Колесо с шиной

 

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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) ((() ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

6СИОЙ аи БЛЕЮ- .ГИБЛИ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Фиг. 1 (21) 4731133/11 (22) 09.06.89 (46) 23,07,91. Бюл. М 2? (71) Челябинский политехнический институт . им. Ленинского комсомола (72) Г.В,Савельев, E.Ï.Ócòèíîâcêèé, А.А.Романченко, P.À.Áàííèêoâ и Н.Н,Ворошин (53) 629.113.012(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1521614, кл, В 60 В 21/10, 15.06,87. (54) КОЛЕСО С ШИНОЙ (57) Изобретение относится к колесным транспортным средствами, а именно к конструкции колеса с пневматической шиной, и может быть использовано предприятиями автомобильного, тракторного, подъемно-транспортного и сельскохозяйственного машиностроения.

Цель изобретения — повышение срока службы шины и снижение трудоемкости ее монтажадемонтажа. Колесо содержит обод 1 с бортовыми закраинами 2 и посадочными полками 3 и установленную на обод шину, вкл (ss)s В 60 В 21/10, В 60 С 15/02 щую в себя покрышку 4 с бортами 5, имеющими конические основания и бортовые кольца 5, а также в камерном варианте и ездовую камеру 7. Посадочные полки 3 обода 1 очерчены в перпендикулярных оси колеса сечениях чередующимися сопряженными между собой участками с угловым шагом а= 0,20-0,23 рад и периодически изменяющимся расстоянием до оси вращения колеса. В сечении по наибольшему диаметру посадочной полки 3 обода 1 натяг посадки бортов шины составляет в точках с наибольшим расстоянием до оси вращения колеса не менее д = 0,00?5(1 при изменении натяга по периметру за период ,на величину (0,005 — 0,007) d, а величина перепада натяга по периметру в обе стороны от этого сечения к середине обода и к бортовой закраине равномерно уменьшается .до нуля. 1 з,п. ф-лы, 3 ил, 1664595

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

Цель изобретения — повышение срока службы шины и снижение трудоемкости ее монтажа-демонтажа, На фиг.1 показано колесо с шиной, поперечное сечение; на фиг.2 и 3 — сечение

А — А на фиг,1 (варианты выполнения посадочной полки обода в средней части по наибольшему диаметру).

Колесо с шиной содержит обод 1 с бортовыми закраинами 2 и посадочными полками 3 и установленную на обод шину, включающую в себя покрышку 4 с бортами

5, имеющими конические основания и бортовые кольца 6, э также в камерном варианте и ездовую камеру 7. В бескамерном варианте шины ездовая камера 7 отсутствует.

В сечении А-А, расположенном в средней части посадочной полки 3 обода 1, посадочные полки имеют наибольший диаметр d. К середине обода 1 и к бортовой закраине 2 высота посадочной полки 3 постепенно уменьшается, обеспечивая переменный натяг вдоль посадочной полки, В сечении А — А каждая из двух посадочных полок 3 очерчена чередующимися сопряженными между собой участками 8 и 9 с угловым шагом а = 0,20 — 0,23 рад и периодически изменяющимся расстоянием до.оси вращения колеса, В точке А (фиг,2 и 3) посадочная полка 3 имеет наибольшее расстояние до оси вращения колеса, равное д/2, т,е, половине наибольшего диаметра посадочной полки 3 обода 1. В этой точке сечения натяг посадки бортов 5 покрышки 4 на посадочных полках

3 обода 1 наибольший и составляет не менее величины д = 0,00750.

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

0,007)d.

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

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

10 в общем случае выпуклую кривую, в частности радиусную кривую с радиусом R> = (О45б — oo ), а участок 9 очерчен вогнутой кривой, в частности радиусной кривой с рэдиусом Rz = (0-45d — оо). Участки 8 и 9 сопря15

55 жены между собой кривой, в частности радиусной кривой с радиусом Яз = (0,01 — 0,1)d, При R«d/2 в сечении А — А точка А с наибольшим натягом расположена в середине участка 8. Если центр кривизны радиусной кривой участка 8 расположен на оси вращения колеса (для сечения А-А это возможно при R1 = d/2), то натяг посадки на участке 8 сохраняется постоянным и изменяется только нэ участке 9, При R>= оо иRz= х участки8и9 являются прямыми гранями равностороннего многоугольника, сопряженными между собой радиусной кривой с радиусом Вз (фиг.3).

В предлагаемом колесе после сборки обода с шиной происходит перераспределение удельного давления посадки бортов 5 покрышки 4 на посадочных полках 3 обода

1 между участками 8 и 9 посадочных полок

3 обода 1, что связано с вязкоупругими свойствами и релаксацией материала бортов покрышки. При этом на участках 8 удельное давление посадки уменьшается и нэ участках 9 возрастает, Часть крутящего момента посадочными полками 3 обода 1 и коническими основаниями бортов 5 покрышки 4 реализуется непосредственно за счет создания предварительного натяга посадки, Если сцепления посадочных полок 3 обода 1 с основаниями бортов 5покрышки 4 недостаточно для передачи крутящего момента, происходят микроперемещения основания бортов 5 покрышки 4 относительно посадочных полок 3 обода 1 в окружном направлении, В этом случае при передаче вращения от обода 1 к покрышке 4 против часовой стрелки (фиг,2 и 3) наиболее выступающая точка А участка 8 посадочной полки 3 обода

1 встречает сопротивление движению со стороны основания борта 5 покрышки 4, где натяг уменьшается от точки А к точке В.

Проскальзывание посадочной полки 3 обода 1 по основанию борта 5 покрышки 4 ста50

55 нет возможным только после совершения допoRнительíой значительной работы упругойдеформации основания борта 5 покрышки 4 в зоне контакта основания борта 5 с участками 9 посадочной полки 3 обода 1, так как.равновесие между распорной силой на борта шины, вызванное окружным смещением шины относительно обода, и радиальным перемещением материала бортов шины носит замедленный релаксационный характер. Этим достигается увеличение передаваемого крутящего момента между посадочными полками 3 обода 1 и основаниями бортов 5 покрышки 4 несмотря на уменьшение натяга посадки на участках 9 посадочной полки 3 обода 1 с основаниями бортов 5 покрышки 4, Применение предлагаемого узла в каче стве колеса транспортного средства с шиной регулируемого давления воздуха позволяет существенно снизить средний натяг посадки бортов шины на посадочных полках обода, не опасаясь снижения нагрузочной способности соединения бортов покрышки с посадочными полками обода. Это мероприятие приводит к снижению напряжений в бортах шины, что увеличивает ее долговечность, а также снижается трудоемкость монтажно-демонтажных работ.

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

Пределы значения углового шага а непосредственно связаны с величиной натяга бортов покрышки на посадочные полки обода, С увеличением углового шага а возрастает разность натягов посадки в точке А на участке 8, где натяг в рассматриваемом сечении максимален и в точке В, являющейся серединой участка 9, где натяг а в рассматриваемом сечении минимален, что улучшает напряженно-деформированное состояние бортов покрышки и снижает трудоемкость выполнения монтажно-демонтажных работ.

Однако для нормальной работы соединения бортов покрышки с посадочными полками обода в сечении А — А должен быть гарантирован натяг в любой точке контакта борта с посадочной полкой обода, чем оп ределяется верхний предел углового шага а, При выходе за нижний предел углового шага а будет иметь место небольшой перепад натягов в соединении покрышки с ободом, что не обеспечивает существенных преимуществ работы узла, т.е. не достигается цель изобретения.

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

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

Изменение радиусов R> и йг участков 8 и 9 влияет на характер изменения натяга посадки по периметру и на кривизну контура сечения посадочной полки, При выходе за нижний предел указанного диапазона раиусов Ri u Rz существенно возрастает кривизна контура сечения посадочной полки, который копирует посаженный на нее борт покрышки. При этом создается опасность, что из-за повышенной жесткости бортов они не будут копировать контур посадочной полкии, т.е. не достигается цель изобретения, Сопряжение участков 8 и 9 радиусной кривой с радиусом Рз исключает наличие острых ребер в зоне перехода, что снижает концентрацию напряжений в материале бортов покрышки. Нижний предел радиуса

Кз исключает наличие острых ребер на бортах покрышки в зоне перехода от участка 8 к участку 9. При превышении верхнего предела указанного диапазона радиуса Кз зона сопряжения излишне расширяется, а активная зона участков 8 и 9 сужается.

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

1 наибольший и составляет, согласно изобретению, не менее величины д =- 0,0075d.

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

1664595

15

33%.

А-А составит

55 надежную работу соединения шины с ободом.

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

Верхний предел натяга д в формуле изобретения в предлагаемом колесе не регламентирован, При известных материалах бортов шин, по аналогии с серийными конструкциями, он может быть принят

0,011d . При натяге д> 0,011d по аналогии с серийными конструкциями, будут иметь место значительные напряжения в материале бортов шины и ее бортовых кольцах, что не способствует повышению долговечности шины, а также затрудняет выполнение монтажно-демонтажных работ, т.е. не достигается цель изобретения.

Нижний предел натяга д бортов покрышки гарантирует достаточное сцепление бортов покрышки с посадочными полками обода и передачу между ними крутящего момента несмотря на снижение натяга при переходе по периметру сечения

А — А от точки А к точке В за счет перераспределения удельного давления посадки бортов 5 покрышки 4 на посадочных полках

3 обода 1 между участками 8 и 9 посадочных полок 3 обода 1 после сборки колеса, что связано с вязкоупругими свойствами и релаксацией материала бортов покрышки.

При этом на участках 8 удельное давление посадки уменьшается, и на участках 9 возрастает.

В серийных конструкциях шин регулируемого давления после длительной эксплуатации наблюдается падение величины натяга посадки шины на посадочных полках обода на 38,5-.44,0%, однако при этом обеспечивается надежная посадка шины на ободе.

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

38,5-44,0%, обеспечивается надежная посадка шины на ободе, то и в предлагаемом колесе, несмотря на небольшой натяг в.окрестности точек В, в связи с вязкоупругими свойствами материала бортов шины также будет обеспечена передача крутящего момента от обода к шине при периодическом изменении натяга по периметру на величину (0,005 — 0,007)d.

Так, при предельном натяге посадки шины на ободе в точке А д= 0,0075d и изменении натяга от точки А к точке В на величину 0.005d (нижний предел изменения натяга от точки А к точке В) натяг в точке В составит (0,0075 — 0,005)б = 0,0025d, При линейном законе изменения натяга от точки А к точке

В (имеет место в конструкции по фиг.3) средний натяг в сечении А — А равен cp = (0,0025 + 0,0075)d/2 = 0,0050d что составляет 67% от натяга в точке А, т.е. средний натяг меньше натяга в точке А на

При предельном натяге посадки шины на ободе в точке Ад = О,X75d и изменении натяга от точки А к точке В на величину 0,007d (верхний предел изменения натяга от точки А к точке В) натяг в точке В составит 0,0005d, При линейном законе изменения натяга от точки А к точке В средний натяг в сечении cp = (0,00g5d + 0,0075d)/2=0,0040d что составляет 53 % от натяга в точке А, т,е в этом случае средний натяг меньше натяга в точке А íà 47%, В конструкции по фиг,2 закон изменения натяга по периметру более благоприятен, что дает увеличение среднего натяга в сечении А-А по сравнению с конструкцией по фиг.3 и.увеличение нагрузочной способности соединения шины с ободом.

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

Если натяг от точки А к точке В изменится на величину меньше чем 0,005d, то в бортах шины будут иметь место необоснованно большие напряжения, что снижает долговечность шины, а большие удельные давления посадки шины на ободе при этом повышают трудоемкость монтажа-демонтажа шины.

Если натяг от точки А к точке В изменится на величину больше чем 0,007d, то создается опасность появления зазора между ободом и бортом покрышки на вогнутом криволинейном участке 9, Зона, где имеет место, зазор между ободом и бортом покрышки, не участвует в передаче крутящего

1664595.10 момента от обода к шине, что снижает нагрузочную способность соединения, Так обоснованы пределы изменения натяга по периметру в сечении А-А за период величиной (0,005-0,007)4.

Граничные значения углового шага а и радиусов R> и Rz подобраны расчетным путем и в своей совокупности обеспечивают периодическое изменение натяга по периметру в сечении А — А на величину (0,005—

0,007)d, Последняя обоснована выше.

Причем граничные значения радиусов R< и

Rz указаны во втором пункте формулы, так как в общем случае радиусные кривые с радиусами R1 и В могут быть заменены близкими к ним кривыми высшего порядка при выполнении углового шага в указанных пределах и достижении цели изобретения, В основном пункте формулы изобретения указаны граничные значения для угло.— вого шага а, ограниченного величиной а

= 0,20-0,23 рад.

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

Из соображений хорошего копирования бортами. шины контура посадочной полки обода радиуса кривизны участков 8 и 9 посадочной полки обода должны быть по величине близкими или больше половины наибольшего диаметра d, чем и обосновываются граничные значения R> и Rz: нижнее граничное значение радиусов Я1 и Rz равно

0,45d, а верхнее граничное значение R< и Rz равное со, т.е. при верхнем граничном значении R> и Rz контур посадочной полки обода в сечении А-А представляет собой равносторонний многоугольник.

Если же при выходе за нижний предел углового шага фиксировать значения радиусов R > и Rz, т.е, сохранить кривизну участков

8 и 9 постоянной, то перепад натяга за период будет меньше требуемой величины (0,005-0.007)4, т,е, не достигается цель изобретения.

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

55 (0,005-0,007)4 потребуется оба участка Я и 9 выполнить выпуклыми с малой кривизной.

Из принципа работы соединения шины с ободом вытекает, что если сцепления посадочных полок 3 обода 1 с основаниями бортов 5 покрышки 4 недостаточно для передачи крутящего момента, происходят микроперемещения основания бортов 5 покрышки 4 относительно посадочных RotloK 3 обода 1 в окружном направлении. Проскальзывание посадочной полки 3 обода 1 по основанию борта 5 покрышки 4 станет возможным только после совершения дополнительной значительной работы упругой деформации основания борта 5 покрышки 4 в зоне контакта основания борта 5 с участками 9 посадочной полки 3 обода 1, так как равновесие между распорной силой на борта шины, вызванное окружным смещением шины относительно обода, и радиальным перемещением материала бортов шинй носит замедленный релаксационный характер, Работа упругой деформации, а следовательно, и передаваемый крутящий момент, в таком соединении шины с ободом будет тем больше, чем интенсивнее будет изменяться натяг на участках 8 и 9, отнесенный к 1О углового шага. Таким образом, если участки 8 и 9 будут выпуклыми с малой кривизной, то нагрузочная способность соединения шины с ободом будет сравнительно невелика, так как интенсивность изменения натяга, отнесенная к 1 углового шага, будет небольшой, При фиксированном значении радиусов

R> и Rz, т.е. при сохранении постоянной и достаточной кривизны участков 8 и 9, перепад натяга эа период при выходе за верхний предел углового шага будет больше требуемой величины (0,005 — 0,007)d, что создает опасность появления зазора между ободом и бортом покрышки на криволинейном участке 9. Зона, где имеет место зазор между ободом и бортом покрышки, не участвует в передаче крутящего момента от обода к шине, что снижает нагрузочную способность соединения.

Граничные значения радиусов В1 и

Rz подобраны расчетным путем и обеспечивают в укаэанном диапазоне углового шага а- 0,20 — 0,23 рад достижение . цели изобретения при высокой технологичности выполнения контура посадочной палки обода в сечении

А-А чередующимися радиусными кривыми. Обоснование граничных значений радиусов R< и Rz дано выше при обосновании пределов углового шага и связанной с этими пределами кри1664595

Составитель С.Белоусько

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Л,Бескид

Редактор Е.Папп

Заказ 2354 Тираж 343 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 визны участков 8 и 9 посадочных полок обода.

Формула изобретения

1. Колесо с шиной, содержащее обод с бортовыми закраинами и посадочными полками, сечение которых по наибольшему диаметру посадочной полки расположено в средней части полки с постепенным уменьшением высоты полки к середине обода и к бортовой закраине, каждый борт имеет коническое основание, снабжен двумя бортовыми кольцами и установлен с натягом на полке обода,о тл и ч а ю щеес я тем, что, с целью повышения срока службы шины и снижения трудоемкости ее монтажа-демонтажа, посадочные полки обода выполнены в сечениях, перпендикулярных оси вращения колеса, в виде чередующихся сопряженных между собой участков с угловым шагом а = ОЯ)-О23 рад ипереодически изменяющимся расстоянием до оси вращения колеса, причем в сечении по наибольшему диаметру посадочной полки натяг посадки бортов шины составляет в точках упомянутых участков с наибольшими расстоянием до оси вращения колеса не менее д = 0,0075d при изменении натяга по периметру за период.на величину (0,005-0,007)d, а величина перепада натяга по периметру в обе стороны от этого сечения к середине обода и к бортовой

10 закраине выполнена равномерно уменьшающейся, где d — наибольший диаметр посадочной полки обода.

2. Колесо по п.1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что упомянутые участки очерчены чередующимися выпуклой и вогнутой радиусными кривыми с радиусами соответственно R>

= (0,45d - оо) и Rz -. (0,45d -со ), сопряженными между собой радиусной кривой с ра20 диусом Вз =(0,01-0,1)d.