КОНСТРУКЦИЯ ШИН

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

На рис. 1.1 показаны элементы конструкции шины, включающие:

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.

Рис. 1.1. 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

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 (рис.1.2) 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.

Рис. 1.2. Поверхность центральной беговой дорожки, шашек и блоков зимней шины насыщена большим количеством ламелей

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.

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.