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.

Автомобильные шины классифицируют:

• по назначению,
• форме профиля,
• габаритам,
• конструкции,
• принципу герметизации.

По назначению шины делятся для применения на:

Легковых автомобилях;
- грузовых автомобилях малой грузоподъемности;
- микроавтобусах и прицепах к ним, во всех климатических зонах при температуре окружающей среды от -45 С° до +55 С°. Шины грузовых автомобилей применяются на грузовых автомобилях, прицепах, полуприцепах, автобусах, троллейбусах, во всех климатических зонах при температуре окружающей среды до -45 С°.

По способу герметизации шины подразделяются на:

Камерные шины, в которых воздушная полость образуется камерой;
- бескамерные шины, в которых воздушная полость образуется покрышкой и ободом колеса. Герметизация воздушной полости достигается за счет герметизирующего слоя резины, нанесенного на внутреннюю поверхность покрышки и обладающего повышенной газонепроницаемостью.

1. Камерная шина
2. Бескамерная шина

Главное достоинство бескамерной шины - длительное сохранение давления при проколе, а следовательно, - безопасность. Камерная шина при проколе теряет давление почти моментально, т. к. воздух быстро выходит через вентильное отверстие в ободе колеса. А из бескамерной шины воздух выходит только в месте прокола, и если дыра не слишком велика (от гвоздя, например), то давление теряется очень медленно. Кроме того, бескамерная шина намного легче камерной, а значит, меньше нагружает подвеску и подшипники ступиц колес, а также меньше нагревается при длительной скоростной езде.

По габаритам шины делятся на:

Крупногабаритные, с шириной профиля 350 мм (14 дюймов) и более, независимо от посадочного диаметра;
- среднегабаритные, с шириной профиля от 200 мм до 350 мм (от 7 до14 дюймов) и посадочным диаметром не менее 457 мм (18 дюймов);
- малогабаритные, с шириной профиля не более 260 мм (до 10 дюймов) и посадочным диаметром не более 457 (18 дюймов).

По форме профиля поперечного сечения (в зависимости от номинального отношения высоты профиля шины "Н" к его ширине "В") подразделяют на шины:

обычного профиля - Н/В свыше 0,89;
низкопрофильные - H/B = 0,7 - 0,88;
широкопрофильные - H/B = 0,6 - 0,9;
сверхнизкопрофильные - H/B = < 0,7;
арочные - H/B = 0,39 - 0,5;
пневмокатки - H/B = 0,25 - 0,39.

Низкопрофильные и сверхнизкопрофильные шины выпускаются для легковых, грузовых автомобилей, автобусов и троллейбусов. Эти шины имеют пониженную высоту профиля, что повышает устойчивость и управляемость автомобиля при движении.

Широкопрофильные шины применяются на автомобилях большой грузоподъемности, полноприводных автомобилях и прицепах. Их применение позволяет повысить проходимость автомобиля, сократить расход материалов, так как они применяются часто по одной шине вместо сдвоенных.

Арочные шины выпускаются бескамерными. Они устанавливаются на заднюю ось грузовых автомобилей по одной шине вместо двух обычного профиля. Протектор арочной шины имеет редко расположенные грунтозацепы. Использование этих шин резко повышает проходимость автомобилей по мягким грунтам, песку, снежной целине, заболоченным участкам. Применение их на дорогах с твердым покрытием ограничено.

Для уменьшения давления на грунт применяют вместо обычных колес пневмокатки, представляющие собой бочкообразные «пневматики» с низким внутренним давлением воздуха. Их диаметр - 1 м при ширине 1-1,5 м. Такие катки легко приспосабливаются к неровностям дороги и поглощают все толчки, поэтому оборудованные ими вездеходы вообще не нуждаются в подвеске. Обычно пневмокатки объединяются попарно в переднюю и заднюю тележки. Крутящий момент передается через систему шестерен. Такие машины способны легко передвигаться по болотам, песку, снегу и даже по железнодорожному полотну.

Конструкция шины

Каркас (бандаж) - важнейшая силовая часть шины, обеспечивающая ее прочность, воспринимающая внутреннее давление воздуха и передающая нагрузки от внешних сил, действующих со стороны дороги, на колесо.Каркас состоит из одного или нескольких слоев обрезиненного корда, закрепленных, как правило, на бортовых кольцах. Корд представляет собой ткань, состоящую из толстых нитей основы и тонких редких нитей по утку, изготавливаемую на основе натуральных или синтетических волокон, или тонких стальных нитей (металлокорд).
Брекер (слои стального корда) - это пояс, охватывающий каркас покрышки по его внешней части, непосредственно под протектором. Состоит из нескольких слоев обрезиненного металлического или другого корда. Брекер служит для улучшения связей каркаса с протектором, предотвращает его отслоение под действием внешних и центробежных сил, амортизирует ударные нагрузки и повышает сопротивление каркаса механическим повреждениям.
Протектор - это часть покрышки, которая непосредственно соприкасается с дорогой и представляющая собой толстый слой резины, состоящий из наружной рельефной части и сплошной полосы под ней. Рельефный рисунок протектора во многом определяет приспособленность шины для разных дорожных условий. Протектор обеспечивает сцепление с дорогой и предохраняет каркас от повреждений.
Плечевая зона - часть протектора, расположенная между беговой дорожкой и боковиной шины. Она увеличивает боковую жесткость шины, воспринимает часть боковых нагрузок, передаваемых беговой дорожкой и улучшает соединение протектора с каркасом.
Боковина - часть шины, расположенная между плечевой зоной и бортом, представляющая собой относительно тонкий слой эластичной резины, являющийся продолжением протектора на боковых стенках каркаса и предохраняющий его от влаги и механических повреждений. На боковинах нанесены обозначения и маркировки шин.
Борт - жесткая часть шины, служащая для ее крепления и герметизации (в случае бескамерной) на ободе колеса. Основой борта является нерастяжимое кольцо, сплетенное из стальной обрезиненной проволоки. Состоит из слоя корда каркаса, завернутого вокруг проволочного кольца, и круглого или профилированного резинового наполнительного шнура. Стальное кольцо придает борту необходимую жесткость и прочность, а наполнительный шнур - монолитность и эластичный переход от жесткого кольца к резине боковины. С наружной стороны борта расположена бортовая лента из прорезиненной ткани, или корда, предохраняющая борт от истирания об обод и повреждения при монтаже и демонтаже.

1. Бортовое проволочное кольцо
2. Боковина
3. Продольная канавка протектора
4. Плечевая часть протектора
5. Центральное ребро протектора
6. Протектор
7. Нейлоновый слой брекера
8. 2-й слой стального брекера
9. 1-й слой стального брекера
10. 2-й слой текстильного каркаса
11. 1-й слой текстильного каркаса
12. Бортовая лента
13. Пятка борта
14. Основание борта
15. Носок борта
16. Наполнительный шнур
17. Герметизирующий слой
18. Подканавочный слой протектора

Состав шины

Конструкция шины содержит различные составные части в разнообразных сочетаниях. Эти составные части отличаются друг от друга в зависимости от типоразмеров шин и их типа (летние или зимние шины).

Ниже они обозначены на взятой в качестве примера шине 205/55 R 16 СontiPremiumContact. Вес изображенной здесь шины составляет 9,3 кг.

Каучук (природный и синтетический) - 41%
Наполнители (сажа, силикаты, углерод, мел…) - 30%
Упрочнители (сталь, район, нейлон) - 15%
Размягчители (масла и смолы) - 6%
Химикаты для вулканизации (сера, оксид цинка, различные другие химикаты) - 6%
Химикаты, предотвращающие старение (против воздействия озона и усталости материала) - 1%
Прочие - 1%

По конструкции шины делятся на:

Диагональные, у которых нити корда каркаса и брекера перекрещиваются в смежных слоях, а угол наклона нитей по середине беговой дорожки в каркасе и брекере от 45° до 60°;
- радиальные, (радиальные шины бывают со съемным протектором) у которых угол наклона нитей корда каркаса 0°, а брекера -не менее 65°. Эти шины имеют каркас с меньшим числом слоев корда, чем у диагональных, мощный брекер чаще металлокордный, что обеспечивает меньшую окружную деформацию шины при качении и проскальзывании протектора в контакте с дорожным покрытием. И как следствие, радиальные шины имеют пониженное теплообразование и меньшие потери на качение, большие сроки службы, максимальную нагрузку и допустимую скорость.
Радиальные шины выпускаются трех типов: с металлокордом в каркасе и брекере (ЦМК); с кордом из синтетических или натуральных волокон в каркасе и металлокордом в брекере; с кордом из натуральных волокон в каркасе и брекере.

1. Радиальная конструкция
2. Диагональная конструкция

Виды рисунков протекторов

Дорожный (Д), летние - наиболее распространенные. Их отличают четко выраженные продольные канавки для отвода воды из пятна контакта протектора с дорогой, слабо выраженные поперечные канавки и отсутствие микрорисунка. Кроме того, они имеют обязательный плавный (скругленный) переход от протектора к боковинам. Шины этого типа обеспечивают максимальное сцепление с сухой и мокрой дорогой, обладают максимальной износостойкостью и наилучшим образом приспособлены для скоростной езды. Для движения по грунтовым дорогам (особенно мокрым) и зимой они малопригодны.

Всесезонный - хорошо приспособлены для работы на сухом и мокром асфальте, отличаются удовлетворительной приспособленностью к зимним дорогам большим износом, чем летние. Рисунок протектора всесезонной шины более разветвленный, причем элементы рисунка группируются в хорошо различимую "дорожку" и разделены канавками разной ширины; на элементах рисунка - "шашках" - имеются узкие прорези дополнительного микрорисунка. Как правило, на этих шинах маркировка all season, или условные знаки (снежинка или капля).

Универсальный (У) - (по отечественной терминологии) предназначены для работы на дорогах любого качества. Причем четкую границу между ними и всесезонными провести бывает довольно трудно. Отличаются они прежде всего более глубоким и разветвленным рисунком протектора. По западным меркам к универсальным можно отнести шины типа М+S (Mud and Snow - грязь и снег) в варианте с менее расчлененными канавками рисунка протектора, со слабо выраженным микрорисунком или без него.

Повышенной проходимости (ПП) - состоит из высоких грунтозацепов, расчлененных широкими выемками. Шины с рисунком протектора повышенной проходимости предназначены для работы в условиях бездорожья и на мягких грунтах.

Зимний (З) предназначен для работы на заснеженных и обледенелых дорогах, сцепные качества покрытия которых могут изменяться, в зависимости от ситуации, от минимальных (гладкий лед или каша из снега и воды) до небольших (укатанный снег на морозе). Рисунок протектора таких шин имеет четко выраженные "шашки" от продольных и поперечных канавок значительной глубины. У "шашек" сложный фигурный рельеф для увеличения рабочих боковых поверхностей, а также разветвленный микрорисунок. Зимние шины также обозначаются индексом M+S. Зачастую они имеют строго определенное направление движения (указано стрелкой).

Карьерный (Кар) - для работы в карьерах, лесозаготовках и т. п. (для скалистых и каменистых грунтов).

Также рисунок протектора подразделяют на:
- направленный - не симметричный относительно радиальной плоскости колеса; шины с направленным рисунком протектора предназначены для эксплуатации в условиях бездорожья и на мягких грунтах;
- асимметричный рисунок протектора - не симметричный относительно центральной плоскости вращения колеса.

По климатическому исполнению шины подразделяются на:

Шины для умеренного климата, применяемые при температуре не ниже -45 град.C;
- морозостойкие шины, предназначенные для работы в районах с температурой ниже -45 град.C;
- шины для тропического климата, изготовляемые из материалов, хорошо выдерживающих влагу и повышенные температуры.

Устройство автомобильной шины не такое простое, как может показаться. Многослойная структура резины обеспечивает плавный ход и дополнительную амортизацию колес.

Автомобильные шины представляют собой важную часть колеса. На первый взгляд, кажется, что устроена она проще некуда. Однако, если детально разобрать строение покрышки, становится понятно, что состоит она из множества деталей (борт, боковина, каркас шины и т.д.) и нескольких слоев, каждый из которых выполняет определенные функции.

Сама по себе шина автомобиля нужна для того, чтобы:

• обеспечить комфорт во время движения;
• обеспечить хорошее торможение и старт;
• способствовать хорошей амортизации автомобиля в процессе движения;
• обеспечение ровного и прямого движения и другие.

Как видно, такая важная часть машины не может быть изготовлена просто. Для обеспечения исполнения всех перечисленных выше пунктов, устройство автомобильной шины и технология производства разрабатывается детально и подробно.

Внешний слой: боковина, протектор и борт шины

Снаружи автомобильная шина покрыта слоем резины. Этот материал довольно упругий, но при этом прочный. Это не только срабатывает как дополнительная амортизация, но и сглаживает ударные нагрузки от соприкосновения с мелкими камушками и ямками на дорожном полотне.

Верхняя рельефная часть шины называется протектор. Назначение его: обеспечение сцепления с дорогой и защита колеса от случайных повреждений. Рисунок протектора шин бывает трех типов:

1. Направленный. Элементы рисунка симметричны относительно продольного сечения шины. Дает хорошее сцепление с сухой поверхностью.
2. Ненаправленный. Элементы рисунка симметричны относительно поперечного сечения шины. Хорошо выталкивает воду из-под колеса на влажной дороге.
3. Ассиметричный. Нет симметрии в элементах рисунка. Иногда одна половина исполняется по первому типу, а вторая – по второму. Универсальный рисунок для любых условий.

Различия в конструкции протектора шин диктуют их назначение: зимняя, летняя, всесезонная. Для холодного времени года, подходят шипованные варианты с глубоким рельефом, тогда как летом достаточно «лысой» резины.

Верхний рельеф плавно переходит в боковину шины, которая защищает внутренний каркас от повреждений и придает колесу дополнительную устойчивость. Кроме того, на нее наносится информация о маркировке и модели покрышки. От жесткости боковины шины зависит проколоустойчивость резины. Если боковина автомобильной шины выполнена качественно, то она не сложится при спуске колеса, а сохранит свою форму, что позволит избежать заноса.

Плотную посадку покрышки на обод колеса обеспечивает борт шины, который дополнительно усиливается бортовой лентой. Для обеспечения герметичности соединения и защиты от коррозии и попадания влаги, борт шины одевается на обод максимально плотно, натягивается на него, поэтому бортовая лента изготавливается из эластичной прорезиненной ткани – корда.

Каркас шины: как автомобильная резина становится прочной?

Чтобы покрышка была надежной и выполняла все возложенные на нее задачи, нужно усилить ее. Роль силового слоя выполняет так называемый каркас шины, который принимает на себя воздействие давления воздуха внутри колеса и внешних факторов.

Состоит каркас шины из нескольких слоев (их может быть до 10 штук) материала, нити которого могут быть из волокна, стекла, либо стали. Называется такая прослойка корд - прорезиненная ткань, представляющая собой арматуру, придающую прочность покрышке.

В зависимости от расположения нитей корда относительно друг друга, различают радиальный каркас шин и диагональный. Для последнего характерно перекрестное крепление нитей волокна. У радиального каркаса шин нити корда протянуты от одного борта, до другого. Количество слоев корда больше у покрышек для грузовых автомобилей и внедорожников.

Колеса с радиальным каркасом шин и большим количеством слоев корда хорошо подходят для эксплуатации на высоких скоростях. Тогда как диагональная резина идеально справится с бездорожьем и любыми неровностями, поскольку повредить их очень сложно.

Некоторые обозначения на боковине шины

Для маркировки шин по видам, производители используют боковую поверхность. На нее наносятся обозначения типоразмера (ширина и высота профиля, диаметр обода колеса) резины, а также некоторые символы, помогающие идентифицировать ее особенности.

Какую информацию можно найти на покрышке:

• фирма производитель;
• страна производитель;
• рисунок солнца, дождя или снежинки указывает на соответствующую сезонность;
• буква «R» обозначает радиальную конструкцию корда;
• «M+S» указывает на хорошие характеристики во время движения по грязи и снегу;
• «RF», «XL» или «REINFORCED» обозначают, что резина усилена и выдерживает большой вес груза (такие покрышки обычно имеют много слоев в каркасе, со стальным кордом);
• «E» внутри окружности – маркировка европейского стандарта качества;
• приводятся сведения о давлении;
• надпись «TWI» сообщает о наличии индикатора износа протектора.

Индикатор износа позволяет определить самостоятельно степень износа резины без помощи автомеханика. Так водитель не пропустит момент, когда покрышки пришли в негодность и подлежат замене, что безусловно повышает безопасность вождения.

Некоторые производители наносят на протектор так же индикатор обкатки. Он стирается к тому моменту, когда новая резина полностью обкатана и готова к эксплуатации на более высоких скоростях (в пределах допустимого) и совершения маневров.

Кроме перечисленных выше сведений, на боку покрышки можно найти индекс скорости – он показывает максимально допустимую скорость использования резины (для него существуют свои буквенные обозначения типов шин). Так же, немаловажный показатель – индекс нагрузки, который характеризует, какой вес автомобиля, приходящийся на одно колесо, выдержит шина.

ПОДВЕДЕМ ИТОГИ:

1. Автомобильная шина состоит из разных частей и слоев материалов;
2. Протектор не только обеспечивает сцепление с дорогой, но и дает дополнительную амортизацию;
3. Покрышка имеет прочный каркас внутри, который состоит из нескольких слоев специального прорезиненного корда;
4. Надписи на боковине резины могут многое рассказать о ее характеристиках и особенностях.

Подбирать автомобильные шины нужно в соответствии с характеристиками автомобиля: габаритными, скоростными и прочее. Резина должна использоваться в строгом соответствии с указанными на ней техническими показателями, иначе она быстро изнашивается от ненадлежащей эксплуатации.

Форма подбора шин

Специально, чтобы вам было легко выбрать подходящие шины для своего автомобиля, мы разработали удобнейшую форму подбора шин.

С помощью этой формы вы сможете подобрать модель, подходящую именно вашему автомобилю. Итак, теперь вам будет проще определиться, какую летнюю резину лучше выбрать.

Шины автомобильные состоят из двух основных элементов - протектора и каркаса. Последний берет на себя основные силовые нагрузки. Причем это не только давление воздуха изнутри покрышки, но и неровности дорожного полотна снаружи. В связи с этим для ее изготовления используется особая (корд), которая располагается по всему периметру колеса в несколько слоев. Основой корда может быть хлопок, капрон и вискоза, но чаще всего он состоит из металлической проволоки (так называемый металлокорд). При этом поверхность основы (проволоки) покрывается тонким слоем латуни, толщиной приблизительно в 0.1-0.2 миллиметра.

По сравнению со своими аналогами, такая конструкция является наиболее прочной и устойчивой к нагреванию.

Шины автомобильные и их разновидности

Все покрышки, которые устанавливаются на современные легковые и грузовые автомобили, подразделяются на две категории:

1. Радиальные.
2. Диагональные.

Радиальная шина имеет особые волокна корда с диагональным направлением соединения бортов. В таком случае в смежных слоях краски появляется неизбежное перекрещивание их путей (см. фото).

В связи с этим количество применяемых слоев корда должно быть обязательно четным. Также данный тип шин отличается тем, что волокна соединяют борта напрямую, направляясь к ним под углом 90 градусов.

Классификация радиальных покрышек

В свою очередь данный тип колес подразделяется еще на две категории и может быть как текстильным, так и комбинированным. Оба класса имеют схожий материал для изготовления каркаса. Чаще всего это синтетический нейлон. Основные их отличия - это тип брекера. На текстильных он изготовлен из а на комбинированных - из металлокорда. Именно такое сочетание материалов специалисты называют оптимальным. При этом прочность такой шины значительно повышается, а вероятность образования трещин на ободе и микропроекторе снижается до нуля.

Маркировка

Все современные производители автомобильных шин радиального типа обозначают их на боковине буквой R. В маркировке это выглядит примерно так: 180/75 R14. Очень часто автолюбители путают этот символ с посадочным радиусом колеса. На самом же деле R14 говорит о посадочном диаметре, который в данном случае равен четырнадцати дюймам. Диагональные же аналоги не маркируются подобным символом. В обозначении типоразмера данных шин есть только цифры (к примеру, 6.50-15).

Почему диагональные колеса уходят в прошлое?

Такие колеса на данный момент практически не выпускаются и не устанавливаются на легковые автомобили и на внедорожники. А все потому, что диагональные покрышки подвергаются большой деформации в области протектора во время движения. В результате этого значительно сжимаются канавки рисунка, а выступы начинают проскальзывать по опорной поверхности. За счет этого существенно ухудшается качество их сцепления с дорогой, а соответственно, и безопасность езды оказывается под угрозой.

Преимущества радиальных колес

Среди основных плюсов данного вида покрышек следует отметить их способность к эксплуатации на повышенных скоростях и легкий вес. Кроме этого, радиальные шины имеют большую несущую способность, меньше подвергаются нагреву и по своей структуре более эластичны, по сравнению с диагональными аналогами.

Также необходимо отметить, что, за счет своей малой снаряженной массы, такие колеса более безопасны в эксплуатации. На практике автомобили с радиальными шинами более маневренны и устойчивы на больших скоростях, причем исследования отмечают отличное качество сцепления как с сухим, так и с мокрым дорожным полотном.

Поскольку упомянутые автомобильные или зимние - не имеет значения) воспринимают лишь один тип нагрузок, напряженность нитей в каркасе у них значительно ниже, чем у диагональных. Это позволяет использовать меньшее количество слоев материала для каркаса, за счет чего возрастает качество теплоотвода. Кстати, каждый корд здесь является абсолютно самостоятельным. Благодаря этому отпадает необходимость в перекрещивании волокон соседних слоев (отсюда получаем менее затратное производство). Кстати, автомобильные камеры для шин данного типа не требуются. Все они бескамерные, а потому применяются на всех современных авто.

Также необходимо отметить, что радиальная резина допускает применение сверхмодульных типов корда для производства брекера. Благодаря этому получается отличное сцепление протектора с дорогой, о чем мы уже говорили ранее. А за счет жесткости брекера деформация протектора сводится к минимуму, поэтому ресурс у таких колес очень большой (по крайней мерее на ровной дороге). Вместе с тем такое колесо менее уязвимо к проколам, а ведь на наших дорогах нередко можно встретить и и стекло, и ржавые шурупы.

Недостатки

Эксплуатация автомобильных шин показала, что основным минусом таких покрышек является их чрезмерно высокая эластичность. Причем это касается не всего протектора, а лишь боковой его части. При частом передвижении по неровностям или колее это может вызвать повреждение колеса. По этой же причине радиальная шина весьма чувствительна и требовательна к давлению внутри камеры. Если этот показатель будет сильно занижен, стоит ожидать преждевременного образования повреждений при наезде на камни и бордюры. Еще одним минусом такой покрышки является её высокая стоимость.

Особенности применения

В силу своих конструкционных особенностей, радиальная шина практически вытеснила из производства своих диагональных аналогов, которые можно встретить сейчас только на грузовых автомобилях. И даже несмотря на такой «букет» недостатков, по своим характеристикам радиальные колеса далеко превосходят конкурентов, а потому используются на всех видах современного автотранспорта.

Итак, мы выяснили, какими особенностями характеризуется радиальная шина, как она маркируется и где примеряется. При рассмотрении всех преимуществ и недостатков данных колес становится очевидным, что уже в ближайшее время радиальные покрышки полностью вытеснят с мирового рынка своих диагональных собратьев.

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