ПНЕВМАТИЧЕСКАЯ ШИНА БАРАБАННОГО ТИПА С НЕСУЩЕЙ КОНСТРУКЦИЕЙ
DRUM-TYPE PNEUMATIC TIRE WITH BEARING STRUCTURE

Изобретение относится в целом к оборудованию автомобилей с двигателем. Точнее, изобретение относится к шине, содержащей оболочку, выполненную, по меньшей мере частично, из резины, ограничивающую внутренний кольцевой объем, подвергаемый воздействию давления накачки, и содержащую вершину и две боковины, при этом вершина соединена с каждой из двух боковин и оканчивается протектором, причем шина дополнительно содержит, по меньшей мере, один внутренний барабан, один внешний барабан и несущую конструкцию, при этом внутренний барабан размещен концентрически внутри и на расстоянии от вершины, а внешний барабан принадлежит вершине шины, при этом несущая конструкция размещена, по меньшей мере частично, во внутреннем объеме и связывает между собой внутренний и внешний барабаны.
Шина такого типа описана, например, в патенте US 4235270.
В обычной шине боковины служат одновременно для передачи ободу усилий, оказываемых дорогой на протектор, и для обеспечения управления последним.
Хотя несущая конструкция шины, описанной в патенте US 4235270, взаимодействует с боковинами шины для передачи усилий между внутренним и внешним барабанами, такая структура будучи массивной влияет на управление протектором.
Таким образом, ограничения, связанные с такой двойной функцией, требуют в процессе фазы разработки шины сложных компромиссов, в частности, в том, что касается веса, конструктивной сложности, максимальной величины передаваемого вращающего момента и деформаций шины, которые являются источником внутреннего нагрева.
Целью изобретения является шина, конструкция которой позволяет уменьшить жесткость этих ограничений.
Для достижения этой цели шина по изобретению, кроме того, соответствует общему определению, данному в преамбуле, в основном отличается тем, что несущая конструкция надувается давлением накачки и разделяет кольцевой объем шины на множество отделений или ячеек, а также тем, что боковины соединены или встроены в несущую конструкцию.
Благодаря такому устройству несущая конструкция становится жесткой благодаря внутреннему давлению шины и может таким образом в основном быть выполнена из тонких и легких перегородок.
Наружный барабан, предпочтительно, образован непрерывным кольцевым листом, к которому плотно прилегают резиновые покрытия, образующие протектор.
В возможном варианте осуществления внутренний и внешний барабаны являются герметичными, а боковины образованы боковыми стенками, герметично соединяясь с внешним и внутренним барабанами для герметичного ограничения упомянутого кольцевого объема.
Каждый барабан может быть образован непрерывным кольцевым листом, выполненным из металла или металлического сплава, и, в частности, выполнен из материала, включающего нержавеющую сталь и алюминиевый сплав.
Несущая конструкция содержит, например, совокупность радиальных пластинок, разделяющих кольцевой объем на множество отделений, следующих одно за другим в тангенциальном направлении шины.
Как вариант, несущая конструкция может содержать совокупность внутренних перегородок, разделяющих кольцевой объем на множество ячеек в виде сот, расположенных рядом одновременно в тангенциальном направлении и радиальном направлении шины.
Каким бы ни был выбранный вариант осуществления, целесообразно предусмотреть, чтобы, по меньшей мере, некоторые из упомянутых ячеек были герметичными относительно других ячеек.
В дальнейшем изобретение поясняется нижеследующим описанием, не являющимся ограничительным, со ссылками на сопроводительные чертежи, на которых:
фиг.1 изображает в аксонометрии частичный вид шины в соответствии с первым вариантом возможного осуществления изобретения;
фиг.2 изображает в аксонометрии вид в разобранном состоянии шины в соответствии с первым вариантом осуществления;
фиг.3 изображает в радиальном разрезе вариант шины, изображенной на фиг.2;
фиг.4 изображает в аксонометрии вид варианта шины, изображенной на фиг.2;
фиг.5 изображает частичный вид в аксонометрии шины в соответствии со вторым вариантом возможного осуществления изобретения;
фиг.6 изображает в аксонометрии вид шины в соответствии с третьим вариантом возможного осуществления изобретения;
фиг.7 изображает вид в аксонометрии в разобранном состоянии шины в соответствии с третьим вариантом возможного осуществления изобретения;
фиг.8 изображает вид в аксонометрии в разобранном состоянии несущей конструкции шины в соответствии с третьим вариантом возможного осуществления изобретения;
фиг.9 изображает вид в аксонометрии несущей конструкции шины в соответствии с вариантом третьего типа осуществления изобретения;
фиг.10 изображает вид в увеличенном масштабе детали несущей конструкции, изображенной на фиг.9;
фиг.11 изображает вид в аксонометрии шины в соответствии с четвертым возможным вариантом осуществления изобретения;
фиг.12 изображает вид в радиальном разрезе шины, изображенной на фиг.11;
фиг.13 изображает вид в аксонометрии в разобранном виде шины в соответствии с четвертым вариантом возможного осуществления изобретения;
фиг.14 изображает вид в аксонометрии в увеличенном масштабе элемента несущей конструкции шины, изображенной на фиг.13; и
фиг.15 изображает вид в разрезе несущей конструкции шины, изображенной на фиг.13.
Как указывалось выше, изобретение относится к пневматической шине, рассматриваемой с точки зрения ее конструкции.
Шина в соответствии с изобретением содержит оболочку, выполненную, по меньшей мере частично, из резины, которая образует герметично для воздуха внутренний кольцевой объем V (фиг.3) и которая имеет вершину 1 и две боковины 2.
Вершина 1 соединяется с каждой из двух боковин 2 и имеет на своей внешней поверхности протектор.
Шина по изобретению содержит, кроме того, по меньшей мере, один внутренний барабан 3, один внешний барабан 10 и несущую конструкцию 4.
Внутренний барабан 3 размещен внутри и концентрически на расстоянии от вершины 1, при этом несущая конструкция 4 размещена, по меньшей мере частично, во внутреннем объеме V и связывает внутренний барабан 3 с внешним барабаном 10, который является составной частью вершины 1.
В рабочем состоянии шины кольцевой объем V, ограниченный барабанами 3 и 10, а также стенками 2, является герметичным и подкачанным, то есть подвергнутым внутреннему давлению воздуха, превышающему атмосферное, то есть давлению накачки.
В соответствии с изобретением несущая конструкция 4 находится под повышенным давлением благодаря давлению накачки и разделяет кольцевой объем шины на множество элементарных объемов, которые ниже будут называться отделениями или ячейками в зависимости от их формы.
Более того, боковины 2 связаны с несущей конструкцией 4 или встроены в эту несущую конструкцию.
Предпочтительно, и как изображено на фиг.3 и 12, внешний барабан 10 образован из непрерывного кольцевого листа, на который наклеены резиновые покрытия, такие как 11а, 11b, 11c и 11d, которые образуют протектор 1.
Каждый из внутреннего 3 и внешнего 2 барабанов, является таким образом, предпочтительно, герметичным и соединяется герметичным образом с двумя герметичными боковыми стенками, которые образуют боковины 2.
Каждый из барабанов 3 и 10 может быть, в частности, выполнен из непрерывного кольцевого листа, выполненного из металла или металлического сплава, и, например, выполнен из нержавеющей стали и алюминиевого сплава.
В варианте осуществления, изображенном на фиг.4, шина содержит такой внешний барабан 10, который сам покрыт дополнительным барабаном 10', который несет резиновые покрытия, образующие протектор 1.
Каким бы ни было количество внешних барабанов, несущая конструкция 4 разделяет внутренний объем V на множество отделений 400 или ячеек 410, которые все герметичны относительно среды, окружающей шину, и, по меньшей мере, некоторые из которых могут быть герметичны относительно других отделений или ячеек.
В вариантах осуществления, изображенных на фиг.4, 11-13 и 15, несущая конструкция 4 содержит совокупность пластинок 40, одна из которых изображена на фиг.14.
Эти пластинки 40, которые расположены радиально или практически радиально, разделяют кольцевой объем V на множество отделений 400, следующих одно за другим в одном направлении, которое локально является тангенциальным относительно шины и которое в общем образует окружность шины.
В варианте осуществления, изображенном на фиг.5-10, несущая конструкция 4 содержит совокупность внутренних перегородок 41, которые разделяют внутренний объем V шины на множество сотовых ячеек 410.
Эти ячейки расположены рядом друг с другом одновременно в тангенциальном направлении и радиальном направлении шины, каждая из которых размещена в направлении, параллельном оси шины.
Несущая конструкция 4 может быть выполнена путем литья под давлением или экструдированием.
Внутренний барабан 3 предпочтительно соединен с ободом или, по существу, цилиндрической ступицей колеса посредством разъемной связи.
Внешний барабан 10 предпочтительно напряжен давлением газа, содержащегося в кольцевом объеме V шины.
Боковые стенки 2 могут быть, например, выполнены из пены с закрытыми ячейками, приклеенной к внутреннему 3 и внешнему 10 барабанам, а также к радиальным пластинкам 40.
Несущая конструкция 4, которая размещена между боковинами 2, служит таким образом для усиления пены, которая находится внутри стенок, которые образуют барабаны 3 и 10, и пластинками 40 или внутренними стенками 41.
Отделения 400, как и ячейки 410, могут соединяться между собой или нет.
Напротив, разумно соблюдать установленное отношение между шириной боковин 2 и максимальным расстоянием между стенками ячеек или отделений, содержащих пену, в зависимости от давления накачки и упругости пены для исключения явления прессования этой пены.
Обычно в случае варианта осуществления по фиг.4 для давления накачки в 2 бар и для пены с удельным весом 0,1 отвечающее требованиям установленное отношение может быть получено при ширине боковины 2 с величиной, превышающей 20 мм, и выбором максимального расстояния между внутренними стенками в 15 мм, соответствующего в данном случае максимальному зазору между пластинками 40.
В варианте осуществления по фиг.7-10 герметичная несущая конструкция 4 изготавливается путем соединения двух металлических форм 4А и 4В, по существу, симметричных относительно плоскости колеса и получаемых литьем под давлением или деформацией.
Фиг.6 изображает полученную таким путем пневматическую шину.
Точнее, протектор 1, выполненный из множества выступов, таких как 11а и 11b, приклеен к внешнему барабану 10, закрывающему несущую конструкцию 4, снабженную также внутренним барабаном 3.
Внутренний барабан 3 позволяет объединить эту несущую конструкцию 4 с ободом или, по существу, цилиндрической ступицей со средством разъемной связи.
Фиг.7 изображает первый пример соединения несущей конструкции.
Выступы, такие как 11а протектора 1, наклеены на внешний барабан 10, который сам соединен с несущей конструкцией 4.
Как вариант, выступы, такие как 11а, могут быть приклеены непосредственно на несущую конструкцию 4, при этом функцию внешнего барабана 10 исполняет несущая конструкция.
Несущая конструкция 4 состоит из двух, по существу, идентичных металлических форм 4А и 4В, которые могут быть изготовлены литьем под давлением в довольно простую литейную форму с извлечением из формы параллельно оси вращения пневматической шины.
Фиг.8 изображает конструкцию металлических форм 4А и 4В с изменением масштаба изображения одного сектора.
Каждая из этих металлических форм образована совокупностью сотовых ячеек, размещенных поперечно и, по существу, параллельно оси вращения пневматической шины.
Каждая из этих ячеек закрыта на конце, размещенном с внешней стороны шины, стенкой приближаясь, насколько это возможно, к полусферической форме для обеспечения герметичности несущей конструкции 4, обеспечивая ей возможность значительных деформаций, в частности радиальных.
Стенки ячеек, расположенные на одинаковом расстоянии от оси шины, имеют, по существу, одинаковую толщину, эта толщина, напротив, может уменьшаться при увеличении расстояния от оси.
На внутренней стороне шины, по существу, радиальные стенки ячеек оканчиваются, предпочтительно с отступом, по существу, от кольцевых стенок для обеспечения возможности последним образовать сшиваемые кольцевые венцы, вставляющиеся один в другой.
Возможный вариант осуществления соединения (фиг.7 и 8) состоит в изготовлении двух металлических форм в одной и той же изложнице и в соединении горячей формы с холодной формой, и так как соединительные венцы холодной формы меньше в диаметре в момент соединения, то по мере того, как температуры обеих форм выравниваются, они спрессовываются между собой.
Кроме горячей посадки, сшиваемые венцы могут быть склеены или сварены.
Изготовленная таким образом несущая конструкция 4 содержит каналы, ширина которых равна ширине соединительных венцов, которые уравновешивают давление каждого из слоев ячеек, которые, в свою очередь, могут сообщаться между собой или нет.
Фиг.9 и 10 изображают второй пример соединения металлических форм 4А и 4В, в соответствии с которым каждая из ячеек одной металлической формы соединяется с ячейками размещенной напротив другой металлической формы, что обеспечивает индивидуальную герметичность ячеек либо проход воздуха или газа из одной ячейки в другую с ограниченным расходом.
Фиг.11-15 изображают другой вариант изготовления шины по изобретению.
В этом варианте осуществления внутренний барабан 3 жестко соединен с радиальными пластинками 40 и боковинами 2, причем эти пластинки и эти боковины сами жестко соединены с внешним барабаном 10, на котором размещен протектор 1.
Соединение между внутренним барабаном 3 и боковинами 2, с одной стороны, и между боковинами 2 и внешним барабаном 10, с другой стороны, является герметичной.
Боковины 2, внутренний барабан 3 и внешний барабан 10 также являются герметичными для удержания внутреннего давления шины.
В случае, когда радиальные пластинки 40 сами являются герметичными, они могут будучи герметичными образовать с кольцевым объемом V пневматической шины столько независимых отсеков, сколько имеется отсеков, что приводит некоторым образом к образованию ячеистого каркаса.
В этом случае и при условии сохранения большого количества отделений прокол одного из отделений не нарушает нормальную работу пневматической шины, которая не может испытывать никакой резкой потери общего давления.
Как вариант в радиальных пластинках 10 может быть выполнено небольшое отверстие для обеспечения сообщения отделений между собой для единого управления давлением (накачка и поддержание давления в случае использования подходящих материалов). Диаметр отверстия является достаточно малым для исключения любого резкого сброса давления пневматической шины в случае неожиданного разрыва одного или нескольких отделений.
Пластинки 40 размещены, по существу, радиально и вытянуты боком под действием давления накачки к боковинам 2, которые оказывают на пластинки боковые усилия F1, представленные боковыми стрелками на фиг.14.
Профиль боковин 2 в срединном сечении шины таким образом необязательно должен являться профилем, называемым «выпукло распределенным», как в известном уровне техники, но может принимать любые другие формы, такую, например, как вогнутая форма. Такое преимущество может быть предпочтительным для выполнения, например, боковин 2 различных профилей.
Пластинки 40 могут быть также вытянуты радиально благодаря давлению накачки, воздействующему на внешний барабан 10, в отсутствие нагрузки, прикладываемой к пневматической шине.
Для этого пластинки 40 являются, по существу, плоскими и радиальными, при этом размер d или «стрелка», изображенная на фиг.15, имеет нулевую величину, а модуль упругости материала пластинок 40 значительно превышает модуль упругости внешнего барабана 10.
Внешний барабан 10 имеет тенденцию увеличиваться в диаметре и вследствие этого переходить на радиальные пластинки 40 и оказывать на радиальные пластинки 40 радиальные усилия Fr, изображенные вертикальными стрелками на фиг.14.
Как вариант при отсутствии нагрузки, прикладываемой к пневматической шине, любое воздействие давления накачки на внешний барабан 10 воспринимается этим барабаном. Необходимо, таким образом, чтобы этот внешний барабан 10 был весьма жестким в циркулярном направлении и, таким образом, практически нерастяжимым, при этом радиальные усилия Fr, оказываемые на пластинки 40, являются практически нулевыми.
Собственно пластинки 40 могут быть выполнены слегка изогнутыми с величиной, типичной для размера d по фиг.15 с превышением на несколько миллиметров для туристических шин.
Пластинки 40 установлены, предпочтительно, в большом количестве, очень тонкими и заостренной формы (фиг.15). Для туристической шины 205/55 R16 предпочтительная конструкция использует 120 пластинок с радиальной высотой Н примерно в 110 мм и толщиной t примерно в 0,1 мм для стали и примерно в 0,3 мм для полиамида 6/6.
Пластинки 40 могут, только в первом приближении, передавать усилия давления (стрелки на фиг.14) или уменьшение первоначальных усилий давления.
Внешний барабан 10 является тонким и гибким для хорошего прилегания к земле в зоне контакта для оптимизации нагрузки на землю.
Напротив, с другой стороны контактного пятна он имеет правильную кольцевую форму под действием давления накачки и может выдерживать вертикальную нагрузку ступицы колеса посредством внутреннего барабана 4 и пластинок 40, в который переходят радиальные нагрузки, вызываемые тяжестью груза.
В первом приближении без учета роли, которую играют боковины 2 в несении нагрузки, ступица или колесо автомобиля некоторым образом подвешены к пластинкам 40 и внешнему барабану 10, следствием чего является минимизация перегрузки подвески и пневматической шины, вызванная преодолением выступающих препятствий.
Высокий уровень боковой жесткости и жесткость от бокового ухода обеспечивается обеспечением жесткости, вызванной действием давления накачки на внешний барабан 10 и на пластинки 40, подвергающиеся боковым усилиям F1 (фиг.14), а также воздействию грузовой двери на пластинки 40, подвергаемые радиальным усилиям Fr напротив контактного пятна.
Пластинки 40 выполняют таким образом несколько функций, а именно, в частности, восприятие нагрузки боковой двери, дополнительное усиление пены, боковое усиление боковин 2 и, короче, исключение расхождения боковин под действием давления накачки и восприятие усилий бокового ухода, что позволяет лучше использовать материал этих пластинок.
Крутящий момент (двигателя или тормозного механизма) частично воспринимается боковинами 2 и частично наклоном пластинок 40, которые уходят от своего радиального положения в ответ на легкое вращение внутреннего барабана 3 относительно внешнего барабана 10.
Пневматическая шина по изобретению предпочтительно изготовлена экструзией в виде единой детали внешнего барабана 10, внутреннего барабана 3 и радиальных пластинок 40 из такого материала, как полиамидная или полиэфирная смола, и дальнейшим литьем под давлением боковин 2 и протектора 1.
В частности, можно изготовить барабаны 3 и 10А, а также пластинки 40 и внутренние стенки 41 из композитного материала, залитого в матрице резиной.
Независимо от способа изготовления разность между давлением накачки внутри несущей конструкции 4 и атмосферным давлением, имеющимся снаружи шины, делает жесткими стенки 41 или пластинки 40 и позволяет выполнить эту конструкцию со стенками или пластинками весьма малой толщины.