6.2 Колеса і шини. Будова, призначення і маркування

Призначення коліс і шин

Примітка
у цьому розділі всі елементи називатимемо не так, як прийнято в розмовному мовленні, а по-науковому, щоб сформувалося розуміння суті речей.

Колесо і шина утворюють разом колісний рушій, який призначено для здійснення зв’язку автомобіля з дорогою, забезпечення руху автомобіля, зміни напрямку руху і передачі вертикальних навантажень від автомобіля до дороги і навпаки. Простіше кажучи, саме завдяки рушію ми можемо рухатися і керувати автомобілем, тому від правильного вибору коліс і шин безпосередньо залежить поведінка автомобіля на дорозі.

Вирізняють такі види рушіїв:

• ведучі;
• керовані;
• комбіновані (ведучі та керовані);
• холості (неведучі і некеровані, наприклад причіпні або опорні в багатовісних вантажних автомобілях).

Ведучі рушії мають таку назву саме тому, що вони перетворюють тягу двигуна в поступальний рух автомобіля, передаючи всі моменти і сили на дорогу. Керовані рушії відповідають виключно за контроль за напрямком руху автомобіля. А якщо рушій отримує тягу від двигуна та ще й відповідає за напрямок руху, то він є комбінованим. Холості рушії служать для рівномірного розподілу ваги транспортного засобу на поверхні дороги.

Рушій (малюнок 6.20) складається з пневматичної шини, маточини і колеса (яке складається з диска і обода).

Малюнок 6.20 Колісний рушій. Поперечний розріз.

Пневматична шина є найважливішим елементом в конструкції рушія. Якщо уявити собі колісний рушій без пневматичної шини — жорстким, наприклад дерев’яним, то неважко припустити, що при його коченні по твердій дорозі траєкторія руху осі копіюватиме профіль дороги. Удари рушія об нерівності дороги в цьому випадку будуть повністю передаватися на підвіску. Все виглядає зовсім інакше, коли колісний рушій має пневматичну шину. У місці контакту еластична шина (зазвичай виконана на основі каучуку і різних добавок — від сажі до оксиду кремнію) деформується. При цьому невеликі нерівності, деформуючи шину, не впливають на положення осі обертання колеса.

Якщо ж колісний рушій наїжджає на більш значні перешкоди, то сильні поштовхи викликають підвищену деформацію шини і плавне переміщення осі обертання колеса. Здатність пневматичної шини плавно змінювати негативний вплив дефектів дорожнього покриття на вісь обертання колеса називається згладжувальною.

Ефект згладжування забезпечується пружними властивостями стисненого повітря, що міститься в шині.

Примітка
Коли частина шини при коченні виходить із контакту з дорожньою поверхнею, частка енергії, витрачена на деформацію шини, витрачається на внутрішнє тертя в гумі, перетворюючись на теплоту. Нагрівання негативно впливає на властивості шин, унаслідок цього прискорюється зношуваність.
Втрати енергії залежать від конструкції шини, внутрішнього тиску повітря в ній, навантаження, швидкості руху і переданого крутного моменту. Зі збільшенням деформації шини ростуть і втрати на внутрішнє тертя, наслідком цього є збільшення витрачуваної потужності на рух автомобіля.
Для зменшення деформації і незворотних втрат тиск повітря в шині треба збільшувати. Однак для задоволення вимог щодо забезпечення високої згладжувальної здатності шини, з одного боку, і зменшення незворотних втрат на внутрішнє тертя, з іншого, тиск повітря в шинах кожного типу встановлюють з урахуванням їхніх конструктивних особливостей та умов експлуатації.

Тиск повітря в шині колеса є найважливішим експлуатаційним показником і кожним виробником встановлюється відповідно до конструкції та прямого призначення шини.

Колесо

Примітка
Усі ми звикли говорити про диски, про те, які вони — литі чи ковані, яке в них маркування. Насправді, говорячи про них, ми завжди, навіть того не відаючи, мали на увазі саме колесо, яке включає у свою конструкцію обід і диск.

Колесо зазвичай прилаштовують на маточину, яка в свою чергу встановлена в поворотний кулак і вільно обертається на роликових підшипниках. Виготовляють колесо з листового металу способом штампування і наступного зварювання елементів. Колеса можуть бути відлиті з легкосплавних матеріалів (наприклад, алюмінієвого і магнієвого сплаву), а можуть бути і кованими, які поєднують у собі легкосплавний матеріал і штампування. Також колеса бувають дискові й бездискові (згадайте «унікальне» рішення такого колеса на всім відомій «Таврії»).

Пневматична шина

Будова шини

Примітка
Варто відзначити, що нині шини діляться на два типи: камерні й безкамерні. У шинах першого типу є спеціальна камера, в яку закачується повітря. У безкамерній шині такої камери немає, і покришка встановлюється на обід, ущільнюється та накачується повітрям.

Малюнок 6.21 Будова пневматичної шини.

Гума, що використовується для виробництва шин (в побуті — «покришок»), складається з каучуку (натурального або синтетичного), до якого додаються сірка, сажа, смола, крейда, перероблена стара гума та інші домішки і наповнювачі. Шина складається з протектора, подушкового шару (з брекером), каркаса, боковин і посадкових бортів із сердечниками (силове кільце), як показано на відповідному малюнку 6.21. Каркас служить основою шини: він з’єднує всі її частини в єдине ціле і надає їй необхідної жорсткості, при цьому має високу еластичність і міцність. Каркас виконують із декількох шарів корду товщиною 1—1,5 мм. Кількість шарів корду є парним для рівномірного розподілу міцності конструкції і становить зазвичай 4 або 6 для шин легкових автомобілів і 6—14 для шин вантажних автомобілів і автобусів.

Цікаво
Зі збільшенням кількості шарів корду підвищується міцність шини, але водночас збільшується її маса і зростає опір коченню, що неприйнятно.

Корд — це спеціальна тканина, що складається переважно з поздовжніх ниток діаметром 0,6—0,8 мм подекуди з поперечними нитками. Залежно від типу і призначення шини корд може бути бавовняним, віскозним, капроновим, перлоновим, нейлоновим і металевим. Найдешевшим з усіх є бавовняний корд, але він має найменшу міцність, яка до того ж істотно зменшується при нагріванні шини. Міцність капронового корду приблизно в 2 рази вища, ніж бавовняного, а перлонового і нейлонового корду — ще вища. Найбільш міцним є металевий корд, нитки якого скручені з високоякісного сталевого дроту діаметром 0,15 мм. Міцність металевого корду вище бавовняного більш ніж у 10 разів, і вона не знижується при нагріванні шини. Шини з такого корду мають невелику кількість шарів (1—4), меншу масу і втрати на кочення*, вони більш довговічні. Нитки корду 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.

Примітка
* Втрати на кочення. Як не крути, а під час руху, точніше при коченні, у всіх шарах шини виникає тертя і, як наслідок, шина спочатку деформується начебто із запізненням, а потім із таким самим запізненням приходить у вихідне положення. Унаслідок цієї нехитрої дії шина починає нагріватися. Якщо нагрівається, значить, просто витрачає даремно частину подаваної до неї енергії, призначеної для кочення. Вчені багатьох лабораторій вивчають цю проблему з метою зниження втрат на кочення.

Подушковий шар (і брекер) зв’язує протектор із каркасом та оберігає каркас від поштовхів і ударів, які сприймаються протектором від нерівностей дороги. Подушковий шар зазвичай складається з декількох шарів розрідженого прогумованого корду, товщина гумового шару якого значно більша, ніж у каркасного корду. Товщина подушкового шару дорівнює 3—7 мм, а число шарів корду залежить від типу і призначення шини.

Боковини захищають каркас від ушкодження і впливу вологи. Їх зазвичай виготовляють із протекторної гуми товщиною 1,5—3,5 мм. Борти надійно утримують покришку на ободі. Зовні борту є один-два шари прогумованої стрічки, яка захищає їх від стирання об обід і від ушкоджень при монтажі і демонтажі шини.

Усередині бортів є сталеві дротяні сердечники. Вони збільшують міцність бортів, оберігають їх від розтягування і запобігають зіскакуванню шини з обода колеса.

Камера утримує стиснене повітря всередині шини. Це еластична гумова оболонка у вигляді замкнутої труби. Для щільної посадки (без складок) усередині шини розміри камери трохи менші, ніж внутрішня порожнина шини. Тому заповнена повітрям камера знаходиться в шині у розтягнутому стані. Товщина стінки камери зазвичай становить 1,5—2,5 мм для шин легкових і 2,5—5 мм для шин вантажних автомобілів і автобусів. На зовнішній поверхні камери робляться радіальні риски, які сприяють відведенню назовні повітря, що залишається між камерою і шиною після монтажу шини. Камери виготовляють з високоміцної гуми.

Особливості безкамерної шини

Безкамерна шина не має камери і обідної стрічки і виконує одночасно функції шини та камери. За будовою вона дуже близька до камерної шини і за зовнішнім виглядом майже не відрізняється від неї. Особливістю безкамерної шини є наявність на її внутрішній поверхні герметизуючого повітронепроникного гумового шару завтовшки 1,5—3,5 мм.

Примітка
Матеріал каркаса безкамерної шини також характеризується високою повітронепроникністю, оскільки для нього використовують віскозний, капроновий або нейлоновий корд, повітронепроникність якого в 5—6 разів вища, ніж у бавовняного корду.

Примітка
Посадковий діаметр безкамерної шини зменшений, вона монтується на герметичний обід.

Малюнок протектора

Увага
Згідно з правилами дорожнього руху, забороняється встановлювати на одній осі шини різних розмірів, конструкцій і з різним малюнком протектора.

Призначення

В ідеальних умовах малюнка протектора не має бути в принципі (подивіться на сліки формульних болідів), щоб площина контакту шини з поверхнею дороги була максимальною. Однак ідеальні умови — це коли дорога покрита асфальтобетоном, причому сухим. Тільки-но на поверхні з’явиться хоча б незначний шар води або дорога стане просто вологою, зчеплення* шини різко впаде, контакт зникне і водій втратить контроль над автомобілем. Для того щоб при наїзді на поверхню, вкриту шаром води було куди відводити рідину (можна сказати, в примусовому порядку), шина рясніє «ялинкою» протектора. Якщо ж шина призначена для руху в зимовий період, значить і форма протектора буде відповідною — збільшена кількість ламелей і брудовідводів.

Примітка
* Сила, з якою колеса «чіпляються» за дорогу, характеризується коефіцієнтом зчеплення шин із дорогою. Коефіцієнт зчеплення — відношення сили зчеплення коліс із дорогою до ваги, яка припадає на колесо. Коефіцієнт зчеплення з дорогою має вирішальне значення при гальмуванні і розгоні автомобіля. Що вищий коефіцієнт зчеплення колеса, то вищою буде інтенсивність розгону і гальмування автомобіля.

Малюнки протектора шин

• Неспрямований малюнок (малюнок 6.22) — малюнок, симетричний відносно вертикальної осі колеса, що проходить через його вісь обертання. Це найбільш універсальний малюнок, саме тому основна частина шин випускається з ним.
• Спрямований малюнок (малюнок 6.23) — малюнок, симетричний шодо вертикальної осі, що проходить через центральну частину протектора. Серед переваг такого малюнка — поліпшена здатність відведення води із зони контакту з дорогою і знижена шумність.
• Асиметричний малюнок (малюнок 6.24) — малюнок, не симетричний відносно вертикальної осі колеса. Він використовується для реалізації різних властивостей в одній шині. Наприклад, зовнішній бік шини краще працює на сухій дорозі, а внутрішній — на мокрій поверхні.

Маркування шин

Є два поняття щодо кожної моделі шини: типорозмір та індекси. Наприклад, зазначений типорозмір — 255/55 R16, де
255 — ширина профілю шини в міліметрах;
55 — відношення висоти профілю шини (від посадкового обода до зовнішнього краю колеса) до ширини профілю в процентах;
R — радіальна конструкція корду, складові нитки корду в шарах каркаса мають радіальне розташування (спрямовані від борта до борта);
16 — посадковий діаметр обода в дюймах (1 дюйм = 2,54 см).

В індексах вказуються параметри максимального навантаження на одну шину в кілограмах та індекс швидкості — максимальна допустима швидкість руху в кілометрах на годину, а також додаткові індекси, що характеризують властивості конкретної шини.

Малюнок 6.25 Приклад маркування шини.

Існує два типи маркування: для шин внутрішнього ринку і для зарубіжних шин.

Маркування шин внутрішнього ринку

Відповідно до ДЕСТу на шину наносяться такі обов’язкові написи:

• товарний знак і (або) найменування виробника;
• найменування країни-виробника англійською мовою: «Made in ...»;
• позначення шини;
• торгова марка (модель шини);
• індекс несучої здатності (вантажопідйомності);
• індекс категорії швидкості;
• «Tubeless» — для безкамерних шин;
• «Reinforced» — для посилених шин;
• «M + S» або «M.S» — для зимових шин;
• «All seasons» — для всесезонних шин;
• дата виготовлення, що складається з трьох цифр: перші дві позначають тиждень виготовлення, остання — рік;
• «PSI» — індекс тиску від 20 до 85 (тільки для шин з індексом «С»);
• «Regroovable» — у разі можливості поглиблення малюнка протектора методом нарізки;
• знак офіційного затвердження «E» із зазначенням номерів офіційного затвердження і країни, яка видала сертифікат;
• номер ДЕСТу;
• національний знак відповідності Держстандарту (допускається нанесення тільки в супровідній документації);
• порядковий номер шини;
• знак напрямку обертання (в разі спрямованого малюнка протектора);
• «TWI» — місце розташування індикаторів зносу;
• балансувальна мітка (крім шин 6,50-16С і 215/90-15С, що поставляються в експлуатацію);
• штамп технічного контролю.

Маркування зарубіжних шин

На таких шинах можуть бути інші позначення:

• «Тous terrain» — всесезонна;
• «R + W» (Road + Winter) — дорожня + зимова (універсальна);
• «Retread» — відновлена;
• «Inside» — внутрішній бік;
• «Outside» — зовнішній бік;
• «Rotation» — напрямок обертання (для шин зі спрямованим малюнком);
• «Side facing inwards» — внутрішній бік (для асиметричних шин);
• «Side facing outwards» — зовнішній бік (для асиметричних шин);
• «Steel» — позначення наявності металокорду;
• «TL» — безкамерна шина;
• «ТТ» або «MIT SCHLAUCH» — камерна шина.

Шини RUN-FLAT

Технологія RUN-FLAT застосовується при виробництві дорогих автомобільних шин. Такі шини мають посилені боковини. Наявність міцних вставок у боковині шини з гуми спеціального складу дозволяє їй витримувати вагу автомобіля навіть у спущеному стані.

На спущеній шині RUN-FLAT можна проїхати близько 80 км, якщо машина повністю завантажена. Якщо в машині знаходиться тільки водій, то рухатися на спущеній шині можна близько 150 км (на швидкості не більше 80 км/год). Можливість проїхати як мінімум 80 км на спущеній шині без наслідків для колеса і підвіски дозволяє водіям уникнути складної та небезпечної зміни коліс в автомобільному потоці. Інженери домоглися того, що шину після вулканізації можна використовувати повторно.

Малюнок 6.26 Шини з технологією Run-flat.

Примітка
З міркувань безпеки RUN-FLAT-шини можуть встановлюватися тільки на автомобілях із системою електронного контролю курсової стійкості та датчиками тиску повітря в шинах, які попереджають про зміну тиску повітря в них.

Маркування на колесах

Малюнок 6.27 Колесо.

Маркування шин знати корисно, оскільки шина надівається на диск, який також має своє маркування, і воно має відповідати шині, що підбирається.

Наприклад, маркування на колесі «8.5J x 17 Н2 5/112 ET 35 d 66.6» має таке розшифрування:

Примітка
Позначення колеса наноситься на внутрішню поверхню, має дублюватися на упаковці та бути в супровідній документації або на наклейках.

8.5 — ширина обода колеса в дюймах. Наведений розмір має обов’язково співвідноситися з шириною шини;

Увага
Шина, ширина якої не відповідає ширині колеса, під час руху може зіскочити.

x — знак між умовними позначеннями ширини і посадкового діаметра, який вказує на те, що обід колеса нероз’ємний;

17 – посадковий діаметр обода колеса в дюймах, який має обов’язково відповідати посадковому діаметру шини;

Примітка
На легкових автомобілях застосовуються колеса діаметром від 12 до 32 дюймів, найбільш поширені діаметри — 14—16 дюймів.

J – буква кодування, що інформує про конструктивні особливості бортових закраїн обода (кути нахилу, радіуси заокруглення і таке інше);

Н2 — буква «Н» (скорочення від англ. слова «Hump») вказує на наявність кільцевих виступів (так званих хампів) на полицях обода, які утримують безкамерну шину від зіскакування з обода колеса. Найчастіше на колесі присутні два хампи (позначення «Н2»), проте хамп може бути і один (позначення «Н»). Вони можуть мати пласку форму (FH — «Flat Hump»), бути асиметричними (AH — «Asymmetric Hump»), комбінованими (CH — «Combi Hump»);

5/112 – PCD («Pitch Circle Diameter» — діаметр, утворений центрами отворів під кріплення колеса) — цифра 5 означає кількість кріпильних отворів у колесі для болтів або гайок (найбільш часто зустрічаються колеса з кількістю кріпильних отворів від 4 до 6, рідше — 3, 8 або 10), 112 — діаметр окружності, утвореної центрами кріпильних отворів у міліметрах. Існує певна низка таких діаметрів, наприклад 98; 100; 112; 114,3; 120; 130; 139,7 і деякі інші. Часто вони застосовуються виробниками за традицією або як найбільш підходящі для автомобілів певного призначення: так, розмір 139,7 характерний для пікапів і позашляховиків;

ET – позначення розміру вильоту диска колеса в міліметрах;

Примітка
Виліт диска колеса (дивіться малюнок 6.27) — це розмір між посадковою (привалковою) площиною диска колеса, яка прилягає безпосередньо до маточини колеса, і віссю симетрії обода колеса.
Якщо площина прилягання до маточини колеса знаходиться «зовні» щодо осі симетрії, виліт диска колеса називається позитивним, наприклад ЕТ35; якщо «зсередини» (ближче до автомобіля) — виліт негативний, наприклад ЕТ-20. Простіше кажучи, що більше колесо виступає за межі кузова, то менше значення вильоту. Якщо в позначенні вильоту стоїть нуль, значить поверхня прилягання до маточини колеса лежить на осі симетрії обода диска колеса.

Увага
Установка коліс зі зменшеним, порівняно зі стандартним, вильотом, може надати інший вигляд автомобілю, проте такий поворот подій може негативно вплинути як на керованість, так і на ресурс підшипників маточин коліс.

d – діаметр маточини або діаметр центрального отвору в міліметрах.

Примітка
У найкращому варіанті цей діаметр має відповідати діаметру посадкового паска на маточині.

Увага
Завжди для кріплення коліс необхідно застосовувати тільки спеціальні болти і гайки кріплення.