Автомобиль - "для Чайников"
Колеса и Шины |  |
Устройство шины. Автомобильное колесо является одним из важнейших и сложных устройств машины. Оно представляет собой диск или обод со спицами, которые вращаются на оси. Первое колесо в виде деревянного диска с осью было изобретено на Древнем Востоке за четыре тысячи лет до нашей эры, а колесо со спицами и гнутым ободом появилось за две тысячи лет до нашей эры. Любопытно, что во всем многообразии природы нет устройства, которое можно было бы назвать колесом. Колесо - это великое изобретение человечества. Конечно, современные автомобильные ко-леса имеют обод, диск или спицы, выполненные не из дерева, а из металла или пластмасс. Но принцип действия колеса со временем не изменился: диск или спицы с ободом вращаются на оси. Можно назвать три основных назначения автомобильного колеса. Во-пер-вых, колеса являются движителем, т. е. устройством, преобразующим ра-боту двигателя в работу, связанную с движением автомобиля. Во время ра-боты колеса при взаимодействии шины с поверхностью дороги возникает сила тяги, которая и является движущей силой автомобиля. Во-вторых, колесо благодаря шине работает как упругая опора, является своеобразной пру-жиной. Она смягчает удары и толчки и обеспечивает плавность хода машины. Как упругая опора колесо воспринимает нагрузки, передающиеся от автомобиля на дорогу. Наконец, в-третьих, колесо служит направ-ляющим устройством, с помощью которого осуществляется поворот авто-мобиля. Работа колеса связана практически со всеми эксплуатационными свойствами легкового автомобиля - разгоном и торможением, управ-ляемостью и устойчивостью, плавностью хода и, наконец, что наиболее важ-но, с безопасностью движения. Колесо легкового автомобиля состоит из следующих основных частей: пневматической шины, ободаПневматическая шина Каркас шины является главной частью покрышки. Он воспринимает давление от сжатого воздуха, а также нагрузки, передаваемые шине в результате ее взаимодействия с поверхностью дороги. Каркас шины выполняется из специальной ткани, которая называется кордом. Как и любая другая ткань, корд образован параллельно уложен-ными нитями основы, соединенными редкими поперечными нитями утка. С обеих сторон корд покрывают тонким слоем резины. Уток удерживает основу во время обрезинивания, в дальнейшем при изготовлении шины уток разрушается. Промежутки между нитями корда заполнены резиной. Во время работы шины нити корда могут перемещаться за счет податли-вости резины. Нити корда изготовляют из вискозы, капрона или нейлона, а также из металла (свитые из тонких стальных проволок). Каркас шины состоит из нескольких слоев обрезиненного корда, сложенных крест-на-крест. Кордные слои каркаса закрепляются на бортах шины. В бортах установлены кольца из стальной проволоки, вокруг которых обвернуты слои корда. Борт шины - жесткая часть покрышки, с помощью которой шина закрепляется на ободе колеса. Протектором называется толстый слой резины, расположенной на наружной поверхности шины и непосред-ственно соприкасающейся с поверхностью дороги. Канавки и выступы на наружной, беговой поверхности протектора образуют рисунок протектора. Протектор предохраняет каркас шины от повреждений, а его рисунок обес-печивает сцепление колеса с дорогой. Боковина представляет собой рези-новый слой, покрывающий боковые стенки каркаса и предохраняющий его от внешних воздействий. На легковых автомобилях большое распростра-нение получили бескамерные шины. У этих шин полость, заключенная между покрышкой и ободом, должна быть герметичной. Для этого внутрен-няя часть шины имеет герметизирующий слой резины толщиной около 2 мм. Борта шины содержат уплотняющий слой резины. Обод и место креп-ления вентиля на нем также не должны пропускать сжатый воздух. Изобретение в 1888. Данлопом пневматической шины имело ре-шающее значение для развития безрельсового транспорта вообще и автомобилей в частности. Трудно представить современный автомо-биль без пневматических шин. Можно утверждать, что развитие конструкции легкового автомобиля напрямую связано с созданием и совершенствованием шин, производство которых стало возможным в результате создания новой отрасли промышленности. Шинные заводы, заводы синтетического каучука, кордные фабрики - далеко не полный перечень производств, необходимых для изготовления «обуви» для ав-томобилей. Особо большую роль в повышении качества шин сыграло изобре-тение кордной ткани. Уже в 1893 г. появились покрышки, изготовлен-ные с применением каркаса из кордной ткани. В начале XX в. начали изготовлять шины с рисунком на протекторе. До 1925 г. пневматические шины закреплялись на ободе колеса с помощью специального замка. Шины имели кольцевые выступы на бортах, которые входили в соответствующие впадины закраин обода. Вот такое ненадежное крепление имели щины вначале. В последую-щие годы от ненадежных замков на бортах покрышки пришлось от-казаться. Повсеместное распространение получили прямобортные шины (без замков на борту), которые применяются и в настоящее время. Основные элементы современной шины, такие, как кордный кар-кас, прямые борта, рисунок протектора, камера с вентилем, были раз-работаны уже в начале 30-х гг. нашего столетия. Дальнейшее развитие конструкции шины связано С применением безопасных бескамерных шин. В нашей стране в 1961 г. большая часть шин для легковых а-втомобилей выпускалась бескамерными. В зависимости от конструкции каркаса различают шины с диагональ-ным и радиальным расположением нитей корда. В диагональных шинах слои корда в каркасе Радиальные шины впервые были выпущены фирмой «Мишлен» (Фран-ция) в 1961 г. Они имели каркас с радиальным (от борта к борту) рас-положением нитей корда и пояс из трех слоев металлокорда. Основными преимуществами радиальных шин являются меньшее сопро-тивление качению, лучшее сцепление с дорогой и значительно больший срок службы из-за малого изнашивания протектора, что достигается за счет работы пояса, охватывающего каркас, особенно если он изготовлен из металлокордаТребования, предъявляемые к шинам. Надежность работы легкового автомобиля во многом saBncnt от качества шин. Прежде всего к ним предъявляются требования, связанные с обеспечением безопасности дви-жения. Конструкция автомобильной шины должна быть такой, чтобы не происходило разрыва покрышки, что обеспечивается прочностью каркаса, ограничениями давления сжатого воздуха внутри шины и внешней нагрузки на шину. Давление сжатого воздуха, при котором возможен разрыв по-крышки, должно превышать рабочее давление в шине не менее чем в 10 раз. Кроме того, безопасная работа шины возможна лишь при надежном креп-лении бортов. При существенном снижении давления вследствие недосмотра или какого-либо повреждения, при значительных боковых воздействиях на шину происходит смещение бортов покрышки на ободе, и автомобиль может потерять устойчивость и управляемость. Безопасность легковых автомоби-лей можно значительно повысить, применив бескамерные шины. Гермети-зирующий внутренний слой покрышки охватывает проколовший шину гвоздьСледующая группа требований к качеству шины связана с ее назначе-нием. Шина должна обеспечивать надежное сцепление автомобильного колеса с поверхностью дороги при прямолинейном движении и повороте в различных погодных условиях (например, во время дождя или гололеда). Кроме того, к шинам предъявляются высокие требования по плавности хода, снижению шума и вибраций при качении колес. Выполнение этих тре-бований зависит от качества резины и рисунка протектора, конструкции каркаса и давления сжатого воздуха. С рисунком протектора связано еще одно требование, которому должна удовлетворять шина при движении автомобиля по мокрому асфальту. В этом случае сцепление шины с дорогой определяется глубиной водяного слоя на дороге и скоростью движения. И то и другое способствует процессу «всплы-тия» шины, или, употребляя специальную терминологию, появлению аквапланирования. Склонность к аквапланирования зависит от давления ши-ны на поверхность дороги, от рисунка протектора и толщины водяной пленки. Конструкция шины должна обеспечивать удобный монтаж и демонтаж покрышки, а также хорошую балансировку колес. Протектор должен иметь одинаковую толщину, а масса покрышки и камеры должна быть равномерно распределена по всему объему шины. Однако добиться идеального выпол-нения этих условий практически невозможно, и колеса с шинами перед установкой на автомобиль проходят балансировку на специальных стендах. При несбалансированных колесах повышается неравномерный износ протек-тора, ухудшаются устойчивость и плавность хода автомобиля. Наконец, существуют требования, связанные с экономичностью. Кроме приемлемой цены на шину, экономичность определяется сроком ее службы. (Часто срок службы, определяемый тысячами километров пробега, назы-вают ходимостью шины.) Срок службы шины связан с равномерным из-носом протектора. Достаточная глубина рисунка протектора новой шины составляет 8...9 мм. Если глубина рисунка протектора в результате износа становится меньше 1...2 мм, эксплуатировать шину нельзя. Ходимость шины может быть увеличена за счет восстановления рисунка протектора. Вос-становленная шина значительно дешевле новой. Но водитель должен четко представлять себе, что у такой шины снижается, особенно при большой скорости движения, прочность. Она уступает новой шине и по сроку службы. Кроме того, восстановленная шина затрудняет балансировку колеса. Протекторы с продольными канавками (ребрами) имеют повышенное сцепление с дорогой в боковом направлении и недостаточное на мокрых и скользких дорогах в продольном направлении, а протекторы с поперечными канавками обладают противоположными свойствами, поэтому наибольшее распространение получили протекторы, рисунок которых имеет продольно-поперечные канавки. Создание рисунка протектора шины сопровождается кропотливой экспериментальной проверкой качества шины. Наилучший для заданных условий работы шины рисунок протектора отрабатывают в течение длительного времени. Протекторы и его рисунок совершенствуют и видоизменяют в соответствии с результатами испытаний шины и опытом ее эксплуатации. Этим объясняется большое многообразие рисунков протектора шин легковых автомобилей и неограниченные возможности создания новых рисунков. Рисунок протектора в значительной степени должен удовлетворять требованиям, предъявляемым к шинам. В связи с этим разделяют шины с дорожным, универсальным и специальным рисунком протектора. Последние предназначены для эксплуатации по снегу и грязи. На автомобилях «ВАЗ-2108», -2109», «ЗАЗ-1102» обычно устанавливают радиальные шины с дорожным рисунком протектора, а на автомобилях «ВАЗ-2121» - диагональные шины с универсальным рисунком протектора. Шины с до-рожным рисунком протектора имеют от 4 до 7 ребер высотой 8...9 мм. По-верхность протектора выполнена округленной и по краям переходит в заплечики. Заплечики улучшают сцепление при пово-роте. Между каркасом и протектором шины располагается резинокордный подушечный слой - брекерДля повышения сцепления с дорогой зимой в протекторе шины уста-навливают большое число шипов из твердого сплава, ОднакоНа диагональных шинахРадиальная шина сохраняет свой профиль даже при большой скорости движения автомобиля. Еще одним важным преимуществом такой шины является большая грузоподъемность по сравнению с диагональной шиной. Конечно, и радиальные шины не лишены недостатков. В качестве не-достатка радиальной шины следует отметить жесткое качение колес, т. е. жесткий пояс из металлокорда при движении по булыжнику или аналогич-ным дорожным неровностям вызывает появление неприятных вибраций и шумов. Из-за этого в подвеске колес приходится устанавливать дополни-тельные упругие опоры для изоляции кузова от вибраций и шумов. Радиальные и диагональные шины по своим свойствам настолько от-личаются друг от друга, что их смешанная установка на автомобиле недопустима. Радиальные шины имеют особенности, о которых необходимо постоянно помнить. Для них необходим постоянный и тщательный контроль за дав-лением сжатого воздуха в шине, так как по внешнему виду эластичных боковин покрышки трудно оценить падение давления воздуха в шине, ко-торое может быть существенным. При пониженном давлении боковины быстро разрушаются. Вследствие малой толщины и прочности боковин надо оберегать их от боковых воздействий при подъезде к тротуару, переезде через неровности, съезде на обочину. Накачивание шин высоким давлением также нежелательно, так как приводит к ухудшению плавности хода, и при движении автомобиля по неблагоустроенным дорогам (щебенка, разбитый асфальт, булыжник) увеличиваются ударные нагрузки на шину. При небольшой толщине подканавочного слоя, рисунка протектора уве-личивается вероятность повреждения протектора и брекера. Особенно опасна быстрая езда по разбитой дороге. Характерными разрушениями металлокорда является расслоение, разрыв нитей и их выход в камеру или наружу, шина «дает восьмерку» и теряет работоспособность. Конструкция шины существенно влияет на работу автомобильного колеса. Под воздействием сжатого воздуха и внешней нагрузки изменяются профиль шины и отпечаток протектора на поверхности дороги. Под действием на колесо вертикальной нагрузки Прогиб и жесткость зависят от конструкции шины и давления сжатого воздуха. Высота профиля радиальной шиныСнижение жесткости шин улучшает плавность хода автомобиля, но уменьшать жесткость шины за счет увеличения прогиба нецелесообразно. Большой прогиб шины приводит к резкому снижению долговечности по-крышки, поэтому ездить на спущенных шинах невыгодно и опасно. Прогиб шины должен составлять не более 10...15% высоты ее профиля. Значительное влияние на работу колеса, на устойчивость и управляемость автомобиля оказывают боковая и угловая деформация шины. В результате боковой деформации происходит искажение профиля шины. ПриСложные конструкции шин современных легковых автомобилей требуют внимательного отношения к эксплуатации колес. Преждевременный износ шины зависит от манеры вождения автомобиля, нарушения углов уста-новки колес, нормы давления воздуха в шине, нарушения балансировки колес и технического состояния подвески колес и тормозов. Следует избегать интенсивных разгонов, торможений и поворотов. Нельзя допускать длитель-ного воздействия на шины горючесмазочных материалов и прямых солнеч-ных лучей. При установке шины на автомобиль нужно соблюдать реко-мендации завода-изготовителя, а рисунок протектора подбирать в зави-симости от дорожных условий. Основные характеристики шины можно установить по обозначениям (маркировкам) на покрышках. Обод и диск колеса. Без шин колеса легковых автомобилей представ-ляют собой неразъемное соединение обода с диском. Для снижения массы колес диски и ободы могут изготовляться из легких сплавов и пластмасс, Так, применение колес, отлитых из алюми-ниевых и магниевых сплавов, уменьшает массу колеса в несколько раз. Еще меньшую массу имеют пластмассовые колеса. Легкие колеса улуч-шают разгон и торможение автомобиля, повышают его плавность хода. Диск колеса должен воспринимать вертикальные, горизонтальные боковые и продольные нагрузки от дороги и передавать их через элементы крепления на ступицу колеса. Очень важно, чтобы конструкция крепления диска к ступице препятствовала произвольному самоотворачиванию болтов или гаек, с помощью которых крепятся колеса легкового автомобиля. Для этого в диске делают опорные упругие гнезда (розетки), равномерно при-легающие к фланцу ступицы. Диаметр фланца ступицы должен быть больше розетки, иначе наружная кромка ступицы будет врезаться в прилегающую поверхность диска . Число отверстий для крепления колеса и диаметр окружности, на которой они расположены, могут быть разными. |
