1.1. Конструкція автомобільних шин
Більшість автомобільних шин складається з резинокордная оболонки - покришки, повітронепроникної замкнутої тороидальной камери й ободной стрічки. В робочому стані камера наповнена повітрям під певним тиском. У безкамерних шин замість камери на внутрішній стороні покришки завдано спеціальний герметизуючий шар. Амортизуюча здатність автомобільної шини визначається тиском повітря в шині і еластичністю покришки.
Шина має складну конфігурацію і складається з декількох конструктивних елементів (рис.1.1).
Рис.1.1. Камерна шина:
1 - бортова стрічка; 2 - боковина; 3 - шари корду; 4 - брекер; 5 - протектор; 6 - бігова доріжка; 7 - каркас; 8 - п'ята; 9 - борт покришки; 10 - носок; 11 - дротове кільце; 12 - кріпильних стрічки крила.
Каркас 7. будучи основною силовою частиною покришки, обмежує обсяг накачаної камери і сприймає навантаження, що діють на шину.
Основний навантаженням на шину є власна маса автомобіля і маса вантажу, що перевозиться або пасажирів. Каркас повинен володіти значною міцністю, а також певною еластичністю. Він складається з декількох накладених один на одного шарів прогумованого корду і гумових прошарків -сквіджей. Міцність шини визначається міцністю каркаса і головним чином залежить від міцності корду, так як модуль пружності його на кілька порядків більше модуля пружності гуми.
Нитки суміжних шарів корду перехрещуються між собою під певним кутом і утворюють тканину, що складається з основи і качка. Кожна нитка ізольована від сусідніх і в той же час пов'язана з ними гумою. Гума оберігає кордні нитки від вологи, перетирання і сприяє рівномірному розподілу навантажень між ними.
Форма каркаса і число шарів корду 3 в ньому визначаються розрахунком, виходячи із заданого тиску повітря, навантаження, типу і призначення шини. Кордні нитки несуть основне навантаження під час роботи шини, забезпечуючи останньої міцність, еластичність, зносостійкість і збереження заданої форми. Кордна нитку в покришці працює головним чином на розтягнення і багаторазовий вигин. Ці напруги виникають, як правило, в результаті тиску повітря і дії відцентрових сил, які створюють в корду напруження розтягу. Значний вплив на роботу каркаса надають товщина корду, його щільність, теплостійкість та інші фізико-механічні властивості. Під дією, прикладених до колеса сил, шина деформується тільки на певній ділянці кола - робочій зоні, розташованій в області контакту шини з дорогою і рівною приблизно однієї третини довжини окружності як, для легкових, так і для вантажних автомобілів.
Брекер 4 діагональної шини є резинокордная шар, розташований між каркасом і протектором. Він складається з двох і більше шарів розрідженого корду, що перемежовуються потовщеними шарами гуми. Потовщені шари гуми забезпечують можливість переміщення ниток корду брекера в процесі роботи шини.
Конструкція брекера залежить від типу і призначення покришки. Брекер потрібен для посилення каркаса і поліпшення зв'язку між каркасом і протектором, яка повинна бути максимально можливою. Необхідна зв'язок досягається правильним підбором матеріалу брекера. Брекерного гуми повинні забезпечувати плавний перехід жорсткості від каркаса до протектору, що чинить серйозний вплив на інтенсивність зносу протектора шини.
Брекер пом'якшує дію ударних навантажень на каркас шини, сприяє більш рівномірному розподілу їх по поверхні покришки, сприймає багаторазові деформації на розтяг, стиск і зсув, що однак призводить до значного теплоутворення в зв'язку з недостатньою теплопровідністю гуми. Тому брекерних шар, як правило, має більш високу температуру (до плюс 120 ° С) в порівнянні з іншими елементами покришки.
Протектор 5 являє собою товсту профільовану гуму, розташовану на зовнішній стороні покришки і входить в безпосередній контакт з дорогою при коченні колеса. Протектор забезпечує необхідний експлуатаційний ресурс шини, належне зчеплення з дорогою, пом'якшує вплив поштовхів і ударів на каркас шини, зменшує коливання (в першу чергу, крутильні) в трансмісії автомобіля, а також охороняє каркас від механічних пошкоджень. В процесі кочення колеса елементи протектора працюють на двостороннє стиснення і зсув, а також на розтягнення. Ці деформації за абсолютним значенням більше, ніж у каркаса і брекера.
Протектор складається з рельєфного малюнка і подканавочний шару, який зазвичай становить 20. 30% від товщини протектора. Занадто тонкий подканавочний шар сприяє розтріскування протектора, підвищення деформації ниток корду першого шару каркаса, зменшення міцності каркаса при дії зосередженого навантаження. Зайве товстий шар погіршує умови охолодження шини, призводить до перегріву і розшарування покришки. Протектор має неоднакову товщину у шин різних конструкцій і призначення. Чим товщі протектор, тим більше пробіг шин до його повного стирання, тим краще він захищає каркас від зовнішніх впливів. Товстий протік-тор робить шину важче, призводить до її перегріву і розшарування, збільшує момент інерції колеса і його опір коченню. Товстий протектор викликає підвищений теплоутворення при великих швидкостях руху, коли з'являються додаткові деформації протектора в результаті значного збільшення інерційних сил. Товщина протектора у шин легкових автомобілів коливається від 7 до 12 мм, у шин вантажних автомобілів - від 14 до 22 мм.
Різновид рельєфного малюнка протектора залежить від типу і призначення шини.
Автомобільні шини виготовляють з різними малюнками протектора. Малюнок з поздовжніми канавками має досить високе зчеплення шини з дорогою в бічному напрямку і недостатнє зчеплення на мокрих і слизьких дорогах в поздовжньому напрямку. Малюнок протектора з поперечними канавками має протилежні показники, тому широке застосування отримали малюнки протектора, які мають поздовжньо-поперечні канавки.
Шини при русі автомобіля, особливо на дорогах з удосконаленим покриттям, не повинні видавати шум. Безшумність шин досягається вибором певного малюнка протектора і застосуванням принципу змінного кроку елементів малюнка по довжині окружності колеса.
Малюнок протектора має великий вплив на коефіцієнт опору коченню колеса, знос шини і зчеплення її з дорогою. Забезпечення високої зносостійкості і необхідного за умовами безпеки руху і економічності зчеплення шини з дорогою - головне завдання малюнка протектора. Протекторна гума повинна володіти високими фізико-механічними властивостями, бути міцною, еластичною, добре опиратися стирання, надрізів, надривів і багаторазовим деформаціям, а також бути стійкою до старіння.
Перераховані якості протекторної гуми забезпечуються відповідним вибором складу і технологією переробки гумової суміші.
Боковиною 2 вважається гумовий шар, що покриває стінки каркаса і що оберігає його від механічних пошкоджень і вологи. Боковини повинні бути досить еластичними і, отже, досить тонкими, щоб тривалий час витримувати багаторазові вигини і мало впливати на жорсткість каркаса. Їх виготовляють як одне ціле з протектором і з протекторних гумових сумішей, хоча для них, згідно з умовами роботи, можна застосовувати і більш дешеві суміші.
Жорстка частина шини, службовка для кріплення її на ободі колеса, носить назву борту. Крило покришки складається з бортового кільця 11. виконаного зі сталевого дроту, твердого профільного гумового джгута (філлера), обгортки бортового кільця і підсилюючих стрічок. Металеве кільце необхідно для додання борту необхідної міцності, а гумовий джгут сприяє оформленню борту і його монолітності. Бортове кільце і гумовий джгут обмотують прогумованою обгорткою. Форма бортового кільця впливає на правильність і надійність установки в цілому покришки на ободі колеса. Число металевих дротів в бортовому кільці і їх діаметр визначають розрахунком.
Камера являє собою кільцеву трубу, зроблену з повітронепроникної еластичної гуми. Вона має вентиль, який служить для накачування, утримання та відведення повітря. Розмір камери повинен строго відповідати розміру і формі покришки. Товщина стінки по попі-річковому перетину камери зазвичай неоднакова. Вона більше у бігової доріжки в порівнянні з пріободной частиною. Камера не могла б сама витримати внутрішній тиск, не будь вона обмежена покришкою. При коченні колеса в зоні контакту шини з дорогою камера відчуває знакозмінних деформацій і працює в важких температурних умовах. Гума для камер повинна бути повітронепроникності, еластична, міцна, добре опиратися проколів і розривів, бути стійкою до теплового старіння, не змінювати свої розміри і фізико-механічні властивості в широкому діапазоні температур навколишнього повітря.