Автомобильная шина - один из важнейших элементов, представляющий собой упругую оболочку, расположенную на ободе колеса. Шина предназначена для поглощения незначительных колебаний, вызванных несовершенством дорожного покрытия, компенсации погрешности траекторий колёс, реализации и восприятия сил, возникающих в пятне контакта и обеспечения высокого коэффициента сцепления.

Конструктивный состав шины

Основными материалами для производства шин являются резина, которая изготавливается из натуральных и синтетических каучуков и корд. Корд - относительно жесткий материал, из которого изготавливается каркас шины. Кордова ткань может быть изготовлена ​​из металлических нитей (металлокорд), полимерных и текстильных нитей.

Все шины делятся на камерные и бескамерные. Отличие первых от последних заключается в наличии в составе шины отдельного элемента - камеры, которая удерживает накачанный в шину газ (воздух). В бескамерной шины функцию камеры выполняет гермошар - тонкий слой герметичной для газа резины на внутренней поверхности шины. На сегодняшний день бескамерные шины самые распространенные благодаря своей надежности, меньшей массе и удобству эксплуатации. На данном рисунке приведена именно бескамерная шина.

Основные элементы шины: каркас, слои брекера, протектор, борт и боковая часть.

Каркас шины можно сравнить со скелетом - это основа, с которой связываются все остальные элементы и которая удерживает все эксплуатационные нагрузки. Каркас формируется из корда, который может быть текстильным, полимерным или металлическим. Текстильный и полимерный корд применяются в легковых и легкогрузовых шинах. Металлокорд - в грузовых. В зависимости от ориентации нитей корда в каркасе шины различают на радиальные и диагональные.

В радиальных шинах нити корда расположены вдоль радиуса колеса (как на схеме). В диагональных шинах нити корда расположены под углом к ​​радиусу колеса и нити соседних слоев перекрещиваются. Радиальные шины конструктивно тверже, вследствие чего имеют больший ресурс, имеют стабильность формы пятна контакта, создают меньшее сопротивление качению, обеспечивают меньший расход топлива. Из-за возможности варьировать количество слоев каркаса (в отличие от обязательно парного количества в диагональных) и возможности снижения количества слоев, снижается общий вес шины, толщина каркаса. Это снижает разогрев шины при качении - увеличивается срок службы. Брекер и протектор так же легче высвобождают тепло - возможно увеличение толщины протектора и глубины его рисунка для улучшения проходимости по бездорожью. В связи с этим на данный момент радиальные шины для легковых автомобилей практически полностью вытеснили диагональные.

Брекер находится между каркасом и протектором. Он предназначен для защиты каркаса от ударов, придания шине твердости в области пятна контакта шины с дорогой и для защиты шины (и камеры в камерных шин) от сквозных механических повреждений. Изготавливается из толстого слоя резины (в легких шинах) или скрещенных слоев полимерного корда и (или) металлокорда.

Протектор необходим для обеспечения приемлемого коэффициента сцепления шины с дорогой, а также для предотвращения повреждений каркаса. Протектор имеет определенный рисунок, который отличается в зависимости от назначения шины. Шины высокой проходимости имеют более глубокий рисунок протектора и грунтозацепы на его боковых сторонах. Рисунок и конструкция протектора дорожной шины определяются требованиями к отводу воды и грязи из канавок протектора и стремлением снизить шум при качении. Но, все же, главная задача протектора шины - обеспечить надежный контакт колеса с дорогой при неблагоприятных условиях, таких как дождь, грязь, снег и т.п., путем их удаления из пятна контакта по точно спроектированными канавками и желобки рисунке. Но эффективно удалять воду из пятна контакта протектора под силу только до определенной скорости, выше которой жидкость физически не сможет полностью удаляться из пятна контакта, и автомобиль теряет сцепление с дорожным покрытием, а следовательно и управляемость. Этот эффект называется аквапланирования. Существует широко распространенное заблуждение, что на сухих дорогах протектор снижает коэффициент сцепления из-за меньшей площади пятна контакта по сравнению с шиной без протектора (шины slick). Это неверно, так как отсутствие адгезии сила трения не зависит от площади поверхности, соприкасающиеся. На гоночных автомобилях в сухую погоду используются шины с гладким протектором или вообще без него для того, чтобы снизить давление на колесо, уменьшив его износ, тем самым позволив применять при изготовлении шин более пористые мягкие материалы, имеющие большее сцепление с дорогой. Во многих странах существуют законы, регулирующие минимальную высоту протектора на дорожных транспортных средствах, и многие дорожные шины имеют встроенные индикаторы износа.

Борт позволяет покрышке герметично садиться на обод колеса. Для этого он должен внутри сформированные из проволоки крепкие металлические кольца, которые обеспечивают его плотное сцепление с ободом колеса. Герметчнисть бескамерной шины обеспечивается слоем вязкой воздухонепроницаемой резины, называется гермошар.

Боковая часть предохраняет шину от боковых повреждений и работает ее амортизатором, подобно пружине. При этом чем больше высота боковой части шины относительно ее ширины, то есть, чем вищща пружина (например, в высокопрофильных шин) - тем больше амортизация. С другой стороны, при уменьшении площади амортизации, то есть - при уменьшении высоты пружины (например, в низкопрофильных шин) снижается также боковой изгиб шины и существенно улучшается четкость управляемости автомобиля. Взаимодействие протектора с дорогой сохраняется даже на крутых поворотах, и автомобиль не сносит. Лучше такая низкопрофильная шина ведет себя на качественном асфальте. С другой стороны низкопрофильная шина более чутко реагирует на неравенство дорожной поверхности и на дорожную колею, чем высокопрофильная шина. Низкопрофильная шина также чутко реагирует на ошибки геометрии кузова автомобиля.

Шипы. С целью повышения безопасности движения автомобиля в условиях гололеда и обледенелого снега в протекторе шины применяют металлические шипы противоскольжения. Езда на шипованных шинах имеет заметные особенности. На ходу автомобиль делается заметно громче, ухудшается его топливная экономичность. В снежно-грязевой каше или в глубоком рыхлом снегу эффективность шипов невелика, а на твердом сухом или влажном асфальте шипованные шины даже проигрывают «обычным»: из-за снижения площади пятна контакта шины с дорогой, тормозной путь автомобиля увеличивается на 5-10%. Хотя 70-процентное сокращение тормозного пути на льду - их несомненное преимущество.