Радиальная шина. Шины автомобильные

Конструкция пневматической шины :
1 - двухслойный протектор (красным выделена мягкая резина);
2 - специальная форма бортового кольца;
3 - плечевые части, устойчивые к порезам;
4 - защитный бортовой слой

Современная шина имеет довольно сложную конструкцию. Основным материалом для изготовления шины служит резина и специальная ткань - корд. Если изготовить шину только из резины, то при заполнении ее воздухом, она будет значительно изменять свои размеры и форму. Резина, использующаяся для производства шины, изготавливается из каучука (натурального и синтетического), к которому в процессе производства добавляются различные наполнители: сера, сажа, смолы и др.
При изготовлении пневматических шин для первых автомобилей использовался только натуральный каучук, который получали из смолы деревьев - каучуконосов. Синтетический каучук был впервые получен в нашей стране. Это изобретение принадлежит академику С. В. Лебедеву, который в 1931–1932 г. впервые в мире разработал технологию производства синтетического каучука. Для того чтобы эластичный каучук с наполнителями превратился в упругую резину, он должен пройти процесс вулканизации (соединение серы с каучуком, которое происходит при повышенной температуре). Шины вулканизируются в специальных пресс-формах, внутренняя поверхность которых соответствует наружной поверхности шины. Перед тем как шина попадает в пресс-форму, она собирается из составляющих ее элементов на специальных станках.
Покрышка конструктивно состоит из каркаса, брекера, протектора, боковины и борта . Каркас шины изготавливается из нескольких слоев прорезиненного корда, представляющего собой ткань, состоящую из близко расположенных друг к другу продольных и редких поперечных нитей. Чем прочнее нити корда, тем долговечнее шина. В качестве нитей для изготовления корда в настоящее время применяют синтетическое волокно, стекловолокно и стальные нити (металлокорд). С увеличением слоев корда в каркасе увеличивается прочность шины, но одновременно растет ее масса и увеличивается сопротивление качению.
Борт шины имеет определенную форму, необходимую для плотной посадки ее на обод колеса. Борта шины не должны растягиваться, чтобы обеспечить плотную посадку шины на ободе и предотвращать возможность соскакивания шины с обода. С этой целью внутри бортов шины вставляются разрезные или неразрезные бортовые кольца, изготовленные из нескольких слоев прочной стальной проволоки. Снаружи борта покрыты прорезиненным кордом и тонким слоем резины.
Боковина шины представляет собой нанесенный на каркас тонкий слой эластичной и прочной резины. Она предохраняет шину от боковых повреждений и воздействия влаги.
Протектор шины обеспечивает сцепление шины с дорогой и предохраняет каркас от повреждений. Для его изготовления используется прочная, износостойкая резина. Внешняя часть протектора выполняется в виде четкого рисунка, под которым находится так называемый, подканавочный слой. Рисунок протектора определяется типом и назначением шины.
Брекер представляет собой специальный пояс, выполненный из нескольких слоев прорезиненного корда, который находится между каркасом и протектором. От конструкции брекера в значительной степени зависит форма пятна контакта шины с дорогой. Брекер предохраняет каркас от толчков и ударов и передает усилия различным частям шины.
Внутренняя поверхность шины покрыта тонким слоем резины. Состав применяющейся для этого слоя резины может быть разным в зависимости от типа шины (камерная или бескамерная).

Вентиль камеры :
1 - стержень золотника;
2 - резьбовая головка;
3 - втулка;
4 - уплотнитель;
5 - верхняя чашечка;
6 - уплотнительное кольцо золотника;
7 - нижняя чашечка;
8 - корпус вентиля;
9 - пружина золотника;
10 - направляющая чашечка;
11 - обрезиненный кожух

В камерной шине для удержания сжатого воздуха используется камера, которая представляет собой эластичную, воздухонепроницаемую оболочку в виде замкнутой трубы. Для того чтобы при монтаже шины на обод камера не образовывала складок, размеры камеры должны быть несколько меньше, чем внутренние размеры шины. Поэтому заполненная воздухом камера находится в растянутом состоянии. Для накачивания и выпуска воздуха камера соединяется с вентилем - специальным клапаном, форма и размеры которого зависят от типа шины. При монтаже шины на обод колеса вентиль должен проходить через специальное отверстие, выполненное в этом ободе.

Конструкция колеса (а) с бескамерной шиной :
1 - протектор;
2 - герметизирующий воздухонепроницаемый резиновый слой;
3 - каркас;
4 - вентиль колеса;
5 - обод;
(б) колеса с камерной шиной :
1 - обод колеса;
2 - камера;
3 - шина (покрышка);
4 - вентиль

Бескамерные шины внешне мало отличаются от камерных. Внутреннее покрытие такой шины должно быть изготовлено из слоя воздухонепроницаемой резины толщиной 2–3 мм, а на наружную поверхность борта наносят эластичную резину, которая обеспечивает герметичность при посадке шины на обод. Вентиль бескамерной шины образует герметичное соединение при установке его в отверстие обода колеса.
При проколе бескамерной шины небольшим предметом этот предмет растягивает воздухонепроницаемый внутренний слой резины бескамерной шины и обволакивается ею. При этом воздух из бескамерной шины выходит очень медленно, в отличие от камерной, в которой камера находится в растянутом состоянии, и, следовательно, любое ее повреждение вызывает увеличение образовавшегося отверстия. Поэтому бескамерные шины более безопасны. Ремонт небольших повреждений бескамерных шин можно производить без снятия шины с обода, герметизируя образовавшееся отверстие специальным материалом.
Важным преимуществом бескамерных шин по сравнению с камерными является меньшая масса и нагрев при движении. Последний обусловлен отсутствием трения камеры о шину и лучшим охлаждением. Так как износ шин в значительной степени зависит от рабочей температуры, бескамерные шины долговечнее. Не рекомендуется устанавливать в бескамерные шины камеры, поскольку при накачивании камеры между шиной и камерой могут образоваться воздушные подушки, которые будут мешать отводу тепла и приведут к местному перегреву шины. К недостаткам бескамерных шин следует отнести большую сложность ремонта в пути в случае сильных повреждений, а также необходимость в высокой чистоте и гладкости закраины обода для обеспечения герметичности.

Подробнее о классификации шин смотри в главе

Рассмотрим строение колеса автомобиля и из чего оно состоит. Чем различается радиальная шина от диагональной - её конструкция.

Колеса обеспечивают движение путём преобразования вращения в поступательное движение машины. Они воспринимают и сглаживают удары от неровностей на поверхности дороги. От них зависят управляемость, устойчивость и плавность хода.

Колесо состоит из:

• диска с ободом - бывают штампованные, литые, кованые и составные (для грузовых машин);
• шины.

Строение автомобильной шины

Каркас является главной частью покрышки, её силовой основой. Выполняется из нескольких слоев специальной ткани – корда. Он воспринимает давление сжатого воздуха изнутри и нагрузки от дороги снаружи. Материалом корда могут служить: хлопок, металлическая проволока, нейлон, стекловолокно и прочие материалы.

Оптимальным решением является брекер с нитями корда, свитыми из тонких стальных проволочек. По сравнению с текстильным, данный корд имеет во много раз меньше растяжение. Но есть минусы: он менее терпим к нагрузкам на низкочастотном покрытии. Если при проколе шины , в брекер попадает вода, особенно с химическими реагентами, то быстро разрушается от коррозии. Альтернатива - применение синтетики, которая обладает достоинствами текстильных нитей, но лишена недостатков стальных прутьев.

Протектор (беговая дорожка) - это толстый слой резины с определенным рисунком. Он расположен на наружной поверхности покрышки и непосредственно соприкасается с поверхностью дороги. Рисунок протектора может быть для хороших дорог (применяют мелкий рисунок), универсальным и специальным для бездорожья (крупный рисунок протектора). Зимой используют шипы в протекторе.

Диагональная и радиальная конструкция

В радиальных шинах нити корда расположены под прямым углом по отношению к бортам. Основными достоинствами являются: хорошее сцепление с дорогой, малое сопротивление качению и большой срок службы. Радиальные шины более современные, чем диагональные. Они используются на современных автомобилях. С ними машина устойчивее на дороге, экономичнее и динамичнее.

Чтобы протектор хорошо держал дорогу, он должен приноравливаться к её неровностям - быть достаточно гибким. Чему корд каркаса почти не препятствует. Но деформация боковины шины не желательна - она ухудшает управление автомобиля. Для решения этой задачи используют дополнительное силовое кольцо из несколько слоёв корда. Его называют брекер, он не допускает сильных деформаций в боковом направлении. Чтобы брекер обладал необходимой жесткостью, нити в нём уложены не радиально, а диагонально.

Маркировка

• 185 – её ширина в миллиметрах,
• 60 – соотношение высоты шины к её ширине в процентах,
• R – радиальная конструкция (с радиальным расположением нитей),
• 15 – посадочный диаметр в дюймах (один дюйм равен 2,54 сантиметра).

Ошибкой многих автолюбителей является заблуждение, что буква R в маркировке указывает на радиус. Эта буква с числом 14 никак не связана. Она указывает, что данная резина - радиальной конструкции, в отличие от устаревших диагональных. А число 14 - посадочный диаметр по ободу колеса. 14 дюймов = 356 мм.

Одним из основных элементов автомобильного колеса является шина. Она устанавливается на диск и обеспечивает стабильный контакт автомобиля с дорожным покрытием. В процессе движения автомобиля шины поглощают возникающие вибрации и колебания, вызванные неровностями дороги, что обеспечивает комфорт и безопасность пассажиров. В зависимости от условий эксплуатации шины могут изготавливаться из различных материалов со сложным химическим составом и определенными физическими свойствами. Шины могут также отличаться рисунком протектора, обеспечивающего надежное сцепление с поверхностями с различным коэффициентом трения. Зная устройство шин, правила их эксплуатации и причины преждевременного износа, вы сможете обеспечить долгий срок службы резины и безопасность вождения в целом.

Функции шины

К основным функциям автомобильной шины относятся:

• гашение вибраций колес от неровностей дорожного покрытия;
• обеспечение постоянного сцепления колес с дорогой;
• снижение расхода топлива и уровня шума;
• обеспечение проходимости автомобиля в сложных дорожных условиях.

Устройство автомобильной шины

Конструкция шины достаточно сложная и состоит из множества элементов: корда, протектора, брекера, плечевой зоны, боковины и борта. Поговорим о них подробнее.

Корд

Основой шины является каркас, состоящий из нескольких слоев корда. Корд — прорезиненный слой ткани из текстильных, полимерных или металлических нитей.

Корд натянут по всей площади шины, т.е. радиально. Существуют радиальные и диагональные шины. Наибольшее распространение получила радиальная шина, т.к. она характеризуется наиболее долгим сроком эксплуатации. Каркас в ней более эластичный, за счет чего уменьшается теплообразование и сопротивление качению.

Диагональные шины имеют каркас из нескольких слоев корда, расположенных перекрестно. Эти покрышки отличаются невысокой ценой и имеют более прочную боковину.

Протектор

Наружная часть покрышки, непосредственно контактирующая с дорожной поверхностью, называется «протектор». Главным его предназначением является обеспечение сцепления колеса с дорогой и защита его от повреждений. Протектор влияет на уровень шумности и вибрации, а также определяет степень износа шины.

Конструктивно протектор представляет собой массивный слой резины, имеющий рельефный рисунок. Рисунок протектора в виде канавок, борозд и выступов обуславливает способность шины работать в определенных дорожных условиях.

Брекер

Слои корда, расположенные между протектором и каркасом, называются «брекер». Он необходим для улучшения взаимосвязи между этими двумя элементами, а также для предотвращения отслоения протектора под действием внешних сил.

Плечевая зона

Часть протектора, находящаяся между беговой дорожкой и боковиной, называется «плечевая зона». Она усиливает боковую жесткость шины, улучшает синтез каркаса с протектором, берет на себя часть боковых нагрузок, передаваемых беговой дорожкой.

Боковины

Боковина — прослойка резины, являющаяся продолжением протектора на боковых стенках каркаса. Она ограждает каркас от влаги и механических повреждений. На нее наносится маркировка шин.

Борт

Боковина заканчивается бортом, служащим для ее крепления и герметизации на ободе колеса. В основе борта находится нерастяжимое колесо из стальной обрезиненной проволоки, придающее прочность и жесткость.

Виды шин

Шины можно классифицировать по нескольким параметрам.

Сезонный фактор

По сезонному фактору различают летние, зимние и всесезонные шины. Сезонность шины определяется по рисунку протектора. На летней резине отсутствует микрорисунок, зато присутствуют ярко выраженные бороздки для стока воды. Это обеспечивает максимальное сцепление колес с асфальтом.

Зимние шины от летних можно отличить по узким канавкам протектора, которые позволяют резине не терять свою эластичность и хорошо держать машину даже на обледенелой дороге.

Существуют и так называемые «всесезонные шины», о плюсах и минусах которых можно сказать следующее: они одинаково хорошо показывают себя как в жару, так и в холод, однако обладают весьма средними эксплуатационными характеристиками.

Способ герметизации внутреннего объема

По этому показателю различают «камерные» и «бескамерные шины». Бескамерные шины – это шины, имеющие только покрышку. В них герметичность достигается за счет устройства последней.

Внедорожные шины

Этот класс шин отличается повышенной проходимостью. Резина характеризуется высоким профилем и глубокими канавками протектора. Подходит для езды по глинистым и грязевым участкам, крутым склонам и прочему бездорожью. Но на этой резине не получится развить достаточную скорость на ровной дороге. В обычных условиях эта шина плохо «держит дорогу», в следствие чего снижается безопасность движения, а протектор быстро изнашивается.

Рисунок протектора шин

По рисунку протектора различают шины с ассиметричным, симметричным и направленным рисунками.

Симметричный рисунок наиболее распространен. Параметры шины с таким протектором наиболее сбалансированы, а сама шина в большей степени приспособлена для эксплуатации на сухой дороге.

Наивысшие эксплуатационные свойства имеют шины с направленным рисунком, который придает покрышке устойчивость к аквапланированию.

Шины с ассиметричным рисунком реализуют в одной покрышке двойную функцию: управляемость на сухой дороге и надежность сцепления на мокром дорожном покрытии.

Низкопрофильные шины

Этот класс шин разработан специально для скоростного движения. Они обеспечивают быстрый разгон и уменьшают тормозной путь. Но, с другой стороны, эти шины не отличаются плавностью хода и характеризуются шумностью при движении.

Слики

Слики — еще один класс шин, который можно выделить отдельной. Чем отличаются слики от остальных шин? Абсолютной гладкостью! Протектор не имеет ни канавок, ни бороздок. Слики хорошо себя показывают только на сухой дороге. Используются в основном в автоспорте.

Износ автомобильных шин

В процессе движения автомобиля шина подвергается постоянному износу. Износ шины сказывается ее эксплуатационных показателях, в том числе и на длине тормозного пути. Каждый дополнительный миллиметр износа протектора увеличивает длину тормозного пути на 10-15%.

Важно! Допустимая глубина протектора для зимних шин составляет 4 мм, а для летних – 1,6 мм.

Виды износа шин и их причины

Для наглядности виды и причины износа шин представим в виде таблицы.

Проверить износ шин можно визуально при помощи индикатора уровня износа шин, представляющего собой участок протектора, отличающийся от его основы размерами и формой.

Индикатор износа шин может быть.

Шины призваны обеспечить надежное сцепление автомобиля с дорогой. От них напрямую зависит плавность хода и управляемость машины, качество торможения и сглаживание толчков, возникающих от неровностей дорожного покрытия. Автомобильные шины работают в достаточно сложных условиях эксплуатации, поэтому к их конструкции и устройству предъявляются жесткие требования.

Они должны быть одновременно эластичными и прочными, обладать повышенной износостойкостью и правильно воспринимать нормальную, тангенциальную и боковую нагрузки. Современные автомобильные шины, в целом, идентичны по своему устройству.

Прежде всего, автомобильные шины могут быть камерными и бескамерными. В камерной шине имеется воздушная полость, образуемая герметизирующей камерой. Эта камера представляет собой кольцевую трубку с вентилем, выполненную из воздухонепроницаемой эластичной резины. Размер такой камеры строго соответствует размеру и форме покрышки.

В бескамерной же шине воздушная полость образуется покрышкой и ободом колеса. Здесь вместо камеры на внутренней стороне покрышки нанесен специальный герметизирующий слой, обладающий повышенной газонепроницаемостью. Таким образом, полость, заключенная между покрышкой и ободом остается герметичной, поскольку она и заполняется воздухом.

Если камерная шина при проколе быстро теряет давление, так как воздух моментально выходит через вентильное отверстие в ободе колеса, то в случае с бескамерными шинами давление при проколе сохраняется еще в течение определенного промежутка времени. Все благодаря тому, что воздух из бескамерной шины выходит только в месте прокола. По этой причине бескамерные шины обеспечивают водителю повышенную безопасность при движении автомобиля из-за отсутствия резкого падения внутреннего давления в покрышках. Бескамерная шина также легче камерной, она отличается меньшим нагревом при эксплуатации вследствие оптимального отвода теплоты через открытую часть обода.

Сама покрышка состоит из нескольких конструктивных элементов – каркаса, протектора, брекера, боковин и бортового кольца. Силовой основой покрышки является жесткий каркас, который изготавливается из нескольких слоев специальной ткани – корда. Именно корд призван воспринимать давление сжатого воздуха изнутри и нагрузки, действующие на шину снаружи от соприкосновения с дорожной поверхностью.

Материалом корда могут служить нити из хлопка, вискоза, капрона, нейлона, металлической проволоки или стекловолокна, а также трос из высокопрочной стали. Прочность покрышки определяется, главным образом, прочностью корда. Кордные нити различной толщины и плотности несут на себе основную нагрузку в ходе эксплуатации шины, обеспечивая ей необходимую прочность, эластичность, износостойкость и неизменное сохранение заданной формы.

В зависимости от конструкции каркаса автомобильные шины бывают с диагональным и радиальным расположением нитей корда. В диагональных шинах нити корда в соседних слоях каркаса располагаются между собой под некоторым углом, что гарантирует оптимальное распределение усилий при деформации покрышки и наилучшую прочность при достаточной амортизации.

В конструкции радиальных шин нити корда в слоях каркаса располагаются радиально по профилю шины в направлении от одного борта к другому. Это значит, что во всех слоях каркаса покрышки нити корда расположены параллельно друг другу. Каркас таких шин более эластичен, он гораздо легче деформируется. Благодаря устройству каркаса радиальные шины обеспечивают по сравнению с диагональными лучшее сцепление с дорогой за счет большего по площади и более стабильного пятна контакта, а также малое сопротивление качению и более высокую долговечность. По этим причинам для легковых автомобилей в настоящее время больше используются радиальные шины, которые маркируется буквой R в размерной надписи на боковине.

Протектор – это толстая профилированная резина, которая расположена на наружной поверхности покрышки и непосредственно соприкасается с поверхностью дороги. Протектор изготавливают из синтетического и природного каучука, который обеспечивает надлежащее сцепление с дорогой, смягчение воздействий толчков и ударов на каркас шины. Толстый протектор, с одной стороны, увеличивает пробег шины, а с другой, делает шину тяжелее, приводит к ее перегреву, повышает сопротивление качению.

Стандартная толщина протектора у шин, предназначенных для легковых автомобилей, колеблется в диапазоне от 7 до 12 мм. На поверхности протектора имеется рельефный рисунок, который может быть дорожным, универсальным или специальным, в зависимости от условий эксплуатации автомобиля. Протектор дорожной шины отличается гладкостью с частыми, небольшими блоками, в то время как внедорожная шина, наоборот, имеет достаточно грубый протектор с редкими крупными блоками в средней части шины и по бокам.

По рисунку протектора все автомобильные шины делятся на направленные, симметричные и ассиметричные. Рисунок протектора оказывает большое влияние на коэффициент сопротивления качению колеса, бесшумность и износ шины, а также характеристики торможения и сцепления автомобиля с дорогой.

Наибольшее распространение сегодня получили автомобильные шины, имеющие в рисунке протектора продольно-поперечные канавки. Продольные канавки обеспечивают достаточно высокое сцепление шины с дорогой в боковом направлении, а поперечные – оптимальное сцепление на мокрых и скользких дорогах в продольном направлении.

Между каркасом и протектором шины располагается брекер – специальный резинокордный слой, состоящий из нескольких слоев разреженного корда, перемежающихся утолщенными слоями резины. Брекер призван усиливать конструкцию каркаса и одновременно улучшать контакт между протектором и каркасом. Он также обеспечивает более равномерное распределение нагрузок по поверхности шины. Поскольку брекер воспринимает многократные деформации на растяжение, сжатие и сдвиг, то он отличается более высокой эксплуатационной температурой в сравнении с другими элементами покрышки.

Стенки каркаса также покрывают боковины, которые представляют собой достаточно тонкий резиновой, эластичный слой. Боковины предохраняет каркас от механических повреждений и влаги. Они изготавливаются практически из тех же резиновых смесей, что и сам протектор.

Еще один неотъемлемый элемент устройства покрышки – это борт, служащий для крепления покрышки на ободе колеса и образующийся из крыльев. Такое крыло включает в себя бортовое кольцо, изготовленное из стальной проволоки, твердый резиновый жгут, обертку бортового кольца и усилительные ленточки. Бортовое кольцо используется для придания борту необходимой прочности, в то время как резиновый профильный жгут обеспечивает оформление борта и его монолитность.

Шины для легковых автомобилей по качеству применяемых материалов и отдельным элементам конструкции могут несколько отличаться от шин других типов. В частности, они, по сравнению с грузовыми шинами, имеют более эластичный каркас, большую расчлененность рисунка протектора и меньший срок эксплуатации. Каждый элемент конструкции шины обеспечивает выполнение той или иной функции для достижения оптимальных характеристик сцепления автомобиля с дорогой.

Назначение колес – осуществление связи автомобиля с дорогой, обеспечение движения автомобиля, изменения направления движения и передачи вертикальных нагрузок от автомобиля к дороге. Проще говоря, именно благодаря колесам мы можем двигаться и управлять автомобилем, поэтому от правильного выбора колес напрямую зависит поведение автомобиля на дороге.

Выделяют следующие виды колес:

• ведущие;
• управляемые;
• комбинированные (ведущие и управляемые);

Ведущие колеса имеют такое название как раз потому, что они преобразуют тягу двигателя в поступательное движение автомобиля, передавая все моменты и силы на дорогу. Управляемые колеса отвечают исключительно за контроль над направлением движения автомобиля. А если колесо получает тягу от двигателя, да еще и отвечает за направление движения, то оно является комбинированным.

Автомобильное колесо в сборе (рисунок 6.20) состоит из пневматической шины, обода, ступицы и соединительного элемента - диска.

Рисунок 6.20 Автомобильное колесо. Поперечный разрез.

Пневматическая шина является самым важным элементом в конструкции колеса. Если представить себе колесо без пневматической шины – жестким, например деревянным, то нетрудно предположить, что при качении такого колеса по твердой дороге траектория перемещения оси будет копировать профиль дороги. Удары колеса о неровности дороги в этом случае будут полностью передаваться на подвеску. И все выглядит совсем иначе, когда на колесо смонтирована пневматическая шина. В месте контакта эластичная шина (обычно выполненная на основе каучука и различных добавок – от сажи до оксида кремния) деформируется. При этом небольшие неровности, деформируя шину, не влияют на положение оси колеса.

Если же колесо наезжает на более значительные препятствия, то сильные толчки вызывают увеличенную деформацию шины и плавное перемещение оси колеса. Способность пневматической шины плавно изменять отрицательное влияние дефектов дорожного покрытия на ось колеса называется сглаживающей .

Эффект сглаживания обеспечивается упругими свойствами сжатого воздуха, находящегося в шине.

Примечание
Когда часть шины при качении выходит из контакта с дорожной поверхностью, доля энергии, затраченная на деформацию шины, тратится на внутреннее трение в резине, превращаясь в теплоту. Нагрев отрицательно влияет на свойства шин, как результат - ускорение износа.
Потери энергии зависят от конструкции шины, внутреннего давления воздуха в ней, нагрузки, скорости движения и передаваемого крутящего момента. С увеличением деформации шины растут и потери на внутреннее трение, следствием этого является увеличение затрачиваемой мощности на движение автомобиля.
Для уменьшения деформации и необратимых потерь давление воздуха в шине надо увеличивать. Однако для удовлетворения требований по обеспечению высокой сглаживающей способности шины, с одной стороны, и по уменьшению необратимых потерь на внутреннее трение, с другой стороны, давление воздуха в шинах каждого типа устанавливают с учетом их конструктивных особенностей и условий эксплуатации.

Давление воздуха в шине колеса является важнейшим эксплуатационным показателем и каждым производителем устанавливается в соответствии с конструкцией и прямым назначением шины.

Колесный диск обычно устанавливают на ступицу колеса, которая, в свою очередь, установлена в поворотный кулак и свободно вращается на роликовых подшипниках. Изготавливают диск из листового металла путем штамповки и последующей сварки элементов. Диски могут быть отлиты из легкосплавных материалов (например, алюминиевого и магниевого сплава), а могут быть и кованными, которые совмещают в себе легкосплавный материал и штамповку.

Пневматическая шина

Внимание
Эксплуатация шины с протектором, высота которого меньше предельно допустимой нормы, установленной правилами дорожного движения, ЗАПРЕЩЕНА! Минимально допустимая высота протектора:

• для легковых автомобилей – 1,6 мм;
• для грузовых автомобилей грузоподъемностью свыше 3,5 тонн – 1,0 мм;
• для автобусов – 2,0 мм;
• для мотоциклов – 0,8 мм.

Устройство шины

Примечание
Стоит отметить, что на данный момент шины делятся на два типа: камерные и бескамерные. В шинах первого типа есть специальная камера, в которую закачивается воздух. В бескамерных шинах покрышка устанавливается на обод, уплотняется и накачивается воздухом.

Рисунок 6.21

Резина, использующаяся для производства покрышек, состоит из каучука (натурального или синтетического), к которому добавляются сера, сажа, смола, мел, переработанная старая резина и другие примеси и наполнители. Покрышка состоит из протектора, подушечного слоя (с брекером), каркаса, боковин и посадочных бортов с сердечниками (силовое кольцо), как показано на соответствующем рисунке 6.21. Каркас служит основой покрышки: он соединяет все ее части в одно целое и придает покрышке необходимую жесткость, при этом обладает высокой эластичностью и прочностью. Каркас покрышки выполнен из нескольких слоев корда толщиной 1-1,5 мм. Число слоев корда является четным для равномерного распределения прочности конструкции и составляет обычно 4 или 6 для шин легковых автомобилей и 6-14 для шин грузовых автомобилей и автобусов.

Интересно
С увеличением числа слоев корда повышается прочность шины, но одновременно увеличивается ее масса и возрастает сопротивление качению, что неприемлемо.

Корд представляет собой специальную ткань, состоящую, в основном, из продольных нитей диаметром 0,6 - 0,8 мм с очень редкими поперечными нитями. В зависимости от типа и назначения шины корд может быть хлопчатобумажным, вискозным, капроновым, перлоновым, нейлоновым и металлическим. Самым дешевым из всех является хлопчатобумажный корд, но он имеет наименьшую прочность, которая, к тому же, существенно уменьшается при нагреве шины. Прочность капронового корда приблизительно в 2 раза выше, чем хлопчатобумажного, а перлонового и нейлонового кордов - еще выше. Наиболее прочным является металлический корд, нити которого скручены из высококачественной стальной проволоки диаметром 0,15 мм. Прочность металлического корда выше хлопчатобумажного более чем в 10 раз, и она не снижается при нагреве шины. Шины из такого корда имеют небольшое число слоев (1-4), меньшие массу и потери на качение*, они более долговечны. Нити корда располагают под некоторым углом к плоскости, проведенной через ось колеса. Угол наклона нитей зависит от типа и назначения шин. Он составляет 50-52° для обычных шин.

Примечание
* Потери на качение. Как ни крути, а при движении, точнее при качении, во всех слоях шины возникает трение и, как следствие, шина сначала деформируется как бы с запозданием, а потом с таким же запозданием приходит в исходное положение. В результате этого не хитрого действия шина начинает нагреваться. Если нагревается, значит просто тратит часть, приложенной к ней энергии предназначенной для качения в пустую. Ученые многих лабораторий изучают вопросы данной проблемы с целью снижения потерь на качение.

Подушечный слой (и брекер) связывает протектор с каркасом и предохраняет каркас от толчков и ударов, воспринимаемых протектором от неровностей дороги. Он обычно состоит из нескольких слоев разреженного обрезиненного корда, толщина резинового слоя в котором значительно больше, чем у каркасного корда. Толщина подушечного слоя равна 3-7 мм, а число слоев корда зависит от типа и назначения шины.

Боковины предохраняют каркас от повреждения и действия влаги. Их обычно изготовляют из протекторной резины толщиной 1,5-3,5 мм.

Борта надежно удерживают покрышку на ободе. Снаружи борта имеются один-два слоя прорезиненной ленты, предохраняющей их от истирания об обод и от повреждений при монтаже и демонтаже шины. Внутри бортов имеются стальные проволочные сердечники. Они увеличивают прочность бортов, предохраняют их от растягивания и предотвращают соскакивание шины с обода колеса.

Камера удерживает сжатый воздух внутри шины. Она представляет собой эластичную резиновую оболочку в виде замкнутой трубы. Для плотной посадки (без складок) внутри шины размеры камеры несколько меньше, чем внутренняя полость покрышки. Поэтому заполненная воздухом камера находится в покрышке в растянутом состоянии. Толщина стенки камеры обычно составляет 1,5-2,5 мм для шин легковых и 2,5-5 мм для шин грузовых автомобилей и автобусов. На наружной поверхности камеры делаются радиальные риски, которые способствуют отводу наружу воздуха, остающегося между камерой и покрышкой после монтажа шины. Камеры изготовляют из высокопрочной резины.

Особенности бескамерной шины

Бескамерная шина не имеет камеры и ободной ленты и выполняет одновременно функции покрышки и камеры. По устройству она очень близка к покрышке камерной шины и по внешнему виду почти не отличается от нее. Особенностью бескамерной шины является наличие на ее внутренней поверхности герметизирующего воздухонепроницаемого резинового слоя толщиной 1,5-3,5 мм.

Примечание
Материал каркаса бескамерной шины также характеризуется высокой воздухонепроницаемостью, так как для него используют вискозный, капроновый или нейлоновый корд, воздухонепроницаемость которого в 5-6 раз выше, чем у хлопчатобумажного корда.

Примечание
Посадочный диаметр бескамерной шины уменьшен, она монтируется на герметичный обод.

Рисунок протектора

Внимание
Согласно правилам дорожного движения, запрещается устанавливать на одной оси шины различных размеров и с разным рисунком протектора.

Назначение

В идеальных условиях протектор должен отсутствовать в принципе (посмотрите на слики формульных болидов), чтобы площадь контакта шины с поверхностью дороги была максимальной. Однако идеальные условия – это когда дорога покрыта асфальтобетоном, причем сухим. Как только на поверхности появится хотя бы небольшой слой воды или поверхность станет просто влажной, коэффициент сцепления* шины с дорогой резко упадет, контакт потеряется и водитель утратит управление над автомобилем. Для того чтобы при наезде на поверхность со слоем воды эту самую воду было куда отводить (можно сказать, в принудительном порядке), покрышка пестрит «ёлочкой» протектора. Если же шина предназначена для движения в зимний период, значит и форма протектора будет соответствующей - увеличенное количество ламелей и грязеотводов.

Примечание
* Сила с которой колеса «цепляются» за дорогу характеризуется коэффициентом сцепления шин с дорогой. Коэффициент сцепления – это отношение силы сцепления колес с дорогой к весу, который приходится на данное колесо. Коэффициент сцепления с дорогой имеет решающее значение при торможении и разгоне автомобиля. Чем выше коэффициент сцепления колеса, тем более высокая будет интенсивность разгона и торможения автомобиля.

Рисунки протектора шин

• Ненаправленный рисунок (рисунок 6.22) - рисунок, симметричный относительно вертикальной оси колеса, проходящей через его ось вращения. Это самый универсальный рисунок, именно поэтому основная часть шин выпускается с таким рисунком.
• Направленный рисунок (рисунок 6.23) - рисунок, симметричный относительно вертикальной оси, проходящей через центральную часть протектора. Среди преимуществ такого рисунка - улучшенная способность отвода воды из пятна контакта с дорогой и пониженная шумность.
• Асимметричный рисунок (рисунок 6.24) - рисунок, не симметричный относительно вертикальной оси колеса. Такой рисунок используется для реализации различных свойств в одной шине. К примеру, наружная сторона шины лучше работает на сухой дороге, а внутренняя - на мокрой поверхности.

Маркировка шин

Существует два понятия, относящиеся к каждой модели шины: типоразмер и индексы.
Например, указан типоразмер - 255/55 R16, где
255 – ширина профиля шины в мм;
55 – отношение высоты профиля шины (от посадочного обода до наружного края колеса) к ширине профиля в процентах.

Примечание
Примечательно, что чем меньше эта цифра, тем шире шина.

R - радиальная конструкция корда, составные нити корда в слоях каркаса имеют радиальное расположение (направлены от борта к борту);
16 - посадочный диаметр обода в дюймах (1 дюйм = 2,54 см).

В индексах указываются параметры максимальной нагрузки на одну шину в килограммах и индекс скорости – максимальная допустимая скорость движения в км/ч, а также дополнительные индексы, характеризующие свойства конкретной шины.

Рисунок 6.25

Существует два типа маркировки: для шин внутреннего рынка и для зарубежных шин.

Маркировка шин внутреннего рынка

В соответствии с ГОСТом на покрышку наносятся следующие обязательные надписи:

• товарный знак и (или) наименование изготовителя;
• наименование страны-изготовителя на английском языке - «Made in…»;
• обозначение шины;
• торговая марка (модель шины);
• индекс несущей способности (грузоподъемности);
• индекс категории скорости;
• «Tubeless» - для бескамерных шин;
• «Reinforced» - для усиленных шин;
• «M+S» или «M.S» - для зимних шин;
• «All seasons» - для всесезонных шин;
• дата изготовления, состоящая из трех цифр: первые две обозначают неделю изготовления, последняя - год;
• «PSI» - индекс давления от 20 до 85 (только для шин с индексом «С»);
• «Regroovable» - в случае возможности углубления рисунка протектора методом нарезки;
• знак официального утверждения «E» с указанием номеров официального утверждения и страны, выдавшей сертификат;
• номер ГОСТа;
• национальный знак соответствия ГОСТу (допускается наносить только в сопроводительной документации);
• порядковый номер шины;
• знак направления вращения (в случае направленного рисунка протектора);
• «TWI» - место расположения индикаторов износа;
• балансировочная метка (кроме шин 6,50-16С и 215/90-15С, поставляемых в эксплуатацию);
• штамп технического контроля.

Маркировка зарубежных шин

На таких покрышках могут присутствовать иные обозначение:

• «Тous terrain» - всесезонная;
• «R+W» (Road + Winter) - дорожная + зимняя (универсальная);
• «Retread» - восстановленная;
• «Inside» - внутренняя сторона;
• «Outside» - наружная сторона;
• «Rotation» - направление вращения (для шин с направленным рисунком);
• «Side facing inwards» - внутренняя сторона (для асимметричных шин);
• «Side facing outwards» - наружная сторона (для асимметричных шин);
• «Steel» - обозначение наличия металлокорда;
• «TL» - бескамерная шина;
• «ТТ» или «MIT SCHLAUCH» - камерная шина.

Шины Run-flat

Технология Run-flat применяется при производстве дорогих автомобильных шин. Такие шины имеют усиленные боковины. Наличие прочных вставок в боковине шины из резины специального состава позволяет ей выдерживать вес автомобиля даже в спущенном состоянии.

На спущенном колесе с шинами Run-flat можно проехать порядка 80 км, если машина полностью загружена. Если в машине находится только водитель, то двигаться на спущенной шине можно около 150 км (на скорости не более 80 км/ч). Возможность проехать как минимум 80 км на спущенном колесе без последствий для диска и подвески позволяет водителям избежать сложной и небезопасной смены колес в автомобильном потоке. Инженеры добились того, что покрышку после вулканизации можно использовать повторно.

Рисунок 6.26

Примечание
Из соображений безопасности run-flat-покрышки могут устанавливаться только на автомобилях с системой электронного контроля курсовой устойчивости и датчиками давления воздуха в шинах, которые предупреждают об изменении давления воздуха в шинах.

Колесные диски

Обозначение дисков

Рисунок 6.27

Маркировку шин знать полезно, поскольку шина надевается на диск, который также имеет свою маркировку, и эта маркировка должна соответствовать подбираемой шине.

К примеру, маркировка на диске «8.5J x 17 Н2 5/112 ET 35 d 66.6» имеет следующую расшифровку:

Примечание
Обозначение диска наносится на внутреннюю поверхность, должна дублироваться на упаковке и быть в сопроводительной документации или наклейках.

8.5 - ширина обода в дюймах. Приведенный размер должен в обязательном порядке соотноситься с шириной шины;

Внимание
Шина, ширина которой не соответствует ширине диска, во время движения может соскочить.

x - знак между условными обозначениями ширины и посадочного диаметра указывает на то, что обод колеса неразъемный;

17 – посадочный диаметр обода колеса в дюймах, который должен в обязательном порядке соответствовать посадочному диаметру шины;

Примечание
На легковых автомобилях применяются колеса диаметром от 12 до 32 дюймов, наиболее распространенные диаметры – 14-16 дюймов.

J – буква кодировки, информирующая о конструктивных особенностях бортовых закраин обода (углы наклона, радиусы закругления и т. п.);

Н2 - буква «Н» (сокращение от англ. слова «Hump») указывает на наличие кольцевых выступов (так называемых хампов) на полках обода, которые удерживают бескамерную шину от соскакивания с диска. Зачастую на колесе присутствуют два хампа (обозначение «Н2»), однако хамп может быть и один (обозначение «Н»), они могут иметь плоскую форму (FH – «Flat Hump»), быть асимметричными (AH – «Asymmetric Hump»), комбинированным (CH – «Combi Hump»);

5/112 – PCD («Pitch Circle Diameter» Диаметр, образованный центрами отверстий подкрепление колеса) - цифра «5» обозначает количество крепежных отверстий в диске для болтов или гаек (наиболее часто встречаются колеса с количеством крепежных отверстий от 4 до 6, реже – 3, 8 или 10), «112» – диаметр окружности, образованной центрами крепежных отверстий, в мм. Существует определенный ряд таких диаметров - например, 98; 100; 112; 114,3; 120; 130; 139,7 и некоторые другие. Часто они применяются производителями по традиции или как наиболее подходящие для автомобилей определенного назначения – так, размер 139,7 характерен для пикапов и внедорожников;

ET – обозначение размера вылета диска в мм;

Примечание
Вылет диска колеса (смотрите рисунок 6.27) - это размер между посадочной (привалочной) плоскостью диска колеса, которая прилегает непосредственно к ступице колеса и осью симметрии обода колеса.
Если плоскость прилегания к ступице колеса находится «снаружи» относительно оси симметрии, вылет колеса называется положительным, например, ЕТ35; если «изнутри» (ближе к автомобилю) – вылет отрицательный, например, ЕТ-20. Проще говоря, чем больше колесо выступает за пределы кузова, тем меньше значение вылета. Если в обозначении вылета стоит ноль, значит поверхность прилегания к ступице колеса лежит на оси симметрии обода диска.

Внимание
Установка колесных дисков с уменьшенным по сравнению со стандартным вылетом, может придать иной вид автомобилю, однако такой поворот событий может отрицательно повлиять как на управляемость, так и на ресурс подшипников ступиц колес.

d – диаметр ступицы или диаметр центрального отверстия в мм.

Примечание
В самом лучшем варианте данный диаметр должен соответствовать диаметру посадочного пояска на ступице автомобиля.

Внимание
Всегда для крепления колес необходимо применять только специальные болты и гайки крепления.