RU2246407C2 - Construction support elastic tire - Google Patents
Construction support elastic tire Download PDFInfo
- Publication number
- RU2246407C2 RU2246407C2 RU2002118608/11A RU2002118608A RU2246407C2 RU 2246407 C2 RU2246407 C2 RU 2246407C2 RU 2002118608/11 A RU2002118608/11 A RU 2002118608/11A RU 2002118608 A RU2002118608 A RU 2002118608A RU 2246407 C2 RU2246407 C2 RU 2246407C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- tire
- membrane
- contact
- tread
- shear layer
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Tires In General (AREA)
Abstract
Description
Данное изобретение относится к упругой шине, способной выдерживать нагрузку транспортного средства за счет конструктивных компонентов шины, без использования преимущества, обеспечиваемого внутренним давлением воздуха.This invention relates to an elastic tire capable of withstanding the load of the vehicle due to the structural components of the tire without taking advantage of the internal air pressure.
Пневматическая шина является выбранным решением для обеспечения движения транспортных средств вот уже более века. Современные пневматические шины с брекерным поясом и радиальным каркасом являются замечательными изделиями, которые являются эффективными средствами для выдерживания приложенных нагрузок, в то же время, допуская приемлемую вертикальную и боковую податливость. Пневматическая шина приобретает свои механические свойства в значительной степени благодаря действию внутреннего давления воздуха в полости шины. Реакция на давление накачки придает необходимую жесткость компонентам брекерного пояса и каркаса. Таким образом, давление накачки является одним из самых важных параметров при создании пневматической шины. К сожалению, когда давление накачки является фиксированным, разработчик пневматической шины имеет ограниченные возможности по модификации вертикальной жесткости шины.The pneumatic tire is the chosen solution for driving vehicles for more than a century. Modern pneumatic tires with a belt belt and a radial carcass are wonderful products that are effective in supporting the applied loads, while at the same time allowing acceptable vertical and lateral compliance. A pneumatic tire acquires its mechanical properties largely due to the action of internal air pressure in the tire cavity. The reaction to the pump pressure gives the necessary rigidity to the components of the belt and the frame. Thus, the inflation pressure is one of the most important parameters when creating a pneumatic tire. Unfortunately, when the inflation pressure is fixed, the developer of the pneumatic tire has limited ability to modify the vertical stiffness of the tire.
Для достижения наилучшего функционирования пневматической шины требуется поддержание оптимального давления. Снижение давления накачки ниже заданного уровня может привести к повышению расхода топлива. Первейшее значение имеет то, что обычную пневматическую шину можно использовать лишь очень ограниченное время после полной потери давления накачки. Для продолжения движения транспортного средства после полной потери давления воздуха в шине предложено множество конструкций шин. Предлагаемые на рынке конструкции шин, способных работать в спущенном состоянии, представляют собой пневматические шины, имеющие дополнительные усиления в боковинах или шнуры-наполнители, позволяющие боковинам работать при сжатии как несущим нагрузку элементам во время работы в спущенном состоянии. Это дополнительное усиление часто приводит к возникновению таких недостатков, как увеличенная масса шины и уменьшенный комфорт при езде. Другие попытки обеспечить возможность работы шины в спущенном состоянии заключаются в использовании по существу кольцевых усиливающих полос в области шинной короны. В этих решениях жесткость в области протектора является результатом отчасти собственных свойств кольцевой усиливающей полосы и отчасти реакцией на давление накачки. В основе других решений лежит обеспечение вспомогательных внутренних опорных конструкций, прикрепленных к колесному диску. Эти опорные средства увеличивают массу собранного узла и либо повышают сложность монтажа, либо могут потребовать применения составных ободов. Все эти подходы являются гибридами собственно пневматической шины и страдают от конструктивных компромиссов, которые не являются оптимальными ни для накаченного, ни для спущенного состояния. Кроме того, эти решения для работы в спущенном состоянии требуют использования определенных средств контроля давления накачки в шине и информирования водителя транспортного средства в том случае, если давление накачки вышло за рекомендуемые пределы.In order to achieve the best functioning of the pneumatic tire, optimum pressure is required. Lowering the pump pressure below a predetermined level can lead to increased fuel consumption. Of primary importance is that a conventional pneumatic tire can only be used for a very limited time after a complete loss of pump pressure. To continue the movement of the vehicle after a complete loss of air pressure in the tire, many tire designs have been proposed. Offered tire designs available on the market that are flat tires are pneumatic tires with additional reinforcements in the sidewalls or filler cords that allow the sidewalls to operate under compression as load-bearing elements while operating in the flat state. This additional reinforcement often leads to disadvantages such as increased tire weight and reduced riding comfort. Other attempts to enable the tire to run in a deflated state involve the use of substantially annular reinforcing strips in the region of the tire crown. In these solutions, stiffness in the tread region is the result of partly the intrinsic properties of the annular reinforcing strip and partly a reaction to the pump pressure. Other solutions are based on providing auxiliary internal support structures attached to the rim. These support means increase the mass of the assembled unit and either increase the installation complexity, or may require the use of composite rims. All these approaches are hybrids of the pneumatic tire itself and suffer from structural compromises that are not optimal for either inflated or deflated conditions. In addition, these flat run solutions require the use of certain means to control the inflation pressure in the tire and inform the driver of the vehicle if the inflation pressure is outside the recommended range.
Шина, разработанная для работы без использования преимущества, обеспечиваемого давлением накачки, устраняет многие проблемы и компромиссы, связанные с пневматической шиной. В этом случае существует только одно рабочее состояние - ненакачанное. Не требуется ни поддержания давления, ни контроль давления. Упругие шины с конструктивной опорой, такие как литые шины или другие эластомерные конструкции, на настоящий момент не обеспечивают уровней функционирования, ожидаемых от обычной пневматической шины. Конструкция упругой шины с конструктивной опорой, которая обеспечивает функционирование, подобное функционированию пневматической шины, стало бы желательным усовершенствованием.Designed to operate without taking advantage of the pumping pressure, the tire eliminates many of the problems and trade-offs associated with a pneumatic tire. In this case, there is only one operational state - not pumped. Neither pressure maintenance nor pressure control is required. Supported elastic tires, such as molded tires or other elastomeric structures, currently do not provide the levels of performance expected from a conventional pneumatic tire. An elastic tire design with a structural support that provides a function similar to that of a pneumatic tire would be a desirable improvement.
Общее описание изобретенияGeneral Description of the Invention
Упругая шина с конструктивной опорой, соответствующая данному изобретению, выдерживает свою нагрузку исключительно за счет конструктивных свойств областей ее протектора, боковин и бортов, и без поддержки, создаваемой внутренним давлением воздуха. Область протектора упругой шины с конструктивной опорой, если не рассматривать области боковин и бортов, представляет собой усиленную кольцевую полосу. Усиленная кольцевая полоса имеет достаточную жесткость, чтобы противостоять изгибу как в меридианной, так и в экваториальной плоскости шины. Меридианная плоскость проходит через шину таким образом, что ось вращения лежит в этой плоскости. Экваториальная плоскость проходит перпендикулярно оси вращения шины и делит ее конструкцию пополам. Контактирование кольцевой полосы с горизонтальной плоскостью аналогично контактированию шины с поверхностью земли. Результирующие реакции аналогичны напряжениям, возникающим в области контакта с землей шины под нагрузкой. Для жесткой кольцевой полосы, состоящей из однородного материала, распределение давлений, удовлетворяющее требованиям по равновесию и изгибающему моменту, представлено парой сосредоточенных сил, расположенных по концам зоны контакта, одна половина которой показана на Фиг.2А. При такой идеализации в кольцевой полосе не возникает деформации сдвига. Однако если кольцевая полоса содержит конструкцию, предусматривающую деформацию сдвига, то результирующее распределение давлений является практически равномерным.An elastic tire with a structural support in accordance with this invention withstands its load solely due to the structural properties of its tread areas, sidewalls and sides, and without the support created by the internal air pressure. The tread area of an elastic tire with structural support, if you do not consider the area of the sidewalls and sides, is a reinforced annular strip. The reinforced annular strip has sufficient rigidity to withstand bending both in the meridian and in the equatorial plane of the tire. The meridian plane passes through the tire so that the axis of rotation lies in this plane. The equatorial plane runs perpendicular to the axis of rotation of the tire and divides its structure in half. Contacting an annular strip with a horizontal plane is similar to contacting a tire with the ground. The resulting reactions are similar to the stresses that occur in the area of contact with the ground of the tire under load. For a rigid annular strip consisting of a homogeneous material, a pressure distribution that meets the requirements for equilibrium and bending moment is represented by a pair of concentrated forces located at the ends of the contact zone, one half of which is shown in Fig. 2A. With this idealization, shear deformation does not occur in the annular band. However, if the annular strip contains a structure providing for shear deformation, then the resulting pressure distribution is almost uniform.
Упругая шина с конструктивной опорой, соответствующая данному изобретению, включает область протектора, области боковин, проходящие в радиальном направлении от области протектора к оси шины, и области бортов, расположенные на внутренних в радиальном направлении окончаниях областей боковин и предназначенные для крепления шины к колесу. Протектор, боковина и борта создают полое кольцевое пространство, подобное пространству пневматической шины. Согласно данному изобретению кольцевая полоса расположена в радиальном направлении внутри области протектора, при этом кольцевая полоса содержит эластомерный, работающий на сдвиг слой; по меньшей мере, первую мембрану, скрепленную с внутренней в радиальном направлении поверхностью эластомерного, работающего на сдвиг слоя; и, по меньшей мере, вторую мембрану, скрепленную с внешней в радиальном направлении поверхностью эластомерного, работающего на сдвиг слоя. Предпочтительно упомянутые мембраны содержат наложенные друг на друга слои из практически нерастяжимых кордовых усилений, внедренных в эластомерный слой покрытия. Мембраны имеют такой модуль упругости при продольном растяжении, который в достаточной степени больше модуля упругости при сдвиге для эластомерного, работающего на сдвиг слоя, в результате чего при приложении внешней нагрузки контактирующая с землей область протектора деформируется из по существу круглой формы в плоскую, при этом сохраняется по существу неизменная длина мембран. Из-за сдвига в работающем на сдвиг слое возникает относительное перемещение упомянутых мембран.An elastic tire with a structural support in accordance with the present invention includes a tread region, sidewall regions extending radially from the tread region to the tire axis, and bead areas located at radially inner ends of the sidewall regions and for fastening the tire to the wheel. The tread, sidewall and beads create a hollow annular space similar to that of a pneumatic tire. According to this invention, the annular strip is located in the radial direction inside the tread region, while the annular strip contains an elastomeric, shear-acting layer; at least a first membrane bonded to a radially inner surface of an elastomeric shear layer; and at least a second membrane bonded to a radially outer surface of an elastomeric shear layer. Preferably, said membranes comprise superimposed layers of practically inextensible cord reinforcements embedded in an elastomeric coating layer. The membranes have a longitudinal tensile modulus that is sufficiently larger than the shear modulus for the elastomeric shear layer, as a result of which, when an external load is applied, the tread area in contact with the ground is deformed from a substantially circular shape to a flat one, while essentially constant membrane lengths. Due to the shear in the shear layer, a relative movement of said membranes occurs.
Этот эффект схематично представлен на Фиг.2В. Как показано на Фиг.2В, по сравнению с другими шинами, не использующими кольцевую полосу, имеющую описанные только что деформационные свойства, положительным результатом является более равномерное давление в контакте с землей по всей длине зоны контакта. Создание в кольцевой полосе поперечной жесткости в меридианной плоскости шины и продольной жесткости на изгиб в экваториальной плоскости шины достаточно высок, чтобы позволить этой полосе работать как несущему нагрузку элементу, не обусловлена внутренним давлением накачки.This effect is shown schematically in FIG. 2B. As shown in FIG. 2B, in comparison with other tires not using an annular strip having just the deformation properties described, a positive result is a more uniform pressure in contact with the ground along the entire length of the contact zone. The creation of lateral stiffness in the annular strip of the tire in the meridian plane and longitudinal bending stiffness in the equatorial plane of the tire is high enough to allow this strip to work as a load-bearing element, not due to internal pump pressure.
Согласно одной из характеристик данного изобретения поперечный радиус кольцевой полосы, то есть радиус кривизны в меридианной плоскости, меньше поперечного радиуса внешней поверхности протектора для сопротивления продольному выгибанию кольцевой полосы в области контакта.According to one characteristic of the present invention, the transverse radius of the annular strip, that is, the radius of curvature in the meridian plane, is less than the transverse radius of the outer surface of the tread to resist longitudinal bending of the annular strip in the contact area.
Соответствующая данному изобретению конструкция позволяет разработчику шины выгодным образом регулировать вертикальную жесткость шины в некоторой степени независимо от давления в контакте. В противоположность этому в обычных пневматических шинах давление в зоне контакта с землей и вертикальная жесткость шины строго взаимосвязаны.The design of the invention allows the tire designer to advantageously adjust the vertical stiffness of the tire to some extent regardless of contact pressure. In contrast, in conventional pneumatic tires, the pressure in the area of contact with the ground and the vertical stiffness of the tire are strictly interconnected.
Боковины шины обеспечивают необходимые средства переноса нагрузки, выдерживаемой кольцевой полосой, на колесо (колесный диск), таким образом поддерживая массу транспортного средства. В обычной пневматической шине поддержка нагрузки обеспечивается различиями растягивающих усилий в боковинах шины, при этом минимальные растягивающие усилия возникают в центре зоны контакта, а максимальные - на линии меридиана, проходящего через зону контакта, с противоположной стороны от этой зоны. Как показано на Фиг.3А, упругая шина с конструктивной опорой, соответствующая настоящему изобретению, поддерживает свою нагрузку путем растяжения боковин по тем меридианам, которые расположены вне зоны контакта. Оптимальная поддержка нагрузки достигается, когда боковины имеют высокую эффективную радиальную жесткость при растяжении и низкую эффективную радиальную жесткость при сжатии. Когда эти условия выполняются, можно сказать, что колесо удерживается верхней частью шины. Кроме того, для обеспечения оптимальной поддержки нагрузки боковины имеют прямоугольный профиль и радиально ориентированные усиливающие элементы.The sidewalls of the tire provide the necessary means of transferring the load held by the annular strip to the wheel (rim), thus supporting the mass of the vehicle. In a conventional pneumatic tire, load support is provided by differences in tensile forces in the sidewalls of the tire, with minimal tensile forces occurring in the center of the contact zone, and maximum forces on the line of the meridian passing through the contact zone, on the opposite side of this zone. As shown in FIG. 3A, an elastic tire with a structural support in accordance with the present invention maintains its load by stretching the sidewalls along those meridians that are located outside the contact zone. Optimum load support is achieved when the sidewalls have high effective radial tensile stiffness and low effective radial compressive stiffness. When these conditions are met, it can be said that the wheel is held by the top of the tire. In addition, to ensure optimal load support, the sides have a rectangular profile and radially oriented reinforcing elements.
На вертикальную жесткость шины по данному изобретению, которая представляет собой сопротивление при нагрузке деформации в вертикальном направлении, в значительной степени может влиять жесткость противодействия деформации шины. Жесткость противодействия деформации представляет собой меру сопротивления шины деформации той ее части, которая не находится в контакте с землей. Противодействие деформации шины допускает некоторое вертикальное смещение оси колеса, что существенно снижает вертикальную жесткость шины. Регулирование жесткости противодействия радиальной деформации сжатия шины регулирует вертикальную жесткость шины.The vertical stiffness of the tire of the present invention, which is the resistance to a strain load in the vertical direction, can be influenced to a large extent by the stiffness of the tire deformation. The stiffness counteraction stiffness is a measure of the resistance of a deformation tire to that part of it that is not in contact with the ground. The anti-deformation of the tire allows some vertical displacement of the axis of the wheel, which significantly reduces the vertical stiffness of the tire. The stiffness control of counteracting the tire radial deformation adjusts the vertical stiffness of the tire.
Когда шина, соответствующая данному изобретению, вращается с высокой угловой скоростью, в кольцевой полосе возникают центростремительные силы. Эти силы приводят к появлению кругового напряжения, которое стремится выгнуть кольцевую полосу наружу в радиальном направлении. Выгибанию кольцевой полосы препятствует высокая эффективная радиальная жесткость боковин. Так как в зоне контакта с землей таких центростремительных сил не возникает, окончательным результатом является сила, направленная вертикально вверх, которая компенсирует часть приложенной нагрузки и повышает эффективную вертикальную жесткость шины. Центростремительные силы и, следовательно, эффективная вертикальная жесткость шины увеличиваются по мере роста скорости; таким образом, радиальная деформация сжатия шины по мере роста скорости снижается. Уменьшенная радиальная деформация сжатия снижает выделение тепла в шине и улучшает функционирование на высокой скорости.When the tire of the invention rotates at a high angular speed, centripetal forces occur in the annular strip. These forces lead to the appearance of circular stress, which tends to bend the annular strip outward in the radial direction. The bending of the annular strip is prevented by the high effective radial stiffness of the sidewalls. Since such centripetal forces do not occur in the area of contact with the ground, the final result is a force directed vertically upwards, which compensates for part of the applied load and increases the effective vertical stiffness of the tire. The centripetal forces and, therefore, the effective vertical stiffness of the tire increase as speed increases; thus, the radial strain of compression of the tire decreases with increasing speed. Reduced radial compression deformation reduces heat generation in the tire and improves high speed performance.
Растяжения, возникающие в боковинах шины, соответствующей данному изобретению, при нагружении значительно ниже растяжений в боковинах накаченной и нагруженной пневматической шины. Если обратиться к Фиг.1, для областей 160 бортов может использоваться любая из нескольких конструкций бортов, которая делает возможной должную посадку на обод 10 без использования давления накачки и которая может обеспечивать должную посадку упомянутых областей бортов во время использования шины. Пример конструкции бортов, отвечающей этим требованиям, приведен в патенте США 5,785,781, принадлежащем 
Согласно одному из вариантов реализации данного изобретения упругая шина с конструктивной опорой содержит контактирующую с землей область протектора, области боковин, проходящие в радиальном направлении внутрь от области протектора и закрепленные в областях бортов, приспособленных оставаться скрепленными с колесом во время качения шины; и усиленную кольцевую полосу, расположенную в радиальном направлении внутри области протектора, причем упомянутая полоса содержит эластомерный, работающий на сдвиг слой, по меньшей мере, первую мембрану, скрепленную с внутренней в радиальном направлении поверхностью эластомерного, работающего на сдвиг слоя, и, по меньшей мере, вторую мембрану, скрепленную с внутренней в радиальном направлении поверхностью эластомерного, работающего на сдвиг слоя, и где вторая мембрана является волнистой и имеет амплитуду волнистости в радиальном направлении и длину волны в осевом направлении.According to one embodiment of the invention, the resilient tire with a structural support comprises a tread region in contact with the ground, sidewall regions extending radially inward from the tread region and fixed in the bead areas adapted to remain attached to the wheel while the tire is rolling; and a reinforced annular strip located radially inside the tread region, said strip containing an elastomeric shear layer, at least a first membrane bonded to a radially inner surface of the elastomeric shear layer, and at least , a second membrane bonded to a radially inner surface of an elastomeric shear layer, and where the second membrane is wavy and has an amplitude of waviness in the radial direction axial direction and wavelength.
Эта волнистая мембрана противостоит выгибанию кольцевой полосы при сжатии в зоне контакта с землей, при этом не возникает реакций на поперечные радиусы кольцевой полосы и внешнюю поверхность протектора. Если расположение канавок протектора совпадает с минимумом волнистости, то есть областью мембраны, вогнутой относительно протектора, то эти канавки могут быть выполнены глубже канавок обычных шин, в результате чего повышается сопротивление шины гидропланированию.This wavy membrane resists bending of the annular strip upon compression in the area of contact with the ground, and no reactions to the transverse radii of the annular strip and the outer surface of the tread occur. If the location of the tread grooves coincides with the minimum undulation, that is, the area of the membrane concave relative to the tread, these grooves can be made deeper than the grooves of conventional tires, resulting in increased tire hydroplaning resistance.
Согласно другому варианту реализации данного изобретения упругая шина с конструктивной опорой содержит контактирующую с землей область протектора, области боковин, проходящие в радиальном направлении внутрь от области протектора и закрепленные в областях бортов, приспособленных оставаться скрепленными с колесом во время качения шины; и усиленную кольцевую полосу, расположенную в радиальном направлении внутри области протектора, причем упомянутая полоса содержит эластомерный, работающий на сдвиг слой, по меньшей мере, первую мембрану, скрепленную с внутренней в радиальном направлении поверхностью эластомерного, работающего на сдвиг слоя, и, по меньшей мере, вторую мембрану, скрепленную с внешней в радиальном направлении поверхностью эластомерного, работающего на сдвиг слоя, где отношение продольной жесткости упомянутой полосы в экваториальной плоскости шины к эффективной радиальной жесткости области боковины при растяжении составляет менее 100:1.According to another embodiment of the present invention, an elastic tire with a structural support comprises a tread region in contact with the ground, sidewall regions extending radially inward from the tread region and fixed in bead areas adapted to remain attached to the wheel while the tire is rolling; and a reinforced annular strip located radially inside the tread region, said strip comprising an elastomeric shear layer, at least a first membrane bonded to a radially inner surface of the elastomeric shear layer, and at least , the second membrane bonded to the radially external surface of the elastomeric shear-working layer, where the ratio of the longitudinal stiffness of the said strip in the equatorial plane of the tire to the effect tive radial stiffness of the sidewall region under tension is less than 100: 1.
Согласно другому варианту реализации данного изобретения упругая шина с конструктивной опорой содержит контактирующую с землей область протектора, области боковин, проходящие в радиальном направлении внутрь от области протектора и закрепленные в областях бортов, приспособленных оставаться скрепленным с колесным диском во время качения шины; и усиленную кольцевую полосу, расположенную в радиальном направлении внутри области протектора, причем упомянутая полоса содержит эластомерный, работающий на сдвиг слой, по меньшей мере, первую мембрану, скрепленную с внутренней в радиальном направлении поверхностью эластомерного, работающего на сдвиг слоя, и, по меньшей мере, вторую мембрану, скрепленную с внешней в радиальном направлении поверхностью эластомерного, работающего на сдвиг слоя, где области боковин являются по существу нерастяжимыми при растяжении и фактически не оказывают сопротивления выгибанию при сжатии, в результате чего приложенная внешняя нагрузка компенсируется практически силами растяжения в области боковины в зоне шины, не контактирующей с землей, и практически без вертикальной компенсации нагрузки со стороны области боковины, находящейся в зоне контакта с землей.According to another embodiment of the present invention, an elastic tire with a structural support comprises a tread area in contact with the ground, sidewall regions extending radially inward from the tread region and fixed in bead areas adapted to remain attached to the wheel during tire rolling; and a reinforced annular strip located radially inside the tread region, said strip containing an elastomeric shear layer, at least a first membrane bonded to a radially inner surface of the elastomeric shear layer, and at least , a second membrane bonded to a radially external surface of an elastomeric shear layer, where the sidewall regions are substantially inextensible when stretched and without actually exerting They exhibit resistance to bending under compression, as a result of which the applied external load is compensated practically by tensile forces in the sidewall region in the tire area not in contact with the ground, and practically without vertical load compensation from the sidewall region located in the ground contact zone.
Согласно данному изобретению способ изготовления упругой шины с конструктивной опорой, имеющей усиленную кольцевую полосу, содержащую эластомерный, работающий на сдвиг слой между жесткими в продольном направлении мембранами, содержит этапы выбора давления в контакте с землей и радиуса шины, умножение давления в контакте с землей на радиус шины для определения характеристики работающего на сдвиг слоя, выбора материала работающего на сдвиг слоя, который имеет некоторый модуль упругости при сдвиге и некоторую толщину таким образом, чтобы произведение модуля упругости при сдвиге на упомянутую толщину равнялось характеристике работающего на сдвиг слоя, выбора мембран, имеющих модуль упругости при растяжении, по меньшей мере, в 100 раз больший модуля упругости при сдвиге, и сборки контактирующей с землей области протектора, усиленной кольцевой полосы, расположенной в радиальном направлении внутри области протектора, по меньшей мере, первой мембраны, скрепленной с внутренней в радиальном направлении поверхностью эластомерного, работающего на сдвиг слоя, по меньшей мере, второй мембраны, скрепленной с внешней в радиальном направлении поверхностью эластомерного, работающего на сдвиг слоя, и областей боковин, проходящих в радиальном направлении внутрь от области протектора и закрепленных в областях бортов для крепления к колесу.According to this invention, a method of manufacturing an elastic tire with a structural support having a reinforced annular strip containing an elastomeric, shear layer between longitudinally rigid membranes comprises the steps of selecting a pressure in contact with the ground and a radius of the tire, multiplying the pressure in contact with the ground by a radius tires for determining the characteristics of a shear layer, selecting a material of a shear layer that has a certain shear modulus and a certain thickness so that the product of the shear modulus by the mentioned thickness was equal to the characteristic of the shear layer, the choice of membranes having a tensile modulus of at least 100 times the shear modulus, and the assembly of the tread region in contact with the ground, reinforced with an annular strip located in the radial direction inside the tread region of at least the first membrane bonded to the radially inner surface of the elastomeric shear layer of at least W swarm membrane secured to the radially outer surface of the elastomeric working layer on the shift areas and sidewalls extending radially inwardly from the tread portion and bead secured in the areas for attachment to the wheel.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
Данное изобретение будет лучше понято при рассмотрении последующего описания и приложенных чертежей, на которых:The invention will be better understood by considering the following description and the attached drawings, in which:
Фиг.1 - поперечное сечение шины по данному изобретению;Figure 1 is a cross section of a tire according to this invention;
Фиг.2А - схематическая диаграмма, иллюстрирующая силы реакции земли для являющейся аналогом однородной полосы;2A is a schematic diagram illustrating the reaction forces of the earth for an analogous uniform band;
Фиг.2В - схематическая диаграмма, иллюстрирующая силы реакции земли для кольцевой полосы по данному изобретению;2B is a schematic diagram illustrating the reaction forces of the earth for an annular strip according to this invention;
Фиг.3А - схематичное изображение нагруженной шины по данному изобретению, иллюстрирующее механизм восприятия нагрузки в экваториальной плоскости;3A is a schematic illustration of a loaded tire according to this invention, illustrating the mechanism of load perception in the equatorial plane;
Фиг.3В - схематичное изображение нагруженной шины по данному изобретению, иллюстрирующее механизм восприятия нагрузки в меридианной плоскости;FIG. 3B is a schematic illustration of a loaded tire of the present invention illustrating a load sensing mechanism in a meridian plane; FIG.
Фиг.4 - поперечное сечение соответствующей данному изобретению шины, которая имеет дуговидные мембраны;FIG. 4 is a cross-sectional view of a tire according to the invention which has arcuate membranes; FIG.
Фиг.5А иллюстрирует жесткость противодействия радиальной деформации сжатия в экваториальной плоскости шины;5A illustrates the stiffness of counteracting radial compression deformation in the equatorial plane of a tire;
Фиг.5В иллюстрирует жесткость противодействия деформации в меридианной плоскости шины;5B illustrates the stiffness of the anti-deformation in the tire meridian plane;
Фиг.6 - поперечное сечение соответствующей данному изобретению шины, которая имеет волнистую вторую мембрану;FIG. 6 is a cross-sectional view of a tire according to the invention that has a wavy second membrane; FIG.
Фиг.7 - поперечное сечение шины по данному изобретению, соответствующей модификации варианта, показанного на Фиг.6;Fig.7 is a cross section of the tire according to this invention, corresponding to a modification of the variant shown in Fig.6;
Фиг.8 - поперечное сечение шины по данному изобретению, соответствующее другой модификации варианта, показанного на Фиг.6;Fig. 8 is a cross-sectional view of the tire of the present invention, corresponding to another modification of the embodiment shown in Fig. 6;
Фиг.9 графически иллюстрирует взаимосвязь между площадью контакта, давлением в контакте и вертикальной нагрузкой для шины, соответствующей данному изобретению; иFig. 9 graphically illustrates the relationship between contact area, contact pressure, and vertical load for a tire of the invention; and
Фиг.10 графически иллюстрирует взаимосвязь между давлением в контакте, вертикальной жесткостью и жесткостью противодействия радиальной деформации сжатия для шины, соответствующей данному изобретению.10 graphically illustrates the relationship between contact pressure, vertical stiffness, and anti-radial stiffness for a tire of the present invention.
Подробное описание изобретенияDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Приведенные ниже термины для данного описания определяются следующим образом:The following terms for this description are defined as follows:
"Экваториальная плоскость" означает плоскость, перпендикулярную оси вращения шины и проходящую через осевую линию шины."Equatorial plane" means a plane perpendicular to the axis of rotation of the tire and passing through the center line of the tire.
"Меридианная плоскость" означает плоскость, параллельную оси вращения шины и простирающуюся от упомянутой оси в радиальном направлении."Meridian plane" means a plane parallel to the axis of rotation of the tire and extending from said axis in the radial direction.
"Модуль" эластомерных материалов означает модуль упругости при растяжении, измеренный при удлинении 10% по стандартному методу испытаний D412 Американского общества по испытанию материалов (ASTM, American Society of Testing Materials).“Modulus” of elastomeric materials means the tensile modulus measured at 10% elongation according to ASTM, American Society of Testing Materials.
"Модуль" мембран означает модуль упругости при растяжении, измеренный при удлинении 1% в направлении по окружности, который умножен на эффективную толщину мембраны. Этот модуль для обычных материалов стального брокера шины может быть вычислен с использованием приведенного ниже Уравнения (1). Этот модуль обозначен апострофом (').Membrane "modulus" means the tensile modulus measured at 1% elongation in the circumferential direction, which is multiplied by the effective thickness of the membrane. This module for conventional steel bus broker materials can be calculated using Equation (1) below. This module is indicated by an apostrophe (').
"Модуль сдвига" эластомерных материалов означает модуль упругости при сдвиге и принимается равным одной трети модуля упругости при растяжении, измеренного при удлинении 10%."Shear modulus" of elastomeric materials means shear modulus and is assumed to be equal to one third of the tensile modulus, measured at 10% elongation.
"Гистерезис" означает тангенс динамических потерь, измеренный при 10% деформации в результате динамического сдвига и при 25°С."Hysteresis" means the dynamic loss tangent, measured at 10% strain as a result of dynamic shear and at 25 ° C.
Соответствующие настоящему изобретению упругие шины с конструктивной опорой показаны на Фиг.1, 4, 6, 7 и 8. "С конструктивной опорой" означает, что шина выдерживает нагрузку без поддержки за счет давления накачки газом. Конструкции, рассмотренные для нескольких вариантов упругой шины с конструктивной опорой, используют похожие базовые компоненты. Ссылочные номера, проставленные на чертежах, отражают закономерности для каждого варианта.Resilient tires with a structural support according to the present invention are shown in Figs. 1, 4, 6, 7 and 8. "Structural support" means that the tire can withstand the load without support due to gas pumping pressure. The designs discussed for several options for a resilient tire with structural support use similar basic components. The reference numbers affixed to the drawings reflect the patterns for each option.
Шина 100, показанная на Фиг.1, имеет контактирующую с землей область 110 протектора, области 150 боковин, проходящие в радиальном направлении внутрь от области 110 протектора, и области 160 бортов, расположенные на конце упомянутых областей боковин. Области 160 бортов крепят шину 100 к колесному диску 10. Область 110 протектора, область 150 боковин и области 160 бортов создают полое кольцевое пространство 105.The
Усиленная кольцевая полоса расположена в радиальном направлении внутри области 110 протектора. В варианте реализации настоящего изобретения, изображенным на Фиг.1, кольцевая полоса содержит эластомерный, работающий на сдвиг слой 120, первую мембрану 130, имзкщую усиленные слои 131 и 132, скрепленные с внутренней в радиальном направлении поверхностью эластомерного, работающего на сдвиг слоя 120, и вторую мембрану 140, имеющую усиленные слои 141 и 142, скрепленные с внешней в радиальном направлении поверхностью эластомерного, работающего на сдвиг слоя 120.The reinforced annular strip is located in the radial direction within the
Область 110 протектора может быть без канавок или может иметь множество продольно ориентированных протекторных канавок 115, образующих расположенные между ними практически продольные протекторные ребра 116. Ребра 116 могут далее разделяться в поперечном или продольном направлении с образованием рисунка протектора, приспособленного к требованиям использования конкретного варианта транспортного средства. Протекторные канавки 115 могут иметь любую глубину, соответствующую предполагаемому применению шины. Вторая мембрана 140 смещена в радиальном направлении внутрь от дна протекторной канавки на расстояние, достаточное для защиты конструкции второй мембраны от разрезов области протектора и проникших в нее небольших инородных предметов. Величина смещения увеличивается или уменьшается в зависимости от предполагаемого применения шины. Например, в шине тяжелого грузовика в обычном случае будет использоваться величина смещения приблизительно от 5 до 7 мм.The
Каждый из слоев первой 130 и второй 140 мембран содержит практически нерастяжимые кордовые усиления, внедренные в эластомерное покрытие. Для шины, созданной из эластомерных материалов, мембраны 130 и 140 скрепляются с работающим на сдвиг слоем 120 при помощи вулканизации эластомерных материалов. За пределы объема данного изобретения не выходит крепление мембран 130 и 140 к работающему на сдвиг слою 120 при помощи любого подходящего способа химического или адгезионного связывания или механической фиксации.Each of the layers of the first 130 and second 140 membranes contains practically inextensible cord reinforcements embedded in the elastomeric coating. For tires made from elastomeric materials,
Усиливающие элементы слоев 131-132 и 141-142 могут быть изготовлены из любого материала, пригодного для использования в качестве брекерных усилений в обычных шинах, например мононити или корды из стали, арамид или другие текстильные материалы с высоким модулем. Для описанных здесь примерных шин усиления представляют собой стальные корды из четырех проволок диаметром 0,28 мм (4×0,28). Хотя для рассмотренных здесь вариантов данного изобретения каждая из мембран содержит слои, усиленные кордом, для мембран может использоваться любой подходящий материал, отвечающий требованиям к свойствам жесткости при растяжении, жесткости при изгибе и сопротивления выгибанию при сжатии, необходимым для кольцевой полосы. То есть структура мембраны может представлять собой любую из нескольких альтернатив, например однородный материал, усиленную волокном основу или слой, содержащий дискретные усиливающие элементы.The reinforcing elements of the layers 131-132 and 141-142 can be made of any material suitable for use as belt reinforcements in conventional tires, for example monofilament or steel cords, aramid or other high modulus textile materials. For the exemplary reinforcement bars described herein, steel cords of four wires with a diameter of 0.28 mm (4 × 0.28). Although each of the membranes contains cord reinforced layers for the embodiments of the invention described herein, any suitable material can be used for the membranes that meets the requirements for tensile stiffness, bending stiffness, and compressive bending resistance required for an annular strip. That is, the membrane structure can be any of several alternatives, for example, a homogeneous material, a fiber reinforced base, or a layer containing discrete reinforcing elements.
В первой мембране 130 слои 131 и 132 содержат по существу параллельные корды, ориентированные под углом α к экваториальной плоскости шины, при этом корды соответственных слоев имеют противоположную ориентацию. То есть угол +α в слое 131 и угол -α в слое 132. Похожим образом для второй мембраны 140 слои 141 и 142 содержат по существу параллельные корды, ориентированные соответственно под углами +β и -β к экваториальной плоскости. В этих случаях внутренний угол кордов между смежными слоями будет равен удвоенному заданному углу, α или β. Углы α и β в типичном случае будут находиться в диапазоне от приблизительно 10° до приблизительно 45°. Однако не требуется, чтобы корды в паре слоев мембраны были ориентированы друг к другу под равными и противоположными углами. Например, может быть желательно, чтобы корды в парах слоев располагались асимметрично относительно экваториальной плоскости шины.In the
Корды каждого из слоев 131, 132 и 141, 142 внедрены в эластомерный слой покрытия, в типичном случае имеющий модуль сдвига приблизительно 20 МПа. Предпочтительно, чтобы модуль сдвига слоев покрытия был больше модуля сдвига работающего на сдвиг слоя 120, чтобы гарантировать, что деформация кольцевой полосы происходит в первую очередь за счет деформации сдвига в работающем на сдвиг слое 120.The cords of each of the layers 131, 132 and 141, 142 are embedded in the elastomeric coating layer, typically having a shear modulus of approximately 20 MPa. Preferably, the shear modulus of the coating layers is greater than the shear modulus of the
Соотношение между модулем сдвига G эластомерного, работающего на сдвиг слоя 120 и эффективным модулем упругости при продольном растяжении Е'мембрана мембран 130 и 140 определяет деформацию кольцевой полосы под действием приложенной нагрузки. Эффективный модуль упругости при растяжении Е'мембрана для мембраны, использующей обычные материалы шинного брокера, может быть оценен следующим образом:The relationship between the shear modulus G of the
где: Ерезина - модуль упругости при растяжении для материала эластомерного покрытия,where: E rubber is the modulus of tensile elasticity for the material of the elastomeric coating,
Р - шаг кордов (расстояние между осевыми линиями кордов), измеренный перпендикулярно направлению кордов,P is the pitch of the cords (the distance between the center lines of the cords), measured perpendicular to the direction of the cords,
D - диаметр корда,D is the diameter of the cord,
ν - коэффициент Пуассона для материала эластомерного покрытия,ν - Poisson's ratio for the material of the elastomeric coating,
α - угол корда относительно экваториальной плоскости,α is the angle of the cord relative to the equatorial plane,
t - толщина резины между нитями в смежных слоях.t is the thickness of the rubber between the threads in adjacent layers.
Отметим, что Е'мембрана - модуль упругости мембраны, умноженный на эффективную толщину мембраны. Когда отношение Е'мембрана/G является относительно низким, деформация кольцевой полосы под действием нагрузки близка к деформации однородной полосы и приводит к возникновению неравномерного давления в контакте с землей, как показано на Фиг.2А. С другой стороны, когда отношение Е'мембрана/G является достаточно высоким, деформация кольцевой полосы под действием нагрузки по существу определяется деформацией сдвига в работающем на сдвиг слое с небольшим продольным растяжением или сжатием мембран. Соответственно давление в контакте с землей является практически равномерным как в примере, показанном на Фиг.2В.Note that the E ' membrane is the elastic modulus of the membrane multiplied by the effective thickness of the membrane. When the E / membrane / G ratio is relatively low, deformation of the annular strip under load is close to deformation of the uniform strip and results in uneven pressure in contact with the ground, as shown in FIG. 2A. On the other hand, when the ratio E ' membrane / G is sufficiently high, the deformation of the annular strip under the action of the load is essentially determined by the shear deformation in the shear layer with a slight longitudinal extension or compression of the membranes. Accordingly, the pressure in contact with the ground is almost uniform as in the example shown in FIG. 2B.
Согласно данному изобретению отношение модуля упругости при продольном растяжении мембраны Е'мембрана к модулю сдвига G работающего на сдвиг слоя составляет, по меньшей мере, приблизительно 100:1 и предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 1000:1. Для мембран, содержащих усиленные кордом слои, использующие 4×0,28 корды и рассмотренные здесь углы, требуемый модуль сдвига работающего на сдвиг слоя 120 составляет от приблизительно 3 МПа до приблизительно 20 МПа. Неоднократная деформация работающего на сдвиг слоя 120 во время качения под нагрузкой вызывает рассеивание энергии, обусловленное гистерезисной природой используемых материалов. Общее накопление тепла в шине является функцией как этого рассеивания энергии, так и толщины работающего на сдвиг слоя.According to the present invention, the ratio of the elastic modulus of the longitudinal tensile membrane E 'membrane to the shear modulus G the shear layer is at least about 100: 1 and preferably at least about 1000: 1. For membranes containing cord-reinforced layers using 4 x 0.28 cords and the angles discussed herein, the required shear modulus of
Таким образом, при данной конструкции шины, использующей обычные материалы, гистерезис работающего на сдвиг слоя должен задаваться таким образом, чтобы поддерживать рабочие температуры в шине ниже приблизительно 130°С для шин, находящихся в продолжительном использовании.Thus, with this tire design using conventional materials, the hysteresis of the shear layer must be set so as to maintain the operating temperature in the tire below about 130 ° C for tires that are in continuous use.
Шина, показанная на Фиг.1, имеет плоский поперечный профиль области 110 протектора, первой мембраны 130 и второй мембраны 140. Напряжения в области кольцевой полосы в контактной зоне "С" будут сжимающими для второй мембраны 140, что можно понять из Фиг.3А. По мере возрастания вертикальной радиальной деформации сжатия в шине длина контакта "С" может увеличиваться, в результате чего сжимающее напряжение во второй мембране 140 превысит критическое напряжение выгибания и возникнет продольное выгибание мембраны. Это явление выгибания приводит к снижению контактного давления в продольном направлении зоны контакта. Более равномерное давление в контакте с землей по всей длине контактирующей с землей зоны обеспечивается, если выгибание мембраны предотвращается. Мембрана, имеющая криволинейное поперечное сечение, будет лучше сопротивляться выгибанию в зоне контакта.The tire shown in FIG. 1 has a flat transverse profile of the
В варианте данного изобретения, показанном на Фиг.4, шина 200 содержит кольцевую полосу, включающую работающий на сдвиг слой 220, первую мембрану 230 и вторую мембрану 240, имеющие поперечный радиус, который меньше поперечного радиуса внешней в радиальном направлении поверхности области 210 протектора. Кривизна компонентов, показанная на Фиг.4, преувеличена в целях наглядности. Оптимизация контактного давления между поверхностью протектора и землей для шины пассажирского транспортного средства предполагает, что поперечный радиус второй мембраны 240 составляет, по меньшей мере, 500 мм, а поперечный радиус внешней в радиальном направлении поверхности области 210 протектора составляет, по меньшей мере, 1000 мм.In the embodiment of the present invention shown in FIG. 4, the
Когда соблюдаются описанные ранее условия для модуля упругости при продольном растяжении Е'мембрана мембран и модуля сдвига G работающего на сдвиг слоя, а кольцевая полоса деформируется практически за счет сдвига в работающем на сдвиг слое, создается выгодное соотношение, позволяющее определить значения модуля сдвига G и толщину h работающего на сдвиг слоя для заданного варианта применения:When the previously described conditions for the longitudinal modulus of elasticity E 'are met, the membrane of the membranes and the shear modulus G of the shear layer and the annular strip are deformed due to shear in the shear layer, an advantageous ratio is created that allows one to determine the values of the shear modulus G and thickness h shear layer for a given application:
где: Peff - предварительно определенное давление в контакте с землей,where: P eff is a predetermined pressure in contact with the ground,
G - модуль сдвига слоя 120,G is the shear modulus of the
h - толщина слоя 120,h is the thickness of the
R - радиальная позиция второй мембраны.R is the radial position of the second membrane.
Peff и R - параметры разработки, выбираемые в соответствии с предполагаемым применением шин. Следовательно, Уравнение (2) предполагает, что произведение модуля упругости при сдвиге для работающего на сдвиг слоя на толщину в радиальном направлении упомянутого работающего на сдвиг слоя приблизительно равно произведению предварительно определенного давления в контакте с землей на радиальную позицию внешней поверхности второй мембраны. Фиг.9 графически иллюстрирует это соотношение для широкого диапазона контактных давлений и может быть использована при оценке характеристик работающего на сдвиг слоя для множества различных вариантов применения.P eff and R are design parameters selected in accordance with the intended use of the tires. Therefore, Equation (2) assumes that the product of the shear modulus for the shear layer by the thickness in the radial direction of the shear layer is approximately equal to the product of the predetermined pressure in contact with the ground and the radial position of the outer surface of the second membrane. Fig. 9 graphically illustrates this relationship for a wide range of contact pressures and can be used in evaluating the characteristics of a shear layer for many different applications.
Приведенное выше соотношение удобно для разработчика шины, соответствующей данному изобретению. Например, чтобы создать шину, предназначенную для использования в пассажирском автомобиле, разработчик может выбрать предполагаемое контактное давление Peff величиной от 1,5 до 2,5 даН/см2 и размер шины, при котором радиус R составляет приблизительно 335 мм. При перемножении этих величин может быть получена "характеристика работающего на сдвиг слоя" от 50,25 до 83,75 даН/см, которая может использоваться для определения толщины и модуля сдвига материала работающего на сдвиг слоя. В этом случае при модуле сдвига, находящемся в диапазоне от приблизительно 3 МПа до приблизительно 10 МПа, толщина h работающего на сдвиг слоя составляет, по меньшей мере, 5 мм и предпочтительно находится в диапазоне от приблизительно 10 мм до приблизительно 20 мм.The above ratio is convenient for the developer of the tire corresponding to this invention. For example, in order to create a tire intended for use in a passenger car, the designer can select an estimated contact pressure P eff of between 1.5 and 2.5 daN / cm 2 and a tire size at which the radius R is approximately 335 mm. By multiplying these values, a “shear-working layer characteristic” of 50.25 to 83.75 daN / cm can be obtained, which can be used to determine the thickness and shear modulus of the material of the shear-working layer. In this case, with a shear modulus in the range of about 3 MPa to about 10 MPa, the thickness h of the shear layer is at least 5 mm, and is preferably in the range of about 10 mm to about 20 mm.
Шина по данному изобретению несет приложенную нагрузку, как показано на Фиг.3А и 3В. Элементы каркаса находятся под действием растягивающего усилия Т в зоне "А" и в состоянии сжатия в зонах контакта "В", "С". Если вернуться к Фиг.1, предпочтительной геометрией для области 150 боковины является ее прямоугольное сечение на протяжении от области 110 протектора до областей 160 бортов, если смотреть в меридианной плоскости шин. Области боковин могут расходиться от протектора к ободу, как показано на Фиг.1, или сходиться, оставаясь при этом прямоугольного сечения.The tire of this invention carries an applied load, as shown in FIGS. 3A and 3B. The frame elements are under the action of a tensile force T in the zone "A" and in a state of compression in the contact zones "B", "C". Returning to FIG. 1, the preferred geometry for the
В шине 100, показанной на Фиг.1, области 150 боковин усилены практически нерастяжимыми кордами, ориентированными вдоль радиального направления. Характеристики "сила/удлинение" областей 150 боковин являются такими, что растягивающие силы создают минимальное удлинение области боковины, аналогично увеличению растяжения натянутой струны. В качестве сравнения, когда к криволинейной боковине обычной пневматической шины прикладывается растягивающее усилие в ненакачанном состоянии, растягивающая сила первоначально выпрямляет кривую линию и таким образом удлиняет боковину. Только после того, как криволинейная боковина выпрямлена, в ней будет усиливаться растяжение.In the
Как можно понять из Фиг.3А и 3В, эффективная поддержка нагрузки достигается в случае области боковины, которая имеет высокую жесткость при растяжении, но очень низкую жесткость при сжатии. Шина по данному изобретению содержит область боковины, имеющую эффективную радиальную жесткость при растяжении, которая в достаточной степени больше, чем эффективная радиальная жесткость при сжатии, в результате чего приложенная внешняя нагрузка практически компенсируется растягивающими силами в зоне "А" области 150 боковины, не контактирующей с землей. Эффективная радиальная жесткость области боковины означает способность растягиваться или сжиматься, относящуюся ко всей поверхности боковины по радиусу шины. Она может быть измерена, например, путем взятия образца из боковины, который сохраняет геометрию боковины в ее ненапряженном состоянии, и последующего тестирования этого образца в стандартном устройстве для испытаний на растяжение. Криволинейная боковина, имеющаяся в пневматической шине, будет иметь жесткость при растяжении, которая зависит от кривизны боковины и, соответственно, будет ниже, чем жесткость при растяжении боковины шины по данному изобретению, которая является практически прямолинейной.As can be understood from FIGS. 3A and 3B, effective load support is achieved in the case of a sidewall region that has high tensile stiffness but very low compressive stiffness. The tire of the present invention comprises a sidewall region having an effective radial tensile stiffness that is sufficiently larger than the effective radial compressive stiffness, as a result of which the applied external load is almost compensated by tensile forces in zone "A" of the
Предпочтительно, чтобы области боковин практически не растягивались под действием растягивающего усилия и практически не оказывали сопротивления выгибанию при сжатии. При соблюдении этого условия приложенная внешняя нагрузка по существу компенсируется растягивающими силами в области боковины в зоне шины, не контактирующей с землей, при этом практически не возникает вертикальной поддержки нагрузке со стороны области боковины, расположенной в зоне, контактирующей с землей.It is preferable that the sidewall regions practically do not stretch under the action of a tensile force and practically do not show resistance to bending during compression. Under this condition, the applied external load is substantially compensated by tensile forces in the sidewall region in the tire area not in contact with the ground, and there is practically no vertical support for the load from the sidewall region located in the zone in contact with the ground.
Требования по жесткости боковины при сжатии могут соблюдаться, если область боковины имеет толщину в осевом направлении менее 10% высоты сечения шины по радиусу.Compression stiffness requirements may be met if the sidewall region has an axial thickness of less than 10% of the radius of the tire section.
Вертикальная жесткость связана со способностью шины сопротивляться деформации под действием нагрузки. Вертикальная жесткость шины сильно зависит от реакции той части шины, которая не контактирует с землей, "противодействие деформации" шины. Фиг.5А и 5В иллюстрирует это явление в преувеличенном виде. Когда шина находится под нагрузкой L, она деформируется в процессе радиального сжатия на величину f, что формирует зону С контакта с землей. Отметим, что для целей данного описания в системе координат на Фиг.5А и 5В сохраняется постоянное положение оси шины А и перемещается поверхность земли вверх, по направлению к этой оси. Вертикальная деформация f пропорциональна нагрузке L, на основе чего можно рассчитать вертикальную жесткость Кv. Так как кольцевая полоса стремится сохранить неизменную длину, часть шины, не находящаяся в контакте, смещается или противодействует радиальной деформации шины в направлении от зоны контакта С, как показано пунктирными линиями на данных чертежах. Величина λ противодействия деформации также пропорциональна нагрузке L, и поэтому может быть получена жесткость Кλ противодействия деформации. Жесткость Кλ противодействия деформации связана с тем, каким образом нагрузка действует на усиливающие корды шины, не контактирующие с землей, и должна пониматься включающей как поперечные, так и круговые структурные взаимодействия.Vertical stiffness is related to the tire's ability to resist deformation under load. The vertical stiffness of the tire is highly dependent on the reaction of that part of the tire that is not in contact with the ground, the "counteraction to deformation" of the tire. 5A and 5B illustrate this phenomenon in exaggerated form. When the tire is under load L, it is deformed in the process of radial compression by a value of f, which forms a zone C of contact with the ground. Note that for the purposes of this description, in the coordinate system of FIGS. 5A and 5B, the axis A of the tire A is kept constant and the surface of the earth moves upward toward that axis. The vertical deformation f is proportional to the load L, on the basis of which the vertical stiffness K v can be calculated. Since the annular strip strives to maintain a constant length, the part of the tire that is not in contact shifts or counteracts the radial deformation of the tire in the direction from the contact zone C, as shown by dashed lines in these drawings. The value of λ deformation resistance is also proportional to the load L, and therefore, the stiffness Kλ of resistance to deformation can be obtained. The stiffness Kλ of the anti-deformation is related to the way the load acts on the reinforcing cords of the tire, which are not in contact with the ground, and should be understood to include both transverse and circular structural interactions.
Величина противодействия деформации может быть измерена непосредственно путем нагружения шины нагрузкой F при фиксированном положении оси и измерения как деформации f шины в зоне контакта, так и деформации (прогиба) поверхности протектора в зоне, противоположной зоне контакта. Затем жесткость противодействия деформации определяется путем деления нагрузки F на величину λ противодействия деформации.The amount of anti-deformation can be measured directly by loading the tire with load F at a fixed axis position and measuring both the tire deformation f in the contact zone and the deformation (deflection) of the tread surface in the area opposite to the contact zone. Then, the stiffness of the anti-deformation is determined by dividing the load F by the value λ of the anti-deformation.
На практике жесткость Кλ противодействия деформации по существу определяет вертикальную жесткость шины и, соответственно, смещение под действием нагрузки оси колеса с установленной шиной. Как можно видеть на Фиг.5А, жесткость Кλ противодействия деформации определяет длину зоны контакта. Низкая жесткость противодействия деформации позволяет кольцевой полосе перемещаться вертикально под действием нагрузки и, таким образом, уменьшает допустимую нагрузку при данной деформации. Соответственно шина, имеющая высокую жесткость противодействия, обладает относительно меньшей величиной противодействия деформации и более длинной зоной контакта и в результате может нести более высокую нагрузку.In practice, the stiffness stiffness Kλ substantially determines the vertical stiffness of the tire and, accordingly, the displacement under the influence of the load of the wheel axis with the tire mounted. As can be seen in FIG. 5A, the stiffness stiffness Kλ determines the length of the contact zone. Low stiffness of resistance to deformation allows the annular strip to move vertically under the action of the load and, thus, reduces the allowable load for a given deformation. Accordingly, a tire having a high counteraction stiffness has a relatively lower deformation counteraction value and a longer contact area, and as a result may carry a higher load.
На Фиг.10 графически показана приблизительная зависимость жесткости Кλ противодействия деформации от вертикальной жесткости шины. Фиг.10 демонстрирует независимость вертикальной жесткости и контактного давления, появляющуюся при использовании данного изобретения, что делает возможным гибкость конструирования, не доступную для пневматических шин. В типичном случае спущенная пневматическая шина имеет жесткость противодействия деформации на единицу ширины зоны контакта, составляющую менее 0,1 даН/мм2. В противоположность этому соответствующая данному изобретению шина может быть разработана таким образом, чтобы ее жесткость противодействия деформации на единицу ширины зоны контакта находилась в диапазоне, нижняя граница которого выше 0,1 даН/мм2.Figure 10 graphically shows the approximate dependence of the stiffness Kλ of counteracting deformation from the vertical stiffness of the tire. Figure 10 shows the independence of vertical stiffness and contact pressure that occurs when using the present invention, which makes design flexibility not available for pneumatic tires. In a typical case, a deflated pneumatic tire has a stiffness of resistance to deformation per unit width of the contact zone of less than 0.1 daN / mm 2 . In contrast, the tire corresponding to the present invention can be designed so that its stiffness to resist deformation per unit width of the contact zone is in a range whose lower boundary is above 0.1 daN / mm 2 .
Преимущественно исходные параметры разработки для любого предполагаемого варианта применения могут выбираться, используя Фиг.10 в комбинации с Фиг.9. После того, как с использованием Фиг.9 выбраны контактное давление, вертикальная нагрузка и площадь контакта, с использованием Фиг.10 для шины могут быть определены характеристики вертикальной жесткости.Advantageously, the initial development parameters for any intended use case can be selected using FIG. 10 in combination with FIG. 9. After contact pressure, vertical load and contact area are selected using FIG. 9, vertical stiffness characteristics can be determined using FIG. 10 for a tire.
После получения на основе Фиг.10 приближенного требуемого значения жесткости Кλ противодействия деформации разработчик затем должен применить доступные аналитические инструменты, например расчет методом конечных элементов, чтобы определить конструкцию, в которой достигается эта жесткость. Последующая работа, включая изготовление и тестирование шин, должна подтвердить параметры разработки.After obtaining, based on FIG. 10, the approximate desired value of stiffness Kλ of the counteraction to deformation, the developer must then apply available analytical tools, for example, finite element analysis, to determine the design in which this stiffness is achieved. Subsequent work, including the manufacture and testing of tires, should confirm the design parameters.
Жесткость Кλ противодействия деформации может быть изменена несколькими путями. Некоторые из параметров разработки, используемые для регулирования этой жесткости, включают модуль и плотность каркасного корда, высоту боковины, модуль эластомерного покрытия каркасных кордов, геометрию связи между каркасом и кольцевой полосой, модуль связующей резины, модуль упругости при сжатии мембран кольцевой полосы, толщину работающего на сдвиг слоя, диаметр шины и ширину кольцевой полосы.The stiffness Kλ of the anti-deformation can be changed in several ways. Some of the design parameters used to control this stiffness include the module and density of the carcass cord, the sidewall height, the elastomeric coating module of the carcass cords, the bond geometry between the carcass and the annular strip, the bonding rubber module, the elastic modulus of compression of the membrane of the annular strip, the thickness of the layer shift, tire diameter and annular strip width.
Для оптимизации возможностей данной шины по несению нагрузки может регулироваться вертикальная жесткость. В другом случае вертикальная жесткость может регулироваться, чтобы создать кольцевую полосу уменьшенной толщины для уменьшенного контактного давления или уменьшенной массы шины, но при этом требуемый уровень вертикальной жесткости должен сохраняться.In order to optimize the load bearing capacity of this tire, vertical stiffness can be adjusted. Alternatively, the vertical stiffness can be adjusted to create an annular strip of reduced thickness for reduced contact pressure or reduced tire mass, but the required level of vertical stiffness must be maintained.
Вертикальная жесткость шины по данному изобретению также зависит от влияния центростремительных сил на кольцевую полосу и области боковин. По мере возрастания скорости качения шины центростремительные силы увеличиваются. В обычных радиальных шинах центростремительные силы могут повышать рабочую температуру шины. В противоположность этому в шине по данному изобретению достигается неожиданный положительный результат от этих же самых сил. Когда соответствующая данному изобретению шина вращается при приложенной нагрузке, центростремительные силы вызывают тенденцию расширения кольцевой полосы в направлении по окружности и порождают дополнительное растягивающее усилие в областях боковин. Жесткие в радиальном направлении боковины в части шины, не контактирующей с землей (зона "А" на Фиг.3А), сопротивляются этим центростремительным силам. Это создает результирующую силу, направленную вверх, которая способствует увеличению эффективной вертикальной жесткости шины и снижению деформации шины по сравнению со статическим не вращающимся состоянием. Этот результат является значительным, если отношение продольной жесткости упомянутой полосы в экваториальной плоскости шины (2·Е'мембрана) к эффективной жесткости области боковины при растяжении составляет менее 100:1.The vertical stiffness of the tire according to this invention also depends on the influence of centripetal forces on the annular strip and the sidewall region. As the tire rolling speed increases, the centripetal forces increase. In conventional radial tires, centripetal forces can increase the operating temperature of the tire. In contrast, an unexpected positive result from the same forces is achieved in the tire of the present invention. When the tire of the present invention rotates under an applied load, the centripetal forces tend to expand the annular strip in the circumferential direction and generate additional tensile force in the sidewall regions. The radially stiff sidewalls in the part of the tire not in contact with the ground (zone "A" in Fig. 3A) resist these centripetal forces. This creates a resultant upward force, which contributes to an increase in the effective vertical stiffness of the tire and a decrease in tire deformation compared to a static non-rotating state. This result is significant if the ratio of the longitudinal stiffness of the said strip in the equatorial plane of the tire (2 · E ' membrane ) to the effective stiffness of the sidewall region under tension is less than 100: 1.
Шины, разработанные для использования в пассажирском автомобиле и отвечающие спецификациям шины 200, изображенной на Фиг.4, были изготовлены с применением обычных процессов производства и материалов и опробованы на практике. Итоговые результаты приведены в Таблице 1.Tires designed for use in a passenger car and meeting the specifications of the
Е'мембрана=8750 Н/мм Peff=G*h/R=1,6 барh = 18 mm
E ' membrane = 8750 N / mm P eff = G * h / R = 1.6 bar
ческая 2Pneumati
2
тениеIsobre
decay
При проведении субъективной оценки тестируемая пневматическая шина 1 накачивалась до рекомендуемого давления для холодной шины, а тестируемая пневматическая шина 2 накачивалась до такого давления, при котором достигается вертикальная жесткость, эквивалентная жесткости шины, изготовленной в соответствии с данным изобретением.In a subjective assessment, the test
В шинах, соответствующих спецификациям шины 200, наблюдается тенденция к установлению положительных, или стимулирующих движение, средних значений продольных напряжений в контакте с землей вдоль продольной осевой линии зоны контакта и отрицательных, или тормозящих, - вдоль боковых краев зоны контакта. Это различие обусловлено разницей в радиусе качения между осевой линией и боковыми краями кольцевой полосы. Предпочтительный результат для функционирования шины (в частности, износ) достигается, когда продольные напряжения между осевой линией и боковыми краями являются хорошо уравновешенными.In tires that meet
Предпочтительный вариант реализации данного изобретения показан на Фиг.6, где шина 300 содержит волнистую вторую мембрану, имеющую некоторую амплитуду волнистости в радиальном направлении и некоторую длину волны в осевом направлении. Амплитуда волнистости определяется как разность между точками максимума и минимума на поверхности мембраны в радиальном направлении. Длина волны определяется как расстояние в осевом направлении между смежными точками максимума на поверхности мембраны в радиальном направлении. Волнистая вторая мембрана противостоит выгибанию благодаря сжатию в зоне контакта аналогично дуговидной мембране шины 200 на Фиг.4. Деформирование второй мембраны с изменением ее формы из по существу кольцевой в плоскую под действием приложенной внешней нагрузки происходит без продольного выгибания этой мембраны и при этом сохраняется практически равномерное давление в контакте с землей, контактирующей с землей области протектора по всей длине зоны контакта. Эффективность сопротивления волнистой мембраны выгибанию не зависит от ее общей кривизны в поперечном направлении. Таким образом, шина 300 может иметь вторую мембрану 340, чей поперечный радиус кривизны может задаваться с целью оптимизации напряжений в контакте с землей независимо от сопротивления этой мембраны выгибанию. Предпочтительно вторая мембрана 340 имеет от двух до пяти циклов волнистости и длину волны от приблизительно 20% до приблизительно 50% от ширины протектора, контактирующего с землей при качении, в области 310 протектора. Амплитуда волнистости предпочтительно составляет приблизительно от 20% до 50% от максимальной толщины работающего на сдвиг слоя и может быть постоянной или переменной. Работающий на сдвиг слой 320 может иметь среднюю толщину, равную постоянной толщине работающего на сдвиг слоя, определяемой уравнением (2) для слоев 120 и 220 шин 100 и 200 соответственно.A preferred embodiment of the invention is shown in FIG. 6, where the
На Фиг.6, 7 и 8 показаны модификации волнистой второй мембраны, где эта мембрана имеет соответственно два, четыре или пять гребней. В этих модификациях гребни расположены под протекторными ребрами, хотя количество гребней не обязательно должно быть функцией количества протекторных ребер, и шина не обязательно должна иметь продольные ребра. Данное изобретение может в равной степени применяться к шине с гладким протектором или другому резиновому изделию, не имеющему канавок. Когда шина 300 имеет, по меньшей мере, одну протекторную канавку 315, расположенную в радиальном направлении выше минимума волнистости, канавка может иметь увеличенную глубину по сравнению с номинальной глубиной протектора в обычной шине. В этом случае "номинальная" означает стандартную глубину протектора для конкретного класса шин, заданную Ассоциацией по стандартизации шин и ободов (Tire and Rim Association) г. Копли, штат Огайо (Copley, Ohio). В модификациях, проиллюстрированных шинами 300, 400 и 500, по меньшей мере, одна протекторная канавка имеет глубину, по меньшей мере, 120% от номинальной глубины протектора.6, 7 and 8 show modifications of the wavy second membrane, where this membrane has two, four or five ridges, respectively. In these modifications, ridges are located under the tread ribs, although the number of ridges need not be a function of the number of tread ribs, and the tire does not have to have longitudinal ribs. This invention can equally be applied to a tire with a smooth tread or other rubber product without grooves. When the
Очевидно, что на основе приведенного выше описания специалисту в данной области техники становится очевидным множество других модификаций данного изобретения. Эти и другие модификации не выходят за пределы сущности и объема представленного изобретения, определенных пунктами приложенной Формулы изобретения.Obviously, based on the above description, it will become apparent to a person skilled in the art many other modifications of the present invention. These and other modifications do not go beyond the essence and scope of the presented invention defined by the paragraphs of the attached claims.
Claims (27)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002118608/11A RU2246407C2 (en) | 1999-12-10 | 1999-12-10 | Construction support elastic tire |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002118608/11A RU2246407C2 (en) | 1999-12-10 | 1999-12-10 | Construction support elastic tire |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2002118608A RU2002118608A (en) | 2004-01-27 |
| RU2246407C2 true RU2246407C2 (en) | 2005-02-20 |
Family
ID=35218905
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2002118608/11A RU2246407C2 (en) | 1999-12-10 | 1999-12-10 | Construction support elastic tire |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2246407C2 (en) |
-
1999
- 1999-12-10 RU RU2002118608/11A patent/RU2246407C2/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2002118608A (en) | 2004-01-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100642040B1 (en) | Structurally supported elastic tires | |
| US6983776B2 (en) | Structurally supported resilient tire with bias ply carcass | |
| CA2525982C (en) | Non-pneumatic tire | |
| KR100810935B1 (en) | Non-pneumatic tire | |
| US7418988B2 (en) | Non-pneumatic tire | |
| JP4614622B2 (en) | Structurally supported elastic tire with bias ply carcass | |
| CN107020886B (en) | With geodesic line casing ply without tyre bead formula non-inflatable tyre | |
| KR20170074202A (en) | Non-pneumatic tire with geodesic connecting web | |
| US7044180B2 (en) | Run-flat insert for tires | |
| EP1242256B1 (en) | Variable-stiffness wedge inserts for runflat tires | |
| KR102360312B1 (en) | Pneumatic tire with annular sidewall recess | |
| EP1412207A1 (en) | Runflat insert for tires | |
| US6843293B1 (en) | Variable-stiffness wedge insert for runflat tires | |
| JP2001512067A (en) | Tire crown reinforcement | |
| RU2246407C2 (en) | Construction support elastic tire | |
| RU2261804C2 (en) | Constructively supported air-core tire with shifted-layer carcass | |
| AU2001251653B2 (en) | Structurally supported resilient tire with bias ply carcass | |
| KR20030008222A (en) | Structurally supported resilient tire with bias ply carcass | |
| US20210055184A1 (en) | System for defining multi-layered structures | |
| RU2269425C2 (en) | Non-pneumatic tire | |
| AU2001251653A1 (en) | Structurally supported resilient tire with bias ply carcass | |
| AU2001286683A1 (en) | Non-pneumatic tire |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20161211 |