Пневматическая шина и колесо движителя с этой шиной

 

Использование: изобретение относится к пневмоколесным движителям и может быть использовано машиностроением авиа- и шинной отраслями промышленности. Сущность изобретения: положение точки обода, находящейся на пневматической шине, определяется зависимостями, указанными в описании, причем слои корда каркаса от точки обода до бортовых колец в сечении выполнены прямолинейно, а прямая нейтральная линия соответствующих бортов и зон усиления наклонена к экваториальной плоскости под углом, указанном в описании, при этом образующие поверхности наружных сторон бортов по всей их длине эквидистантны прямому участку нейтральной линии соответствующих зон усиления шины. В колесе движителя наклонно выполненная часть закраин обода расположена от пяток бортов до боковин шины, прямолинейна и параллельна нейтральной линии соответствующих бортов и зон усиления шины, а длина наклонной части закраин составляет 0,3-0,8 длины нейтральной линии от основания борта до точки обода шины. 2 с.п.ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к пневмоколесным движителям и может быть использовано машиностроением, авиа- и шинной отраслями промышленности, а также организациями, эксплуатирующими пневмоколесные транспортные средства и орудия труда.

Известна пневматическая шина, имеющая борта с бортовыми кольцами, вокруг которых завернуты слои корда каркаса [1] Такая шина имеет гибкий, эластичный, свободно деформируемый каркас и жесткую, практически недеформируемую бортовую зону между основанием борта и точкой обода. В качестве последней принимается некоторая произвольно выбранная точка внутреннего контура каркаса (см. [1, с.75, рис.65]) или же любая точка средней (нейтральной) линии каркаса, расположенная вблизи контакта шины с закраиной обода (Бидерман В.Л. и др. Атлас номограмм равновесных конфигураций пневматических шин. М. Химиздат, 1967, с.3, рис.2).

Известно колесо с такой шиной, содержащее обод с посадочными (под борта шины) полками, с закраинами, отогнутыми (на их радиально наружных концах) внутрь колеса и имеющими участки, смежные с наружной поверхностью бортов, параллельные экваториальной плоскости [1, с.27, рис.23] Особенностью такого технического решения шины и колеса с такой шиной является то, что сравнительно небольшой криволинейный участок AB (см. [1, с. 75, рис.65]) контура каркаса имеет точку перегиба C. Поэтому даже от внутреннего давления в шине возникает дополнительное напряженное состояние, обусловленное изгибом зоны усиления каркаса суммарной силой приведенные к точке силы, обусловленные внутренним давлением в шине и действующие соответственно на части шины, расположенные выше и ниже точки перегиба C. Это дополнительное напряженное состояние в процессе качения колеса с эксплуатационными нагрузками изменяется во времени, снижая усталостную прочность каркаса, смежного с ним борта и надежность шины в целом.

К особенностям указанных решений относится и то, что для ограничения перемещений бортов шины относительно закраины обода, обеспечения устойчивой и плотной посадки бортов шины на ободе, что особенно важно для бескамерных шин, закраины обода вынужденно выполняют сравнительно высокими, а посадку бортов на полки обода осуществляют с большим натягом. В результате высокие закраины ободьев затрудняют монтаж шин на цельнопрофилированные ободья и снижают гибкость боковых стенок шин. Последнее уменьшает сцепление шин с дорогой, ухудшает демпфирующие свойства колес и комфортабельность транспортного средства.

Наиболее близким аналогом как по технической, так и по достигаемому результату являются пневматическая шина и колесо с этой шиной, соответственно наружная поверхность бортов шины и закраин обода которых имеют профиль меридионального сечения, состоящий в основном из двух участков вертикального (с уменьшенной высотой), параллельного экваториальной плоскости, и наклонного, параллельного криволинейному участку средней (нейтральной) линии зоны усиления шины, расположенной непосредственно выше ее бортовых колец [2] Окончания закраин обода колеса расположены значительно выше верхней поверхности бортового кольца, на которой находится точка обода, то есть в зоне вертикальных перемещений боковых стенок области усиления шины. Таким образом, наклонные части (ветви) закраин обода ограничивают вертикальные перемещения сравнительно тонких и гибких боковых стенок области усиления шины при действии на нее локальных эксплуатационных нагрузок.

Такое исполнение шины и колеса исключает изгибные и сдвиговые деформации в вертикальной и наклонной, расположенных непосредственно смежно с закраинами обода, частях бортовой зоны и области усиления шины при действии на нее только внутреннего давления воздуха. Однако значительная разница изгибных жесткостей боковых стенок шины выше закраин обода и боковых стенок в совокупности с наклонными участками закраин обода при эксплуатации шины (и колеса соответственно) обуславливает периодически повторяющиеся в окружном направлении изгибы боковых стенок относительно вертикально крайних частей закраин обода. При этом происходят и изгибные, и сдвиговые деформации в резинокордном каркасе шины на высоте h (см. [2, фиг. 6]), циклически повторяющиеся (в момент контакта шины с опорной поверхностью) и монотонно распространяющиеся (по мере качения колеса) по всей длине окружности шины. Как правило, по месту циклического изгиба боковых стенок происходит и постепенное перетирание покровных резин шины, и местное снижение усталостной прочности резинокордных слоев каркаса шины с возможным последующим их расслоением. Это обуславливает снижение долговечности шины, надежности колеса и безопасности транспортного средства в целом.

Кроме того, исполнение закраин в виде двух участков и удлинение наклонных участков закраин обода усложняет технологию, увеличивает массу и трудоемкость изготовления ободьев.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования пневматической шины и колеса движителя с этой шиной, в которых изменением профиля равновесной конфигурации бортовых зон и сопряженных с ними зон усиления шины (вплоть до точки обода и включая ее положение на равновесной нейтральной линии), а также усовершенствование наружных сторон бортов шины и смежных с ними закраин обода колеса обеспечивается исключение дополнительных изгибных, сдвиговых и переменных сжимающих напряжений в бортовой зоне и в зоне усиления (до точки обода) и за счет этого повышается усталостная прочность каркаса и бортов, предупреждается перетирание покровных резин шины и, как следствие, повышается надежность шины, безопасность колеса и транспортного средства в целом.

Поставленная задача решается тем, что в пневматической шине, включающей зоны усиления с точкой обода и борта со средней (нейтральной) линией, а также бортовые кольца, вокруг которых завернуты слои корда каркаса, согласно изобретению слои корда каркаса от точки обода и до бортовых колец выполнены прямолинейно и эквидистантно нейтральной линии (соответствующих бортов и зон усиления), наклоненной к экваториальной плоскости под углом где r_L расстояние от оси вращения шины до самого широкого места ее профиля; r_M координата по оси ординат точки M обода шины; _K и r_K соответственно угол наклона к меридиану нитей корда слоев и свободный радиус средней (нейтральной) линии равновесного профиля каркаса в точке K ее (линии) пересечения с экваториальной плоскостью шины, и соединяющей борт с точкой обода, взаимосвязанной с параметрами шины зависимостями
где x_M координата точки обода по оси абсцисс;
x_S, r_S координаты центра тяжести поперечного сечения бортового кольца или борта по оси абсцисс и по оси ординат соответственно;
a, b, c постоянные параболической функции нейтральной линии профиля шины на участке SML (от центра тяжести поперечного сечения бортового кольца или борта до точки L самого широкого места профиля шины),
при этом наружные стороны бортов, по всей их длине, параллельны прямой нейтральной линии MP соответствующих бортов и зон усиления шины.

В такой шине слои корда каркаса в бортах и в зонах усиления (до точки обода) работают только на растяжение, повышая усталостностную прочность каркаса и бортов и, как следствие, надежность шины и колеса в целом.

Поставленная задача решается и тем, что в колесе движителя, содержащего усовершенствованную пневматическую шину и обод с закраинами, хотя бы часть меридионального профиля которых наклонена к экваториальной плоскости, согласно изобретению, наклонно выполненная часть закраин обода расположена от пяток бортов до боковин шины, прямолинейна и параллельна нейтральной линии MP соответствующих бортов и зон усиления шины, а ее (наклонной части закраин) длина составляет 0,3-0,8 длины нейтральной линии, замеренной от точки P основания борта и до точки M обода шины.

Подобное исполнение колеса снижает во время эксплуатации сдвиговые деформации и уменьшает теплообразование как в бортах и надбортовых зонах, так и в самой шине, а расположение верхних окончаний закраин обода ниже точки обода шины исключает перетирание покровных резин, резинокордных слоев каркаса и/или бортовых лент шины, обеспечивая надежность и безопасность колеса и транспортного средства в целом. Кроме того, выполнение закраин обода прямолинейными на всей длине из рабочего (смежного с бортами шины) участка повышает технологичность изготовления и исключает удлиненные участки закраин, имеющие дополнительную точку перегиба, упрощает профиль проката заготовок ободьев, уменьшает их массу и трудоемкость изготовления.

На фиг. 1 изображена пневматическая шина (меридиональное сечение); на фиг. 2 бортовая зона и зона усиления пневматической шины; на фиг. 3 колесо движителя (меридиональное сечение шины с ободом).

Пневматическая шина имеет каркас 1 и борта 2.

Каркас 1 состоит из одного или нескольких слоев корда, нити которого заключены в резиновую оболочку и -или отделены друг от друга резиновыми прослойками. Профиль каркаса 1 выполнен равновесным, нейтральная (преимущественно средняя) криволинейная линия которого проходит через точку K экваториальной плоскости A-A шины, через точку L самого широкого места профиля шины и оканчивается в точке M обода шины, расположенной преимущественно в зоне 3 ее (шины) усиления.

Каждый борт 2 включает одно или несколько бортовых колец 4, вокруг которых завернуты слои каркаса 1, и имеет основание 5 с пяткой 6 (см. ГОСТ 22374-77, М. Госстандарт, 1977, с.7), а также наружную (относительно внутренней полости шины) сторону 7.

Участок шины, расположенный выше бортовых колец 4, вплоть до окончания заворотов слоев корда каркаса 1 и -или до окончания профилированных резиновых деталей борта (если они имеются и расположены выше кромок заворотов слоев корда) определяет границы шины.

Выше наружной стороны 7 бортов шины, снаружи по отношению к зоне 3 усиления и каркаса 1 шины, выполнены боковины 8, покровные резины которых оканчиваются у кромок протектора 9.

Каркас 1 с боковинами 8 (а в зоне усиления и с заворотами слоев и -или профилированными резиновыми деталями борта) составляют боковые стенки шины (не показаны), гибкая, эластичная, радиально деформируемая часть которых расположена выше точки M обода, а практически недеформируемая ниже этой точки профиля шины.

Недеформируемая часть шины включает и борта 2, средняя (нейтральная) линия MP профиля которых выполнена прямолинейно, является частью касательной линии TT, проведенной к криволинейной нейтральной линии KLM равновесного профиля шины, проходит через точку M обода шины и через центр тяжести поперечного сечения бортового кольца (если оно одно в борте) или посредине расстояния между центрами тяжести поперечных сечений наиболее аксиально удаленных (друг от друга) бортовых колец (если их несколько в борте).

Слои корда каркаса 1 на участке шины, экстремальные горизонтальные границы которого расположены напротив точки M обода и напротив верхнего (относительно оси вращения шины) положения поверхности бортовых колец, выполнены прямолинейно и эквидистантно нейтральной линии MP, проходящей через зону борта 2 и соответствующей часть зоны 3 усиления шины. При этом линия MP прямолинейна и наклонена к экваториальной плоскости A-A под углом

где r_L расстояние от оси вращения шины до самого широкого места ее профиля;
r_M координата по оси ординат точки M обода шины;
_K r_K соответственно угол наклона к меридиану нитей корда слоев и свободный радиус средней (нейтральной) линии равновесного профиля каркаса в точке K ее (линии) пересечения с экваториальной плоскостью шины,
и соединяет борт с точкой M обода, взаимосвязанной с параметрами шины зависимостями

где x_M координата точки M обода шины по оси абсцисс;
x_S, r_S координаты центра тяжести поперечного сечения бортового кольца (или борта) по оси абсцисс и по оси ординат соответственно;
a, b, c постоянные параболической функции нейтральной линии профиля шины на участке SML (от центра тяжести поперечного сечения бортового кольца или борта до точки L самого широкого места профиля шины).

Данные для определения значений r_L и r_K принимают по доступным источникам, в частности исходя из технического задания на разработку шины, _K определяют по [1] исходя из заданных наружного диаметра и ширины профиля шины, а центр тяжести поперечного сечения борта находится, как правило, посредине бортового кольца (если оно одно в борте), либо на средине расстояния между наиболее удаленными друг от друга бортовыми кольцами (если их несколько в одном борте).

Постоянные a, b, c находят расчетным путем по методу наименьших квадратов (Гончаров В.Л. Теория интерполирования и приближения функций. ОНТИ-ГТТИ, М. Ленинград, 1934, с. 157-247) с использованием алгоритма Гаусса (Крылов В.И. Приближенное вычисление интегралов. М. Наука, 1967, с.123-129).

Борт 2 имеет наружные стороны 7, которые по всей их длине, начиная от пятки 6 борта 2 и вплоть до их сопряжения с боковинами 8, выполнены параллельно прямой нейтральной линии MP соответствующих бортов 2 и зон 3 усиления шины.

Колесо движителя с этой усовершенствованной пневматической шиной содержит обод 10 с закраинами 11 и посадочными (под борта 2 шины) полками 12.

Закраины 11 по всей их рабочей поверхности, смежной с наружной стороной 7 (начиная от пяток 6 и до сопряжения с боковинами 8) бортов 2 шины, имеют профиль меридионального сечения с наклоном к экваториальной плоскости A-A и оканчиваются преимущественно отогнутыми (наружу и -или внутрь колеса) кромками 13.

Наклонно выполненная часть 14 закраин 11 обода 10 прямолинейна и параллельна нейтральной линии MP соответствующих бортов 2 и зон 3 усиления шины.

Длина наклонной части 14 закраин 11 прямо пропорциональна длине нейтральной линии MP смежных с закраинами 11 бортов 2 (и зон 3 усиления) шины и составляет 0,3-0,8 ее (нейтральной линии MP) длины, замеренной от точки P основания 5 бортов 2 и до точки M обода шины.

Формула изобретения

1. Пневматическая шина, включающая зоны усиления с точкой обода, лежащей в зоне борта на средней нейтральной линии поперечного сечения борта, а также бортовые кольца, вокруг которых завернуты слои корда каркаса, отличающаяся тем, что положение точки обода определяется следующими зависимостями:

r_м = ax²_м + bx_м + c,
где x_М координата точки М обода по оси абсцисс;
x_s, r_s координаты центра тяжести поперечного сечения бортового кольца или борта по оси абсцисс и по оси ординат соответственно;
a, b, c постоянные параболической функции нейтральной линии профиля шины на участке от центра тяжести поперечного сечения бортового кольца или борта до самого широкого места профиля шины,
слои корда каркаса от точки обода до бортовых колец в сечении выполнены прямолинейно, а прямая нейтральная линия соответствующих бортов и зон усиления наклонена к экваториальной плоскости под углом

где r_L расстояние от оси вращения шины до самого широкого места ее профиля;
r_M координата по оси ординат точки М обода шины;
_к, r_к соответственно угол наклона к меридиану нитей корда слоев и свободный радиус средней нейтральной линии равновесного профиля каркаса в точке ее пересечения с экваториальной плоскостью шины,
при этом образующие поверхности наружных сторон бортов по всей их длине эквидистантны прямому участку нейтральной линии соответствующих зон усиления шины.

2. Колесо движителя, содержащее пневматическую шину и обод с закраинами, хотя бы часть меридионального профиля которых наклонена к экваториальной плоскости, отличающееся тем, что наклонно выполненная часть закраин обода расположена от пяток бортов до боковин шины, прямолинейна и параллельна нейтральной линии соответствующих бортов и зон усиления шины, а длина наклонной части закраин составляет 0,3 0,8 длины нейтральной линии от основания борта до точки обода шины.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2