АВТОМОБИЛЬНОЕ КОЛЕСО С БЕЗВОЗДУШНОЙ ШИНОЙ
AIRLESS TIRE

Автомобильное колесо с безвоздушной шиной относится к области транспортного машиностроения.
Известна конструкция автомобильного колеса с безвоздушной шиной [TENSION-BASED NON-PNEUMATIC TIRE, патент №20110011506 от 20.01.2011], разработанная американской фирмой Resilient Technologies для военного автомобиля HMMWV. Внешний вид безвоздушной шины из эластичного полимерного материала напоминает пчелиные соты. Тем не менее конструктивными элементами безвоздушной шины являются упругие деформируемые спицы зигзагообразной формы, соединенные плоскими прямыми перемычками, и массивное наружное кольцо с протектором, несущее основную часть вертикальной нагрузки, приходящейся на колесо. Зигзагообразная форма упругих деформируемых спиц образуется в результате соединения тонких пластин, которые могут быть как прямыми, так и дугообразными с изгибом к центру колеса. Перемычки, соединяющие длинные упругие спицы высокопрофильной безвоздушной шины, могут иметь как постоянную, так и переменную толщину с ее уменьшением в средней части, и предназначены для уменьшения вибрации и шума при качении колеса.
Следует отметить, что уменьшение толщины перемычек хотя и позволяет уменьшить упругое сопротивление при деформации безвоздушной шины TENSION-BASED NON-PNEUMATIC TIRE в области контакта с опорной поверхностью в процессе качения колеса и обеспечить неизменность характеристики радиальной жесткости по периметру беговой дорожки, снижает прочность и надежность колесного движителя. Кроме того, при нагружении безвоздушных шин вертикальной силой и крутящим моментом элементы зигзагообразных упругих спиц изгибаются, если судить по рекламным видеофильмам фирмы Resilient Technologies, в большинстве случаев от центра колеса.
Также известна конструкция автомобильного колеса с безвоздушной шиной [AIRLESS TIRE, патент №20120060991 от 15.03.2012] корейской фирмы Hankook для электромобилей. Безвоздушная шина AIRLESS TIRE также содержит в своей конструкции упругие деформируемые спицы зигзагообразной формы из эластичного полимерного материала. Но в отличие от рассмотренной выше TENSION-BASED NON-PNEUMATIC TIRE плоские прямые перемычки соединяют обособленными парами наиболее удаленные в окружном направлении вершины зеркально расположенных относительно друг друга соседних зигзагообразных упругих спиц.
Технический результат заключается в обеспечении неизменности характеристики радиальной жесткости безвоздушной шины по периметру беговой дорожки, уменьшении вибрации и шума при качении колеса, повышении прочности и надежности колесного движителя.
Технический результат может быть достигнут следующими вариантами конструктивных решений:
- упругие деформируемые спицы безвоздушной шины состоят из дугообразных элементов, формирующих зигзаги, вершины которых соединены перемычками дугообразной формы, образующими сплошные тонкие кольца разного диаметра, а армирование наружного кольца безвоздушной шины осуществляется металлическими нитями, намотанными в радиальном направлении вокруг кольца из эластичного полимера высокой твердости с окружными канавками на всех поверхностях;
- упругие деформируемые спицы безвоздушной шины состоят из дугообразных элементов, образующих зигзаги, вершины которых, лежащие на окружностях одного и того же радиуса, но относящиеся к соседним упругим деформируемым спицам, соединены перемычками дугообразной формы, при этом радиусы кривизны перемычек меньше, чем радиусы окружностей, проведенных через вершины зигзагов;
- каждая упругая деформируемая спица безвоздушной шины состоит из дугообразных элементов, соединенных так, что получается зигзаг, при этом каждая его вершина соединена прямой или дугообразной перемычкой только с одной другой вершиной, расположенной на окружности с тем же радиусом и относящейся к соседней упругой деформируемой спице, а перемычки на соседних окружностях разного диаметра направлены в разные стороны от вершин зигзагообразных спиц;
- соседние по окружности зигзагообразные упругие деформируемые спицы зеркальны друг другу, а дуги всех перемычек и составных элементов упругих деформируемых спиц имеют изгиб в направлении от центра колеса.
Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг.1, 4, 5 и 6 изображены варианты автомобильных колес с безвоздушными шинами из эластичных полимерных материалов. В свою очередь, на фиг.2 изображен профиль наружного кольца безвоздушной шины, а на фиг.3 - опорное кольцо из эластичного полимерного материала с высокой твердостью и окружными канавками.
Автомобильное колесо с безвоздушной шиной представляет собой неразборную конструкцию и состоит из металлического колеса 1 и шины с упругими деформируемыми спицами, изготовленной из полимерного эластичного материала. Элементами безвоздушной шины являются внутреннее 2 и наружное 3 кольца, соединенные радиально расположенными упругими деформируемыми спицами 4 зигзагообразной формы. Зигзагообразная форма упругих деформируемых спиц 4 образована соединенными между собой дугообразными пластинами 5, 6, 7 и 8. Упругие спицы зигзагообразной формы из дугообразных пластин не оказывают значительного упругого сопротивления при деформации безвоздушной шины в области контакта с опорной поверхностью в процессе качения колеса, что обеспечивает неизменность характеристики ее радиальной жесткости по периметру беговой дорожки. Основную вертикальную нагрузку на колесо со стороны опорной поверхности воспринимает наружное кольцо 3 с протектором 14, высокая радиальная жесткость которого обеспечивается опорным кольцом 13 из эластичного полимера высокой твердости, что также защищает безвоздушную шину от сквозных механических повреждений. Кроме того, опорное кольцо 13 имеет окружные канавки А, В, и С на всех поверхностях, позволяющие обеспечить адгезионную связь армирующих металлических нитей 12 со сравнительно мягким протектором 14 из эластичного полимерного материала, что позволяет повысить прочность и надежность колесного движителя. Также опорное кольцо может иметь овальный или эллиптический профили для обеспечения меньшей кривизны армирующих нитей.
Для уменьшения вибрации и шума при качении колеса упругие спицы соединены в окружном направлении перемычками 9, 10 и 11, которые могут быть как прямыми, так и иметь дугообразную форму. Дугообразная форма позволяет окружным перемычкам терять устойчивость и легко деформироваться при действии радиальной нагрузки, одновременно передавая подводимый к колесу крутящий момент. В частности, на фиг.1 изображена автомобильная безвоздушная шина с окружными перемычками, образующими сплошные кольца разного диаметра, а на фиг.4 - перемычки дугообразной формы имеют радиусы кривизны меньше, чем радиусы окружностей, проведенных через вершины упругих зигзагообразных спиц. На фиг.5 изображен вариант автомобильного колеса с безвоздушной шиной, у которой каждая вершина упругих зигзагообразных спиц только один раз соединена перемычкой с другой расположенной на окружности с тем же радиусом вершиной соседней спицы, а перемычки на соседних окружностях разного диаметра направлены в разные стороны от вершин упругих зигзагообразных спиц. В свою очередь, на фиг.6 дуги всех перемычек и элементов зеркальных друг другу упругих спиц имеют изгиб в направлении от центра колеса, что кроме технического результата обеспечивает интересный эстетический внешний вид.