Для  автомобилей и тракторов

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ«МАМИ»

 

 

А.В. Острецов,

П.А. Красавин,

В.В. Воронин

 

 

ШИНЫ И КОЛЕСА

ДЛЯ  АВТОМОБИЛЕЙ И ТРАКТОРОВ

Учебное пособие

 

 

Рекомендовано УМО вузов РФ по образованию в области транспортных машин и транспортно – технологических комплексов в качестве учебного пособия для студентов, обучающихся по специальности «Автомобиле –  и тракторостроение»

 

г. Москва – 2011

УДК 629.113.012.5

   + 629.113.012.3

 

 

  Острецов А.В., Красавин П.А., Воронин В.В. Шины и колеса для автомобилей и тракторов: Учебное пособие по дисциплине «Конструкция автомобиля и трактора» для студентов вузов, обучающихся по специальности 190201 (150100) «Автомобиле – и тракторостроение». – М.: МГТУ «МАМИ», 2011. – 85 с.

 

  В учебном пособии изложены особенности конструкции шин и колес для автомобилей и тракторов, предъявляемые к шинам и колесам требования, классификация и обозначения. Даны назначение и принцип работы системы регулирования давления воздуха в шинах. Рассмотрены перспективные разработки в области создания безопасных и боестойких шин.

  Приведен порядок выбора шин и колес для колесных машин.

 

  Рецензенты: Зав. кафедрой «Колесные и гусеничные машины» МГТУ «МАМИ» засл. деятель науки РФ, д-р техн. наук, проф. ШАРИПОВ В.М.; Главный научный сотрудник 21 НИИИ МО РФ, д-р техн. наук, проф. АБРАМОВ В.Н.

 

© ОСТРЕЦОВ А.В., КРАСАВИН П.А., ВОРОНИН В.В., 2011

© Издательство МГТУ «МАМИ», 2011

 

                                            Содержание

Введение.............................................................................................................  4

1. Шины для автомобилей и тракторов.......................................................  7

1.1. Требования, предъявляемые к шинам..................................................  7

1.2. Классификация шин...............................................................................  9

1.3. Обозначения и маркировка шин........................................................... 14

1.4. Конструкция шин................................................................................... 20

1.4.1. Диагональные и радиальные шины............................................. 23

1.4.2. Камерные и бескамерные шины.................................................. 27

   1.4.3. Шины обычного профиля и широкопрофильные...................... 30

   1.4.4. Арочные шины...............................................................................   33

   1.4.5. Пневмокатки................................................................................... 35

   1.4.6. Шины для Военной автомобильной техники.............................. 36

1.5. Системы регулирования давления воздуха в шинах........................... 38

1.6. Разработка безопасных и боестойких шин........................................... 41

1.7. Выбор шин............................................................................................... 52

2. Колеса для автомобилей и тракторов....................................................... 55

2.1. Требования, предъявляемые к колесам................................................. 55

2.2. Классификация колес.............................................................................. 57

2.3. Конструкции колес.................................................................................. 58

      2.3.1. Дисковые колеса............................................................................. 58

      2.3.2. Бездисковые колеса........................................................................ 66

      2.3.3. Колеса для специальных колесных машин.................................. 68

2.4. Материалы и технология изготовления колес...................................... 69

2.5. Обозначения колес.................................................................................. 73

2.6. Способы крепления и центрирования колес........................................ 74

  Список литературы.......................................................................................... 81

  Приложение....................................................................................................... 83

 

Введение

 

  Шины являются важнейшим элементом любой колесной машины. Взаимодействуя с различными опорными поверхностями, шины оказывают существенное влияние на большинство эксплуатационных свойств колесной машины: безопасность движения, тягово-скоростные свойства, профильную и опорную проходимость, устойчивость и управляемость, комфортабельность, плавность хода, топливную экономичность.

Это влияние соизмеримо с влиянием силового агрегата, трансмиссии и других составных частей колесной машины. Вместе с колесами шины выполняют опорные функции и функции преобразования вращательного движения колес в поступательное движение колесной машины, и все процессы, происходящие в агрегатах и узлах машины и направленные на осуществление ее движения, завершаются и реализуются в контакте шин с опорной поверхностью (рисунок 1).

  Безопасность движения подразумевает сохранение способности управляемого движения колесной машины и предотвращение или предупреждение нежелательных последствий опасных ситуаций, возникающих при движении. В настоящее время на большинство колесных машин устанавливаются пневматические шины, работоспособность которых обеспечивается за счет избыточного давления воздуха внутри них. При сквозных повреждениях шины происходит частичная или полная потеря давления воздуха в ней, что увеличивает сопротивление качению, вызывает ее разогрев и разрушение и приводит к невозможности дальнейшего движения колесной машины без замены колеса, а при движении с большой скоростью – к потере управляемости и дорожно-транспортному происшествию.

  Разработка безопасных и боестойких шин, позволяющих колесной машине после повреждения шины определенное время сохранять возможность безопасного передвижения, является одним из основных направлений повышения ее подвижности, а для армейской машины – и живучести (возможности выполнения поставленной задачи при воздействии внешних окружающих факторов).

Рисунок 1 – Обобщенная схема повышения эффективности колесного движителя, его взаимосвязи с составными частями колесной машины и влияния на её основные эксплуатационные свойства

  Правильный выбор шин непосредственным образом влияет на тягово-скоростные свойства колесной машины (динамику разгона, максимальную скорость, среднюю скорость движения по дорогам различного состояния), которые, в первую очередь, зависят от мощности двигателя и особенностей ее передачи к ведущим колесам. Максимальная скорость, как правило, ограничивается тепловой нагруженностью шин. Общеизвестно [1, 7, 9 – 11], что одним из решающих факторов, влияющих на достижение максимальной скорости и степень нагрева шин, является сопротивление их качению. Величины же сопротивления качению непосредственно зависят от конструкции шин и их удельной нагруженности.

  Топливная экономичность колесной машины определяется величиной (коэффициентом) сопротивления ее движению, значительную часть которого составляет сопротивление качению шин. По оценкам специалистов [9] применительно к современным автомобилям с поршневыми двигателями снижение коэффициента сопротивления качению на 0,001 (4…10 %) наиболее характерной его абсолютной величины, соответствующей качению по дорогам с твердым покрытием, эквивалентно уменьшению расхода топлива двигателем на тонну массы автомобиля в среднем на 0,08…0,20 л/100 км.

  Также, прежде всего от правильного выбора шин, зависит одно из основных эксплуатационных свойств колесных машин – подвижность, которая характеризуется, кроме упомянутых выше тягово-скоростных свойств, опорной и профильной проходимостью, устойчивостью и управляемостью, маневренностью и др. Главной составляющей, ограничивающей подвижность армейских колесных машин, является опорная проходимость. Ее уровень определяется соответствием нагрузочных, размерных, жесткостных показателей шин, рисунка и конструкции их протектора физико-механическим характеристикам деформируемых грунтов различного состояния и снежной целины.

  Кроме того, шины являются трудоемкой и дорогостоящей продукцией. Стоимость комплекта шин для грузового автомобиля составляет около 25 % от его первоначальной стоимости, а в процессе эксплуатации автомобиля на них приходится 10…15 % эксплуатационных расходов [1].

  Все это предопределяет важность правильного выбора шин, от чего зависит и безопасность, и хорошие эксплуатационные свойства автомобиля.

 

 

Требования, предъявляемые к шинам

В данном разделе приведены требования, предъявляемые к шинам с избыточным внутренним давлением воздуха.

1.1.1. Общие требования:

- безопасность (в отношении самой шины и в отношении движения автомобиля);

- легкость и прочность конструкции;

- экономичность: низкая стоимость; малое сопротивление качению (низкие гистерезисные потери); высокая износостойкость; достаточная глубина рисунка протектора; длительный срок службы (ресурс); возможность восстановления протектора шины;

- технологичность изготовления;

- экологичность эксплуатации.

1.1.2. Специальные требования:

- хорошее сцепление с твердой опорной поверхностью, позволяющее снизить буксование и юз колес при передаче тяговых, тормозных и боковых сил (обеспечение устойчивости движения колесной машины);

- надежная посадка бортов шины на полки обода и обеспечение нераскрытия стыков между бортами шины и закраинами обода;

- низкая температура разогрева, определяемая конструкцией каркаса и типом материала каркаса и брекера;

- возможность продолжительного движения с максимальной скоростью, соответствующей индексу скорости (скоростная прочность);

- восприятие усилий, возникающих при криволинейном движении колесной машины (обеспечение хороших показателей управляемости);

- малое сопротивление повороту колеса;

- стойкость к механическим повреждениям;

- сопротивляемость повреждению боковин радиальных шин;

- легкость монтажа и демонтажа;

- возможность длительной работы с цепями противоскольжения.

1.1.3. Дополнительные требования к шинам для легковых автомобилей:

- малая склонность к аквапланированию;

- пригодность к эксплуатации в зимний период;

- хорошие амортизирующие свойства, способствующие повышению плавности хода автомобиля;

- низкий уровень шума, особенно при высоких скоростях движения;

- отсутствие «визга» при разгонах, торможениях и поворотах автомобиля.

1.1.4. Дополнительные требования к шинам с рисунком протектора повышенной проходимости:

- высокие тягово-сцепные свойства;

- низкое удельное давление на опорную поверхность, что обусловливает высокую проходимость колесной машины;

- хорошая самоочищаемость протектора при движении по размокшим связным и липким грунтам (глина, суглинок, чернозем).

1.1.5. Дополнительные требования к шинам для Военной автомобильной техники:

- должны быть обеспечены: работоспособность шин в неповрежденном состоянии при изменении внутреннего давления воздуха от номинального до минимально допустимого; заданный уровень проходимости автомобиля по всем видам дорог и местности; высокая скорость (до 100 км/ч) на дорогах с твердым покрытием;

- приведенная удельная нагруженность шин регулируемого давления по объему, являющаяся качественным показателем уровня опорной проходимости колесной машины, не должна превышать 8,0 и 7,0 т/м³ для радиальных и диагональных шин, соответственно;

- шины должны оставаться работоспособными в движении при их механических (проколах) и других видах сквозных повреждений при обеспечении соответствующего соотношения между величиной внутреннего давления воздуха в них и скоростью движения автомобиля;

- шины должны обеспечивать сохранение подвижности автомобиля (пробег не менее 50 км со скоростью не менее 50 км/ч) при движении без избыточного внутреннего давления воздуха;

- шины должны изготавливаться из резиновых смесей, приспособленных к работе в диапазоне температур окружающего воздуха от минус 50⁰С до плюс 50⁰С;

- шины должны обеспечивать скрытность автомобиля от тепловой или ИК-заметности, которая определяется контрастом (по разнице температур) внешних элементов автомобиля и окружающей среды.

Классификация шин

1.2.1. По назначению:

  - шины для легковых автомобилей, прицепов к ним, легких грузовых автомобилей и автобусов особо малой вместимости;

  - шины для грузовых автомобилей, прицепов к ним, автобусов и троллейбусов;

- шины для тракторов и прицепов к ним;

- специальные шины.

 Ассортимент, технические условия, основные параметры и размеры шин для автомобилей регламентируются государственными стандартами:

- шины для легковых автомобилей, прицепов к ним, легких грузовых автомобилей и автобусов особо малой вместимости – ГОСТ 4754, 20993;

- шины для грузовых автомобилей, прицепов к ним, автобусов и троллейбусов – ГОСТ 5513, 12715, 8430;

- шины с регулируемым давлением – ГОСТ 13298, 24985;

- шины с регулируемым давлением для военной техники – ГОСТ РВ 52395.

1.2.2. По типу рисунка протектора (рисунок 1.1).

Тип рисунка протектора шин колесных машин в значительной степени зависит от их назначения и условий эксплуатации, а также климатических условий (времени года) и других факторов. В настоящее время не всегда возможно однозначно определить тип рисунка протектора определенной шины, так как в нем могут сочетаться несколько типов рисунков, например, зимняя шина с универсальным ненаправленным рисунком.

           а)                    б)            в)          г)           д)           е)

Рисунок 1.1 – Типы рисунков протектора:

а – дорожный; б – универсальный направленный; в – универсальный ненаправленный; г – зимний с шипами; д – карьерный;

Е – повышенной проходимости

  Тем не менее, представляется целесообразным назвать основные типы рисунков протекторов шин:

- дорожный (летние шины) – для дорог I – III категорий по СНиП 2.05.02-85. Шины для эксплуатации в зимний период и на размокших грунтовых дорогах практически непригодны;

- универсальный (универсальные шины) – для дорог с твердым покрытием в летний и зимний периоды эксплуатации и сухих грунтовых дорог;

- всесезонный (всесезонные шины) – для дорог с твердым покрытием в летний и зимний периоды эксплуатации. Характеристики этих шин и шин с универсальным рисунком протектора практически идентичны;

- зимний (зимние шины) – для заснеженных и обледенелых дорог. Протектор шин с зимним рисунком изготавливают из специальной резины, меньше твердеющей при отрицательных значениях температуры окружающего воздуха, что обеспечивает улучшенное сцепление с дорогой. При этом, однако, снижается износостойкость и срок службы шин и повышается уровень шума;

  - карьерный – для эксплуатации в карьерах на каменистых, щебеночных и гравийных опорных поверхностях. Рисунок протектора очень сильно расчлененный для того, чтобы отдельные камни не застревали в канавках протектора;

- повышенной проходимости – для бездорожья и деформируемых грунтов;

- ненаправленный – допускает любое направление вращения колеса. В настоящее время шины с этим рисунком выпускаются все реже;

- направленный (рисунок 1.2, а) – для размокших и заснеженных грунтовых дорог. Продольные и поперечные канавки расположены, как правило, симметрично относительно продольной плоскости шины, проходящей через середину протектора, и обеспечивают эффективный отвод воды и снежной взвеси из пятна контакта, хорошую самоочищаемость протектора и минимальный риск аквапланирования. Широкая центральная канавка способствует хорошей управляемости и курсовой устойчивости, а большое количество ламелей – улучшенному сцеплению шины с дорогой и снижению тормозного пути. Шины с таким рисунком менее шумные благодаря плечевым блокам специальной формы и различного размера. Однако их недостатком является то, что они требуют определенного направления вращения колеса (т.е. должны быть разные шины для левых и правых колес автомобиля);

- асимметричный (рисунок 1.2, б) – характерен несимметричным расположением дорожек протектора и продольных и поперечных дренажных канавок относительно продольной плоскости шины, проходящей через середину протектора. Это позволяет сочетать в одной шине разные свойства, например, наружную сторону выполняют с рисунком, обеспечивающим наилучшие сцепные свойства при криволинейном движении (в поворотах), а внутреннюю – при торможении.

Зимние шины с шипами противоскольжения применяются только на легковых автомобилях. Они обеспечивают существенное улучшение эксплуатационных свойств только на обледенелых и заснеженных укатанных дорогах:

- уменьшение тормозного пути в 2,0…2,5 раза;

- улучшение динамики разгона на 40 %;

- увеличение скорости прохождения поворотов, причем возникающий занос остается контролируемым.

а)                б) Рисунок 1.2 – Направленный (а) и асимметричный (б) рисунки протектора

Во всех остальных условиях эксплуатации легковых автомобилей наличие шипов снижает коэффициент сцепления шины с дорогой как в продольном, так и в поперечном направлениях. Кроме того, шипованные шины разрушают твердое дорожное покрытие. Для снижения этого отрицательного явления созданы шины с «плавающими» шипами, втягивающимися при соприкосновении с твердым дорожным покрытием.

  Шипы производят металлическими или пластмассовыми. Они должны быть износостойкими, легкими, надежно держаться в шине и как можно меньше повреждать дорожное покрытие. Наиболее распространены одно – или двухфланцевые металлические шипы с прямоугольными вставками из твердого сплава. Их размеры должны соответствовать посадочным отверстиям в шине. Выступать над поверхностью шашки они должны в пределах от 1,0 до 1,5 мм.

1.2.3. По расположению нитей слоев корда в каркасе – с диагональным или радиальным их расположением (диагональные и радиальные шины, соответственно).

1.2.4. По способу герметизации внутреннего объема – камерные и бескамерные.

1.2.5. По форме профиля (отношению высоты к ширине шины, Н/В) (рисунок 1.3) – обычного профиля (тороидные, Н/В = 0,87…1,0), широкопрофильные (Н/В = 0,50…0,85), арочные (Н/В = 0,40…0,50) и пневмокатки (Н/В = 0,25…0,40).

 

а)                        б)                        в)                            г)

Рисунок 1.3 – Геометрические формы профиля шин и их отпечатки:

А – обычного профиля (тороидная); б – широкопрофильная; в – арочная; г – пневмокаток; D – наружный диаметр шины; B – ширина профиля шины; Н – высота профиля шины; d – посадочный диаметр обода колеса; b – ширина обода колеса

Рис. 1.4. Связь ширины профиля В и габаритной ширины шины Вш

  С овременные широкопрофильные шины подразделяются на низкопрофильные, Н/В = 0,70…0,80 (или шины 70-й, 75-й и 80-й серий) и сверхнизкопрофильные, Н/В = 0,50…0,65 (или шины 50-й, 55-й, 60-й и 65-й серий), а также шины с регулируемым давлением воздуха, Н/В = 0,70…0,85.

  Необходимо отметить, что ширина профиля шины В является чисто конструкционным ее размером, замеренным по гладким боковинам на новой ненакачанной шине. Габаритная же ширина шины Вш (рисунок 1.4) учитывает толщину монтажных и декоративных поясков и надписей на номинального боковинах, увеличение размера при заполнении шины воздухом до давления, а также зависит от ширины профиля обода. У шин для легковых автомобилей размер Вш может превышать ширину профиля на величину до 6 %.

   Шины для автомобилей «Формулы I» и «Формулы 3» имеют Н/В ≈ 0,30…0,35. Дальнейшее уменьшение этого отношения приводит к резкому ухудшению характеристик эластичности шин.

 

Таблица 1.1 – Влияние прочности каркаса на несущую способность шины 390/95 R 20 автомобиля Урал-4320

Норма слойности шины,          число PR	Индекс несущей способности                 шины	Максимальная нагрузка      на колесо, кгс
10	147	3160
18	156	4000

Соответствующие индексам нагрузки (ИН) значения максимальных нагрузок на колеса (Gк) приведены в таблице 1.2.

Таблица 1.2 – Индексы нагрузки

ИН	Gк, кГс	ИН	Gк, кГс	ИН	Gк, кГс	ИН	Gк, кГс	ИН	Gк, кГс	ИН	Gк, кГс
41	145	61	257	81	462	101	825	121	1450	141	2575
42	150	62	265	82	475	102	850	122	1500	142	2650
43	155	63	272	83	487	103	875	123	1550	143	2725
44	160	64	280	84	500	104	900	124	1600	144	2800
45	165	65	290	85	515	105	925	125	1650	145	2900
46	170	66	300	86	530	106	950	126	1700	146	3000
47	175	67	307	87	545	107	975	127	1750	147	3075
48	180	68	315	88	560	108	1000	128	1800	148	3150
49	185	69	325	89	580	109	1030	129	1850	149	3250
50	190	70	335	90	600	110	1060	130	1900	150	3350
51	195	71	345	91	615	111	1090	131	1950	151	3450
52	200	72	355	92	630	112	1120	132	2000	152	3550
53	206	73	365	93	650	113	1150	133	1060	153	3650
54	212	74	375	94	670	114	1180	134	2120	154	3750
55	218	75	387	95	690	115	1215	135	2180	155	3875
56	224	76	400	96	710	116	1250	136	2240	156	4000
57	230	77	412	97	730	117	1285	137	2300	157	4125
58	236	78	425	98	750	118	1320	138	2360	158	4250
59	243	79	437	99	775	119	1360	139	2430	159	4375
60	250	80	450	100	800	120	1400	140	2500	160	4500

 

  Дробный индекс несущей способности шин для грузовых автомобилей (например, 146/143) регламентирует максимальную нагрузку на колесо как при односкатной, так и двускатной ошиновке колес оси (3000/2725 кгс, соответственно).

  В обозначениях шин для грузовых автомобилей средней и большой грузоподъемности, у которых для одного размера регламентирована различная норма слойности (см. таблицу 1.1), указывается число PR. В этом случае полное обозначение шины будет: Кама-Урал 390/95R20 147 J 10PR.

  Индекс скорости в обозначениях шин указывается после индекса грузоподъемности, а для шин легковых автомобилей скоростных категорий от S и выше может также указываться перед буквенным индексом «R» (например, 215/60VR15). Соответствующие индексам скорости значения максимальных скоростей движения (Vmax), определяемые конструкцией шин, приведены в таблице 1.3.Дата изготовления указывается в овале, например: 3903, где 39 – номер недели изготовления шины, 03 – год изготовления (2003 г.). Порядковый номер шины указывается отдельно от даты, например, 102412.

  Обозначения камер идентичны обозначениям шин. Камеры тороидных шин имеют обозначение в дюймах, например, 12.00-20, где числа условно соответствуют ширине профиля покрышки и посадочному диаметру обода колеса. Камеры широкопрофильных шин имеют обозначение в миллиметрах, например, 1200х500-508, где числа условно соответствуют наружному диаметру и ширине профиля покрышки и посадочному диаметру обода колеса.

                                         Таблица 1.3 – Индексы скорости шин

Индекс скорости	А1	А2	А3	А4	А5	А6	А7	А8	B	C
Vmax, км/ч	5	10	15	20	25	30	35	40	50	60
Индекс скорости	D	E	F	G	J	K	L	M	N	P
Vmax, км/ч	65	70	80	90	100	110	120	130	140	150
Индекс скорости	Q	R	S	T	U	H	V	W	Y	Z
Vmax, км/ч	160	170	180	190	200	210	240	270	300	>240

 

  Обозначения ободных лент состоят из двух чисел в дюймах (7.7-20) или миллиметрах (340-533): первое – ширина ленты, второе – посадочный диаметр обода колеса.

 

Конструкция шин

  Все основные типы современных шин для автомобилей и тракторов практически имеют сходную структуру конструкции.

  На рисунке 1.5 показаны элементы конструкции шины, включающие:

Рисунок 1.5 – Элементы конструкции шины:

1 – каркас; 2 – брекер; 3 – протектор; 4 – боковина; 5 – бортовая лента; 6 – пятка борта;           7 – основание борта; 8 – носок борта; 9 – борт; 10 – бортовые кольца; 11 – усилительные ленты; а – ширина борта; б – корона; в – плечевая зона; г – зона боковины; д – зона усиления; В – ширина профиля; С – ширина раствора бортов; D – наружный диаметр; Н – высота профиля; R – радиус кривизны протектора; d – посадочный диаметр обода колеса; h_c – стрела дуги протектора

   Каркас 1 – силовой элемент шины, воспринимающий действующиена нее нагрузки. Он состоит из нескольких слоев прорезиненного корда (минимум: из двух у диагональных шин, из одного (монослоя) – у радиальных шин), закрепленных на бортовых кольцах 10. С увеличением числа слоев корда повышается прочность каркаса и увеличивается грузоподъемность шины, но возрастают ее масса и сопротивление качению. Корд получают обрезиниванием специальных нитей, изготовленных из вискозы, нейлона, стекловолокна или стальной проволоки (металлокорд). Чем прочнее нити корда, тем выше долговечность шины. Резина предохраняет кордные нити от влаги, перетирания и способствует равномерному распределению нагрузок между ними. Концы слоев корда вместе с бортовыми кольцами 10 образуют борта 9, служащие для плотной посадки покрышки на ободе колеса. У бескамерной шины борта, кроме того, обеспечивают герметичность её посадки на ободе колеса.Брекер 2 – резинокордный слой, расположенный между каркасом и протектором шины. Он служит для усиления каркаса и снижения (смягчения) ударных нагрузок, действующих на колесо (каркас шины) со стороны опорной поверхности, а также более равномерного распределения их по поверхности шины. Брекер, как правило, имеет более высокую температуру по сравнению с другими элементами шины, иногда достигающую 120⁰С. От конструкции брекера в значительной степени зависит форма пятна контакта шины с дорогой.

  Протектор 3 – наружная часть шины, непосредственно контактирующая с опорной поверхностью. Протектор обеспечивает необходимый эксплуатационный ресурс работы шины, надлежащее сцепление шины с опорной поверхностью, сглаживание ударных нагрузок со стороны опорной поверхности, снижение крутильных колебаний в трансмиссии колесной машины, а также предохраняет (совместно с резиновым слоем плечевой зоны (в) и зоны (г) боковины) каркас шины от повреждений. Протекторная резина обладает высокой прочностью, эластичностью, износостойкостью, сопротивляемостью многократным деформациям и порезам, стойкостью к старению.

  Протектор состоит из рельефного рисунка, разновидность которого зависит от типа и назначения шины, и подканавочного слоя, который обычно составляет 20…30 % от толщины протектора. Практически все важнейшие эксплуатационные свойства колесной машины зависят от рисунка протектора.

  Элементами рельефного рисунка протектора являются беговые дорожки, грунтозацепы (блоки), продольные и поперечные (радиальные) канавки различной формы, длины и ширины и очень тонкие щелевидные прорези дорожек протектора и грунтозацепов – ламели [15].

Дорожки протектора – это непрерывные резиновые кольца (пояса), через которые шина взаимодействует с опорной поверхностью, или совокупность грунтозацепов, которые своим последовательным расположением по окружности шины образуют прерывистые кольца.

Грунтозацепы могут быть любой формы от простой (шашки, ëлочка) до многогранников сложной формы. Их края могут иметь острые ступенчатые кромки для обеспечения высокой проходимости или скругленные формы для улучшения характеристик качения шины.

Поперечные канавки предназначены для отвода загрязнений от центра к краям пятна контакта шины с опорной поверхностью. Чем канавки шире, тем лучше самоочищаемость протектора шины, но хуже характеристики ее качения. Кромки поперечных канавок улучшают сцепные свойства шин.

Продольные канавки собирают загрязнения от поперечных, повышают стойкость шины к аквапланированию на мокрой дороге. Их края повышают сопротивляемость шины боковому заносу, что улучшает управляемость автомобиля. Но чем больше продольных канавок, особенно прямолинейной формы, тем хуже сцепные свойства шины. Зигзагообразные канавки улучшают сцепные свойства шины, но ухудшают отвод воды и снежной взвеси.

Для зимних шин целесообразно сужение всех канавок вглубину, что улучшает самоочищаемость протектора шины от смеси воды, снега и грязи («шуги»).

Зигзагообразные ламели (рисунок 1.6) за счет «кромочного» эффекта улучшают сцепные свойства шины с дорогой в поворотах, при торможении и на участках дороги покрытых водой и укатанным снегом. Компания «Michelin» – создатель ламелей – разработала каплеобразную ламель, позволяющую сохранять сцепные свойства шины при частичном износе протектора.

  Протектор имеет не одинаковую толщину у шин различных конструкций и назначения. Чем больше толщина протектора, тем больше срок службы (ресурс) шины, тем лучше он защищает каркас от повреждений. Однако, тем больше масса шины, склонность ее к перегреву и расслоению, выше момент инерции и коэффициент сопротивления качению колеса. Толщина протектора у шин для легковых автомобилей колеблется от 7 до 12 мм, у шин для грузовых автомобилей – от 14 до 22 мм, а у арочных шин – от 40 до       60 мм. Ширина протектора составляет примерно 70…80 % ширины профиля шины.

Рисунок 1.6 – Поверхность центральной беговой дорожки, шашек и блоков зимней шины насыщена большим              количеством ламелей

  Боковины 4 – слои резины, являющиеся продолжением протектора, покрывающие стенки каркаса и выполняющие защитные функции. Боковины должны быть достаточно эластичными и, следовательно, достаточно тонкими, чтобы длительное время выдерживать многократные изгибающие силы. Боковины изготавливают как одно целое с протектором и из протекторных резиновых смесей.

  Борта9 – жесткие части шины, служащие для крепления ее на ободе колеса. Борта состоят из бортовых колец 10, выполненных из стальной проволоки, твердого резинового жгута, прорезиненной обертки бортовых колец и усилительных лент 11. Бортовые кольца необходимы для придания бортам требуемой прочности, а резиновый жгут способствует их монолитности.

Камерные и бескамерные шины

  Камерная шина (рисунок 1.8) включает покрышку и ездовую камеру (с вентилем), а шина для грузовых автомобилей – и ободную ленту.

Рисунок 1.8 – Камерная шина: 1 – покрышка; 2 – ездовая камера; 3 – привулканизированный к      камере вентиль; 4 – обод колеса

  Ездовая камера – герметичная торообразная эластичная трубка. Камера имеет вентиль, который служит для накачивания, удержания и выпуска воздуха. Для того чтобы при монтаже шины на обод колеса камера не образовывала складок, её размеры несколько меньше, чем внутренние размеры шины. В связи с этим, заполненная воздухом камера находится в растянутом состоянии. Толщина камеры в поперечном сечении неравномерна. Несколько большую толщину камера имеет в зоне максимальной деформации на участке, расположенном под протектором шины. В процессе качения колеса камера работает при высокой температуре и больших напряжениях.

  Ободная лента – профилированное эластичное кольцо, расположенное между бортами покрышки, камерой иободом колеса. Лента предохраняет камеру от износа о выступающие детали обода и борта покрышки.

  Бескамерная шина (рисунок 1.9) отличается от камерной наличием специального герметизирующего слоя резины на внутренней стороне толщиной 2...3 мм, герметичной посадкой шины на обод и специальной конструкцией бортов. Борта, кроме того, имеют несколько меньший посадочный диаметр относительно посадочного диаметра обода колеса, что обеспечивает более плотную посадку шины на обод. Обрезиненный вентиль устанавливается в ободе колеса с высокой степенью герметизации.

Рисунок 1.9 – Бескамерная шина: 1 – герметизирующий слой; 2 – уплотнительный бортовой    слой;   3 – герметичный обрезиненный    вентиль в ободе колеса

 Бескамерная шина состоит только из покрышки, поэтому для нее понятия «шина» и «покрышка» – идентичны.

  Основное преимущество бескамерных шин заключается в повышенной безопасности движения колесной машины на высоких скоростях. В камерной шине, если камера будет повреждена, то при проколе воздух из нее выйдет достаточно быстро, а при разрыве практически мгновенно, что, в первом случае, снижает безопасность движения колесной машины, а во втором, чревато дорожно-транспортным происшествием. В бескамерной шине быстрая потеря воздуха через отверстие прокола практически невозможна или вообще отсутствует при проколе инородным предметом, застрявшим в шине (за счет уплотнения предмета герметизирующим слоем), и водитель успевает это заметить. Шина (в отличие, от камерной) может быть достаточно легко отремонтирована, иногда даже без снятия с диска (разбортирования).

  Другими преимуществамибескамерных шин являются:

- меньшая масса (для грузовых автомобилей от 2 до 18 кг);

- меньшее сопротивление качению;

- меньший нагрев (за счет лучшего отвода теплоты непосредственно через металлический обод и отсутствия трения между покрышкой и камерой);

- больший срок службы (примерно на 20 %);

- большая устойчивость внутреннего давления воздуха;

- более простой монтаж;