Пневматические камерные автомобильные шины состоят из покрышки, камеры и ободной ленты.
Покрышка — торообразная оболочка, непосредственно воспринимающая усилия, действующие на шину со стороны дороги при эксплуатации. Покрышка является основным несущим элементом шины, состоящим из следующих основных частей: каркаса 5 (рис. 37), брекера 2, протектора 1, боковых стенок (участок Б), боковины 6 и борта (участок А).
Рис. 37. Покрышка пневматической шины:
А — борт; Б — боковая стенка; В — плечевая зона протектора; 1— протектор; 2 — брекер: 3 — рисунок протектора;.
4 — подканавочный слой; 5 — каркас;
6 — боковина; 7 — бортовое кольцо; 8 — борта; 9 — основание борта; 10 —нос борта
Рис. 38. Конструкция каркаса пневматической шины: а—диагональной; б—радиальной
Каркас — силовая часть покрышки, состоящая из одного или нескольких слоев корда, обычно закрепленных на бортовых кольцах. Каркас воспринимает внутреннее давление воздуха, силы статического и динамического воздействия дороги и передает их на обод. Число слоев корда определяет норму слойности шины; с увеличением грузоподъемности шины число слоев увеличивают. Корд для изготовления каркаса получают методом обрезинивания специальных нитей, изготовляемых из хлопка, вискозы, капрона, нейлона, стальной проволоки, стекловолокна и т. п.
В зависимости от принятого способа раскроя корда различают шины диагональной и радиальной конструкции (рис. 38). Для диагональных шин корд нарезают под углом 28—40° к направлению нити. Стыкуя внахлестку несколько косынок, изготовляют кордный слой каркаса. Концы слоев корда закрепляют в бортах, а часть из них заворачивают вокруг крыльев бортов согласно принятой для данной конструкции схеме борта. Смежные слои каркаса образуют ромбическую сетку, которая воспринимает действие всего комплекса силовых факторов. В каркасе собранной покрышки угол наклона нитей корда имеет различную величину в разных точках профиля. По короне вулканизированной покрышки шин легковых и грузовых автомобилей угол составляет 52—55° к меридиональной плоскости сечения. Увеличение угла наклона нитей корда приводит при прочих равных условиях к уменьшению высоты профиля шины и увеличению ее ширины (рис. 39). Вследствие этого растут нагрузки, действующие на бортовые закраины обода.
Форма профиля накачанной шины определяется длиной нити корда, углом наклона раскроя корда и ширины обода. Форма профиля шины в процессе накачивания шины воздухом изменяется только в начальный период, когда давление в шине незначительно (50—100 кПа). Дальнейшее повышение давления существенно не изменяет конфигурацию профиля, так как нагрузку от давления воздуха начинают воспринимать нити корда. Шина принимает так называемую равновесную конфигурацию.
Брекер покрышки состоит из слоев корда или резины и расположен между протектором и каркасом. Брекер смягчает ударные нагрузки, действующие на колесо со стороны дороги, и более равномерно распределяет их по каркасу. Иногда шины выполняют без брекерного слоя.
Протектор — наружная резиновая часть покрышки, имеющая рельефный рисунок, обеспечивающий сцепление шины с дорогой и предохраняющий каркас шины от повреждений. От рисунка протектора, образованного сочетанием канавок и выступов, зависят многие важные эксплуатационные свойства автомобиля: сцепление с опорной поверхностью дороги, сопротивление качению колеса, устойчивость, управляемость и бесшумность. В связи с тем что протектор покрышки защищает каркас от механических повреждений и истирания, резина из которой его изготовляют, обладает высокими прочностью и износостойкостью.
Боковина — это слой покровной резины, являющийся продолжением протектора, который выполняет те же защитные функции, но только для боковых стенок. В процессе эксплуатации колеса боковина подвергается как механическому, так и химическому воздействию. Резина боковин должна быть тонкой и эластичной. Жесткие боковые стенки и боковины кроме снижения эксплуатационных характеристик шины увеличивают трудоемкость и затрудняют выполнение монтажно-демонтажных работ в процессе сборки ее с ободом. Особенно это проявляется, когда шину собирают с цельным ободом.
Борт обеспечивает крепление шины на ободе колеса. Борт образуется из крыльев, обернутых концами слоев корда каркаса, крыльевых и бортовых лент. В многослойных шинах каждый борт содержит два крыла и более. Бортовое крыло является главной частью борта и состоит из кольца 5 (рис. 40), наполнительного шнура 1, оберточной ленты 2 и крыльевой ленты 3.
Кольцо придает борту необходимую прочность и жесткость, а> резиновый наполнительный шнур способствует монолитному заполнению пространства над кольцами при формировании бортовой части шины. Крыльевая лента служит для крепления крыла. Наружную поверхность бортов обвертывают бортовой лентой 4У изготовляемой из обрезиненной ткани. Лента защищает борт от истирания и повреждения закраинами обода, а также монтажным инструментом.
Бортовое кольцо 5, изготовленное из стальной проволоки, давно применяют в шинах. В настоящее время для изготовления шин используют проволочные ленты, состоящие из нескольких параллельных проволок, переплетенных тонким утком. Основной недостаток лент заключается в том, что вследствие извилистости утка происходит ускоренное увеличение посадочных диаметров шины, что снижает надежность и устойчивость закрепления шины на ободе. Этот недостаток устраняется применением безуточной бортовой проволоки в виде пучка параллельных проволок или в виде троса. Для изготовления проволоки толщиной 0,9—1,1 мм используют качественные конструкционные стали 50, 60 или 70 (ГОСТ 1050—74**) с механической прочностью 1800—2000 МПа. Для улучшения адгезии резины со сталью ее покрывают латунью, медью или свинцом.
В целях предотвращения «разнашиваемости» шин и для более равномерного распределения нагрузки, действующей на шину, число витков проволоки в бортовом кольце обычно принимают равным 3—10. Бортовые кольца в процессе монтажа шины на обод и при качении колеса испытывают значительные растягивающие напряжения. Распределение нагрузки между витками и отдельными проволоками кольца крайне неравномерно. В связи с этим в процессе расчета и проектирования шины приходится принимать увеличенный запас прочности, равный 4—5.
При сборке шины точность установки крыльев в борту зависит от допусков на толщину резшюкордных слоев. В процессе вулканизации возможны дополнительные смещения бортовых колец в осевом и радиальном направлениях. Все это приводит к значительному колебанию контактных давлений между бортом шины и посадочными поверхностями обода не только в поперечном сечении борта, но и по периметру окружности обода. Следовательно, неоднородность структуры бортов шины является в основном результатом технологических отклонений, возникающих в процессе изготовления шин. Стабилизация механических характеристик бортов шины способствует более равномерному распределению нагрузок между деталями шины.
Диагональные шины надежны в эксплуатации и обеспечивают высокие эксплуатационные свойства автомобилям. Диагональное расположение корда принято и для шин с регулируемым давлением, которые отличаются от обычных шин шириной профиля, увеличенной на 20—40%, числом слоев корда, уменьшенным в 1,5—2 раза, числом мягких резиновых прослоек и большей прочностью бортов. Это повышает эластичность шины и улучшает ее тягово-сцепные качества на мягких грунтах.
Камера — герметичная торообразная эластичная трубка, заполняемая воздухом. Камера имеет вентиль, через который накачивают и выпускают воздух. Толщина стенок камеры в поперечном сечении неравномерна. Несколько большую толщину камера имеет в зоне максимальной деформации на участке, расположенном под протектором шины. В процессе качения колеса камера работает в высоконапряженных температурных условиях, возникающих в результате нагрева шины и обода. Поэтому резина, из которой .изготовляют камеры, должна быть стойкой к окислению и температурному старению, обладать высоким сопротивлением усталости, быть устойчивой к проколам и раздирам, не изменять размеров в процессе эксплуатации. Для удовлетворения этих требований подбирают соответствующие состав резины, размеры профиля и толщину стенок.
Ободная лента — это профилированное эластичное кольцо, располагаемое в пневматической шине между бортами покрышки, камерой и ободом колеса. Лента предохраняет камеру от истирания о выступающие детали обода и борта покрышки. Шины, предназначенные для монтажа на цельные обода, ободных лент не имеют.