Протектор пневматической шины

Полезная модель относится к области автомобильного транспорта, в частности к конструкции шин.
Известна шина для автомобильного транспорта, у которой протектор по своей ширине состоит их основных элементов, отделенных друг от друга узкой канавкой, имеющей ширину не более 1,5 мм. Канавки углублены по отношению к поперечному профилю основных ребер приблизительно 0,5-2,0 мм. При движении автомобиля на поворотах износу подвергается часть основных элементов, отделенных канавками. Другая часть износу не подвергается. (RU 2192967, МПК В60С 11/01, опубл. 20.11.2002 г., БЮ №32).
Известна шина, содержащая протектор, разделенный по ширине на несколько элементов. Шина содержит придающий жесткость усилитель, состоящий из нескольких направленных в радиальном направлении нитевидных усилительных элементов, находящихся под протектором. Технический результат - уменьшение неравномерного износа протектора шин и повышение их долговечности при уменьшении веса, а также повышение жесткости коронной зоны покрышки (RU 2527590, МПК В60С 9/20, опубл. 10.09.2014 г., Бюл. №25).
Недостатком вышеуказанных шин является повышенный по сравнению с нормальным износ протектора при контакте шины с дорогой.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является пневматическая шина, в которой множество продольных канавок, проходящих в направлении по окружности шины, и множество поперечных канавок, проходящих в направлении по ширине шины, образуют множество контактных участков на поверхности протектора, по меньшей мере, множество контактных участков, образованных в плечевой зоне, выполнены в виде ряда блоков, имеющих множество блоков, расположенных в нем, причем в блоках имеется множество прорезей, проходящих в направлении по ширине шины, с промежутками в направлении по окружности шины, при этом множество прорезей, расположенных в блоках, образованы таким образом, что открытые прорези и закрытые прорези чередуются друг с другом в направлении по окружности шины, и глубина открытых прорезей смещена, являясь более мелкой, чем глубина закрытых прорезей. (RU 2499680 С2, МПК В60С 11/12, опубл. 27.11.2013 г., Бюл. №33).
Недостатком прототипа является повышенное напряжение, возникающее в элементах блока, между открытыми и закрытыми прорезями, под действием сил, действующих на протектор шины, приводящее к повышенному износу протектора и снижению срока службы шин.
Задачей полезной модели является снижение износа протектора и повышение срока службы шин за счет снижения величины напряжений в блоках протектора шины с открытыми и закрытыми прорезями на участках между соседними элементами блока.
В прототипе элементы блоков с прорезями и канавками имеют прямоугольный профиль (форму сечения). В этих элементах наблюдается повышение напряжения у основания элементов блоков, что приводит к повышенному износу протектора.
Технический результат получают за счет того, что протектор пневматической шины, состоящий из блоков, расположенных с промежутками по окружности шины, причем в блоках имеется множество открытых и закрытых прорезей, проходящих в направлении по ширине шины, открытые и закрытые прорези чередуются друг с другом, между прорезями расположены элементы блоков, согласно полезной модели открытые и закрытые прорези имеют клиновидный профиль, направлены острием клиновидного профиля радиально, а элементы блока между прорезями выполнены трапециевидной формы.
Согласно полезной модели предлагается выполнять прорези не прямоугольной формы в сечении, а клиновидной и элементы блоков между прорезями в сечении - трапециевидной формы.
Полезная модель поясняется схемами фиг. 1, 2
На фиг. 1 изображен один из блоков протектора пневматической шины с открытыми и закрытыми прорезями, проходящими по ширине шины, которые выполнены с клиновидным профилем, а элементы блока между прорезями выполнены трапециевидной формы.
На фиг. 2 - вид А на один из элементов протектора между прорезями и действующие на него силы.
Протектор пневматической шины (фиг. 1), содержит - блок протектора 1, промежуток между блоками - 2, открытую прорезь с клиновидным профилем 3, закрытую прорезь с клиновидным профилем 4, элементы блока протектора между прорезями, имеющие трапециевидную форму 5.
Протектор пневматической шины работает следующим образом.
При нагрузке на пневматическую шину, когда автомобиль стоит, происходит контакт с дорожным покрытием. В результате чего шина деформируется под действием нормальной нагрузки (масса автомобиля и груз), направленной вертикально к дороге, действующей на колесо.
При движении автомобиля в зоне контакта шины с дорогой возникают как вертикальные силы, так и продольные силы (фиг. 2). Крутящий момент, подведенный к колесу, уравновешивается моментами: моментом вертикальной силы и моментом тяговой силы.
Вертикальная сила создает радиальные напряжения, а тяговая сила создает касательные напряжения на элемент блока протектора 5 (фиг. 1, 2). Касательные напряжения у основания элемента вызывают усталостную трещину, которая приводит к отрыву элемента от протектора шины. Описанный механизм влияния действующих сил на элемент блока приводит к износу протектора шины.
Для уменьшения воздействия касательных напряжений, согласно полезной модели, предложено выполнять открытые и закрытые прорези клиновидной формы в сечении, направленными острием радиально, а элементы блока протектора между прорезями выполняют трапециевидной формы.
Рассмотрим расчет действующих на элемент блока сил и возникающих в них напряжений (фиг. 2).
r
Радиальные напряжения σ определим по формуле (1) (Феодосьев В.И. Сопротивление материалов, М.: Наука, 1987 г.,)
Z
где P=Pcosα- вертикальная сила (масса и груз) автомобиля, Н,
Р - суммарная сила, действующая на элемент блока при движении, Н,
b,  - ширина и длина элемента у основания, мм,
α - угол приложения силы к элементу протектора, рад.,
2
F=b× - площадь сечения у основания элемента, мм.
MAC
Касательные напряжения τ, действующие у основания трапециевидного элемента находим по формуле (2) (Феодосьев В.И. Сопротивление материалов, М.: Наука, 1987 г.),
T
где F=Psinα - тяговая сила автомобиля, Н,
Пример.
r
MAC
Проведем расчет напряжений σ и τ для шины 7-20 дюймов,- Р=15000 Н, b=177 мм, h=15 мм
Расчет радиальных напряжений (1) и касательных напряжений (2) представлен в табл. 1.
Анализ данных, представленных в табл. 1 и табл. 2 показывает, что максимальные касательные напряжения для полезной модели меньше, чем у прототипа для Р=15000 Н и Р=21000 Н на 23% и 28,2%.
Таким образом, при использовании элементов блоков протектора с закрытыми и открытыми прорезями, выполненными клиновидной формы, направленными острием профиля радиально, и элементов блоков между прорезями, выполненными трапециевидной формы, максимальные касательные напряжения, действующие на блок, снижаются на 23% и 28,2%, а следовательно, и износ указанных блоков протектора соответственно снижается.