Строение пневматической шины

 

Пневматическая шина представляет собой упругую оболочку, жестко смонтированную на ободе колеса и наполненную сжатым воздухом. Упругость шины обусловлена давлением воздуха во внутренней ее полости,поэтому пневматические шины легче деформируются при кон­такте с неровностями дороги и обладают лучшей аморти­зирующей способностью. Сжатый воздух придает шине необхо­димую жесткость, что дает возможность передавать тяговое уси­лие двигателя на дорогу и сохранять устойчивость автомобиля при движении. Основным назначением шин является смягчение и гашение ударов, толчков и других динамических нагрузок, воз­никающих при движении автомобиля.

Обычно пневматическая шина состоит из камеры, покрыш­ки и ободной ленты (рис.3.1).

Рис.3.1- Основные элементы пневматической шины

1 - покрышка; 2 - камера; 3 - ободная лента, 4 - обод

 

Камера представляет собой торообразную эластичную ре­зиновую трубку, снабженную вентилем для входа и выхода воз­духа, и предназначена для обеспечения герметичности пневмати­ческой шины. Размеры камеры всегда несколько меньше разме­ров внутренней полости покрышки, что облегчает монтаж шины и предотвращает образование складок.

Однако вследствие этого резина камеры в рабочем состоянии всегда испытывает опреде­ленную деформацию растяжения, что является причиной

быстро­го разрастания прокола или пореза, случайно образовавшегося при эксплуатации шины. На внешней поверхности камеры имеет­ся ряд кольцевых

 

выступов высотой 0,4-0,8 мм и шириной 1-2 мм, что облегчает удаление воздуха из пространства между камерой и внутренней поверхностью покрышки при накачивании собранной шины и предотвращает образование пузырей воздуха между ними при эксплуатации (вследствие некоторой газопрони­цаемости стенки камеры). Часть камеры, прилегающую к ободу колеса (или к ободной ленте), называют бандажной, а прилегаю­щую к покрышке в зоне протектора - беговой.

Толщина стенок камеры часто одинакова по всему попе­речному сечению. Однако применяются камеры с увеличенной толщиной бандажной части или с большей толщиной беговой части. Утолщение стенки камеры в бандажной части для повы­шения ее прочности в этой зоне делается с учетом старения рези­ны вследствие нагрева обода от теплоты, выделяемой в тормоз­ных барабанах. Такие камеры применяются обычно для шин, ра­ботающих на высоких скоростях. Увеличение толщины стенки беговой части камеры способствует предохранению ее от сквоз­ных проколов. Такие камеры используются большей частью для шин, эксплуатируемых на неусовершенствованных дорогах.

Камеры изготовляют из высокоэластичных резин, обла­дающих низкой газопроницаемостью.

В камеру вмонтирован вентиль с обратным воздушным клапаном для накачивания и выпуска воздуха. В настоящее время для камер пневматических шин применяются вентили в основном трех конструкций: резино-металлические (рис. 3.2, а), с обрезиненным фланцем (рис. 3.2, б и в) и металлические (рис. 3.2 г и д).

 

Рис 3.2- Вентили для автокамер

а) резино-металлический тип ЛК; б, в) с обрезиненным фланцем соответственно РК и ГК; г, д) ме­таллические соответственно МК и УК; 1 - корпус; 2 - золотник в сборе; 3 - колпачок-ключ; 4 - гайка; 5 – шайба

 

Эти конструкции различаются главным образом способами крепления к стенке камеры, формой и размерами. Корпус венти­лей изготовляют из латунной трубки. У резино-металлических вентилей латунный корпус снаружи покрыт слоем резины, обра­зующей в нижней части плоскую пятку, которая привулканизо­вывается к стенке камеры. Такие вентили предназначены в ос­новном для камерных легковых шин и обозначаются ЛК.

У вентилей с обрезиненным фланцем обрезинивается толь­ко фланец латунного корпуса. Получаемая в результате обрезинивания пятка привулканизовывается к стенке камеры так же, как резино-металлический вентиль. Вентили с обрезиненным флан­цем выпускаются двух типов: РК - для камерных шин микроав­томобилей и ГК - для камерных шин грузовых автомобилей.

Металлические вентили не имеют резиновой пятки, а к стенке камеры привулканизовывается непосредственно фланец корпуса. Эти вентили выпускаются двух типов: МК - мотоцик­летный, для камерных шин мотоциклов, мотороллеров и мопе­дов: УК - универсальный, для камерных шин мотоциклов, легко­вых и грузовых автомобилей. Внутри корпуса любого вентиля имеется стандартное отверстие, в которое ввинчивается пружин­ный золотник.

Ободная лента выполняется в виде профилированного эла­стичного резинового кольца, в шине она располагается между камерой и ободом колеса и предназначена для уменьшения исти­рания камеры об обод и предотвращения защемления стенки ка­меры между ободом и бортом покрышки. В легковых пневмати­ческих шинах ободные ленты не используют, они не нужны так­же в бескамерных шинах.

Наиболее важной и сложной по конструкции частью пнев­матической шины является покрышка, представляющая собой прочную резинокордную оболочку торообразной формы. По­крышка воспринимает усилия от внутреннего давления воздуха и веса автомобиля, передает тяговые, тормозные и боковые силы от автомобиля к дороге, обеспечивает сцепление шины с дорогой и защищает камеру от механических повреждений. Кроме основ­ных деталей (каркас, брекер, протектор, два борта и боковины) в современной конструкции покрышки содержится значительное число более мелких элементов (рис. 3.3).

Рис.3.3 Устройство покрышки радиальной конструкции

1 - гер­метизирующий слой; 2- каркас; 3 - брекер; 4 – протектор

 

Каркас является основной силовой частью пневматической шины и обычно состоит из нескольких слоев обрезиненного тек­стильного корда (иногда металлокорда). Число слоев и располо­жение кордных нитей в каркасе зависят от конструкции шины, типа корда, величины радиальной нагрузки, внутреннего давле­ния, условий эксплуатации и др. При большом числе слоев корда между отдельными слоями прокладывают резиновые прослойки (сквиджи), снижающие, сдвиговые напряжения между слоями. Прослойки размещают преимущественно между слоями каркаса, расположенными ближе к протектору, где возникают наиболь­шие деформации сдвига. В шинах, работающих при больших ра­диальных деформациях (шины с регулируемым внутренним дав­лением, арочные и др.), число таких прослоек увеличивают. Края слоев каркаса закрепляют на бортовых кольцах, которые обеспе­чивают необходимую прочность и жесткость бортов. Они нави­ваются из обрезиненных плетеных проволочных лент или оди­ночных стальных проволок, расположенных параллельными ря­дами, или свитых в тросик. Бортовое кольцо (иногда вместе с на­полнительным шнуром) обертывают лентой из обрезиненной ткани. Бортовое кольцо, обернутое прорезиненной тканевой лентой, образует крыло. Тканевая лента называется крыльевой лен­той или флиппером. Крыльевая лента из прорезиненной ткани (чефера) или корда охватывает всю поверхность крыла и обеспе­чивает надежное крепление крыла в борту.

При большом числе слоев каркаса может быть несколько крыльев. При наличии нескольких крыльев для придания моно­литности и плавности очертаниям борта на наружные поверхно­сти бортовых колец накладывают наполнительные шкуры из же­сткой резины. Наполнительный шнур выполняют круглым или профилированным и его назначение - предотвращение образова­ния полостей в борту при его формировании. Крылья, с заверну­тыми на них слоями каркаса, образуют борт покрышки, обеспе­чивающий прочную посадку ее на обод.

В конце сборки на наружную поверхность борта наклады­вают полосу прорезиненной ткани, называемую бортовой лентой. Бортовая лента защищает борт от истирания и повреждения за­краинами и полками обода.

Поверх основных слоев каркаса размещается брекер, пред­ставляющий собой несколько (2-4) слоев корда (для радиальных шин чаще всего высокомодульного) с меньшей частотой нитей. Края слоев не закреплены на бортовых кольцах. Под и над слоя­ми брокера, а также между ними прокладывают резиновые про­слойки. Брекер увеличивает прочность связи протектора с карка­сом и снижает напряжения, возникающие в зоне беговой дорожки при действии внутреннего давления и сосредоточенных нагрузок. В некоторых шинах применяют брекер, состоящий только из ре­зины, а иногда он вообще отсутствует. Главное назначение брекера - предохранение каркаса от резких ударных нагрузок, а так­же повышение механической прочности пневматической шины.

Протектор - наружная резиновая часть покрышки, непо­средственно контактирующая с дорогой; протектор обеспечивает сцепление шины с дорогой и предохраняет брекер и каркас от по­вреждений. На боковых стенках покрышки протектор переходит в боковины - более тонкие резиновые слои, предохраняющие каркас от внешних воздействий (не только механических). В со­ставе протектора выделяют беговую дорожку - поверхностный слой с определенным рисунком, подканавочный слой, располагаемый между беговой дорожкой и брекером, и плечевые зоны, соединяющие беговую дорожку и подканавочный слой с бокови­нами.

Резина протектора должна обладать высокой механической прочностью и хорошей износостойкостью. Поскольку выступы рисунка протектора и подканавочный слой работают в разных режимах деформации, протектор часто изготавливают из двух различных резин: верхний слой (рисунок протектора) - из жест­кой износостойкой, а нижний (подканавочный слой) - из более-эластичной.

Тип рисунка протектора определяется условиями эксплуа­тации автомобиля или другого транспортного средства, для кото­рого предназначена шина. Рисунок протектора состоит из высту­пов (в виде отдельных шашек или сплошных грунтозацепов), вы­емок (углублений между грунтозацепами), канавок (углублений между шашками) и щелевидных прорезей шириной не более 1,5 мм в массиве выступов протектора. Под насыщенностью ри­сунка протектора понимают долю площади поверхности беговой дорожки, приходящейся на выступы.

Рисунок протектора оказывает очень большое влияние на работу шины и динамические свойства автомобиля, поскольку от характера рисунка зависят сцепление с дорогой, сопротивление качению, удобство управления машиной, шум. Поэтому тип ри­сунка протектора часто определяет и назначение шины. Различа­ют шины с дорожным рисунком (для дорог с усовершенствован­ным покрытием), с рисунком повышенной и высокой проходимо­сти (для эксплуатации в условиях бездорожья, преимущественно на мягких грунтах), с универсальным рисунком (для дорог с раз­личным покрытием) и с карьерным рисунком (для эксплуатации в условиях каменных карьеров).

Дорожный рисунок протектора (рис. 3.4, а) применяют в по­крышках, эксплуатируемых на дорогах с твердым покрытием (легковые, автобусные и т. п.). Он состоит из шашек или ребер, разделенных канавками, обычно не имеет грунтозацепов и харак­теризуется высокой насыщенностью (65-85 %).

Универсальный рисунок протектора характерен для боль­шинства грузовых шин и обычно состоит из достаточно крупных шашек и канавок в центре беговой дорожки и грунтозацепов и выемок по ее краям (рис. 3.4, б). Такой рисунок имеет меньшую насыщенность (50-70 %) и обеспечивает достаточную проходи­мость автотранспорта по любым дорогам.

Рис. 3.4. Типы рисунков протекторов покрышек

 

а - дорожный, б - универсальный, в - повышенной проходимости; 1 - шашки, 2 - канав­ки; 3 - щелевидная прорезь; 4 - выемка; m - ширина выступа; г - радиус закругления; - шаг рисунка по середине беговой дорожки; - шаг ри­сунка по краю беговой дорожки

 

Рисунок протектора повышенной проходимости состоит только из ряда грунтозацепов и выемок и чаще всего выполняется в виде «косой елки» (рис. 3.4, в). Разновидностью такого рисунка является карьерный, состоящий из массивных выступов различ­ной конфигурации, разделенных канавками.

Борта покрышки предназначены для крепления шины на ободе колеса, поэтому должны быть жесткими и нерастяжимыми (рис. 3.5). Ту часть борта, которая непосредственно прилегает к ободу колеса, называют основанием, его внутреннюю часть -носком, а наружную, прилегающую к закраине обода - пяткой.

 

Рис. 3.5 Устройство бескамерной пневматической шины

1 - бре­кер; 2 - протектор (беговая дорожка); 3 - подканавочный слой; 4 - боко­вина;

5 - концы заворотов слоев каркаса; 6, 7 - бортовые ленты; 8, 9 - бортовые кольца; 10 - наполнитель между группами слоев; 11 - наполнительный шнур; 12 - крыльевая лента; 13 - герметизирую­щий слон; 14 – каркас

 

Основными деталями борта являются бортовые крылья, состоящие из бортового кольца, наполнительного шнура, обер­точной и крыльевой лент.

В зависимости от назначения пневматические шины под­разделяются на легковые (для легковых автомобилей всех типов и легких грузовиков), грузовые (для грузовых автомобилей всех типов, автобусов, троллейбусов и прицепов), сельскохозяйствен­ные (для тракторов и сельскохозяйственных машин), строитель­но-дорожные (для строительных, дорожных и подъемно-транспортных машин), мотошины (для мотоциклов, мопедов и мотороллеров), велошины (для велосипедов).

К конструктивным признакам, определяющим различия пневматических шин, относятся: форма профиля поперечного се­чения, конструкция каркаса и брекера, способ герметизации, по­стоянство внутреннего давления, тип рисунка протектора.

В зависимости от формы профиля поперечного сечения различают шины обычного профиля, широкопрофильные, низкопрофильные, арочные и пневмокатки.

Конструкция каркаса и брекера предопределяет следующие типы шин: диагональные; радиальные (меридиональные); опоя­санные диагональные; бескаркасные.

По способу герметизации шины делятся на камерные и бескамерные.

По внутреннему давлению различают шины с постоянным и регулируемым давлением.

По габаритам шины подразделяются на малогабаритные (В 260 мм, d 457 мм), среднегабаритные (В 200-350 мм, d 457 мм) и крупногабаритные (В 350 мм при любых значениях d).

Классификация шин по назначению имеет основное значе­ние, так как определяет основные требования к конструкции шин. В каждую группу шин этой классификации могут частично или полностью входить шины с различными конструктивными при­знаками. Например, в группе грузовых шин с рисунком повы­шенной проходимости могут быть шины с различной формой профиля, конструкцией каркаса, камерные и бескамерные, с по­стоянным и регулируемым внутренним давлением.

Основные различия в конструкциях покрышек связаны с направлением нитей корда в каркасе и брекере. В покрышках диагональной конструкции угол наклона нитей в каркасе лежит в пределах от 45 до 60°. Для обеспечения симметричности конст­рукции слои располагают попарно с противоположным направ­лением нитей в соседних слоях. В покрышках радиальной конст­рукции (рис. 3.6) нити в каркасе расположены почти по меридиану, так как угол наклона не превышает 15° (обычно 0-5°), а в брекере - под углом не менее 65° (только в слое, прилегающем к каркасу, угол наклона составляет до 45°). «Гибридной» конструкцией яв­ляются опоясанно-диагональпые покрышки, в которых каркас со­бирается как в диагональных, а брекер - как в радиальных.

 

Диагональная покрышка Радиальная покрышка

 

Рис. 3.6 1-борт; 2-бортовая проволока; 3-каркас; 4-брекер; 5-боковина; 6-протектор