Конструкция шины

Несмотря на внешнюю простоту, шины — это очень технологичное и конструктивно сложное изделие. Современная шина состоит из десятков(!) элементов, а производство современных шин требует огромных инвестиций в научные исследования и разработки. 

В самом общем случае, шина состоит из таких элементов (названия элементов у разных производителей могут немного отличаться): 

Различия диагональной и радиальной конструкции шин.

В легковой диагональной шине, 4-10 слоев каркаса (что определяет такое понятие как «слойность»), расположенных под углом 26-45° друг  к другу от борта до борта.
 Из-за этого шина становится жесткой в плечевой зоне и тяжелой. Количество слоев корда в боковине, в плечевой и в протекторной зонах одинаково – шина не эластична, что плохо отражается на комфорте. При движении автомобиля на большой скорости шина увеличивается в диаметре под действием центробежных сил. В разрезе, при движении, профиль шины  становится практически круглым – уменьшается пятно контакта с дорожным покрытием. Сцепление с покрытием становиться меньше, момент инерции колеса - выше. Падает скорость вращения колеса - уменьшается центробежная сила действующая на шину, пятно контакта становится больше. Из-за уменьшившегося радиуса шины уменьшается его момент инерции – колесо начинает вращаться быстрее. Так повторяется постоянно, и как следствие пятно контакта шины с дорогой нестабильно, что отрицательно сказывается на комфорте, управляемости, безопасности езды и долговечности шины. Кроме того, в следствии возникновения  в теле диагональной шины большого количества точек трения (из-за большего количества слоев корда и множества точек пересечения нитей одного слоя с нитями других слоев каркаса) выделяется большое количество тепла. Отводить же тепло автошина может до определенного предела; далее, не отведенное тепло начинает разрушать шину – этим обуславливается низкая максимальная скорость, с которой эксплуатируются диагональные шины. 

В радиальной шине количество слоев 1 или 2. Нити слоёв каркаса расположены под углом 85-90 градусов к «меридиану» шины, параллельно нитям другого слоя (при его наличии).
 В отличии от диагональной шины, в радиальной имеется БРЕКЕР – слой  скрученных стальных нитей, расположенных под протектором шины. Назначение брекера – вытягиваясь в продольном направлении, остается плоским в поперечном сечении, чем обеспечивает постоянное пятно контакта с дорогой, также при вращении с большой скоростью, шина увеличиваясь в диаметре сохраняет цилиндрическую форму. В вертикальном направлении брекер гибок, что позволяет шине уверенно преодолевать препятствия, (шина огибает препятствие) минимально передавая толчки и вибрацию автомобилю. Благодаря тому, что радиальная шина гибкая и пластичная в плечевой зоне, минимально изменяется пятно контакта с дорогой при движении автомобиля в повороте. Это обеспечивает стабильность управления на прямой и виражах. Кроме того, внутренних точек трения намного меньше чем в диагональной шине, как следствие – уменьшается тепловыделение, поэтому можно увеличить максимальную скорость без риска разрушения шины.

Назначение элементов шины:

Внутренний слой – изготовлен из бутилового каучука. Назначение – удерживать воздух внутри шины

Каркас - назначение – нести нагрузку. Состоит из ~1500 синтетических нитей, погруженных в резиновую смесь. Каждая из нитей выдерживает нагрузку, примерно, 150 кг. Одно из основных требований к нитям каркаса – высокие характеристики сопротивления усталости. Обычно, нити  изготавливают из нейлона или кевлара

Закраина - концы нитей каркаса оборачивают вокруг бортовых колец. Образуется соединение с «силовым замыканием», которое хорошо распределяет и передает нагрузку.

Бортовое кольцо - покрытый каучуком пучок стальных струн. 
 Обеспечивает прочную посадку шины на диск и передачу нагрузки от каркаса шины на диск колеса 

Боковина - состоит из резины, состав которой отличается от такового в протекторе. Обеспечивает защиту каркаса от повреждений, работает на виражах ( во многом определяет комфорт и поведение автомобиля в поворотах )

Брекер - состоит из жестких, скрученных стальных нитей, которые пересекаясь соединяются чем и обеспечивают жесткость в поперечном направлении и гибкость в продольном. Такая конструкция позволяет «вытягиваться» шине под действием центробежных сил и при этом протектор остается плоским.

Нулевой слой - расположен между протектором и брекером, состоит из нейлоновых нитей, расположенных под углом 0о к «экватору» шины. Назначение – стабилизация брекера на высоких скоростях, предотвращение деформации покрышки.

Плечевая зона - профилированные участки шины. Благодаря оптимизации их профиля достигается лучшее сцепление в поворотах. Конструкция и состав резиновой смеси в плечевой зоне во многом определяют поведение автомобиля в поворотах.

Протектор - слой резиновой смеси, непосредственно контактирующий с дорожным покрытием. Каждый тип резины — зимние шины, всесезонные и летние — имеет свойственный только ему состав резиновой смеси. Состав резиновой смеси протектора и его рисунок играют одну из самых важных ролей в формировании эксплуатационных характеристик шины.