Нагруженность и работоспособность деталей колес зависят от геометрических параметров пневматических шин. Основными из них являются габаритные размеры; комплекс размеров, характеризующих профили боковых стенок и бортов; толщины боковых стенок и боковины; диаметр, ширина крыльев; ширина борта; посадочный диаметр и допуск на него.
Основой построения размерных рядов шин является их геометрическое подобие. Все размеры геометрически подобных шин должны быть пропорциональными, т. е. они должны иметь одинаковые отношения размеров: Н/В, Dm/B, t/Bи т. д. Однако на практике выдержать полностью все условия методов теории подобия не удается в связи с требованиями промышленного производства. Так, для массовых грузовых автомобилей принят диаметр обода, равный 508 мм, в то время как ширина профиля и наружный диаметр шин у разных марок автомобилей могут различаться.
Ширину профиля шины В (рис. 45) для заданных режимов эксплуатации определяют по формуле В — VPJK, где Рг — нормальная нагрузка, действующая на шину; К — коэффициент грузоподъемности шины. Коэффициент К для шин грузовых и легковых автомобилей равен соответственно 2,3—3 и 1,4— 1,8. С увеличением ширины профиля шины значения коэффициента уменьшаются. В основу отечественных и зарубежных стандартов на шины положено примерно одинаковое значение К, вследствие этого при одинаковом прогибе шины давление в ней возрастает с увеличением ширины профиля.
Для современных автомобильных шин высота профиля Н = = К\В (где К\ — коэффициент ширины профиля, равный для обычных шин 0,9—1,05, широкопрофильных 0,4—0,9, арочных 0,3—0,4). С целью повысить безопасность движения автомобилей были созданы низкопрофильные шины, у которых коэффициент ширины профиля равен 0,7—0,78, а у скоростных автомобилей даже 0,6.
Зная диаметр обода Dи высоту профиля шины Н, можно определить наружный диаметр шины по формуле DmH = D + 2H. В зависимости от внутреннего давления воздуха, действующего на колесо, нагрузки и скорости движения автомобиля размеры шины изменяются. Физические процессы, сопровождающие работу автомобильной шины, подробно рассмотрены в работе [8]. Важным моментом, характеризующим нагруженность колеса, являются параметры жесткости шины, в частности ее нормальная, боковая и крутильная жесткости, которые кроме внутреннего давления воздуха определяются принятыми конструктивными размерами покрышки. Толщина боковых стенок t покрышки равна сумме толщин боковины и каркаса. Толщина каркаса зависит от типа шины, нагрузочного режима, материала корда, которые определяют число слоев и диаметр нитей корда в каркасе. Толщину боковины выбирают в основном опытным путем. С увеличением жесткости боковых стенок нагруженность обода возрастает.
Увеличение отношения ширины обода А к ширине профиля шины В (которое характеризует комплекс геометрических размеров боковых стенок покрышки) от 0,65 до 0,74 повышает срок службы диагональной шины на 10—15% [5, 6, 8].
Рис. 46. Схемы сопряжения бортов шины с ободьями:
А, б —с коническими полками; в —с тороидальными полками; г — для арочных шин;
Д — для бескамерных шин
На долговечность радиальных шин это отношение практически не оказывает влияния. Отношение А/В одновременно определяет конструкцию и размеры бортовых закраин обода.
Практика эксплуатации шин показывает, что чем надежнее закреплены борта шины на ободе, тем они долговечнее и меньше нагружают детали колеса. В противном случае происходит преждевременное разрушение бортовых лент вследствие трения о поверхности посадочных полок и бортовых закраин обода, расслоение бортов шины, усталостное разрушение обода.
На рис. 46 приведены несколько наиболее характерных сопряжений бортов шины с ободом. Параметры сопряжения рассматривают с точки зрения натягов на бортовой закраине 6i, посадочной полке б и формы посадочных поверхностей обода и основания борта шины. Радиус закругления борта шины R'2 принимают несколько большим, чем соответствующий радиус закругления бортовой закраины обода, а его центр располагают ниже на 0,5—1,5 мм, для того чтобы обеспечить натяг борта шины, равный 1—2 мм. Расчетный размер посадочного диаметра шины на 3—6 мм меньше соответствующего диаметра обода. Натяг зависит не только от разности диаметров и размеров, определяющих формы основания борта и посадочной полки обода, но и от точности выполнения этих размеров в производстве.
Наибольшее распространение получила коническая форма основания борта шины с углами наклона, равными 0°30'; 2°; 5°; 10°; 15°, и с различными парными сочетаниями их. Наклон конических полок обода составляет обычно 5, 10 и 15°. В настоящее время имеются колеса с тороидальными полками. На устойчивое положение борта и надежность крепления шины на ободе оказывают значительное влияние число крыльев (бортовых колец), их размеры, схема борта, масса элементов деталей, размещенных под крылом, его уплотнение, положение крыла относительно бортовой закраины обода и другие параметры, которые обычно указывают в спецификации покрышки.