ориентация поперечного сечения, не имеющего вращательной симметрии, по отношению к окружному направлению, то есть, направлению качения. В нашем случае такое размещение становится дополнительным параметром, влияющим на динамику между поверхностью и шиной. Разумеется, следует отметить, что в окружном направлении шипы противоскольжения непрерывно расположены друг за другом таким образом, чтобы исключить какие-либо существенные изменения во время одного оборота шины.
Кроме того, в одном из вариантов исполнения ориентация упомянутых шипов противоскольжения, установленных на ребрах протектора, ориентированных в поперечном направлении, выбрана таким образом, что наибольшая ширина штифта расположена параллельно окружному направлению шины. Соответственно, шипы противоскольжения, установленные на ребрах протектора, ориентированных в поперечном направлении, расположены таким образом, что наибольшая ширина штифта расположена перпендикулярно окружному направлению шины. Таким образом, получают рисунок расположения шипов противоскольжения, причем рисунок, образованный одиночными шипами противоскольжения, очень хорошо врезается в поверхность в разнообразных режимах движения автомобиля, в частности, при торможении или ускорении во время прохождения поворотов, в ситуациях, требующих предоставить преимущество другому транспортному средству, и в иных подобных ситуациях.
Краткое описание чертежей
Изобретение детально описывается ниже на основании вариантов исполнения со ссылкой на прилагаемые фигуры, на которых изображено нижеследующее.
Фигура 1: общий вид протектора шины автомобиля, оснащенного шипами противоскольжения и содержащего ребра протектора, ориентированные в поперечном и окружном направлениях.
Фигура 1а: фрагмент поперечного сечения штифта, установленного на ребре протектора, ориентированном в окружном направлении (см. фиг. 1).
Фигура 1b: фрагмент поперечного сечения штифта, установленного на ребре протектора, ориентированном в поперечном направлении (см. фиг. 1).
Фигура 2: шина автомобиля согласно варианту исполнения, в котором шипы противоскольжения, установленные на ребрах протектора, ориентированных в поперечном и окружном направлении, имеют штифты с различными поперечными сечениями.
Фигура 3: шина автомобиля согласно другому варианту исполнения, в котором шипы противоскольжения, установленные на ребрах протектора, ориентированных в поперечном и окружном направлении, имеют штифты с различными поперечными сечениями.
Фигура 4: вариант исполнения конструкции шипа противоскольжения.
Осуществление изобретения
На фигуре 1 изображена шина 1 автомобиля, содержащая протектор 2, предназначенный для обеспечения контакта с поверхностью при качении и оснащенный шипами 5 противоскольжения, содержащими:
- штифт 59, прикрепленный к корпусу 50 шипа и выполненный из материала, например, твердого сплава, отличающегося от материала указанного корпуса 50 шипа, причем штифт 59 установлен внутри корпуса 50 шипа и выступает со стороны его внешнего конца, причем
- протектор содержит ребра 21 протектора, длина I которых превышает их ширину w, а направление большей длины l указанного ребра протектора определяет направление элемента, в результате чего ребра протектора ориентированы по меньшей мере по существу в окружном направлении С и поперечном направлении W шины, причем
- ребра 211 протектора в окружном направлении и ребра 212 протектора в поперечном направлении шины оснащены шипами 5 противоскольжения, отличающимися друг от друга и содержащими штифты 59 с различным поперечным сечением.
На фигуре 1 изображен вариант исполнения шины автомобиля, в котором профиль поверхности содержит ребра 211 протектора, ориентированные в окружном направлении, и ребра 212 протектора, ориентированные в поперечном направлении. На фигуре 1 эти направления обозначены штрихпунктирными линиями со стрелками, проходящими через эти ребра протектора и указывающими длину I и ширину w ребра 21 протектора. В этом варианте исполнения ребра протектора можно разделить на ребра протектора, ориентированные в окружном и поперечном направлении, в соответствии с их основным направлением, приняв, например, угол 45° за предельное значение в сравнении с окружным направлением С шины. В варианте исполнения, показанном на фигуре 1, упомянутые различные поперечные сечения штифтов ориентированы таким образом, что большая поверхность штифта соответствует окружному направлению, поперечному направлению или обоим направлениям шины, в зависимости от направления продольной оси ребра протектора относительно упомянутых направлений шины.
На фигуре 2 изображен другой вариант исполнения, использующий тот же рисунок протектора шины автомобиля, который показан на фигуре 1. В данном случае упомянутые различные поперечные сечения штифтов или по меньшей мере поперечные сечения вторых штифтов ориентированы так, что большая поверхность штифта проходит в направлении продольной оси ребра протектора. Таким образом, направление штифта шипа противоскольжения, способного обеспечить максимально возможное трение, соответствует направлению ребра протектора, в котором его жесткость максимальна, благодаря чему эти свойства дополняют друг друга, и образуется сбалансированная конструкция.
На фигуре 3 изображен третий вариант исполнения, использующий тот же рисунок протектора шины автомобиля, который показан на фигурах 1 и 2. В этом случае упомянутые различные поперечные сечения штифтов и поперечные сечения штифтов на поперечных ребрах протектора ориентированы таким образом, что большая поверхность штифта проходит в направлении боковой стороны шины. Таким образом, направление штифта шипа противоскольжения, способного обеспечить максимально возможное трение, соответствует поперечному направлению шины, благодаря чему обеспечивается хорошая управляемость и улучшается сцепление с дорогой в поперечном направлении.
Свойства шипов противоскольжения, установленных на различных ребрах протектора, можно выбирать таким образом, чтобы усилить сцепление с дорогой ребер протектора, ориентированных в окружном и поперечном направлении, в продольном и поперечном направлении соответственно. В частности, сцепление с дорогой в условиях обледенения является существенным признаком, причем, по сравнению с другими областями, ребра протектора, ориентированные в окружном направлении, содержат шипы противоскольжения, отличающиеся улучшенным сцеплением с дорогой в продольном направлении, то есть, в направлении качения шины, а ребра протектора, ориентированные в поперечном направлении, в свою очередь, содержат шипы противоскольжения, отличающиеся улучшенным сцеплением с дорогой в поперечном направлении. В этом варианте исполнения для данной области выбирают штифт шипа противоскольжения с увеличенной площадью поверхности в соответствующем направлении.
На фигуре 3 изображен тот же профиль протектора шины автомобиля, который показан на фигурах 1 и 2. В варианте исполнения, показанном на фигуре 3, ребра протектора, ориентированные в окружном направлении, расположенные в этой области, содержат шипы 5 противоскольжения с круглыми штифтами, а ребра протектора, ориентированные в поперечном направлении, расположенные в кромочной области - модифицированные шестиугольные штифты 59, ориентированные таким образом, что поверхность большей площади проходит в поперечном направлении. Ориентация корпуса 50 шипа соответствует ориентации штифта 59.
В одном из вариантов исполнения форму можно выбрать таким образом, чтобы шипы 5 противоскольжения, установленные на поперечных ребрах 212 протектора, имели более угловатое поперечное сечение штифта 59 по сравнению с шипами 5 противоскольжения, установленными на ребрах 211 протектора, ориентированных в окружном направлении, причем штифт 59 шипа противоскольжения на ребре протектора, ориентированном в поперечном направлении, будет иметь отношение s=р/А, где р - периметр штифта, а А -площадь поперечного сечения штифта, причем указанное отношение превышает соответствующее отношение штифта шипа противоскольжения, установленного на ребре протектора, ориентированном в окружном направлении. На фигурах 1а и 1b изображены некоторые варианты поперечных сечений такого штифта 59; на фигуре 1а показана форма штифта 59, устанавливаемого на ребрах протектора, ориентированных в окружном направлении (см. фиг. 1), а на фигуре 1b показана форма штифта 59, устанавливаемого на ребрах протектора, ориентированных в поперечном направлении (см. фиг. 1). Это имеет место, например, в том случае, когда шипы 5 противоскольжения, используемые в центральной области 21, содержат штифт 59 круглого, овального или иного закругленного сечения. Соответственно, их можно подобрать таким образом, чтобы шипы 5 противоскольжения, используемые в кромочной области 22, содержали штифты 59 угловатого сечения, например, квадратного, ромбовидного, звездообразного или иного подобного сечения. На фигуре 1 изображен вариант исполнения, в котором штифты 59 угловатого сечения используются в обеих областях; впрочем, форма штифтов на поперечных ребрах 212 протектора в кромочной области более угловата по сравнению с ребра протекторами 211, ориентированными в окружном направлении и находящимися в центральной области. Соответственно, на фигуре 2 изображен вариант, в котором в центральной области используются круглые штифты 59, а в кромочной области - штифты в форме модифицированного шестиугольника.
В другом варианте исполнения упомянутые шипы 5 противоскольжения, отличающиеся друг от друга, имеют различную массу. Таким образом, шипы противоскольжения, установленные на ориентированных в окружном направлении ребрах протектора предпочтительно имеют меньшую массу, чем шипы, установленные на ориентированных в поперечном направлении ребрах протектора. В следующем варианте исполнения упомянутые шипы 5 противоскольжения, отличающиеся друг от друга, различаются диаметром штифта 59. Таким образом, шипы противоскольжения на ориентированных в окружном направлении ребрах протектора предпочтительно имеют меньший диаметр или меньшую площадь поперечного сечения по сравнению с шипами на ориентированных в поперечном направлении ребрах протектора. В следующем варианте исполнения высота шипов противоскольжения или штифтов на ориентированных в окружном направлении ребрах протектора превышает высоту шипов противоскольжения или штифтов на ориентированных в поперечном направлении ребрах протектора.
Наконец, на фигуре 4 изображен общий вид шипа противоскольжения сбоку, причем шип противоскольжения содержит удлиненный корпус 50 шипа с нижним фланцем 52, установленным на дно гнезда шипа, причем стержень 51 проходит вверх от нижнего фланца, а штифт 59 прикреплен к корпусу 50 шипа и выполнен из материала, например, твердого сплава, отличающегося от материала указанного корпуса 50 шипа, причем штифт установлен внутри корпуса 50 шипа таким образом, что он выступает со стороны его внешнего конца, которая на данной фигуре расположена сверху.
Настоящее изобретение и различные варианты его исполнения не ограничиваются приведенными выше примерами. Описанные отдельные признаки можно применять в решении, соответствующем изобретению, независимо от других отдельных признаков. Комбинации признаков, описанные в пунктах формулы изобретения, открыты в том смысле, что в защищаемый объем могут также входить комбинации, не описанные в независимых или зависимых пунктах формулы.
1. Шина (1) автомобиля, содержащая протектор (2), предназначенный для обеспечения контакта с поверхностью при качении и оснащенный шипами (5) противоскольжения, содержащими:
- удлиненный корпус (50) шипа с нижним фланцем (52), помещенным на дно гнезда шипа, и стержень (51), проходящий вверх от нижнего фланца (52), а также
- штифт (59), прикрепленный к корпусу (50) шипа и выполненный из материала, например твердого сплава, отличающегося от материала указанного корпуса (50) шипа, причем штифт (59) установлен внутри корпуса (50) шипа и выступает со стороны его наружного конца,
- причем протектор содержит ребра (21) протектора, длина (I) которых превышает их ширину (w), а направление большей длины (I) указанного ребра (21) протектора определяет направление ребра протектора, в результате чего ребра протектора ориентированы по меньшей мере по существу в окружном направлении (С) и поперечном направлении (W) шины,
отличающаяся тем, что на ребрах (211) протектора, ориентированных в окружном направлении, и ребрах (212) протектора, ориентированных в поперечном направлении, установлены различные шипы (5) противоскольжения с различным поперечным сечением штифтов (59) и что упомянутые различные поперечные сечения штифтов или по меньшей мере поперечные сечения вторых штифтов ориентированы так, что большая поверхность штифта проходит в направлении продольной оси ребра протектора.
2. Шина (1) автомобиля по п. 1, отличающаяся тем, что упомянутые различные поперечные сечения штифтов ориентированы так, что большая поверхность штифта соответствует окружному или поперечному направлению шины в зависимости от направления продольной оси ребра протектора относительно указанных направлений шины.
3. Шина (1) автомобиля по п. 1, отличающаяся тем, что в условиях обледенения шипы (5) противоскольжения, установленные на ориентированных в окружном направлении ребрах протектора, отличаются улучшенным сцеплением с дорогой в продольном направлении, а шипы (5) противоскольжения, установленные на ориентированных в поперечном направлении ребрах протектора, отличаются улучшенным сцеплением с дорогой в поперечном направлении.
4. Шина (1) автомобиля по п. 1, отличающаяся тем, что шипы (5) противоскольжения, установленные на ориентированных в поперечном направлении ребрах протектора, содержат штифты 59 угловатого поперечного сечения, например квадратного, ромбовидного, звездообразного или иного подобного сечения.
5. Шина (1) автомобиля по п. 1, отличающаяся тем, что шипы (5) противоскольжения, установленные на ориентированных в поперечном направлении ребрах протектора, имеют более угловатое поперечное сечение штифта (59) по сравнению с шипами (5) противоскольжения, установленными на ориентированных в окружном направлении ребрах протектора, причем штифт (59) шипа противоскольжения, установленного на ориентированном в поперечном направлении ребре протектора, имеет отношение s=р/А, где р - периметр штифта, а А - площадь поперечного сечения штифта, причем указанное отношение превышает соответствующее отношение штифта шипа противоскольжения, установленного на ориентированном в окружном направлении ребре протектора.
6. Шина (1) автомобиля по п. 1, отличающаяся тем, что упомянутые шипы (5) противоскольжения отличаются друг от друга массой.
7. Шина (1) автомобиля по п. 6, отличающаяся тем, что масса шипов противоскольжения, установленных на ориентированных в окружном направлении ребрах протектора, меньше массы шипов, установленных на ориентированных в поперечном направлении ребрах протектора.
8. Шина (1) автомобиля по п. 1, отличающаяся тем, что упомянутые шипы (5) противоскольжения отличаются друг от друга диаметром штифта (59).
9. Шина (1) автомобиля по п. 1, отличающаяся тем, что диаметр или площадь поперечного сечения шипов противоскольжения, установленных на ориентированных в окружном направлении ребрах протектора, меньше диаметра или площади поперечного сечения шипов, установленных на ориентированных в поперечном направлении ребрах протектора.
10. Шина (1) автомобиля по п. 1, отличающаяся тем, что высота шипов противоскольжения, установленных на ориентированных в поперечном направлении ребрах протектора, превышает высоту шипов, установленных на ориентированных в окружном направлении ребрах протектора.
