К статье АВТОМОБИЛЬ ЛЕГКОВОЙ: УЗЛЫ И СИСТЕМЫ АВТОМОБИЛЯ
Автомобиль стал настоящим средством передвижения лишь после изобретения шины. Некоторые из первых автомобилей имели деревянные колеса со спицами, другие - колеса из сплошной резины и даже колеса с ободами, обтянутыми канатом. Конструкция покрышки менялась с годами чуть ли не в большей степени, чем устройство любой другой части автомобиля, и оказала столь же важное влияние на качество езды и управления, как конструкция системы подвески.
Основа современной автомобильной покрышки - каркас, состоящий из двух или более прорезиненных слоев кордной ткани. Эти слои укладываются один на другой таким образом, что кордные нити в соседних слоях располагаются под углом. В результате каркас приобретает значительную поперечную жесткость и благодаря этому противостоит разбуханию при высоких скоростях. Внешние слои резины, образующие боковины и протектор, навариваются на каркас при вулканизации в форме (после укладки усиленных металлокордом бортов по внутренним краям покрышки). Борта обеспечивают целостность покрышки при ее монтаже на обод. Готовая покрышка обладает достаточными жесткостью и прочностью, чтобы выдерживать интенсивные нагрев, давление, трение и удары при движении автомобиля.
Протектор - та часть поверхности покрышки, которая соприкасается с дорогой. Эффективность сцепления шины с дорогой определяется главным образом рисунком протектора. Чтобы улучшить сцепление, на протекторе создаются перекрестные углубления. На мокрой дороге между шиной и дорожным покрытием остается пленка воды, действующая как смазка и ухудшающая сцепление. Рисунки протекторов современных шин выбираются таким образом, чтобы при движении протектор выдавливал из-под себя как можно больше воды; это уменьшает вероятность заноса в сырую погоду. Для езды в условиях бездорожья, а также в снег и гололед применяют шины с крупным направленным рисунком, а иногда с вставленными в протектор стальными шипами, которые, проникая в лед, улучшают сцепление.
В 1980-х годах наиболее популярными материалами кордных нитей каркаса недорогих шин были вискозное волокно и полиэфир. От найлоновых нитей почти полностью отказались ввиду проседания найлонового каркаса (образования вмятин на шине) при длительной стоянке автомобиля. Поскольку на большинстве легковых автомобилей устанавливаются шины с радиальной укладкой нитей, большое внимание уделялось выбору материалов для брекера (подушечного слоя между каркасом и протектором). Для недорогих шин очень эффективными оказались металлокорд и стекловолокно, хотя подвеска в этом случае должна специально настраиваться для езды без толчков на малых скоростях. Как в каркасе, так и в брекере шин высокого качества широко применяются синтетические материалы, такие, как арамидные волокна (в том числе кевлар). Эти материалы обеспечивают оптимальные ходовые качества, управляемость и срок службы протектора.
Для изготовления автопокрышек используется смесь из 90% синтетического и 10% натурального каучуков. Синтетические каучуки почти точно воспроизводят натуральный по химическому составу и механическим характеристикам. Натуральный каучук добавляется ввиду его превосходной способности рассеивать тепло (особенно при длительной езде с высокой скоростью), хотя изнашивается он быстрее, чем синтетический. Сочетание каучуков делает шину мягче, эффективнее и долговечнее.
В прежних конструкциях шин использовались отдельные камеры из тонкой резины для накачки в них воздуха. Однако современные точные методы изготовления покрышек и ободов колес позволяют устанавливать покрышку на обод без внутренней камеры и обеспечивают надежную изоляцию от атмосферы. Проколостойкие шины делают самоуплотняющимися, чтобы предотвратить внезапный и потенциально опасный выход воздуха во время прокола.
Угол между направлением кордных нитей каркаса и плоскостью колеса влияет на рабочие характеристики шины. В шинах современных легковых автомобилей двухслойного типа кордные нити, как правило, прокладываются под углом около 30?.
Уменьшение кордного угла, т.е. приближение кордных нитей к плоскости колеса, повышает эффективную жесткость каркаса и устойчивость шины на высокой скорости. Однако за улучшение управляемости, способности вписываться в поворот и высокоскоростной устойчивости приходится платить усилением дорожной тряски.
Радиальная шина, представляющая собой попытку достичь компромисса в выборе указанных характеристик, построена на ином принципе. Кордные нити каркаса проложены в шине в радиальном направлении, что позволяет каркасу эффективно гасить дорожную тряску. Жесткая, широкая прокладка, состоящая из двух или более слоев прорезиненной кордной ткани, размещается на верхней поверхности каркаса вплотную к протектору, удерживая протектор от "виляний" при качении шины.
Третья конструкция, разработчики которой попытались объединить преимущества радиальной шины и обычной диагональной шины, - это диагонально-опоясанная шина. Кордные нити в слоях шины такой конструкции уложены под косым углом, как в диагональной шине, а под протектором проложен подушечный слой (брекер), как в радиальной шине. Подкрепление протектора брекером примерно в полтора раза увеличивает срок службы диагонально-опоясанной шины по сравнению с диагональной, тогда как диагональные слои каркаса обеспечивают более мягкую езду, чем на радиальных шинах. Вдобавок основной каркас можно изготавливать на том же оборудовании, что и диагональные шины.
Форма и размер шины сильно влияют на ее рабочие характеристики. Одно время стремились увеличить ширину каркаса по сравнению с его высотой в поперечном сечении, что давало ряд преимуществ. Более широкий протектор имеет большую площадь соприкосновения с дорогой, т.е. лучшее сцепление на всех покрытиях, и медленнее истирается. Уплощенное поперечное сечение ("низкий профиль") сообщает шине нужную жесткость, большую долговечность и лучшие рабочие характеристики.