Почему нагреваются шины

Шины — давление и температурные изменения

Шины держат на себе вес вашего автомобиля, не так ли? Нет, не так! Вес машины держит находящийся в них воздух. Если вы хотите, чтобы ваши шины демонстрировали всё, на что они способны в том, что касается управляемости, сцепления и износостойкости, следите, чтобы они всегда были хорошо накачаны.
К сожалению, нельзя просто накачать шину – и забыть о ней! Необходимо периодически контролировать давление, чтобы удостовериться, что оно не изменилось со временем под воздействием окружающей температуры или скрытого прокола.
Давление, которое указано в сервисной книжке вашего автомобиля или на информационной табличке, это рекомендованное давление в холодной шине. Это означает, что проверять его нужно утром, до того, как вы совершите длительную поездку, или до того, как солнце или растущая температура воздуха нагреют шину.
Поскольку воздух – вещество газообразное, он расширяется при нагревании и сжимается при охлаждении. Поэтому в большинстве районов России осенью и в начале зимы нужно особенно тщательно следить за давлением: дни становятся короче, температура воздуха падает – и давление в ваших шинах снижается!
При изменении температуры окружающего воздуха на 8°С давление в шине изменится примерно на 0,1 атм. (вырастет при повышении температуры и упадет при понижении).
В большинстве районов России разность средней летней и зимней температур составляет приблизительно 28° С, поэтому с установлением зимних температур давление падает примерно на 0,35 атм. А недостаток 0,35 атм. уже существенно влияет на управляемость, сцепление и износ!
Кроме того, разница между холодной ночной температурой и тёплой дневной в большинстве регионов страны составляет около 11°С. Это значит, что давление, установленное утром, в полдень окажется примерно на 0,13 атм. выше (если автомобиль припаркован в тени). И всё бы ничего, но если вы накачаете колесо в жаркий полдень, на следующее утро давление в холодной шине будет на 0,13 атм. ниже.
И, наконец, если автомобиль припаркован на солнце, то давление искусственным образом ненадолго повысится под действием его тепла.

Мы решили проверить теорию на практике. Сначала мы смонтировали две шины на диски и оставили их полежать на ночь, чтобы уравнять и стабилизировать температуру и давление. Следующим утром мы накачали каждую до 2,45 атм. Одно колесо разместили в тени, а другое выставили на солнце. В течение дня мы замеряли температуру воздуха, температуру шин и давление в них. По мере того, как дневная температура росла с 19°С до 30°С, давление в шине, которая лежала в тени, поднялось с 2,45 до 2,55 атм. Шина, размещённая на солнце, нагревалась за счёт теплового излучения и температуры воздуха. В ней давление выросло с 2,45 до 2,79 атм. В обоих случаях, если бы мы установили нужное давление в полдень, на следующее утро значения были бы на 0,1 – 0,35 атм. ниже.
Затем мы изучали влияние нагрева шин во время езды. Мы решили исключить непостоянные факторы, возникающие в дорожных условиях, и провели тест на нашем «прогревочном» барабанном стенде для спортивной резины. Чтобы сымитировать реальные условия движения, колесо катится по роликам стенда под нагрузкой. Мы фиксировали изменение давления каждые пять минут. Тестовые шины были накачаны до 1,0; 1,4; 1,7 и 2,0 атм. При одинаковой нагрузке давление во всех шинах поднималось примерно на 0,07 атм. каждые 5 минут в течение первых 20 минут движения. Затем давление стабилизировалось и не поднималось выше 0,07 атм. в течение следующих 20 минут. Это означает, что даже если вы ненадолго съездите подкачать шины у ближайшей заправки, на следующее утро вполне можете недосчитаться пары десятых долей атмосферы в колёсах.
Сложите вместе всё сказанное выше, и вы поймёте, что выбрать подходящие условия для подкачки шин почти так же важно, как накачать их.
Важно запомнить, что рекомендуемое для колёс вашего автомобиля давление – это «холодное» давление в шинах. Проверять его нужно утром, прежде чем вы преодолеете десяток километров, или до того как оно изменится под воздействием температуры воздуха и солнечных лучей.
И кстати, если вы живёте на севере и ставите машину в отапливаемый гараж, зимой вы начнёте терять давление, едва выехав из тёплого помещения. Добавьте к холодному давлению в шинах по 0,1 атм. на каждые 10°С разницы в температуре воздуха на улице и в гараже.

Особенности нагрева шин при эксплуатации автомобиля

При эксплуатации автомобиля шины, установленные на его колеса, катятся под нагрузкой. При этом происходит нагрев шин. Особенности этого процесса в этой статье описывают ученные из Волгоградского государственного технического университета и Махачкалинского филиала МАДИ.

Особенности нагрева покрышки

Нагрев шины при ее качении происходит в основном в результате трения в материалах шины, поскольку потери на трение между частицами воздуха в шине ничтожно малы. Механическое и молекулярное трение между структурными элементами покрышки преобразуется в тепловую энергию, а трение о дорожное покрытие – также в тепло и износ протектора.

Температура в той или иной точке шины преимущественно определяется на основе баланса между количеством тепла, создаваемого в данной точке в каждую единицу времени, и возможностью отвода этого тепла.

Если разделить шину на сектора – немного большие, чем сектор, охватывающий пятно контакта шины с дорогой, то можно увидеть, что тепло выделяется в каждом секторе шины. Это происходит циклически только в небольшой промежуток времени, когда сектор приближается и проходит пятно контакта с дорогой. Затем каждый сектор остывает, передавая тепло окружающему воздуху до нового приближения к пятну контакта с дорогой.

В тех местах профиля шины, где толще резина и значительнее деформация, выделяется больше тепла. На температуру в данной точке шины оказывает также влияние теплообразование в смежных точках. Поэтому во время работы шина имеет различную температуру в каждой точке своего профиля. В начале движения колеса выделенное тепло идет на нагрев тела шины и частично рассеивается в окружающей среде. По мере дальнейшего движения температура шины повышается, и происходит перераспределение тепла между различными зонами профиля шины.

Как посчитать количество тепла при нагреве шины

Количество тепла, создаваемого в единицу времени в той или иной точке шины, определяется видом трения, величиной и скоростью деформации, а также температурой окружающей среды.

Величина трения зависит от свойств материала и загруженности элементов шины. Более нагруженные элементы шины при своей работе выделяют и больше энергии. Молекулярное трение обычно меньше механического трения между отдельными элементами. В тех местах, где не обеспечено хорошее молекулярное сцепление между резиной и кордом, т. е. где преобладает механическое трение, там при работе шины наблюдается быстрое локальное повышение температуры.

Потери на трение возрастают с увеличением деформации шины и скорости движения автомобиля, но уменьшаются с увеличением температуры. Отвод тепла от шины осуществляется благодаря конвекции, теплопроводности и теплоизлучению. Он усиливается при обдуве шины ветром и увеличивается с ростом скорости обдува.

В нормальных условиях работы колеса основная часть тепла отводится от шины конвекцией в атмосферный воздух, и лишь около 15% – теплоотдачей в сухое дорожное покрытие. Соотношение между теплом, отводимым в воздух и дорогу, зависит от многих факторов. В первую очередь, это соотношение зависит от разности температур между поверхностью шины и дороги, а также количества тепла, выделяемого в результате трения в контакте.

От чего зависит температура шины

Зависимости температуры в точках поперечного сечения шины при качении ее по барабану с различными постоянными скоростями, приведены на рис. 1.

Рис. 1. Зависимости температуры в точках поперечного сечения шины при качении ее по барабану с различными постоянными скоростями

Из рисунка 1 видно, что с повышением скорости в одних точках поперечного сечения шины температура увеличивается, а в других – уменьшается. При высоких скоростях движения колеса шина имеет максимальную температуру в сечении 1-3, расположенном посередине беговой дорожки протектора. Поэтому температуру шины оценивают либо средней температурой воздуха в шине, либо действительной температурой в заданной точке профиля шины. Последнюю измеряют обычными игольчатыми термопарами, специальными термисторами и тепловизорами.

Температура шины зависит от ее размера, температуры внешней среды, нагрузки, приходящейся на колесо, давления воздуха и скорости качения колеса. Влияют также конструкция шины, рисунок протектора и степень его износа, гистерезисные и тепловые характеристики шинных материалов, шероховатость. Не обходится без влияния ровности опорной поверхности дороги и интенсивность отвода тепла (обдува воздухом, движения по мокрой дороге, по снегу и льду и т.д.). Неустановившееся тепловое состояние шины, кроме того, зависит от времени качения в данном режиме.

Эксперименты и исследования

Экспериментальные зависимости температуры в различных точках камерной шины 8-15, от времени качения колеса по барабану с постоянной скоростью приведены на рисунке 2. На этом рисунке видно, что при скорости 160 км/ч температура в плечевой зоне протектора увеличивается до 135°С, а температура воздуха в камере примерно на 20°С ниже. Рост температуры продолжается приблизительно 10 минут, после чего она становится постоянной. Такой рост температуры, обусловлен высокой скоростью качения и быстрым разгоном барабана до этой скорости.

Рис. 2. Экспериментальная зависимость температуры шины от времени качения колеса по барабану с постоянной скоростью 160 км/ч, нагрузке 600 кгс, давлении воздуха 1,7 кгс/м 2 и температуре окружающего воздуха 38°С: 1 – температура протектора в плечевой зоне шины; 2 –температура воздуха в камере

В процессе эксплуатации шины редко достигают такой скорости и температуры. На рисунке 3а представлены эксплуатационные зависимости максимальной температуры воздуха внутри шины (для шин 11-12) от скорости при различной температуре окружающего воздуха, наличии или отсутствии ветра и различной нагрузке на шину.

Эксперименты проводились в лабораторных условиях при постоянном начальном давлении и двух значениях нормальной нагрузки (2 300 и 1 840 кгс). Испытания проводили при отсутствии обдува шины воздухом (кривые 1 и 4), при обдуве шины, когда температура окружающей среды достигала 25°С (кривые 2 и 6) и 5°С (кривые 3 и 6).

Рис. 3. Зависимости максимальной температуры воздуха внутри шины (для шин 11-12) от скорости:

а) – при различной нагрузке на шину и различной температуре окружающего воздуха, наличии или отсутствии обдува ветром, где: 1 – качение без ветра, G _к = 2300 кгс, температура воздуха 25ºС; 2 – тоже самое, но при ветре; 3 – при ветре, температура 5ºС; 4 – без ветра, G _к = 1840 кгс, температура 25ºС; 5 – тоже самое при ветре; 6 – тоже самое при температуре 5ºС;

б) – при различной слойности шины, где: 1 – при 14 слоях корда, 2 – при 12 слоях, 3 – при 10 слоях.

Выводы

Из рисунка 3а можно сделать следующие выводы:

– при одном и том же давлении воздуха уменьшение нагрузки на колесо на 20% значительно снижает температурный режим шины;

– снижение температуры окружающего воздуха даже на 20°С незначительно уменьшает температуру воздуха в шине;

– уменьшение нагрузки оказывает тем большее влияние на снижение рабочей температуры шины, чем выше скорость движения колеса;

– обдув шины ветром оказывает тем большее влияние на уменьшение ее температуры, чем больше она нагружена.

Из рисунка 3б видно, что чем больше слоев корда имеет покрышка, тем выше температура шины при той же скорости качения шины.

Таким образом, с повышением температуры шины все большее количество тепла рассеивается во внешней среде. После определенного времени движения колеса с постоянной скоростью шина приобретает такое распределение температуры, при котором устанавливается равновесие между притоком тепла и рассеиванием его во внешней среде. Наиболее высокая температура при этом наблюдается обычно в зоне брекера посередине беговой дорожки и в плечевых зонах шины.

Температура оказывает большое влияние на сопротивление качению и на срок службы шины. Повышение температуры шины приводит к существенному уменьшению гистерезисных потерь в ней. Это является положительным фактором с точки зрения уменьшения сопротивления движению. Зависимости коэффициента сопротивления качению и средней температуры шины от времени ее обкатки с постоянной скоростью показаны на рисунке 4.

Рис. 4. Зависимость коэффициента сопротивления качению и средней температуры шины от времени ее обкатки с постоянной скоростью, где: 1 – 10 км/ч; 2 – 30 км/ч; 3 – 60 км/ч.

Данные для рис. 4 получены на барабанном стенде для шины, имеющей нагрузку 1200 кгс и давление воздуха 5,75 кгс/см 2 . Испытания проводили при трех различных скоростях движения от 10 до 60 километров в час. На рисунке видно, что коэффициент сопротивления движению колеса уменьшается с увеличением температуры шины тем интенсивнее, чем больше скорость автомобиля.

Повышение температуры приводит к уменьшению прочности резины и корда. При повышении температуры от нуля до 100°С прочность капронового корда снижается примерно на 20%, а прочность резины и связь ее с кордом – примерно в 2 раза. Поэтому выбору оптимальной температуры, обеспечивающей малое сопротивление движению колеса и высокий срок службы шины, необходимо уделять серьезное внимание.

Температура считается опасной, когда при ней происходит процесс вулканизации и девулканизации резины, т. е. резкое изменение механических качеств резины и корда. В катящейся шине допускается температура 100 о С.

Температура от 100 до 120 о С называется критической, а выше 120 о С – опасной, поскольку может привести к быстрому разрушению шины. Начиная от критической температуры, возможно повреждение шины, особенно если температура будет держаться продолжительное время.

При повышенных температурах появляются явления усталости, которые обусловлены появлением и развитием на поверхности нитей капронового корда микродефектов. Уменьшение прочности резины и корда при повышении температуры приводит к отслоению протектора, расслоению и разрыву каркаса в местах с наибольшей температурой. Поэтому нельзя допускать нагрева шины выше 100 о С.

Гудков В.А., Рябов И.М., Гудков Д.В., Малинин Н.Н., Волгоградский государственный технический университет

Мамакурбанов М.М., Устаров Р.М., Махачкалинский филиал МАДИ

Основные причины, почему греется колесо

Вопросы, рассмотренные в материале:

• Что важно знать о тормозной системе, чтобы разобраться в причинах нагрева колес
• Каковы основные причины нагрева колеса
• В чём причины нагревания дисков после замены колодок
• Как проверить свободный ход колеса, если оно греется
• Как устранить нагревание колеса

Появление на рынке современных автомобилей повлекло за собой совершенствование тормозной системы. Для того чтобы езда в самых разных климатических условиях была комфортной и безопасной, автозаводы стали выпускать дисковые тормоза, которые используются на передней оси. Но что делать, если случилась поломка и детали нагреваются во время передвижения по сухому или влажному покрытию? В статье мы рассказываем, каковы причины, почему греется колесо, и что необходимо предпринять в такой ситуации.

Что важно знать о тормозной системе

Торможение машины связано с силой трения и всегда влечет за собой выделение тепла. Так, тормозная система всё время нагревается, а затем остывает. Современные автомобили могут иметь тормозные диски как на передней, так и на задней осях. Дисковой тормоз лучше барабанного, он безопаснее и его удобнее обслуживать.

Как работает такой тормоз? Поршень (6) давит на одну из колодок (4), и она трется о диск. Корпус суппорта, который двигается по направляющим (10), давит на диск под давлением второй колодки. Колодки с обеих сторон сжимают диск, и колеса прекращают вращаться.

По этой причине идет выделение тепла. Если ехать на полной мощности, то температура дисковых тормозов может подняться до 250–300 С. В спортивные машины устанавливают диски из керамики, так как они не деформируются при нагревании до 1 000 С.

Наиболее распространены диски из чугуна. Такой материал допускает ежедневное использование. Стоят данные диски недорого и отличаются отличными фрикционными качествами. Но у чугуна есть минус: частое торможение приводит к перегреву металла вплоть до задымления. По этой причине возможно расплавление и деформация колодок.

Чтобы уменьшить нагрев и ускорить охлаждение, диски делают полыми внутри. Так достигается наибольшая вентиляция. На свойствах дисков это почти не отражается.

Чтобы улучшить качества дисков, их стали перфорировать и применять сплавы. Тормоза с перфорацией остывают намного быстрее.

Во время поездок по городу температура тормозных дисков повышается. Агрессивное вождение – это одна из причин, почему греется колесо. Если вы часто и мощно разгоняетесь и так же резко делаете остановки, тормозная система однозначно будет перегреваться.

Если с вашим авто случилась такая проблема и даже произошло задымление, то можно быть уверенным, что один или оба диска деформировались. В такой момент очень опасно заехать в лужу или снег, так как резкий перепад температуры вызовет трещины в дисках.

Тормозные диски должны обладать определенными параметрами:

• Прочностью.
• Устойчивостью к тепловым ударам и хорошей теплопроводностью.
• У дисков должна быть отличная адгезия и высокий коэффициент трения.

Только в том случае, если диски соответствуют указанным характеристикам, они могут быть установлены в автомобиле. Если требования нарушаются, то это ставит под угрозу безопасность движения. Колодки будут греться, начнут скользить по рабочей поверхности и перестанут выполнять функции трения и сцепления.

Рекомендуем

5 основных причин, почему греются диски на колесах

Таким образом, работа дисковых тормозов осуществляется за счет того, что к ним прижимаются колодки, которые создают нужное трение и тем самым останавливают вращение дисков.

Если, например, диски на передних колесах нагреваются свыше 200 градусов, значит, существует неисправность. Попытаемся объяснить, каковы причины, почему греется колесо.

• Чаще всего проблема вызвана деформацией конструкции. Например, когда машина попала в яму.
• Почти во всех случаях тормозные диски и слева, и справа греются из-за трения. Не имеет значения, передние они или задние.
• Специалисты также называют ещё одну причину – недостаточное количество тормозной жидкости.
• Автовладелец может купить некачественные колодки или пользоваться уже изношенными. Большое значение имеют барабанные тормозные колодки на задних колесах, так как именно на них приходится максимальное давление, тем самым разгружается задний мост.
• Слишком агрессивное вождение. Тормоза не успевают охлаждаться, если вы всё время ускоряетесь, а затем резко останавливаетесь.

Причины, почему греется колесо в передней части автомобиля, вам поможет определить диагностика в сервисном центре.

Если тормозные диски сильно нагрелись, то при попадании на них воды, как уже упоминалось выше, они могут тут же потрескаться. Бывает, что система приходит в неисправность в момент езды. Это происходит из-за сильного перегрева, вследствие чего конструкция деформируется, и её нужно срочно заменить.

Проблемы с задними колесами случаются по той же причине, что и с передними. Исключение – барабанные тормоза, так как здесь мы имеем дело с дисковой системой.

Рекомендуем

В чём причины нагревания дисков после замены колодок

Причин, почему греется колесо, множество. Это может быть связано с уровнем тормозной жидкости, толщиной тормозных колодок, состоянием дисков. Уровень жидкости необходимо контролировать. Оптимально, если он находится между минимальной и максимальной отметками.

Допустимую толщину колодок обычно указывают в паспорте транспортного средства. Отклонений быть не должно. Если размер меньше хотя бы на несколько миллиметров, то это уже серьезное нарушение, которое ставит под угрозу безопасность пассажиров и самого водителя.

Имейте в виду, что неровная поверхность колодки тоже может стать причиной неисправности тормозного диска. Если колодка изнашивается неравномерно, то это вызывает не только перегревание, но может разбалансировать систему, вызвать неравномерное вращение, биение и раскалывание конструкции.

Если ничего не помогает и тормозная система всё равно греется, попробуйте использовать вентилируемые диски с отверстиями. Их конструкция не так проста, поэтому при монтаже могут возникнуть сложности. Зато такие диски очень быстро остывают. Конечно, система всё равно будет греться, но в допустимом диапазоне.

Всегда обращайте внимание на поверхность колодок. На ней есть фрикционный материал с отметками об уровне износа. Меняйте деталь, когда слой стал менее 3 мм. Если этого не сделать, то коэффициент нагрева увеличится и произойдет трение металла о металл. Нагрев тормозных дисков – это ненормально. Изношенные до основания колодки могут заклинить в самый непредсказуемый момент, и автомобиль будет заносить. Замену колодок нужно делать согласно нормативам. Как правило, каждые 20 000 – 30 000 км. Значение имеет и стиль вождения, поэтому изготовитель добавляет риски посредине накладок.

Если фрикционный материал стерся до этих значений, то колодки нужно менять. Когда вы это сделали, прокачайте систему. Для этого откройте вентиль суппорта.

Пытаясь понять причины, почему греется колесо, важно не забывать, что нагрев тормозных дисков – серьезная неисправность, которая влечет за собой сбой в работе всей тормозной системы.

Важно вовремя обнаружить поломку и устранить её. Это обеспечит безопасное вождение.

Рекомендуем

Как проверить свободный ход колеса, если оно греется

После того как обнаружена неисправность, автовладелец может диагностировать свободный ход колеса. Для этого он:

• снимает машину с ручника или передачи;
• поднимает авто при помощи домкрата;
• крутит колесо.

Если появляется шуршание или колесо вращается с трудом, то, скорее всего, поломка в тормозном суппорте. Он удерживает одну или обе колодки, когда педаль отжата.

Свободному ходу суппорта часто мешает ржавчина, которая покрывает зеркало цилиндра или внешнюю поверхность тормозного поршня. Иногда её можно обнаружить на направляющих. На СТО есть услуга по восстановлению суппорта – разработка. Она заключается в замене резиновых уплотнений. Для этого нужен ремкомплект. Порой необходимо поменять даже поршень.

Ещё одна из причин, почему греется колесо и вращается с усилием, – изношенный ступичный подшипник (при перегревании тормозного диска с одной стороны). Когда его температура повышается, он отдает тепло дисковому тормозу. Этот процесс можно заметить, если вы слышите гул во время езды на определенной скорости.

Иногда в подвешенном состоянии колесо ходит легко, а во время езды греется так сильно, что обжигает пальцы. Это объясняется следующими причинами:

• Диски выработались или деформировались. Когда они становятся тоньше, то быстрее нагреваются.
• Были установлены колодки плохого качества.
• Вы заменили тормозную жидкость не на ту.
• Колодки сильно изношены.
• Когда на переднюю ось при торможении приходится сильное давление, то у машин с задним барабанным тормозом нагреваются передние тормозные диски.
• Агрессивная манера вождения с ускорениями и резкими остановками не дает тормозной системе охлаждаться.
• Внутренне расслоение тормозного шланга не позволяет тормозной жидкости циркулировать, а значит, колодкам будет сложно расходиться.
• Ещё одна причина – воздух в тормозной системе.

Рекомендуем

Способы, как устранить нагревание колеса

Есть несколько способов, как предотвратить распространенные причины, почему греется колесо:

1. Регулярно отправляйте машину на техосмотр. Необходимость такой профилактики обоснована реальными расчетами специалистов.
2. Избегайте агрессивной езды. Металл всегда греется быстрее, чем успевает остывать.
3. Диски колеса могут греться даже после замены колодок. В таком случае периодически проверяйте, есть ли в системе тормозная жидкость.
4. Вовремя меняйте колодки. Это необходимо делать, когда транспортное средство преодолело определенное количество километров или если, на ваш взгляд, система перегрелась. В дальнейшем станут понятными причины, почему греется колесо.
5. Производители рекомендуют покупать только качественные изделия. Проблемы обязательно возникнут, если вы будете устанавливать в свой автомобиль изношенные детали. Избегайте также езды на большой скорости.

Рекомендуем

Итоговые рекомендации, как избежать перегрев колес

Для любого автолюбителя перегрев тормозной системы и колес – это неприятность.

Для того чтобы её устранить, необходимо полностью заменить или проточить детали, что стоит недешево. Чтобы избежать такой проблемы, придерживайтесь следующих рекомендаций:

• Не позволяйте суппорту контактировать с водой. Сведите к минимуму агрессивную езду, особенно когда идет дождь.
• Внимательно отнеситесь к мойке. Сначала дайте дискам остыть, так как при попадании воды на горячий металл происходит деформация. Если это случится, то придется менять диски полностью, причем парно, даже если один из них будет исправен.
• Не изнашивайте колодки до металла, меняйте их согласно нормативам. Иначе диски будут нагреваться и деформироваться.

Таким образом, мы определили причины, почему греется колесо. Придерживайтесь вышеописанных рекомендаций, и система будет работать исправно, а диски прослужат вам достаточно долго, по крайней мере, пока вы не проехали больше 300 000 км. Важно избегать перегрева и контролировать, хорошо ли работают поршни суппорта. Пробоев в системе быть не должно. В арках передних колес иногда протирается шланг, меняйте его сразу же, так как внутрь может попасть воздух и тормоза будут работать хуже.