реферат. Автомобильная шина. Автомобильная шина
 Скачать 483.29 Kb.
|
|
Автомобильная шина Материал из Википедии — свободной энциклопедии Перейти к навигации Перейти к поиску  Шины для легковых автомобилей.  Шины для грузовых автомобилей.  Тракторные шины. Эта статья об автомобильных пневматических шинах; для прочих значений, смотрите шина. Автомобильная шина — один из наиболее важных элементов колеса, представляющий собой упругую резино-металло-тканевую оболочку, установленную на обод диска. Шина обеспечивает контакт транспортного средства с дорожным полотном, предназначена для поглощения незначительных колебаний, вызываемых несовершенством дорожного покрытия, компенсации погрешности траекторий колёс, реализации и восприятия сил. Отработанные покрышки являются отходами IV класса опасности. В общепринятой в отечественном автомобилестроении терминологии колесом называется только узел, расположенный между шиной и ступицей, но без самой шины, состоящий, в свою очередь, из обода, на который сажается шина, и диска или спиц, служащих для соединения обода со ступицей. Шина, в свою очередь, включает в себя покрышку, камеру (для камерных шин) и ободную ленту (например, в велосипедных колёсах).[1] В этой статье данная терминология не соблюдается.  Содержание 1 История 2 Конструкция 3 Маркировка автомобильных шин 3.1 Традиционная система 3.2 Метрическая система 3.3 Дюймовая система 3.3.1 Формулы пересчёта между системами маркировки 3.4 Для широкопрофильных шин 3.5 Индекс нагрузки 3.6 Индекс скорости 3.7 Дополнительные сведения 3.8 Назначение для определённых условий эксплуатации 4 Сопротивление качению 5 Процесс изготовления шин 6 Производители 7 Тенденции в шинной индустрии 8 Нормативные акты 8.1 Россия 9 См. также 10 Примечания 11 Литература 12 Ссылки История Первая в мире резиновопарусинная шина была сделана Робертом Уильямом Томсоном. В патенте № 10990, датированным 10 июня 1846 года, написано: «Суть моего изобретения состоит в применении эластичных опорных поверхностей вокруг ободьев колёс экипажей с целью уменьшения силы, необходимой для того, чтобы тянуть экипажи, тем самым, облегчая движение и уменьшая шум, который они создают при движении». Патент Томсона написан на очень высоком уровне. В нём изложена конструкция изобретения, а также материалы, рекомендуемые для его изготовления. Шина накладывается на колесо с деревянными спицами, вставленными в деревянный обод, обитый металлическим обручем. Сама шина состояла из двух частей: камеры и наружного покрытия. Камера изготавливалась из нескольких слоёв парусины, пропитанной и покрытой с обеих сторон натуральным каучуком или гуттаперчей в виде раствора. Наружное покрытие состояло из соединённых заклёпками кусков кожи. Томсон оборудовал экипаж воздушными колёсами и провёл испытания, измеряя силу тяги экипажа. Испытания показали уменьшение силы тяги на 38 % на щебёночном покрытии и на 68 % на покрытии из дроблёной гальки. Особо отмечались бесшумность, удобство езды и лёгкий ход кареты на новых колёсах. Результаты испытаний были опубликованы в журнале «Mechanics Magazine» 27 марта 1849 года вместе с рисунком экипажа. Можно было констатировать, что появилось крупное изобретение: продуманное до конструктивного воплощения, доказанное проведёнными испытаниями, готовое к совершенствованию. К сожалению, на том дело и закончилось. Не нашлось никого, кто бы занялся этой идеей и довёл её до массового производства с приемлемой стоимостью. После смерти Томсона в 1873 году «воздушное колесо» было забыто, хотя образцы этого изделия сохранились.  Велосипедная шина Данлопа, около 1887 года. Виден частично обнажившийся каркас из полотна. В 1888 году идея пневматической шины возникла вновь. Новым изобретателем был шотландец Джон Данлоп, чьё имя известно в мире как автора пневматической шины. Дж. Б. Данлоп придумал в 1887 году надеть на колесо трёхколёсного велосипеда своего 10-летнего сына широкие обручи, сделанные из шланга для поливки сада, и надуть их воздухом. 23 июля 1888 года Дж. Б. Данлопу был выдан патент № 10607 на изобретение, а приоритет на применение «пневматического обруча» для транспортных средств подтверждал следующий патент от 31 августа того же года. Камера из резины крепилась на обод металлического колеса со спицами обматыванием её вместе с ободом прорезиненной парусиной, образующей каркас шины, в промежутках между спицами. Преимущества пневматической шины были оценены достаточно быстро. Уже в июне 1889 года на стадионе в Белфасте Уильям Хьюм выступил в гонках на велосипеде с пневматическими шинами. И хотя Хьюма описывали как среднего гонщика, он выиграл все три заезда, в которых участвовал. Коммерческое развитие изобретения началось с образования маленькой компании в Дублине и конце 1889 года под названием «Пневматическая шина и агентство Бута по продаже велосипедов». В настоящее время «Данлоп» — одна из крупнейших фирм в мире по изготовлению шин. В 1890 году молодой инженер Чальд Кингстн Уэлтч предложил отделять камеру от покрышки, вставлять в края покрышки проволочные кольца и сажать на обод, который впоследствии получил углубление к центру (ручей обода). Тогда же англичанин Бартлетт и француз Дидье изобрели вполне приемлемые способы монтажа и демонтажа шин. Всё это определило возможность применения пневматической шины на автомобиле. Первым, кто стал использовать пневматические шины на автомобилях, были французы Андре и Эдуард Мишлен, которые уже имели достаточный опыт в производстве велосипедных шин. Они объявили, что к гонке в 1895 году Париж—Бордо у них будут готовы пневматические шины для автомобилей и сдержали своё обещание. Несмотря на многочисленные проколы, автомобиль преодолел расстояние в 1200 км и достиг, среди девяти других, финиша своим ходом. В Англии в 1896 году шинами «Данлоп» был оснащён автомобиль Ланчестер. С установкой пневматических шин существенно улучшились плавность хода, проходимость автомобилей, хотя первые шины были ненадёжны и не приспособлены к быстрому монтажу. В дальнейшем основные изобретения в области пневматических шин были, прежде всего, связаны с повышением их безотказности и долговечности, а также с облегчением монтажа-демонтажа. Появился шиномонтажный станок, что позволило сделать борта шины более жесткими. Потребовалось много лет постепенного совершенствования конструкции пневматической шины и способа её изготовления, прежде чем она окончательно вытеснила литую резиновую. Стали применяться всё более надёжные и долговечные материалы, в шинах появился корд — особо прочный слой из упругих текстильных нитей. В первой четверти XX века всё чаще стали использовать конструкции быстросъёмных креплений колёс к ступицам на нескольких болтах, что позволило заменять шины вместе с колесом в течение нескольких минут. Все эти усовершенствования привели к повсеместному применению пневматических шин на автомобилях и бурному развитию шинной промышленности. Конструкция Основными материалами для производства шин являются резина, которая изготавливается из натуральных и синтетических каучуков, и корд. Кордовая ткань может быть изготовлена из металлических нитей (металлокорд), полимерных и текстильных нитей. Шина состоит из: каркаса, слоёв брекера, протектора, борта и боковой части.  Шины диагонального (слева) и радиального (справа) типа в разрезе.  Структура шины: 1 — протектор; 2 — плечевая часть; 3 — каркас; 4 — боковая часть (крыло шины); 5 — брекер и подушечный слой; 6 — дополнительная вставка в плечевой зоне (зеленый цвет); 7 — бортовое кольцо; 8 — бортовая часть  Измерение глубины протекторного рисунка. Текстильный и полимерный корд применяются в легковых и легкогрузовых шинах. Металлокорд — в грузовых. В зависимости от ориентации нитей корда в каркасе различают шины: радиальные диагональные У диагональных шин каркас состоит из нитей корда, направленных по диагонали, под некоторым углом к меридиональной плоскости колеса (обычно в пределах 52…54°), причём в двух соседних слоях каркаса нити корда перекрещиваются (под углом около 100°) и работают в паре друг с другом, соответственно, общее количество слоёв — всегда чётное (кратное двум). Толщина каркаса боковины и протектора у таких шин отличается мало, брекер тонкий (у легковых шин обычно всего из двух слоёв) и усиливает основной каркас лишь в незначительной степени. Диагональное расположение нитей кордного каркаса позволяет ему растягиваться в продольном и поперечном направлениях, обеспечивая эластичность шины. Толстая боковина диагональной шины (по сути сравнимая по толщине и прочности с протектором) мало подвержена деформации, что позволяет поддерживать в шине сравнительно низкое давление воздуха, может воспринимать большую нагрузку и хорошо сопротивляется ударам, проколам и порезам. Между тем, при качении такой шины её деформация сопровождается изменением углов между нитями смежных слоёв каркаса. В результате возникающего при этом внутреннего трения выделяется большое количество теплоты, для рассеивания которой боковину диагональной шины стараются сделать как можно более высокой — обычно её высота составляет не менее 80 % от ширины профиля. Диагональные шины с малой высотой профиля (в абсолютном измерении) по этой причине обычно имеют и небольшую ширину. У радиальных шин нити основного каркаса расположены в направлении радиуса по профилю шины от одного борта до другого, так что нити каркаса во всех его слоях параллельны друг другу. Диагональную конструкцию имеет только брекер, который у таких шин хорошо развит (4 и более слоя полимерного корда либо 2 и более слоя металлокорда). Радиальное расположение нитей каркаса не позволяет резине сильно растягиваться в поперечном направлении, а от продольного перемещения нити каркаса удерживает брекер. Так как при таком расположении нитей каркаса возникающие в них напряжения примерно вдвое ниже, чем при диагональном, появляется возможность уменьшить количество слоёв корда (также примерно вдвое по сравнению с диагональными шинами), благодаря чему вес радиальных шин меньше, чем у диагональных. Каркас радиальных шин за счет меньшей толщины более эластичен, имеет меньшее внутреннее трение, а следовательно — при их работе выделяется меньшее количество теплоты, что позволяет увеличить толщину протектора и глубину его рисунка, повысить срок службы. Брекер, напротив, очень жёсткий и практически нерастяжим в радиальном направлении. Радиальные шины могут иметь практически любое соотношение между высотой профиля и его шириной, в зависимости от которого они делятся на полнопрофильные (0,7…0,85), низкопрофильные (0,6…0,7) и сверхнизкопрофильные (менее 0,6). Также это соотношение может выражаться в процентах (82 %, 55 %, и так далее). Уменьшение высоты профиля шины в ряде случаев позволяет достичь более высоких показателей устойчивости и управляемости автомобиля. Радиальные шины также обладают большей стабильностью формы пятна контакта с дорожным покрытием, создают меньшее сопротивление качению, и за счёт этого обеспечивают меньший расход топлива. Недостатками радиальных шин является их жёсткое качение, обуславливающее повышенную передачу ими толчков и вибрации, возникающих при проезде неровностей дороги (особенно при малой высоте профиля), а также большая чувствительность к ударам, проколам и порезам. Первый недостаток проявлялся главным образом при установке радиальных шин на автомобилях старых выпусков, подвеска которых имела металлические шарниры без эластичных резиновых вставок; используемые на современных автомобилях резинометаллические шарниры и эластичные крепления подрамника или поперечины подвески обычно в достаточной степени обладают способностью гашения возникающих при жёстком качении радиальных шин колебаний и вибрации. Последний же отчасти устраняется введением на боковине бокового протектора (на некоторых шинах для бездорожья). В связи с наличием у них существенных преимуществ, на легковых автомобилях радиальные шины к настоящему времени практически полностью вытеснили диагональные. Последние все ещё широко используются на грузовых автомобилях и спецтехнике. Брекер находится между каркасом и протектором. Предназначен для защиты каркаса от ударов, придания жёсткости шине в области пятна контакта шины с дорогой и для защиты шины и ездовой камеры от сквозных механических повреждений. Изготавливается из толстого слоя резины (в лёгких шинах) или скрещённых слоёв полимерного корда и (или) металлокорда. Протектор необходим для обеспечения приемлемого коэффициента сцепления шин с дорогой, а также для предохранения каркаса от повреждений. Протектор обладает определённым рисунком, который различается в зависимости от назначения шины. Шины высокой проходимости имеют более глубокий рисунок протектора и грунтозацепы на его боковых сторонах. Рисунок и конструкция протектора дорожной шины определяется требованиями к отведению воды и грязи из канавок протектора и стремлением снизить шум при качении. Но, всё же, главная задача протектора шины — обеспечить надёжный контакт колеса с дорогой в неблагоприятных условиях, таких как дождь, грязь, снег и т. д., путём их удаления из пятна контакта по точно спроектированным канавкам и желобкам рисунка. Но эффективно удалять воду из пятна контакта протектор в силах лишь до определённой скорости, выше которой жидкость физически не сможет полностью удаляться из пятна контакта, и автомобиль теряет сцепление с дорожным покрытием, а следовательно и управление. Этот эффект носит название аквапланирование. Существует широко распространённое заблуждение, что на сухих дорогах протектор снижает коэффициент сцепления из-за меньшей площади пятна контакта по сравнению с шиной без протектора (slick tyre). Это неверно, так как в отсутствие адгезии сила трения не зависит от площади соприкасаемых поверхностей. На гоночных автомобилях в сухую погоду используются шины с гладким протектором либо вообще без него для того, чтобы снизить давление на колесо, уменьшив его износ, тем самым позволив применять в изготовлении шин более пористые мягкие материалы, обладающие бóльшим сцеплением с дорогой. Во многих странах существуют законы, регулирующие минимальную высоту протектора на дорожных транспортных средствах, и многие дорожные шины имеют встроенные индикаторы износа. Борт позволяет покрышке герметично садиться на обод колеса. Для этого он имеет бортовые кольца и изнутри покрыт слоем вязкой воздухонепроницаемой резины (у бескамерных шин). Боковая часть предохраняет шину от боковых повреждений. Шипы противоскольжения. В целях повышения безопасности движения автомобиля в условиях гололёда и обледенелого снега применяют металлические шипы противоскольжения. Езда на шипованных шинах имеет заметные особенности. На ходу автомобиль делается заметно более шумным, ухудшается его топливная экономичность. В снежно-грязевой каше или в глубоком рыхлом снегу эффективность шипов невелика, а на твёрдом сухом или влажном асфальте шипованные шины даже проигрывают «обычным»: из-за снижения площади пятна контакта шины с дорогой, тормозной путь автомобиля увеличивается на 5-10 %. Хотя 70-процентное сокращение тормозного пути на льду — их несомненное преимущество. Бескамерные шины[en] наиболее распространены благодаря своей надёжности, меньшей массе и удобству эксплуатации (прокол в бескамерной шине чаще приводит к постепенному падению давления, в то время, как проколотая камера может потерять воздух за доли секунды). Маркировка автомобильных шин Основная статья: Маркировка автомобильных шин (англ.)русск.. Традиционная система Наиболее широко используется для шин общего назначения. В силу исторических причин часть размеров в ней указывается в метрических, а часть — в имперских («дюймовых») единицах измерения. Пример: LT 205/55R16 91V LT (используется опционально, обязательное обозначение по DOT) — функция шины: P — легковой автомобиль (Passenger car); LT — лёгкий грузовик (Light Truck); ST — для прицепов/фургонов/телег (Special Trailer), нельзя использовать для легковых автомобилей/пикапов/грузовиков; T — временная (используется только для запасных шин, т.н. «докаток») 205 — ширина профиля, мм 55 — отношение высоты профиля к ширине, %. Если не указан — считается равным 82 % (в СССР, в других странах в различные периоды стандартными были другие величины). Изредка вместо этого может напрямую указываться высота боковины шины в дюймах (4.40/4.50-21") или её общий наружный диаметр миллиметрах (195/620R16). R — шина имеет каркас радиального типа (если буквы нет — шина диагонального типа). Частая ошибка — R принимают за букву радиуса. Возможные варианты: B — bias belt (диагонально-опоясанная шина. Каркас шины тот же, что и у диагональной шины, но имеется брекер, как у радиальной шины), D или не указан — диагональный тип каркаса. 16 — посадочный диаметр шины (соответствует диаметру обода диска), дюйм 91 — индекс нагрузки (на некоторых моделях в дополнение к этому может быть указана нагрузка в кг — Max load) V — индекс скорости (определяется по таблице) Возможные вариации: Индекс скорости может располагаться в разных местах маркировки: 225/50SR16, 225/50SR16 89S, 225/50R16 89S Присутствие буквы C после диаметра, например, 195/70R15C 104/102R, означает «коммерческий». Такая шина предназначена для пикапов или грузовиков с повышенной грузоподъёмностью. После размера могут присутствовать буквы XL, RF, SL, LL (например, P235/75R-15 XL, P285/35R-19 LL). Они означают соответственно повышенную (extra load, reinforced), стандартную (standard load), и пониженную (light load) несущую способность. В американской P-маркировке XL соответствует максимально допустимому давлению 41 psi (280 kPa), SL и LL — 35 psi (240 kPa), в европейской маркировке XL/RF соответствует 42 psi (290 kPa), SL — 36 psi (250 kPa), LL отсутствует. Отсутствие этого обозначения соответствует варианту SL. Буквы FR (например, 215/45 R17 87V FR) после размера означают шину с защитой обода диска. Защитный бортик на боковине низкопрофильной шины защищает диск и боковину самой шины от повреждения при проезде неровностей дорожного покрытия на большой скорости. В редких случаях (например, у шин Michelin с системой PAX) посадочный диаметр может быть указан в миллиметрах, например, 190/65R390, такие шины называются миллиметровыми. Если после диаметра идёт буква A — это означает асимметричный посадочный обод, то есть разные внутренний и внешний диаметры посадочного обода. Например, в случае 235/710R460A 104T внутренний посадочный диаметр будет составлять 470 мм, а внешний — 450 мм. Миллиметровые шины вместе с дюймовыми дисками и наоборот — миллиметровые диски с дюймовыми шинами — совмещать и использовать нельзя. |