ШИП И ШИНА, СОДЕРЖАЩАЯ УКАЗАННЫЙ ШИП
STUD AND TIRE, CONTAINING THE SPECIFIED STUD

Изобретение относится к шипу и к шине, в которой применен указанный шип. Более конкретно, настоящее изобретение относится к шипу для шипованных шин, которые применяют для езды по автомобильным дорогам с обледенелым и покрытым снегом покрытием, и шипованной шине, использующей указанный шип.
Обычно шипованные шины, в основном известные как применяемые в качестве зимних шин, содержат металлические шипы, расположенные на поверхности протектора. Шипы, применяемые в подобных шипованных шинах в общем случае, содержат износостойкий элемент, выступающий из поверхности протектора, и основное тело шипа, погруженное в протектор. При езде износостойкий элемент, выступающий над поверхностью протектора, впивается в поверхность дороги, повышая силу трения между поверхностью дороги и шиной, обеспечивая тем самым надежную маневренную устойчивость на обледенелом и покрытом снегом покрытии дороги.
Например, патентный документ 1 описывает усовершенствованную технологию, относящуюся к шипам для автомобильных шин, которая содержит чертеж плана: некруглой, удлиненной плоской корневой части зубца, самая длинная удлиненная часть которой характеризует ее продольную ось; и некруглой удлиненной верхней части зубца, самая длинная удлиненная часть которой характеризует ее продольную ось, в котором корневая часть зубца и верхняя часть зубца пересекают одна другую, и продольная ось корневой части зубца и продольная ось верхней части зубца образуют угол, отличный от нуля. Торцовую поверхность обычных износостойких элементов шипа чаще всего выполняют плоской или слегка выпуклой сферической, представляющей единую непрерывную поверхность без каких-либо бороздок или т.п.
Патентный документ 1: Патент Японии №4088055 (публикация заявки 2002-120517)
В шипованной шине, помимо характеристик вождения и торможения на обледенелых и покрытых снегом дорожных покрытиях сила удержания шипа (показатель, характеризующий сопротивление шипа отрыву [износостойкого элемента]) является важной характеристикой. В соответствии с этим были исследованы различные формы износостойких элементов и условия размещения шипов на шине; однако, как и в случае, например, с технологией, описанной в патентном документе 1, раскрыто, что «отрыв шипа», скорее всего, происходит вследствие условий поверхности дороги, которые вызывают отказ корневой части шипа в направлении малой оси, по этой причине следует еще только ожидать появления удовлетворительной технологии. Таким образом, возникает потребность создать такой тип шипа и шины, в котором шип мог бы удовлетворять надлежащему уровню описанных выше характеристик. Задача настоящего изобретения заключается в создании такого типа шипа и шины, которые обладали бы повышенными показателями вождения и торможения на обледенелых и покрытых снегом дорожных покрытиях, а также улучшенными величинами силы удержания шипа.
Поставленная задача решена посредством шипа согласно настоящему изобретению, выполненного в виде шипа для шины, который размещен в поверхностном слое протектора, при этом шип характеризуется как содержащий корпус, который погружен в протектор шины; и износостойкий элемент, который размещен, выступая наружу торцом корпуса, и выступает из поверхности протектора шины, причем указанный корпус содержит: основное тело шипа, образованное со стороны торца, которым износостойкий элемент выступает наружу, и фланец, образованный со стороны, противоположной, той стороне, на которой износостойкий элемент выступает наружу, в котором в сечении, перпендикулярном направлению оси шипа, основное тело шипа принимает линейно симметричную форму, которая имеет две оси симметрии A и B, которые перпендикулярны одна другой, и фланец, принимающий линейно симметричную форму и имеющий, по меньшей мере, одну ось симметрии; если ось симметрии фланца, которая представляет максимальную длину фланца в осевом направлении, обозначить как продольную ось симметрии C, то длина фланца в направлении, перпендикулярном продольной оси симметрии C, будет меньше, чем длина фланца вдоль продольной оси симметрии C; и если длины основного тела шипа по осям A и B обозначить как La и Lb, соответственно, то ось симметрии A, удовлетворяющая условию La≥Lb, и продольная ось симметрии C фланца расположены, по сути, в том же направлении.
Более того, шина по настоящему изобретению характеризуется как содержащая описанный выше шип по настоящему изобретению, размещенный на беговой дорожке протектора.
В соответствии с настоящим изобретением, посредством принятия описанных выше решений может быть в частности, реализовано, повышение показателей вождения и торможения, при сохранении или снижении общего веса шипа, кроме того, использование шипа и шины с указанным шипом, дает результаты, показывающие повышенные характеристики вождения и торможения на обледенелых и покрытых снегом покрытиях автомобильных дорог, а также повышенное сопротивление шипа отрыву.
Изобретение поясняется чертежами, на которых представлено следующее:
фиг. 1 представляет изображения одного из вариантов выполнения шипа по настоящему изобретению;
фиг. 2 представляет схематичные изображения сечений конкретных вариантов выполнения фланцев по настоящему изобретению;
фиг. 3 представляет схематичные изображения сечений конкретных вариантов выполнения основного тела шипа по настоящему изобретению;
фиг. 4 представляет схематичные изображения других вариантов выполнения шипа по настоящему изобретению;
фиг. 5 представляет схематичные изображения сечений конкретных вариантов выполнения износостойкого элемента по настоящему изобретению;
фиг. 6 представляет схематичное изображение конкретного варианта конструкции соединительной части между корпусом и износостойким элементом шипа по настоящему изобретению;
фиг. 7 представляет развертку части поверхности протектора по одному из вариантов выполнения шины по настоящему изобретению;
фиг. 8 представляет схематичное изображение развертки части поверхности протектора другого варианта выполнения шины по настоящему изобретению;
фиг. 9 представляет чертежи, иллюстрирующие условия формирования отверстия в другом варианте выполнения шипа по настоящему изобретению;
фиг. 10 представляет схематичное изображение развертки части поверхности протектора согласно варианту выполнения шины по настоящему изобретению;
фиг. 11 представляет схематичное изображение развертки части поверхности протектора дополнительного варианта выполнения шины по настоящему изобретению;
фиг. 12 представляет схематичное сечение фланца, основного тела шипа и износостойкого элемента по Сравнительному примеру;
фиг. 13 представляет схематичную развертку поверхности протектора еще одного дополнительного варианта выполнения шины по настоящему изобретению.
Варианты осуществления настоящего изобретения будут в дальнейшем раскрыты подробно со ссылкой на чертежи.
Настоящее изобретение относится к усовершенствованию шипа шины, который размещен в верхнем слое протектора. Фиг. 1(a) представляет вид сверху на один из вариантов выполнения шипа по настоящему изобретению; (b) вид сбоку с направления X, показанного на виде (a); (c) вид сечения основного тела шипа; (d) вид сечения фланца; (e) и (f) вид сверху и сбоку на износостойкий элемент, соответственно. Как показано на приведенных чертежах, шип по настоящему изобретению содержит: корпус 1, который утоплен в протекторе шины; и износостойкий элемент 2, который установлен, выступая одним концом корпуса 1 наружу над поверхностью протектора шины. Корпус 1 содержит: основное тело 3 шипа, которое образовано со стороны конца, на котором находится износостойкий элемент 2, установленный выступать наружу; и фланец 4, который образован со стороны, противоположной тому концу, на котором находится износостойкий элемент 2, выступающий наружу.
1
2
2
2
1
В настоящем изобретении в сечении, перпендикулярном направлению оси Y шипа, основное тело 3 шипа принимает линейно симметричную форму с двумя осями симметрии A и B, которые перпендикулярны друг другу (см. фиг. 1(c)). В настоящем изобретении фланец 4 также принимает линейно симметричную форму, имеющую, по меньшей мере, одну ось симметрии, и в примере, показанном на фиг. 1, фланец 4 принимает линейно симметричную форму с двумя осями симметрии C1 и C2, перпендикулярными друг другу. Если одну из этих осей симметрии, вдоль которой фланец 4 имеет максимальную длину в направлении оси, а этой осью симметрии является ось C1 с длиной Lc (>Lc) на фиг. 1, обозначить как «продольная ось симметрии C», то максимальная длина фланца 4 в направлении, перпендикулярном продольной оси симметрии C, а именно, Lcmax (=Lc), будет короче, чем длина Lc фланца 4 вдоль продольной оси симметрии C (см. фиг. 1(d)).
a
b
a
b
a
b
Если далее, в настоящем изобретении длины основного тела 3 шипа по осям симметрии A и B обозначить как "L" and "L", соответственно, то ось симметрии A, удовлетворяющая условию L≥L, и продольная ост симметрии C фланца 4 проходят в том же направлении (см. фиг. 1(a): в этом случае L=L). Выражение "ось симметрии A основного тела 3 шипа и продольная ось симметрии C фланца 4 проходят в основном в том же направлении" включает в себя случай, когда направление оси симметрии A и направление продольной оси симметрии C совпадают, это означает, что допускаются ошибки при изготовлении. Более конкретно, это означает, что угол, образованный осью симметрии A и продольной осью симметрии C лежит в пределах ±10°, и в частности, в пределах ±5°.
«Отрыв» шипа означает отделение шипа, которое происходит при форсированном начале движения или при торможении автомобиля. В настоящем изобретении, во-первых, допуская, чтобы фланцу 4 была придана форма, удовлетворяющая приведенным выше условиям, когда шип размещен на шине таким образом, чтобы продольная ось симметрии C фланца 4 совпадала с круговым направлением, фланец 4 имеет вероятность зацепиться в шине таким образом, что сопротивление на отрыв повышено. В этом случае направление, перпендикулярное продольной оси симметрии C фланца 4 последовательно совпадает с направлением ширины шины; однако сила, приложенная в направлении ширины шины при повороте автомобиля значительно меньше, чем сила, образующаяся в шине в направлении по окружности во время форсированного старта или торможения. Таким образом, маловероятно, чтобы сила, действующая в направлении ширины шины, приводила к отрыву шипа. С другой стороны, при сокращении длины фланца 4 в направлении ширины шины шип приобретает небольшой наклон и поэтому при повороте он лучше сцепляется с покрытием дороги, что является преимуществом при осуществлении автомобилем поворота. В этой связи многие страны вводят для шипов ограничения по весу; однако настоящее изобретение также обладает достоинством в том, что увеличение веса вследствие возрастания длины сечения фланца 4 в направлении продольной оси симметрии C, может компенсироваться за счет сокращения поперечного сечения в направлении, перпендикулярном указанному первым.
Более того, в настоящем изобретении, допуская, чтобы основному телу 3 шипа была придана форма, удовлетворяющая описанным выше условиям, когда шип размещен на шине таким образом, чтобы продольная ось симметрии C фланца 4 совмещалась с круговым направлением шины, ось симметрии A основного тела 3 шипа, которая в основном направлена аналогично направлению продольной оси симметрии C, также совпадает с круговым направлением шины. Торцовая часть основного тела 3 шипа, приходя в контакт с покрытием дороги, вызывает явление пограничного эффекта, и поскольку основное тело 3 шипа сформировано таким образом, что его длина по оси симметрии A равна или превышает длину по оси симметрии B, перпендикулярной первой, краевая часть корпуса расположена в стороне от центральной оси в круговом направлении шины. Это позволяет прикладывать моменты значительной величины, и тем самым пограничные эффекты оказывают свое благоприятное влияние, повышая «ледовые» характеристики шины.
2
2
На фиг. 2 приведены другие конкретные формы поперечного сечения фланца в соответствии с настоящим изобретением. В настоящем изобретении в дополнение к такой практически прямоугольной форме с закругленным углами, каковая изображена на фиг. 1, специфические примеры формы поперечного сечения фланца 4 также включают в себя трапециевидную форму, изображенную на фиг. 2(a), практически трапециевидную форму с закругленными углами 2(b), эллиптическую форму, показанную на фиг. 2(c) и прямоугольную форму (не показана). Среди прочего, фиг. 1 и фиг. 2(c) представляют формы, обладающие двумя осями симметрии, в то время как фиг. 2(a) и 2(b) представляют формы с одной осью симметрии. В частности, в настоящем изобретении предпочитается, чтобы форма поперечного сечения фланца 4 имела одностороннюю направленность, с формой, имеющей в качестве оси симметрии только продольную ось симметрии C, в которой часть фланца 4 в направлении, перпендикулярном к продольной оси симметрии C, которая соответствует максимальной длине Lcmax, и часть фланца с минимальной длиной Lcmin, каждая находятся на противоположных сторонах относительно средней точки P длины фланца 4 на продольной оси симметрии C. Таким путем может быть достигнут эффект повышения сопротивления шипа на отрыв, а также улучшены характеристики шины по вождению и торможению без существенного повышения веса корпуса шипа.
В настоящем изобретении предпочтительно, чтобы длина фланца 4 по продольной оси симметрии C, Lc1, и максимальная длина фланца 4 в направлении, перпендикулярном к продольной оси симметрии C, Lc2max, удовлетворяли соотношению, представленному следующей формулой:
1,0<Lc1/Lc2max≤1,5.
Если Lc1/Lc2max=1,0, фланец 4 обладает анизотропной формой поперечного сечения, которая вообще является обычной и, таким образом, не удовлетворяет требованиям настоящего изобретения, поэтому повышение сопротивления шипа на отрыв не может быть достигнуто. С другой стороны, если 1,5<Lc1/Lc2max, то сопротивление шипа на отрыв в периоды, когда действует сила тяги, например, при начале движения автомобиля и в периоды ускорения, значительно возрастает, пропорционально увеличению величины Lc1; однако, поскольку Lc2max остается слишком малой величиной, сопротивление шипа на отрыв в периоды действия поперечной силы снижается, делая это общее преимущество незначительным.
В настоящем изобретении в случаях, если длина фланца 4 в направлении, перпендикулярном к продольной оси симметрии C, достигает максимального и минимального значения, предпочтительно, чтобы эти максимальные и минимальные значения Lc2max и Lc2min удовлетворяли соотношению, представленному следующей формулой:
1,0<Lc2max/Lc2min≤2,0.
Если 2,0<Lc2max/Lc2min, то поскольку эта минимальная величина длины фланца 4, Lc2min, относительно слишком мала, конец фланца с этой узкой и заостренной стороны многократно проникает с блок протектора, что последовательно нарушает сопротивление шипа на отрыв вследствие преждевременного разрушения резины.
На фиг. 3 приведены другие конкретные формы поперечного сечения основного тела шипа в соответствии с настоящим изобретением. В настоящем изобретении, помимо приведенной по сути квадратной формы с закругленными углами, изображенной на фиг. 1, включены также другие конкретные примеры формы поперечного сечения основного тела 3 шипа: в основном прямоугольная форма с закругленными углами, показанная на фиг. 3(a), и эллиптическая форма, показанная на фиг. 3(b), а также квадратная и прямоугольная формы (не показаны). Среди прочего фиг. 1 изображает случай, когда La=Lb, а фиг. 3(a) и (b), каждая, приводя случай, когда La>Lb.
В настоящем изобретении предпочтительно, чтобы длина основного тела 3 шипа вдоль оси симметрии A, La и длина основного тела 3 шипа вдоль оси симметрии B, Lb удовлетворяли соотношению, приведенному в следующей формуле:
1,0≤La/Lb≤1,5.
Если 1,5<La/Lb, то сопротивление шипа на отрыв в периоды действия силы тяги, например, при трогании с места и в периоды ускорения существенно возрастает пропорционально увеличению величины La; однако, поскольку величина Lb слишком мала, давление на контакте с резиновым блоком протектора снижается, при этом сопротивление шипа на отрыв в периоды действия поперечной силы падает, сводя общий полученный эффект к незначительной величине.
В настоящем изобретении, как это показано на фиг. 1, в поперечном сечении, перпендикулярном к направлению оси шипа, износостойкий элемент 2 принимает линейно симметричную форму, по меньшей мере, с одной осью симметрии (на примере, приведенном на фиг. 1, имеются две оси симметрии D1 и D2, которые перпендикулярны одна к другой), а если одна из этих осей симметрии, в направлении которой износостойкий элемент 2, спроектированный на направление осей симметрии, имеет максимальную длину, в данном случае речь идет об оси симметрии D1, при этом длина Ld1 (>Ld2) на фиг. 1, а саму ось называют "осью симметрии D", то предпочтительно, чтобы направление, перпендикулярное к оси симметрии D износостойкого элемента 2, и направление продольной оси симметрии C фланца 4 пересекались друг с другом. Выражение «направление, перпендикулярное к оси симметрии D, и направление продольной оси симметрии C пересекаются друг с другом» использованное здесь означает, что угол, образованный направлением, перпендикулярным к оси симметрии D, и направлением продольной сои симметрии C, по меньшей мере должен быть больше 0° и меньше 180°, предпочтительно от 50° до 130°, и еще более предпочтительно 90°±25°, и самое предпочтительное условие заключается в том, чтобы направление, перпендикулярное к оси симметрии D, и направление продольной оси симметрии C, были перпендикулярны друг другу. Фиг. 4(a) иллюстрирует другие примеры шипа по настоящему изобретению, в которых углы, образованные направлением, перпендикулярным к оси симметрии D, и направлением продольной оси симметрии C, иные.
Полагая, что износостойкий элемент 2 обладает формой, которая удовлетворяет изложенным выше условиям, и что износостойкий элемент размещен в шине таким образом, что продольная ось симметрии C фланца 4 расположена по круговому направлению шины, то направление, перпендикулярное к оси симметрии D износостойкого элемента 2, которое пересекается с направлением продольной оси симметрии C, также пересекается с круговым направлением шины. Поскольку износостойкий элемент 2 в настоящем изобретении имеет максимальную длину, которая проектируется на направление, перпендикулярное к оси симметрии D, и допуская, что направление максимальной спроектированной длины износостойкого элемента 2, пересекает круговое направление шины, предпочтительно располагаясь по направлению ширины шины, то пограничный эффект износостойкого элемента 2 еще более возрастает, и что ледяная пыль, возникающая от абразивного действия износостойкого элемента 2, эффективно удаляется.
Фиг. 5 демонстрирует другие конкретные формы поперечного сечения износостойкого элемента по настоящему изобретению. В настоящем изобретении, кроме показанной на фиг. 1 прямоугольной формы включены также и другие конкретные примеры формы поперечного сечения износостойкого элемента 2: на фиг. 5(a) показана форма в виде перевернутой буквы V, форма в виде круговой арки показана на фиг. 5(b), измененная круговая форма с едва криволинейными и углами показана на фиг. 5(c), эллиптическая форма изображена на фиг. 5(d), измененная эллиптическая форма, образованная комбинацией круговых арок или эллиптических арок показана на фиг. 5(e), форма в виде равнобедренного треугольника показана на фиг. 5(f), форма в половину эллипса изображена на фиг. 5(g), форма в виде круговой гантели показана на фиг. 5(h), форма полигональной гантели показана на фиг. 5(i), а форма в виде шеврона изображена на фиг. 5(j). Среди прочего в настоящем изобретении предпочтительно, чтобы указанный износостойкий элемент 2 имел такую форму поперечного сечения, какая изображена на любой из фиг. 5(a)-(c) и (j), что представляет собой форму, обладающую односторонней направленностью, которая имеет только одну ось симметрии D и углубление 2A с одной стороны в направлении оси симметрии D, или такую форму поперечного сечения, которая изображена на любой из фиг. 5(e)-(g), в которой та часть, которая соответствует максимальной спроектированной длине Ld1 в направлении вдоль оси симметрии D, смещена относительно середины спроектированной длины Ld2 в направлении, перпендикулярном к оси симметрии D. Это обстоятельство дает возможность повысить характеристику эффективности торможения. Фиг. 4 представляет собой вид сверху на другой пример износостойкого элемента по настоящему изобретению, в котором применены фланец 4, имеющий в основном форму трапеции, изображенной на фиг. 2(b), основное тело 3a шипа, имеющее ту же в основном квадратную форму, которая показана на фиг. 1, и износостойкий элемент 2a, имеющий форму шеврона, показанного на фиг. 5(j).
В настоящем изобретении предпочтительно, чтобы максимальная спроектированная длина износостойкого элемента 2, Ld1, и спроектированная длина в направлении, перпендикулярном к ней, Ld2, удовлетворяли зависимости, представленной ниже приведенной формулой:
1,0<Ld1/Ld2≤3,0, и в частности, 1,2≤Ld1/Ld2≤3,0.
Если Ld1/Ld2<1,2, безусловное преимущество в характеристиках торможения не может быть получено в сравнении с износостойким элементом обычной всенаправленной формой поперечного сечения. С другой стороны, если 3,0<Ld1/Ld2 при условии сохранения веса шипа таким же, снижение жесткости вследствие недостаточной толщины может привести к падению сопротивления разрушению износостойкого элемента, что приведет к снижению характеристик торможения.
Далее, если в настоящем изобретении износостойкий элемент 2 имеет подобную преобладающую в одном направлении форму поперечного сечения, которая показана на любой из фиг. 5(a)-(c) и (j), у которых имеется одностороннее углубление 2A в направлении оси симметрии D, желательно, чтобы длина указанного углубления 2A вдоль направления оси симметрии D, равная Ld3, и максимальная длина проекции износостойкого элемента 2, Ld1, удовлетворяли зависимости, которая представлена следующей формулой:
0,1≤Ld3/Ld1≤0,4.
Если Ld3/Ld1<0.1, при сравнении со случаем, когда поперечное сечение износостойкого элемента не имело углубления 2A: (Ld3=0), существенного преимущества нельзя добиться в попытке повысить характеристики торможения. В то время как 0,4<Ld3/Ld1, и поскольку углубление 2A слишком глубоко, то при условии сохранения веса шипа неизменным, снижение жесткости вследствие недостаточности толщины может подорвать сопротивление шипа разрушению, что приведет к ухудшению характеристик торможения.
Как видно из фиг. 1 и 4 настоящего изобретения, желательно, чтобы на торцевой поверхности износостойкого элемента 2 или 2a в осевом направлении шипа была сформирована канавка 5 или 5a, проходящая через поверхность указанного торца. Посредством устройства указанной канавки на износостойком элементе, и в особенности такой канавки, что продолжение направления канавки совпадает с круговым направлением шины, когда шип размещен в блоке протектора шины при проскальзывании шины по покрытию дороги, то ледяная пыль, возникающая от абразивного действия торца износостойкого элемента 2, который царапает и соскребает ее, скорее всего, будет, не задерживаясь в канавке, продавливаться через нее и отбрасываться назад, что и требуется. Столь ожидаемый эффект может быть достигнут при устройстве, по меньшей мере, одной канавки, хотя желательно иметь от одной до трех канавок. Если сделано 4 или более канавок, то поскольку торцевая поверхность износостойкого элемента слишком мала, то результирующее уменьшение жесткости может ослабить сопротивление излому износостойкого элемента, что ведет к снижению характеристик торможения.
В этом случае предпочтительно, чтобы глубина канавки 5, равная Ld4, и максимальная спроектированная длина износостойкого элемента 2, равная Ld1 удовлетворяли зависимости, представленной следующей формулой:
0,15≤Ld4/Ld1≤0,5.
Если Ld4/Ld1<0.15, то при сравнении с обычным общим случаем, когда канавка устроена на торце износостойкого элемента, нельзя добиться существенного преимущества в повышении характеристик торможения. С другой стороны, если 0.5<Ld4/Ld1, то поскольку канавка слишком глубока, и таким образом снижается жесткость опорной поверхности износостойкого элемента, сопротивление износостойкого элемента разрушению снижается, и это может вести к ухудшению характеристик торможения.
Предпочтительно, чтобы ширина канавки 5, измеренная в направлении, перпендикулярном к направлению ее продолжения, равная Ld5, и максимальная проектная длина износостойкого элемента 2, равная Ld1, удовлетворяли выражению, представленному следующей формулой:
0,15≤Ld5/Ld1≤0,5.
Если Ld5/Ld1<0.15, то поскольку ширина канавки 5 слишком мала, пограничный эффект может не достаточно хорошо проявиться, когда износостойкий элемент скребет лед. В результате при сравнении с обычным рядовым случаем, когда имеется канавка, бесспорное преимущество в эксплуатационных характеристиках не может быть достигнуто. С другой стороны, если 0,5<Ld5/Ld1, то опорная поверхность износостойкого элемента слишком мала, и таким образом ее прочность не обеспечена. Следовательно, вероятно разрушение износостойкого элемента (верхней опорной торцовой поверхности) не только тогда, когда износостойкий элемент скребет по льду, но также во время нормальной езды по сухому дорожному покрытию. Если выступающая длина износостойкого элемента уменьшена вследствие указанного разрушения, то преимущества при торможении износостойкого элемента по льду не реализуются, что не желательно.
Фиг. 6 иллюстрирует один из конкретных вариантов выполнения конструкции соединительной детали между корпусом и износостойким элементом по настоящему изобретению. Фиг. 6(a) представляет собой вид сверху на корпус 1b; фиг. 6(b) является видом сбоку на корпус 1b по направлению Z, которое показано на фиг. (a); а фиг. 6(c) является перспективным изображением износостойкого элемента 2b. Как видно из этих фигур, согласно настоящему изобретению, шип может быть изготовлен раздельной подготовкой корпуса 1b и износостойкого элемента 2b, с последующей их сборкой, посредством, например, вставления износостойкого элемента 2b в отверстие 6, устроенное в основном теле шипа 3b. В этом случае, отверстие, в которое вставляется износостойкий элемент, может быть сформировано таким образом, чтобы его устье находилось бы в том же месте, в котором проходит центральная ось Q корпуса 3b; однако, как видно из фигур, предпочтительно, чтобы отверстие формировалось таким образом, чтобы его устье располагалось со смещением от центральной оси Q корпуса 3b. Это позволит шипу эффективно воспринимать силу, возникающую в круговом направлении шины при резком начале движения или при торможении автомобиля, таким образом, характеристики при движении по льду и сопротивление шипа на отрыв могут быть повышены. В этом случае более эффективным будет регулировать положение устья указанного отверстия, которое размещают со смещением относительно центральной части, где приложена сила, причем в зависимости от вида маневра автомобиля, направления смещения устья отверстия для износостойкого элемента противоположны по направлению относительно центральной части: при ускоренном трогании с места смещение осуществляют в сторону направления движения шины, а при торможении смещение происходит в сторону, противоположную направлению движения шины.
Отверстие 6, в которое вставляется износостойкий элемент, может быть сформировано параллельно направлению оси шипа; однако, как видно из фигур, предпочтительно чтобы отверстие формировалось в направлении наклонном относительно оси шипа. И в этом случае, также как это описывалось выше, шип приобретает возможность эффективно воспринимать силу, возникающую в круговом направлении шины при ускоренном начале движения или при торможении автомобиля, при этом повышаются ледовые характеристики и сопротивление шипа на отрыв. Однако, если отверстие 6 выполнено в наклонном направлении, как показано на фигурах, требуется, чтобы закладная деталь 7 для отверстия 6, в которое вставляется износостойкий элемент 2b, также была сформирована с наклоном; по этой причине, возникает определенный недостаток, заключающийся в том, что возрастают затруднения при изготовлении износостойкого элемента при его извлечении из формы. В этом случае аналогично наклонному положению отверстия 6, формируется угол α между направлением отверстия 6 и направлением оси Y самого шипа, который может находиться в диапазоне ±20°, и, в частности от 3° до 15°. Как видно из фиг. 1(f), предпочтительно также, чтобы износостойкому элементу 2 была придана такая форма поперечного сечения относительно оси шипа и оси симметрии D, которая бы уменьшалась в размерах по мере заглубления износостойкого элемента при его вставлении в отверстие. В этом случае размер поперечного сечения износостойкого элемента 2 по направлению, которое перпендикулярно осевому направлению шипа, по сути, оставался постоянным в любом положении по высоте в направлении оси шипа. Кроме того, для других конкретных примеров износостойкого элемента, которые изображены на фиг. 5(a)-(j), износостойкий элемент таким же образом может иметь такую же сужающуюся к низу форму, которая показана на фиг. 1(f), или такую форму, которая показана на фиг. 6(c), где он снабжен закладной деталью 7.
В шипе по настоящему изобретению износостойкий элемент и корпус могут быть изготовлены из различных материалов, или же шип по настоящему изобретению может быть изготовлен целиком из одного материала.
Шина по настоящему изобретению характеризуется тем, что упомянутый выше шип по настоящему изобретению размещен в беговой дорожке, и подобная конструкция позволяет достичь хороших показателей вождения и торможения на обледенелых и заснеженных дорожных покрытиях, а также высокого сопротивления шипа на отрыв. Фиг. 7 представляет собой частично развернутое изображение поверхности протектора в одном из примеров шины по настоящему изобретению. На поверхности протектора шины, изображенной на этой фигуре, участки беговой дорожки с 22a по 22c, каждый из которых покрыт множеством канавок 21, сформированы в определенное число рядов, и шипы 10 размещены с надлежащим шагом на каждом участке беговой дорожки 22b и 22c. В шине по настоящему изобретению, на поверхности шины сформирован определенный рисунок протектора, а схема размещения шипов особенно не ограничена и, при желании их можно надлежащим образом расположить в зависимости от требуемых характеристик.
Как было указано выше, в шине по настоящему изобретению предпочтительно, чтобы шипы размещались в блоках протектора таким образом, чтобы продольная ось C фланца 4 совпадала с круговым направление шины. От этого фланец 4 имеет больше возможностей закрепиться в блоке протектора, что таким образом повышает сопротивление шипа на отрыв. Далее, в шине по настоящему изобретению также предпочтительно, чтобы шипы размещались в блоках протектора таким образом, чтобы направление оси симметрии D износостойкого элемента 2 совпадало с круговым направлением шины. Это повышает ледовые характеристики.
Фиг. 8 представляет собой частичную развертку поверхности протектора другого примера шины по настоящему изобретению. На поверхности протектора указанной шины, изображенной на этой фигуре, участки беговой дорожки 32a и 32c, каждый из которых характеризуется определенным числом канавок 31, сформированы во множество рядов, при этом шипы 10A, фланцы 4A которых имеют определенную одностороннюю направленность, размещены с надлежащим шагом на каждом участке беговой дорожки 32b и 32c. В настоящем изобретении, в случаях, когда применяются шипы, в которых используются фланцы, имеющие определенную одностороннюю направленность, как это показано на фигуре, то указанные шипы на участках, ширина которых занимает менее 60% от половины (SW) ширины площадки контакта шины с дорогой, и при этом указанная половина ширины отмеряется от экваториальной плоскости (CL) шины, предпочтительно должны размещаться на блоках протектора таким образом, чтобы та сторона фланца 4A, максимальная длина которой равна Lc2max, была обращена к ведущей стороне указанных блоков. Что касается тех шипов, которые размещены на участках, удаленных от экваториальной плоскости шины CL на длину, равную 60 или более процентов от половины SW ширины площадки контакта шины с дорогой, то предпочтительно, чтобы шипы размещались на блоках протектора таким образом, чтобы та сторона фланца 4A, которая имеет максимальную длину, равную Lc2max, была обращена к ведомой стороне указанных блоков. Этим приемом достигается положительный эффект подобного размещения шипов как в период ускоренного трогания с места, так и при торможении.
На фиг. 9A и (b) иллюстрируются условия формирования отверстий в одном из других примеров шипа по настоящему изобретению. Как изложено выше, в настоящем изобретении в случае, когда формируется отверстие, в которое вставляют износостойкий элемент шипа, то устье указанного отверстия размещают со смещением относительно центральной оси Q корпуса, где приложена сила, причем в зависимости от вида маневра автомобиля, направления смещения устья отверстия для износостойкого элемента противоположны по направлению относительно центральной оси Q: при ускоренном трогании с места смещение осуществляют в сторону направления движения шины, а при торможении смещение происходит в сторону, противоположную направлению движения шины. В частности, как видно из приведенных фигур, те шипы, которые размещены на участках, ширина которых меньше, чем половина SW ширины площадки контакта шины с дорогой, измеряемая от экваториальной плоскости шины CL, предпочтительно, чтобы положение устья отверстия для износостойкого элемента было смещено относительно центральной оси Q корпуса 3A в направлении ведущей стороны шины на расстояние L1 (фиг. 9(a)). Что касается тех шипов, которые размещены на участках, удаленных от экваториальной плоскости шины CL на расстояние 60 или более процентов от половины SW ширины площадки контакта шины с дорогой, то предпочтительно, чтобы устье отверстия для износостойкого элемента было смещено относительно центральной оси Q корпуса 3A в направлении ведомой стороны шины на расстояние L2 (фиг. 9(b)). Таким образом, посредством использования одного и того же типа шипа и изменением положения устья отверстия в зависимости от его положения в направлении ширины шины, можно достичь высоких уровней показателей вождения и торможения, а также сопротивления шипа на отрыв.
В этом случае, предпочтительно, чтобы углы β и γ удовлетворяли следующим условиям: 3°≤β≤15° and 3°≤γ≤15°. При β<3°, если сравнивать с обычным общим случаем, когда износостойкий элемент размещен вдоль осевого направления Y шипа (β=0), безусловное преимущество в части вождения не может быть достигнуто. Далее, при γ<3°, если сравнивать с обычным общим случаем, когда износостойкий элемент размещен вдоль осевого направления шипа, (γ=0), бесспорное преимущество в торможении также не может быть достигнуто. Что касается случая, когда 15°<β, γ, поскольку материал корпуса (чаще всего это алюминий) намного более мягкий, чем материал износостойкого элемента (чаще всего это карбид вольфрама), то вследствие абразивного воздействия корпуса вокруг износостойкого элемента, которое вызвано повторяющимся контактом с покрытием дороги, прочность крепления износостойкого элемента снижается, что не желательно.
На фиг. 10 изображена частичная развертка, демонстрирующая поверхность протектора еще одного примера шины по настоящему изобретению. Рисунок протектора, показанный на этой фигуре, тот же самый, что показан на фиг. 8, а примененный шип 10B, износостойкий элемент 2B которого, обладающий односторонней направленностью, как показано на указанной фигуре, размещены с надлежащим шагом на каждом участке беговой дорожки 32b и 32c. В настоящем изобретении в случаях, когда применен шип 10B, износостойкий элемент которого обладает односторонней направленностью, как показано на фигуре, предпочтительно, чтобы указанный шип был размещен таким образом на блоках протектора, чтобы сторона износостойкого элемента 2B с углублением, имеющим V-образную форму, форму круговой арки или модифицированную форму круговой арки, или сторона, соответствующая максимально спроектированной длине Ld1 износостойкого элемента 2B в направлении оси симметрии D, находились на ведомой стороне соответствующих блоков. Подобным приемом можно конкретно достигнуть повышения характеристик торможения без какого-либо заметного снижения других характеристик.
Важная особенность шины по настоящему изобретению заключается только в том, что описанный выше износостойкий элемент по настоящему изобретению размещен на беговой дорожке протектора, и вследствие этого он способен достигать прогнозируемого эффекта настоящего изобретения. Детали прочих обстоятельств, например, конструкция шины и материалы компонентов особо не ограничиваются. Шина по настоящему изобретению особенно ценна в качестве шипованной шины, могущей с успехом применяться для зимней эксплуатации.
Примеры
В следующем разделе приведено с рассмотрением примеров применения более подробное описание настоящего изобретения.
В соответствии с условиями, приведенными в ниже прилагаемых таблицах, были приготовлены шипы, каждый из которых содержит корпус и износостойкий элемент, при этом корпус содержит в себе основное тело шипа, сформированное со стороны того конца, которым шип выступает наружу, и фланец, сформированный на противоположном конце, который служит основанием размещенного износостойкого элемента, который другим концом выступает наружу. Изготовленные таким образом шипы Общепринятого Примера, Примеров и Сравнительного Примера, когда ось симметрии фланца, которая содержит максимальную длину проекции фланца в осевом направлении, была определена как продольная ось симметрии C, и длины проекций основного тела шипа вдоль осей симметрии A и B были определены как La и Lb, соответственно, продольная ось симметрии C фланца и ось симметрии A удовлетворяют условию La≥Lb, были в основном в том же направлении. Кроме того, в поперечном сечении, перпендикулярном осевому направлению каждого шипа, износостойкий элемент имеет такую форму (прямоугольную), как показано на фиг. 1(e) и, когда ось симметрии износостойкого элемента, которая представляет максимальную длину износостойкого элемента, спроектированную на направление оси симметрии, определенной как ось D, то направление, перпендикулярное к оси симметрии D износостойкого элемента и направление продольной оси симметрии C износостойкого элемента пересекают друг друга под углом 90°. Более того, износостойкий элемент был вставлен в отверстие, выполненное в корпусе.
В соответствии с условиями, приведенными в ниже прилагаемых таблицах, каждый из полученных таким образом шипов был размещен на участках беговой дорожки протектора шины, имеющем рисунок протектора, показанный на фиг. 7, таким образом, создавая шину с размером 205/55R16. Изготовленные таким образом шины были накачены воздухом до внутреннего давлением 230 кПа и их подвергли испытаниям по описанной ниже технологии для определения эксплуатационных характеристик. Результаты испытаний показаны в следующей ниже таблице.
Показатель эффективности торможения
Эффективность торможения определяли следующим образом. На дороге, покрытой льдом, водитель-испытатель эффективности торможения предпринял резкое торможение автомобиля с первоначальной скорости 20 км/ч, при этом измеряли длину пути торможения, необходимого для окончательной остановки автомобиля.
Эффективность торможения на дороге, покрытой льдом, оценивали на основе измерения длины тормозного пути. В частности подсчитывали показатель эффективности, принимая длину тормозного пути для шины из Общепринятого Примера 1 за 100. Более высокий показатель означает превосходство испытуемой шины по эффективности торможения на обледенелом дорожном покрытии.
Показатель эффективности вождения
Эффективность вождения оценивали следующим образом. На дороге с обледенелым покрытием, водитель-испытатель с места резко начинал движение автомобиля, при этом измеряли время, необходимое для достижения автомобилем скорости, равной 20 км/ч. По результатам испытаний подсчитывали показатель эффективности, принимая время, которое потребовалось автомобилю с установленной на нем испытуемой шиной с характеристиками из Общепринятого Примера 1 для достижения этой скорости за 100. Более высокий показатель означает превосходство испытуемой шины по эффективности торможения на обледенелом дорожном покрытии.
Сопротивление шипа на отрыв
На автомобильных дорогах общего пользования с обледенелым или покрытым снегом покрытием, также как и на сухом покрытии автомобиль с новыми шинами проезжал расстояние 30000 км. После чего определяли количество оторвавшихся шипов, по этому показателю получили число A, количество утраченных шипов, и определяли отношение A к числу B, которое представляет собой исходное количество шипов в новой шине (B/A), что давало сопротивление шипа на отрыв для каждой шины. Конкретный показатель определяли расчетом, принимая отношение (B/A) шины из Общепринятого Примера 1 за 100. Большее число указывает меньшее количество утраченных шипов и более высокий показатель сопротивления шипа на отрыв.
В соответствии с условиями, приведенными в прилагаемых ниже таблицах, каждый тип содержит корпус и износостойкий элемент, при этом были подготовлены корпус, содержащий основное тело шипа, сформированное со стороны одного конца, на котором износостойкий элемент выступал наружу, и фланец, сформированный со стороны противоположного конца, на котором износостойкий элемент был размещен, выступающим наружу. Созданные таким образом шипы были получены для осуществления Общепринятого Примера, Примеров, и Сравнительного примера, корпус и фланец были такого же типа, которые использовали в Примере 3. Кроме того, если ось симметрии износостойкого элемента, проекция на которую износостойкого элемента представляет максимальную длину, принимали за ось симметрии D, то направление, перпендикулярное к оси симметрии D износостойкого элемента и направление продольной оси симметрии C фланца пересекаются друг с другом под углом 90°. Более того, на наружном торце износостойкого элемента в осевом направлении каждого шипа, в середине максимальной спроектированной длины Ld1 была сформирована одна поперечная канавка, проходящая, вдоль направления оси симметрии D. Далее, износостойкий элемент был вставлен в отверстие, устроенное в корпусе шипа.
В соответствии условиями, приведенными в прилагаемых ниже таблицах, полученные таким образом шипы были установлены на участках беговой дорожки шины, образуя тем самым шипованные шины размера 205/55R16. Каждую из полученных таким образом шин наполнили воздухом до внутреннего давления 230 кПа и подвергли шины испытаниям на определение качественных характеристик, какие были описаны выше, исключение составила шина Примера 25, которую использовали как контрольный образец. Результаты испытаний приведены ниже в виде таблиц.
Как показано в приведенных выше таблицах, подтвердилось, что характеристики вождения и торможения на обледенелых и покрытых снегом автомобильных дорожных покрытиях, а также сопротивление шипа на отрыв, все повысили свои показатели с примененными шипами и шинами рассмотренных Примеров, в которых поперечные сечения основного тела и фланца удовлетворяли условиям настоящего изобретения. Кроме того, было подтверждено, что ледовые характеристики могут еще более повышены посредством оптимизации условий износостойкого элемента.