Покрышка является главным элементом колеса, представляет собой многослойную упругую оболочку в виде облитого резиной каркаса, и, будучи установленной на обод диска обеспечивает тс полный контакт с дорожным покрытием. Её основное предназначение заключается в компенсировании погрешностей линии движения движения, поглощении вызываемых выпуклостью дороги колебаний. Какие эксплуатационные характеристики авто шин разрешают решить эту задачку, и как ведут взаимодействие вместе, мы и поведаем дальше.
Шина — основной элемент колеса
Содержание
Незначительно о конструктиве шины
Существует два типа конструкции шин: диагональные и круговые, от которых зависит их состав. В диагональных шинах кордовые нити размещаются под углом 65 градусов, при круговой ориентации они идут от борта к борту без наклона, охватывая колесо по радиусу — отсюда и заглавие. 2-ой вариант, по воззрению профессионалов, наиболее перспективен для развития, потому диагональными сейчас делают лишь шины для спецтехники и огромных грузовиков.
Все легковые шины имеют круговую систему, и состоят из таковых частей:
- Силового каркаса, включающего в себя 2-3 текстильных либо один железный кордовый слой.
- Протектора, предохраняющего основа от повреждения.
- Боковины, как продолжения протектора от плеча шины (самая гибкая часть).
- Брекера — упрочняющей прослойки меж каркасом и протектором.
- Экрана — защитного слоя, предохраняющего от повреждений брекер.
- Бортов, как более жёсткой части покрышки.
- Герметизирующего слоя (у бескамерных шин).
Структура круговой шины
Достоинства круговых покрышек
Основное достоинство радиально нацеленного корда состоит в том, что его нити не разрешают резине растягиваться поперечно (от продольного растяжения её держит брекер). При движении кара в корде появляются напряжения, но при круговом положении нитей оно практически в два раза меньше, чем при диагональном. Это даёт возможность уменьшить количество слоёв корда, и, соответственно, вес покрышки — а от него зависят почти все остальные эксплуатационные свойства.
Не считая того, у круговой шины есть и такие достоинства:
- За счёт наименьшей толщины каркаса выше упругость и меньше внутреннее трение, потому шина при движении греется медлительнее и подольше служит.
- Пятно контакта с дорогой у круговых шин имеет наиболее размеренную форму, что уменьшает сопротивление качению и содействует экономии горючего.
- Покрышки с круговым кордом могут иметь хоть какое соотношение высоты профиля к ширине (к примеру, всего 35%). Такую шину именуют низкопрофильной, и издавна подтверждено, что она дозволяет достигнуть лучших характеристик стойкости (конкретно потому и создана для высокоскоростных каров).
Спортивный кар на низкопрофильной шине
От что зависят сопротивление качению и расход горючего
Благодаря упругим свойствам резины и наличию в шине сжатого воздуха, она способна в процессе деформации всасывать много энергии. Большая её часть обратима, но определённое количество пропадает из-за механического трения как на молекулярном уровне, так и меж слоями покрышки, и в итоге её взаимодействия с дорогой. Вот эти утраты и именуют сопротивлением качению шины.
- Не считая качения, крутящееся колесо испытывает сопротивление из-за трения в подшипниках, и сопротивление воздуха, возникающее при движении кара. Чем ниже скорость машинки, тем ниже и эти сопротивления, но при убыстрении они растут в квадратной степени.
- Суммарный эффект всех этих сопротивлений именуется силой сопротивления движению, и чтоб поддержать возможность обычного движения, маневрирования и торможения, эту самую силу необходимо к кару приложить. В критериях размеренной скорости, сила сопротивления движению схожа толкающей силе, воздействующей на центр колеса (она же сила вращающего момента, которую выдаёт мотор).
Какие силы действуют на кар при движении
- Чем выше сопротивление движению, тем выше и расход горючего, но здесь огромную роль играет скорость движения машинки. Покрышка поглощает огромную часть используемой при вращении энергии, а толика утрат энергии (их именуют гистерезисными потерями) полностью зависит от совокупы параметров шинных материалов.
- Наибольшее значение имеет коэффициент деформации упругих частей, и их способность к восстановлению формы опосля снятия перегрузки. Из-за внутреннего трения разгрузка происходит медлительнее, чем деформирование — другими словами ворачивается энергии меньше, чем затрачивается.
- Чем выше разница меж затраченной и вернувшейся энергией, тем коэффициент сопротивления качению выше. Порядка 60-80% поглощаемой шиной энергии расходуется на сопротивление качению колёс, остальное она расходует на износ шины при тяге и торможении, на шумообразование.
Направьте внимание: Степень упругости резины обуславливает её гистерезисные характеристики, а они, в свою очередь, влияют на такие свойства, как крепкость шины, её износ и свойство сцепления с дорогой. Но улучшение одной свойства часто приводит к понижению иной — а означает, безупречных по всем чертам покрышек просто не бывает.
Достоинства двухслойного протектора покрышки
Резина с низкими гистерезисными качествами на маленьких скоростях даёт 40-процентное уменьшение сопротивления качению, если ассоциировать с обыкновенными покрышками. Но её внедрение влечёт за собой удорожание шин, потому почти все производители стремятся понизить утраты на качение за счёт сотворения наиболее действенных кордов.
Совокупа конструкции протектора с рецептурой резины является основным компромиссом меж экономичностью, долговечностью и требованиями сохранности. Потому что сама по для себя гистерезисная резина не может всё это обеспечить, современные производители употребляют её лишь для внутреннего слоя протектора, сверху закрывая его обыкновенной, устойчивой к износу резиной.
Применение двухслойного протектора даёт возможность уменьшить утраты энергии в среднем на 5%, хотя эффект почти во всем зависит от эксплуатационных критерий:
- состояния дороги и типа покрытия;
- технического состояния машинки;
- давления воздуха в покрышках и воспринимаемой ими перегрузки;
- скорости движения и его длительности.
Воздействие критерий эксплуатации покрышки на сопротивление качению
Направьте внимание: Высокоскоростная езда на недостаточно накачанных шинах провоцирует теплообразование. А оно — один из причин, увеличивающих утраты на качение, и как следствие, расход горючего.
Плохо накачаешь шины — лишь успевай заправлять бак
При продолжительном безостановочном движении (не наименее 1,5 часов) по дороге с неплохим покрытием шина тоже греется, но при всем этом увеличивается внутреннее давление, уменьшающее деформации.
Резина приобретает сбалансированное состояние, при котором межмолекулярное трение миниатюризируется, и гистерезисные утраты энергии сокращаются, автоматом снижая коэффициент сопротивления качению. Если сопоставить коэффициенты нагретой и прохладной шины, в нагретой он будет приблизительно на 20% ниже.
Повышение температуры окружающей среды тоже содействует равномерному нагреву шины, и соответственно, понижает коэффициент сопротивления качению (на 1 градус — 1%). В зимнюю пору же, когда температура воздуха низкая и шина меньше греется, этот коэффициент возрастает в 2-3 раза.
Увеличивается он и на влажной дороге по сопоставлению с сухой, потому что вода, играя роль охлаждающей среды, понижает трение в пятне контакта, а шинам приходится растрачивать энергию ещё и на выдавливание воды.
На грунтовой дороге часть энергии приходится растрачивать на деформирование грунта. Чем он пластичнее, тем покрышкам сложнее сделать колею, и они теряют больше энергии, чем на асфальте.
На твёрдом покрытии имеет значение степень шероховатости поверхности: она влияет на количество энергии, затрачиваемой не только лишь на трение и износ протектора, да и на амплитуду и частоту вызванных качением колебаний, образующих шум. Чем выше вращающий момент, тем выше и коэффициент сопротивления качению.
Что такое критичная скорость
Нагрев шины содействует уменьшению утрат энергии, но лишь до определённого предела — приблизительно до +93 градусов. Резкое возрастание температуры происходит на высочайшей скорости, когда частота колебаний шины совпадёт с частотой её деформаций. Когда температура добивается критичного значения (у современных шин это порядка +120 градусов), начинается разрушение резины. Конкретно потому опосля высокоскоростных гонок болидов никакая шина не выживает.
Шина опосля высокоскоростной гонки
Шина обязана быть адаптирована для работы на высокоскоростных карах, и тут большое значение имеет её вес. С его уменьшением — в особенности в протекторе, как самой разогреваемой части — увеличивается критичная скорость, при которой начинаются необратимые последствия. Весьма принципиально так же понизить степень деформации шины путём очень допустимого роста давления воздуха (но не следует перекачивать!).
Ресурс пробега зависит от величины давления в шинах
Когда машинка набирает критичную скорость, до полного разрушения шины остаётся всего только пару минут, потому очень допустимая скорость для шин устанавливается на 15-20% ниже критичной. Индекс группы скорости, обозначенный производителем на каждой покрышке, описывает наивысшую скорость, с превышением которой может начаться разрушение. Другими словами, данный показатель, обозначаемый латинскими знаками А…W, обеспечивает припас прочности шины и её надёжности.
Обозначение индексов перегрузки и скорости на покрышке
Как ведут взаимодействие скорость и грузоподъёмность
Очень допустимые значения скорости инсталлируются для определённых величин деформации. Другими словами, имеет значение величина перегрузки на колесо, потому в нанесённой на покрышку маркировке рядом с индексом скорости постоянно находится и индекс перегрузки. К примеру, 95H обозначает, что согласно принятым нормам (они представлены в таблице), шина рассчитана на наивысшую нагрузку 690 кг на колесо, и не обязана превосходить скорость в 210 км/ч.
Индексы скорости и перегрузки
Примечание: Если колёса нагрузили больше допустимого, индекс скорости необходимо понизить на величину превышения. В основном это касается грузовых каров, перевозящих неразделимые тяжёлые грузы — ведь навряд ли обладателю легковой машинки придёт в голову загрузить нечто очень тяжёлое, да при всем этом развивать высочайшие скорости.
Грузоподъёмностью шины именуют величину очень допустимой вертикальной перегрузки, статично воздействующей на колесо. Соблюдение обозначенных производителем величин обеспечит способность покрышек выдерживать вес нагруженного тс в течение всего срока службы.
На грузоподъёмность шин влияют их габариты, система (тип корда и его слойность), эксплуатационные условия. На их базе устанавливают давление в баллонах, среднее значение которого обеспечит минимум утрат энергии на качение и нагрев. Всё тут взаимосвязано: возрастающая перегрузка наращивает прогиб покрышки, в связи с чем растёт температура и утраты на качение. Если поставить шину, не подобающую весу кара, срок эксплуатации шины может уменьшиться в два раза.
Чем обосновано сцепление покрышки с дорогой — заключение
Сцеплением шины именуется её способность принимать касательные силы и передавать их дороге, невзирая на действие тяговых и тормозных усилий. Это свойство — решающий фактор дорожной сохранности, поэтому что не считая обозначенных сил появляются и остальные моменты, возникновение которых спровоцировано:
- маневрированием;
- поперечными уклонами дороги;
- боковым ветром;
- обледенением покрытия;
- углом схода и развала колёс.
Что такое сила сцепления
Под суммарным действием боковых усилий направление движения может отклоняться от плоскости качения колеса, образуя, так именуемый, угол бокового увода. До определённого момента шина удерживается и лишь деформируется, но позже в зоне контакта начинает проскальзывать. Предстоящее повышение угла бокового увода приводит к полной потере колесом сцепления с дорогой.
На заметку: Чем огромную площадь пятна контакта с дорожным покрытием имеет покрышка, тем лучше у неё сцепление, потому наилучшими в этом плане являются низкопрофильные шины. У их и пятно контакта больше, и боковые стены жёстче, потому они наиболее устойчивы и лучше управляемы даже на высочайшей скорости.
Выше мы указали наружные причины (воздействующие на колёса снаружи), действующие на сцепление протектора с дорогой, но есть и внутренние, связанные с конструкцией шины. К числу наружных причин можно отнести не только лишь погодные условия и свойство дорожного покрытия, да и тип кара, техническое состояние тормозной системы, подвески, дисков.
Значение имеет и стиль вождения — к примеру, скорость прохождения крутого поворота дороги. На влажной дороге коэффициент сцепления в полтора раза ниже, чем на сухой — а на оледенелой в два, а то и в три. Из-за этого значительно удлиняется тормозной путь кара, что в критичной ситуации чревато столкновением.
Воздействие погодных критерий на длину тормозного пути
На сухой дороге сцепление может ухудшаться из-за пыли, но самую большую осторожность при торможении принципиально соблюдать конкретно в зимнюю пору и во время дождика. Наибольшее значение тут имеет верный выбор конструкции и протектора покрышек, которые должны соответствовать климатическим условиям местности в целом.
Для зимы нужна наиболее мягенькая и гибкая шина, которая хоть и деформируется при качении колеса, но на твёрдой поверхности стремится как можно резвее восстановиться. Чем лучше шина держит форму, тем меньше степень проскальзывания протектора — а соответственно, выше и коэффициент сцепления с дорогой.
