Шина автомобиля
Изобретение относится к шипованным шинам. По меньшей мере две зоны, сформированные в окружном направлении шины, занимают всю ширину протектора (2) и оснащены различными шипами (5) противоскольжения с различным поперечным сечением штифтов (59). В условиях обледенения шипы (5) противоскольжения, используемые в центральной зоне (21), обеспечивают улучшенное сцепление с дорогой в продольном направлении, а шипы (5) противоскольжения, используемые в краевой зоне (22), обеспечивают улучшенное сцепление с дорогой в поперечном направлении. Технический результат – улучшение сцепление шины с заснеженными и обледенелыми дорогами. 11 з.п. ф-лы, 4 ил.
Область техники
Изобретение относится к шине автомобиля, содержащей протектор, предназначенный для обеспечения контакта с поверхностью при качении и оснащенный шипами, 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, в частности, твердого сплава, отличающегося от материала указанного корпуса шипа, причем штифт установлен внутрь корпуса шипа и выступает с его внешней стороны.
Уровень техники
Из уровня техники известны, в частности, зимние шины, разработанные для движения по заснеженным и обледенелым дорогам, с металлическими шипами противоскольжения, улучшающими сцепление с дорогой. Шипы предназначены для врезания в лед и, тем самым, создания механического сцепления между поверхностью и шиной на тот короткий момент времени, в который шип соприкасается с дорогой во время качения шины по этой точке поверхности. Шип обычно содержит корпус шипа, выполненный из легкого сплава или иного подобного материала, и штифт, изготовленный из твердого сплава, то есть, для соприкосновения с поверхностью предназначен, в первую очередь, этот штифт.
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 расположение 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 шипы противоскольжения должны быть расположены способом, отличающимся от способа, известного в уровне техники. Таким образом, задача состоит в обеспечении более эффективного врезания в лед с меньшим усилием шипа по сравнению с уровнем техники.
Автомобильная шина, описываемая изобретением, имеет признаки, раскрываемые в независимом пункте формулы изобретения.
Автомобильная шина, описываемая 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, в частности, твердого сплава, отличающегося от материала указанного корпуса шипа, причем штифт установлен внутрь корпуса шипа и выступает с его внешней стороны,
причем в окружном направлении шины сформированы по меньшей мере две зоны по всей ширине протектора, оснащенные различными шипами противоскольжения с различным поперечным сечением.
В предпочтительном варианте исполнения изобретения окружными зонами называют центральную зону и краевую зону. Кроме того, в одном варианте исполнения центральная зона занимает примерно от 30 до 70% ширины протектора и расположена в центральной части протектора относительно поперечного направления. Соответственно, краевые зоны или краевая зона, занимающая примерно от 20 до 70% ширины протектора, расположена в одной или обеих краевых областях протектора. Эту краевую область можно также назвать зоной бурта шины. Задача изобретения - использовать эффект, оказываемый шипами противоскольжения, таким образом, чтобы вследствие того, что гибкость шины в области центральной зоны обычно выше, чем в краевой области, эту область можно было использовать, в частности, для влияния на компоненты окружных сил, а также сцепления с дорогой во время ускорения и торможения. Краевую зону, в свою очередь, используют для влияния на боковые силы, в частности, на компоненты сил, действующие в поперечном направлении, в частности, в поворотах. Вышеупомянутое процентное соотношение ширины дано исключительно для примера и может быть легко изменено, например, на 10% в любую сторону.
В одном из вариантов исполнения шипы противоскольжения, используемые в центральной зоне, оснащены штифтом круглого, овального или иного округлого сечения. В другом варианте исполнения штифт имеет прямоугольное, ромбовидное или овальное сечение, ориентированное в направлении, противоположном продольному направлению шины. Это решение основано на том факте, что гибкость шины обеспечивает более длительный эффект противоскольжения в центральной зоне по сравнению с кромками, когда торможение осуществляют на льду или скользкой поверхности. Таким образом, предпочтительно использовать штифт с поперечным сечением, отличающимся наилучшей способностью генерировать трение льда в продольном направлении; иными словами, площадь лицевой поверхности штифта шипа в направлении торможения и ускорения больше, чем в поперечном направлении. При использовании круглого штифта, разумеется, такой разницы в направлениях нет, и эффект одинаково хорош во всех направлениях. Тем не менее, в центральной зоне круглый штифт работает по меньшей мере достаточно хорошо.
В одном из вариантов исполнения шипы противоскольжения, используемые в краевой зоне, имеют большую площадь поверхности в поперечном направлении штифта, чем шипы, используемые в центральной зоне. 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 направлении боковой стороны шины. Таким образом, соответственно, уменьшение длительности погружения, обусловленного краевой областью шины, можно компенсировать путем разработки штифта, более эффективно врезающегося в поверхность, в частности, в связи с изменяющимся направлением действия силы. Кроме того, в этом контексте можно также отметить, что внешний край шины - это область, которая обычно подвергается определенной нагрузке в поворотах, причем такое чередование нагрузки дополнительно способствует врезанию шипов противоскольжения, расположенных в краевой зоне.
Кроме того, в одном из вариантов исполнения шипы противоскольжения, используемые в краевой зоне, имеют более многоугольное поперечное сечение штифта по сравнению с шипами противоскольжения, используемыми в центральной зоне, причем штифт шипа противоскольжения, используемого в краевой зоне, имеет отношение s=р/А, где р - периметр штифта, а А - площадь поперечного сечения штифта, причем это отношение превышает соответствующее отношение штифта шипа противоскольжения, используемого в центральной зоне.
В этом контексте твердым сплавом считают твердый сплав, известный, в частности, из уровня техники. Твердый сплав обычно представляет собой износостойкий металлический композитный материал, который может содержать вольфрам в виде карбида, причем в качестве связующего компонента обычно используют кобальт. Композитный материал может также содержать карбид титана, карбид тантала, карбид молибдена или карбид ванадия. Различные материалы на основе керамики, прочность и износостойкость которых соответствуют твердому сплаву, или, в частности, износостойкие полимеры, также могут быть классифицированы как материалы в этом контексте наравне с твердыми сплавами.
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 создает дополнительный параметр, влияющий 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 упомянутые шипы противоскольжения, расположенные в краевой зоне, ориентированы по диагонали по отношению к окружному направлению шины. Таким образом, аналогично диагонально ориентированным квадратным шипам, геометрия позволяет создать шип противоскольжения, очень хорошо врезающийся в поверхность, а рисунок, образованный одиночными шипами противоскольжения, очень хорошо врезается в поверхность, в частности, при прохождении поворотов.
Краткое описание чертежей
Изобретение детально описывается ниже на основании вариантов исполнения со ссылкой на прилагаемые фигуры, на которых изображено:
Фигура 1: общий вид протектора шины автомобиля, оснащенной шипами противоскольжения и имеющей краевую зону и центральную зону;
Фигура 1а: фрагмент поперечного сечения штифта, используемого в центральной зоне, показанной на фигуре 1;
Фигура 1b: фрагмент поперечного сечения штифта, используемого в краевой зоне, показанной на фигуре 1;
Фигура 2: шина автомобиля согласно варианту исполнения, в котором шипы противоскольжения, расположенные в краевой зоне и в центральной зоне, различаются;
Фигура 3: шина автомобиля согласно другому варианту исполнения, в котором шипы противоскольжения, расположенные в краевой зоне и в центральной зоне, различаются;
Фигура 4: вариант структуры 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, в частности, твердого сплава, отличающегося от материала указанного корпуса 50 шипа, причем штифт 59 установлен внутрь корпуса 50 шипа и выступает с его внешней стороны,
- по меньшей мере, две зоны, сформированные в окружном направлении шины, занимающие всю ширину протектора 2 и оснащенные взаимно различающимися шипами 5 противоскольжения с различным поперечным сечением штифта 59.
В варианте исполнения, показанном на фигуре 1, эти окружные зоны представляют собой центральную зону 21 и краевую зону 22, что показано стрелками в нижней части фигуры. Центральная зона 21 занимает примерно 30-70% ширины протектора 2 и расположена по меньшей мере в центральной области протектора 2 относительно поперечного направления. Соответственно, краевые зоны 22 или краевая зона 22, занимающая примерно 20-70% ширины протектора 2, расположена в одной или обеих краевых областях протектора. В дополнение к вышеописанному, возможен вариант исполнения с одной краевой зоной вместо двух краевых зон, причем эта зона, вероятно, будет находиться на внешней кромке шины двустороннего типа. Так, например, достаточно функциональным решением будет отношение, выглядящее как 1/3 краевой зоны и 2/3 центральной зоны.
В одном из вариантов исполнения центральная зона 21 и краевая зона 22 могут частично перекрывать друг друга, причем часть шипов 5 противоскольжения краевой зоны расположена в центральной зоне 21 протектора 2 относительно поперечного направления, а часть шипов 5 противоскольжения центральной зоны 21 расположена в краевой зоне 22 относительно поперечного направления. Таким образом, граница между указанными зонами имеет зигзагообразную форму (не показанную на фигурах).
Свойства шипов противоскольжения, расположенных в различных зонах, можно выбирать таким образом, чтобы усилить сцепление с дорогой в центральной зоне и в краевой зоне в продольном направлении и в поперечном направлении, соответственно. В частности, сцепление с дорогой в условиях обледенения является существенным признаком, причем, по сравнению с другими областями, центральная зона содержит шипы противоскольжения, отличающиеся улучшенным сцеплением с дорогой в продольном направлении, то есть, в направлении качения шины, а краевая зона, в свою очередь, содержит шипы противоскольжения, отличающиеся улучшенным сцеплением с дорогой в поперечном направлении. В одном варианте исполнения для указанных зон выбирают шипы противоскольжения с увеличенной площадью поверхности в соответствующем направлении.
На фигуре 2 изображен тот же рисунок поверхности шины автомобиля, то есть, тот же рисунок протектора, который показан на фигуре 1, но шипы 5 противоскольжения, выбранные для центральной зоны 21 и краевой зоны 22, отличаются от шипов, изображенных на фигуре 1, штифтами 59. В варианте исполнения, показанном на фигуре 2, шипы 5 противоскольжения в центральной зоне 21 содержат круглые штифты, а шипы в краевой зоне - модифицированные шестиугольные штифты 59, ориентированные таким образом, чтобы поверхность большей площади была обращена 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, используемые в краевой зоне 22, имели более многоугольное поперечное сечение штифта 59 по сравнению с шипами 5 противоскольжения, используемыми в центральной зоне, причем штифт 59 шипа противоскольжения, используемого в краевой зоне, будет иметь отношение s=р/А, где р - периметр штифта, а А - площадь поперечного сечения штифта, причем это отношение превышает соответствующее отношение штифта шипа противоскольжения, используемого в центральной зоне. На фигурах 1а и 1b изображены некоторые варианты поперечных сечений такого штифта 59; на фигуре 1b показана форма штифта 59 в центральной зоне на фигуре 1, а на фигуре 1b показана форма штифта 59 в краевой зоне на фигуре 1. Это имеет место, например, в том случае, когда шипы 5 противоскольжения, используемые в центральной зоне 21, содержат штифт 59 круглого, овального или иного закругленного сечения. Соответственно, их можно подобрать таким образом, чтобы шипы 5 противоскольжения, используемые в краевой зоне 22, содержали штифты 59 многоугольного сечения, например, квадратного, ромбовидного, звездообразного или иного подобного сечения. На фигуре 1 изображен вариант исполнения, в котором штифты 59 многоугольного сечения используются в обеих зонах; впрочем, форма штифтов в краевой зоне более многоугольна по сравнению с центральной зоной. Соответственно, на фигуре 2 изображен вариант, в котором в центральной зоне 21 используются круглые штифты 59, а в краевой зоне 22 - штифты в форме модифицированного шестиугольника.
В другом варианте исполнения упомянутые шипы 5 противоскольжения, отличающиеся друг от друга, имеют различную массу. Таким образом, шипы противоскольжения в центральной зоне, предпочтительно, имеют меньшую массу, чем шипы в краевой зоне. В следующем варианте исполнения упомянутые шипы 5 противоскольжения, отличающиеся друг от друга, различаются диаметром штифтов 59. Таким образом, шипы противоскольжения в центральной зоне, предпочтительно, имеют меньший диаметр или меньшую площадь поперечного сечения по сравнению с шипами в краевой зоне. В следующем варианте исполнения высота шипов противоскольжения или штифтов в краевой зоне выше, чем в центральной зоне.
На фигуре 3 изображен вариант исполнения шины автомобиля, оснащенной шипами в соответствии с описанными выше принципами, причем штифты 59 шипов противоскольжения в краевой зоне 22 и в центральной зоне 21 имеют различную площадь поперечного сечения. Рисунок протектора, изображенный на фигуре 3, можно использовать, например, в шине двустороннего типа, для которой производителем указана сторона, которую следует устанавливать в направлении внешней кромки автомобиля.
Наконец, на фигуре 4 изображен общий вид шипа противоскольжения сбоку, причем шип 5 противоскольжения содержит удлиненный корпус 50 шипа с нижним фланцем 52, помещенным на дно гнезда шипа, причем стержень 51 проходит вверх от нижнего фланца, а штифт 59 прикреплен к корпусу 50 шипа и выполнен из материала, в частности, твердого сплава, отличающегося от материала указанного корпуса 50 шипа, причем штифт установлен внутрь корпуса 50 шипа и выступает с его внешней стороны, 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 перечисленные комбинации, входящие в защищаемый объем, не исключают наличия таких комбинаций, которые не описаны 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, а также
штифт (59), прикрепленный к корпусу (50) шипа и выполненный из материала, в частности твердого сплава, отличающегося от материала указанного корпуса (50) шипа, причем штифт (59) установлен внутрь корпуса (50) шипа и выступает с его внешней стороны,
отличающаяся тем, что по меньшей мере две зоны, сформированные в окружном направлении шины, занимают всю ширину протектора (2) и оснащены различными шипами (5) противоскольжения с различным поперечным сечением штифтов (59), причем в условиях обледенения шипы (5) противоскольжения, используемые в центральной зоне (21), обеспечивают улучшенное сцепление с дорогой в продольном направлении, а шипы (5) противоскольжения, используемые в краевой зоне (22), обеспечивают улучшенное сцепление с дорогой в поперечном направлении.
2. Шина (1) автомобиля по п. 1, отличающаяся тем, что упомянутые зоны, сформированные в окружном направлении, представляют собой центральную зону (21) и краевую зону (22).
3. Шина (1) автомобиля по п. 2, отличающаяся тем, что центральная зона (21) занимает примерно от 30 до 70% ширины протектора (2) и расположена в центральной области протектора (2) относительно поперечного направления.
4. Шина (1) автомобиля по п. 2, отличающаяся тем, что краевые зоны (22) или краевая зона (22), занимающая примерно от 20 до 70% ширины протектора (2), расположена в одной или обеих краевых областях протектора.
5. Шина (1) автомобиля по п. 2, отличающаяся тем, что центральная зона (21) и краевая зона (22) частично перекрывают друг друга, причем часть шипов (5) противоскольжения краевой зоны расположена в центральной зоне (21) протектора (2) относительно поперечного направления, а часть шипов (5) противоскольжения центральной зоны (21) расположена в краевой зоне (22) относительно поперечного направления.
6. Шина (1) автомобиля по п. 1, отличающаяся тем, что шипы (5) противоскольжения, используемые в краевой зоне (22), содержат штифты (59) многоугольного поперечного сечения, например квадратного, ромбовидного, звездообразного или иного подобного сечения.
7. Шина (1) автомобиля по п. 1, отличающаяся тем, что шипы (5) противоскольжения, используемые в краевой зоне (22), имеют более многоугольное поперечное сечение штифта (59) по сравнению с шипами (5) противоскольжения, используемыми в центральной зоне, причем штифт (59) шипа противоскольжения, используемого в краевой зоне, имеет отношение s=p/А, где p - периметр штифта, а А - площадь поперечного сечения штифта, причем это отношение превышает соответствующее отношение штифта шипа противоскольжения, используемого в центральной зоне.
8. Шина (1) автомобиля по п. 1, отличающаяся тем, что упомянутые шипы (5) противоскольжения отличаются друг от друга массой.
9. Шина (1) автомобиля по п. 8, отличающаяся тем, что масса шипов (5) противоскольжения, расположенных в центральной зоне, меньше массы шипов, расположенных в краевой зоне.
10. Шина (1) автомобиля по п. 1, отличающаяся тем, что упомянутые шипы (5) противоскольжения отличаются друг от друга диаметром штифтов (59).
11. Шина (1) автомобиля по п. 7, отличающаяся тем, что диаметр или площадь поперечного сечения шипов противоскольжения, расположенных в центральной зоне, меньше диаметра или площади поперечного сечения шипов, расположенных в краевой зоне.
12. Шина (1) автомобиля по п. 2, отличающаяся тем, что высота шипов противоскольжения, расположенных в краевой зоне, превышает высоту шипов, расположенных в центральной зоне.
