Как устроены автомобильные колеса с плоским и глубоким ободом
Колесо является неотъемлемой частью автомобиля, поэтому конструкция его должна тесно согласовываться с конструкцией ходовой части автомобиля и отвечать тем требованиям, которые диктуются условиями его эксплуатации. В связи с этим для легковых, грузовых, специализированных автомобилей и автобусов применяют колеса различных конструкций и размеров. Колеса принято подразделять по их принадлежности тому или иному типу подвижного состава, по типу применяемых шин, конструкции диска и обода, технологии изготовления колеса.
Всякое колесо, как правило, состоит из двух основных частей: диска 1 с ободом 2 (рис. 3) и шины. По принадлежности к типу автомобиля колеса подразделяются на три группы: для легковых автомобилей, для грузовых, включая автобусы, и для автомобилей специального назначения.
а -- конструкция колеса; б и в -- профили посадочных полок для бескамерных шин; г -- симметричный профиль обода; 1 -- ребра жесткости; 2 -- обод; 3 -- диск; 4 -профилированная часть диска.
Для легковых автомобилей применяют преимущественно колеса с глубокими неразъемными ободьями (см. рис. 3). Диск к ободу крепится сваркой или реже заклепками. Чтобы обеспечить прочность, диску придается особая конфигурация, повышающая его жесткость. Ободья для колес легковых автомобилей изготавливают в основном с наклонными (коническими) полками. Наклон полок принимают равным 5°.
Для легковых автомобилей наибольшее распространение получили колеса с диаметром посадочных полок обода 15, 14 и 13 дюймов с шириной профиля обода 4…7 дюймов. Диски колес легковых автомобилей имеют сложную конфигурацию и изготавливаются методом штамповки из листа, что придает ему необходимую жесткость.
Колеса принято обозначать основными размерами (в дюймах или миллиметрах) обода, а именно: шириной и диаметром посадочных полок. После первой цифры или группы цифр ставится буква латинского или русского алфавита, характеризующая комплекс размеров, определяющих профиль - бортовой закраины обода (А, Б и т.д.).
Шины характеризуются по назначению, способу герметизации, типу, конструкции и рисунку протектора. Как было сказано ранее, в зависимости от назначения различают шины для легковых и грузовых автомобилей. Шины легковых автомобилей (табл. 1.2) применяют на легковых автомобилях, малотоннажных грузовиках, микроавтобусах и прицепах к ним. По способу герметизации шины делят на камерные и бескамерные. По конструкции (по построению каркаса) различают диагональные и радиальные шины (рис. 4). По конфигурации профиля поперечного сечения (в зависимости от отношения высоты профиля к его ширине) -- шины обычного профиля, широко-, низко- и сверхнизкопрофильные.
Рис. 4 - Покрышки диагональной (а) и радиальной (б) конструкции:
1 -- протектор; 2 -- слои брекера; 3 -- слои каркаса; 4 -- резиновая прослойка каркаса; 5 -- бортовая часть.
В зависимости от эксплуатационного назначения автомобильные шины имеют следующие типы дорожных рисунков протектора (рис. 5):
Рис. 5 - Типы рисунка протектора:
а -- дорожный; б -- направленный; в -- повышенной проходимости; г -- карьерный; д -- зимний; е -- универсальный.
Дорожный рисунок (рис. 5, а) -- шашки или ребра, расчлененные канавками. Шины с дорожным рисунком протектора предназначены для эксплуатации преимущественно на дорогах с усовершенствованным покрытием;
направленный рисунок (рис. 5, б) -- несимметричный относительно радиальной плоскости колеса. Шину с направленным рисунком применяют для эксплуатации в условиях бездорожья и на мягких грунтах;
Рисунок протектора повышенной проходимости (рис. 5, в) -- высокие грунтозацепы, разделенные выемками. Шины с таким рисунком протектора служат для эксплуатации в условиях бездорожья и на мягких грунтах;
Карьерный рисунок (рис. 5, г) -- массивные выступы различной конфигурации, разделенные канавками;
Зимний рисунок протектора (рис, 5, д) -- это рисунок, где выступы имеют острые кромки. Шины с таким рисунком предназначены для эксплуатации на заснеженных и обледенелых дорогах и могут быть оснащены шипами противоскольжения;
Универсальный рисунок (рис. 5, е), шашки или ребра в центральной зоне беговой дорожки и грунтозацепы по ее краям. Шины с таким рисунком протектора предназначены для эксплуатации на дорогах с усовершенствованным облегченным покрытием.
Классификация шин по назначению имеет важное значение, так как определяет основные требования к конструкции шины.
Камерная шина имеет сложную конфигурацию и состоит из многих конструктивных элементов: каркаса, брекера, протектора, боковины, бортов и камеры с отношением высоты профиля к его ширине более 0,80. У диагональных шин нити корда каркаса и брекера перекрещиваются в смежных слоях, а угол наклона нитей посередине беговой дорожки в каркасе и брекере 45…60°.
Бескамерная шина по внешнему виду почти ничем не отличается от стандартной автомобильной шины (рис. 6). Отличием от стандартных шин являются герметизирующий 1 (воздухонепроницаемый) слой по внутренней поверхности шины и уплотнительный слой 2 по наружной поверхности бортов.
Бескамерные шины имеют несколько меньший посадочный диаметр относительно посадочного диаметра обода, специальную форму и конструкцию борта, обеспечивающую более плотную посадку шины на обод колеса при наличии давления воздуха внутри шины. За рубежом выпускают бескамерные шины с самозаклеивающимся внутренним слоем и радиальными ребрами на боковинах для охлаждения шины.
Рис. 6 - устройство автомобильной шины
1 - каркас; 2 - слои брекера.
Корд для бескамерных шин изготавливают в основном из вискозы, капрона и нейлона. Веска-мерные шины имеют герметичные ободья. Вентиль 3 с уплотнительными резиновыми шайбами крепится непосредственно в ободе колеса. Особенностью бескамерных шин является то, что каркас их постоянно находится под действием сжатого воздуха, который во время эксплуатации просачивается : через герметизирующий слой шины. В этих случаях воздух в каркасе шины создает между отдельными элементами ее напряжения и вызывает расслоение. Поэтому для исключения этого вредного явления в бескамерных шинах предусмотрены специальные дренажные отверстия, через которые воздух, проникающий в. каркас, отводится наружу.
Основным преимуществом бескамерных шин является повышенная безопасность движения автомобиля на высоких скоростях по сравнению с камерными шинами. Бескамерная шина состоит из одной монолитной части, поэтому воздух из полости может выходить наружу только через отверстие прокола, а внутреннее давление при этом снижается медленно, так что водитель имеет возможность двигаться с поврежденной шиной до места ремонта. Следует отметить лучший отвод тепла непосредственно через металлический обод бескамерной шины, отсутствие трения между покрышкой и камерой и вследствие этого -- более низкий температурный режим работающей шины.
Бескамерные шины характеризуются также большей устойчивостью внутреннего давления воздуха, которая объясняется тем, что воздух с большим трудом просачивается через нерастянутый воздухонепроницаемый слой бескамерной шины, чем через растянутые стенки камеры. Бескамерные шины при эксплуатации меньше подвергаются демонтажу и монтажу, так как мелкие повреждения можно ремонтировать, не снимая шины с обода.
Бескамерные шины, взаимозаменяемые с камерными покрышками, могут монтироваться на стандартных глубоких ободьях, если они герметичны, т. е. не имеют вмятин и повреждений.
Гарантийные нормы пробега бескамерных шин те же, что и камерных, однако опыт эксплуатации бескамерных шин показывает, что долговечность их на 20 % выше долговечности камерных шин, что объясняется лучшим температурным режимом работы шин и постоянством внутреннего давления в них воздуха. Однако для их производства необходимы высококачественные материалы, но они менее технологичны. Эксплуатация бескамерных шин требует высокой технической культуры.
Радиальные шины с металлокордом выпускаются трех типов: с металлокордом в каркасе и брекере, с нейлоновым кордом в каркасе и металлокордом в брекере, с меридиональным расположением нитей стального или нейлонового корда в каркасе и металлокордом в брекере (рис. 6).
Шины с металлокордом имеют более широкий раствор бортов, чем у обычных шин. Концы слоев' корда завернуты попарно около одного или двух бортовых колец, навитых из одинаковой проволоки. На внутренней стороне каркаса в зоне беговой дорожки шины с металлокордом имеют привулканизированный слой резины. Он служит для предохранения камеры от проколов и более равномерного распределения напряжений в теле шины и в зоне беговой дорожки.
Металлокорд, обладая высокой теплопроводностью и теплостойкостью, способствует уменьшению напряжений и более равномерному распределению температуры в теле покрышки. Срок службы шин с металлокордом больше при эксплуатации их в различных дорожных условиях примерно в 2 раза, чем у обычных шин, эксплуатируемых в аналогичных условиях.
Нейлоновый корд в каркасе и металлокорд в брекере позволяют увеличить прочность шины в зоне беговой дорожки, снизить температуру в наиболее напряженных точках шины, защитить ее каркас от повреждений, воспрепятствовать распространению трещин в протекторе.
Меридиональное расположение нитей корда каркаса увеличивает эластичность шины, повышает сцепление шины с дорогой, значительно уменьшает потери на качение колеса. Металлокорд брекера повышает прочность каркаса в окружном направлении, улучшает температурный режим работы шины. Такие шины успешно работают на дорогах с усовершенствованным покрытием и в условиях бездорожья при больших скоростях движения.
Морозостойкие шины предназначены для применения в районах с температурой ниже минус 45 °С. Работа автомобилей в этих районах на обычных неморозостойких шинах не разрешается действующими Правилами эксплуатации шин. Морозостойкие шины изготавливают из резин, сохраняющих достаточную прочность и эластичность при низких температурах и обеспечивающих нормальный срох службы шин в указанных районах.
Шины для тропического климата отличаются тем, что они изготовлены из теплостойкой резины, хорошо сохраняющей прочность и эластичность при высоких скоростях и высоких температурах окружающего воздуха, характерных для стран с тропическим климатом. Эти шины имеют каркас из капронового либо высокопрочного или сверхпрочного вискозного корда.
Шины с металлическими шипами служат для повышения устойчивости и управляемости легковых и грузовых автомобилей и автобусов на скользких обледенелых дорогах и на льду. Диагональные и радиальные шины могут оснащаться шипами в протекторе. Применение этих шин снижает тормозной путь автомобиля в 2…3 раза, улучшает разгон в 1,5 раза и резко повышает устойчивость автомобиля против заносов.
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.
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:
- минимальное сопротивление качению;
- высокие долговечность и износостойкость;
- демпфирующие (смягчающие) свойства;
- бесшумность работы;
- легкость монтажа и демонтажа;
- самоочищаемость беговой части шины при движении по деформируемым грунтам;
- минимальные биение и дисбаланс;
- для повышения плавности хода автомобиля колеса должны иметь минимальный вес.
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.
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.
При определении минимального размера шин для оси грузовика необходимо всегда исходить из конструктивно обусловленной допустимой нагрузки на ось и максимальной скорости. Основными функциями колеса являются принятие нагрузки автомобиля и сил воздействия дорожного полотна, передача крутящего момента с осей на шины и принятие и передача сил торможения и ускорения, а также боковых сил при прохождении поворотов.
Обод колеса для грузового автомобиля
Требование к ободу грузового автомобиля
Чем больше передаваемая нагрузка и грубее дорога, тем важнее учитывать следующие — иногда противоречащие друг другу — требования к конструкции обода. Высокая грузоподъемность должна достигаться путем проектирования колеса соответствующей формы и использования оптимальных материалов. Для повышения безопасности движения совершенно необходима высокая усталостная прочность. Малая масса колеса оптимизирует полезную нагрузку и необходима, поскольку колесо, как неподрессоренная, вращающаяся масса, оказывает влияние на всю вибросистему автомобиля в целом.
Стальные диски грузового автомобиля
Строение обода колеса
Типы конструкций ободов колес грузового автомобиля
Размер колеса грузового автомобиля
Базовый размер обода у грузового автомобиля на диске с конической 15° посадочной полкой составляет в показанном примере 22,5×8,25 дюйма. Ширина обода — это внутренний размер между бортами обода (рис. 7). Высота борта — это внутренняя высота борта обода. Номинальный диаметр — это расстояние от одной посадочной полки обода до другой.
Колесный диск грузового автомобиля
Центрирование колеса
Различают центровку по ступице и центровку по болтам. Колесо, центрованное по ступице, имеет цилиндрические отверстия под болты. Колесо центрируется путем надевания колеса на ступицу. Точность центровки по ступице можно повысить с помощью центрующих втулок (3-4 втулки на колесо), вставляемых поверх болтов в отверстия для болтов в диске.
Центровка по болтам производится путем сферического или конического фрезерования отверстий под болты в диске. Центровка по болтам оказывается очень точной при прецизионном сверлении отверстий под болты.
Радиальное и поперечное биение колеса
Хорошая центровка колеса крайне важна для грузовиков, движущихся с большой скоростью, а также тогда, когда колеса большие и тяжелые. В частности, для грузовиков, движущихся с большой скоростью, сведение радиального и поперечного биения к минимуму и на посадочных площадках, и на бортах обода совершенно необходимо для обеспечения плавности хода. Это повышает безопасность и экономию топлива.
Колеса грузовых автомобилей из легких сплавов
Колеса из легких сплавов используются, в частности, при перевозках, когда экономия массы имеет большое значение. Сюда относится перевозка цистерн, где очень важно не превышать максимальной снаряженной массы. В этих ситуациях более дорогие легкосплавные диски обычно окупаются в течение первого года эксплуатации.
Кованое легкосплавное колесо состоит из монолитного блока высокопрочного алюминиевого сплава. Блок прессуется в форму колеса на мощных прессах. После ковки колесо подвергается тепловой обработке для улучшения своих механических свойств.
Эта высокоточная обработка обеспечивает абсолютно точное вращение каждого колеса, без биения. Радиальное и поперечное биение отсутствуют. Перед полировкой колеса до блеска в нем сверлятся вентиляционные отверстия и отверстия под болты.
Преимуществами легкосплавных колес являются улучшенные вибрационные характеристики, чуткое реагирование подвески, снижение расхода топлива и более высокая полезная нагрузка.
РЕКОМЕНДУЮ ЕЩЁ ПОЧИТАТЬ:
Эта статья размещена в главе Системы шасси и называется Колеса для грузовых автомобилей. Добавьте в закладки ссылку.
Никто не станет оспаривать факт, что колеса играют значительную роль в конструкции автомобиля. В зависимости от типа транспортного средства выбирается определенный вариант. Например: для грузовиков, автобусов, троллейбусов и тракторов часто используют бездисковые колеса.
Что такое бездисковые колеса – их особенность
Изделия без дисков включают плоские разборные ободья, которые крепятся непосредственно к ступице на конусные торцы специальными прижимами.
Особенность бездисковых моделей заключается в конструкции обода. Он изготовлен из трех секторов, которые образуют общее кольцо. Этому способствуют выемки в торцевой части. Для изготовления обода применяется метод профилирования из горячекатаных заготовок.
Грузовые шины обладают значительными габаритами и жесткостью, что сильно затрудняет процесс монтажа в случае неразборных ободьев.
Конструкция бездискового колеса
Устройство состоит из следующих элементов:
- обод колеса;
- цельнолитая ступица, выполненная из стали, ковкого чугуна;
- прижимы;
- шпильки;
- гайки.
Различают 2 вида конструкций: с продольно- и поперечно-разборным ободом. Первому варианту присущ ряд недостатков:
- низкая точность;
- сложность установки;
- меньшая надежность;
- необходимость строго соблюдения стандартов при изготовлении.
Лучшие характеристики показывают колеса второго вида, однако и они не лишены слабых сторон.
- Увеличение доли металла примерно на 18 %.
- Сложности при соблюдении герметичности в случае бескамерных шин.
- Затруднение вызывает обработка поверхности секторов в местах посадки и стыковки.
К ступице крепятся элементы тормозной системы: диски и барабаны. Сама ступица устанавливается на подшипники. Их задача передавать осевые и радиальные усилия. Сохранять устойчивость при повышении температуры помогает специальная смазка, а ее вытеканию препятствуют уплотняющие сальники. Они также защищают подшипники от попадания грязи.
Преимущества и недостатки
К достоинствам колес без дисков относится:
- уменьшение веса на 10—15 %, если сравнивать с дисковыми аналогами;
- больший срок эксплуатации;
- простота конструкции;
- удобный процесс монтажа и демонтажа;
- меньшая стоимость;
- более качественное охлаждение элементов тормозных механизмов и шин.
Еще один плюс состоит в возможности установки ободьев разной ширины на одну и ту же ступицу.
Область применения бездисковых колес охватывает транспортные средства большой грузоподъемности, автобусы, троллейбусы, а также трактора общего назначения, прицепы.
Благодаря особой конструкции допускается сдваивание колес для машин, рассчитанных на значительную нагрузку. Для регулировки зазора используется промежуточная вставка. Оно способствует равномерному обдуву, отводу тепла, препятствует преждевременному разрушению.
История появления
Появление бездисковых колес относится к началу XX века, а широкое использование началось примерно в 1940 году. Сфера применения охватывала грузовые автомобили, рассчитанные на перевозку от 6 до 8 тонн. Вес таких транспортных средств составляла более 10 тонн. Такие модели также устанавливали на автобусы и троллейбусы. В 50-ых годах колеса без дисков начали широко применяться в Америке, многих странах Европы.
В Советском Союзе ими впервые оснастили грузовик марки МАЗ-500, машины для армии ЯАЗ-214, МАЗ-502.Чуть позже модели без дисков были установлены на грузовики КамАЗ и КрАЗ, автобусы (ЛАЗ-699, ЛиАЗ-677, Ikarus) и троллейбус (ЗиУ-5).
Но уже в 80-ых годах прошлого столетия бездисковые колеса несколько утратили популярность, уступив место дисковым аналогам.
Бездисковые колеса легко обслуживать, они поддаются восстановлению в случае повреждения. При выборе обязательно следует учитывать класс грузоподъемности.
Читайте также: