УСОВЕРШЕНСТВОВАННЫЕ ШУМОПОДАВЛЯЮЩИЕ УСТРОЙСТВА ДЛЯ ШИН
PERFECTED NOISE KILLERS FOR TIRES

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к протекторам шин и, в частности, к устройствам, интегрированным в эти протекторы и обеспечивающим подавление шумов во время качения.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Как известно, шины для легковых автомобилей содержат каркасную арматуру, которая в настоящее время в большинстве случаев является радиальной; в этой конфигурации усиления каркасной арматуры расположены таким образом, чтобы образовать угол, превышающий или равный 80 градусам, с окружным направлением (то есть усиления содержатся в радиальной плоскости (плоскость, содержащая ось вращения) или образуют с этой радиальной плоскостью угол наклона не более 20 градусов).
Как известно, эти шины содержат арматуру гребня, содержащую множество усилений, погруженных в материал на основе эластомера. Эта арматура гребня радиально снаружи накрыта протектором из резинового материала, причем этот протектор имеет поверхность, называемую поверхностью качения, предназначенную для вхождения в контакт с дорогой во время качения.
Чтобы обеспечить необходимый уровень безопасности, в частности, во время дождя, как известно, на протекторе выполняют множество канавок общей окружной (или продольной) ориентации и канавок общей поперечной ориентации (параллельных или расположенных под небольшим углом к оси вращения).
Недостатком продольных канавок является появление вибраций воздуха, циркулирующего в этих канавках, в частности, при контакте с дорогой. Эти вибрации порождают резонансные явления, создающие шум во время качения.
Опубликованная патентная заявка JP-01-191734 рассматривает этот механизм и предлагает уменьшать шум, создаваемый вибрирующим воздухом внутри этих канавок, посредством создания в толще протектора шины для большегрузного транспортного средства сферических полостей, сообщающихся через канал малого сечения с продольной канавкой. Благодаря этому можно реализовать подобие резонатора, работающего по принципу резонатора Гельмгольца. Действительно, за счет своего точно определенного объема такая полость выполняет данную роль и позволяет снизить влияние некоторых частот вибрации воздуха, циркулирующего в канавках при прохождении в контакте с дорожным покрытием. Для каждой выбранной частоты следует определять соответствующий объем этих полостей. Такое устройство применимо для шин грузовиков, поскольку, как правило, толщина элементов протектора является большой по сравнению с протекторами шин для легковых автомобилей.
В случае легкового автомобиля, поскольку толщина протектора является относительно небольшой (то есть менее 10 мм), эти резонаторы необходимо обязательно располагать как можно дальше от поверхности качения протектора и, в частности, на глубине, превышающей глубину канавок, или, по крайней мере, на глубине упомянутых канавок, уменьшенной на допустимую величину (показываемую индикаторами износа, выполненными в виде выступов из резины, которые предусмотрены на дне канавок и радиально наружная поверхность которых показывает предел износа протектора, который не следует превышать, чтобы сохранить удовлетворительный уровень безопасности). Если в случае шин, предназначенных для грузового автомобиля, например описанных в JP-01-191734, можно формовать и отделять шину от элементов формы, образующих полусферические полости, поскольку эти полости открываются в канавки, то это вызывает затруднения с шинами для легковых автомобилей, даже если просто учитывать большую длину этих полостей (такая длина необходима для получения соответствующего объема).
Другой недостаток протектора, описанного в документе JP-01-191734, состоит в том, что сферическая полость относительно большого объема может повлиять на то, как содержащий ее резиновый элемент будет сплющиваться при контакте с дорогой во время качения, и, в частности, на распределение контактных давлений. Кроме того, полости, описанные в JP-01-191734, не отличаются достаточной долговечностью, так как после частичного износа протектора эти полости выходят на поверхность качения: их объем больше не сохраняется, и их работа в качестве резонатора из-за этого нарушается.
В патентной заявке, опубликованной под номером WO 2009/095288, заявитель предложил новый протектор, содержащий полости, образующие резонаторы, для снижения резонансного шума канавки при вхождении в контакт с дорожным покрытием. Эти полости выполнены таким образом, что являются почти не чувствительными к износу протектора, и чтобы их можно было легко формовать и отделять от формы, одновременно обеспечивая отличный контроль объема каждой полости, чтобы она могла полностью выполнять роль резонатора на установленной резонансной частоте. Под почти нечувствительными следует понимать, что объем полостей не меняется, пока износ протектора не достигнет 2/3 толщины упомянутого протектора. После такого износа полости открываются на поверхность качения и образуют участки канавок, служащие резервуаром для воды, находящейся на дорожном покрытии. Резонаторы, о которых идет речь, могут быть хорошо известными резонаторами Гельмгольца или четвертьволновыми резонаторами.
Применение резонаторов Гельмгольца или четвертьволновых резонаторов в проекторах шин для легковых автомобилей требует соответствующего объема полости, который иногда является несовместимым с толщиной этого протектора и с размерами ширины нервюр или рельефных элементов протектора. Этот объем полостей может привести к существенному снижению поперечной жесткости протектора, в частности, когда на этот протектор действуют тангенциальные усилия, направленные поперечно, то есть в направлении, параллельном оси вращения шины, содержащей такой протектор.
Определения
Центральная экваториальная плоскость: это плоскость, перпендикулярная к оси вращения и проходящая через точки шины, радиально наиболее удаленные от упомянутой оси. Эта плоскость делит шину на две равные или по существу равные части.
Блок является рельефным элементом, который сформирован на протекторе, ограничен впадинами или канавками и содержит боковые стенки и контактную сторону, предназначенную для вхождения в контакт с дорожным покрытием.
Нервюра является рельефным элементом, ограниченным двумя канавками одной ориентации; эта нервюра содержит две боковые стороны и контактную сторону, секущую боковые стороны, образуя кромки.
Под радиальным направлением в настоящем документе следует понимать направление, перпендикулярное к оси вращения шины (это направление соответствует направлению толщины протектора).
Под осевым направлением следует понимать направление, параллельное оси вращения шины.
Под окружным или продольным направлением следует понимать направление, одновременно перпендикулярное к осевому направлению и к радиальному направлению. Это окружное направление является касательным к любой окружности с центром на оси вращения шины.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задачей настоящего изобретения является решение вышеупомянутой проблемы и применение резонаторов с соответствующим объемом полости, одновременно ограничивая влияние снижения жесткости протектора, когда этот протектор подвергается поперечным напряжениям.
В связи с этим объектом изобретения является протектор, имеющий поверхность качения, предназначенную для вхождения в контакт с дорожным покрытием во время качения шины, причем этот протектор содержит, по меньшей мере, одну канавку общей окружной ориентации (не обязательно прямую - она может быть зигзагообразной) и множество рельефных элементов (нервюр или блоков), при этом каждый из этих рельефных элементов содержит боковые стенки и контактную сторону с поперечной шириной Lt (расстояние, измеренное между боковыми стенками элемента), причем эта контактная сторона образует часть поверхности качения, при этом некоторые из этих боковых стенок частично ограничивают канавки общей окружной ориентации,
при этом предусмотрен, по меньшей мере, один рельефный элемент с множеством устройств подавления резонансного шума, создаваемого в окружной канавке, прилегающей к упомянутому рельефному элементу,
при этом каждое шумоподавляющее устройство выполнено в рельефном элементе и в основном содержит полость удлиненной формы, имеющую общую длину Lc и общий объем Vc,
причем эта полость полностью сформована в протекторе, чтобы эффективно обеспечивать свою функцию шумоподавляющего устройства,
причем эта полость открывается на боковую стенку, ограничивающую окружную канавку, в которой необходимо снижать резонансный шум,
при этом в проекции на поверхность качения протектора в новом состоянии эта полость имеет общую длину Lc, превышающую поперечную длину Lt рельефного элемента, и геометрию, включающую в себя несколько соединенных между собой частей полости, при этом длина Lc равна сумме длин всех частей полости,
при этом упомянутые части полости имеют общую длину в проекции в окружном направлении, равную Lx, и общую длину в проекции в поперечном направление, равную Ly, причем эти общие проецируемые длины Lx, Ly равны соответственно сумме длин проекций в окружном направлении или в поперечном направлении каждой части полости,
при этом каждая полость продолжена по всей своей длине Lc насечкой, проходящей радиально наружу, открываясь на поверхность качения.
Протектор отличается тем, что общая длина Ly в проекции в поперечном направлении, по меньшей мере, в 1,5 раза больше общей длины Lx в проекции в окружном направлении.
Предпочтительно общая длина Lc полости равна, по меньшей мере, двукратной и предпочтительно равна, по меньшей мере, трехкратной ширине Lt рельефного элемента; можно предусмотреть длины полости намного больше двукратной ширины Lt рельефного элемента. Таким образом, для общего объема Vc полости, который определяют в зависимости от выбранной частоты, на которой необходимо подавлять резонансный шум, можно уменьшить среднее сечение Sc каждой полости. Изобретение позволяет распределить этот общий объем полости таким образом, чтобы обеспечивать меньшее нарушение жесткости рельефного элемента, удлиняя в достаточной мере упомянутую полость и распределяя основную часть длины полости в поперечном направлении.
Резонаторы в соответствии с изобретением, которые существенно снижают резонансный шум канавок протектора, позволяют достичь удовлетворительного баланса между продольной жесткостью и поперечной жесткостью этого протектора, который подвергается воздействиям со стороны дорожного покрытия во время качения.
Предпочтительно каждая полость полностью сформована в протекторе таким образом, чтобы эффективно обеспечивать свою функцию шумоподавляющего устройства, по меньшей мере, в течение 2/3 срока службы протектора (то есть эта полость не появляется на поверхности качения до этого износа на 2/3 толщины, начиная от нового состояния).
Полости в соответствии с изобретением могут представлять собой резонатор Гельмгольца или четвертьволновой резонатор. В частном случае резонатора Гельмгольца каждая полсть содержит основную часть среднего сечения Sc и часть меньшего сечения Sr (меньшего, чем сечение Sc) и длиной Lr: объем этой части меньшего сечения представляет собой очень малую долю от общего объема Vc. Эта часть меньшего сечения выходит в канавку, в которой необходимо подавлять резонансный шум, при этом общий объем Vc полости включает в себя объем этой части меньшего сечения, и длина Lc тоже включает в себя длину этой части меньшего сечения.
Для полостей типа четвертьволнового резонатора сечение Sc является постоянным по всей длине Lc полости.
Согласно варианту выполнения изобретения насечка, продолжающая полость в сторону поверхности качения, имеет среднюю ширину менее 0,6 мм.
Согласно другому, более предпочтительному варианту выполнения изобретения, чтобы обеспечить эффективность резонаторов, насечка содержит участок насечки, начинающийся от полости и образующий угол А, по меньшей мере, 10 градусов с перпендикуляром к поверхности качения, проходящим через точку пересечения насечки с полостью, таким образом, чтобы насечка закрывалась, по меньшей мере, вблизи полости для предупреждения любого изменения общего объема Vc упомянутой полости при переходе этой полости в состояние контакта с дорожным покрытием.
Чтобы выполнить условия изобретения, предпочтительно, чтобы каждая полость имела форму, содержащую, по меньшей мере, две части общей поперечной ориентации и, по меньшей мере, одну часть, соединяющую между собой эти части общей поперечной ориентации. Чем больше число частей поперечной ориентации, тем больше общая длина в проекции на это поперечное направление и тем меньше влияние присутствия этих полостей на снижение жесткости.
Предпочтительно применяют формы полостей, содержащие, по меньшей мере, три части поперечной ориентации. Расстояние между частями поперечной ориентации определяют таким образом, чтобы избежать слишком выраженного влияния на жесткость протектора при сжатии.
Чтобы получить долгосрочный шумовой эффект при эксплуатации, предпочтительно протектор оснащают индикаторами износа на дне, по меньшей мере, одной канавки, причем этот индикатор износа имеет высоту h, измеренную относительно дна канавки, при этом каждая образующая резонатор полость имеет верхнюю образующую, находящуюся на расстоянии от поверхности качения, по меньшей мере, равном глубине канавок, уменьшенной на высоту h индикатора износа. Таким образом, каждая полость сохраняет свою роль резонатора, пока износ протектора не достигнет максимального уровня, разрешенного регламентными нормами.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ФИГУР ЧЕРТЕЖЕЙ
Другие отличительные признаки и преимущества изобретения будут более очевидны из нижеследующего описания вариантов осуществления изобретения, представленных в качестве неограничительных примеров, со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг.1 изображает известный протектор.
Фиг.2 - вид в разрезе по плоскости II-II протектора, показанного на фиг.1.
Фиг.3 - частичный вид протектора в соответствии с изобретением с первым вариантом резонатора в виде буквы Н.
Фиг.4 - вид в изометрии части протектора, показанной на фиг.3.
Фиг.5 - вид в разрезе по линии V-V на протекторе, показанном на фиг.3, без контакта с дорожным покрытием.
Фиг.6 - такой же вид в разрезе, что и на фиг.5, во время вхождения в контакт с дорожным покрытием.
Фиг.7 - другие варианты полостей, образующих резонатор.
Фиг.8 - другой вариант полости, имеющей общую форму в виде буквы Z и образующей четвертьволновой резонатор.
ОПИСАНИЕ ФИГУР
Для облегчения рассмотрения фигур в описании вариантов изобретения использованы одинаковые обозначения для элементов, имеющих одинаковое конструктивное или функциональное назначение.
На фиг.1 показана часть известного протектора 1, описанного в заявке, опубликованной под номером WO 2009/095288. На этой фиг.1 показаны три нервюры 2 окружной ориентации, ограничивающие две канавки 3. Каждая нервюра имеет ширину Lt. Для снижения уровня шума, создаваемого по причине резонанса воздуха в двух канавках 3, в центральной нервюре формируют множество полостей 4, имеющих форму буквы «L», при этом каждая из ветвей этой полости имеет по существу одинаковую длину. Таким образом, сумма Ly проекций общей длины Lc этой полости в окружном направлении (обозначенном на фиг.1 направлением YY') по существу равна сумме Lx проекций общей длины Lc этой же полости в поперечном направлении (обозначенном на фиг.1 направлением XX'). По сути дела складывают все составляющие в направлении XX' и все составляющие в направлении YY', чтобы получить соответственно Lx и Ly.
На фиг.2 показан вид в разрезе по плоскости, след которой на фиг.1 показан линией II-II. На этой фиг.2 показана нервюра 2 в направлении своей толщины. Полость 4, образующая резонатор, имеет по существу круглое сечение Sc и продолжена в радиальном направлении в сторону контактной поверхности 11 нервюры 2 зигзагообразной насечкой 5, выполненной с возможностью закрываться при вхождении в контакт с дорожным покрытием, чтобы обеспечивать контроль общего объема Vc полости 4.
На фиг.3 показан первый вариант протектора 1 шины размером 225/55 R 16, причем этот протектор оснащен множеством устройств 4 подавления резонансного шума в соответствии с изобретением.
Согласно этому варианту протектор содержит две окружные канавки 3, ограничивающие центральную нервюру 21 и две бортовые нервюры 22.
Центральная нервюра 21 шириной Lt, равной 35 мм, содержит множество полостей 4 общей длиной Lc, при этом каждая полость имеет общую форму в виде буквы «Н», при этом общая длина Lc равна сумме длин всех ветвей этой формы. Каждая полость 4 образует резонатор Гельмгольца общим объемом Vc, причем этот объем включает в себя часть 40 длиной Lr, имеющую объем Vr, меньший объема Vc полости, и сечение, меньшее сечения Sc полости. Эта часть 40 полости открывается на боковую стенку 210 центральной нервюры, как показано на фиг.4, чтобы получить резонатор Гельмгольца.
Каждая полость 4 содержит несколько соединенных между собой частей полости: первая часть 41 полости линейной формы выполнена в продолжении части 40 меньшего сечения и имеет длину L1, равную 24 мм. Параллельно этой части полости длиной L1 выполнена другая часть 42 полости, имеющая по существу такую же длину L1. Эти две части 41, 42 полости ориентированы параллельно поперечному направлению YY' (то есть перпендикулярно к окружному направлению, обозначенному направлением XX').
Кроме того, для обеспечения непрерывности между объемами частей 41, 42 длиной L1 предусмотрена часть 44 полости длиной L2, в данном случае равной 28 мм. Эта часть 44 полости длиной L2 имеет круглое сечение такого же диаметра, что и сечение частей 41, 42 полости длиной L1.
Общая длина полости Lc (эта длина Lc равна сумме длин всех частей 40, 41, 42, 44, независимо от того, являются ли эти длины поперечными или окружными) явно намного больше ширины Lt нервюры 21, измеренной в поперечном направлении (в данном случае длина Lc равна 76 мм, а ширина Lt равна 33 мм).
Кроме того, полость 4 продолжена радиально наружу и по всей своей длине Lc насечкой 5, проходящей между точками, ограничивающими упомянутую полость и находящимися радиально снаружи полости, до контактной стороны 11 нервюры 21. Эта насечка 5 позволяет, в частности, производить формование и отделение формы от полости 4 внутри протектора. Разумеется, предпочтительно выполнять эту насечку 5 таким образом, чтобы она закрывалась вблизи полости 4 для обеспечения контроля объема Vc упомянутой полости во время вхождения в контакт с дорожным покрытием, как показано на фиг.5 и 6 в разрезе по линии V-V фиг.3. На фиг.5 в разрезе показано положение, когда эта часть находится за пределами контакта с дорожным покрытием, тогда как на фиг.6 в этом же разрезе показано положение во время вхождения в контакт. На фиг.5 видно, что каждое сечение частей 41 и 42 полости продолжено в сторону поверхности 11 качения насечкой 5 волнистой формы в глубине. Между частями 41 и 42 полости расположена часть 44 полости, которая обеспечивает непрерывность объема полости. На фиг.6 видно, что благодаря своей волнистой геометрии в глубине насечка 5 закрывается вблизи полости 4 и по всей длине Lc полости 4 под действием усилий контакта с дорожным покрытием и обеспечивает, таким образом, постоянный объем Vc полости, чтобы упомянутая полость могла выполнять свою роль резонатора.
На фиг.4 в изометрии частично изображен протектор, показанный на фиг.3. На этой фиг.4 показана полость 4 и, в частности, часть 40 меньшего сечения этой полости, открывающаяся на боковую сторону 210 нервюры 21; эта полость 4 продолжена в радиальном направлении к поверхности 11 качения насечкой 5, которая открывается частью 51 насечки на боковую сторону 210. В этом варианте полости 4 образованы на соответствующей глубине, чтобы открываться на поверхность качения до разрешенного предела износа, указанного, по меньшей мере, одним индикатором износа (не показан). В этом варианте, когда части 41, 42, 44 полости открываются на поверхности качения, они выполняют роль канавок, одновременно образующих новые кромки и обеспечивающих удаление воды, которая может присутствовать при контакте.
В данном случае сумма Ly длин в проекции в поперечном направлении (обозначенном направлением YY' на фиг.3) полости равна 48 мм (двукратная длина L1 частей 41, 42 полости), тогда как сумма Lx длин в проекции в окружном направлении (обозначенном направлением XX' на фиг.3) равна 28 мм (длина L2 части 43). В данном случае соотношение Ly/Lx равно 1,7.
Таким образом, можно иметь длину полости в 1,7 раза больше в поперечном направлении, чем в окружном направлении, что дает преимущество с точки зрения жесткости нервюры. Действительно, каждая полость в соответствии с изобретением приводит к меньшему изменению поперечной жесткости этого элемента.
В первом примере шины в соответствии с изобретением каждый резонатор, образованный в нервюре, полностью выполнен в протекторе и обеспечивает эффективное подавление резонансного шума, по меньшей мере, в течение 2/3 срока службы протектора (то есть эта полость не появляется на поверхности качения до этого износа на 2/3 толщины, начиная от нового состояния).
На фиг.7 на одном и том же протекторе показаны два варианта выполнения полостей, согласно которым две нервюры содержат множество полостей, при этом каждая полость образует резонатор Гельмгольца общим объемом Vc. На бортовой нервюре 22 протектора каждая полость 4 состоит из трех частей 41, 42, 43 полости длиной L1 каждая, ориентированных параллельно поперечному направлению (оси вращения шины, обозначенной направлением YY'), и из двух частей 44, 45 полости, ориентированных в окружном направлении, соединяя попарно части полости, ориентированные поперечно. Все части 41, 42, 43, 44, 45 полости по существу имеют одинаковую круглую цилиндрическую форму (хотя эту форму можно адаптировать в зависимости от потребности). Одна из частей 42 полости, ориентированная параллельно поперечному направлению, выходит на боковую сторону нервюры через часть 40 полости меньшего сечения, устанавливая сообщение полости 4 с канавкой 2, в которой необходимо подавлять резонансный шум. Каждая полость 4 продолжена радиально наружу насечкой 5, пересечение которой с поверхностью 220 качения в новом состоянии воспроизводит геометрию полости (три ветви насечек, параллельные поперечному направлению, и две окружные ветви, соединяющие предыдущие между собой). Эти полости 4 предназначены для снижения резонансного шума канавки 3 между бортовой нервюрой 22, в которой они образованы, и центральной нервюрой 21.
В центральной нервюре сформовано множество полостей 4', выполняющих роль резонатора Гельмгольца, причем эти полости 4' по существу имеют такую же геометрию, что и описанные выше полости 4, сформованные в одной из бортовых нервюр. Единственным видимым отличием от предыдущих полостей является геометрия насечки 5', соединяющей каждую полость 4' с контактной стороной нервюры. Каждая насечка 5' описывает зигзагообразный след на контактной стороне, а также на любой поверхности внутри протектора между поверхностью качения и полостью 4'; за счет этого увеличивают взаимодействие находящихся друг против друга стенок, образованных этой насечкой. К этому зигзагообразному следу насечки 5' добавляется зигзагообразная геометрия в направлении толщины протектора. Под зигзагообразной формой следует понимать то, что можно выбирать любую геометрию, способствующую механической блокировке стенок, ограничивающих насечку и расположенных друг против друга. Функцией этих полостей 4 является снижение резонансного шума канавки 3 между бортовой нервюрой 22, не содержащей полостей, и центральной нервюрой 21.
На фиг.8 представлен другой вариант изобретения, в котором применяют резонаторы четвертьволнового типа на протекторе, содержащем две окружные канавки 3, ограниченные нервюрами 2 одинаковой ширины. Нервюры, наиболее наружные в осевом направлении, содержат множество полостей 4, каждая из которых имеет форму, близкую к форме буквы «Z». В этом варианте каждая полость 4 имеет общую длину Lc, которая по существу в три раза больше ширины Lt каждой нервюры, и содержит линейные части 46, 47, 48 полости, соединенные между собой соединительными частями 71, 72, при этом каждая часть 46, 47, 48 полости имеет наклон по отношению к поперечному направлению под углом, отличным от нулевого угла. Конец 49 каждой полости открывается на боковую стенку каждой нервюры, чтобы полость 4 образовала четвертьволновой резонатор. В этом варианте видно, что основная часть общей длины Lc каждой полости ориентирована в поперечном направлении (в соотношении более 1,5). В этом варианте все полости 4 ориентированы одинаково на одной нервюре, а на другой нервюре имеют симметричную ориентацию относительно окружного направления XX'. Разумеется, можно выбрать одинаковую ориентацию для всех полостей, независимо от нервюры. Можно также на одной промежуточной нервюре расположить полости для уменьшения резонансного шума в одной канавке и полости для уменьшения резонансного шума в другой канавке, при этом упомянутые канавки ограничивают промежуточную нервюру. Кроме того, каждая полость продолжена насечкой, выполненной таким образом, чтобы закрываться вблизи упомянутой полости.
Расстояние между полостями, независимо от рассматриваемого варианта, выбирают таким образом, чтобы обеспечить компромисс между необходимостью подавления резонансного шума и необходимостью ограничения жесткости.
Очевидно, что описанное и представленное различными вариантами изобретение не ограничивается только этими вариантами, в него можно вносить различные изменения, не выходя за рамки, определенные формулой изобретения. В частности, можно на одном протекторе комбинировать множество полостей типа резонаторов Гельмгольца и полостей типа четвертьволнового резонатора. Можно также применять такие шумоподавляющие устройства в случае канавки, ограниченной множеством блоков. В другом варианте выполнения каждую полость можно продолжить не в направлении поверхности качения, а внутрь протектора: это предполагает отдельное изготовление протектора и его последующее включение в шину.