ШИНА АВТОМОБИЛЯ
VEHICLE TIRE

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.