Колеса і шини

Колеса здійснюють зв'язок автомобіля з дорогою і забезпечують його рух у бажаному напрямі. За режимом роботи колеса автомобілів поділяють на ведучі і ведені.

Ведучі колеса сприймають вертикальні сили тяжіння автомобіля і перетворюють крутний момент, що підводиться до них трансмісією, на силу тяги, яка забезпечує поступальний рух автомобіля.

Ведені колеса сприймають вертикальні сили тяжіння автомобіля і горизонтальні - штовхаючі зусилля від рами (остова), які забезпечують кочення автомобіля по дорозі.

Найчастіше ведені колеса є й керованими - забезпечують зміну напрямку руху автомобіля. Передні і задні колеса кожного автомобіля за типом та конструкцією в більшості випадків однакові і взаємозамінні.

Кожне автомобільне колесо складається з двох основних частин: внутрішньої - жорсткої і зовнішньої - пружної.

Зовнішня частина - це гумова шина 1 (рис. 5.53), до внутрішньої частини належать обід 4, диск 2 і маточина 3.

До шин автомобілів пред'являються наступні вимоги:

- відповідність пружних властивостей ДСТУ 4754-80 і ДСТУ 5513-86, нормальної, бічної, крутної й кутової жорсткості, тангенціальної еластичності параметрам автомобіля й умовам руху;

- камерні і безкамерні шини, змонтовані на ободі, повинні бути герметичними і забезпечувати задану стабільність внутрішнього тиску за часом;

- зчеплення шини з покриттям дороги повинне бути достатнім, а опір коченню - мінімальним;

- шина повинна забезпечувати низьке питоме навантаження в контакті з дорогою;

- малюнок протектора повинен відповідати дорожньому покриттю;

- по статичному і динамічному дисбалансу шини повинні відповідати нормам ДСТУ;

- биття шин не повинне перевищувати: для радіальних шин з посадковим діаметром 13 і 14 дюймів - радіальне 1, бічне 1, 5 мм; для радіальних шин з посадковим діаметром 15 дюймів - радіальне 1, 5, бічне 2 мм; для діагональних шин - радіальне 2, бічне 3 мм;

- рівень шуму при русі повинен бути в межах припустимого;

- шина повинна мати достатню міцність (протистояти проколам й іншим видам ушкоджень), зносостійкістю протектора і повинна забезпечувати задану довговічність;

- зручність монтажу і демонтажу й ремонтопридатність.

До коліс пред'являють наступні основні вимоги:

- повна відповідність застосовуваній шині по розмірах, жорсткості і конструкції ободу;

- надійне кріплення до маточини;

- міцність і довговічність;

- мінімальне биття і дисбаланс;

- мінімальні маси і момент інерції;

- легкість монтажу і демонтажу шини.

При застосуванні безкамерних шин виникають додаткові вимоги:

- однакові посадкові розміри для камерної і безкамерної шин;

- надійна герметизація шини без застосування додаткових ущільнювальних деталів;

- можливість установки камерної шини;

- забезпечення начальної герметизації при накачуванні шини;

- герметичне з'єднання шини з ободом в умовах експлуатації, включаючи рух з мінімальним тиском повітря в шині;

- корозійностійке покриття для захисту металу і для полегшення монтажних та демонтажних робіт.

Ободи коліс легкових автомобілів виготовляють нерозбірними, глибокими. Вантажні автомобілі переважно комплектують колесами із розбірними, знімним бортом і неглибокими ободами.

Глибокий обід у середній частині має поглиблення, яке полегшує монтаж шини. По обидва боки від поглиблення розташовані конічні полиці, які закінчуються бортами. Кут нахилу полиць становить приблизно 5°, завдяки чому поліпшується посадка шини на ободі. Глибокі ободи відрізняються великою жорсткістю, малою масою і простотою виготовлення. Однак на таких ободах можна встановлювати шини лише невеликих розмірів з високою еластичністю бортів.

Для коліс вантажних автомобілів найчастіше використовують розбірні ободи. Монтаж шини на такому ободі виконують за допомогою борта 3, що знімається (рис. 5.54, а). Його утримує розрізне замкове кільце 4. Диск 2 звичайно приварюється до обода і має кілька отворів для зменшення ваги і полегшення монтажу колеса.

Маточина колеса, крім колісного диска, несе на собі диск гальмівного барабана, який затискається між диском колеса і маточиною або притягується до маточини з внутрішнього боку.

Подвійні задні колеса вантажних автомобілів звичайно мають спеціальне кріплення дисків до маточини, яке дає змогу знімати зовнішнє колесо, не торкаючи внутрішнє. Таке кріплення здійснюється за допомогою двох гайок і шпильки (рис. 5.54, б). Внутрішня гайка 6, яку навертають на своєю конусною поверхнею притискає диск 4 зовнішнього колеса до диска внутрішнього колеса. На автомобілях великої вантажопідйомності і на автобусах часто застосовують бездискові колеса. їх з'єднувальна частина виготовлена спільно з маточиною. Самі колеса роз'ємні у подовжній та поперечній площинах. Зразок такого колеса показаний на рис. 5.55, а.

Воно складається з трьох секторів 1, з'єднаних у єдине кільце за допомогою спеціальних вирізів на торцях. При монтажі сектори колеса складають у певній послідовності всередину шини, що лежить горизонтально, а потім разом із шиною прикріплюють до маточини 2 спеціальними затискачами 3, шпильками 4 і гайками 5. Порівняно з дисковими, бездискові колеса простіші за конструкцією, мають на 10-15% меншу масу, більш довговічні і дешеві. Крім того, при їх застосуванні поліпшується охолодження гальмівних механізмів автомобіля. Але трудомісткість їх монтажу дещо вища, ніж коліс із суцільними дисками.

Шини належать до числа найбільш важливих і дорогих частин автомобіля. Так, вартість комплекту шин становить приблизно 20-30% первісної вартості автомобіля, а в процесі експлуатації із загальних витрат близько 10-15% припадає на витрати по відновленню шин. Сучасні автомобільні шини можуть бути камерними і безкамерними.

Гума, що застосовується для виробництва покришок, складається з каучуку (натурального, синтетичного), до якого додаються сірка, сажа, смола, крейда, а також перероблена стара гума й інші домішки та наповнювачі.

Покришка складається з протектора 1, подушкового шару (брекеру) 2, каркаса 3, боковин 4 і бортів 5 із сердечниками 6. Каркас є основою покришки: він з'єднує всі її частини в одне ціле і додає покришці необхідну твердість, маючи при цьому високу еластичність і міцність.

Каркас покришки складають декілька шарів корду товщиною 1-1, 5 мм. Кількість шарів корду є парною для рівноміцності конструкції і дорівнює звичайно 4-6 для шин легкових автомобілів і 6-14 для шин вантажних автомобілів й автобусів. Зі збільшенням числа шарів корду підвищується міцність шини, але водночас збільшується її маса і зростає опір коченню.

Корд - це спеціальна тканина, що складається, в основному, з подовжніх ниток діаметром 0, 6-0, 8 мм із дуже рідкими поперечними нитками. Залежно від типу і призначення шини корд може бути бавовняним, віскозним, капроновим, перлоновим, нейлоновим, а також металевим. Найбільш дешевим з усіх є бавовняний корд, але він має найменшу міцність, яка, крім того, істотно зменшується при нагріванні шини. Міцність капронового корду приблизно удвічі вища, ніж бавовняного, а перлонового і нейлонового ще вища. Проте, найбільш міцним є металевий корд, нитки якого скручені з високоякісного сталевого дроту діаметром 0, 15 мм. Порівняно з бавовняним кордом міцність металевого вища більш ніжу 10 разів і не знижується при нагріванні шини. Покришки з такого корду мають невелике число шарів (1-4), меншу масу і втрати на кочення. Крім того, вони більш довговічні.

Нитки корду у покришці розташовують під деяким кутом до площини, проведеної через вісь колеса. Кут нахилу ниток залежить від типу і призначення шин. Він становить 50-52° для звичайних шин, 56-58° для аркових шин і пневмокатків.

Залежно від розташування ниток корду у каркасі покришки шини поділяють на діагональні та радіальні. У каркасі діагональних шин нитки сусідніх шарів корду перетинаються під кутом 95-115°, а кількість шарів завжди парна. При контакті з поверхнею дороги кут перехрещування ниток корду змінюється, що сприяє підвищеній деформації, теплоутворенню та зношуванню шини. Тому діагональні шини забезпечують автомобілю кращу плавність ходу, але строк служби у них нетривалий.

Для найбільш розповсюджених сьогодні радіальних шин типу Р та PC нитки корду в каркасі розташовані від борта до борта - по радіусу, і не перетинаються одна з одною. Така конструкція каркасу зменшує теплоутворення і опір коченню при роботі шини та значно продовжує строк її служби.

Протектор забезпечує зчеплення шини з дорогою і охороняє каркас від ушкодження. Його виготовляють з міцної, твердої, зносостійкої гуми. У протекторі розрізняють розчленовану частину (малюнок протектора) і підканавковий шар. Ширина протектора становить 0, 7-0, 8 ширини профілю шини, а товщина приблизно 10-20 мм для шин легкових і 15-30 мм для шин вантажних автомобілів й автобусів. Малюнок протектора залежить від типу і призначення шини. Малюнок протектора може бути дорожнім, універсальним, підвищеної прохідності, кар'єрним і зимовим.

Подушковий шар (брекер) зв'язує протектор з каркасом і охороняє каркас від поштовхів і ударів. Порівняно з іншими елементами шини, брекер працює в найбільш напружених температурних умовах (до 110-120 °С). Він звичайно складається з декількох шарів розрідженого корду, товщина гумового шару в якого значно більша, ніж у каркасного корду. Товщина подушкового шару дорівнює 3-7 мм, а число шарів корду залежить від типу і призначення шини. Найбільшу кількість шарів мають шини високої прохідності. У шин легкових автомобілів подушковий шар інколи відсутній.

Боковини охороняють каркас від ушкодження і дії вологи. їх звичайно виготовляють із протекторної гуми товщиною 1, 5-3, 5 мм.

Борти надійно кріплять покришку на ободі. Зовні борти мають один-два шари прогумованої стрічки, що охороняє їх від стирання об обід і від ушкоджень при монтажі і демонтажі шини. Усередині бортів розміщені сталеві дротові сердечники 6. Вони збільшують міцність бортів, охороняють їх від розтягування і запобігають зіскакуванню шини з обода колеса. Експлуатація шини з ушкодженим сердечником неприпустима.

Камера утримує стиснене повітря усередині шини. Це еластична гумова оболонка у формі замкнутої труби. Камери виготовляють з високоміцної гуми. Для щільної посадки (без складок) усередині шини розміри камери трохи менші, ніж внутрішня порожнина покришки. Тому заповнена повітрям камера перебуває в покришці в розтягнутому стані. Товщина стінки камери шин легкових автомобілів звичайно становить 1, 5-2, 5 мм; камери шин вантажних автомобілів й автобусів мають 2, 5-5 мм товщини. На їх зовнішній поверхні зроблені радіальні риски, що сприяють відведенню назовні повітря, що залишається між камерою і покришкою після монтажу шини.

Для накачування і випуску повітря камера має спеціальний клапан - вентиль 8.

Безкамерні шини (рис. 5.56, б) одночасно виконують функції покришки і камери. За конструкцією така шина близька до покришки камерної шини, а за зовнішнім виглядом майже не відрізняється від неї. Особливістю безкамерної шини є наявність на її внутрішній поверхні герметизуючого повітронепроникного гумового шару 11 товщиною 1, 5-3, 5 мм. Герметизуючий шар привулканізований до внутрішньої поверхні покришки. Він виготовлений із суміші натурального і синтетичного каучуку, що має підвищену газонепроникність.

На бортах шини, крім того, є шар гуми, який ущільнює місце з'єднання бортів і ободи колеса. Матеріал каркасу безкамерної шини також характеризується високою повітренепроникністю. Для його виготовлення використовують віскозний, капроновий або нейлоновий корд, повітренепроникність якого в 5-6 разів вища, ніж у бавовняного корду.

Посадковий діаметр безкамерної шини зменшений, порівняно з розміром герметичного обода, на якому вона встановлюється. При втраті герметичності бортів чи обода безкамерні шини можна використовувати як звичайні камерні покришки.

Безкамерні шини, порівняно з камерними, підвищують безпеку руху автомобіля, їх легко ремонтувати, під час роботи вони менше нагріваються, більш довговічні, мають меншу масу. Проте ціна безкамерних шин дещо вища, ніж камерних.

Умовні позначки, що вказують марку і розміри шини, проставлені на її бічній поверхні. Основними параметрами шини (рис. 5.57) є ширина В і висота Н її профілю, а також посадковий d і зовнішній D діаметри покришки.

Розмір шини позначають двома числами у вигляді сполучення цифр В - d. Для вітчизняних шин, що випускалися минулими роками, була прийнята дюймова (міжнародна) система позначення, тобто розміри B-d давалися у дюймах: наприклад, (6, 70-15). Для деяких вантажних шин використовувалася змішана система позначення: розмір B давався у міліметрах, а розмір d - у дюймах: наприклад, (260-20). У наш час для більшості вітчизняних шин прийнята метрична система позначення: основні числа - у міліметрах, а у дужках - розміри у дюймах, наприклад 170-380 (6, 70-15). Розміри шин спеціальних типів позначаються також у міліметрах і зображаються у вигляді сполучень: D× В - d для широкопрофільних шин (наприклад, 1200х 500 -508); D× B - для аркових шин (наприклад, 1140× 700); D× B× d -для пневмокатків (наприклад, 1000× 1000× 250).

Крім розмірів, у маркуванні шини вказується: завод-виготовлювач, дата випуску (місяць, рік), модель шини, її порядковий номер, номер ДОСТ або ТУ на шини, індекс швидкості, індекс вантажопідйомності для шин легкових автомобілів, норма шарів корду - для вантажних шин і т. ін.

Індекс швидкості - прийнята умовна позначка максимальної швидкості руху. Його вказують латинськими буквами: L -до 120 км/ год.; Р -до 150 км/год.; Q -до 160 км/год.; S -до 180 км/год.

Індекс вантажопідйомності — умовна позначка максимального навантаження на шину. Його вказують цифрами: індекс 75 відповідає 3870 Н; індекс 85 - 5750 Н; індекс 103-8750 Н.

Подеколи на шинах наносяться додаткові позначення: напис „Radial" -для радіальних шин, „Tubeless" - для безкамерних, „Север" - для морозостійких; літера Ш - для зимових шин із шипами і багато інших. На деяких шинах позначають також назву фірми, що їх виготовила.