Автомобильные колеса представляют собой отличный источник разнообразных материалов для ручного труда. Резина покрышек – очень пластичный и долговечный материал, поэтому она идеально подходит для создания скульптур и необычной садовой мебели: табуреток, кресел, столов. Вырезанные ленты с протекторами могут послужить и садовой дорожкой, и кровельным материалом. Процесс вырезания трудоемок, но себестоимость и оригинальность окупят ваши усилия. Камеры, которые используют в некоторых видах колес, предоставят вам возможность применить их в качестве надувных изделий для различных водных забав и получить плоский эластичный материал для разнообразных хозяйственных нужд. А металлические колесные диски с успехом могут служить не только в автомобиле, но и на стройке, и в саду, и даже в бане!

Вместе с тем автомобильные колеса являются современными высокотехнологичными изделиями, каждая составляющая которых обладает рядом важных параметров. Эти значения описывают не только геометрические размеры покрышек, камер, дисков, но и определяют условия эксплуатации, допустимые нагрузки и т. п. Такая информация может показаться избыточной, но лишь на первый взгляд. Одна из заповедей любого мастера гласит: необходимо знать свойства материала, с которым вы собираетесь работать. И если учесть, что большинство предлагаемых в этой книге поделок выполнено именно из покрышек – самых сложных деталей автомобильных колес, очевидно, в их устройстве стоит как следует разобраться.

 

Устройство автомобильной шины

Все основные типы автомобильных шин идентичны по структуре их конструкции. Большинство современных автомобильных шин состоит из резинокордовой оболочки-покрышки, воздухонепроницаемой замкнутой тороидальной камеры и ободной ленты (рис. 1).

Рис. 1. Камерная шина: 1 – бортовая лента; 2 – боковина; 3 – слои корда; 4 – брекер; 5 – протектор; 6 – беговая дорожка; 7 – каркас; 8 – пятка; 9 – борт покрышки; 10 – носок; 11 – проволочное кольцо; 12 – крепительные ленты крыла

В рабочем состоянии камера наполнена воздухом под определенным давлением. У бескамерных шин вместо камеры на внутренней стороне покрышки находится специальный герметизирующий слой. Амортизирующая способность автомобильной шины определяется давлением воздуха в шине и ее эластичностью.

Работает автомобильная шина в чрезвычайно сложных и зачастую жестких условиях. Шина должна обладать большой эластичностью, прочностью и износостойкостью, так как она воспринимает нормальную, тангенциальную и боковую нагрузки, смягчает толчки и удары. Шины должны сопротивляться износу протектора и выдерживать многократные сложные деформации.

Конструкция и материал элементов отличаются у шин различных типов. Так, шины легковых автомобилей по конструкции отдельных элементов, габаритам, размерам и качеству применяемых материалов отличаются от шин грузовых автомобилей. Они имеют более эластичный каркас, меньшую высоту и большую расчлененность рисунка протектора, меньший наружный и посадочный диаметры. Ввиду большей величины допускаемой относительной деформации, большего числа нагружений на единицу пройденного пути и бо́льших скоростей движения шины легковых автомобилей имеют по сравнению с грузовыми меньший срок службы. Легковые шины предназначены в основном для работы на дорогах высших технических категорий.

В диагональных шинах нити корда в соседних слоях каркаса перекрещиваются, т. е. располагаются под некоторым углом. Угол наклона нитей корда по беговой дорожке протектора к меридиональной плоскости сечения профиля шины составляет 52–54°. Такое направление нитей корда в каркасе обеспечивает хорошее распределение усилий при деформации покрышки и наибольшую ее прочность при достаточной амортизации. В каркасе покрышки диагонального строения имеется всегда четное число слоев корда (2, 4, 6, 8 и т. д.).

Особенность конструкции радиальных шин типа R заключается, прежде всего, в том, что нити корда в слоях каркаса расположены радиально по профилю шины в направлении от одного борта к другому, т. е. во всех слоях каркаса нити корда параллельны друг другу. Таким образом, каждый слой корда в каркасе шин такого типа работает как бы самостоятельно (не в паре с соседним слоем). В результате этого напряжения, возникающие при работе в нитях корда каркаса этого типа R, примерно в два раза меньше, чем в диагональных шинах, что позволяет соответственно уменьшить число слоев корда. Так как каркас шин типа R тоньше и нити корда в его слоях параллельны, он более эластичен, легче деформируется, а следовательно, и теплообразование меньше, чем у диагональных шин.

Чтобы уменьшить деформацию боковин шины, давление воздуха в шинах типа R должно быть несколько выше (до 30–50 %), чем в шинах диагонального строения, но при этом радиальная деформация шин типа R все же на 10–20 % выше из-за их большей эластичности.

Покрышка имеет сложную конфигурацию и состоит из нескольких конструктивных элементов.

Каркас, являясь основной силовой частью покрышки, ограничивает объем накачанной камеры и воспринимает нагрузки, действующие на шину. Основной нагрузкой на шину являются собственный вес автомобиля и вес перевозимого груза или пассажиров. Каркас должен обладать значительной прочностью, а также определенной эластичностью. Он состоит из нескольких наложенных друг на друга слоев прорезиненного корда и резиновых прослоек – сквиджей. Материалом корда могут служить нити из полимерных волокон (капрон, лавсан и т. д.), а также трос из стальной латунированной проволоки (металлокорд). Прочность покрышки определяется прочностью каркаса и зависит главным образом от прочности корда, так как модуль его упругости на несколько порядков больше модуля упругости резины.

Каждая нить корда изолирована от соседних и в то же время связана с ними резиной. Резина предохраняет кордные нити от влаги, перетирания и способствует равномерному распределению нагрузок между ними.

Форму каркаса и число слоев корда в нем определяют расчетом, исходя из заданного давления воздуха, нагрузки, типа и назначения шины. Кордные нити несут основную нагрузку во время работы шины, обеспечивая последней прочность, эластичность, износостойкость и сохранение заданной формы. Кордная нить в покрышке работает главным образом на растяжение и многократный изгиб. Эти напряжения возникают, как правило, в результате давления воздуха и действия центробежных сил, которые создают в корде растягивающие напряжения.

Значительное влияние на работу каркаса оказывают толщина корда, его плотность, теплостойкость и другие физико-механические свойства. Под действием приложенных к колесу сил шина деформируется только на определенном участке окружности – в рабочей зоне, расположенной в области контакта шины с дорогой и равной приблизительно одной трети длины окружности как для легковых, так и для грузовых автомобилей.

Брекер шины представляет собой резинокордный слой, расположенный между каркасом и протектором. Он состоит из двух и более слоев разреженного корда, перемежающихся утолщенными слоями резины. Чаще всего материалом для корда брекера служит стальная проволока. Утолщенные слои резины обеспечивают возможность перемещения нитей корда брекера в процессе работы шины. Конструкция брекера зависит от типа и назначения покрышки. Брекер нужен для усиления каркаса и улучшения связи между каркасом и протектором, которая должна быть максимально возможной. Необходимая связь достигается правильным подбором материала брекера. Брекерная резина должна обеспечивать плавный переход жесткости от каркаса к протектору, что оказывает серьезное влияние на интенсивность износа протектора шины. Брекер также смягчает воздействие ударных нагрузок на каркас шины и способствует более равномерному распределению их по поверхности покрышки. Брекер воспринимает многократные деформации на растяжение, сжатие и сдвиг, что приводит к значительному теплообразованию в связи с недостаточной теплопроводностью резины. Поэтому брекерный слой, как правило, имеет более высокую температуру в сравнении с другими элементами покрышки (до 120 °С).

Протектор представляет собой толстую профилированную резину, расположенную на внешней стороне покрышки и входящую в непосредственный контакт с дорогой при качении колеса. Протектор обеспечивает необходимый эксплуатационный ресурс шины, надлежащее сцепление с дорогой, смягчает воздействие толчков и ударов на каркас шины, уменьшает колебания (в первую очередь крутильные) в трансмиссии автомобиля, а также предохраняет каркас от механических повреждений. В процессе качения колеса элементы протектора работают на двухстороннее сжатие и сдвиг, а также на растяжение. Эти деформации по абсолютной величине больше, чем у каркаса и брекера.

Протектор состоит из расчлененной части – рельефного рисунка – и подканавочного слоя, который обычно составляет 20–30 % от толщины протектора. Слишком тонкий подканавочный слой способствует растрескиванию протектора, повышению деформаций нитей корда первого слоя каркаса, уменьшению прочности каркаса при воздействии сосредоточенной нагрузки. Излишне толстый слой ухудшает условия охлаждения шины, увеличивает гистерезисные потери, приводит к перегреву и расслоению покрышки. Протектор имеет неодинаковую толщину у шин различных конструкций и назначения. Чем толще протектор, тем больше пробег шин до его полного истирания, тем лучше он защищает каркас от внешних воздействий. Однако толстый протектор делает шину тяжелее, приводит к ее перегреву и расслоению, повышает начальную интенсивность износа, увеличивает момент инерции колеса и его сопротивление качению. Толстый протектор вызывает повышение теплообразования при больших скоростях движения, когда появляются дополнительные деформации протектора ввиду значительного увеличения инерционных сил. Толщина протектора у шин легковых автомобилей колеблется от 7 до 12 мм, у шин обычных грузовых автомобилей – от 14 до 22 мм, а у арочных шин – от 40 до 60 мм.

На поверхности протектор имеет рельефный рисунок, разновидность которого зависит от типа и назначения шины. Выбор целесообразной глубины рисунка и толщины подканавочного слоя производят с учетом условий работы шины (характера дорожного покрытия, скорости качения, климатических условий, характера работы шины), а также характеристики материалов, применяемых в шине. Ширина протектора ориентировочно составляет 70–80 % ширины профиля шины.

Автомобильные шины изготавливают с различными рисунками протектора. Применительно к легковым автомобилям их можно разделить на три вида.

1. Шины с летним (или дорожным) рисунком протектора. Протектор имеет множество составляющих элементов, которые образуют продольные канавки и ребра. Микрорисунка на них, как правило, нет. Такие шины предназначены для асфальтобетонных дорог с сухим и мокрым покрытиями и малопригодны для езды по проселочным дорогам, особенно в увлажненном состоянии. Тем более они непригодны для заснеженных дорог в любом состоянии.

2. Шины с универсальным рисунком протектора (всесезонные). Канавки между составляющими элементами достаточно широкие в продольном и поперечном направлениях. Протектор имеет еще и микрорисунок – узкие («ножевые») прорези. Универсальный рисунок дает хорошее зацепление с мягким грунтом. Универсальные шины ведут себя на зимних дорогах значительно лучше, чем летние. Однако на твердом покрытии (асфальтобетон) универсальный протектор изнашивается на 10–15 % быстрее летнего.

3. Шины с зимним рисунком протектора, который образуется отдельными блоками, разделенными широкими канавками. На канавки приходится 25–40 % всей площади протектора. Зимние шины имеют широкий диапазон типов и форм протектора – от сравнительно гладких универсального использования (для очищенных зимних дорог) до грубых с развитыми грунтозацепами, предназначенными для заснеженных дорог со льдом.

Зимние шины зачастую снабжены шипами. На асфальтобетонных покрытиях в летний период такие шины изнашиваются весьма интенсивно и отличаются высокой шумностью. Более удачными выглядят ламелированные покрышки, оснащенные тонкими металлическими пластинками-ламелями. Они не только обеспечивают спокойную езду зимой, но и могут успешно конкурировать с летними при движении по сухой поверхности, а кроме того, шумят существенно меньше, чем шипованные.

Рисунок протектора с продольными канавками имеет достаточно высокое сцепление шины с дорогой в боковом направлении и недостаточное сцепление на мокрых и скользких дорогах в продольном направлении. Рисунок протектора с поперечными канавками имеет противоположные показатели, поэтому широкое применение получили рисунки протектора, которые имеют продольно-поперечные канавки.

Шины при движении автомобиля, особенно на дорогах с усовершенствованным покрытием, не должны издавать шум. Бесшумность шин достигается выбором определенного рисунка протектора и применением принципа переменного шага элементов рисунка по длине окружности колеса.

Рисунок протектора оказывает большое влияние на коэффициент сопротивления качению колеса, износ шины и сцепление ее с дорогой. Обеспечение высокой износостойкости, а также сцепления шины с дорогой, необходимого по условиям безопасности движения и экономичности, – главная задача рисунка протектора. Протекторная резина должна обладать высокими физико-механическими качествами, быть прочной, эластичной, хорошо сопротивляться истиранию, надрезам, надрывам и многократным деформациям, быть стойкой к старению. Перечисленные качества протекторной резины обеспечиваются соответствующим выбором состава и технологией переработки резиновой смеси.

Боковиной считают резиновый слой, покрывающий стенки каркаса и предохраняющий его от механических повреждений и влаги. Боковины должны быть достаточно эластичными, а следовательно, достаточно тонкими, чтобы длительное время выдерживать многократные изгибы и мало влиять на жесткость каркаса. Боковины изготавливают как одно целое с протектором и из протекторных резиновых смесей, хотя для них, согласно условиям работы, можно применять и более дешевые смеси. В большинстве своем на боковины наносят обозначение покрышки, ее номер, товарный знак изготовителя, дату изготовления и т. п., т. е. маркировку шин.

Жесткая часть покрышки, служащая для крепления ее на ободе колеса, носит название борта и образуется из крыльев. Крыло покрышки состоит из бортового кольца, выполненного из стальной проволоки, твердого профильного резинового жгута (филлера), обертки бортового кольца и усилительных ленточек. Металлическое кольцо необходимо для придания борту необходимой прочности, а резиновый жгут способствует оформлению борта и его монолитности. Бортовое кольцо и резиновый жгут обматывают прорезиненной оберткой. Форма бортового кольца влияет на правильность и надежность установки в целом покрышки на ободе колеса. Число металлических проволок в бортовом кольце и их диаметр определяются расчетом.

В камерной шине воздушная полость образуется герметизирующей камерой.

Камера представляет собой кольцевую трубу, сделанную из воздухонепроницаемой эластичной резины. Она имеет вентиль, который служит для накачивания, удержания и стравливания воздуха. Размер камеры должен строго соответствовать размеру и форме покрышки. Толщина стенки по поперечному сечению камеры обычно неодинакова. Она больше у беговой дорожки по сравнению с приободной частью. Камера не могла бы сама выдержать внутреннее давление, не будь она ограничена покрышкой. При качении колеса в зоне контакта шины с дорогой камера испытывает знакопеременную деформацию и работает в тяжелых температурных условиях. Резина для камер должна быть воздухонепроницаема, эластична, прочна, хорошо сопротивляться проколам и раздирам, быть стойкой к тепловому старению, не менять свои размеры и физико-механические свойства в широком диапазоне температур окружающего воздуха.

Бескамерная шина – пневматическая шина, в которой воздушная полость образуется покрышкой и ободом колеса; герметизация достигается за счет специального герметизирующего слоя резины, нанесенного на внутреннюю поверхность шины и обладающего повышенной газонепроницаемостью.

Бескамерные шины для легковых автомобилей монтируют на глубокие ободья такой же конструкции, как и для камерных шин. Наличие на глубоких ободьях для бескамерных шин наклона полки обода 5° обеспечивает более плотную посадку бортов.

Бескамерные шины с герметизирующим слоем имеют следующие основные преимущества по сравнению с камерными:

• повышенную безопасность при движении автомобиля из-за отсутствия резкого падения внутреннего давления в шине при проколах;

• повышенную герметичность, так как давление воздуха снижается в них медленнее, чем в камерных шинах;

• меньший нагрев при работе вследствие лучшего отвода теплоты через открытую часть обода;

• меньшее число случаев монтажа и демонтажа шины за срок ее службы, так как в случае прокола бескамерную шину (диаметром до 10 мм) можно ремонтировать без ее демонтажа с обода;

• меньшую трудоемкость ремонта бескамерной шины по сравнению с камерной;

• более простое и надежное крепление вентиля (на ободе, а не на камере).

 

Обозначение и маркировка автомобильных шин

Каждая шина имеет ряд обозначений и индексов, которые описывают ее физические, конструкционные и эксплуатационные характеристики. Одним из самых важных параметров является обозначение шины, характеризующее ее габаритные размеры и тип (рис. 2). Эту маркировку в большинстве случаев обозначают сочетанием двух параметров: ширины профиля В (например, 200 мм) и посадочного диаметра d (508 мм). Размеры специальных шин обозначают в виде сочетаний наружного диаметра, ширины профиля и посадочного диаметра. В обозначении радиальных шин после второго числа ставят букву «R», например «200-508R».

Рис. 2. Обозначение размеров шины: В – ширина профиля; d – посадочный диаметр; Н – высота профиля; D – наружный диаметр

Некоторую путаницу вносит тот факт, что шины могут иметь дюймовое, миллиметровое или смешанное обозначение. На изделиях зарубежных фирм можно встретить как обозначение в дюймах, так и смешанное. В первом случае оба числа условно обозначают размеры шин в дюймах, например: «7,50-20»; «5,20-13». Во втором случае первое число указывает ширину профиля шины в миллиметрах, а второе – посадочный диаметр (диаметр обода колеса) в дюймах, например «260-20». Встречаются также обозначения вида «10,00-20 (280-508)», где 10,00 и 20 соответствуют ширине профиля В и посадочному диаметру d шины в дюймах, а 280 и 508 – те же параметры в миллиметрах. Еще одна универсальная маркировка того же типа может выглядеть, как «175-16/6,95-16», где в миллиметрах указана только условная ширина профиля – первым числом (175). Остальные значения: посадочный диаметр 16 (указан два раза) и ширина профиля 6,95 указаны в дюймах.

Очень часто в обозначении шины указывают высоту профиля Н в процентах по отношению к ширине профиля шины (т. н. серия). Например, обозначение «195/65 R15» расшифровывается так: ширина шины 195 мм, высота профиля – 126,75 мм, R – покрышка радиальной конструкции, посадочный диаметр для установки на диск – 15 дюймов (рис. 3). Здесь цифра 65 после дробной черты говорит о том, что высота профиля составляет 65 % от ширины профиля шины, что и равняется 126,75 мм.

Рис. 3. Обозначения на боковине шины: 1 – условная ширина профиля (195 мм); 2 – серия (отношение высоты профиля к его ширине в процентах, т. е. 65 %); 3 – радиальная конструкция; 4 – посадочный диаметр (15 дюймов); 5 – индекс грузоподъемности (91, соответствует максимальной нагрузке 615 кг); 6 – индекс скорости (Т, соответствует максимальной скорости 190 км/ч); 7 – указание страны-производителя; 8 – усиленный каркас; 9 – метка расположения внешней стороны; 10 – допустимая эксплуатация в грязи со снегом; 11 – сертификация стандарта; 12 – указание, что шина бескамерная; 13 – товарный знак-логотип или название компании-производителя; 14 – максимально допустимое давление воздуха в холодной шине; 15 – название модели шины; 16 – направление вращения однонаправленного рисунка протектора; 17 – покрышка для зимних условий

Иногда в подобном индексе отсутствует указание на высоту профиля (например, 195 R15). Это значит, что величина последнего превышает 80 %. Такие шины называют полнопрофильными. Зачастую ими комплектуют фургоны и миниатюрные грузовички.

Обозначение может иметь и такой вид: «195/70 НR14», где Н – индекс допустимой максимальной скорости, о котором речь пойдет немного ниже.

Размеры широкопрофильных шин дают только в миллиметрах. Например: 1300×530×533, где 1300 – обозначение наружного диаметра, 530 – ширина профиля шины, 533 – посадочный диаметр.

Арочные шины обозначают целыми числами, выражающими основные их размеры в миллиметрах. Например, 1000×600 или 1140×700, где первое число обозначает наружный диаметр шины, а второе – ширину ее профиля.

Размеры пневмокатков указывают целыми числами в дюймах или миллиметрах. Например: 24×36×36 (в дюймах) или 1200×1200×500 (в миллиметрах), где 24 и 1200 – наружный диаметр; 36 и 1200 – ширина профиля; 36 и 500 – посадочный диаметр.

Следующий по значимости – индекс грузоподъемности, или коэффициент нагрузки, который указывают для шин легковых автомобилей и шин с регулируемым давлением воздуха. Этот параметр определяет максимально допустимую нагрузку на шину (см. таблицу 1), его обозначают цифрами от 0 до 130, причем каждому сочетанию соответствует своя допустимая нагрузка на шину в килограммах. Наиболее распространенный диапазон – от 71 до 110.

Для шин грузовых автомобилей также указывают норму слойности – условное обозначение прочности каркаса, у грузовых шин обозначаемое индексом HC или PR с числом через дефис и соответствующим этой норме слойности коэффициентом нагрузки (в странах, где действуют стандарты TRA) или индексом грузоподъемности – в соответствии с требованиями стандартов ETRTO и ISO. Например, норме слойности НС-6 соответствует коэффициент нагрузки С, норме слойности 18 – коэффициент нагрузки J и т. д.

Буква, следующая сразу за индексом грузоподъемности, является индексом скорости. Обозначается она латиницей и говорит о том, на какую максимальную скорость движения рассчитана покрышка (см. таблицу 2).

Среди многочисленных символов на боковине шины можно также выделить следующую маркировку:

• страна-производитель шины, например «made in France» – сделано во Франции, «made in Germany» – сделано в Германии и т. п.;

• модель шины – условное обозначение разработчика (разработчиков) шины и порядковый номер разработки, например: Energy, SP Sport 9000, Turanza ER300;

• наименование или товарный знак предприятия-изготовителя, например: Michelin, Good Year, Yokohama и т. д.;

• заводской номер, включающий дату изготовления, индекс завода-изготовителя и порядковый номер шины;

• оптимальные условия для эксплуатации шины:

– M + S – Mud + Snow (грязь плюс снег);

– As – All Season (всесезонная);

– Aw – Any Weather (любая погода);

• Aquatred, Aquacontact или пиктограмма в виде зонтика – специальные шины для использования при повышенной влажности или в постоянном контакте с водой;

• пиктограмма в виде снежинки – покрышки для суровых зимних условий;

• если же на боковине нет подобных обозначений, значит, шину можно использовать исключительно летом, в теплую погоду.

• исполнение шины: надпись «Tubeless» (ТL) для бескамерных шин или «Tube Type» (ТТ) – для камерных шин;

• знак сертификации. На шинах, одобренных для эксплуатации в Европе по Правилу № 30 ЕЭК ООН, он представляет собой вписанную в круг букву E и цифровой индекс, соответствующий стране, выдавшей разрешение. Далее следует длинный набор цифр – номер сертификата соответствия стандартам. Для старых покрышек советского образца указывался номер государственного стандарта (ГОСТ) или технических условий (ТУ), в соответствии с требованиями которых изготовлена шина, а также штамп отдела технического контроля (ОТК), указывающий сорт шины;

• дата выпуска шины (четырехзначная цифра). Например, 1109 означает: 11-я неделя производства 2009 года;

• Maximum Pressure – максимальное давление в холодной шине. Обычно его указывают в фунтах на квадратный дюйм (1PSI = 0,0069 МПа) или единицах бар, практически равных атмосфере;

• Regrooveable – шина с возможностью дополнительного углубления протектора;

• TWI (Tread Wear Indication – индикаторная дорожка износа) – такой знак на боковине шины указывает на размещение индикатора износа на протекторе. Обычно этот символ наносят по окружности в шести местах. Выполнен он может быть по-разному. У многих производителей индикатор представляет собой простой выступ в канавке протектора. Когда они становятся равны по высоте, покрышка должна отправиться на переработку. В более продвинутых моделях индикатор выглядит как набор цифр, обозначающих остаточную высоту протектора. По мере его износа числа постепенно стираются;

• балансировочная метка в виде красного круга или точки диаметром 5–10 мм над закраиной обода (может быть треугольник или квадрат), обозначающая самое легкое место на покрышке (при монтаже эта метка должна совмещаться с вентилем камеры). Если же на покрышке присутствуют одновременно желтая (белая) и красная метки, то последняя располагается в самом тяжелом месте шины;

• стрелка, иногда с надписью Rotation, показывает требуемое направление вращения шины с направленным рисунком протектора.

Кроме того, на покрышках могут быть указаны дополнительные обозначения:

• Tread Wear Index – индекс износостойкости. Условная величина, показывающая, насколько долговечна шина. К примеру, покрышка с обозначением 200 теоретически должна обладать в два раза большим ресурсом, чем аналог с индексом 100. Но на практике это достижимо лишь в идеальных условиях полигона или лаборатории, где нет влияния таких факторов, как стиль езды водителя, качество дорог и т. д.;

• Traction Index – индекс сцепных свойств шины (A – превосходные, B – средние, C – удовлетворительные), который определяют в процессе испытаний на специальном полигоне по особой методике. При этом оценивают главным образом качество торможения, а не устойчивость в поворотах;

• Temperature Index – температурный индекс (A – превосходный, B – средний, C – удовлетворительный). Этот показатель определяет стойкость шины к воздействию высоких температур. Чем выше оценка, тем меньше покрышка меняет свои свойства при нагреве. Испытания проводят в лаборатории на специальном стенде;

• надпись «Steel» для шин с металлокордным брекером;

• буква «Т» для шин типа R с текстильным брекером;

• надпись «Север» для морозостойких шин;

• желтое кольцо – для шин, предназначенных к эксплуатации в тропическом климате;

• буква «Ш» для шин, которые можно шиповать;

• маркировка наружной и внутренней стороны. У шин с асимметричным рисунком протектора на боковину наносят обозначение внешней стороны относительно кузова. Ее маркируют так: «Outwards», «Out», «Side facing outwards» и т. п. Встречаются также надписи вида «TYPE INSIDE» – внутренняя сторона, «TYPE OUTSIDE» или «EXTERNAL» – внешняя сторона;

• обозначения, указывающие на особые свойства шины. В частности, покрышки RunFlat (RSC – RunFlat System Component) позволяют некоторое время передвигаться с проколотым колесом. Кроме того, есть модели, обеспечивающие защиту обода диска. Как правило, такие шины используют производители автомобилей премиум-сегмента.

 

Материалы, применяемые для производства шин

Камерные и бескамерные шины изготавливают из резины, кордной технической ткани, металлокорда и проволоки, а камеры и ободные ленты – из резины. В подавляющем большинстве шины изготавливают из резины, основой которой является синтетический каучук (СК). Камеры производят также из резин на основе синтетического бутилкаучука, ободные ленты – на основе регенерата старых автомобильных покрышек.

Резину (вулканизат) получают вулканизацией резиновой смеси, представляющей собой механическую смесь каучука с различными органическими и неорганическими веществами. Основные компоненты резиновых смесей делят на следующие группы: каучуки и регенерат, вулканизирующие вещества, ускорители вулканизации, активаторы вулканизации, противостарители, пластификаторы (мягчители), активные и неактивные наполнители, красители. В зависимости от назначения изготавливают различные резиновые смеси: протекторную, каркасную, брекерную, камерную.

Натуральный каучук (НК) добывают из млечного сока каучукового дерева – гевеи, произрастающей в странах с тропическим климатом. Резиновые смеси на основе НК обладают хорошей клейкостью, когезионными, адгезионными и другими технологическими свойствами. Резины, содержащие НК, высокоэластичны, характеризуются небольшими гистерезисными потерями и низким теплообразованием при многократных деформациях, сохраняют прочность при высокой и низкой температурах. Они могут использоваться в различных климатических условиях.

Известно достаточное число групп СК, обладающих различными специфическими свойствами, которых не имеет натуральный каучук. Бутадиеновый каучук придает шинам высокую износостойкость и морозоустойчивость, поэтому его используют для производства протекторных резин. Бутадиенстирольные и бутадиенметилстирольные каучуки используют для изготовления камер, так как они обладают хорошей клейкостью.

Регенерат резины – пластичный продукт, получаемый в результате специальной обработки старых резиновых изделий (покрышек, камер) путем отделения резины от тканевых материалов. Регенерат применяют для некоторого уменьшения расхода каучука при изготовлении шин. Ободные ленты шин изготавливают полностью из регенерата.

Вулканизирующие вещества добавляют для осуществления процесса горячей вулканизации резиновой смеси, т. е. превращения ее в резину. Основным вулканизирующим веществом является сера, добавляемая в смесь в виде порошка от 1 до 4 % от массы каучука. Каучук служит растворителем серы. Сера в количестве 3,5 % растворяется в каучуке уже при 54 °С. В процессе вулканизации (при температуре 140–160 °С) сера взаимодействует с каучуком и смесь превращается в эластичную и твердую резину.

Ускорители вулканизации – вещества, присутствие которых в резиновой смеси сокращает время и понижает температуру вулканизации, а также улучшает такие физико-механические свойства резины, как сопротивление старению и истиранию. Действие ускорителей объясняется их влиянием на увеличение активности соединения серы с каучуком.

Активаторы вулканизации – окислы металлов цинка, магния и другие – активируют действие ускорителей и улучшают определенные свойства резины. Их вводят в резиновые смеси в количестве 2–5 % от массы каучука.

Замедлители подвулканизации – производные фталемида, бензойная кислота и ангидриды – предотвращают преждевременную подвулканизацию резиновых смесей при их изготовлении и переработке, а также увеличивают время до начала вулканизации. Их вводят в резиновые смеси в количестве 0,2 – 0,5 % от массы каучука.

Пластификаторы – жирные кислоты, воски, вазелиновое масло. Пластификаторы вводят в резиновые смеси для повышения их пластичности и мягкости, что необходимо для облегчения изготовления и обработки смесей. Их вносят в смеси в количестве 5–15 %.

Активным наполнителем (усилителем) является технический углерод – сажа, необходимая для повышения прочности и износостойкости резин. Применяют гранулированный активный технический углерод различных марок в количестве 30–60 % от массы каучука.

Красители вводят в резиновую смесь для окраски резины боковины шины. Применяют неорганические красители – двуокись титана, цинковые белила, сернистый цинк, окись хрома и др.

Также в шинном производстве используют синтетические латексы в пропиточных составах при обработке корда и тканей для повышения прочности их связей с резиной. В различных конструкциях шин используют технические ткани – корд, чефер, доместик и бязь, а также металлокорд и стальную проволоку.

Корд представляет собой ткань, состоящую из прочных толстых нитей двойного кручения с большей частотой на основе и из слабых тонких нитей одинарного кручения с малой частотой по утку. Корд является основной тканью, из которой изготавливают главную часть покрышки – каркас.

Чефер идет на изготовление крыльев и усилительных лент бортов покрышки, также его используют в качестве прокладочного материала. Доместик и бязь идут в качестве усилительных и оберточных лент в тех случаях, когда требуется малая толщина этих лент.

Масса текстильных материалов составляет примерно 10–20 % общей массы покрышки, стоимость – 25–30 % стоимости всех материалов, расходуемых на нее. Ткани для покрышек изготавливают из вискозного шелка, капрона, нейлона, тефлона.

Особое место в производстве шин занимает металлокорд, который служит для изготовления брекера радиальных шин, металлокордных бортовых лент, дополнительных крыльев, а также каркаса.

Металлокорд представляет собой трос, состоящий из стальных латунированных проволок диаметром 0,15–0,25 мм. Проволоку латунируют для создания необходимой прочности связи металлического корда с резиной. Первоначально металлический корд применялся преимущественно в брекере грузовых радиальных шин. В последние годы его стали применять в каркасе, что позволило улучшить качество и повысить производительность труда. В брекере легковых радиальных шин используют, как правило, два слоя тонкого металлического корда. По сравнению с текстильным он отличается высокой прочностью и малым удлинением, обладает высокой стойкостью к тепловому старению и обеспечивает повышенную износостойкость протектора.

Шины с металлическим кордом, благодаря его высокой прочности, работают даже при полном износе рисунка протектора. К недостаткам металлического корда относятся малая эластичность, низкая влагостойкость и высокая плотность материала, которая приводит к увеличению массы шины и создает трудности в обрезинивании и раскрое корда.

На изготовление бортовых колец легковых и грузовых шин идет стальная и латунированная проволока. Бортовые кольца крупногабаритных шин изготавливают из стальной латунированной ленты различного сечения. Проволоку латунируют для повышения прочности ее связи с резиной.

 

Колесные диски

В наиболее общем случае автомобильное колесо состоит из пневматической шины, обода и диска. Ободом автомобильного колеса называют часть колеса, на котором монтируют пневматическую шину. Ободья, как правило, состоят из трех основных компонентов: центральной цилиндрической части, полок и фланцев, называемых также закраинами обода (рис. 4, а).

Рис. 4. Автомобильный колесный диск: а – основные элементы конструкции диска; б – основные элементы неразборного обода; в – разборный трехкомпонентный обод; 1 – центральная цилиндрическая часть обода; 2 – полки обода; 3 – фланцы (закраины обода); 4 – диск колеса; 5 – цилиндрическая часть; 6 – резиновое кольцо; 7 – съемный фланец; 8 – пружинное запорное кольцо; α – угол наклона полки обода

Конструктивное исполнение и геометрические параметры ободьев определяются в первую очередь размером и типом шин, для которых они предназначены: для легковых, грузовых, авиационных или других, для камерной или бескамерной конструкции, для специальных, безопасных и т. д. Основными переменными параметрами ободьев при этом являются их посадочный диаметр, угол наклона полок и расстояние между закраинами (рис. 4, б). Конструкции ободьев внутри каждого типа колес унифицированы. Конкретные геометрические параметры – толщина обода, их радиусы скругления и другие образуют комплекс размеров и определяются изготовителями колес в зависимости от нагруженности.

Центральная цилиндрическая часть по своему профилю может быть плоской в сечении или иметь ручьевые углубления, облегчающие монтаж/демонтаж шин, что определяется типом и размером шин, которые должны монтироваться на ободе.

Фланцы (закраины) обода непосредственно взаимодействуют с бортами шины и воспринимают передаваемые ими усилия. Они ограничивают деформацию бортов шины и защищают их от внешних повреждений.

Полки обода служат опорой для подошвы борта шины. Они передают усилия и моменты между колесом и шиной, а также обеспечивают герметичность посадки шин бескамерной конструкции.

По своему конструктивному исполнению ободья могут быть разборными и неразборными. Разборные ободья имеют съемный фланец (закраину) и/или полку обода (рис. 4, в). В некоторых конструкциях съемный фланец выполняется единой деталью с полкой. Конструкцией таких ободьев предусматривается запорное устройство, в простейшем случае представляющее собой пружинное запорное кольцо, крепящееся в специальной проточке на цилиндрической центральной части обода. Если разборный обод применяется для бескамерной шины, то герметизация стыка осуществляется уплотнительным резиновым кольцом. Основным преимуществом разборной конструкции обода является простота операций монтажа/демонтажа шин, так как при этом не требуется деформировать борт шины. Особенно это свойство ценно для шин больших размеров высокой грузоподъемности.

К недостаткам этого типа ободьев относят трудность их надежной герметизации, а также необходимость повышенных требований безопасности при монтаже/демонтаже, поскольку пружинное запорное кольцо при неаккуратном обращении может нанести травму.

Кроме того, разборная конструкция обода имеет ограничение по надежности в эксплуатации, так как запорное кольцо при определенных условиях, например при потере давления шиной или по недосмотру шиномонтажника, может разблокироваться при движении автомобиля. Разборные ободья применяют в основном для камерных грузовых шин, крупногабаритных шин, сельскохозяйственной техники и некоторых других машин.

Ободья неразборной конструкции, в которых фланцы, полки и центральная часть выполнены единой деталью, являются лучшим решением для бескамерных шин, поскольку целостность изделия автоматически обеспечивает его герметичность.

При выборе колесных дисков для монтажа взаимозаменяемых шин необходимо учитывать, что посадочный диаметр обода колеса должен соответствовать монтажному диаметру шины. Ширина обода должна быть на 25–30 % меньше ширины профиля шины. Допускается отклонение ширины обода колеса от указанной расчетной величины в сторону увеличения до 1 дюйма, уменьшения – до 0,5 дюйма. Однако в каждом конкретном случае следует придерживаться рекомендаций изготовителя автомобиля по выбору колес и шин, изложенных в руководстве по эксплуатации этого автомобиля. Соответствие ширины профиля шины посадочным размерам обода колеса приведено в таблице 4 Приложения.

Из-за такой существенной разницы в диаметрах при монтаже/демонтаже шины на неразборный обод ее борта приходится деформировать. Для того чтобы уменьшить эту деформацию и снизить вероятность повреждения шины, закраины неразборного обода имеют относительно небольшой диаметр, а центральная часть выполняется с глубоким ручьем. Уже продетый через закраину первый борт покрышки свободно размещается внутри ручья, и обработка второго борта облегчается. Для удобства монтажа широкопрофильных шин ручей обода может быть смещен к одной из закраин. Такой обод называют глубоким и асимметричным.

Камерные легковые шины обычно монтируют на те же ободья, что и бескамерные. Такая унификация возможна, поскольку конструкция борта у обоих типов легковых шин близка по наполнению, жесткости и геометрическим параметрам. Конструкции борта грузовых шин в камерном и бескамерном исполнении существенно отличаются друг от друга. С точки зрения применения обода, наиболее существенным отличием является разница в посадочных диаметрах. Например, посадочный диаметр обычных среднегрузовых камерных шин приблизительно равен 20 дюймам (508 мм), а соответствующие им бескамерные шины имеют посадочный диаметр 22,5 дюйма (571,5 мм). Посадочные диаметры ободьев соответствуют этим размерам.

Обод и смонтированная на нем шина не должны прокручиваться друг относительно друга в процессе эксплуатации. Иными словами, крутящий момент, подводящийся к автомобильному колесу, должен без потерь передаваться шине. Выполнение этого условия обеспечивают в первую очередь созданием достаточной силы трения в контакте между подошвой борта шины и полкой обода. Для этого посадку шины на обод осуществляют с натягом за счет разницы в диаметрах и геометрии (углов наклона) между бортом шины и полкой обода. Таким образом, величина натяга задается конструкцией бортовой зоны шины с учетом параметров полки обода и может несколько отличаться для разных моделей и типоразмеров шин в зависимости от их нагруженности и условий эксплуатации, для которых они предназначены. Величина натяга бортов камерных шин на посадочных полках обода составляет 0,75–1,0 мм на диаметр, а бескамерных – 1,2–1,5 мм.

Ободья могут иметь плоские или конические полки. Угол наклона α конических полок ободьев составляет 5° ± 1°, что создает необходимую надежность посадки и обеспечивает герметичность колеса в сборе с бескамерной шиной. Выпускаются также ободья с углом наклона полок 10° и 15°. Больший угол наклона облегчает посадку шины на обод. Полки обода с углом 5° делают для шин общего назначения, 10° – для арочных шин и пневмокатков, 15° в сочетании с глубокими ободьями – для бескамерных шин.

По способу крепления на автомобиле колеса могут быть дисковыми или бездисковыми. Колесо называется бездисковым, если диски, спицы или другие крепежные элементы, осуществляющие посадку, центрирование и крепление обода к ступице автомобиля, не составляют единое целое с ободом, а являются элементами ступицы колеса. Бездисковые колеса применяются, как правило, на грузовых автомобилях, автобусах, прицепах различного назначения и сельскохозяйственной технике, поскольку бездисковая конструкция позволяет сдваивать колеса для машин большой грузоподъемности.

Дисковые колеса, как это следует из их названия, крепятся к ступице автомобиля с помощью диска. Диск приваривается к ободу либо образует с ободом единую деталь, изготовленную методами литья или формования. На всех легковых и большинстве грузовых автомобилей устанавливают дисковые колеса.

Дисковые колеса различаются вылетом обода. Значение вылета определяется взаимным расположением привалочной плоскости (плоскости крепления диска к ступице) и плоскости симметрии, которая делит обод пополам (рис. 5). Этот параметр колеса входит в комплекс конструктивных параметров ходовой части автомобиля, обеспечивающих его оптимальную устойчивость и управляемость, наименьшую нагрузку на подшипники ступиц колес и подвеску. Вылет обычно обозначается буквами «ЕТ», «е» или словом «offset» и измеряется в миллиметрах.

Рис. 5. Вылет обода: а – положительный; б – нулевой; в – отрицательный; 1 – привалочная плоскость диска; 2 – продольная плоскость симметрии обода; 3 – наружная сторона колеса

В зависимости от расположения обода относительно диска колеса могут быть:

• с положительным вылетом обода (рис. 5, а) – колесо изготовлено таким образом, что продольная плоскость симметрии обода смещена от привалочной плоскости и наружной стороны колеса в сторону продольной оси автомобиля;

• с нулевым вылетом обода (рис. 5, б) – привалочная плоскость диска совпадает с продольной плоскостью симметрии обода;

• с отрицательным вылетом обода (рис. 5, в) – колесо изготовлено так, что продольная плоскость симметрии обода смещена от привалочной плоскости диска и продольной оси автомобиля к наружной стороне колеса.

Колеса, предназначенные для большинства марок автомобилей, имеют положительный вылет обода (+е), составляющий 10–50 мм. Выпускаются колеса и с нулевым вылетом обода (ГАЗ-2410, 31029 и др.). На таких автомобилях, как Mitsubishi, Nissan, Toyota, Land Cruiser и некоторых других, устанавливаются колеса с отрицательным вылетом обода (-е), составляющим 10 мм.

Собственно, этот параметр и является одним из наиболее важных для мастеров-самодельщиков, которые собираются использовать колесные диски в своих поделках. Ведь именно он определяет наличие свободного места в металлической детали, из которой будет изготовлена садовая ваза, печь и т. п.

Другие важные характеристики диска – это количество шпилек или болтов, необходимых для его крепления, и диаметр окружности, на которой они расположены. Диаметр окружности центров крепежных отверстий обозначается PCD (Pitch Circle Diameter) и измеряется в миллиметрах. Например, для колес автомобилей «ВАЗ» PCD обозначается как 4×98, где 4 – количество крепежных отверстий на диске, а 98 – диаметр окружности центров крепежных отверстий в мм. Основные параметры колес некоторых распространенных легковых автомобилей приведены в таблице 3 Приложения.

Колесные диски изготавливают сплошными, с ребрами или вырезами. Вырезы делают для уменьшения массы диска и охлаждения тормозного механизма. Внешний вид диска определяет товарный вид всего колеса, поэтому его стараются выполнить в оригинальном дизайне, что особенно характерно для дисков легковых автомобилей.

По технологии изготовления колеса могут быть стальными сварными (например, из прокатанного обода и штампованного диска), литыми и коваными.

Стальные диски недорогие, достаточно прочные. При сильном ударе не трескаются, а мнутся. При определенных условиях и при наличии соответствующего оборудования такие поврежденные диски можно восстановить до нормального рабочего вида. Однако по сравнению с литыми дисками они тяжелее, имеют погрешности в точности изготовления, что говорит о возможных проблемах при балансировке колес. Для них характерны простой однообразный дизайн и недорогое покрытие, что говорит о невысокой коррозионный стойкости.

Литые диски имеют более разнообразный дизайн. Их отличает более высокая точность изготовления, что значительно улучшает качество балансировки колес; меньшая, по сравнению со стальными штампованными дисками, масса, а значит, снижение нагрузок на подшипники ступиц, трансмиссию, подвеску; лучшая теплопроводность, что позволяет легче отводить тепло от тормозных механизмов при нагревании. К недостаткам можно отнести следующий факт: при очень сильных ударных воздействиях такой диск может треснуть.

Кованые диски по своим техническим характеристикам превосходят все остальные. Они исключительно прочны и значительно легче. При сильном ударе у автомобиля скорее повредится подвеска, чем такой диск. Недостатками кованых дисков являются только скромное разнообразие внешнего вида и очень высокая стоимость.

 

Маркировка колес

Все колеса – как стальные, так и из легкоплавких сплавов – маркируются одинаковым образом. Маркировка колеса состоит из типоразмера, товарного знака производителя, даты изготовления (в формате «ннгг», где «нн» – номер недели, а «гг» – год («1708» означает, что диск выпущен на 17-й неделе 2008 года), номера плавки, допускаемой статической нагрузки (в кгс или фунтах), клейма контролирующего органа, клейма рентгеноконтроля (для литых дисков). Маркировка наносится на видимую поверхность колесного диска.

Типоразмер включает обычно сведения о геометрических параметрах и особенностях конструкции колеса. Например, так выглядит типовая маркировка колеса:

5,5J×l4 Н2 ЕТ25 PCD:4×100 DIA:54,

где: 5,5 – ширина обода в дюймах. Стандартный ряд: 3,5; 4,0; 4,5; 5,0; 5,5; 6,0; 6,5, 7,0… дюйма;

J – буквенный индекс, указывающий на комплекс геометрических размеров закраин обода (высота закраины, радиусы скругления, углы наклона и др.), необходимых разработчикам шин для обеспечения соответствия геометрии борта шины и закраины обода (может быть, также JJ, JK, К, L и др.);

14 – монтажный диаметр обода в дюймах. Стандартный ряд для легковых и коммерческих машин: 10, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18 и 19 дюймов. Для грузовых автомобилей и автобусов: 17,5, 19,5, 20, 22,5,24, 24,5 дюйма;

Н2 – код конструкции хампов – кольцевых выступов на посадочных полках обода, служащих для надежного удержания бескамерной шины на ободе. Как и индекс «J», этот код предназначен для использования специалистами, проектирующими шины. Возможны различные вариации обозначения: Н – hump (односторонний выступ), FH – flat hump (плоский выступ), СН – combihump (комбинированный двухсторонний выступ), АН – advanced hump (усовершенствованный выступ), SL – отсутствие выступов и др.;

ET25 – вылет колеса в миллиметрах. Может обозначаться как OFFSET или DEPORT.

PCD: (Pitch Circle Diameter) – диаметр расположения отверстий крепления. В данном примере этот диаметр равен 100 мм, а число отверстий – 4;

DIA: 54 – диаметр центрального посадочного отверстия под ступицу, в миллиметрах.

Некоторые изготовители маркируют типоразмер шины не в дюймах, а в миллиметрах. Например, обычное дисковое колесо для автомобилей ВАЗ-2108–2109 может обозначаться как 114J-330 – в миллиметрах или как 4½J-13 – в дюймах.

Маркировку наносят на наружной поверхности цилиндрической части монтажного ручья или на наружной поверхности диска. Европейские колесные фирмы ставят свои клейма на наружной стороне диска, а при недостатке места – на внутренней стороне. На колесах, выпускаемых японскими фирмами, маркировка наносится на поверхности монтажного ручья обода, которая хорошо видна на колесе, установленном на автомобиль. Это удобно при контроле его технического состояния.