Пневматическая шина (история изобретения). История создания шин Кто изобрел шину

Сегодня трудно даже поверить, что шина, наполненная воздухом, в отличие от большей части узлов, появилась после рождения автомобиля и сначала для него вовсе не предназначалась. На самоходных безлошадных экипажах она заменила массивные литые шины лишь через многие годы после своего появления на свет. Вдобавок изобретение пневмошины хотя и было предопределено прогрессом техники, все жеоказалось случайным.

Все началось в 1887 году с того, что шотландский ветеринар Джон Бойд Данлоп из Белфаста купил десятилетнему сыну Джонни трехколесный велосипед. Сидя в своем саду, он наблюдал за тем, как сын тщетно пытается проехать по рыхлой земле, глубоко увязая в ней тремя колесами, обутыми в жесткие и тонкие шины-обручи. Тогда папа Данлоп придумал надеть на колеса широкие обручи, сделанные из шланга для поливки сада, и надуть их воздухом. Мальчишки в округе дивились велосипеду Джонни, на котором он обгонял всех своих приятелей. Об этом узнал местный торговец велосипедами Элден и посоветовал Данлопу получить патент на изобретение. Такой патент № 10607 был выдан Д. Данлопу 23 июля 1888 года, а приоритет на применение «пневматического обруча» для транспортных средств подтверждал следующий патент от 31 августа того же года. С этих событий и ведет свою историю автомобильная пневматическая шина.

Идея Данлопа получила практическое развитие в мае 1889 года, когда на гонках «пневматический» (то есть на пневмошинах) велосипед, по воспоминаниям очевидцев, «исчез с глаз сразу же после старта», оставив позади конкурентов. Им заинтересовался английский предприниматель Харвей дю Кросс, который предложил Данлопу организовать серийное производство шин. Компания была основана осенью 1889 года, а в 1890 году получила имя Данлопа, хотя сам «отец шины», не увидев перспективы своего детища, отошел от дел. Сегодня английская компания «Данлоп» - один из крупнейших в мире изготовителей шин.

Большой вклад в совершенствование пневматиков внесла французская фирма «Мишлен». Ее деятельность на этом поприще тоже началась со случайности. Однажды," в 1891 году, владелец небольшой мастерской резиновых изделий Эдуард Мишлен встретил на дороге английского велосипедиста, горевавшего над прорванной пневмошиной. Завулканизировать ее в мастерской не представляло особого труда, но, чтобы снять и вновь надеть на колесо, требовалось немало сил и времени. Дело в том, что тогда шины приклеивались к ободам. Все это навело Мишлена на изобретение быстросъемной шины с камерой. Быстрота, впрочем, была относительной: новая шина крепилась на колесе несколькими обручами, которые привинчивались к ободу многочисленными гайками. Тогда же англичанин Бартлет и француз Дидье изобрели более легкие способы демонтажа и монтажа шин. Все это открыло пневматической шине доступ к автомобилю.

Впервые пневмошины конструкции Мишлена были установлены на французском двухместном автомобиле «Л"Эклер», который принял участие в гонках 1895 года по маршруту Париж-Бордо на дистанцию 1200 километров. В Англии в 1896 году шинами «Данлоп» был оснащен легковой «Ланчестер». Проходимость и мягкость хода заметно улучшились, но первые шины были так ненадежны, что их приходилось менять через несколько десятков километров. Кроме того, много времени уходило тогда на монтаж. Основные усовершенствования шины были связаны именно с преодолением этих трудностей и вели к повышению долговечности, облегчению и упрощению монтажа. Первая цель достигалась применением все более надежных и долговечных материалов, а также изобретением корда - особо прочного слоя из упругих текстильных нитей. Выполнить второе требование было непросто, и долгое время в путешествие или на гонки приходилось брать с собой несколько «запасок». Кроме них, возили сменные обручи, вулканизаторы, камеры, а для их накачивания - даже баллоны со сжатым воздухом. Но с 10-х годов XX века все чаще стали использовать быстросъемное крепление колеса к ступице на нескольких болтах. Это позволило заменять шины вместе с колесом, на что уходило всего несколько минут. А на гоночных автомобилях болты вскоре были заменены одной центральной гайкой.

Все эти новшества привели к признанию шин на автомобильном транспорте и в автоспорте, а также к бурному развитию шинной промышленности. Если в 1895 году во всем мире в шины было «обуто» всего 400 автомобилей, в 1900-м - 4000, то к 1925 году - уже 4 миллиона, то есть практически весь автомобильный парк. Последние массивные шины сохранились на некоторых грузовиках лишь до конца 30-х годов.

Возникли крупные компании по производству шин, многие из которых существуют поныне. Кроме «Данлопа» и «Мишлена», это американские «Гудьир», «Файрстоун», «Гудрич», немецкие «Континенталь» и «Метцелер» (ныне в ФРГ), итальянская «Пирелли».

Первые автомобили, появившиеся в России, уже были на пневматических шинах - импортных, но в 1900-х годах их производство наладили заводы «Проводник» в Риге (шины «Колумб») и «Треугольник» в Петербурге (шины «Елка» с оригинальным протектором). Русские шины, испытанные в многочисленных пробегах и состязаниях, отличались высокой долговечностью и прочностью. На гоночном автомобиле «Бенц» с «елками» в 1913 году был установлен всероссийский рекорд скорости - 201 км/ч.

После Октябрьской революции шинные заводы вошли в Резинотрест, который обеспечивал отечественной обувью все наши автомобили. Сегодня промышленность России ежегодно производит около 70 миллионов шин для автомобилей, мотоциклов, сельхозмашин.

Конечно, шину нынешних 2000-х годов объединяет с «прабабушкой» разве, что принцип. А сама конструкция изменилась, усложнилась, усовершенствовалась до неузнаваемости - для того, чтобы характеристики шин наиболее полно отвечали параметрам автомобилей, условиям их работы. Первыми крупными шагами было разделение шины на покрышку и камеру, а также появление кордной покрышки. Надо отметить такие важные этапы, как изобретение шины низкого давления типа «баллон», бескамерных, низкопрофильных; арочных и широкопрофильных шин низкого давления для грузовиков; шин зимнего типа с шипами противоскольжения; покрышек с радиальным расположением корда, а также с кордом из синтетических материалов и металлокордом; «безопасных» шин.

Многократно выросла долговечность шин. Если в начале века рекордным считали пробег 3-4 тысячи километров, то к 20-м годам он возрос до 30 тысяч, а в дальнейшем - до 100 тысяч.

Усовершенствование шины идет и сегодня. Его главные направления - дальнейшее увеличение пробега, допускаемых нагрузок, снижение расхода материалов и упрощение технологии, улучшение других показателей, повышение безопасности. Последнее направление интенсивно развивается с 60-х годов, и сегодня ряд фирм уже выпускает серийно так называемые безопасные шины. Они монтируются на обод иной конструкции, которая помогает удержать борта покрышки на полках обода при большой утечке воздуха.

Серьезные преимущества сулит применение новых синтетических материалов, способных произвести революцию в шинной технологии. Словом, как и для автомобиля, век для пневматической шины - возраст, открывающий заманчивые перспективы.

Типы шин колес

1. По типу ТС

ü для легковых АТС;

ü для грузовых.

2. По типу герметизации:

ü камерные;

ü бескамерные.

3. По величине давления в шине:

ü высокого давления (0,5…0,7 МПа);

ü низкого давления (0,18…0,5МПа);

ü сверхнизкого давления (0,05…0,18МПа);

ü с регулируемым давлением.

4. По климатическим условиям эксплуатации:

ü для тропического климата;

ü морозоустойчивые.

Камерные шины

В конструкцию камерной шины входят два элемента: камера и покрышка.

Камера ― закрытое кольцо,в виде эластичной резиновой оболочки, в которую подают воздух под давлением.

Особенностью конструкции камеры являются несколько меньшие размеры, по сравнению с размером внутренней полости покрышки. Это необходимо для плотной посадки камеры (без складок), поэтому камера в рабочем состоянии внутри покрышки находится в напряженном состоянии. Толщина резиновой оболочки составляет 1,5…2,5мм - легковые АТС, 2,5…5мм - грузовые. Наружная поверхность камеры может иметь выступы, в виде радиальных рисок, способствующих отводу воздуха при монтаже камеры в покрышке.

Для подачи воздуха, в камеру устанавливается вентиль - клапан, обеспечивающий поступление воздуха в одном направлении, в камеру.

Устройство вентиля

Выделяют три основных элемента: корпус, золотник и колпачок.

Корпус вентиля бывает 3-х типов:

1. Металлический, в виде латунной трубки, закрепленный к камере резьбовым соединением при помощи обрезиненных шайб;

2. Металлический, с обрезиненной пяткой;

3. Резинометаллический, из резины с металлической втулкой.

Золотник, представляет собой устройство, обеспечивающее герметизацию внутренней полости камеры. Представляет собой стержень, на котором установлен конусный резиновый уплотнитель, поджимаемый пружиной установленной на стержне.

Колпачок закрывает отверстие в корпусе вентиля, может содержать резиновый уплотнитель. Некоторые конструкции колпачков могут иметь специальный ключ для закручивания золотника.

Ободная лента - это конструктивный элемент, обеспечивающий защиту камеры в зоне контакта ее с ободом колеса колес грузового автомобиля.

В некоторых конструкциях шин может присутствовать бортовая лента , обеспечивающая защиту камеры и покрышки от повреждения глубоким ободом.

Покрышка создает необходимое сцепление шины с дорогой, защищает камеру от повреждений. Конструкция покрышки содержит большое количество элементов, которые позволяют выделить следующие 3 основные части:

1. Беговая часть;

2. Бортовая часть;

3. Боковая часть.

Основу крнструкции покрышки составляет каркас, который обеспечивает прочность, эластичность шины. Изготавливается из нескольких слоев специального материала в виде нитей, называемых кордом . Между каждым слоем корда устанавливаются резиновые прокладки. В зависимости от материала нитей, корд может быть: хлопчатобумажный, капроновый, нейлоновый и металлический (0,15мм).

В зависимости от расположения нитей в корде различают каркас шин с радиальным расположением нити и диагональным расположением нити.

Диагональный корд - часто расположенные продольные нити (основа) и редко расположенные поперечные нити - утки, связанные между собой резиновым слоем, при этом образуется полоса корда. Они накладываются одна на другую таким образом, что нити основы перекрещиваются в смежных слоях под углом 95-115 , образуя сетку.

Радиальный корд - имеет нити всех слоев, расположенных строго в радиальном направлении, т.е. параллельно друг другу. Нити корда в подушке слоя перекрещиваются в смежных слоях под небольшим углом в 20-40 , в радиальных боковых слоях 70-80 . Число слоев корда: 4-6 ― для легковых, 6-16 - для грузовых АТС. Толщина слоя корда 1-1,5 мм.

Протектор

Представляет собой устройство, предохраняющее каркас от повреждений при контакте с поверхностью дороги. Как правило, это слой резины значительной толщины, находящейся сверху каркаса, постепенно уменьшающей свою толщину к боковинам и бортам. Материал протектора - это специальная износостойкая резина.

Для улучшения сцепления с опорной поверхностью, протектор имеет специальные выступы различной формы, согласно определенного рисунка. Рисунок протектора определяет тип шин:

1. Дорожные, имеющие рисунок с площадь выступов 65…80% от общей площади протектора;

2. Повышенной проходимости, для эксплуатации по дорогам с грунтовой поверхностью, а так же в условиях бездорожья;

3. Комбинированные, с глубоким и крупным рисунком протектора для эксплуатации по дорогам с грунтовой поверхностью и на мягких грунтах;

4. Универсальные. Протектор с общей площадью выступов 55…60% от общей площади беговой дорожки. Предназначены для эксплуатации на дорогах с твердым покрытием, а так же грунтовых дорогах, имеет боковые выступы.

5. Карьерные. Имеют высокое сопротивление механическим повреждениям. Рисунок протектора может быть аналогичен рисунку повышенной проходимости, но имеет более широкие выступы и более узкие канавки, при этом основания выступов более широкие, а к верху поверхности сужаются. Общая площадь выступов 60…80%.

6. Зимние. Для эксплуатации на заснеженных и обледенелых дорогах. Рисунок состоит из отдельных резиновых блоков угловатой формы имеющих надрезы, а так же достаточно широкие и глубокие канавки. Площадь выступов 60…70%. Рисунок обеспечивает самоочищаемость протектора и интенсивный отвод влаги и грязи в зоне пятна контакта. Эксплуатация летом недопустима, так как приносит значительный износ, сопровождающийся шумом. Допускаемая скорость движения на шинах с подобным рисунком на 15% ниже, чем на обычных шинах. Зимний рисунок обеспечивает возможность установки шипов противоскольжения, которые так же снижают тормозной путь на 40…50%. Давление в ошипованых шинах на 0,02МПа выше. Ошипованые шины должны устанавливаться на все колеса АТС.

Устройство шипа противоскольжения

Шип состоит из корпуса и сердечника.

Сердечник изготавливают из метала, обладающего высокой твердостью, вязкостью и, как результат, износостойкостью.

Корпус изготавливают из сплава стали и свинца, оцинковывают либо хромируют для защиты от коррозии. Иногда корпус изготавливают из пластмассы.

Размеры шипа :

Диаметр: 8…9мм для шин легковых АТС, до 15мм для шин грузовых АТС;

Длинна: 10…30мм в зависимости от толщины протектора.

Число шипов зависит от:

1. массы АТС;

2. мощности двигателя;

3. условий эксплуатации.

Находится в пределах 8…12 штук в пятне контакта.

Длина выступающей части шипа 1…1,5мм для шин легковых АТС, 3…5 мм для шин грузовых АТС.

Съемный протектор

Встречается достаточно редко, представляет собой кольца, устанавливаемые в спец. гнезда каркаса.

Съемный протектор представляет собой резиновое кольцо внутри которого находится, стальной трос.. Устанавливается на шину при отсутствии внутреннего давления. Диаметр кольца меньше диаметра покрышки. Каждое кольцо имеет свой подушечный слой. Шины с таким протектором имеют название PC .

Подушечный слой покрышки

Иногда имеет название бреккер , обеспечивающий связь протектора с каркасом, предохраняет каркас от ударов воспринимаемых протектором, при качении по неровностям дороги. Состоит из нескольких слоев обрезиненного корда, при этом толщина резины вокруг корда значительно больше чем в каркасе покрышки. Толщина бреккера 3…7 мм. Число слоев корда зависит от назначения и типа шин. Наибольшее число слоев у шин повышает проходимость. В шинах легковых АТС бреккер может отсутствовать. При работе шины, температура бреккера достигает 110…120 , что выше температуры всех элементов машины.

Боковина - предохраняет каркас от повреждения, действия влаги. Изготовляют из протекторной резины толщиной 1,5…5мм.

Борт , удерживает шину на ободе колеса, имеет на наружной поверхности 1…2 слоя прорезиненной ленты, имеющей высокую износостойкость от истирания о обод колеса, а также от повреждений при монтаже и демонтаже шин на обод. Внутри борта устанавливается стальной проволочный сердечник, увеличивающий прочность борта и предохраняющий ее от растяжений.

Особенности конструкции бескамерной шины.

Не имеет камеры, ободной ленты, выполняя одновременно их функции. Общая конструкция бескамерной шины аналогична конструкции покрышки камерной шины.

Отличие - это присутствие на внутренней поверхности герметизирующего воздухонепроницаемого резинового слоя толщиной 1,5…5мм.

Этот слой привулканизирован к внутренней поверхности покрышки. Материал: высокогерметичная резина с повышенной газонепроницаемостью, изготовленная из натурального либо синтетического каучука. Борта бескамерной шины также содержат уплотнительный слой, обеспечивающий герметичность при контакте с ободом.

Вентиль бескамерной шины

Крепится непосредственно на ободе, имея уплотнение в виде двух резиновых шайб.

Безопасность бескамерной шины

Высокая герметичность шины и мест установки ее на ободе обеспечивает разгерметизацию при проколе лишь через место прокола, имеющая, как правило, небольшой диаметр. Проколы диаметром до 10мм могут быть устроены без снятия шины с колеса, путем закачивания специальной пасты через вентиль. Монтаж и демонтаж бескамерных шин необходимо выполнять только на специальных стендах .

Шины с регулируемым давлением

Могут быть как камерные, так и бескамерные. Имеют увеличенную ширину профиля, меньшее в 1,5…2 раза число слоев корда, имеет мягкие резиновые вставки между слоями корда. Обеспечивает в 2…4 раза выше площадь контакта при снижения давления в шине, а значит, уменьшается давление на грунт. Протектор имеет специальный рисунок с грунтозацепами, высотой 15…30мм, общей площадью 35…40% от всей площади опоры. Переменное давление находится в пределах 0,05…0,35 МПа. Обеспечивается, как правило, специальной системой регулирования давления, управляемой водителем.

Размеры шин колес

Ширина профиля В, высота профиля Н, посадочный диаметр d и наружный диаметр D.

Исходя из соотношения размеров, шины могут быть:

Маркировка шин обеспечивается в соответствии со стандартами, согласованными с Европейской организацией по шинам и ободам.

Согласно системе указывается численный код идентифицирующий способность шины по грузоподъемности при скорости, которая определяется символом скорости и при условиях, которые определены производителем шины. Этот код называется индексом нагрузки.

Символ скорости определяет скорость, с которой шина может нести нагрузку, Эксплуатационная характеристика шины включает в себя индекс нагрузки и символ скорости.

На легковой шине маркировка, как правило, включает в себя один символ скорости и один числовой индекс нагрузки.

Пример: 185/65 R14 86HMXV2

185 - ширина профиля.

65 – показатель сечения профиля.

R – радиальная конструкция.

14 – посадочный диаметр в дюймах.

Н – символ скорости.

MXV2 – рисунок протектора.

Обод колеса обеспечивает установку пневмошины на колесо, а также крепление к ступице колеса.

Ободом называется часть колеса, на котором монтируется шина. По конструкции ободья бывают:

1. Глубокие неразборные

2. Плоские разборные

Плоские разборные бывают:

1. Со съемным разрезным бортом

2. С цельным съемным бортом и разрезным замочным кольцом

3. Разрезные в поперечной плоскости

4. С отъемным бортом

Особенность устройства глубоких неразборных ободьев

Глубокие неразборные ободья имеют в средней части кольцевое углубление, называемое монтажным ручьем. Монтажный ручей облегчает монтаж и демонтаж шин. Его размеры зависят от размера шины.

Обод может быть симметричным и несимметричным. Симметрия может быть нарушена относительно диска колеса, который крепится к ободу при помощи сварки либо заклепочных соединений.

Маркировка обода дает полную или почти полную информацию которая должна быть отлита или выбита на видном месте. То есть на любой поверхности обода, кроме той части обода, которая обращена к шине.. На нашем рынке возможно столкнуться с разными вариантами маркировки - российской, американской, европейской. Они немного отличаются друг от друга манерой исполнения – одна и та же информация доносится до покупателя посредством разных, зависящих от конкретных национальных стандартов, символов. Рассмотрим в качестве примера маркировку внедорожного диска американской фирмы ALCOA.

1. Название фирмы, ее эмблема, знак, защищающий право производителя называться самим собой и страна-изготовитель.

2.Типоразмер - 15xl0jj. Это означает, что данный диск имеет посадочный диаметр 15 дюймов и ширину обода 10 дюймов. На европейском и на российском стандарте эти параметры указаны наоборот 10xl5jj где Jj – закодированная информация о конструкции бортов дисков. У бескамерного диска есть так называемые хампы – специальные кольцевые выступы на полках обода, удерживающие шины от соскакивания с диска при боковом ударе и при потере давления. Н – простой хамп, FH – плоский хамп, АН – ассиметричный хамп.

На диске обязательно указываетсядата изготовления (год и неделя). Число 0294 означает, что колесо выпущено во вторую неделю 1994 года.

НадписьRAPT NO 150410-A – это номер той партии отливок, из которой взята заготовка для диска. Если в процессе эксплуатации у диска обнаружится заводской дефект, торговая инспекция сможет по этому номеру определить, в каком звене технологической цепочки допущен брак. Российские и европейские производители обычно обозначают номер отливки четырехзначным числом.

N48 T-DOT – клеймо контролирующего органа (говоря по нашему, ОТК), подтверждающее, что товар проверен по всем параметрам и годен к употреблению. DOT означает, что диск соответствует американским стандартам безопасности.

Некоторые фирмы клеймят свою продукцию индексами, в виде птицы, цветка и прочего.

На литых дисках для бескамерных шин, помимо клейма обычного ОТК, ставится еще клеймо рентген контроля, которое свидетельствует о том, что диск не имеет внутренних дефектов – литьевых раковин.

MAX LOAD 3000 LB – предельная статическая весовая нагрузка на диск. Переведя 3000 фунтов в привычную нам систему измерений, получим 1362 кг.

FORGED в переводе с английского означает«кованый». Наличие такой надписи в маркировке не обязательно, она не предусмотрена никакими стандартами. Как правило, ее делают на супермодных дисках, откованных из легкого сплава. Это значит, что фирма-производитель просто желает потрафить тщеславному покупателю и привлечь денежную клиентуру. Ведь кованый, а особенно кованый магниевый диск –дорогой и престижный – признак состоятельности владельца. И без надписи FORGED тут уж никак не обойтись....

Есть в американской маркировке надпись: MAX PSI COLD. Она означает, что давление в шине, надеваемой на этот диск, не должно превышать, в нашем примере, 50 фунтов на квадратный дюйм (3,5 кг/см 2); слово cold (холодный) напоминает, что измерять давление в шине следует, когда она холодная, то есть до поездки или не сразу после нее.

Указывать на диске давление воздуха требует условие страховки АТС Допустим, при заносе на большой скорости колесо автомобиля наезжает боковой поверхностью на бордюр – шина соскакивает с обода, диск лопается (если он литой, кованый мнется). Причиной аварии возможно считать качество диска. При обращении в суд с намерением иска к его производителю, суд решит дело в пользу потерпевшей стороны лишь в том случае, если были четко соблюдены все предписания и ограничения, касающиеся предмета спора. А если обнаружится, что в шине, надетой на диск с надписью МАХ PSI 50/, PSI было хоть на фунт больше (это выясняют измерив, давление в уцелевших шинах, - подразумевается, что оно одинаковое во всех четырех колесах) – иск не принимается.

Это логично: обод надежно держит шину, лишь, когда давление в шине в норме, а предел давления, указывается в маркировке диска (в этом смысле, надпись МАХ PSI на диске вполне оправдана технически).

Диски колес

Обеспечивают крепление колеса к ступице. Диски колес имеют специальное отверстие, обеспечивающее установку диска на ступицу, а так же отверстие для крепления колеса к ступице. Число отверстий определяется величиной нагрузки испытываемой узлом крепления колеса к ступице. Кроме того, диск содержит отверстие для вентиляции, в виде определенных штамповок.

Бездисковые колеса

Устанавливаются на ступице колеса посредством специальных кронштейнов, устанавливаемых на ободе. Бездисковые колеса чаще всего выполняют с разъемным ободом в виде отдельных сегментов.

Крепление колеса к ступице

Крепление колеса к ступице обеспечивается с помощью гаек и шпилек, либо болтовых соединений. Часть гайки болта выполняет роль опорной поверхности, имеет сферическую форму для центрирования колеса на ступице. Для предотвращения самоотвертывания гаек колес грузовых АТС, гайки колес левого борта имеют левую резьбу, а гайки правого борта имеют правую резьбу.

При болтовом соединении, для дополнительной центровки колеса на ступице устанавливают специальные шпильки.

Крепление спаренных колес на ступице колеса

Внутренние колеса, при спаренной установке, крепятся при помощи специального резьбового соединения, имеющего внутреннюю и наружную резьбы. Этот элемент называется футорка.

Ступицы колес

Представляют собой подшипниковый узел, обеспечивающий вращение колеса относительно неподвижного элемента, т.е. оси. Как правило, в конструкцию ступицы устанавливаются 2 подшипника: внутренний и наружный. Внутренняя обойма подшипника устанавливается на неподвижной оси, наружная - в корпусе ступицы.

Внутренний подшипник ступицы упирается внутренним кольцом в ось колеса, наружное кольцо внутреннего подшипника упирается в корпус ступицы.

Наружный подшипник упирается наружным кольцом в ступицу колеса, а внутреннее кольцо упирается в опорное устройство в виде гайки, стопорных шайб и шплинта.

Согласно особенности установки подшипников на оси, внутренний подшипник имеет больший диаметр чем наружный.

В ступицах могут устанавливаться как шариковые, так и роликовые подшипники, которые требуют постоянной регулировки и контроля затяжки при эксплуатации.

Упорная шайба крепления ступицы, для предотвращения отвинчивания гайки, крепящей ступицу, может иметь специальный фиксатор. Так же после закручивания гайки и прижатия шайбы, гайка может шплинтоваться, керниться, либо фиксироваться упорной шайбой путем ее загиба.

Фиксация гайки путем загибания шайбы используется в конструкции ступиц ведущих колес, которые имеют внутри оси полость, через которую проходит ведущий элемент - полуось.

Для передачи момента от полуоси к ступице, устанавливаются болтовые либо гаечные резьбовые крепления, либо шлицевые.

Особенности установки управляемых колес АТС

Изменение направления движения колесного транспортного средства происходит вследствие поворота управляемых колес на тот или иной угол относительно продольной вертикальной плоскости АТС.

Поворот управляемых колес осуществляется путем воздействия на них поворотной силы, создаваемой элементами управления АТС. Поворот колес может осуществляться и при наезде их на неровности, что может привести к нарушению устойчивости движения. Чтобы избежать этого нарушения, а так же обеспечить во всех случаях движения автоматическое возвращение управляемых колес в прямолинейное движение, необходима стабилизация управляемых колес, достигаемая определенной установкой этих колес относительно оси. Для стабилизации колес, необходимо обеспечить наклон оси поворота колеса (шкворневая ось) в продольной и поперечной плоскостях.

Угол наклона оси поворота колеса обозначается . Данный угол обеспечивает самовозврат колес прямолинейному движению после прекращения действия на него поворотной силы. Самовозврат колеса обеспечивается за счет того, что при повороте колеса относительно оси шкворня, оно стремится опуститься ниже плоскости опорной поверхности на величину h . Величина возникаемого стабилизирующего момента зависит от , который составляет 6…8 градусов в современных автомобилях, а так же величины веса автомобиля приходящегося на колеса.

Кроме наклона оси колеса в поперечной плоскости, наклон осуществляется и в продольной плоскости. Угол наклона в продольной плоскости называется , он обеспечивает положение оси поворота таким образом, что продолжение ее пересекает опорную поверхность в точке А , находящейся впереди точки Б контакта колеса с опорной поверхностью. При этом создается плече АБ , которое обеспечивает сохранение прямолинейного движения АТС при значительных скоростях движениях.

Кроме углов наклона шкворней, управляемые колеса одной оси имеют развал и схождение .

Угол развала колеса представляет собой угол между вертикальной плоскостью и плоскостью колеса.

Указанный угол обеспечивается за счет наклона оси поворотного устройства колеса (цапфы). Назначение угла - обеспечение вертикального расположения колеса при движении независимо от возможной деформации деталей поворотного устройства, присутствия зазоров в поворотном устройстве. Угол уменьшает расстояние между точкой пересечения продолжения поворотной оси колеса и центром площадки контакта шины с дорогой. Угол постоянно должен контролироваться и регулироваться за счет изменения величин зазора подшипника в элементах поворотных устройств. Угол уменьшает нагрузку на внешний подшипник ступицы колеса, так как возникает осевая сила, прижимающая ступицу внутреннего подшипника. Угол составляет 1…2 градуса.

Рассмотренные углы обеспечивают установку колеса с определенным наклоном плоскости его качения, т.е. она не является вертикальной и не расположена продольно оси автомобиля, поэтому появляются силы на колесе, стремящиеся изменить направление движения колеса в сторону от направления движения АТС. Результатом действия сил, так как колесо зафиксировано по отношению к АТС, является движение колес по прямой линии, но с некоторым скольжением, вызывающим износ протектора шин. При этом увеличивается так же расход топлива на движение. Для устранения этого вредного явления управляемые колеса одной оси устанавливают с определенным значением схождения в горизонтальной плоскости. Схождение колес - это разность величин А и Б , согласно схемы, измеряемыми на высоте оси колес между краями ободьев колеса. Эта разность находится в пределах: Б-А=2…12 мм, что соответствует углу схождения колес не превышающему 1 градус.

Рассмотренные особенности кинематики управляемых колес являются определяющими в плане обеспечения безопасности движения, а так же экономичности эксплуатации автомобиля.

Привод колес

Согласно рассмотренного ранее материала, современные автомобили, как правило, имеют колесные опорные элементы, обеспечивающие контакт АТС с опорной поверхностью, а так же колесный движитель, т.е. создание толкающей силы, обеспечивающей движение АТС по опорной поверхности. Движение АТС по опорной поверхности происходит за счет преобразования подводимого к ведущему колесу крутящего момента от двигателя при условии существования необходимого сцепления колеса с дорогой. Подвод момента к колесу от двигателя обеспечивается за счет элементов трансмиссии, преобразующих и изменяющих момент двигателя в необходимых, согласно требований, условий движения пределах. Совокупность элементов трансмиссии преобразующих момент, а так же устройств подводящих момент к колесу обеспечивает привод колес в движение.

Типы приводов колес АТС

В зависимости от особенностей компоновки АТС в целом, положение и числа ведущих колес на АТС, различают:

1. Заднеприводные АТС - имеющие передачу крутящего момента от двигателя на ведущие колеса, располагаемые в задней части АТС;

2. Переднеприводные - передача крутящего момента на ведущие колеса, расположенные в передней части АТС;

3. Полноприводные - передача крутящего момента на все колеса АТС.

Исходя из современных требований, предъявляемых к АТС в плане проходимости, управляемости, безопасности движения, наиболее полно соответствуют их содержанию полноприводные конструкции, которые получили самое широкое распространение при создании АТС категории «В, С и D». Существуют Полноприводные АТС категории «Е».

Каждый из указанных приводов коле вызывают определенные отличия в конструкции основных элементов трансмиссии автомобиля, которые будут рассмотрены ниже.

История автомобильной шины берет свое начало в середине 19 века. После того, как американский изобретатель Чарльз Гудьир открыл получение резины из каучука, в качестве шины стали использовать цельный резиновый обод, натянутый на деревянное колесо. Он не имел воздушной прослойки, поэтому движение на повозке с такой шиной по неровным дорогам было абсолютно некомфортным по нынешним меркам, хоть резиновый слой колеса отчасти и поглощал толчки и вибрацию.

“Праотцом” пневматической шины считается шотландский изобретатель Роберт Уильям Томсон. В 1845 году он получил патент на создание “усовершенствованного колеса”, которое представляло собой деревянный обод, к которому с помощью болтов прикреплялось наружное кожаное покрытие в форме трубы, а в него в свою очередь помещалась воздушная “камера” из прорезиненой парусины. Однако в то время такое “усовершенствованное колесо” не пользовалось успехом из-за низкой прочности, поэтому про него все забыли.

Колесо Роберта Уильяма Томсона. 1- спица, 2- обод, 3- обруч, 4- шина, 5- камера, 6- наружное покрытие, 7- за-клепки 8- шайбы 9- болты. Источник изображения: studfiles.net

Позже, уже в 1888 году британский изобретатель Джон Бойд Данлоп предложил свою версию пневматической шины. Он усовершенствовал велосипед своего сына, прикрепив на обод колеса заполненный воздухом садовый шланг с помощью ленты из парусины. Для увеличения прочности верхнего слоя на эту ленту прикреплялась кусок прочной резины. Через год успех данного изобретения был подтвержден на велосипедных гонках, и Джон Данлоп открыл свою мастерскую пневматических шин, которая позже преобразовалась в известную корпорацию “Dunlop Tire”.

Шина Джона Данлопа. 1- обод, 2 - камера, 3 - каркас шины, 4- ступицы. Источник изображения: studfiles.net

Новая шина Данлопа была недостаточно прочной для большого веса автомобиля. Кроме того, из-за несъемных покрышек такими шинами пользоваться было крайне неудобно. В 1890 году Чайльд Кингстон Уэлтч придумал новую конструкцию шины для автомобиля со съемными покрышками. А чуть позже, в 1895 году, братья Андре и Эдуард Мишлен представили пневматические шины, полностью пригодные для использования на автомобиле. Теперь фамилия Мишлен известна, наверное, почти всем по названию международной корпорации.

Шина Чайльда Кингстона Уэлтча. 1- обод, 2 - проволочные кольца, 3- покрышка. Источник изображения: studfiles.net

После разработки братьев Мишлен автомобильная шина подвергалась частому усовершенствованию, чтобы увеличить ее прочность, упростить монтаж и демонтаж. В шинах стали использоваться уплотняющие материалы в виде полос - корды. В течение сотни лет проводились эксперименты с составом резины, рисунком протектора, материалов для корда. Всё это делалось для того, чтобы шины стали максимально надежные даже при высоких нагрузках. Также позже были разработаны бескамерные шины, чтобы в случае прокола была возможность проехать на колесе еще какое-то расстояние. Во второй половине 20 века были изобретены низкопрофильные шины, которые, в отличие от используемых ранее шин с практически “круглым” профилем, имеют лучшее сцепление с дорогой.

Профили шин. 1 - обычные, 2 - низкопрофильные. Источник изображения: studfiles.net

Сегодня исследования и изобретения в области автомобильных шин ведутся не только с целью повысить прочность, но и в сторону экологичности, ведь шинное производство наносит большой урон окружающей среде. Исследователи и инженеры ищут новые безопасные для экологии материалы для изготовления шин.

Инженер из Эдинбурга Роберт Томпсон поставил перед собой задачу сделать поездки по дорогам XIX века более комфортабельными. Основную долю транспортных средств в то время составляли конные повозки на деревянных или металлических колесах. В 1845-м Томпсон предложил накачивать воздухом пустотелые резиновые шины, защищенные кожаным чехлом. Испытания показали, что эти «воздушные колеса» (Aerial Wheels) эффективно сглаживают неровности дорог, но они были дорогими и дефицитными: резина только появилась. По этой причине популярным стало другое изобретение Томпсона — цельнолитые шины из вулканизированной резины. О надувных же колесах надолго забыли — в то время в них просто не было коммерческой необходимости.

В конце 1880-х годов той же самой проблемой заинтересовался другой шотландец — ветеринар Джон Данлоп, практиковавший в ирландском Белфасте. Он не ставил себе таких глобальных целей, как Томпсон, его заинтересованность была более личной. В 1888 году его сынишке, только что выздоровевшему после тяжелой простуды, врач прописал велосипедные прогулки. Нельзя сказать, что мальчику было очень комфортно: кочки и неровности практически не сглаживались литыми резиновыми шинами трехколесного велосипеда. Данлоп склеил края широкой резиновой ленты, получившуюся трубку он примотал к ободу колеса матерчатой лентой (которая также увеличивала сцепление с дорогой и защищала резину) и накачал с помощью насоса для футбольных мячей. Конструкция оказалась очень удачной, Данлоп запатентовал ее (правда, три года спустя патент попытались аннулировать в связи с обнаружением патента Томпсона) и даже уговорил маленькую местную компанию W. Edlin & Co. оснащать выпускаемые ею велосипеды пневматическими (именно Данлоп впервые использовал этот термин по отношению к колесам) шинами. Впрочем, вначале новые шины не пользовались особым успехом и даже заслужили презрительную кличку «пудинговые колеса» — люди привыкли к «жесткому контакту» с дорогой. Однако стоило скептикам разок прокатиться — и мнение кардинально менялось. А после того, как в 1889 году местный велосипедист Уилли Хьюм на таких шинах выиграл велогонку в Черривейле, изобретение привлекло всеобщее внимание. И не только у велосипедистов — на пневматические шины обратили внимание изобретатели и конструкторы только что появившихся самобеглых колясок — автомобилей.

Основанная при помощи местного бумажного фабриканта Уильяма Харви дю Кроса первая фабрика по производству шин в Дублине получила название Dunlop Pneumatic Tire Co. Марка Dunlop дожила до наших дней — правда, как составная часть другой знаменитой компании — Goodyear.

Автомобильные шины: история и новейшие изобретения

История современных шин берет свое начало в 1846 году, когда Роберт Томпсон, инженер железнодорожного транспорта, зарегистрировал свой патент на пневматическую шину. Его конструкция уже тогда имела преимущества над многими более поздними: дело в том, что внутри шины Томпсона располагалось несколько пневмобаллонов, и даже пробив один из них или пару, можно было продолжать движение. Как указал в сопроводительных документах сам Томпсон, его шина должна была уменьшить силы, затрачиваемые на передвижение экипажей, а также снижение шума. Покрышка была изготовлена из кожи, что, в принципе, обеспечивало среднюю износостойкость.

В 1888 г. Джон Данлоп изготовил свои первые покрышки для трехколесного велосипеда своего сына. 23 июля 1888 г. Данлопу был выдан патент N 10607 на изобретение, а приоритет на применение «пневматического обруча» для транспортных средств подтверждал следующий патент от 31 августа того же года.

Первыми, кто додумался использовать пневматические шины на автомобилях, были французы Андре и Эдуард Мишлен, уже производившие тогда шины для велосипедов. Первый заезд по маршруту Париж - Бордо на автомобиле с пневмошинами был осуществлен в 1895 году, а уже через год своими шинами оснастил автомобиль Джон Данлоп.

В 1911 году Филипп Страус изобрел первую камерную шину. Бескамерные шины, изобретенные ранее, в 1903 году инженерами GoodУear, снискали популярность только после войны - в 1954 году первым автомобилем, серийно оснащенным бескамерными покрышками, стал Packard.

В 1923 году Continental начал применять в шинах кордовую ткань. Этот элемент состоял из челночных нитей, удерживаемых опорными нитями и покрытых каучуком. Изготовленные таким образом шины служили значительно дольше.

В 50-х годах Michelin совершила переворот в индустрии, внедрив в производство радиальные шины. Французам удалось добиться двукратного увеличения ресурса, кроме того, радиальные шины были несколько тише диагональных. Однако переход с диагональной на радиальную конструкцию затянулся почти на 20 лет и связано это было с тем, что производители экспериментировали с материалами и технологиями, и только в 70-х достигли того уровня соотношения «цена-качество», который позволил почти всему легковому автопарку перейти на использование радиальных шин.

С конца 40-х годов производятся шины, ширина которых больше, чем высота - так называемые супер-баллоны. Затем последовали шины с низким и сверхнизким поперечным сечением, у которых соотношение между высотой и шириной было снижено до 80%.

Сегодня стандартным для большинства автомобилей является отношение высоты к ширине в 65%. Современные шины становятся все шире - в настоящее время соотношение высоты к ширине снижено уже до 30%. Сверхширокие шины производятся для мощных спортивных моделей автомобилей, и не получают широкого распространения из-за дороговизны и особенностей эксплуатации.

Современные радиальные шины для легковых автомобилей включают в себя до 25 различных конструктивных частей и до 12 различных смесей.

НОВЕЙШИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ В ШИННОЙ ИНДУСТРИИ
Шинная индустрия, как и любая другая высокотехнологичная отрасль, развивается постоянно. Еще несколько лет назад все восхищались тем, как шинники умудряются делать сверхнизкопрофильную резину на 22 дюйма, а сейчас в фаворе уже совсем другие изыски.

Наиболее популярной в последние годы стала технология «самонесущих шин». Эта разновидность резины позволяет не прекращать движение даже при полной потере давления в шине, причем скорость и расстояние тоже не страдают. Эта технология получила общее название Run Flat Tires, сокращенно - RFT, причем каждый из производителей именует подобную продукцию по своему.

Герметик поможет затянуть один прокол. У шин RFT боковины значительно укреплены. Система PAX используется на бронированных лимузинах. Необходимость в подобных колесах назрела давно. Мало кому понравится менять колесо в походных условиях. Вот тогда-то новые шины RFT и пригодятся.

Лет пятнадцать назад ведущие мировые производители шин практически единовременно озаботились данной проблемой. Как удержать в покрышке воздух при проколе? Было разработано три основных варианта решения этой проблемы. В начале конструкторский гений додумался до самогерметизирующихся шин. Принцип действия прост: на внутреннюю поверхность покрышки нанесен слой жидкого герметика. В случае прокола герметик быстро затягивает прокол, и в таком состоянии автомобиль может доехать до шиномонтажа без потери управляемости.

Однако у данной технологии было много недостатков. Более одного прокола - и герметик уже не справляется со своей задачей. Если пробита боковина - он вообще бессилен. Но технология оказалась весьма доступной, поэтому используется многими производителями и по сей день. Но вот с другой бедой - медленной разгерметизацией колеса - эти герметики справиться не могут. А такие неприятности возникают очень часто, например, после сильного удара гнется обод - в результате воздух из покрышки медленно стравливается.

Здесь-то «самонесущие» шины проявят себя во всей красе! Их преимущество - автомобиль сможет проехать достаточное расстояние без потери управляемости, даже если колесо пробито в нескольких местах и воздуха в покрышке нет совсем. Конструкция проста до гениальности: у шин RFT боковины значительно укреплены, и в случае потери давления вся масса автомобиля ложится на них, сберегая диски. Впервые подобные шины появились в качестве серийного оборудования на Chevrolet Corvette в 1993 году. RFT-технология позволяет проехать 100-200 км на полностью спущенной шине при скорости не более 90 км/ч.

Сейчас практически все производители имеют в своем арсенале подобную продукцию.

Шины RFT справляются со своей задачей великолепно, но у данной технологии есть и свои минусы: в спущенном состоянии они ведут себя практически так же, как и полностью накачанные, и если автомобиль не оборудован датчиками давления в покрышках, водитель может просто не заметить разницы. Кроме того, такие шины более жестки, шумны и весят больше обычных, а последний фактор не может не сказаться на экономичности.

Еще один вариант решения проблемы со спущенной покрышкой - вставка на ободе внутри покрышки. Эта технология уже давно и успешно используется на бронированных лимузинах. Но вставки тоже жестковаты, и особо долго на них не покатаешься.

ИСТОРИЯ НЕКОТОРЫХ ПОПУЛЯРНЫХ БРЭНДОВ
DUNLOP
Заслуги фирмы Dunlop в развитии и совершенствовании пневматических шин значительны и несомненны! Dunlop был первым в применении резиновых и стальных шипов на протекторе. Инженеры фирмы были первыми, кто разделил протектор шины на несколько рядов, что повысило износостойкость при сохранении сцепления с дорожным покрытием. Dunlop первым создал шину с боковыми грунтозацепами. Как известно, камера, запатентованная Дж. Данлопом, была позаимствована у футбольного мяча и не могла быть заменена, так что первым изобрел камеру для пневматических шин сотрудник Dunlop Ч. Вудс. Фирма первой воплотила в жизнь идею бескамерной шины.

Команда Dunlop с самого начала рассматривала шину не как отдельный элемент, чем грешили инженеры многих фирм, а как неотъемлемую часть автомобиля. Результатом такого подхода стало создание первой в мире лаборатории для испытания шин. Сотрудники Dunlop первыми в мире ещё в конце 70-х годов разработали шины системы Denovo, которые позволяли продолжать движение даже в случае прокола шины. Другая идея, над которой инженеры Dunlop работают с середины 90-х годов, состоит в том, чтобы шины информировали водителя о своём состоянии так же, как это делают другие системы автомобиля, например, система охлаждения двигателя или система электрооборудования.

Компания Dunlop занимает 5-е место в мире по объёму производства шин. Dunlop имеет контракты на поставку шин с 33-мя автогигантами.

MICHELIN
В 1829 Эдуард Даубри женился на молодой шотландке Элизабет Баркер, племяннице ученого по фамилии Макинтош, который первым обнаружил, что каучук растворяется в бензоле, и который первым покрыл ткань этим раствором, положив начало изготовлению первых прорезиненных плащей, называемых иногда с тех давних пор «макинтошами». Мадам Элизабет Даубри (Баркер) первой поняла всю прелесть раствора каучука в бензоле и начала делать для своих детей надувные шарики и мячики для игры. В это же самое время, насмотревшись на проделки малышей с мячами и шариками, два ее кузена решили развить идею и организовали в местечке Clermont-Ferrand крохотную фабрику по производству резиновых изделий. 28 мая 1889 года эта компания получила название Michelin. Эдуард Мишелин был первым ее директором и так, волей случая, увековечил свое имя в истории. В 1891 году велосипед с шиной Michelin одержал первую победу в гонках и через год уже на 10.000 велосипедах стояли шины именно этой фабрики. В 1895 году, когда появился первый автомобиль, альтернативы для его колес уже не было - только Michelin. Впервые в мире автомобиль «Eclair» был оборудован пневматическими шинами. Это привело к победе в гонке «Париж - Бордо - Париж». После этого автомобиль и пневматическая шина стали неотделимыми… В 1903 году на фабрике была изготовлена самая первая шина для мотоцикла.Несколько слов о самом Эдуарде Мишелине (1859-1940). Одаренный и талантливый человек, закончивший задолго до участия в резиновом бизнесе Парижскую Школу Искусств, где серьезно изучал живопись. Но, уйдя в бизнес, занимал пост руководителя фирмы в течение 51 года.

GOODYEAR
Торговая марка GoodYear принадлежит The GoodYear Tire - Rubber Company, которой принадлежат также торговые марки «Dunlop», «Fulda», «Kelly», «Debica», «Sava». Своим названием корпорация обязана Чарльзу Гудьиру, американскому изобретателю, который первым в 1834 г. открыл процесс вулканизации резины. История фирмы началась в 1898 году в США, когда братья Фрэнк и Чарлз Сейберлинги основали компанию по производству шин для велосипедов и грузовиков. В 1903 году инженер фирмы Личфилд получил патент на изобретение бескамерной шины. Новейшая история GoodУear ознаменована, прежде всего, появлением в 1992 году дождевых шин Aquatread. Идея разделить протектор глубокой центральной канавкой для лучшего водоотвода оказалась революционной. В настоящее время компания представлена на шести континентах и продает свои шины в 185 странах.

Важность автомобильной шины для отрасли автомобилестроения неоспорима. Шины обеспечивают плавность хода, скорость, безопасность, проходимость и комфорт. Это автомобильное дополнение эволюционировало вместе с автомобилем, и сыграло немаловажную роль в развитии автомобилестроения.

Усовершенствовать колесо пытались с самого момента его изобретения. Первые деревянные колеса при соприкосновении с дорогой быстро разрушались. Их придумали укреплять с помощью стального обода. Идея сделала колесо более прочным, но ужасный грохот и жесткость движения остались проблемой на многие годы.

Первым изобретателем шины принято считать англичанина Роберта Томсона. В середине 18 века он запатентовал свое изобретение - камеру из кусочков кожи, соединенных заклепками. Однако его инновация не получила практического применения - данной разработкой просто никто не заинтересовался.

Вторым изобретателем шины стал также житель Туманного Альбиона - Джон Данлоп - обычный ветеринар. Он жил в конце 18 века - в это время велосипед уже получил широкое распространение. Сын ветеринара никак не мог научиться ездить на этом весьма жестком железном коне. Тогда Данлоп сделал обручи из обычного поливального шланга и закачал в них воздух. Результат просто поразил самого изобретателя и всех его знакомых. В результате, в 1888 году Джон Данлоп получил патент N 10607 на свой «пневматический обруч», который мог применяться для транспортных средств.

Джон Данлоп

В 19 веке несколько изобретателей пытались доработать шину. В 1890 году молодой инженер Чарльз Кингстон Уэлтч отделил покрышку от камеры. Процесс происходил при помощи колец изготовляемых из проволоки, которые были зажаты в обод, а через некоторое время ободу придали некоторое углубление по центру.

Чуть позже англичанин Бартлетт и француз Дидье предложили способы монтажа и демонтажа шин.

Все это послужило идее применения шины в автомобильной промышленности. Первыми автомобили «обули» братья Андре и Эдуард Мишлен. Да, именно их именем названа марка одних из самых качественных шин в современном мире.

Братья Мишлен

Впервые пневматические шины были надеты на автомобиль Peugeot. Нововведение обеспечивало автомобилю плавный и мягкий ход, улучшенную управляемость и более длительную эксплуатации и колес, и самого автомобиля. Однако менять такие шины было невероятно сложно и долго.

Братья Мишлен обрели известность, когда 1985 году , обутый в их шины, успешно прошел гонку протяженностью 1200 км. С этого же времени автомобили с шинами на колесах стали считаться общепринятой нормой.

В 50-е годы «Мишлен» уже была полноценной компанией. В это время в обращение впервые были введены радиальные шины. Изобретение имело пояс, изготовленный из металлокорда. С этого времени шины стали делить на зимние и летние, появилась возможность производить бескамерные шины. Также было создано множество экспериментальных покрышек - различных размеров и с разным рисунком протектора.

С 1970 года шинная промышленность развивалась все стремительней, и грамотных производителей шин появлялось все больше. Это и привело к сегодняшнему разнообразию - ведь в наши дни шины можно подобрать под любую погоду,