Протектор пневматической шины

Название	Протектор пневматической шины
Разработчик (Авторы)	Максимов Евгений Александрович, Шаламов Виктор Георгиевич, Черепков Иван Дмитриевич
Вид объекта патентного права	Полезная модель
Регистрационный номер	199008
Дата регистрации	07.08.2020
Правообладатель	Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)" (ФГАОУ ВО "ЮУрГУ (НИУ)")
Область применения (класс МПК)	B60C 11/12 (2006.01) B60C 11/11 (2006.01)

Описание изобретения

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).

Радиальные напряжения σr определим по формуле (1) (Феодосьев В.И. Сопротивление материалов, М.: Наука, 1987 г.,)

где PZ=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.,

F=b× - площадь сечения у основания элемента, мм2.

Касательные напряжения τMAC, действующие у основания трапециевидного элемента находим по формуле (2) (Феодосьев В.И. Сопротивление материалов, М.: Наука, 1987 г.),

где FT=Psinα - тяговая сила автомобиля, Н,

Пример.

Проведем расчет напряжений σr и τMAC 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.

Формула полезной модели

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, отличающийся тем, что открытые и закрытые прорези имеют клиновидный профиль, направлены острием клиновидного профиля радиально, а элементы блока между прорезями выполнены трапециевидной формы.

Изобретение "Протектор пневматической шины" (Максимов Евгений Александрович, Шаламов Виктор Георгиевич, Черепков Иван Дмитриевич ) отмечено юбилейной наградой (25 лет Российской Академии Естествознания)
Медаль Альфреда Нобеля

Оформление наградных документов и заказ каталога