Устройство автомобилей
Колеса автомобилей
Общие сведения о колесах
Колесо – одно из величайших изобретений человека. В природе ни одно живое существо не снабжено подобным движителем – кто-то бегает на ногах, кто-то плавает при помощи плавников и хвоста, кто-то летает, ползает, использует реактивную энергию, в общем – животные и даже некоторые растения передвигаются по поверхности и недрам нашей планеты, 
в ее атмосфере и водной среде при помощи самых разнообразных средств перемещения, но колесами не пользуется никто.
А ведь во многих случаях колесо – незаменимый движитель, способный быстро и экономично перемещать по земной поверхности тела любой массы и формы. По этой причине можно считать колесный движитель уникальным продуктом человеческого гения. И этот движитель в качестве средства передвижения по суше используется автомобилями.
Конечно же, колеса современных автомобилей существенно отличаются от тех примитивных катков и деревянных кругов, которые использовались человеком в качестве движителя древних повозок и колесниц. Конструкция автомобильного колеса в результате «технической эволюции» претерпела значительные изменения, поскольку на этот элемент автомобиля возлагаются важные функции, влекущие за собой строгие требования.
Требования, предъявляемые к колесам
Колеса обеспечивают связь автомобиля с дорогой, воспринимая всю массу автомобиля с пассажирами и грузом, а также динамические нагрузки, передаваемые на раму или кузов автомобиля. Они обеспечивают поступательное движение автомобиля и изменение направления его движения, а обладая эластичной шиной, они смягчают толчки и удары, возникающие при движении.
От характера взаимодействия колес с дорогой зависят тяговые и тормозные свойства автомобиля, плавность хода, экономичность, проходимость, устойчивость, управляемость, и, конечно же, комфорт и безопасность самого перемещения.
К автомобильным колесам предъявляются следующие требования:
К основным элементам автомобильного колеса относятся шины, ободья, соединительные элементы и ступицы. Все эти составные части могут быть выполнены в широком диапазоне конструктивных особенностей в зависимости от назначения автомобиля, условий его эксплуатации и других требований.
Типы автомобильных колес
Автомобильное колесо состоит из следующих элементов (рис. 1): шины, ободьев 3, 10, соединительных частей с деталями крепления и ступицы. Соединительной частью может быть диск 4, неразборно присоединенный к ободу (дисковое колесо) или спицы, представляющие собой часть ступицы (бездисковое колесо или спицевое колесо).
Ступица обеспечивает установку колеса на балке моста на подшипниках. Если ступица отсутствует, колесо устанавливается на фланце полуоси, которая, в свою очередь, устанавливается на подшипниках в балке моста.
Автомобильные колеса классифицируются по двум основным показателям – назначению и конструкции.
По назначению различают ведущие, управляемые, комбинированные и поддерживающие колеса.
Ведущие колеса преобразуют подводимый к ним крутящий момент в тяговую силу, а свое вращение – в поступательное движение автомобиля.
Управляемые колеса изменяют направление движения автомобиля, оставаясь ведомыми, т. е. они не воспринимают крутящий момент от трансмиссии автомобиля и служат лишь для маневрирования.
Поддерживающие колеса также являются ведомыми и служат для восприятия осевой нагрузки и толкающей силы от рамы или кузова автомобиля, преобразуя ее в свое вращательное движение. Поддерживающие колеса часто выполняют на специальной подъемной оси грузовых автомобилей или полуприцепов, и при движении автомобиля без груза они вместе с осью поднимаются к раме автомобиля, чтобы уменьшить сопротивление качению. Колеса задних осей автомобильных прицепов тоже в большинстве случаев являются поддерживающими.
Комбинированные автомобильные колеса являются одновременно и ведущими и управляемыми. К такому типу колес, например, относятся передние колеса переднеприводных легковых автомобилей.
По конструкции колеса бывают дисковые, бездисковые и спицевые.
В дисковых колесах стальной штампованный диск приваривается к ободу, а в литых колесах из легких сплавов (алюминиевых, магниевых) диск отливается совместно с ободом.
Бездисковые колеса имеют соединитель, изготовленный совместно со ступицей. Бездисковые колеса имеют ряд существенных преимуществ перед дисковыми – они проще по конструкции, имеют меньшую массу (на 10…15%), большую долговечность, более низкую стоимость, удобнее при монтаже и демонтаже, обеспечивают лучше охлаждение тормозных механизмов.
Кроме того, они дают возможность устанавливать на одной и той же ступице ободья разной ширины, что позволяет использовать различные шины на одном и том же автомобиле. Бездисковые колеса устанавливаются, например, на автомобилях марки «КамАЗ».
В спицевом колесе в качестве соединителя используют спицы. Спицевые колеса применялись на первенцах автомобилестроения, в конструкции колес современных автомобилей спицы встречаются крайне редко, главным образом – на спортивных автомобилях, обеспечивая меньшую массу колеса и лучшее охлаждение тормозных механизмов.
В настоящее время в массовом производстве спицевые колеса для автомобилей практически не применяются из-за недостаточной надежности соединительных элементов – спиц, которые, к тому же, нуждаются в постоянном обслуживании. Их чаще можно увидеть в колесах велосипедов и мотоциклов, где весу колеса уделяется большое внимание.
Из каких частей состоит автомобильное колесо, конструкция
Конструктивно колесо это ходовая часть транспортного средства, с помощью колес осуществляется передвижение и выполняется передача вертикальных нагрузок. Помимо того, они смягчают механические воздействия и колебания в момент соприкосновения с дорожным полотном, обеспечивая маневренность и тяговое усилие. От них зависит аэродинамика и управляемость автотранспорта.
Итак, что такое колесо, разобрались. теперь о его составляющих. Колесо включает в себя две конструктивные части: покрышку и диск.
Автомобильный диск
Автодиск – это основной конструктивный элемент для монтажа автомобильной покрышки, передающий на нее вращения от оси. В конструктивном плане диск соединяется с ободом.
Эти колесные изделия могут быть стальными или легкосплавными. В стальных моделях обод приварен к металлической конструкции с помощью сварки. Во втором случае диски имеют целостную структуру.
Автомобильный диск монтируется на ось при помощи ступицы. В качестве элементов крепежа используются болты для легковых авто и шпильки для грузового транспорта. Крепежные отверстия выполняются для соединения колеса со ступицей.
Обычно используется около 4-6 отверстий. Внутренний объем может различаться в зависимости от тормозной системы.
Обод выполняет функцию соединяющего элемента между покрышкой и диском. Как правило, эта деталь представлена в поперечной форме для монтажа колес соответствующих размеров. На легковых авто эта деталь представлена с углубленным центром, а по краям от нее установлены выступы и полки (борта).
С помощью кольцевого выступа покрышка устанавливается на обод. Закраины автошины расположены на полке. Колесо монтируется на внешнюю часть полки. Однако существует конструкции, где колесо охватывает внутреннюю полку.
То есть покрышка захватывает обод. Принято выделять расширенные и стандартные полки. Эти классификации применяются в стандартах Run Flat.
Параметры автомобильного диска:
Конструкция автомобильной покрышки
Шина для легкового автомобиля выполняет такую функцию, как сцепление с дорожным покрытием. Это во многом влияет на управляемость и аэродинамику транспортного средства. Кроме того, она способна удерживать общую массу авто.
Как правило, для легкового транспорта используют покрышки без камер. Герметичность в них стабилизируется за счет конструктивных особенностей. В состав бескамерных шин входят:
Каркас представляет собой силовой элемент автомобильной шины. В его структуру входят до 10 слоев кордовых нитей на прорезиненной основе. Кордовые нити создаются на основе искусственных волокон, стекловолокна или металла.
Нить натягивают от одного края покрышки к другому, то есть радиально. В результате это позволяет уменьшать нагрузку на кордовые слои и обеспечивать стабилизацию качения. Практически любые виды легковых автомобилей комплектуются радиальными шинами.
Брекер – это кордовый слой, располагающийся между каркасом покрышки и ее протектором. Он не дает протектору отслаиваться, позволяет смягчать механические нагрузки и усиливать прочность конструкции шины.
Протектор представляет собой внешнюю часть автошины. Этот элемент улучшает сцепление с дорожным покрытием и предохраняет шину от ударов и механических воздействий. Его создают из прорезиненного слоя с рельефным узором на внешней стороне.
Рисунок протектора указывает на способность эксплуатации покрышки в тех или иных условиях.
Протектор на колесе плавно соединяется с боковинами. Зона, где соприкасаются эти два составных элемента, называется плечом протектора. За счет плеча увеличивается жесткость шины и устойчивость к боковым нагрузкам.
Не рекомендуется ездить на автомобиле с изношенными покрышками. Если точнее – то на таких, у которых высота протекторного рисунка составляет 1,6 мм. Этот показатель имеет отношение к легковым автомобилям.
Автошина устанавливается на закрепленный к оси диск или колесную ступицу. Отметим тот факт, что крутящий момент колеса поступает на металлический диск. Легковые автомобили имеют 4 колесных отверстия для крепления болтов. Более габаритные авто комплектуются 5 болтами.
Шины должны иметь одинаковый уровень давления. В противном случае автомобиль теряет дисбаланс и устойчивость на трассе. Стабильный показатель давления воздуха в покрышке – 2 атмосферы.
Для измерения рекомендует применять манометр: в начале, снимается колпак с ниппеля и вставляется насадка прибора. После сильного нажатия манометр снимается и на приборе указывается давление в шине. Если показатель, менее 2 атмосфер, тогда колесо следует подкачать.
Корд представляет собой несущую конструкцию автошины. Его внешний вид напоминает металлическую ткань, сплетенную из проволоки. Главная функция корда заключается в уменьшении давления на внутреннюю поверхность шины. Это происходит методом сжатия воздуха и давления с внешней стороны покрышки.
Корды могут иметь радиальное и диагональное расположение. Радиальные нити расположены прямолинейно по отношению к бортам. Таким образом, они позволяют стабилизировать качение и улучшать сцепление с дорожным покрытием.
Диагональные корды соединяются межу собой и боковины соответственно также перекрещиваются друг с другом. Стоит отметить тот факт, что диагональные нити более подвержены к износу.
Поэтому на колесе в результате повреждений может появиться вздутость в форме «шишки». Это может привести к тому, что колесо лопнет в момент передвижения на автомобиле.
Также вулканизаторщики не рекомендуют использовать колеса, у которых корд имеет расслоения, трещины и разрывы. Категорически запрещается использовать на одной оси шины с радиальными и диагональными рисунками протектора.
Теперь каждый автолюбитель будет знать конструкцию и составные части колеса. Запомните! От качества резины и рисунка протектора зависит безопасность в момент передвижения!
Колеса для автомобилей. Виды, конструкция, обозначение колес
Колеса воспринимают всю массу колесной машины, осуществляют кинематическую связь трансмиссии с опорной поверхностью, обеспечивая передвижение и маневрирование колесной машины, а также способствуют (вместе с шинами) частичному сглаживанию и поглощению воздействий от неровностей опорной поверхности.
1. Требования, предъявляемые к колесам
К колесам автомобилей и тракторов предъявляются следующие требования:
2. Классификация колес
По принадлежности к типу колесной машины:
В каждой группе колеса различают по габаритным размерам и грузоподъемности (максимальной радиальной нагрузке), а колеса для легковых автомобилей – и по максимальной скорости движения автомобиля.
По типу применяемых шин:
Для обеспечения герметичности посадки бескамерных шин на обода колес к поверхностям посадочных полок и закраин ободов предъявляются повышенные требования по чистоте и шероховатости.
По конструкции обода:
Рисунок 1. Полуглубокий обод дискового колеса: 1 – диск колеса; 2 – основание обода
Основные присоединительные размеры автомобильных колес с разборными ободами регламентированы ГОСТ 10409.
По технологии изготовления:
3. Конструкции колес
3.1. Дисковые колеса
Производство дисковых колес в настоящее время является преобладающим в силу простоты конструкции, высокой точности крепления колес на ступицах и отработанности технологии серийного производства.
Основными характеристиками дисковых колес являются ширина профиля обода b, посадочный диаметр d и угол наклона посадочных полок γпп.
Для легковых, легких грузовых автомобилей и автобусов особо малой вместимости применяются дисковые колеса с неразборными (асимметричными или симметричными) глубокими ободами, имеющими угол наклона посадочных (конических) полок γпп = 5 0 (рисунок 2). Конические полки улучшают посадку бортов шины на ободе, увеличивают срок службы бортов, обеспечивают надежную передачу шиной крутящего момента.
Неразборный глубокий обод состоит из следующих элементов:
Рисунок 2. Асимметричный обод дискового колеса для легковых автомобилей: 1 – закраина; 2 – полка; 3 – ручей; b – ширина профиля обода; d – посадочный диаметр; f – глубина ручья; hз – высота закраины; 5 0 – угол наклона посадочных полок
Асимметричный обод имеет смещение ручья к наружной стороне колеса для того, чтобы оставалось больше места для размещения тормозного механизма.
Для надежной посадки бортов радиальных бескамерных шин и предотвращения их сползания с полок ободов колес, что при криволинейном движении автомобиля с частично пониженным давлением воздуха хотя бы в одной из шин может привести к потере управляемости, полки ободов для легковых автомобилей изготовляют, как правило, с безопасными контурами.
Рисунок 3. Симметричный обод с комбинированным подкатом: 1 – подкат с внутренней стороны обода; 2 – плоский подкат с наружной стороны обода
Наибольшее применение нашли: подкат («Hump», обозначается H) и плоский подкат («Flat-Hump», обозначается FH). Подкат (рисунок 3) представляет собой расположенный по поверхности одной из полок обода закругленный выступ 1, а плоский подкат – выступ 2 с относительно острой кромкой.
Рисунок 4. Обод с двусторонним подкатом
В процессе эксплуатации радиальных бескамерных шин было установлено, что безопасные контуры целесообразно применять на обеих сторонах ободов для легковых автомобилей (рисунок 4). Это двусторонний подкат (обозначается Н2) или комбинированный подкат (обозначается СН), при котором наружная полка обода выполняется с плоским подкатом, а внутренняя – с подкатом.
Разборные обода бывают двух- или трехкомпонентными (рисунок 6).
При одинаковом основании 1 трехкомпонентный обод (рисунок 6, а) состоит из бортового кольца 3, выполненного в виде закраины, и разрезного замочного кольца 2, а двухкомпонентный (рисунок 6, б) – из разрезного бортового кольца 3, одновременно выполняющего функцию замочного.
Рисунок 5. Неразборный обод с крутыми полками: 1 – закраина; 2 – полка; 3 – ручей; b – ширина профиля обода; d – посадочный диаметр; 15 0 – угол наклона посадочных полок
К недостаткам двухкомпонентного обода относятся пониженная жесткость разрезного бортового кольца, наличие острых кромок в месте разреза и зазора в стыке.
Рисунок 6. Колесо с плоским разборным ободом: а – трехкомпонентный обод; б – двухкомпонентный обод; 1 – основание обода; 2 – замочное кольцо; 3 – бортовое кольцо; 4 – диск колеса; 5 – посадочная полка; b – ширина профиля обода; γпп – угол наклона посадочных полок; d – посадочный диаметр; D1 – диаметр расположения крепежных отверстий; D2 – диаметр центрального отверстия
Колеса с разборными ободами с косыми полками являются наиболее простыми по конструкции и широко распространенными, несмотря на то, что при одинаковой массе могут воспринимать меньшую нагрузку по сравнению с неразборными колесами с ободами с крутыми полками. Кроме того, они оставляют меньше места для охлаждения тормозных механизмов и больше нагреваются.
Для автомобилей, оборудованных шинами с регулируемым давлением воздуха, применяются дисковые колеса с разъемным ободом и с внутренним распорным кольцом, которые бывают обычного и уширенного профиля, а также колеса с полуглубоким ободом с тороидальными посадочными полками.
Дисковое колесо с разъемным ободом (рисунок 7) состоит из диска 4 и приваренного к нему обода 2, бортового 3 и посадочного 5 колец и распорного кольца 1. Диск и бортовое кольцо при монтаже шины соединяются болтами 6 с гайками 9. Разрезное распорное кольцо со специальным шарнирным замком прижимает борта шины к закраинам обода.
Рисунок 7. Дисковое колесо с разъемным ободом и распорным кольцом: 1 – распорное кольцо; 2 – обод колеса; 3 – бортовое кольцо; 4 – диск колеса; 5 – посадочное кольцо; 6 – болт крепления бортового кольца; 7 – покрышка; 8 – камера; 9 – гайка крепления бортового кольца
У современных армейских автомобилей, оборудованных системой регулирования давления воздуха в шинах, передача крутящего момента от шины к ободу при минимально- допустимом внутреннем давлении воздуха в шине обеспечивается плотной посадкой бортов шины на конических полках обода.
Распорное кольцо в этом случае удерживает борта шины от случайного сползания с конических полок обода.
Дисковое колесо с полуглубоким ободом с тороидальными посадочными полками (рисунок 8) также состоит из диска 10 и приваренного к нему обода 1. Оба бортовых кольца 2 – съемные, причем наружное – фиксируется замочным разрезным кольцом 7. Ограничитель 8 обеспечивает фиксацию наружного и замочного колец в строго определенном положении. В ограничителе одновременно фиксируется защитный кожух шланга подвода воздуха после установки колеса на ступицу.
Тороидальные поверхности посадочных полок обода обеспечивают постоянный натяг между покрышкой и ободом, надежную посадку бортов покрышки на полки обода без распорного кольца при заданном диапазоне изменения давления воздуха в шине.
Колесо с ободом такой конструкции в случае герметизации вентиля позволяет устанавливать на него бескамерные шины с регулируемым давлением воздуха.
Рисунок 8. Дисковое колесо с полуглубоким ободом с тороидальными посадочными полками: 1 – обод колеса; 2 – бортовые кольца; 3 – ободная лента; 4 – камера; 5 – уплотнитель вентильного паза; 6 – покрышка; 7 – замочное кольцо; 8 – ограничитель; 9 – вентиль камеры; 10 – диск колеса; 11 – балансировочный груз; 12 – скоба крепления груза
Для шин грузовых автомобилей большой грузоподъемности и автобусов соответствующих классов применяются дисковые колеса с плоскими разборными ободами, имеющими две съемные закраины (рисунок 9).
Для шин тракторов общего назначения и универсально-пропашных тракторов применяются дисковые колеса по конструкции аналогичные колесам грузовых автомобилей.
Рисунок 9. Колесо широкопрофильной шины: 1 – основание обода; 2 – закраина; 3 – посадочное кольцо; 4 – замочное кольцо; 5 – диск колеса
Рисунок 10. Изменение колеи ведущих колес трактора путем перестановки обода относительно диска: 1 – диск заднего ведущего колеса; 2 – кронштейн обода колеса; 3 – фланец вала привода колеса
Ступенчатое изменение колеи задних ведущих колес предусмотрено в конструкции трактора МТЗ-80 (рисунок 11). Ступица колеса закреплена на полуоси 1 с помощью шпонки и вкладыша 3. Во вкладыше смонтирован червяк 2, витки которого заходят в прорези полуоси. Поворачивая червяк, можно передвинуть ведущее колесо на полуоси и получить требуемую для работы колею. Для этого необходимо поднять домкратом колесо и ослабить болты крепления вкладыша к ступице колеса.
Чтобы получить наибольшую колею, диски ведущих колес трактора должны быть расположены выпуклой частью внутрь.
Рисунок 11. Заднее ведущее колесо трактора МТЗ-80: 1 – полуось; 2 – червяк; 3 – вкладыш; 4 – дополнительный груз
Для увеличения сцепления ведущих колес трактора с опорной поверхностью при выполнении сельскохозяйственных работ на диски вешают дополнительные грузы 4, которые снимают при использовании трактора на транспортных работах.
Дисковым колесам присущи следующие недостатки:
Наибольшую удельную грузоподъемность, превышающую примерно на 30…35 % удельную грузоподъемность колес с разборными ободами с косыми полками, имеют колеса с широкими неразборными ободами с крутыми полками, на которые монтируются радиальные бескамерные шины для грузовых автомобилей с отношением Н/В = 0,7…0,8 (рисунок 12).
Рисунок 12. Колесо с широким неразъемным ободом
В дисковых колесах для снижения массы предусматривают отверстия, которые одновременно служат для удобства монтажа и демонтажа и для вентиляции тормозных механизмов.
3.2. Бездисковые колеса
Бездисковые колеса применяют на грузовых автомобилях, у которых номинальная нагрузка на колесо превышает 20 кН и тракторах общего назначения с колесной формулой 4К4б. Они состоят из обода и спицевой ступицы. Обода на ступицах крепят прижимами, болтами или шпильками и гайками, имеющими только правую резьбу.
Известны две принципиально отличающиеся конструкции бездисковых колес: с продольно-разборными и поперечно-разборными ободами. Крепление бездисковых колес на ступицах осуществляется по единым схемам.
В настоящее время бездисковые колеса с продольно-разборными ободами (рисунок 13) нашли достаточно широкое применение в автомобильной промышленности. Однако им присущи недостатки, сдерживающие дальнейшее их распространение:
Рисунок 13. Бездисковые колеса с продольно-разборными ободами: а – крепление сдвоенных колес; б – крепление одиночного колеса; 1 – обод; 2 – прижим; 3 – ступица; 4 – распорное кольцо; А – коническая поверхность
Бездисковые колеса с поперечно-разборными ободами (рисунок 14) считаются более перспективными [6, 10, 13]. Обод обычно состоит из трех сегментов 1 равного размера, замыкаемых при сборке в единое кольцо, и имеет кольцевой внутренний выступ с коническим поясом, обращенным к ступице 2 колеса. Аналогичный конический пояс имеет и ступица. Таким образом, центрирование обода по ступице осуществляется этими коническими поверхностями. Крепление обода к ступице осуществляется зажимами 4, затягиваемыми гайками 3 на шпильках 5. Эта конструкция позволяет практически устранить перечисленные выше недостатки как дисковых, так и бездисковых колес с продольно-разборными ободами.
Колеса с поперечно-разборными ободами по сравнению с колесами с продольно-разборными ободами имеют следующие недостатки:
Рисунок 14. Бездисковое колесо с поперечно-разборным ободом: 1 – сегменты обода; 2 – спицевая ступица колеса; 3 – гайка; 4 – зажим; 5 – шпилька
У тракторов общего назначения бездисковая конструкция ведущих колес позволяет сократить габаритную ширину при сохранении дорожного просвета, так как конечные передачи при бездисковых колесах располагаются внутри ободов колес.
3.3. Колеса для специальных колесных машин
К колесам для специальных колесных машин относятся колеса для арочных шин, пневмокатков и колесных машин большой грузоподъемности.
Для арочных шин применяются специальные колеса с мягким резиновым уплотнителем (рисунок 15). Они состоят из специального обода – сферической обечайки 1 – с приваренными к нему внутренними бортовыми кольцами 5 и диском 2, съемных бортовых колец 4, резиновых уплотнительно- компенсирующих колец 3 и крепежных болтов и гаек.
Герметизация осуществляется зажатием бортов шины между съемными бортовыми, резиновыми и внутренними бортовыми кольцами. Диаметр уплотнительно-компенсирующего кольца, а также его жесткость выбирают из условия необходимого усилия нажатия на борт шины при минимально допустимой его толщине. В этом случае борт шины не имеет остаточной деформации. Такой способ герметизации является наиболее целесообразным для колес арочных и широкопрофильных бескамерных шин грузовых автомобилей, работающих в тяжелых дорожных условиях, а также для колес пневмокатков.
Рисунок 15. Дисковое колесо для арочной шины: 1 – обод колеса; 2 – диск; 3 – резиновое кольцо; 4 – бортовое кольцо; 5 – внутреннее бортовое кольцо
Обода пневмокатков по принципу закрепления бортов шины сходны с ободами арочных шин.
Рисунок 16. Колесо для крупногабаритной шины: 1 – обод; 2 – закраина; 3 – посадочное кольцо; 4 – замочное кольцо
Колеса для колесных машин большой грузоподъемности, в основном, бездисковые (рисунок 16). Они состоят из основания обода 1, изготовленного сваркой, посадочного кольца 3, съемных закраин 2 и съемного замочного разрезного кольца 4. Монтаж и демонтаж крупногабаритных шин на ободах производят с использованием специального оборудования.
4. Материалы и технология изготовления колес
Колеса крупносерийного производства изготавливаются в основном методом холодной штамповки из стального листа и состоят из обода и соединенного с ним сваркой диска. Колеса из алюминиевого или магниевого сплавов изготавливаются методами кокильного литья под низким давлением или горячей объемной штамповки (ковки).
Основными преимуществами колес из стального листа являются низкая стоимость и возможность восстановления (рихтовки) после деформации (смятия, изгиба). К их недостаткам можно отнести низкую коррозионную стойкость, относительно большую массу (например, масса колеса легкового автомобиля размером 5 1 /2Jх13 составляет в среднем 6,5 кг) и невыразительный дизайн.
Литые колеса из алюминиевого или магниевого сплавов (рисунок 17) обладают высокой коррозионной стойкостью и весьма выразительным дизайном. По сравнению с колесами из стального листа той же размерности они имеют меньшую массу (на 15 и 30 %, соответственно) и большую прочность. В результате у автомобиля с такими колесами снижается неподрессоренная масса, что благоприятно сказывается на работе подвески. При одинаковой эффективности работы амортизаторов обеспечивается лучший контакт колес автомобиля с опорной поверхностью. Меньший момент инерции литых колес обеспечивает автомобилю лучшие динамические и тормозные свойства. Кроме того, легкие сплавы обладают хорошей теплопроводностью, что в совокупности с большими отверстиями в дисках способствует более эффективному охлаждению тормозных дисков и суппортов.
Рисунок 17. Литые колеса
Основными недостатками литых колес являются:
Общим же недостатком кованых и литых колес, проявляющимся при эксплуатации автомобиля на разбитых дорогах, является их высокая жесткость. Эти колеса (в отличие от обычных стальных колес) практически не обладают податливостью, в результате чего, прямые удары в них передаются непосредственно на подвеску и ходовую часть автомобиля и в значительной степени снижают их ресурс.
Колеса из магниевых сплавов легче и прочнее, чем из алюминиевых. Однако они не нашли широкого применения из-за низкой коррозионной стойкости. Для защиты таких колес от воздействия окружающей среды их покрывают защитными лаками или красками, что приводит к дальнейшему увеличению их стоимости.
Материалами для колес из полимерных композиционных материалов являются армированные пластики на основе стеклянных, углеродных или гибридных волокон и термореактивных (полиэфирных, эпоксидных, эпоксифенольных) или термопластичных связующих (поликарбонатных, полиамидных). Стеклонаполненные термопласты перерабатываются в изделия высокопроизводительным методом литья под давлением, а стеклопластики на основе полиэфирных и фенольных смол, являющиеся наиболее дешевыми материалами, – методом прессования.
На рисунке 18 показаны примеры конструкций колес из стеклопластика для грузовых (рисунок 18, а, колесо с разъемным ободом) и легковых (рисунок 18, б, неразборное колесо) автомобилей, изготовленных методами прессования из препрега и литья под давлением из стеклонаполненного поликарбоната, соответственно.
На рисунке 19 показана конструкция колеса для шины регулируемого давления, где основание обода изготовлено методом намотки стеклоткани, пропитанной связующим составом на основе эпоксидной смолы. В таблице 1 приведены методы изготовления колес из полимерных композиционных
материалов, которые зависят от объема производства, применяемого материала и конструкции колеса.
Рисунок 18. Колеса из стеклопластика
Таблица 1. Методы изготовления колес из полимерных композиционных материалов
производства
изготовления
полиэфирного связующего холодного
отверждения
единичное
формование
полиэфирного связующего горячего
отверждения
постоянного или переменного
сечения, пригодными для
прямого прессования
прессматериал
постоянного сечения, пригодными
для прямого прессования
простой конфигурации и
небольшого размера
сложной конфигурации
давлением
эпоксидного связующего горячего
отверждения
разъемного колеса
Применение полимерных композиционных материалов существенно расширяет возможности конструкторов в области разработки нетрадиционных конструкций колес. Например, выполняя дисковую часть колеса сферической или эллиптической при радиальном расположении армирующих волокон, принципиально возможно создание колес, повышающих плавность хода автомобиля, которые будут функционировать как амортизаторы системы подрессоривания и низкопрофильные шины.
Рисунок 19. Конструкция колеса с основанием обода из полимерного композиционного материала: 1 – основание обода; 2 – бортовые кольца; 3 – торцевое кольцо; 4 – фланцевое кольцо; 5 – штифтово-болтовые соединения
5. Обозначения колес
Устанавливаемые стандартами различных стран обозначения колес наносятся на одну из сторон диска колеса или обода бездискового колеса и включают:
Размеры ободов дисковых колес включают ширину профиля и посадочный диаметр обода в дюймах или миллиметрах, разделенные знаком «х» для неразборных глубоких ободов (5Jх13) и ободов с крутыми полками (9.00х19,5) и знаком «-» – для разборных полуглубоких (228Г-508) и плоских ободов (10.0-20; 330-533). Буквы между цифрами указывают на различную форму закраин и различное исполнение полок и ручья (информацию можно найти в справочной литературе).
При наличии безопасного контура на полках ободов для легковых автомобилей этот контур указывается в обозначении после размеров обода (например, 5Jх13Н2, где Н2 означает двусторонний подкат). Также указывается вылет колеса (ЕТ) в миллиметрах, например, ЕТ30. Таким образом, полная характеристика дисковых колес для легковых автомобилей имеет вид, приведенный на рисунке 20.
Рисунок 20. Характеристика дискового колеса легкового автомобиля
Расположение ручья глубокого обода колеса (симметричное или асимметричное) видно по колесу и не маркируется.
Соответствие размеров шин легковых автомобилей размерам профиля ободьев колес приведено в таблице 2.
Таблица 2. Соответствие размеров шин размерам профилей ободьев колес
шины
145/80R13
175/60R13
обода колеса
шины
165/65R14
165/55R14
обода колеса
5½J
225/75R15
обода колеса
шины
245/50R16
обода колеса
265/65R17
обода колеса
шины
275/40R18
обода колеса
шины
235/35R19
обода колеса
225/30R20
285/50R20
обода колеса
9½J
шины
285/45R22
обода колеса
6. Способы крепления и центрирования колес
Колеса крепятся к ступицам и вращаются на них. Существует два типа ступиц: фланцевые и спицевые.
На легковых автомобилях, грузовых автомобилях малой и средней грузоподъемности и тракторах для дисковых колес применяются фланцевые ступицы (рисунок 21). Колесо автомобиля крепится к фланцу ступицы 5, вращающейся на роликовых подшипниках 4 и 6, установленных на цапфе 17 поворотного кулака.
Рисунок 21. Фланцевая ступица: 1– колпак ступицы; 2 – гайка; 3 – стопорная шайба; 4 и 6 – подшипники; 5 – ступица; 7 – сальник; 16 – упорная шайба; 17 – цапфа
На грузовых автомобилях для бездисковых колес применяются спицевые ступицы (см. рисунок 14, поз. 2). В их конструкции пять или шесть спиц выполняют функции дисков колес, а разъемно-разборный обод 3 (рисунок 22) устанавливают на конических посадочных поверхностях, выполненных на концах спиц 1. Колесо от поперечных перемещений удерживается прижимами, крепящимися на шпильках 2 к спицам.
Рисунок 22. Спицевая ступица: 1 – спица; 2 – шпилька крепления прижима; 3 – разъемно-разборный обод
Ступицы колес изготавливают литьем из ковкого чугуна.
Применяются два способа центрирования дисковых колес при креплении на ступицах:
Рисунок 23. Крепежные детали: а и б – с конической прижимной частью; в – со сферической прижимной частью
Внутренний диаметр центрального отверстия и наружный диаметр ступицы имеют размеры с допусками. Зазор между указанными деталями может составлять от 0,2 до 0,6 мм. Крепежные отверстия – цилиндрические, требующие лишь грубой обработки. Их диаметр на 3…4 мм больше диаметра шпильки, что необходимо для предотвращения двойной посадки.
Рисунок 23. Крепежные детали: а и б – с конической прижимной частью; в – со сферической прижимной частью
Рисунок 24. Центрирование по центральному отверстию одиночных (а) и сдвоенных (б) колес
Преимуществом способа центрирования по центральному отверстию в диске является малое радиальное биение колеса, поэтому такое центрирование применяется также на спортивных легковых автомобилях, а недостатком – коррозия в зоне центрирования как при стальных колесах, так и колесах из легких сплавов.
Центрирование разъемных в продольной плоскости ободов на ступицах (передние и задние внутренние колеса) и прижимах (задние наружные колеса) осуществляется по коническим поверхностям А (см. рисунок 13), которые имеют обода в замочной части с внутренней стороны.
Присоединительные размеры для крепления дисковых колес стандартизованы и включают:
Вылет колеса – расстояние от плоскости симметрии обода до плоскости крепления к фланцу ступицы. Вылет колеса может быть положительным (как показано на рисунке 25) и отрицательным.
Рисунок 25. Параметры дисков: PCD – диаметр расположения крепежных отверстий; ЦО – диаметр центрального отверстия; ЕТ – вылет колеса
Формула колеса (рисунок 26) (например, PCD 4/100) указывает, что крепежных отверстий – 4, а диаметр окружности расположения их центров – 100 мм. Параметр PCD должен обязательно соответствовать автомобилю, так как, если диаметр расположения отверстий будет отличаться всего на 2…3 мм, то колесо при качении будет иметь биение. Колеса легковых автомобилей имеют 3…6 отверстий.
Рисунок 26. Формула расчета PCD по расстоянию между центрами отверстий (А)
В таблицах 3 и 4 приведены основные характеристики колес некоторых легковых автомобилей и значения коэффициентов ширины обода их шин.
Таблица 3. Основные характеристики колес некоторых легковых автомобилей
| Модель автомобиля | ВАЗ-1113 «Ока» | ВАЗ- 2101-07 | Лада Приора Siber | |||
| Обозначение шины | 135/80R12 | 175/70R13 | 185/65R14 (175/65R14) | 175/80R16 | 195/65R15 | 205/65R15 205/60R16 |
| Обозначение обода колеса | 4.00Вх12 | 5J х 13 | 5½J х 14 | 5½J х 16 6J х 16 | 6½J х 15 | 6J х 15 6½J х 16 |
| Вылет колеса (ЕТ), мм | 40 | 23 | 37 | 52 | 45 | 44 |
| Диаметр расположения (PCD), мм | 98 | 98 | 98 | 139,7 | 108 | 100 |
| Диаметр центрального отверстия, (ЦО), мм | 60 | 58,5 | 58,6 | 98,5 | 58,1 | 57,1 |
| Модель автомобиля | Ford Focus | Renault Logan | Chevrolet Niva | UAZ Patriot | Ssang Yong Rexton II | Hummer H2 |
| Обозначение шины | 195/65R15 215/65R16 | 245/70R16 | 235/75R16 255/60R18 | 315/70R17 | ||
| Обозначение обода колеса | 6J х 15 6½J х 16 | 7J х 16 | 6½J х 16 7½J х 18 | 9J х 17 | ||
| Вылет колеса (ЕТ), мм | 52,5 | 43 (5½J) 50 (6J) | 48 | 40 | 43 | 10 |
| Диаметр расположения шпилек (болтов) (PCD), мм | 108 | 100 | 139,7 | 139,7 | 130 | 165,1 |
| Диаметр центрального отверстия, (ЦО), мм | 63,3 | 60,1 | 98 | 108 | 84,1 | 117 |
Анализ данных таблицы 4 позволяет определить коэффициент ширины обода (отношение ширины профиля обода колеса к ширине профиля шины, b/В) шин для легковых автомобилей, который составляет 0,69…0,92. При этом на легковые автомобили устанавливаются как низкопрофильные (с посадочным диаметром d от 12 до 17”), так и сверхнизкопрофильные шины (d ≥ 13”).
Таблица 4. Значения ширины обода шин легковых автомобилей
