Гидравлические амортизаторы

 

Гидравлические амортизаторы по конструкции разделяются на: телескопи­ческие и рычажные. В подвесках совре­менных автомобилей применяются в ос­новном телескопические амортизаторы двустороннего действия.

 

 

Рис. 16. Типы гидравлических амортизаторов, классифицированных

По различным признакам

Гидравлические амортизаторы по конструкции аналогичны поршневым насосам. Отличие состоит в том, что амортизаторная жидкость (масло) перекачивается только внутри амортизаторов из одной камеры в другую по замкнутому кругу циркуляции. При этом амортизаторы работают при давление 3,0...7,5 МПа, скорости перетекания жидкости 20...30 м/с и при работе могут нагреваться до 160°С и более.

Гидравлические амортизаторы гасят колебания кузова и колес автомобиля в результате создаваемого ими сопротивления (медленного перетекания жидкости из одной полости в другую через клапаны и калиброванные отверстия).

Амортизаторы повышают безопасность движения автомобиля, так как предотвращают отрыв колес от поверхности дороги и обеспечивают их постоянный контакт с дорогой.

Двухтрубные амортизаторы имеют рабочий цилиндр и резервуар, а однотрубные — только рабочий цилиндр.

При движении автомобиля в результате деформации рессор и пружин подвески возникают поперечные колебания рамы или кузова, которые гасятся амортизаторами. В связи с повышенными требованиями к плавности хода амортизаторы стали одним из основных элементов подвески современных автомобилей.

На автомобилях и автобусах наиболее широко применяют гид­равлические амортизаторы, в которых используют сопротивление (внутреннее трение) сравнительно вязкой жидкости, проходящей через калиброванные отверстия малых диаметров и ограниченные сечения в клапанах. Полный цикл колебаний рамы относительно моста и колес включает в себя два периода:

ход сжатия рессоры, когда подрессоренная часть (рама с платформой) сближается с не подрессоренной частью (мостами и колесами);

ход отдачи рессоры, когда подрессоренная часть удаляется от не подрессоренной.

Амортизаторы делятся на две группы: амортизаторы двустороннего действия и амортизаторы одностороннего действия; последние гасят колебания только при ходе отдачи рессоры. Амортизаторы двустороннего действия способствуют более плавной работе подвески, поэтому они почти полностью вытеснили амортизаторы одностороннего действия.

Устройство амортизатора двустороннего действия (рис. 17) состоит из резервуара 16, рабочего цилиндра 17, штока 18 с поршнем 14 и клапанов: перепускного 5, отдачи 7, впускного 9, сжатия 10. В верхней части шток поршня перемещается в направляющей втулке и уплотнен резиновым сальником 3, расположенным в обойме. Между направляющей штока и обоймой сальника 3 находится сальник 4, уплотняющий полость П резервуара 16.

 

 

Рис. 17. Гидравлический амортизатор двустороннего действия:

а – устройство; б, в – схемы работы

В рабочем цилиндре 17 вместе со штоком 18 перемещается поршень 14, в котором имеются сквозные отверстия, равномерно расположенные в два ряда по окружностям различных диаметров (по 10 отверстий в каждом ряду). Отверстия 6, находящиеся на большей окружности, закрыты сверху перепускным клапаном 5, к которому прижимается пружинная шайба. Отверстия 15 на меньшей окружности перекрываются снизу дроссельным диском клапана отдачи 7. Этот клапан состоит из двух плоских стальных дис­ков, прижимаемых к поршню пружиной 8.

В нижней части рабочего цилиндра расположен корпус, в котором установлены впускной клапан 9 и клапан сжатия 10, прижимаемый пружиной 11. Эти клапаны закрывают отверстия 13 и 12, расположенные в корпусе. К штоку 18 и резервуару 16 приварены проушины 1. Нижней проушиной амортизатор крепится к балке или к нижним рычагам переднего моста при независимой подвеске, а верхней — к кронштейну рамы или основания кузова. От повреждений и попадания грязи шток защищен кожухом 2.

 

Работа амортизатора

При ходе сжатия рессоры (рис. 17, б) поршень амортизатора движется вниз, перепускной клапан 5 открывается и жидкость перетекает через отверстия 6 поршня 14 в надпоршневое пространство. Под давлением жидкости клапан сжатия 10 преодолевает усилие пружины 11 и открывается, при этом жидкость в объеме, равном вводимой части штока, вытесняется из рабочего. цилиндра в резервуар 16. Усилие пружины 11 клапана сжатия создает необходимое сопротивление амортизатора, в результате чего частота колебаний подвески и подрессоренных масс автомобиля уменьшается. При перемещениях штока жидкость, частично просачиваясь через зазор между направляющей втулкой и штоком, поступает через отверстие 19 (рис. 19, а) в полость П резервуара, разгружая тем самым сальники от действия рабочего движения жидкости.

Во время хода отдачи (рис. 19, в) поршень движется жидкость из верхней полости рабочего цилиндра в нижнюю. Перепускной клапан 5, расположенный со стороны надпоршневого пространства, закрывается, и жидкость через отверстия 15 поршня поступает к клапану отдачи 7 и открывает его. При этом жидкость в объеме, равном выводимой части штока, поступает из резервуара в рабочий цилиндр через отверстия 13, предварительно преодолев сопротивление впускного клапана 9.

Жесткость дисков клапана отдачи 7 и усилие пружины 8 создают необходимое сопротивление амортизатора, которое пропорционально квадрату скорости перетекания жидкости.

При движении автомобиля необходимо, чтобы амортизатор гасил в основном свободные колебания подвески при ходе отдачи (распрямления рессоры) и не увеличивал жесткость рессоры при ее сжатии. Поэтому сопротивление хода сжатия составляет 25…30 % сопротивления хода отдачи.

Устройство газонаполненного амортизатора. Амортизатор однотрубный, высокого давления (рис. 18).

Амортизатор состоит из рабочего цилиндра 7, поршня 4 со штоком 1 и узла уплотнения 2 высокого давления. На поршне размещены два клапана — сжатия 3 и отдачи 5.

Внутри цилиндра амортизатора находятся рабочая полость 9, заполненная амортизаторной жидкостью, и компенсационная камера 8, заполненная газом. Камера компенсирует изменение объема жидкости в рабочей полости при ее нагревании и охлаждении, при входе штока поршня в цилиндр и выходе из него за счет изменения объема сжатого газа в камере. Газ и жидкость разделены плавающим поршнем 6, который ограничивает рабочую полость 9.

В процессе работы амортизатора жидкость перетекает через каналы переменного сечения, выполненные в поршне 4, и клапаны сжатия 3 и отдачи 5. При ходе отдачи поршень 4 перемещается вниз, и жидкость из-под поршня перетекает в полость над поршнем через клапан отдачи 5,

 

Рис. 18.Газонаполненный амортизатор:

1 - шток; 2 - уплотнение; 3, 5 - клапаны; 4,6- поршни;

7 - цилиндр; 8 - камера; 9 - полость

 

испытывая при этом сопротивление, В этом случае давление сжатого газа перемещает разделительный поршень 6 вниз, компенсируя изменение объема жидкости вследствие выхода штока 1 из цилиндра амортизатора.

При ходе сжатия поршень 4 перемещается вверх, и жидкость из надпоршневого пространства перетекает в полость под поршнем через клапан сжатия 3, также испытывая сопротивление. При этом давлением жидкости перемещается вверх разделительный поршень, сжимает газ в компенсационной камере 8 и компенсирует изменение объема жидкости в рабочей полости амортизатора из-за входа штока внутрь цилиндра.

 

 

Колеса

Колесами называются устройства, осуществляющие связь ав­томобиля с дорогой.

Колеса служат для подрессоривания автомобиля, обеспечения его движения и изменения направления движения.

Рис. 19. Типы колес, классифицированных по различным признакам

 

Колеса обеспечивают возможность движения автомобиля, а также смягчают толчки, возникающие при движении по неров­ностям дороги.

Автомобильное колесо (рис. 20, а) состоит из диска 2, обода 4 и шины 3. Ступица 1 колеса обычно входит в сборочный узел каждого моста автомобиля и при помощи соединительной части диска 2 соединяется с ободом 4, на который устанавливается пнев­матическая шина.

Рис. 20. Автомобильные колеса:

а - в сборе; б - с неразборным ободом; в - с разборным ободом

 

По устройству соединительной части колеса делятся на три типа: дисковые, бездисковые и спицевые. Последние используются лишь на некоторых легковых и гоночных автомобилях.

Наибольшее распространение на автомобилях получили дис­ковые колеса, ободья которых могут быть глубокими неразборны­ми или плоскими разборными.

На легковых автомобилях обычно применяют дисковые колеса (с глубокими ободьями) (рис. 20, б), представляющими собой неразъемное сварное соединение обода 4 с диском 2, на наруж­ной стороне которого имеются ребра жесткости 5 и выступы 7 для крепления декоративного колпака. В средней части обода имеется кольцевое углубление - монтажный ручей, облегчающий монтаж и демонтаж шин. По обеим сторонам обода 4 расположены конические посадочные полки, на которые монтируют борта шин. Наклон посадочных полок на угол (5± 1)° обеспечивает плотную посадку шины на ободе.

Крепежные отверстия 6 дисков имеют конические фаски с уг­лом 60°, обеспечивающие центрирование диска и предотвращаю­щие самоотвертывание крепежных гаек.

На большинстве грузовых автомобилей шины монтируют на диск колеса с плоским (без углубления) ободом (рис. 20, в), который делается разборным для облегчения монтажа и демонта­жа шин. Обод 4 и диск 2 колеса соединены сваркой. Съемное бор­товое кольцо 8 крепится замочным кольцом 9. Иногда бортовое кольцо 8 выполняют разрезным, тогда его устанавливают на обод без замочного кольца.

Диски колес грузовых автомобилей крепятся к ступице при помощи шпилек и гаек с конусными фасками. Чтобы гайки само­произвольно не отворачивались, резьба шпилек и гаек правых колес правая, левых колес — левая.

На задний мост грузового автомобиля устанавливают, как пра­вило, сдвоенные колеса. Внутреннее колесо крепится на шпиль­ках с колпачковыми гайками, имеющими внутреннюю и наруж­ную резьбы. Наружные колеса устанавливают на колпачковых гай­ках и затягивают внешними гайками с конусными фасками.

На автомобилях МАЗ, КамАЗ и автобусах ЛиАЗ применяют без­дисковые колеса. Их принципиальное отличие от описанных конструадий дисковых колес состоит в том, что они не имеют про­межуточной детали (диска) между ободом и ступицей. Передние колеса устанавливают на конические поверхности ступиц колес, а задние — на кольца, прикрепленные к ступице гайками и шпиль­ками. Специальные прижимы служат для центрирования и креп­ления бездисковых колес.

Шины

Рис. 21. Типы шин, классифицированных по различным признакам

 

Конструкция пневматической шины. Шины относят к числу наиболее важных и дорогостоящих частей автомобиля. Так, стоимость комплекта шин соста­вляет примерно 20 — 30% первоначаль­ной стоимости автомобиля, а в процес­се эксплуатации из общих расходов около 10—15% приходится на расходы по восстановлению шин. 21

Камерная шина (рис. 22, а) состоит из покрышки 9, камеры 10 и ободной ленты 7 (в шинах легковых автомоби­лей ободная лента отсутствует).

Покрышка шины воспринимает да­вление сжатого воздуха, находящегося в камере, предохраняет камеру от по­вреждений и обеспечивает сцепление ко­леса с дорогой. Покрышки шин изгото­вляют из резины и специальной ткани корда. Шина стоит из протектора 1, подушечного слоя (брекера) 2, каркаса 3, боковин 4 и бортов 5 с сердечниками 6. Каркас служит основой покрышки: он соеди­няет все ее части в одно целое и при­дает покрышке необходимую жесткость, при этом обладает высокой эластич­ностью и прочностью. Каркас покрыш­ки выполнен из нескольких слоев нитей корда толщиной 1 — 1,5 мм. Число слоев корда является четным и составляет обычно 4 — 6 для шин легковых и 6 — 14 для шин гру­зовых автомобилей и автобусов. С уве­личением

числа слоев корда повышает­ся прочность шины, но одновременно увеличивается ее масса и возрастает со­противление качению. Протектор обеспечивает сцепление шины с дорогой и предохраняет каркас от повреждения. Его изготовляют из прочной, твердой, износостойкой ре­зины. В нем различают расчлененную часть (рисунок) и подканавочный слой. Рисунок протектора зависит от типа и назначения шины. Рисунок про­тектора может
быть дорожный, универ­сальный, повышенной проходимости, карьерный и зимний.

 

 

Рис. 22. Пневматическая шина:

 

а – камерная; б – бескамерная

Подушечный слой (брекер) связывает протектор с каркасом и предохраняет каркас от толчков и ударов, восприни­маемых протектором от неровностей дороги. Он обычно состоит из несколь­ких слоев разреженного обрезиненного корда. Подушечный слой рабо­тает в наиболее напряженных темпера­турных условиях (до 110 - 120 °С) по сравнению с другими элементами шины.

Боковины предохраняют каркас от повреждения и действия влаги. Их обычно изготовляют из протекторной резины.

Борта надежно укрепляют покрышку на ободе. Снаружи борта имеют один - два слоя прорезиненной ленты, предох­раняющей их от истирания об обод и от повреждений при монтаже и демонтаже шины. Внутри бортов заделаны стальные проволочные сердечники 6. Они увеличивают прочность бортов, предохраняют их от растягивания и предотвращают соскакивание шины с обода колеса. Шина с поврежденным сердечником непригодна для эксплуа­тации.

Камера удерживает сжатый воздух внутри шины. Она представляет собой эластичную резиновую оболочку в виде замкнутой трубы. Для плотной посадки (без складок) внутри шины размеры ка­меры несколько меньше, чем внутрен­няя полость покрышки. Поэтому запол­ненная воздухом камера находится в покрышке в растянутом состоянии. Толщина стенки камеры обычно соста­вляет 1,5 - 2,5 мм для шин легковых и 2,5 - 5 мм для шин грузовых автомо­билей и автобусов. На наружной по­верхности камеры делаются радиальные риски, которые способствуют отводу на­ружу воздуха, остающегося между ка­мерой и покрышкой после монтажа шины. Камеры изготовляют из высоко­прочной резины.

Для накачивания и выпуска воздуха камера имеет специальный клапан - вентиль 8. Он позволяет нагнетать воз­дух внутрь камеры и автоматически перекрывает его выход из камеры.

В зависимости от типа и размера обо­да колеса, одинарной или сдвоенной установки шин вентили выпускают раз­ной длины и формы (прямые и изог­нутые), но с взаимозаменяемыми дета­лями. Вентили могут быть металличе­ские, металлические с обрезиненной пяткой и резинометаллические. Вентили металлические и с обрезиненной пяткой используют для камер грузовых шин, а резинометаллические — легковых шин.

 

 

Рис. 23. Вентили пневматических шин:

а и б – металлические; в – металлический с обрезиненной пяткой;

г – резинометаллический; д – для бескамерной шины»

 

Вентиль состоит из корпуса 8 (рис. 23, а), золотника 2 и колпачка 1. Корпус металлического вентиля (рис. 23, а - в) представляет собой прямую или изогнутую латунную трубку. Ниж­ним концом он прикреплен к камере 10 с помощью шайбы и гайки 9. Для кре­пления вентиля на камере имеется спе­циальная площадка овальной или кру­глой формы, при вулканизированная к камере. Внутрь корпуса ввернут зо­лотник 2 с резиновой уплотнительной втулкой 3. Через золотник проходит стержень 5 с клапаном 4 и скобой 7. Клапан через резиновое кольцо плотно прижимается к золотнику пружиной 6. При накачивании камеры клапан откры­вается под давлением воздуха, перепу­ская его внутрь камеры. Для выпуска воздуха из камеры необходимо нажать на стержень и открыть клапан. На верх­ний конец вентиля навертывают колпа­чок 1, который предохраняет вентиль от загрязнения и одновременно служит ключом для ввертывания и вывертыва­ния золотника. Металлический вентиль с обрезиненной пяткой (рис. 23, в)имеет более надежное крепление к каме­ре, чем металлический, так как он привулканизирован к камере. Резинометал­лический вентиль (рис. 25, г) состоит из прямого резинового корпуса, внутри ко­торого заделана металлическая втулка. Втулка имеет внутреннюю резьбу для ввертывания стандартного золотника и наружную — для навертывания кол­пачка-ключа. Нижняя часть корпуса вентиля имеет резиновую пятку, с по­мощью которой вентиль привулканизовывают к камере. Резинометалличе­ские вентили по сравнению с металлическими более просты по кон­струкции, имеют меньшую общую мас­су и более низкую стоимость в про­изводстве, обеспечивают лучшую герме­тичность.

Ободная лента 7 (рис 22, а)шины предохраняет камеру от повре­ждений и трения об обод колеса и бор­та покрышки. Лента исключает также возможность защемления камеры меж­ду бортами покрышки и ободом. Она выполнена из резиновой профилирован­ной ленты и имеет форму кольца, вну­тренний диаметр которого несколько больше диаметра обода колеса. Тол­щина ленты в средней части составляет 5 - 10 мм и уменьшается к краям до 1 мм. Такой поперечный профиль ленты обеспечивает лучшее прилегание ее к бортам покрышки и ободу. В ободной ленте имеется отверстие для вентиля ка­меры. Ободная лента устанавливается между ободом колеса и камерой шины. На ободных лентах указаны размеры, соответствующие шинам, для которых они предназначены. Бескамерная шина (рис. 22, б) не имеет камерный ободной ленты и вы­полняет одновременно функции покры­шки и камеры. По устройству она близ­ка к покрышке камерной шины и по внешнему виду почти не отличается от нее. Особенностью бескамерной шины является наличие на ее внутренней по­верхности герметизирующего воздухо­непроницаемого резинового слоя 11 толщиной 1,5 - 3,5 мм. Герметизирую­щий слой привулканизирован к внутрен­ней поверхности покрышки. Он изгото­влен из смеси натурального и синтети­ческого каучука, обладающей повышен­ной газонепроницаемостью. На бортах шины, кроме того, имеется уплотняю­щий резиновый слой, обеспечивающий необходимую герметичность в местах соединения бортов и обода колеса. Ма­териал каркаса бескамерной шины так­же характеризуется высокой воздухоне­проницаемостью, так как для него используют вискозный, капроновый или нейлоновый корд, воздухонепроницае­мость которого в 5 - 6 раз выше, чем у хлопчатобумажного корда. Поса­дочный диаметр бескамерной шины уменьшен, она монтируется на герме­тичный обод. Вентиль 12 шины гайкой с шайбой 11 (Рис. 23, д) герметично за­креплен на двух резиновых уплотняю­щих шайбах 12 непосредственно в ободе колеса.

Бескамерные шины по сравнению с камерными повышают безопасность движения, легко ремонтируются, во вре­мя работы меньше нагреваются, более долговечны, проще по конструкции, имеют меньшую массу. При потере гер­метичности обода или самих шин их ис­пользуют как обычные покрышки. При применении бескамерных шин необхо­димость в запасном колесе на автомо­биле практически отпадает.

Повышение безопасности движения объясняется меньшей чувствитель­ностью бескамерных шин к проколам и другим повреждениям. При поврежде­нии камерной шины камера не охваты­вает прокалывающий предмет, так как находится в растянутом состоянии. Воз­дух через образовавшееся отверстие по­ступает внутрь покрышки и свободно выходит через неплотности между ее бортами и ободом колеса. При повре­ждениях бескамерной шины прокалы­вающий предмет плотно охватывается нерастянутым герметизирующим слоем резины и воздух выходит из шины очень медленно. В результате этого обеспечивается возможность остановки автомобиля. В некоторых случаях, ког­да проколовший предмет остался в ши­не, воздух из нее вообще не выходит.

Легкость ремонта бескамерных шин объясняется тем, что многие поврежде­ния (проколы диаметром до 10 мм) мо­гут быть устранены без снятия шин с колес, что особенно важно в до­рожных условиях. При ремонте в место повреждения вводят посредством спе­циальной иглы уплотнительные пробки. Меньший нагрев бескамерных шин объясняется лучшим отводом теплоты через обод колеса, который не закрыт камерой, и отсутствием трения между покрышкой и камерой, свойственного камерным шинам. Улучшение теплово­го режима является одной из причин повышенной долговечности беска­мерных шин, срок службы которых на 10 — 20% больше, чем у камерных шин. Однако, стоимость бескамерных шин бо­лее высока, чем камерных. Такие шины требуют специальных ободьев, а мон­таж и демонтаж их сложнее, для выпол­нения этих операций нужны спе­циальные приспособления и устройства.

Большое влияние на движение авто­транспортных средств оказывает тип рисунка протектора пневматической шины.

Рис. 24. Рисунок протектора шины:

а - дорожный; б - универсальный; в - повышенной проходимости; г – карьерный

 

Дорожный рисунок протектора (рис.24, а) имеют шины, предназна­ченные для работы на дорогах с твердым покрытием. Он обычно пред­ставляет собой продольные зигзагообразные ребра и канавки. Рисунок тако­го типа придает протектору высокую износостойкость, обеспечивает бесшум­ность работы шины и достаточную со­противляемость заносу. Общая пло­щадь выступов дорожного рисунка со­ставляет 65 — 80% всей площади бего­вой дорожки протектора (рабочей ча­сти, соприкасающейся с поверхностью дороги).

Универсальный рисунок протектора (рис.24, б) используется для шин авто­мобилей, эксплуатируемых на дорогах смешанного типа (с твердым покры­тием и грунтовых). Протектор с таким рисунком имеет мелкую насечку в цен­тральной части и более крупную в боко­вой. При движении по мягкому грунту боковые выступы входят в зацепление с ним, в результате чего улучшается проходимость.

При таком ри­сунке протектора ускоряется его изна­шивание во время движения по сухим твердым дорогам. Общая площадь вы­ступов универсального рисунка соста­вляет примерно 55 — 60% всей площади беговой дорожки протектора.

Рисунок повышенной проходимости (рис. 24, в) на протекторе предназначен для шин, работающих в тяжелых до­рожных условиях и по бездорожью. Он характеризуется высокими грунтозацепами. Протектор с таким рисунком обеспечивает хорошее сцепление с грун­том и хорошее самоочищение колес от грязи и снега, защемляемых между грунтозацепами. При движении по до­рогам с твердым покрытием ускоряется изнашивание шин с этим рисунком про­тектора, возрастает шум, ухудшается плавность хода и устойчивость автомо­биля. Общая площадь грунтозацепов рисунка повышенной проходимости со­ставляет около 40 - 50% всей площади беговой дорожки протектора.

Карьерный рисунок протектора (рис. 24, г) имеют шины, предназна­ченные для работы в карьерах, на лесо­заготовках и т. п. Этот рисунок анало­гичен рисунку повышенной проходимо­сти, но имеет более широкие выступы и более узкие канавки. Выступы выпол­няются массивными, широкими в осно­вании и суживающимися кверху. Общая площадь выступов карьерного рисунка составляет примерно 65 — 80% всей пло­щади беговой дорожки протектора. Карьерный рисунок протектора обеспе­чивает высокое сопротивление шины механическим повреждениям и изнаши­ванию.

 

Рис. 25.Зимние шины:

а – рисунок протектора; б – шины противоскольжения

 

Зимний рисунок протектора (рис. 25, а) предназначен для шин, эксплуа­тируемых на заснеженных и обледе­нелых дорогах. Он состоит обычно из отдельных резиновых блоков угловатой формы, расчлененных надрезами, и до­статочно широких и глубоких канавок. Площадь выступов зимнего рисунка со­ставляет примерно 60 — 70% площади беговой дорожки протектора. Протек­тор с зимним рисунком обладает хоро­шей самоочищаемостью и интенсивным отводом влаги и грязи из зоны контак­та. При движении по сухим дорогам с твердым покрытием, особенно в лет­нее время, шины с зимним рисунком протектора ускоренно изнашиваются, имеют значительное сопротивление ка­чению и большую шумность. Эти шины допускают движение с максимальными скоростями на 15 — 35% ниже, чем обычные шины.

Зимний рисунок протектора обеспечи­вает возможность установки шипов противоскольжения для повышения безопасности движения на обледенелых и укатанных заснеженных дорогах. С этой целью в протекторе шины де­лают гнезда для шипов. Ошипованные шины повышают сцепление колес на скользких и обледенелых дорогах, на 40 — 50% сокращают тормозной путь, значительно повышают безопасность криволинейного движения и сопроти­вление заносу. Ошипованные шины дол­жны устанавливаться на всех колесах автомобиля. Частичная установка их на автомобиле приводит к нарушению безопасности движения. Давление в шинах с шипами на 0,02 МПа больше, чем в обычных шинах. На (рис. 25, б) показаны шипы проти­воскольжения, применяемые на совре­менных пневматических шинах. Шип со­стоит из корпуса 2 и сердечника 1. Сердечник делают из твердого сплава, обладающего высокой износостой­костью и вязкостью. Корпус выпол­няют обычно из сплава стали и свинца. Его оцинковывают, хромируют для за­щиты от коррозии. Иногда корпус шипа изготовляют пластмассовым. Диаметр шипа зависит от его назначения. Для шин легковых автомобилей применяют шипы диаметром 8 - 9 мм, грузовых - диаметр шипов возрастает с увеличе­нием грузоподъемности и достигает 15 мм. Длина шипов зависит от толщины протектора шин и составляет 10 - 30 мм. Число шипов, устанавливаемых в шине, зависит от массы автомобиля, мощности двигателя и условий эксплуа­тации. В месте контакта колеса с доро­гой должно быть 8 - 12 шипов. Наибо­лее эффективно, если длина выступаю­щей части шипов составляет 1 - 1,5 мм для легковых шин и 3 - 5 мм для гру­зовых.

Основные типы автомобильных шин. Автомобильные пневматические шины разделяют по назначению, форме про­филя, габаритам, конструкции и прин­ципу герметизации.

По назначению шины делят на две группы: для легковых и для грузовых автомобилей. Первые применяют на легковых автомобилях, грузовых авто­мобилях малой грузоподъемности, мик­роавтобусах и прицепах к ним. Шины для легковых автомобилей могут эксплуатироваться во всех клима­тических зонах страны при температуре окружающей среды от минус 45 до плюс

55 °С. Шины для грузовых авто­мобилей применяются также на, прицепах, полуприцепах и автобусах. Они предназначены для эксплуатации на дорогах различных ка­тегорий при температуре окружающей среды до минус

45 °С.

По форме профиля шины бывают обычного профиля, широкопрофильные, низкопрофильные, сверхнизкопро­фильные, арочные и пневмокатки. По габаритам шины делятся на крупнога­баритные, среднегабаритные и малога­баритные. По конструкции шины бы­вают диагональные, радиальные, со съемным протектором и с регули­руемым давлением. По принципу герме­тизации шины делятся на камерные и бескамерные.

Шины обычного профиля (тороидальные) выполняются камерными и бескамерными. Их профиль близок к окружности. Отношение высоты Н профиля шины к его ширине В более 0,9. Тороидальные шины являются наиболее распространенными.

Их устанавливают на лег­ковых и грузовых автомобилях, автобу­сах, автоприцепах, т. е. на автомобилях, эксплуатируемых преимущественно на благоустроенных дорогах. Средний экс­плуатационный пробег тороидальных шин составляет 40 — 80 тыс. км.

 

Рис. 26. Широкопрофильные шины:

а – с двумя беговыми дорожками; б - с одной дорожкой

 

Широкопрофильные шины (рис. 26) имеют профиль овальной формы, H/B— 0,6 ÷ 0,9, имеют камерное и бескамерное исполнение. Они могут рабо­тать с постоянным или переменным да­влением воздуха и выполняются с одной или двумя выпуклыми беговы­ми дорожками. Нормальное внутреннее давление воздуха для широкопро­фильных шин примерно в 1,5 раза ниже, чем для обычных шин. Широкопро­фильные шины с регулируемым давле­нием и одной беговой дорожкой приме­няются на автомобилях для повышения проходимости, а с постоянным давле­нием и двумя беговыми дорожками — на автомобилях обычной проходимо­сти. Последние предназначены для за­мены обычных шин сдвоенных задних колес. При этом достигается экономия расхода материалов (на 10 - 20%), а также уменьшение массы колес (на 10 - 15%). По сравнению с обычными шинами широкопрофильные имеют по­вышенную грузоподъемность и пони­женное сопротивление качению. Они улучшают управляемость, устойчивость и повышают проходимость автомобиля, а также уменьшают расход топлива. Недостатком широкопрофильных шин является необходимость использования на одном автомобиле двух типов шин (обычных и широкопрофильных) и со­ответственно двух запасных колес (для переднего и заднего мостов) в тех слу­чаях, когда они устанавливаются на сдвоенные задние колеса вместо обы­чных шин.

Низкопрофильные шины имеют H/B = 0,7 ÷ 0,88, а у сверхнизкопро­фильных шин отношение высоты про­филя шины к ее ширине не более 0,7. Оба типа шин имеют пониженную вы­соту профиля, что повышает устойчи­вость и управляемость автомобиля. Низкопрофильные и сверхнизкопро­фильные шины предназначены главным образом для легковых автомобилей и автобусов.

 

Рис. 27. Специальные шины:

а – с регулируемым давлением; б – арочные; в – пневмокаток

 

Арочные шины (рис. 27, б) имеют профиль в виде арки переменной кри­визны с низкими мощными бортами, Н/В = 0,35 ÷ 0,5. Каркас шин прочный, тонкослойный, изготовлен из полиамид­ного корда, обладает малым сопротив­лением изгибу. Арочные шины выпол­няются бескамерными. Внутреннее дав­ление воздуха составляет 0,05 - 0,15 МПа. Ширина профиля у арочных шин в 2,5 —3,5 раза больше, чем у обычных шин, а радиальная деформация выше в 2 раза. Рисунок протектора — повы­шенной проходимости с мощными рас­члененными грунтозацепами эвольвентной формы почти на всю ширину профиля шины. Высота грунтозацепов составляет 35 — 40 мм, а шаг между ни­ми 100 — 250 мм. Общая площадь грун­тозацепов равна примерно 17 — 35% всей площади опоры шины. В средней части рисунка протектора по окружно­сти шины обычно находится спе­циальный пояс, состоящий из одного или двух рядов расчлененных грунтоза­цепов. Пояс предназначен для замедле­ния изнашивания протектора шины при движении по дорогам с твердым покры­тием. Широкий профиль с высокими грунтозацепами, эластичность шины и низкое давление воздуха обеспечи­вают большую площадь контакта шины с опорной поверхностью, малые удельные давления, небольшое сопроти­вление качению и возможность реализа­ции большой силы тяги на мягких грун­тах. При качении по мягкому грунту арочные шины интенсивно уплотняют грунт

в направлении к центру контакта шин с опорной поверхностью. Вслед­ствие этого значительно повышается проходимость автомобиля в условиях бездорожья: по размокшим грунтам, заснеженным дорогам и т. п. Арочные шины используют как сезонное сред­ство повышения проходимости автомо­билей. Их устанавливают вместо обы­чных шин сдвоенных задних колес на специальном ободе.

Арочные шины по сравнению с обы­чными имеют более высокую стои­мость, повышенный износ протектора на дорогах с твердым покрытием, а так­же более сложный монтаж и демонтаж. Средний пробег арочных шин при экс­плуатации в смешанных дорожных ус­ловиях составляет 40 - 45 тыс. км, а на дорогах с твердым покрытием 20 - 30 тыс. км.

Пневмокатки (рис. 27, в) предста­вляют собой высокоэластичные оболоч­ки бочкообразной формы. Они имеют П-образный профиль, ширина которого составляет 1,0 - 2,0 наружного диаметра пневмокатка, Н/В — 0,25 ÷ 0,4. Протек­тор снабжен невысокими, редко распо­ложенными грунтозацепами, которые наряду со своим основным назначением повышают также прочность пневмокат­ка и обеспечивают сохранность (устой­чивость) его формы. Эластичность пнев­мокатков в 3 — 4 раза выше, чем у обычных, и в 1,5 — 2 раза выше, чем у арочных шин. Пневмокатки изгото­вляют бескамерными. Внутреннее да­вление воздуха в них равно 0,01 - 0,05 МПа. Высокая эластичность и малое внутреннее давление воздуха обеспечи­вают пневмокаткам очень низкие удельные давления на грунт, хорошую приспособляемость к дорожным усло­виям и высокую сопротивляемость к проколам и повреждениям. В случае прокола воздух из пневмокатка выходит очень медленно из-за незначительного внутреннего давления. Однако пневмо­катки из-за низкого давления воздуха в них при достаточно больших разме­рах имеют относительно малую грузо­подъемность. Значительная ширина и малая грузоподъемность пневмокат­ков ограничивают их применение на ав­томобилях. Кроме того, на ровных до­рогах с твердым покрытием пневмокат­ки имеют относительно низкий срок службы.

Пневмокатки предназначены для ав­томобилей, работающих в особо тя­желых условиях. Их монтируют на обо­дьях специальной конструкции. Автомо­били с пневмокатками могут двигаться по снежной целине, сыпучим пескам, за­болоченной местности и т. п.

Крупногабаритные шины имеют ши­рину профиля В = 350 мм и более неза­висимую от посадочного диаметра. Эти шины имеют тонкослойный каркас и эластичный протектор с сравнительно неглубоким рисунком. Они выпускают­ся бескамерными. Наружный диаметр крупногабаритных шин достигает 2 - 3 м и более. Давление воздуха в шинах очень низкое (0,02 — 0,035 МПа) и регулируется водителем. Крупногаба­ритные шины имеют большую площадь опоры на грунт и предназначены для работы в особо тяжелых условиях: по пескам, болотам, снежной целине, не­ровной местности.

Шины Р и PC отличаются от обыч­ных шин расположением нитей корда в каркасе, формой профиля, слойностью, особенностями подушечного слоя, бортовой части, протектора и ка­чеством применяемых материалов. Шины Р и PC представляют собой раз­новидность одной и той же конструк­ции.

Шины (рис. 28, б) имеют радиаль­ное расположение нитей корда 2. Число слоев корда в 2 раза меньше, чем у шин с диагональным расположением нитей корда (рис. 28, а). Подушечный слой (см. рис. 28, б) изготовлен из метал­лического или вискозного корда. Высо­та профиля шин несколько сокращена, Н/В = 0,7 ÷ 0,85. Шины Р бывают ка­мерные и бескамерные.

Шины Р по сравнению с шинами с диагональным расположением нитей корда характеризуются большей грузо­подъемностью (на 15 - 20%), большей радиальной эластичностью (на 30 - 35%), меньшим сопротивлением ка­чению (на 10%), меньше нагреваются (на 20 - 30 °С). Срок службы шин Р в 1,5 - 2 раза выше, и пробег их соста­вляет 75 - 80 тыс. км. Однако шины Р имеют высокую стоимость и повы­шенную боковую эластичность, что соз­дает повышенный шум при качении по неровной дороге.

Рис.28. Пневматические шины:

а – с диагональным кордом; б – шины;

в – шины РС: 1 – подушечный слой;

2 – каркас; 3 – съемные протекторные

кольца

Шины PC (рис.28, в) имеют радиаль­ное расположение нитей корда, по устройству они аналогичны шинам Р. Шины PC отличаются от шин Р тем, что протектор у них съемный, он изго­товлен вместе с подушечным слоем в виде трех отдельных колец 3, устана­вливаемых в специальные гнезда карка­са. Кольца выполнены из протекторной резины и усилены по окружности стальными тросами. Посадочный диа­метр колец несколько меньше диаметра гнезд каркаса. Монтаж и демонтаж про­тектора просты. Эти операции выпол­няются вручную, они не требуют при­менения специальных приспособлений. Кольца устанавливают в гнездах карка­са, когда шина не накачена. При запол­нении шины воздухом ее наружный диа­метр увеличивается и обеспечивается плотная посадка колец на каркас.

Пробег шин PC составляет 100 - 150 тыс. км при двух - трехразовой замене протекторных колец. Однако шины PC по сравнению с шинами Р имеют не­сколько большую массу, кроме того, при понижении давления воздуха в шинах во время движения по плохой дороге возможно соскакивание съемных колец протектора, что ограничивает их применение в настоящее время.

Морозостойкие шины предназначены для работы при температурах ниже минус 45 °С. Их изготовляют из морозостойких мате­риалов, сохраняющих достаточную прочность и эластичность при низких температурах и обеспечивающих нор­мальный срок службы шин в указанных условиях.

Шины для тропического климата де­лают из материалов, хорошо выдержи­вающих высокие температуры и влаж­ность, а также сохраняющих прочность и эластичность при высоких скоростях движения.

Шины с регулируемым давлением (рис. 27, а) могут быть камерными и бескамерными. По сравнению с обы­чными шинами они имеют увеличенную ширину профиля (на 25 - 40%), меньшее число слоев корда каркаса (в 1,5 - 2 раза) и мягкие резиновые прослойки ме­жду слоями корда, увеличенную пло­щадь опоры на грунт (в 2 - 4 раза при снижении давления), меньшее удельное давление на грунт, хорошее сцепление с ним и большую эластичность. Протек­тор также отличается повышенной эла­стичностью и имеет специальный рису­нок с крупными широкорасставленными грунтозацепами, допускающий большие деформации. Высота грунтозацепов со­ставляет 15 - 30 мм, а их общая пло­щадь равна примерно 35 - 45% всей площади опоры. Вентиль этих шин не имеет золотника. Такие шины могут ра­ботать с переменным давлением возду­ха 0,05 - 0,35 МПа, величина которого выбирается водителем в Рисунок 30 соответствии с дорожными условиями. Давление в этих шинах регулируют с помощью специального оборудования, устано­вленного на автомобиле, которое позво­ляет не только поддерживать в шинах требуемое давление в зависимости от условий эксплуатации, но и непрерывно подавать воздух в шины при их проко­лах и мелких повреждениях.

Шины с регулируемым давлением предназначены для работы на дорогах всех категорий во всех климатических зонах страны при температурах от ми­нус 60 до плюс 55 °С. При прохождении тяжелых участков пути (заболоченная местность, снежная целина, сыпучие пе­ски) давление воздуха в шинах снижают до минимума, а на дороге с твердым покрытием доводят до максимального значения. Шины с регулируемым давле­нием применяют на автомобилях высо­кой проходимости. В связи с тем, что они работают в более тяжелых усло­виях и при пониженных давлениях воз­духа, срок службы их в 2 — 2,5 раза меньше, чем у обычных шин. Пробег этих шин не превышает 20 — 25 тыс. км. Кроме того, эти шины имеют понижен­ную грузоподъемность по сравнению с обычными шинами того же размера.

Размеры и маркировка шин. Размеры и маркировка шин поставлены на их бо­ковой поверхности. Основными разме­рами шины (рис. 29) являются ширина В и высота Н профиля, посадочный d и наружный D диаметры.

Размер шин обозначают двумя числа­ми - в виде сочетания размеров В - d. Для ранее выпускаемых отечественных шин была принята дюймовая (междуна­родная) система обозначения, т. е. раз­меры В и d давались в дюймах (напри­мер, 6,70 - 15). Для некоторых грузовых шин использовалась смешанная система обозначения: размер В давался в мил­лиметрах, а размер d - в дюймах (на­пример, 260 - 20). В настоящее время для отечественных машин принята ме­трическая система обозначения, причем в скобках указывается размер в дюй­мах, например 170 — 380 (6,70—15). Раз­меры шин специальных типов обозна­чаются также в миллиметрах и изобра­жаются в виде следующих сочетаний: D х B-d для широкопрофильных шин (например, 1200 х 500-508), D х В для арочных шин (например, 1140 x 700) и D х В х d для пневмокатков (напри­мер, 1000 х 1000 х 250).

Рис. 29. Основные размеры

Пневматической шины

Кроме размеров в маркировке шины указываются: завод-изготовитель, дата выпуска (месяц, год), модель шины, ее порядковый номер, номер ГОСТ или ТУ на шины, индекс скорости, индекс гру­зоподъемности для легковых шин, нор­ма слойности для грузовых шин и т.д.

Индекс скорости — принятое условное обозначение максимально допускаемой скорости для шины. Он пишется латин­скими буквами. Так, индекс L соответ­ствует 120 км/ч, Р - 150 км/ч.

Индекс грузоподъемности - условное обозначение максимально допускаемой нагрузки на шину. Он изображается ци­фрами. Так, например, индекс 75 со­ответствует 3870 Н, 85 - 5750 Н, 103-8750 Н и т. д.

При необходимости на шинах нано­сятся дополнительные обозначения: надписи «Radial» — для радиальных шин, «Tubeless» - для бескамерных, «Север» — для морозостойких; знак М + S - для шин с зимним рисунком протектора; буква Ш — у шин, предназ­наченных для ошиповки и ряд других обозначений.

Ободья, ступица и соединительный элемент колеса. В зависимости от конструкции обода и соединительного эле­мента колеса могут быть: с нераз­борным глубоким и разборным ободом, дисковые и бездисковые.

Ободья служат для установки пневма­тической шины. Они имеют спе­циальный профиль. Для балансировки колес на ободья устанавливают спе­циальные грузы.

Глубокий обод делается неразборным с коническими полками и используется для колес легковых автомобилей и гру­зовых автомобилей малой грузоподъем­ности. В средней части такого обода выполнена выемка, которая облегчает монтаж и демонтаж шины. Выемка мо­жет быть симметричной или несимме­тричной. По обе стороны от выемки расположены конические полки, ко­торые заканчиваются бортами. Угол на­клона полок обода составляет (5 + 1)°, вследствие чего улучшается посадка шины на ободе.

Глубокие ободья отличаются боль­шой жесткостью, малой массой и про­стотой изготовления. Однако на таких ободьях можно монтировать только шины сравнительно небольших разме­ров с высокой эластичностью бортовой части.

Рис.30. Колесо грузового автомобиля

Разборные ободья применяют для ко­лес большинства грузовых автомоби­лей. Устройство их весьма разнообраз­но. На (рис. 30) показан разборный обод с конической посадочной полкой, наибо­лее часто используемый для камерных шин грузовых автомобилей. Обод 3 имеет неразрезное съемное бортовое кольцо 1 с конической полкой и пру­жинное разрезное кольцо 2. Съемное бортовое кольцо удерживается на ободе с помощью пружинного кольца. Раз­борные ободья облегчают монтаж и де­монтаж шин грузовых автомобилей, ко­торые имеют большие массу, размеры и жесткую бортовую часть.

Для шин с регулируемым давлением воздуха, широкопрофильных, арочных, а также некоторых шин грузовых авто­мобилей большой грузоподъемности применяют разборные ободья с рас­порными кольцами. Они состоят из двух частей, соединяемых между собой болтами. Разборные ободья обеспечи­вают надежное крепление шины незави­симо от внутреннего давления воздуха в ней.

Ступица обеспечивает установку ко­леса на мосту и дает возможность коле­су вращаться. Ступицы отливают обыч­но из стали или ковкого чугуна. Их монтируют на мосту с помощью кони­ческих роликовых подшипников. Кроме колес к ступицам также крепят тор­мозные барабаны и фланцы полуосей (ведущие мосты грузовых автомоби­лей).

Соединительный элемент колеса чаще всего выполняется в виде диска. Такие колеса называются дисковыми.

Дисковые колеса применяют как на легковых, так и на грузовых автомоби­лях. Диск 4, штампованный из листовой стали, делается выгнутым для увеличе­ния жесткости. Диски колес легковых автомобилей делают сплошными, а грузовых — с вырезами (отверстиями). Вырезы в диске уменьшают массу коле­са, облегчают монтажно-демонтажные работы, обеспечивают свободный

доступ к вентилю камеры, а также улуч­шают охлаждение тормозов и шин. Ди­ски присоединяют к ободьям колес заклепками или сваркой. Для крепления колеса к ступице в диске имеются от­верстия с полусферическими или кони­ческими фасками. Крепление произво­дят шпильками с полусферическими гайками.

Рис. 31. Бездисковое колесо:

а – общий вид колеса без шины; б – крепление колеса

 

Бездисковые колеса имеют соедини­тельную часть, изготовленную совмест­но со ступицей. Их выполняются разъ­емными в продольной и поперечной плоскостях. На рис. 31 изображено бездисковое колесо с разъемом в попе­речной плоскости. Оно состоит из трех секторов 1, которые соединены в единое кольцо с помощью специальных выре­зов (скосов), выполненных на торцах секторов. При монтаже секторы колеса устанавливают в определенной последо­вательности в лежащую шину, а затем вместе с шиной прикрепляют к ступице 2специальными прижимами 3, шпиль­ками 4 и гайками 5.

Бездисковыеа колес проще по конструкции, имеют меньшую массу (на 10—15%), более низкую стоимость, большую долговечность, удобнее при монтаже и демонтаже, а также обеспечивают лучшее охлаждение тормозов и шин. Кроме того, они создают возможность установки на ступице ободьев разной ширины, что позволяет использовать различные шины на одном и том же ав­томобиле. Бездисковые колеса полу­чают широкое применение и в первую очередь на грузовых автомобилях и автобусах.