Колеса и шины автомобиля. Их устройство и маркировка

Благодаря колесам автомобиль имеет возможность передвигаться по дороге. На них подается вращение от двигателя через трансмиссию, а за счет сил трения колеса отталкивается от поверхности, и авто движется.

Автомобильные колеса состоят из двух компонентов – шины и диска. Основным рабочим элементом колеса является шина или по-другому скат, а диск выступает в роли посадочного места для нее, а также обеспечивает крепление колеса к ступицам.

Шины обеспечивают:

• Сцепление с дорожным полотном;
• Сглаживание мелких неровностей дороги;
• Возможность движения по поверхностям с разными характеристиками;
• Управляемость авто.

Также от этих элементов зависит шумность при движении.

Внутреннее устройство

Устройство автомобильной шины – сложное, несмотря на простой внешний вид. В поперечном сечении скат имеет С-образную форму, которая формируется рядом слоев.

Одна из схем шины

Эти слои имеют свое название:

• кордовый каркас;
• брекер;
• протектор.

Дополнительно может использоваться подложка между последними слоями.

Кордовый каркас – основа шины. Основой каркаса выступает корд – прорезиненные слои нитей (из хлопка, вискозы, капрона, стальной проволоки), покрывающих всю площадь каркаса и расположенных определенным образом. Каркас может состоять из одного или нескольких кордовых слоев.

По расположению нитей каркаса шины делятся на диагональные и радиальные. В первом случае используется перекрестное расположение слоев корда. В радиальных шинах нити проходят перпендикулярно направлению вращения колеса. Диагональные шины сейчас практически не выпускаются.

Брекер – еще один слой корда, но он располагается не по всей площади каркаса, а лишь на рабочей поверхности. Помимо этого, в брекере используются более прочные нити, что обеспечивает повышение прочности и устойчивости каркаса к повреждениям. По сути, брекер выступает в качестве армирующей соединительной прослойки между каркасом и протектором. Кордовые нити брекера располагаются исключительно диагонально.

Протектор – внешняя рабочая часть шины. Представляет собой достаточно массивный резиновый слой из высококачественных материалов и с нанесенным узором, формируемым углублениями в резине. Этот узор получил название «беговой дорожки», которой контактирует с дорогой. Протектор не только обеспечивает нужное сцепление с поверхностью, он также выступает и в качестве защитного слоя, предохраняющего каркас от повреждения. Тип рисунка, наносимого на протектор, влияет на сцепные качества шины и подразделяет их на дорожные, универсальные, повышенной проходимости.

Радиальные, диагональные и металлокордные

Силовые свойства определяются материалом и расположением нитей корда. Постепенно выработался единый подход к конструированию – дорожная резина, в том числе работающая на высоких скоростях, должна иметь радиальное плетение металлических нитей, так обеспечивается минимальный боковой увод колёс при сохранении комфортного поглощения неровностей. А резина для машин, эксплуатирующихся в более тяжёлых условиях и на меньших скоростях, требует высокой прочности с сохранением некоторой гибкости профиля, отсюда применение несколько устаревшего диагонального плетения и текстильного капронового корда. Причём многослойного, прочность нужна действительно высокая.

Боковина шин диагонального типа плохо противостоит боковым уводам, то есть отклонениям плоскости вращения от траектории в поворотах, зато за счёт перекрещивания нитей корда прекрасно противостоит повреждениям от ударов.

Внешнее устройство

Если рассматривать устройство автомобильной шины только снаружи, то она состоит из:

• бортов;
• боковин;
• плеч;
• беговой дорожки.

Борта обеспечивают надежную посадку шины на диск. Жесткость этих элементов обеспечивается силовыми кольцами из металлической проволоки, вплавленными в каркас по окружности. Если рассматривать поперечное сечение шины, то борта – это вершины в С-образной форме.

От бортов отходят боковины – боковые части каркаса, покрытые дополнительно защитным слоем резины, предотвращающим повреждение кордового каркаса.

Плечи обеспечивают переход от боковин к беговой дорожке. Помимо этого, при деформации (при наезде на препятствие, вхождении в поворот) плечи принимают участие в обеспечении сцепления с дорогой.

К плечам подходит беговая дорожка, являющаяся основной рабочей поверхностью, поэтому именно она имеет наиболее многослойную структуру.

В поперечном сечении устройство шины такое: имеется два борта, соединенных с двумя боковинами, которые переходят к плечам, а те – подходят к краям одной беговой дорожки, что и формирует С-образную форму.

Основные составные части

В состав современного велосипеда входит два колеса, обычно одного диаметра. Заднее колесо обычно бывает ведущим и приводится в движение посредством велосипедной цепи.

Колесо состоит из втулки, спиц, обода, камеры и покрышки. Иногда камера и покрышка составляют одно целое, то есть бескамерную шину.

Втулка соединена с ободом колеса с помощью спиц, количество которых колеблется от 12 до 48. Престижные модели велосипедов с рамой из композитных материалов часто комплектуются колёсами, спицы которых выполнены из карбона.

Размер велосипедного колеса по традиции определяется по внешнему диаметру покрышки в дюймах – от 14 до 29 (1дюйм = 2.54см). Горный велосипед обычно комплектуется колесами 26 дюймов, а гибридный или туристический — 28 дюймов.

Задние колеса спортивных велосипедов не содержат спиц, так состоят из сплошного диска. Такая конструкция повышает жесткость колеса и уменьшает сопротивление встречного воздуха на больших скоростях. Единственным недостатком является повышенная парусность, которая добавляет неприятностей велогонщикам при боковом ветре.

Обод

Материал

При изготовлении ободов велосипедных колес в большинстве случаев применяют сталь или алюминиевые сплавы. Обода из стали дешевле, однако тяжелее и более подвержены коррозии. В последние годы все чаще используют более легкие композитные материалы: карбон и пластик.

Новые технологии позволяют напылять керамику на тормозную поверхность ободов. При этом не только сокращается тормозной путь велосипеда в сырую погоду, но и продлевается время службы колеса.

Спица велосипедного колеса

Очень уязвимый элемент. Кроме нагрузки от веса велосипедиста, подвергается ударам на неровной дороге. С помощью ниппеля спица фиксируется в ободе. Самые распространенные спицы изготовляют из стали или алюминия.

Спица состоит из четырех частей:

• Головка.Головка закреплена на втулке.
• Тело.
• Резьба. На резьбу навинчивается ниппель.
• Ниппель. Ниппель крепит спицу к ободу.

Ниппель должен быть из того же материала, что и спица. Для равномерного распределения нагрузки и исключения перекоса обода, натяжение спиц должно быть одинаковым. Это соответствует оптимальному балансу между конструктивными элементами.
Виды спиц:

• Катаная спица— бюджетный вариант.
• Тянутая спицалегче по весу, но дороже.
• Плоская спица— самая дорогая, значительно превосходит остальные виды как по весу, так и по сопротивлению встречному воздушному потоку.

Спицовка

Спицовка — это порядок взаимного крепления втулки, спиц и обода. Есть два основных вида спицовки колес: «радиальное» и «крестовое».

При «Радиальном» виде спица не пересекается с остальными. При сборке «крестом», спица перекрещивается с остальными спицами несколько раз, в зависимости от выбранного способа спицевания. На широко распространенных колесах 26 дюймов чаще используют спицовку «в три креста».

Разновидности задних велосипедных втулок, отличия их друг от друга

Втулка — основа колеса.

Втулка находится в центре колеса и вращается на подшипниках. В качестве подшипников применяются разборные шарики, либо универсальные закрытые подшипники заводского изготовления. На подшипник приходится всё давление велосипеда при езде, поэтому качество его должно быть высоким.

Втулка посредством спиц соединена с ободом колеса. Устаревшие модели втулки типа «Торпедо» содержат внутри конструкции тормозной барабан, с помощью которого велосипедист тормозит обратным вращением педалей.

В состав современной задней велосипедной втулки входит храповой механизм, а кассета со звездами надевается на барабан. На втулке с трещоткой подшипники расположены ближе к центру, поэтому нагрузка распределяется не равномерно. Втулки этого типа устанавливаются на подростковые или на бюджетные взрослые велосипеды.

Кассетная втулка – еще один популярный тип задней втулки. Она имеет шлицы, на которые насаживается кассета со звездами и фиксируется гайкой кассеты. Такие втулки более надежные, подшипники находятся дальше от центра втулки, поэтому велосипед может выдерживать вес до 120 кг.

Третий вид задних втулок – втулка с планетарной системой переключения скоростей. Она объединяет функции втулки и механизм переключения скоростей велосипеда.

Весь механизм расположен внутри втулки и защищен от пыли и влаги. Цепь на велосипеде с такой втулкой служит дольше, так как не меняет своего положения. Планетарная втулка имеет высокую степень надежности.

Конструкция 3-скоростной планетарной втулки SRAM очень простая. А вот 5-ти и 7-ми скоростные лучше не разбирать. Планетарные шестерёнки устанавливаются в особом положении — для этого нужен специальный инструмент.

Классификация

Существует несколько критериев, по которым делится автомобильная «резина»:

• Способ герметизации внутреннего пространства;
• Сезонность использования;
• Тип протектора;
• Сфера использования.

Все эти критерии достаточно важны и учитываются при выборе авторезины.

Метод герметизации

По способу герметизации, существующие виды автошин делятся на камерные и бескамерные.

В камерных воздух, обеспечивающий необходимое давление внутри, закачивается в специальный резиновый баллон – камеру. Основным недостатком таких колес является легкость повреждения, поскольку даже незначительный прокол камеры приведет к спусканию колеса. Но с другой стороны, изгибы обода диска при сильных ударных нагрузках не приводит к спусканию. На легковых авто камерный тип сейчас используются очень редко.

В бескамерных воздух закачивается в пространство, образованное внутренней поверхностью шины и диском. Они менее «чувствительны» к проколам и способны выдержать до 7-8 пробитий (при условии, что элемент, проколовший шину, остается в ней). Но даже незначительный изгиб обода приведет к «отслаиванию» борта и колесо стравит воздух.

Сезонность использования

По сезонности использования шины делятся на летние, зимние и всесезонные. Отличия между ними сводятся к материалу изготовления (в летних используется жесткая резина, а зимних – мягкая), форме рисунка и глубине протектора. Всесезонный вариант является промежуточным, и должных сцепных качеств не обеспечивает ни зимой, ни летом. Оптимальный период использования такой резины – ранняя весна и поздняя осень.

Тип протектора

По типу протектора виды автошин бывают дорожными, повышенной проходимости и универсальными. Первые предназначены для эксплуатации по твердой поверхности. Шинам повышенной проходимости характерны глубокий протектор и ярко выраженные грунтозацепы, обеспечивающие отличные ходовые качества авто по пересеченной местности. Универсальные колеса подходят как для движения по дороге, так и по бездорожью, но не сильному, поскольку грунтозацепы в них есть, но они не очень «мощные».

Сфера использования

По сфере использования шины бывают общего назначения и спортивные. Все виды автошин общего назначения обладают определенным соотношением высоты профиля к ширине, что обеспечивает необходимый объем для закачки воздуха.

К спортивной резине относятся низкопрофильные шины, слики и полуслики. Низкопрофильные отличаются небольшой высотой боковин. Но для обеспечения нужного объема для закачки воздуха, конструкторы увеличили ширину шин. В результате площадь контакта беговой дорожки возросла, поэтому низкопрофильные шины отличаются улучшенными сцепными качествами. Предназначены они для езды только по твердой поверхности. Благодаря наличию протектора, допускается их использование на дорогах общего назначения.

Слики – исключительно спортивные шины. Их особенность – полное отсутствие рисунка протектора, что обеспечивает максимальное пятно контакта колеса с дорогой. Они применяются только на сухих твердых покрытиях.

Полуслики отличаются от сликов наличием небольшого протектора, в центральной части беговой дорожки, по краям же на поверхности узора нет. Несмотря на имеющийся протектор, использовать такую резину на дорогах общего назначения нельзя, на них можно ездить только по автотрекам.

Самая частая проблема, связанная с шинами во время эксплуатации авто, — проколы, в результате которых воздух их колеса выходит и дальнейшая его эксплуатация невозможна.

Частично эта проблема решилась с появлением бескамерных шин. Как уже указывалось, они способны выдержать определенное количество проколов.

Рисунок и материал протектора

Сцепление с дорогой и долговременная стойкость определяются рисунком и составом резиновой смеси. Более твёрдая резина обладает долговечностью, но менее уверенно держит дорогу. Мягкие шины склонны к перегреву и быстрому износу, но лучше цепляются за дорогу при том же внутреннем давлении. Компромисс ищется для любых конкретных условия, особенно для сезонных шин. Зимние всегда мягче, поскольку любая смесь меняет свои свойства от температуры.

Без рисунка протектора обойтись могут только шоссейные автогонщики. Но и они в условиях дождя используют шины с канавками для отвода воды. В гражданском применении протектор нужен для работы по загрязнённой поверхности, скользким покрытиям. У внедорожников он превращается в набор крупных грунтозацепов, а у зимней резины – в мелкие ламели с острыми кромками.

Технология Flat

Попытки решить эту проблему привели к появлению так называемой «беспрокольной» резины, она же – Run Flat шина.

Существует две технологии Run Flat, применяемых на автомобилях. Первая из них – усиление боковин. Благодаря увеличению жесткости боковин, при стравливании воздуха вес авто начинает на себе удерживать именно боковины. Благодаря этой технологии на колесе без воздуха можно преодолеть до 100 км пути при сравнительно неплохой скорости – до 80 км/ч.

Технология run flat

Вторая технология – использование поддерживающего кольца. Это кольцо, изготовленное из высокопрочного пластика или металла, устанавливается и фиксируется на диске внутри шины. В случае прокола колеса, при стравливании воздуха, колесо начинает опираться на кольцо, что позволяет продолжать движение без возможного повреждения диска. Несмотря на то, что кольцо изготовлено из твердых материалов, шумность при движении повышается не сильно, поскольку между дорогой и кольцом постоянно находится прослойка резины.

Технология Run Flat действительно позволяет решить проблему с проколами. Но в случае с колесами, имеющими усиленные боковины, то они не помогут при сильном порезе боковины. А колеса с поддерживающим кольцом стоят дорого и для обслуживания требуют специализированное оборудование.

Стоит отметить, что Run Flat – это общее обозначение технологии беспрокольных шин. Производители же зачастую используют свое обозначение такой резины, что создает определенную путаницу.

Дополнительные параметры маркировки автошин

• Winter — зимние шины.
• Пиктограмма в виде снежинки – маркируются шины для эксплуатации в суровых зимних условиях.
• Aqua, Rain, Water, Aquatred, Aquacontact, и т. д. (или пиктограмма зонтик)— указывает на то, что шины эффективны на мокрой дороге.
• AS, All Season или A.G.T. (All Grip Traction) – обозначение всесезонных шин
• AW или Any weather – всепогодная
• M+S (Mud+Snow) или M&S – грязь и снег, зимние или всесезонные шины специально спроектированы для улучшения управляемости автомобиля при движении по грязи или снегу (в слякоть, не путайте с зимней эксплуатацией – для этого лучше выбирать шины с маркировкой 3SMPF (подробности – ниже).

В конце маркировки может стоять «Е» — шипованная резина.

• Если на боковине шины отсутствуют вышеописанные обозначения, то эта покрышка предназначена для использования только в летних условиях.

• All-Terrain – обозначение для вездеходных покрышек с универсальными свойствами, предназначенными для внедорожников.
• Max pressure — Максимально допустимое давление, измеряется в кПа.
• Max Load – Максимально допустимая нагрузка на шину, измеряется в кг (или английских фунтах).
• ROTATION с направляющей стрелкой – наносится на шины с направленным рисунком протектора, указывает направление вращения шины.
• FRT = Free Rolling Tire или Свободно Катящееся Шина: эта шина может быть установлена только на ось прицепа или на ось свободного качения и не может быть установлена на рулевую или ведущую ось.
• HCT = Hot Climate Technology или Технология Жаркого Климата: Шина обладающая специфическими характеристиками для работы в странах с жарким климатом.
• DOT – соответствие стандартам США. Департамент транспорта США, требует от производителей шин проводить оценку качества шин [Классификация шин по качеству], за исключением зимних шин. Этот код определяет компанию и фабрику, почву, партию, и дату производства (2 цифры для недели года плюс 2 цифры для года; или 2 цифры для недели года плюс 1 цифра для года для шин, сделанных до 2000г.)
• E в окружности – маркируются покрышки соответствующие требованиям ECE (Economic Commission for Europe). Число указывает страну одобрения.
• Reinforced (или буквы RF в конце типоразмера) – указывают, что покрышка усиленная, используется для автомобилей с повышенной грузоподъемностью, и имеет 6 слоёв. Буква C в типоразмере, обозначает грузовую покрышку, имеющую 8 слоёв.
• XL (Extra Load) – усиленная шина.
• Radial – шина радиальной конструкции. Одно и то же, что и литера R в типоразмере. Steel (steel belted) – значит в конструкции шины, присутствует металлический корд.
• Outside, Side Facing Out – внешняя сторона шины с ассиметричным рисунком протектора. При монтаже надпись Outside должна находиться с наружной стороны машины.
• Inside, Side Facing Inwards – внутренняя сторона шины с ассиметричным рисунком протектора. При монтаже надпись Inside должна находиться с внутренней стороны машины.
• Retread — восстановленная;
• Plies – особенности конструкции шины – Tread area: – состав слоя протектора; Sidewall: – состав слоя боковины.

Tubeless или TL – маркировка бескамерных шин. Отсутствие данной маркировки указывает, что использование этой шины возможно только с камерой. Tube Type, ТТ или MIT SCHLAUCH – шина должна эксплуатироваться только с камерой. Параметры отражающие качество шин, согласно американской системе классификации качества автомобильных покрышек UTOG: Traction А, В или С – коэффициент сцепления с дорожным покрытием или способность шины к торможению. Принимает значения А, В, С. Коэффициент А означает наибольшую величину сцепления в своем классе. Temperature А, В или С — показатель, характеризующий термостойкость шины. Возможные значения А, В и С. Показатель А является лучшим Treadwear 200 – коэффициент износостойкости, определяется по отношению к базовой шине (у нее он равен 100) конкретного производителя. Получается в результате проведения стандартных тестов в США. TWI (tread wear index) или TWID – указывает место расположения индикаторов износа проектора, выступов на дне канавок протектора. Когда протектор стирается до уровня этих индикаторов, то эксплуатация шины считается небезопасной и ее пора заменить. Дата изготовления шины (четыре цифры, заключены в овал или прямоугольник с закруглёнными углами) – первые две цифры обозначают порядковый номер недели в году, следующие две год изготовления. DA (штамп) – указываются незначительные производственные дефекты, не препятствующие нормальной эксплуатации. На шине также указываются: • Товарный знак, наименование изготовителя • Торговая марка (модель шины). • Made in … – название страны производителя покрышки. FB – (Flat Base) – маркировка шин без защиты обода диска. FR – (Flange pRotector) – маркировка шин с защитой обода диска. Green X, Reduces CO2 – обозначения шин с низким сопротивлением качению, указывают на экономию топлива благодаря использованию таких шин. RunFlat, RunOnFlat, HP, SSR, SST – обозначения указывающие, что это шины аварийного хода, предоставляют возможность продолжать движение даже при спускании колеса. RPB (Rim Protection Bar) или MFS – (Maximum Flange Sheild) – защита обода диска от повреждений об бордюры и тротуары.

«Самолечащиеся шины»

Но существует еще одна технология «беспрокольных» шин – «самолечащихся». Она к Run Flat не относится.

Суть этой методики сводится к нанесению на внутреннюю поверхность шины специального вязкого материала. Он в случае прокола полученное отверстие закупоривает и не дает воздуху стравливаться. Эта технология является самой простой и при этом дешевой. Стоимость шин с таким внутренним покрытием практически не отличается от обычной бескамерной резины.

Кстати, на рынке автоаксессуаров сейчас можно встретить специальные составы, которые позволяют из обычных бескамерок сделать «самолечащиеся». И для этого достаточно через вентиль закачать состав внутрь колеса, а в процессе эксплуатации залитый материал равномерно распространяется по внутренней поверхности шины, минус этого способа в том что и вся внутренняя поверхность диска покроется этим составом.

Профили колеса

Про устройство и эксплуатацию автомобиля Как накачать колесо машины компрессором. Как накачать шины правильно

Для рационального взаимодействия колес и рельсового пути важное значение имеет форма поверхности катания – профиль колеса. На (рис

5, а) показан стандартный профиль поверхности катания, который имеет колесо после обточки. Этот профиль характеризуется наличием гребня высотой 28 мм и толщиной 33 мм, измеренной на расстоянии 18 мм от вершины, конической поверхности катания с конусностями 1:10 и 1:3,5 и фаски 6×6 мм.

Рис. 5 – Профили поверхности катания: а – стандартный; б – рекомендуемый ВНИИЖТ

Гребень, предохраняющий колесную пару от схода с рельсов, имеет угол наклона наружной грани 60°. Коническая поверхность в отличие от цилиндрической предотвращает образование неравномерного по ширине колеса износа (проката), облегчает прохождение кривых и центрирует колесную пару в прямых участках пути. Однако из-за конической формы поверхности катания появляется извилистое движение колесной пары, изучаемое в курсе «Динамика вагона». Поверхностью, расположенной у наружной вертикальной грани, колесо реже опирается на рельс, поэтому она меньше изнашивается, чем основная поверхность контакта. Благодаря наличию конусности 1:3,5 и фаски наружная грань колеса приподнимается над головкой рельса, чем облегчается прохождение стрелочных переводов при наличии проката или наплыва металла на колесе.

Поскольку колесо имеет коническую поверхность, его диаметр, величину проката и толщину обода измеряют в определенной плоскости – по кругу катания, находящемуся на расстоянии 70 мм от внутренней грани колеса. Расстояние между кругами катания колес у вагонов широкой колеи железных дорог составляет 1580 мм при номинальном размере 1440 мм.

ВНИИЖТ предложен новый профиль вагонного колеса (рис. 5, б). Опыты показали, что колеса с таким профилем имеют в 1,2–1,3 раза меньший износ гребней. Увеличение угла наклона наружной грани гребня до 65° повышает безопасность движения (устойчивость колесной пары на рельсах). Например, при движении со скоростью 55 м/с (200 км/ч) коэффициент безопасности от схода с рельсов увеличивается на 30%.

Аналогичный профиль колеса введен в ряде стран Европы. При этом угол наклона наружной грани гребня увеличен до 70°. По исследованиям Международного союза железных дорог, благодаря применению нового профиля снижается износ колеса на 30%, уменьшается вероятность схода с рельсов (при больших скоростях движения в 1,5 раза), улучшается плавность хода. По данным английских исследователей, пробег колесных пар без обточки поверхности катания возрастает на 50% по сравнению с колесами прежнего профиля.

Улучшение плавности хода за счет уменьшения частоты колебаний виляния, особенно существенных при больших скоростях движения, достигается также путем замены конусности 1:10 на конусность 1:20. Колеса с такой конусностью применяются для вагонов скоростных линий Японии и в ряде других стран, а во Франции и Швейцарии – для всех пассажирских вагонов. Конусность 1:20 имеют колеса некоторых вагонов железных дорог нашей страны, к которым предъявляются повышенные требования по плавности хода.

Переход на новый профиль колеса связан с необходимостью модернизации колесотокарных станков и измерительных приборов. Кроме того, при обточке изношенных колес, возможно, придется снимать стружку большой толщины. Исследования по совершенствованию профиля колеса продолжаются.