25,Колёса и шины
Назначение колес. Колеса осуществляют связь автомобиля с дорогой. Они обеспечивают движение автомобиля, его подрессоривание, изменение направления движения и передачу вертикальных нагрузок от автомобиля на дорогу.
В зависимости от выполняемых функций колеса разделяются на ведущие, управляемые, комбинированные (ведущие и управляемые) и поддерживающие.
Ведущие колеса преобразуют крутящий момент, подводимый от двигателя через трансмиссию, в силу тяги, а угловое вращение - в поступательное движение автомобиля. Ведомые колеса, воспринимающие толкающее усилие от рамы, преобразуют поступательное движение автомобиля в свое качение.
Автомобильное колесо в сборе (рис. 133) состоит из пневматической шины 1, обода 4, ступицы 3 и соединительного элемента 2.
Пневматическая шина является наиболее важным элементом. При качении жесткого колеса по твердой дороге его ось копирует профиль дороги, удары колеса о неровности дороги в этом случае полностью передаются подвеске. Иной характер имеет качение колеса по жесткой
дороге на пневматической шине. В нижней части и особенно в месте контакта эластичная шина деформируется. При этом небольшие неровности увеличивают деформацию шины и не влияют на положение оси колеса. Значительные неровности и сильные толчки вызывают увеличенную деформацию шины и плавное перемещение оси колеса. Такая способность пневматической шины плавно изменять характер воздействия дороги на ось колеса называется сглаживающей.
Сглаживающая способность обеспечивается упругими свойствами сжатого воздуха, находящегося в шине. Сжатый воздух способен поглощать значительную энергию удара шины о неровность дороги при сравнительно небольшом размере шины. Причем восприятие энергии удара сопровождается незначительным временным возрастанием внутреннего давления воздуха, а также повышением его температуры. Чем ниже внутреннее давление воздуха (до определенного предела), тем лучше шина поглощает толчки от неровностей дороги.
В процессе качения колеса шина деформируется под воздействием различных непрерывно изменяющихся сил. Когда часть шины выходит из контакта с дорогой, часть энергии, затраченной на деформацию шины, теряется на внутреннее трение в резине, превращаясь в теплоту. Нагрев вредно отражается на свойствах шины, и ее изнашивание ускоряется. Потери энергии зависят от конструкции шины, внутреннего давления воздуха в ней, нагрузки, скорости движения и передаваемого крутящего момента. Чем больше деформация шины, тем больше потери на внутреннее трение и тем большая мощность затрачивается на движение автомобиля. Для уменьшения деформации и необратимых потерь давление воздуха в шине надо увеличивать.
Для удовлетворения требований по обеспечению высокой сглаживающей способности шины, с одной стороны, и по уменьшению необратимых потерь на внутреннее трение, с другой стороны, давление воздуха в шинах каждого типа устанавливают с учетом их конструктивных особенностей и условий эксплуатации.
Давление воздуха в шинах является их важнейшим эксплуатационным параметром, обеспечивающим длительный срок службы пневматических шин и экономичный расход топлива. Максимально допустимое давление воздуха в шинах легковых и грузовых автомобилей малой грузоподъемности 0,2-0,27 МПа, грузовых автомобилей, автобусов и прицепов 0,5-0,7 МПа. На автомобилях высокой проходимости используются шины с переменным (регулируемым) давлением воздуха, которое в зависимости от дорожных условий может изменяться от 0,05 до 0,35 МПа.
Пневматическая шина устанавливается на жесткую посадочную часть колеса. Ею является металлический обод, который через диск соединяется со ступицей.
Конструкцня пневматической шины.
Шины относят к числу наиболее важных и дорогостоящих частей автомобиля. Так, стоимость комплекта шин составляет примерно 20 - 30 % первоначальной стоимости автомобиля, а в процессе эксплуатации из общих расходов около 1 0- 15 % приходится на расходы по восстановлению шин.
Камерная шина состоит из покрышки , камеры и ободной ленты (в шинах легковых автомобилей ободная лента отсутствует).
Покрышка шины воспринимает давление сжатого воздуха, находящегося в камере, предохраняет камеру от повреждений и обеспечивает сцепление колеса с дорогой. Покрышки шин изготовляют из резины и специальной ткани корда. Резина, идущая для производства покрышек, состоит из каучука (натурального, синтетического), к которому добавляются сера, сажа, смола, мел, переработанная старая резина и другие примеси и наполнители. Покрышка состоит из протектора 1, подушечного слоя (брекера) 2, каркаса 3, боковин 4 и бортов 5 с сердечниками 6. Каркас служит основой покрышки: он соединяет все ее части в одно целое и придает покрышке необходимую жесткость, при этом обладает высокой эластичностью и прочностью. Каркас покрышки выполнен из нескольких слоев корда толшиной 1-1,5 мм. Число слоев корда является четным для равнопрочности конструкции и составляет обычно 4-6 для шин легковых и 6-14 для шин грузовых автомобилей и автобусов. С увеличением числа слоев корда повышается прочность шины, но одновременно увеличивается ее масса и возрастает сопротивление качению.
Корд представляет собой специальную ткань, состоящую в основном из продольных нитей диаметром 0,60,8 мм с очень редкими поперечными нитями. В зависимости от типа и назначения шины корд может быть хлопчатобумажный, вискозный, капроновый, перлоно вый, нейлоновый и металлический. Наиболее дешевым из всех является хлопчатобумажный КОРд, но он имеет наименьшую прочность, которая к тому же существенно уменьшается при нагреве шины. Прочность капронового корда приблизительно в 2 раза выше, чем хлопчатобумажного, а перлонового и нейлонового кордов еще. выше. Наиболее прочным является металлический корд, нити которого скручены из высококачественной стальной проволоки диаметром 0,15 мм. По сравнению с хлопчатобумажным кордом прочность металлического корда выше более чем в 10 раз, и она не снижается при нагреве шины. Шины из такого корда имеют небольшое число слоев (1- 4), меньшие массу и потери на качение, они более долговечны.
Протектор обеспечивает сцепление шины с дорогой и предохраняет каркас от повреждения. Его изготовляют из прочной, твердой, износостойкой резины. В нем различают расчлененную часть (рисунок) и подканавочный слой. Ширина протектора составляет 0,7 - 0,8 ширины профиля шины, а толщина примерно 10-20 мм для шин легковых и 15 - 30 мм для шин грузовых автомобилей. Рисунок протектора зависит от типа и назначения шины. Рисунок протектора может быть дорожный, универсальный, повышенной проходимости, карьерный и зимний.
Подушечный слой (брекер) связывает протектор с каркасом и предохраняет каркас от толчков и ударов, воспринимаемых протектором от неровностей дороги.
Бескамерная шина (рис. 134, б) не имеет камеры и ободной ленты и выполняет одновременно функции покрышки и камеры. По устройству она близка к покрышке камерной шины и по внешнему виду почти не отличается от нее. Особенностью бескамерной шины является наличие на ее внутренней поверхности герметизирующего воздухонепроницаемого резинового слоя 11 толщиной 1,5 - 3,5 мм. Герметизирующий слой привулканизирован к внутренней поверхности покрышки. Он изготовлен из смеси натурального и синтетического каучука, обладающей повышенной газонепроницаемостью. На бортах шины, кроме того, имеется уплотняющий резиновый слой, обеспечивающий необходимую герметичность в местах соединения бортов и обода колеса. Материал каркаса бескамерной шины также характеризуется высокой воздухонепроницаемостью, так как для него используют вискозный, капроновый или нейлоновый корд, воздухонепроницаемость которого в 5 - 6 раз выше, чем у хлопчатобумажного корда. Посадочный диаметр бескамерной шины уменьшен, она монтируется на герметичный обод. Вентиль 12 шины гайкой с шайбой 11 (рис. 135, д) герметично закреплен на двух резиновых уплотняющих шайбах 12 непосредственно в ободе колеса.
Бескамерные шины по сравнению с камерными повышают безопасность движения, легко ремонтируются, во время работы меньше нагреваются, более долговечны, проще по конструкции, имеют меньшую массу. При потере герметичности обода или самих шин их используют как обычные покрышки. При применении бескамерных шин необходимость в запасном колесе на автомобиле практически отпадает.
Основные типы автомобильных шин.
Автомобильные пневматические шины разделяют по назначению, форме профиля, габаритам, конструкции и принципу герметизации.
По назначению шины делят на две группы: для легковых и для грузовых автомобилей. Первые применяют на легковых автомобилях, грузовых автомобилях малой грузоподъемности, микроавтобусах и прицепах к ним. Шины для грузовых автомобилей применяются на грузовых автомобилях, прицепах, полуприцепах и автобусах. Они предназначены для эксплуатации на дорогах различных категорий при температуре окружающей среды до минус 45 С.
По форме профиля шины бывают обычного профиля, широкопрофильные, низкопрофильные, сверхнизкопрофильные, арочные и пневмокатки. По габаритам шины делятся на крупногабаритные, среднегабаритные и малогабаритные по конструкции шины бывают диагональные, радиальные, со съемным протектором и с регулируемым давлением. По принципу герметизации шины делятся на камерные и бескамерные.